昌黎地區(qū)釀酒葡萄白腐病與氣象條件關(guān)系

李瑞盈 張建東 張一博 張晨宇 樊清華 孫麗華

摘要：【目的】本研究旨在分析河北昌黎地區(qū)釀酒葡萄白腐病的發(fā)生與前期氣象條件之間的關(guān)系。【方法】使用2017—2021年白腐病發(fā)生資料和氣溫、相對濕度、降水等觀測記錄，對病發(fā)前七天的氣象條件進(jìn)行逐要素分析，再通過嶺回歸分析建立預(yù)測方程。【結(jié)果】在一定范圍內(nèi)，氣溫與白腐病的發(fā)生成正向相關(guān)，氣溫連續(xù)幾日升高易引起白腐病發(fā)生，是白腐病發(fā)生的基礎(chǔ)條件。相對濕度與白腐病之間也存在正相關(guān)關(guān)系，70%以上的高濕環(huán)境容易誘導(dǎo)白腐病的發(fā)生，并有利于病菌的生長。同時本研究得到了預(yù)測準(zhǔn)確度為60.4%的釀酒葡萄白腐病病情指數(shù)的預(yù)報(bào)方程。【結(jié)論】對昌黎地區(qū)釀酒葡萄而言，當(dāng)預(yù)報(bào)未來一周氣溫在20-30℃范圍內(nèi)、相對濕度達(dá)到70%以上且將有降雨出現(xiàn)，則白腐病有可能發(fā)生。借助本研究的預(yù)測模型，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)白腐病預(yù)報(bào)，這有助于氣象部門更好地為釀酒葡萄種植戶提供服務(wù)。

關(guān)鍵詞：昌黎；釀酒葡萄；白腐病；氣象條件

基金項(xiàng)目：河北省氣象局科研開發(fā)項(xiàng)目（19ky31、20ky17）、秦皇島市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（201902A217）資助。

作者簡介：李瑞盈，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象研究。

通訊作者：孫麗華，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象及氣候變化研究。

引言

葡萄白腐病俗稱“水爛”或“穗爛病”，是葡萄種植中危害果實(shí)的一種重要真菌病害，最早于1878年在意大利發(fā)現(xiàn)，通常在冰雹過后發(fā)生嚴(yán)重，因此又稱為“冰雹病害”[1-3]。白腐病是葡萄最重要的病害之一，在大多數(shù)葡萄品種上都會發(fā)生，發(fā)生后可造成20%-80%的損失。由于氣候條件對該病害發(fā)生和流行影響很大，所以研究白腐病發(fā)生前的氣象條件變化對預(yù)防和控制該病有重要作用[4]。

研究表明，白腐病為冀東地區(qū)釀酒葡萄主要病害之一[5]，氣象條件會影響病害的發(fā)生，與病害發(fā)生之間存在一定的關(guān)系[6-7]。國內(nèi)有關(guān)白腐病的研究主要集中在病菌形態(tài)、病菌分類、田間侵染等方面，對病害發(fā)生與氣象條件之間的關(guān)系研究較少[8]。齊慧霞等研究了生長季釀酒葡萄白腐病分生孢子飛散動態(tài)，指出影響孢子飛散的主要?dú)庀笠蛩貫闇囟群蜐穸萚9]；陳子文等指出白腐病的田間侵染與葡萄園微氣候有關(guān)[10]；胡銳等認(rèn)為夏季高溫多雨利于白腐病發(fā)生[11]；潘仁全等通過研究提出紫秋葡萄白腐病發(fā)生流行與高溫高濕的天氣條件有密切關(guān)系[12]。此外有研究人員指出通過預(yù)測釀酒葡萄病害發(fā)生來確定最合理的農(nóng)藥使用時機(jī)及使用量，可有效減輕農(nóng)藥污染，對推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重大意義[13]。由于不同區(qū)域間小氣候不同，討論不同產(chǎn)區(qū)病害發(fā)生與氣象條件間的關(guān)系具有重要價值。因此，本文重點(diǎn)研究了河北省重要的釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)昌黎地區(qū)白腐病的發(fā)生與前期氣象條件間的關(guān)系。

昌黎縣位于北緯39°，地處適宜釀酒葡萄生長的黃金種植帶上，是國際、國內(nèi)公認(rèn)的著名葡萄與葡萄酒產(chǎn)區(qū)，被譽(yù)為“中國干紅葡萄酒之鄉(xiāng)”“中國釀酒葡萄之鄉(xiāng)”和“中國干紅葡萄酒城”，是具有原產(chǎn)地標(biāo)志認(rèn)證的產(chǎn)區(qū)[14-17]。白腐病的發(fā)生會嚴(yán)重影響釀酒葡萄產(chǎn)量及其加工產(chǎn)品的品質(zhì)，通過分析探索昌黎地區(qū)釀酒葡萄白腐病與氣象條件之間的關(guān)系，結(jié)合短中期天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品對白腐病發(fā)生提出預(yù)測預(yù)警，能夠幫助種植戶加強(qiáng)病害防治，對于提高昌黎地區(qū)釀酒葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)有十分積極的作用。

1 材料與方法

1.1? 研究區(qū)概況

昌黎地處河北省東北部，屬東部季風(fēng)區(qū)暖溫帶半濕潤大陸性氣候，日照充足，四季分明。年均日照時數(shù)2809.3h，年平均氣溫11.3℃，年平均風(fēng)速2.7m/s，無霜期186天，≥10℃的有效積溫1909.8℃，年平均降水量666.8mm，年平均相對濕度61%，氣候條件非常適宜釀酒葡萄生長[18-20]。

1.2? 資料來源

2017-2021年在昌黎縣華夏葡萄釀酒有限公司、耿氏酒堡和昌黎縣博凱葡萄專業(yè)合作社三個釀酒葡萄種植基地各選長勢一致、樹齡相同、地勢平坦且種植同一品種（赤霞珠）的地塊，定點(diǎn)、定株調(diào)查田間白腐病發(fā)生情況。由于白腐病主要危害葡萄果穗，因此主要記錄釀酒葡萄果粒發(fā)病情況，以病果出現(xiàn)為標(biāo)志。

2017-2019年在同樣地塊開展病情指數(shù)的調(diào)查，每個供試葡萄園內(nèi)隨機(jī)調(diào)查當(dāng)年抽生新蔓60個果穗，記錄總穗數(shù)、發(fā)病穗數(shù)；調(diào)查全部葉片，記錄各病害等級病葉數(shù)及總?cè)~數(shù)，計(jì)算病情指數(shù)。

在系統(tǒng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對氣象資料進(jìn)行收集分析，對應(yīng)的資料來自昌黎縣國家氣象觀測站。

1.3? 計(jì)算方法

2017-2021年連續(xù)5年5月下旬（始花期）開始調(diào)查，具體調(diào)查方法如下：在園區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取4個小區(qū)域（每個小區(qū)域面積控制在3m×3m），每個小區(qū)域內(nèi)隨機(jī)選擇5株釀酒葡萄，共計(jì)20株。每7天調(diào)查一次，觀察果穗生長情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)4個區(qū)域內(nèi)發(fā)病果粒數(shù)所占百分比均超過1%，即記為白腐病發(fā)生[21]。

2017-2019年每年6月下旬到9月下旬之間每隔7天進(jìn)行一次調(diào)查，采用5點(diǎn)取樣，每點(diǎn)調(diào)查60個果穗，記錄總穗數(shù)、發(fā)病穗數(shù)，計(jì)算病情指數(shù)。果穗病害分級方法如下：

0級：無病斑；

1級：全穗1/4以下果粒感?。?/p>

2級：全穗1/4-1/2果粒感?。?/p>

3級：全穗1/2-3/4果粒感?。?/p>

4級：全穗3/4以上果粒感病。

病情指數(shù)（%）=100×∑（病級值×該級病果數(shù)）/（調(diào)查總果數(shù)×發(fā)病最高級值）。

2 結(jié)果分析

2.1? 昌黎地區(qū)釀酒葡萄物候期及白腐病發(fā)生規(guī)律

昌黎地區(qū)釀酒葡萄生產(chǎn)的物候期為每年3月下旬出土上架，4月上旬進(jìn)入萌芽期，5月下旬進(jìn)入開花期，6月上旬至7月下旬為果實(shí)生長期，8月上中旬進(jìn)入轉(zhuǎn)色期，9月中旬進(jìn)入成熟期，10月中旬進(jìn)入采收期，11月進(jìn)入埋土防寒期，樹體開始越冬休眠。

白腐病菌在土壤中越冬，隨著雨水飛濺逐漸侵染下部葉片繼而向上發(fā)展，通常果?；蛩胼S首先被侵染并向上下蔓延，病害到達(dá)果粒后從基部發(fā)病。如圖1為2017-2019年白腐病病情指數(shù)調(diào)查示意圖，可以看出昌黎地區(qū)釀酒葡萄白腐病一般始見于6月下旬至7月初，始發(fā)期內(nèi)病情指數(shù)較小，增長緩慢；7月中旬開始進(jìn)入第一個高峰期，7月中旬至下旬期間病情發(fā)展很快，病情指數(shù)迅速升高，病害進(jìn)入盛發(fā)期；隨后病情緩慢發(fā)展，進(jìn)入8月中旬病情發(fā)展再次加快。

昌黎地區(qū)在6月下旬開始逐步進(jìn)入雨季，氣溫較高，空氣濕度增大，氣候條件為白腐病的發(fā)生發(fā)展提供了適宜的環(huán)境，降水會造成白腐病菌沾染葉片、離地面近的果穗等部位，造成病害發(fā)生、流行，因此6月上旬至中旬為病害防治的關(guān)鍵時期。

2.2? 白腐病發(fā)生前氣溫條件分析

通常而言，氣溫對病蟲害的萌發(fā)和入侵具有極其顯著的影響。病源生物需在適宜溫度條件下才可正常生長、繁殖，白腐病分生孢子在適宜溫度下才能萌發(fā)。

對氣象資料統(tǒng)計(jì)整理發(fā)現(xiàn)，2017-2021五年間，白腐病發(fā)生前7天的日平均氣溫主要集中于20-28℃，此范圍內(nèi)白腐病易發(fā)生。對2017-2021年白腐病發(fā)生前7天日平均氣溫進(jìn)行逐年逐日分析發(fā)現(xiàn)，白腐病發(fā)生前5天內(nèi)出現(xiàn)先降后升的狀態(tài)（圖2）。特別是白腐病發(fā)生前一天，平均氣溫都超過了22℃。這7天的平均溫度處于適宜白腐病孢子萌發(fā)生長的范圍，是之后白腐病發(fā)生的基礎(chǔ)條件及重要指標(biāo)。因此在研判白腐病是否會發(fā)生時，要密切關(guān)注平均氣溫值，并且當(dāng)平均氣溫出現(xiàn)低溫反彈時，更需要密切關(guān)注。

圖3為2017-2021年間白腐病發(fā)生前7天昌黎地區(qū)的最高氣溫趨勢圖。由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，白腐病開始發(fā)生前7天的最高氣溫都高于21℃，并且低于34℃。特別是病情發(fā)生前2天，最高氣溫都在26℃以上。如2021年，在白腐病發(fā)生前3天的最高氣溫僅為21.6℃，但是之后的2天氣溫快速回升，病情發(fā)生前1天的最高氣溫已經(jīng)達(dá)到26.9℃。最高氣溫?cái)?shù)值在利于白腐病分生孢子生長的溫度范圍內(nèi)（15-34℃），是白腐病發(fā)生的必要條件。

圖4為2017-2021年間白腐病發(fā)生前7天昌黎地區(qū)的氣溫變化趨勢圖。由圖4可以直觀看出，2017-2021年病發(fā)前7天的最低氣溫基本高于15℃；在病發(fā)前至少有2天的氣溫日較差較大，平均氣溫處于比較中心的位置；至少有2-3天氣溫日較差較小，且平均氣溫往往偏向低溫端。有研究表明氣溫在24-27℃范圍內(nèi)白腐病孢子會很快萌發(fā)和侵入；低于15℃，病菌幾乎不能侵入和發(fā)展；高于34℃，病害發(fā)展會非常慢。圖2-4數(shù)據(jù)證明2017-2021年白腐病發(fā)生前7天氣溫均處于適宜白腐病孢子生長溫度范圍內(nèi)。綜合上述分析，可以認(rèn)為在昌黎地區(qū)，在一定范圍內(nèi)，氣溫與白腐病的發(fā)生正向相關(guān)，即在適宜白腐病孢子生長溫度范圍內(nèi)，氣溫連續(xù)幾日升高易引起白腐病發(fā)生，是白腐病發(fā)生的基礎(chǔ)條件。

2.3? 白腐病發(fā)生前降水條件分析

傷口和充分濕潤是引起葡萄白腐病菌侵染的主要條件[22]，昌黎地區(qū)6月下旬剛開始進(jìn)入雨季，適時的降雨是引起白腐病害發(fā)生和流行的重要因素。由圖5可看出2017-2021年間，除了2020年，每一年白腐病發(fā)生均有降水，即這7天里出現(xiàn)一次或者多次降雨。實(shí)際上，降雨促成了白腐病孢子從泥土到植株上的傳播，具體而言是白腐病孢子隨風(fēng)雨傳播，入侵枝梢傷口，在汁液或水滴中，白腐病的分生孢子幾小時內(nèi)就可以萌發(fā)。因此，可以認(rèn)為氣溫在一定范圍內(nèi)時出現(xiàn)降雨，是白腐病發(fā)生的前兆；從防病角度講，是提高預(yù)警的開始。

2.4? 白腐病發(fā)生前相對濕度條件分析

白腐病菌的孢子萌發(fā)和入侵與潮濕密切相關(guān)，濕度條件對白腐病分生孢子萌發(fā)具有重要影響，濕度條件不適宜，白腐病也不會發(fā)生，因此相對濕度也是分析白腐病發(fā)生規(guī)律的重要參數(shù)指標(biāo)。圖6為2017-2021年間白腐病發(fā)生前7天昌黎地區(qū)的相對濕度趨勢圖。由圖可知，在白腐病發(fā)生前7天中，1-5天的相對濕度高于50%，除了2020年，其他年份均高于60%，且絕對多數(shù)天的相對濕度高于65%。另外，圖中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還清晰表明在每年白腐病發(fā)生前1天時，相對濕度已基本升至70%以上，只有2017年最后1天相對濕度出現(xiàn)降低，但是之前相對濕度上升明顯，且最后一天數(shù)值也達(dá)到了69%。

通過長時間觀察，研究者們發(fā)現(xiàn)70%以上的高濕環(huán)境有利于病菌的生長，高濕環(huán)境容易誘導(dǎo)白腐病的發(fā)生，因此可以認(rèn)為相對濕度與白腐病之間存在正相關(guān)關(guān)系。

2.5? 綜合分析

通過上述分析，可以發(fā)現(xiàn)白腐病發(fā)生與氣溫、降水和相對濕度有密切關(guān)系。首先，適宜的溫度范圍是白腐病發(fā)生的先決條件，即至少一周的氣溫在15-34℃之間。這主要因?yàn)樵摐囟葏^(qū)域內(nèi)，白腐病孢子處于活躍狀態(tài)，是白腐病發(fā)生的必要條件。其次是有高濕（相對濕度在70%以上）和適宜的溫度（20-30℃）環(huán)境協(xié)同作用，如圖7所示，病發(fā)前7天里至少存在1天滿足上述氣候要求，這種氣候條件極其有利于白腐病的孢子快速萌發(fā)和繁殖，龐大的孢子數(shù)量對于白腐病病菌入侵植株以及最終的病發(fā)是十分關(guān)鍵的。再次是要有必要的降雨，當(dāng)氣溫在20-30℃區(qū)間、同時又是高濕環(huán)境的氣象條件下，如果期間或之后出現(xiàn)了降水，則易引起白腐病的發(fā)生。比如2021年的白腐病發(fā)生前4天的相對濕度為85%-94%，氣溫在18.6-26.9℃之間，其中發(fā)病前第3、4天出現(xiàn)了18.1、53.3mm的降水，2天之后白腐病即發(fā)生。最后，由圖7可知，白腐病發(fā)生前3天（即第5-7天）出現(xiàn)氣溫較高、相對濕度較大的氣象條件?？梢哉J(rèn)為這段時間是白腐病最終發(fā)生前的必經(jīng)階段。

總之，從氣象條件角度來看，及時向種植戶發(fā)出預(yù)警來預(yù)防白腐病，需要綜合考慮氣溫、降水和相對濕度等多個因素及其變化趨勢，尤其注意其中氣溫和相對濕度的疊加作用。當(dāng)氣溫進(jìn)入15-34℃區(qū)域后，應(yīng)密切關(guān)注相對濕度到70%以上和全天氣溫均在20-30℃的氣候環(huán)境的出現(xiàn)。如果該氣候環(huán)境出現(xiàn)，并在伴有降水過程，則白腐病可能感染了植株。之后2-3天如果出現(xiàn)氣溫較高、相對濕度較大的氣象條件，則應(yīng)該提醒種植戶白腐病很有可能要發(fā)生了。

2.6 病情指數(shù)預(yù)測模型

應(yīng)用數(shù)學(xué)模型預(yù)測病害發(fā)生早已得到廣泛應(yīng)用，如小麥、馬鈴薯病害預(yù)測系統(tǒng)均能較為準(zhǔn)確地模擬病害發(fā)生規(guī)律[23]。嶺回歸分析（RidgeRegression）是一種改良的最小二乘估計(jì)方法，它用于解決在線性回歸分析中自變量存在共線性的問題，通過放棄最小二乘法的無偏性，以損失部分信息、降低精度為代價獲得回歸系數(shù)更為符合實(shí)際、更可靠的回歸方法。利用嶺回歸分析建立白腐病病情指數(shù)與氣象條件的對應(yīng)關(guān)系的函數(shù)方程，這將為進(jìn)一步準(zhǔn)確預(yù)測白腐病發(fā)生及嚴(yán)重程度的預(yù)判提供參考。

以2017-2018年病情指數(shù)為因變量，以溫度、相對濕度、降水為影響因素，獲得回歸方程（1）。

Y=-41.4636-4.6144*X1+5.8391*X2-1.8358*X3+0.4997*X4-0.1616*X5-0.2283*X6? ? （1）

其中X1為調(diào)查日前7天平均氣溫，X2為前7天日最高氣溫，X3為前7天日最低氣溫，X4為前7天平均相對濕度，X5為前7天降水量，X6為前7天中的降雨日數(shù)。方程復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.6212，總體檢驗(yàn)為顯著水平（P＜0.05）。

利用2019年實(shí)際觀測資料回代入方程，預(yù)測白腐病病情指數(shù)，如圖8，其預(yù)測準(zhǔn)確度為60.4%。根據(jù)上式可以計(jì)算未來白腐病發(fā)生的嚴(yán)重程度，據(jù)此可對葡萄園管理給出一些指導(dǎo)性的意見，在病害發(fā)生早期及時加以防治，避免病害的大爆發(fā)，從而減少損失，提高釀酒葡萄產(chǎn)量與質(zhì)量。

3 結(jié)論與討論

（1）釀酒葡萄白腐病的發(fā)生與氣溫、相對濕度和降雨關(guān)系較為密切。適宜的氣溫與濕度為病菌孢子的迅速繁殖、萌發(fā)提供了條件，同時適時的降雨為病菌的傳播提供了媒介。

（2）當(dāng)預(yù)報(bào)未來一周氣溫在20-30℃范圍內(nèi)、相對濕度達(dá)到70%以上且將有降水出現(xiàn)則白腐病有可能發(fā)生。根據(jù)昌黎地區(qū)釀酒葡萄白腐病發(fā)生的氣象指標(biāo)，結(jié)合短中期天氣預(yù)報(bào)可對白腐病的發(fā)生提出預(yù)測預(yù)警。

（3）根據(jù)病情指數(shù)預(yù)測模型，可對未來白腐病發(fā)生嚴(yán)重程度進(jìn)行預(yù)判，氣象部門可據(jù)此向種植戶發(fā)出預(yù)警，提醒其在病害防御上做好充分準(zhǔn)備，及早防治有助于降低病害產(chǎn)生的影響，減少殺蟲劑等農(nóng)藥的使用，提高釀酒葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)。

（4）由于釀酒葡萄生長周期較長及一些分析手段的局限性，得到更為穩(wěn)定和可靠的預(yù)測方程需要更長時間序列的資料來對模型進(jìn)行優(yōu)化，隨著觀測資料的不斷積累完善，該問題將得到較好的解決。

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