懷化地區(qū)稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空特征分析

易 永,張龍杰,張 偉,普建才

（1.懷化市氣象局，湖南 懷化 418000；2.懷化市植保站，湖南 懷化 418000）

稻曲病為一種黃曲霉病，是影響稻米品質(zhì)的主要病害之一［1-3］，發(fā)生稻曲病的稻米對(duì)人體有害，不能食用。為有效防治稻曲病，確保稻米質(zhì)量安全，有學(xué)者對(duì)稻曲病的發(fā)生發(fā)展與氣象環(huán)境的關(guān)系開(kāi)展了深入研究。前人研究［4-7］表明，孕穗期-灌漿前期的適溫、多雨、少光的氣象條件極其有利于稻曲病的發(fā)生發(fā)展。圍繞相關(guān)氣象因子，有學(xué)者探索了基于氣象條件的短期稻曲病預(yù)測(cè)方法［8］，構(gòu)建了稻曲病病穗率氣象等級(jí)模型［9］、稻曲病氣象適宜等級(jí)指數(shù)模型［10］、稻曲病粒率的數(shù)學(xué)模擬模型［11］以及稻曲病情指數(shù)的預(yù)測(cè)模型［12］，對(duì)預(yù)測(cè)稻曲病的發(fā)生發(fā)展提供了有益借鑒。

懷化位于湖南省西部偏南，地處我國(guó)西南地區(qū)東部，屬云貴高原東側(cè)余脈及武陵-雪峰山區(qū)，生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，雨熱同期，是理想的優(yōu)質(zhì)稻種植基地［13］。懷化還是全國(guó)三個(gè)雜交水稻制種基地市之一，已建成國(guó)家級(jí)雜交水稻制種基地縣4 個(gè)、省級(jí)2個(gè)；建成雜交水稻種子生產(chǎn)基地產(chǎn)業(yè)集群和優(yōu)勢(shì)區(qū)域5 個(gè)，創(chuàng)建“規(guī)?；?、機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化、集約化、信息化”雜交水稻種子生產(chǎn)基地18個(gè)。目前鮮見(jiàn)對(duì)懷化地區(qū)稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析的報(bào)道，因此，借鑒前人研究，構(gòu)建懷化地區(qū)稻曲病病穗率氣候模擬模型，分析懷化地區(qū)稻曲病時(shí)空氣候風(fēng)險(xiǎn)特征，為當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)水稻生產(chǎn)季節(jié)安排和基地布局提供依據(jù)，同時(shí)為分析我國(guó)西南地區(qū)東部其他區(qū)域的稻曲病時(shí)空氣候風(fēng)險(xiǎn)特征提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

稻曲病發(fā)生情況資料采用2016—2020年懷化地區(qū)沅陵、溆浦、新晃、靖州、會(huì)同、通道等6 個(gè)縣市植保站的30 組稻曲病最終病穗率觀(guān)測(cè)資料。由于稻曲病定點(diǎn)觀(guān)測(cè)在縣城城郊進(jìn)行，因此采用對(duì)應(yīng)的國(guó)家站地面氣象資料作為建立病穗率氣候模擬模型的平行氣象資料，綜合考慮地理特征、數(shù)據(jù)質(zhì)量、建站時(shí)長(zhǎng)等因素，選取全市107 個(gè)自動(dòng)氣象站2011—2021年觀(guān)測(cè)資料。

1.2 稻曲病病穗率氣候模擬模型構(gòu)建

研究表明，稻曲病的發(fā)生和水稻孕穗-灌漿前期（乳熟）的氣象條件密切相關(guān)［4-7］，參照現(xiàn)有各類(lèi)稻曲病模擬模型氣象因子算法［9-12］，利用各氣象站在對(duì)應(yīng)孕穗-乳熟期的平均氣溫、日較差、雨量、濕潤(rùn)指數(shù)、稻曲病綜合氣象因子［9］，以及R2020（日雨量）分別大于等于0.1 mm、5 mm、10 mm、20 mm 的降雨日數(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)雨日）等數(shù)據(jù)，分別計(jì)算其與稻曲病病穗率的相關(guān)系數(shù)，找出與稻曲病病穗率顯著相關(guān)的關(guān)鍵因子，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用SPSS建立稻曲病病穗率氣候模擬模型，以關(guān)鍵氣象因子及模擬病穗率作為稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，進(jìn)行稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空特征分析。

1.3 稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空特征分析

根據(jù)懷化地區(qū)近30年一季稻物候觀(guān)測(cè)資料分析可知，當(dāng)?shù)匾患镜緩脑兴氲饺槭齑蠹s30 d。應(yīng)用以上建立的稻曲病病穗率氣候模擬模型，利用2011—2020年107 個(gè)自動(dòng)站氣象資料，以30 d為步長(zhǎng)，每年從7月1日至8月20日，向后滾動(dòng)計(jì)算出稻曲病的模擬病穗率，然后計(jì)算模擬病穗率的逐日10年平均值。通過(guò)分析懷化地區(qū)主要平均孕穗-乳熟期（7月16日—8月14日）和整個(gè)孕穗-乳熟適宜季節(jié)（7月1日—8月20日）滾動(dòng)平均病穗率，找出稻曲病分布的地理特征。同時(shí)，按200 m 以下、200～400 m、400～600 m、600 m 以上分別隨機(jī)選取海拔分布均勻的4個(gè)代表站，繪制稻曲病模擬病穗率及雨日時(shí)間變化趨勢(shì)圖，以找出稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)時(shí)間變化規(guī)律及稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低或較高時(shí)段。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻曲病病穗率模擬模型

根據(jù)稻曲病病穗率觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)及平行氣象數(shù)據(jù)計(jì)算得出，濕潤(rùn)度、平均氣溫、日較差、降水量、R2020≥0.1 mm 雨日、R2020≥5 mm 雨日、R2020≥10 mm雨日、綜合指數(shù)與病穗率的相關(guān)系數(shù)分別為0.047 5、－0.116 9、－0.113 3、0.086 1 、0.477 9、0.336 9、0.016 1、0.341 6。其中，R2020≥0.1 mm 雨日與病穗率顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.477 9，通過(guò)P=0.01極顯著相關(guān)檢驗(yàn)，其他因子均未通過(guò)P=0.05 的顯著相關(guān)檢驗(yàn)。因此，以病穗率為因變量、R2020≥0.1 mm 雨日為自變量，利用SPSS進(jìn)行線(xiàn)性、二次項(xiàng)、復(fù)合、增長(zhǎng)、對(duì)數(shù)、s 曲線(xiàn)等趨線(xiàn)估算，得到二次項(xiàng)（倒拋物線(xiàn)）為最優(yōu)回歸曲線(xiàn)（圖1），并建立最優(yōu)回歸模型：y=0.030 4x2－0.444 8x＋2.543 9。模型R2=0.561 6，通過(guò)P=0.01 顯著相關(guān)檢驗(yàn)。如圖1所示，總體上懷化地區(qū)稻曲病病穗率隨R2020≥0.1 mm雨日的增多呈升高趨勢(shì)。

圖1 2016—2020年懷化地區(qū)稻曲病病穗率隨R2020≥0.1 mm 雨日增加的變化

2.2 稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征

統(tǒng)計(jì)懷化地區(qū)主要孕穗-乳熟期及適宜季節(jié)R2020≥0.1 mm 雨日，并利用稻曲病病穗率模擬模型所得的模擬病穗率可知，雨日和稻曲病病穗率的地理分布特征基本相同。從R2020≥0.1 mm 雨日分析，懷化地區(qū)主要孕穗-乳熟期的R2020≥0.1 mm 雨日為7.3～16.6 d，適宜季節(jié)R2020≥0.1 mm 雨日為19.5～39.6 d。東部雪峰山區(qū)R2020≥0.1 mm 雨日最多，其次為西部云貴高原余脈山區(qū)及南部南嶺山脈，而較開(kāi)闊的沅水及其支流河谷平地地區(qū)R2020≥0.1 mm 雨日相對(duì)較少。從模擬病穗率分析，懷化多數(shù)區(qū)域模擬病穗率低于5%，屬于稻曲病不易發(fā)生地區(qū)；沅陵西北部武陵山區(qū)和溆浦-中方-洪江的雪峰山區(qū)模擬病穗率略高，為3%～5.3%，其他地區(qū)模擬病穗率在3%以下，其中較開(kāi)闊的沅水及其支流河谷平地地區(qū)模擬病穗率在2%以下。

此外，模擬分析統(tǒng)計(jì)表明，懷化地區(qū)R2020≥0.1 mm 雨日、稻曲病模擬病穗率和海拔關(guān)系密切：主要孕穗-乳熟期及適宜季節(jié)兩個(gè)時(shí)期的平均R2020≥0.1 mm 雨日海拔200 m 以下地區(qū)分別為9.4 d、25.2 d，海拔200～400 m 地區(qū)分別為10.6 d、27.8 d，海拔400～600 m 地區(qū)分別為11.8 d、30.2 d，海拔600 m 以上地區(qū)分別為12.7 d、31.6 d，兩個(gè)時(shí)期R2020≥0.1 mm 雨日和海拔的相關(guān)系數(shù)分別為0.495 9、0.537 8，通過(guò)P=0.01極顯著性檢驗(yàn)；主要孕穗-乳熟期及適宜季節(jié)兩個(gè)時(shí)期的稻曲病模擬病穗率，海拔200 m 以下地區(qū)分別為1.6%、1.7%，海拔200～400 m 地區(qū)分別為2.0%、2.1%，海拔400～600 m 地區(qū)分別為2.3%、2.4%，海拔600 m 以上地區(qū)分別為2.9%、3%，兩個(gè)時(shí)期病穗率和海拔的相關(guān)系數(shù)分別為0.516 4、0.565 3，通過(guò)P=0.01 極顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)較R2020≥0.1 mm雨日有所增大。

2.3 稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)間變化規(guī)律

2.3.1 海拔200 m 以下地區(qū) 由圖2 可知，在海拔200 m 以下地區(qū)，雨日及模擬病穗率大小隨環(huán)境變化表現(xiàn)出一定差異，地處武陵山區(qū)的軍大坪站雨日最多、模擬病穗率最高，模擬病穗率最大值為2.5%；地處開(kāi)闊河谷地帶的安江站、辰溪站、沅陵站雨日偏少，模擬病穗率相對(duì)較低，其中辰溪站模擬病穗率最低，最小值為1.2%。各站雨日及模擬病穗率變化趨勢(shì)基本一致，均呈“V”字形，以7月中旬至下旬開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率較低，但雨日最低時(shí)段相對(duì)靠前。

圖2 海拔200 m以下地區(qū)代表站稻曲病模擬病穗率及30 d雨日變化趨勢(shì)

2.3.2 海拔200～400 m 地區(qū) 由圖3 可知，在海拔200～400 m 地區(qū)，地處山區(qū)的賀家田站雨日最多，模擬病穗率最高，最大值為2.6%，魚(yú)市站其次，地處開(kāi)闊河谷地帶的靖州站、芷江站雨日較少、模擬病穗率最低，其中芷江站模擬病穗率最小值為1.2%。各站模擬病穗率變化趨勢(shì)與海拔200 m 以下地區(qū)相仿，同樣呈“V”字形變化，且以7月中旬中期至下旬開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率較低，但雨日呈拋物線(xiàn)變化趨勢(shì)，雨日最少時(shí)段也明顯提前。

圖3 海拔200～400 m地區(qū)代表站稻曲病模擬病穗率及30 d雨日變化趨勢(shì)

2.3.3 海拔400～600 m 地區(qū) 由圖4 可知，在海拔400～600 m 地區(qū)，地處雪峰山主脈西側(cè)群山間的葛竹坪站雨日最多、模擬病穗率最高，最大值為4.3%，其他地處相對(duì)孤立開(kāi)闊山區(qū)的大樹(shù)坳站、鐵坡站、溪口村站雨日稍少、模擬病穗率稍低，其中溪口村站模擬病穗率最低，最小值為1.8%。各站模擬病穗率總體呈拋物線(xiàn)變化趨勢(shì)，以8月上旬前期開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率相對(duì)較高。海拔433 m的溪口村站和海拔529 m 的鐵坡站以7月底以前開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率相對(duì)較低；海拔480 m 的大樹(shù)坳站以7月下旬中期前和8月下旬后開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率相對(duì)較低；海拔589 m 的葛竹坪站以7月中旬中期前和8月中旬后開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率相對(duì)較低。各站雨日變化趨勢(shì)與模擬病穗率基本一致。

圖4 海拔400～600 m地區(qū)代表站稻曲病模擬病穗率及30 d雨日變化趨勢(shì)

2.3.4 海拔600 m 以上地區(qū) 由圖5 可知，在海拔600 m 以上地區(qū)，地處雪峰山主脈的龍莊灣站模擬病穗率最高，最大值為5.6%，地勢(shì)稍低的雪峰山區(qū)的黃巖站和大華站次之，地處云貴高原東側(cè)下沉氣流區(qū)山區(qū)的凳寨站模擬病穗率最低，最小值為2.3%。海拔600～900 m的凳寨站、大華站、黃巖站模擬病穗率變化趨勢(shì)較平直，8月中旬以后呈下降趨勢(shì)；海拔1 222 m 的龍莊灣站模擬病穗率呈拋物線(xiàn)變化趨勢(shì)，7月底前開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率相對(duì)較低，8月上旬開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率相對(duì)較高。各站雨日變化趨勢(shì)與病穗率基本一致。

圖5 海拔600 m以上地區(qū)代表站稻曲病模擬病穗率及30 d雨日變化趨勢(shì)

3 結(jié)論

通過(guò)建立稻曲病病穗率氣候模擬模型對(duì)懷化地區(qū)稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)的空間分布特征及時(shí)間變化規(guī)律進(jìn)行分析，結(jié)果表明，懷化各地的稻曲病病穗率實(shí)測(cè)值和模擬值均較小，多數(shù)區(qū)域稻曲病平均病穗率低于5%，總體為稻曲病不易發(fā)生區(qū)，適宜發(fā)展優(yōu)質(zhì)稻。相關(guān)性分析表明，懷化地區(qū)稻曲病病穗率主要受孕穗-乳熟期R2020（日雨量）≥0.1 mm 雨日的影響，海拔較高的東部雪峰山區(qū)R2020≥0.1 mm 雨日最多，西部云貴高原余脈山區(qū)及南部南嶺山脈其次，海拔較低、地形較開(kāi)闊的沅水及其支流河谷平地地區(qū)R2020≥0.1 mm 雨日相對(duì)較少，各站雨日變化趨勢(shì)和病穗率基本一致。因此，從稻曲病病穗率的空間分布特征看，懷化地區(qū)稻曲病病穗率隨海拔升高呈增大趨勢(shì)，開(kāi)闊的河谷地帶稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)偏低，山區(qū)的稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。其中，沅陵西北側(cè)武陵山區(qū)、溆浦-中方-洪江交界的雪峰山區(qū)稻曲病病穗率略高，為3%～5.3%，稻曲病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)偏大，原因在于前者為東北冷空氣路徑的迎風(fēng)坡，后者為西風(fēng)帶迎風(fēng)坡，地形條件有利于產(chǎn)生降水，雨日較多。懷化地區(qū)稻曲病氣候風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征的形成原因與前人研究結(jié)論基本一致，即導(dǎo)致田間濕度大的氣象條件有利于稻曲病發(fā)生［1-6］。

從稻曲病病穗率的時(shí)間變化特征看，海拔400 m 以下地區(qū)稻曲病模擬病穗率呈明顯的“V”字形變化，以7月中旬中期至7月下旬開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率相對(duì)較低；海拔400～600 m地區(qū)稻曲病模擬病穗率呈一定的拋物線(xiàn)變化趨勢(shì)，7月下旬開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率相對(duì)較低，8月上旬開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率相對(duì)較高；海拔600～900 m 地區(qū)稻曲病模擬病穗率變化趨勢(shì)相對(duì)較平直，8月中旬開(kāi)始孕穗階段逐步下降；海拔600 m 以上地區(qū)模擬病穗率變化趨勢(shì)與海拔400～600 m 地區(qū)相仿，8月上旬開(kāi)始孕穗階段的模擬病穗率相對(duì)較高。總體上，懷化地區(qū)稻曲病病穗率在7月下旬開(kāi)始孕穗階段最低。

雖然懷化地區(qū)總體為稻曲病不易發(fā)生區(qū)，但若發(fā)生稻曲病會(huì)對(duì)水稻造成極大影響，必須重視其防治，尤其是懷化較高海拔地區(qū)為林區(qū)，水分涵養(yǎng)條件較好，環(huán)境濕潤(rùn)，同時(shí)由于山腰和山頂對(duì)氣流的抬升作用，易形成雨霧，雨日較多，有利于優(yōu)質(zhì)稻米形成的同時(shí)，也有利于稻曲病發(fā)生發(fā)展，因此，對(duì)于種植于較高海拔山區(qū)和抽穗揚(yáng)花較遲的晚稻、再生稻，需加強(qiáng)防治?？刹扇∵x用無(wú)害種子、深耕減少病原、合理密植、合理施用氮肥、選擇稻曲病發(fā)生率較低的孕穗-乳熟、孕穗期及抽穗期進(jìn)行化學(xué)防治等措施，以減少稻曲病危害［13］。