河套灌區(qū)向日葵菌核病發(fā)生等級預(yù)報

劉偉，王慧敏，孔德胤，蘇元紅，包佳婧，孔鳴川

（1內(nèi)蒙古巴彥淖爾市農(nóng)業(yè)氣象試驗站，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000；2中國氣象局烏梁素海濕地生態(tài)氣象野外科學(xué)試驗基地，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000；3巴彥淖爾市現(xiàn)代農(nóng)牧事業(yè)發(fā)展中心，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015000）

0 引言

巴彥淖爾有豐富的土地、光熱和黃河水資源，種植向日葵歷史悠久。隨著產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展，種植效益的增加，2017—2019 年種植面積平均在26.67 萬hm2左右。播種面積占全國向日葵總播面積的25%，占全市農(nóng)作物總播面積的40%，成為全市種植面積最大的作物，同時也獲評國家地理標(biāo)志產(chǎn)品，具有籽粒大、飽滿性好、產(chǎn)量高等特質(zhì)，經(jīng)過篩選、加工、炒制后深受市場歡迎[1]。然而，菌核病卻嚴重威脅著向日葵生產(chǎn)，一般地塊減產(chǎn)10%～30%，嚴重的高達60%左右，制約著向日葵產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。向日葵菌核病，亦稱白腐病、爛頭病，是一種至今仍困擾全世界的病害[2]。全國向日葵產(chǎn)區(qū)均有發(fā)生，危害極大。因此，植物保護和育種工作者對向日葵菌核病的防治技術(shù)和抗病品種的選育進行了研究[3-13]。李瑞等[14]、卯旭輝等[15]采用適當(dāng)推后播期的方法防治該病的發(fā)生，達到較好的效果，許多學(xué)者對菌核病發(fā)生與氣象條件的關(guān)系進行了研究[16-20]，采用氣象要素來預(yù)測病蟲害的發(fā)生和發(fā)展[21-23]，但對菌核病研究較少。淡建兵等[24]預(yù)測了河套灌區(qū)菌核病發(fā)生期、發(fā)生程度，但受資料序列少的限制，沒有投入業(yè)務(wù)應(yīng)用。本研究在收集長序列向日葵菌核病和相關(guān)氣象資料的基礎(chǔ)上，建立了發(fā)生期、發(fā)生程度的預(yù)測模型，在業(yè)務(wù)應(yīng)用中取得了良好效果，對防御病害發(fā)生發(fā)揮了重要作用，進而為向日葵產(chǎn)業(yè)集群高質(zhì)量發(fā)展提供了技術(shù)保障和理論支撐。

1 材料與方法

向日葵菌核病資料（2000—2021 年）來自內(nèi)蒙古巴彥淖爾市植保站。氣象資料來源于內(nèi)蒙古氣象局信息中心。

植保站每年對向日葵菌核病的發(fā)生情況進行調(diào)查。自6月10日起，在上一年發(fā)生菌核病的田間，按5點抽樣法確定調(diào)查點。大于0.13 hm2的地塊。選擇30株植物，每3 d調(diào)查一次，直到向日葵成熟并收獲。田間首次發(fā)病的日期為中心病的出現(xiàn)期。在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件下，菌核病從中心慢慢蔓延，直至大規(guī)模發(fā)生。疾病開始傳播、傳播和流行的時期是高峰時期的開始。發(fā)病率分為5 個級別：輕度（1）、中度輕度（2）、中度重度（3）、中度重度（4）、重度（5）。

表1 為歷年中心菌株出現(xiàn)期、始盛期和發(fā)生程度的調(diào)查結(jié)果。同時對日期數(shù)據(jù)進行編碼，中心菌株的出現(xiàn)期以6 月1 日編為1，6 月21 日編為21。在高峰期，將7月1日編碼為1，將7月23日編碼為23，以便分析病害數(shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)的相關(guān)性。

表1 歷年中心病株出現(xiàn)期、始盛期和發(fā)生程度調(diào)查結(jié)果

2 結(jié)果與分析

2.1 中心病株出現(xiàn)期與當(dāng)年氣象條件的關(guān)系

2.1.1 溫度菌核病中心病株出現(xiàn)期資料與氣象資料的相關(guān)分析表明，中心病株出現(xiàn)期與平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，其擬合方程與參數(shù)列于表2。

表2 菌核病中心病株出現(xiàn)日期（編碼）與氣溫的關(guān)系

由表2可以看出，1月下旬—2月上旬的平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫與菌核病中心病株發(fā)生時間呈顯著和極顯著正相關(guān)。1 月下旬—2 月上旬是河套地區(qū)全年最冷的時期，該地區(qū)春季農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依靠秋季土壤儲水，從秋水到葵花播種。長達8 個月的時段內(nèi)，最冷月份期是土壤保持水分的關(guān)鍵，而這一點往往被忽視，大多數(shù)農(nóng)戶不采取措施保持土壤水分，遇到高溫年份，由于冬季蒸發(fā)而造成土壤水分流失嚴重。土壤水分差，雖然不利于播種，但能抑制菌核病的發(fā)生和發(fā)展。溫度越高，中心病出現(xiàn)越晚。3 種溫度每升高1℃，中心菌株的出現(xiàn)時間延遲2.2 d。6 月中旬，最低溫度越高，出苗越有序，植株越強壯，抗病能力越強。溫度每升高1℃，中心病株的出現(xiàn)期越晚6.6 d。

2.1.2 相對濕度、水汽壓菌核病資料與氣象資料的相關(guān)分析表明，菌核病中心病株出現(xiàn)日期與相對濕度、水汽壓呈極顯著和顯著的負相關(guān)關(guān)系，其擬合方程與參數(shù)為列于表3。

表3 菌核病中心病株出現(xiàn)日期（編碼）與相對濕度、水汽壓的關(guān)系

一般來說，濕度高容易發(fā)生疾病，病害的發(fā)生也會隨著溫度的不同而有所不同。只有在濕度相對充足的情況下，才會發(fā)生疾病。由表3可以看出，在1月中下旬和2月初土壤凍結(jié)最深的時期，空氣濕度越高，越有利于菌核菌的存活，菌核菌發(fā)生越早。五月下旬，葵花籽開始播種。水汽壓越高，空氣中的水分越多，越有利于菌核病的早期發(fā)生。所以濕度是發(fā)病率非常重要的限制因素。濕度之所以與病害密切相關(guān)，是因為孢子形成、傳播、萌發(fā)、滲透等各個階段都需要相對充足的濕度。土壤濕度與病害的發(fā)生也有很大關(guān)系。一般來說，在土壤水分充足、潮濕的條件下，病害往往較多，土壤水分不僅與土壤病害密切相關(guān)，而且影響著作物的抗逆性，和病害的變化[17]。

2.1.3 日照時數(shù)菌核病中心病株出現(xiàn)期資料與氣象資料的相關(guān)分析表明，菌核病中心病株出現(xiàn)期與1 月中下旬日照時數(shù)(S)呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其擬合方程為式(1)。

由(1)式可知，日照時數(shù)每增加1 h，中心病株出現(xiàn)期后推0.73 d。1 月中下旬，是河套地區(qū)最冷的時期，晴好天氣多，土壤水分散失較多，土壤濕度變小，菌核病病核生長因失水而受到抑制，因此中心病株出現(xiàn)期推后。

2.1.4 平均風(fēng)速菌核病中心病株出現(xiàn)期與氣象資料的相關(guān)分析表明，菌核病中心病株出現(xiàn)期與1 月中下旬平均風(fēng)速(V)呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，其擬合方程為式(2)。

由(2)式可知，平均風(fēng)速(V)每增加1m/s，中心病株出現(xiàn)期后推14.2 d。1月中下旬，是河套地區(qū)最冷的時期，平均風(fēng)速大，土壤水分蒸散較多，土壤濕度變的更小，菌核病病核容易失水而死亡，因此中心病株出現(xiàn)期推后。

利用逐步回歸方法建立中心病株出現(xiàn)期的預(yù)報模型，其結(jié)果見式(3)。

式中，X1為上年5 月下旬—6 月中旬平均水汽壓(hpa)；X2為上年6 月上旬—7 月上旬平均風(fēng)速(m/s)；X3當(dāng)年1月中下旬平均相對濕度(%)。

擬合與試報，將該方程進行歷史回代，發(fā)現(xiàn)歷史擬合較好（見圖1），將2021年對應(yīng)數(shù)據(jù)代入(3)式，計算出2021年中心病株出現(xiàn)期為65，與實況值68，相差3 d。

圖1 河套地區(qū)向日葵菌核病中心病株出現(xiàn)期預(yù)報模型擬合情況

2.2 菌核病始盛期與當(dāng)年氣象條件的關(guān)系

2.2.1 溫度菌核病始盛期資料與氣象資料的相關(guān)分析表明，始盛期與平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其擬合方程與參數(shù)為列于表4。

表4 菌核病始盛期（編碼）與溫度的關(guān)系

由表4可以看出，3月初和4月初的極端最低氣溫與菌核開始呈顯著正相關(guān)。此時溫度越高，春潮越嚴重，土壤水分提前流失，土壤中的病菌因水分減少而減少。因此，兩個時期極端最低氣溫每升高1℃，菌核開始時間就會推后1.0 d。7月中旬是河套地區(qū)最熱的季節(jié)，向日葵正處于現(xiàn)蕾至開花期。溫度越高，向日葵植株發(fā)育越快，植株越強壯，抗病性也越強。每升高1℃，始盛期后1.4～1.7 d。對于土壤病害，地溫的影響往往大于氣溫的影響[17]。

2.2.2 相對濕度、水汽壓、降水量與雨熱系數(shù)菌核病始盛期資料與氣象資料的相關(guān)分析表明，始盛期與相對濕度、水汽壓呈顯著和極顯著的負相關(guān)關(guān)系，其擬合方程與參數(shù)為列于表5。

表5 菌核病始盛期（編碼）與相對濕度、降水量、雨熱系數(shù)、水汽壓的關(guān)系

在1月中旬和2月初土壤凍結(jié)最深的時期，空氣濕度越高，越有利于菌核菌的存活，始盛期開始越早；3月河套地區(qū)凍土未消通，降水可觸發(fā)春潮，導(dǎo)致土壤水分提前快速下降[25]，土壤中病菌因水量減少而減少。雨熱系數(shù)大，降水量大，氣溫相對較低，春潮持續(xù)時間長，土壤水分流失嚴重，對菌核病的存活起抑制作用，所以始盛期推后。5月下旬，葵花籽開始播種，水汽壓高，空氣含水量充足，有利于菌核病存活，始盛期提早。

2.2.3 平均風(fēng)速菌核病始盛期資料與氣象資料的相關(guān)分析表明，始盛期與平均風(fēng)速(V1)呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，其擬合方程與參數(shù)為列于表6。

表6 菌核病始盛期（編碼）與平均風(fēng)速的關(guān)系

從1月中旬—2月初，是河套地區(qū)最冷的時期。平均風(fēng)速大，土壤水分蒸散量大，土壤水分變小。病核容易失水而死亡，始盛期因此推后。5月中下旬，河套地區(qū)向日葵播季平均風(fēng)速較大，土壤失水增加，病核存活數(shù)減少。6 月下旬，向日葵育苗期，風(fēng)速大，加劇了土壤水分的流失，抑制了菌核病的存活；7 月中旬，向日葵正處于從現(xiàn)蕾到開花的過渡期，花盤快速增大，在風(fēng)速較大的情況下，不利于孢子在花盤上的吸附，抑制了菌核的快速發(fā)育。

利用逐步回歸方法建立始盛期的預(yù)報模型，其結(jié)果見式(4)。

式中，X1為上年3月下旬平均日最高氣溫(%)；X2當(dāng)年4月上旬極端最低氣溫(℃)；X3為當(dāng)年6月平均風(fēng)速(m/s)。

擬合與試報：將該方程進行歷史回代，發(fā)現(xiàn)歷史擬合較好（見圖2）；將2021 年對應(yīng)數(shù)據(jù)代入式(4)，算出2021年向日葵始盛期為40，與實況值42相差2 d。

圖2 河套地區(qū)向日葵菌核病始盛期預(yù)報模型合情況

2.3 菌核病發(fā)生程度與當(dāng)年氣象條件的關(guān)系

2.3.1 溫度對2000—2021 年病害資料與氣象資料的相關(guān)分析表明，菌核病發(fā)生程度與平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其擬合方程與參數(shù)為列于表7。

表7 菌核病發(fā)生程度與溫度的關(guān)系

表7 中可以看出2 月下旬—3 月上旬的平均最高氣溫、平均最低氣溫與菌核病發(fā)生程度呈顯著和極顯著的負相關(guān)關(guān)系，此時溫度高，極易引發(fā)潮塌，地表層消融，下部凍土尚未消通溶解的水分無法滲透到地下，表層水分散失后，墑情下降，菌核病病菌賴以生存的水分條件變壞，因此發(fā)生程度隨之下降。3 種溫度每增加1℃，菌核病發(fā)生程度降低0.1～0.2個等級。6月上中旬，是河套向日葵播種的時節(jié)，中下旬是向日葵出苗到二對真葉期，氣溫越高，出苗越整齊，植株越健壯，抗病性越強，每升高1℃，菌核病發(fā)生程度降低0.3～0.5個等級。

2.3.2 相對濕度、水汽壓與濕熱系數(shù)對2000—2009年病害資料與氣象資料的相關(guān)分析表明，菌核病發(fā)生程度與相對濕度、水汽壓呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其擬合方程與參數(shù)為列于表8。

表8 菌核病發(fā)生程度與相對濕度、濕熱系數(shù)、水汽壓的關(guān)系

5 月下旬—6 月上旬是向日葵播種期，相對濕度、水汽壓越大，空氣中水分越多，病菌更容易吸附在種子上，對后期菌核病發(fā)生有促進作用。相對濕度每升高1%，菌核病發(fā)生程度提高0.07 個等級；水汽壓每升高1hpa菌核病發(fā)生程度提高0.3個等級。此時若溫度較低，則濕熱系數(shù)大，每升高1 個單位程度提高1.2 個等級。7月上旬中旬，向日葵處于現(xiàn)蕾期，此時水汽壓越大，空氣中水分越多，病菌更容易吸附在幼蕾上，每升高1 hpa 菌核病發(fā)生程度提高0.2 個等級；此時相對濕度越大，菌核病發(fā)生程度越高，每升高1%程度提高0.06個等級。

2.3.3 平均風(fēng)速對2000—2021 年菌核病害資料與氣象資料的相關(guān)分析表明，菌核病發(fā)生程度與平均風(fēng)速(V1)呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其擬合方程與參數(shù)為列于表9。

表9 菌核病發(fā)生程度與平均風(fēng)速的關(guān)系

4 月下旬—5 月上旬，正是向日葵整地時段，此時風(fēng)速越大，菌核越容易失水而影響其活力，每升高1 m/s，程度降低1.1個等級；5月下旬—6月上旬，正是河套播種的時段，此時風(fēng)速越大，菌核病菌越難吸附在向日葵種子上，每增加1 m/s，發(fā)生程度降低0.8個等級。

利用逐步回歸方法建立菌核病發(fā)生程度的預(yù)報模型，其結(jié)果見式(5)。

式中，X1為上年7月上旬極端最高氣溫(℃)；X2上年1月上旬日照時數(shù)(h)；X3為頭年11 月中旬極端最高氣溫(℃)。

擬合與試報：將該方程進行歷史回代，發(fā)現(xiàn)歷史擬合較好（見圖3）；將2021 年對應(yīng)數(shù)據(jù)代入式(5)，算出2021 年菌核病發(fā)生程度為2，比實況值高0.5，仍屬于輕發(fā)生年。

圖3 河套地區(qū)向日葵菌核病發(fā)生程度預(yù)報模型擬合情況

3 結(jié)論

（1）在各種氣象要素中，溫度和濕度與菌核病的關(guān)系最為密切。溫度對病害的影響應(yīng)分為氣溫和地溫分別考慮。特別是溫度對病害的發(fā)生有很大的影響。但對于土壤病害，地溫的影響往往大于氣溫的影響。

（2）病害資料和氣象因子基本符合正態(tài)分布。本研究建立的3種預(yù)測模型的歷史擬合效果較好。各模型均通過了0.01水平下的極顯著性檢驗，試報結(jié)果良好，可投入業(yè)務(wù)運行。

（3）雖然氣象因素是影響菌核病發(fā)生發(fā)展的主導(dǎo)因素，但為了獲得較高的預(yù)報模型精度，還應(yīng)考慮越冬基地、作物抗性和栽培措施等因素。此外，隨著全球變暖，向日葵菌核病繁殖的生態(tài)環(huán)境將發(fā)生變化，病害發(fā)生的預(yù)測將變得更加復(fù)雜。因此，需要更深入細致的研究來提高預(yù)測精度，更好地指導(dǎo)菌核病的預(yù)防和控制。

（4）基于數(shù)理統(tǒng)計理論的預(yù)測是用數(shù)學(xué)公式描述因果關(guān)系的一種方法。適合基層預(yù)報和植保工作者使用。然而，由于技術(shù)和分析方法的限制，需要更長的時間序列數(shù)據(jù)。從圖3 可以看出，預(yù)測樣本缺少5 的水平。隨著數(shù)據(jù)序列的增加和方程的優(yōu)化，這個問題將得到很好的解決。

（5）2月下旬—3月上旬是河套地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵時期，此時氣溫急劇上升，容易發(fā)生春潮。3月初出現(xiàn)≥3.0 mm降水時，降水天氣抑制了田間蒸發(fā)，加劇了春潮；春潮會影響小麥播種，因為土壤太濕，而土壤儲水消耗過早，秋季作物容易出現(xiàn)土壤水分干燥，這對菌核病的防治非常有利。

（6）菌核病的發(fā)生期和程度與氣象條件密切相關(guān)，特別是降水量、雨熱系數(shù)、相對濕度、水汽壓、濕熱系數(shù)與菌核病的發(fā)生呈顯著正相關(guān)。7 月中下旬，河套地區(qū)向日葵由花蕾期進入花期，平均風(fēng)速較高。菌核菌不容易被菌核菌吸附在圓盤上，發(fā)生程度相應(yīng)降低。溫度、濕度和日照時數(shù)對菌核病的發(fā)生時間和程度也有重要影響。

4 討論

（1）所選5月下旬以前的氣象因子，大多數(shù)直接或間接地影響土壤水分，并通過土壤水分的變化影響菌核病的發(fā)生時間和程度。目前，推廣向日葵晚播技術(shù)，可以有效控制向日葵菌核病的發(fā)生。具體方法是保留旱地，秋季不灌溉，使菌核病的生存條件降低，播種前澆足底墑水，一方面減少了向日葵菌核病的發(fā)生，另一方面避開了一代向日葵螟的危害高峰期。

（2）5月下旬—6月上旬，正是河套播種的時段，此時風(fēng)速越大，菌核病菌越難吸附在向日葵種子上，每增加1 m/s，發(fā)生程度降低0.8個等級。

（3）引入了濕熱系數(shù)和雨熱系數(shù)，考慮了兩種氣象因子對菌核病發(fā)生的貢獻。濕熱系數(shù)大時，濕度大，溫度低；濕熱系數(shù)小時，濕度小、溫度高；濕熱系數(shù)適中時，情況更加復(fù)雜。雨熱系數(shù)的原理是一樣的。