岳 偉 陳 曦 劉瑞娜 姚衛(wèi)平 陳春秋 馬洪管 蔣躍林
1 安徽省農(nóng)業(yè)氣象中心,合肥 230031
2 安徽省池州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,池州 247000
3 安徽省桐城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,桐城 231400
4 安徽省植物保護(hù)總站,合肥 230001
5 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,合肥 230036
提 要: 為進(jìn)一步明確安徽省沿江地區(qū)油菜菌核病發(fā)生關(guān)鍵時(shí)段和主要影響氣象因子,提高對(duì)菌核病的監(jiān)測(cè)評(píng)估能力,利用1995—2019年安徽省池州市、桐城市油菜菌核病病株率資料和逐日氣象資料,通過(guò)線性相關(guān)、回歸分析等方法,建立基于降水和溫度的菌核病氣象等級(jí)評(píng)估模型,并對(duì)模型進(jìn)行回代檢驗(yàn)和模擬驗(yàn)證。結(jié)果表明:3月下旬至5月上旬是池州市和桐城市油菜菌核病莖稈發(fā)病的關(guān)鍵期。降水是影響菌核病發(fā)生的主要?dú)庀笠蜃?,適宜的溫度可以促進(jìn)菌核病的發(fā)生。引入雨量系數(shù)和溫度系數(shù)構(gòu)建的綜合氣象條件指數(shù),能較好地反映降水和溫度對(duì)油菜菌核病的綜合影響。池州市油菜菌核病氣象等級(jí)評(píng)估模型的回代準(zhǔn)確率和模擬準(zhǔn)確率分別為86.2%和85.0%,桐城市則分別為83.8%和85.0%,因而建立的模型可用于安徽省沿江地區(qū)菌核病的監(jiān)測(cè)評(píng)估。
菌核病是油菜生產(chǎn)中三大病害之首,從苗期到近熟期都可以發(fā)生,以中、后期發(fā)病最為普遍,葉、莖、莢都可被害,其中莖部被害損失最重(李運(yùn)良等,2009)。菌核病可引起油菜植株早枯,角果減少,籽粒皺癟,嚴(yán)重影響油菜產(chǎn)量和品質(zhì),油菜感病后可減產(chǎn)10%~70%,含油量降低1%~5%(陳欣欣等,2019;齊永霞等,2006)。油菜是安徽省種植面積最大的油料作物,常年種植面積為90萬(wàn)~95萬(wàn) hm2(劉瑞娜等,2016),安徽也是油菜菌核病的重發(fā)區(qū),該病害已成為制約當(dāng)?shù)赜筒松a(chǎn)的主要因子(許大鳳等,2014)。開(kāi)展油菜菌核病預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)評(píng)估,對(duì)做好油菜菌核病防治工作,優(yōu)化油菜種植布局都具有重要意義。
油菜菌核病是一種典型的“氣象型”病害,其發(fā)生程度與氣象條件密切相關(guān),徐森富等(2012)研究表明“浙油50”開(kāi)花期是菌核病主要流行期,其平均氣溫和相對(duì)濕度對(duì)油菜菌核病發(fā)生具有顯著影響;易紅娟等(2008)指出江蘇省南通市通州區(qū)影響油菜菌核病流行程度的主要?dú)庀笠蜃邮怯筒碎_(kāi)花至終花期的雨濕條件;張立良等(2000)研究認(rèn)為,安徽和縣地區(qū)花期降雨量直接影響病害的流行,5月中旬的降雨量影響病害的發(fā)病程度;張莉等(2015)分析表明3月和4月的雨日和雨量直接決定了湖北荊州市當(dāng)年油菜菌核病的發(fā)病程度;長(zhǎng)江中下游地區(qū)一般4月降水偏多,當(dāng)年菌核病偏重發(fā)生(陸均天,2002;葉殿秀,2003)。區(qū)域間菌核病發(fā)病關(guān)鍵期存在一定差異性,但降水日數(shù)、降水量、相對(duì)濕度等與降水相關(guān)的氣象要素是影響各地區(qū)油菜菌核病發(fā)生程度的主要?dú)庀笠蜃印D壳瓣P(guān)于油菜菌核病發(fā)生氣象等級(jí)的研究多集中在預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面(朱金良等,2012;羅澤青等,2016;鄭露等,2017;居為民等,2000;Ficke et al,2018;Naresh,2019),而針對(duì)監(jiān)測(cè)評(píng)估的研究相對(duì)較少。
研究以莖病株率作為油菜菌核病發(fā)生程度指標(biāo)。1995—2019年安徽省池州市和桐城市油菜菌核病莖病株率資料分別來(lái)自當(dāng)?shù)刂参锉Wo(hù)站,對(duì)應(yīng)年份的氣象資料來(lái)源于安徽省氣象信息中心,主要包括逐日平均氣溫(單位:℃)和降水量(單位:mm)。1995—2015年的資料作為歷史樣本用于評(píng)估模型建立,2016—2019年的資料作為獨(dú)立樣本用于模型模擬驗(yàn)證。
根據(jù)安徽省植保部門(mén)關(guān)于油菜菌核病發(fā)生程度劃分標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合安徽省油菜菌核病發(fā)生特點(diǎn),將菌核病發(fā)生氣象等級(jí)劃分為5個(gè)等級(jí),即莖病株率<10%為1級(jí),表示氣象條件不適宜,對(duì)應(yīng)油菜菌核病輕發(fā)生;10%≤莖病株率<20%為2級(jí),表示氣象條件基本適宜,對(duì)應(yīng)中等偏輕發(fā)生;20%≤莖病株率<30%為3級(jí),表示氣象條件較適宜,對(duì)應(yīng)中等發(fā)生;30%≤莖病株率<40%為4級(jí),表示氣象條件適宜,對(duì)應(yīng)中等偏重發(fā)生;莖病株率≥40%為5級(jí),表示氣象條件非常適宜,對(duì)應(yīng)大發(fā)生。
1.3.1 研究思路
油菜菌核病的發(fā)生流行與氣象條件密切相關(guān),油菜開(kāi)花期為菌核病病原侵染的敏感期,花期降水多利于子囊孢子的釋放、侵染和菌絲再侵染(張立良等,2000)。角果發(fā)育期為莖稈發(fā)病的敏感期,馮蘭萍等(1999)通過(guò)田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)油菜菌核病從油菜終花期開(kāi)始表現(xiàn)癥狀,終花后7~10 d發(fā)病率明顯上升,莖稈發(fā)病在終花后20~25 d達(dá)到發(fā)病高峰;杜曉宇等(2009)指出油菜莖病株發(fā)生一般出現(xiàn)在終花后7~15 d;蘇躍和吳沿友(2016)研究表明油菜莖部菌核病發(fā)病率從盛花期開(kāi)始到成熟期均呈上升趨勢(shì)。所以初步確定油菜開(kāi)花至成熟前為菌核病莖發(fā)病關(guān)鍵期。相關(guān)研究表明雨日、雨量是影響油菜菌核病發(fā)生的重要因素(劉振忠等,1999;陳士華等,2005;張莉等,2015),氣溫可影響子囊孢子的侵入和菌絲再侵染。
根據(jù)油菜菌核病發(fā)生流行與氣象條件的關(guān)系,以降水日數(shù)作為影響菌核病的主要?dú)庀笠蜃?,通過(guò)相關(guān)分析確定菌核病發(fā)病關(guān)鍵期,同時(shí)考慮降水等級(jí)和溫度對(duì)菌核病的影響,引入雨量系數(shù)和溫度系數(shù)形成綜合氣象條件指數(shù)。利用回歸分析,建立基于綜合氣象條件指數(shù)的油菜菌核病氣象等級(jí)評(píng)估模型。
1.3.2 雨量系數(shù)計(jì)算方法
由于油菜菌核病發(fā)病過(guò)程中不同降水量所起的作用不同,參照天氣預(yù)報(bào)中24 h降水量級(jí)標(biāo)準(zhǔn),將菌核病發(fā)生關(guān)鍵期日降水量(R)分為相應(yīng)6個(gè)不同等級(jí),并對(duì)不同等級(jí)的降水賦予不同災(zāi)害系數(shù)(fR),計(jì)算方法如下:
煙氣再循環(huán)技術(shù)是指利用再循環(huán)風(fēng)機(jī)抽取一部分煙氣凈化后的潔凈煙氣,回流至垃圾焚燒爐,通過(guò)在爐內(nèi)形成貧氧燃燒區(qū)而抑制垃圾焚燒過(guò)程中 NOx生成的脫硝技術(shù)[6]。
(1)
式中:R為油菜菌核病發(fā)生關(guān)鍵期日降水量,單位:mm;r1、r2、r3、r4、r5、r6為不同降水等級(jí)對(duì)應(yīng)的雨量系數(shù)。
1.3.3 溫度系數(shù)計(jì)算方法
適溫高濕的環(huán)境條件是油菜菌核病發(fā)生的重要因素,適宜的溫度利于油菜菌核病子囊孢子侵染和菌絲再侵染,溫度過(guò)高、過(guò)低對(duì)菌絲生長(zhǎng)均有抑制作用。根據(jù)油菜菌核病發(fā)生流行對(duì)溫度的需求特點(diǎn),采用下列函數(shù)計(jì)算溫度系數(shù)。
(2)
式中:fT為溫度系數(shù);T為菌核病發(fā)生關(guān)鍵期日平均氣溫;Tl為菌核病發(fā)育下限溫度,低于這一溫度時(shí),溫度系數(shù)為0;Tu為菌核病發(fā)育上限溫度,超過(guò)這一溫度時(shí),溫度系數(shù)為0;Tol、Tou分別為菌核病發(fā)育最適溫度的下限和上限。
1.3.4 綜合氣象條件指數(shù)
綜合氣象條件指數(shù)是反映降水和溫度對(duì)病害的綜合影響程度,為關(guān)鍵期逐日雨量系數(shù)與溫度系數(shù)乘積的累計(jì)值,計(jì)算方法如下:
(3)
式中:RC為影響油菜菌核病發(fā)生的綜合氣象條件指數(shù);i為菌核病發(fā)生關(guān)鍵生育期降水日數(shù),i=1,2,…,n;fRi為關(guān)鍵期雨量系數(shù);fTi為關(guān)鍵期溫度系數(shù)。綜合氣象條件指數(shù)越大,即降水和溫度相互作用越好,氣象條件越適宜菌核病的發(fā)生流行;反之,則不適宜菌核病的發(fā)生流行。
油菜菌核病氣象等級(jí)評(píng)估模型的回代檢驗(yàn)和模擬驗(yàn)證的準(zhǔn)確率參照王志偉等(2010)提出的計(jì)算方法,即模型模擬等級(jí)與實(shí)際等級(jí)相差0~0.5級(jí)為完全符合,準(zhǔn)確率計(jì)為100%;相差0.5~1.0級(jí)為比較符合,計(jì)為80%;相差1.0~1.5級(jí)為基本符合,計(jì)為70%;相差1.5級(jí)以上為不符合,計(jì)為0;歷史符合率為各年符合程度準(zhǔn)確率的平均值。
本研究采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析和回歸分析,利用Visual Basic語(yǔ)言對(duì)雨量系數(shù)進(jìn)行循環(huán)處理。
根據(jù)安徽省農(nóng)業(yè)氣象作物發(fā)育期觀測(cè)資料,池州市和桐城市油菜一般3月上旬始花,5月中旬成熟,但不同年份發(fā)育期略有差異。為確定油菜菌核病發(fā)生關(guān)鍵期,以旬為單位分別統(tǒng)計(jì)3月上旬至5月中旬逐5旬、6旬、7旬、8旬的降水日數(shù),再與菌核病發(fā)生氣象等級(jí)進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果表明,池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)生氣象等級(jí)均與3月下旬至5月上旬的降水日數(shù)相關(guān)系數(shù)最大,分別為0.618 1 和0.679 1(表1),均通過(guò)顯著性水平檢驗(yàn)(P<0.01)。從常年發(fā)育期看,3月下旬至5月上旬池州和市桐城市油菜處于盛花期至角果成熟期,與油菜菌核病莖稈發(fā)病敏感時(shí)段較為一致,所以確定池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)生關(guān)鍵期為3月下旬至5月上旬。
表1 1995—2015年池州市和桐城市不同時(shí)段降水日數(shù)與油菜菌核病發(fā)生氣象等級(jí)相關(guān)性
2.2.1 雨量系數(shù)
通過(guò)對(duì)1995—2015年池州市和桐城市3月下旬至5月上旬日降水等級(jí)分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,由圖1 可以看出,池州市和桐城市菌核病發(fā)生關(guān)鍵期的降水以小雨和中雨為主,小雨與中雨日數(shù)之和分別占兩市總雨日的91.8%和85.6%,暴雨及以上等級(jí)的雨日較少??紤]不同降水等級(jí)樣本數(shù)量,本研究將池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)生關(guān)鍵期日降水量劃分為3個(gè)等級(jí),即小雨、中雨、大雨及以上。
圖1 1995—2015年池州市(a)和桐城市(b)3月下旬至5月上旬日降水等級(jí)分布
將不同降水等級(jí)在油菜菌核病發(fā)生過(guò)程中所起到的作用定義為雨量系數(shù)fR,關(guān)鍵期雨量系數(shù)之和定義為實(shí)效雨日。利用Visual Basic語(yǔ)言作為計(jì)算工具,將小雨、中雨和大雨及以上對(duì)應(yīng)的雨量系數(shù)設(shè)定在一定范圍內(nèi),以0.1作為步長(zhǎng)進(jìn)行循環(huán),計(jì)算出不同雨量系數(shù)對(duì)應(yīng)的實(shí)效雨日,再與菌核病發(fā)生氣象等級(jí)進(jìn)行相關(guān)分析,其中相關(guān)系數(shù)最大值對(duì)應(yīng)的實(shí)效雨日即為不同降水等級(jí)的雨量系數(shù)。通過(guò)上述方法,得到池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)病關(guān)鍵期雨量系數(shù)如下:
(4)
(5)
由表2可以看出,池州市和桐城市實(shí)效雨日與菌核病氣象等級(jí)的相關(guān)性分別為0.674 1和0.755 0,均高于降水量、降水日數(shù)與菌核病氣象等級(jí)的相關(guān)性,說(shuō)明雨量系數(shù)能更好地反映不同降水等級(jí)對(duì)油菜菌核病的影響。
表2 1995—2015年池州市和桐城市油菜菌核病氣象等級(jí)與關(guān)鍵期降水量、降水日數(shù)和實(shí)效雨日的相關(guān)性
2.2.2 溫度系數(shù)
倪守延等(1995)研究表明,油菜菌核病菌絲的生長(zhǎng)溫度范圍為0~35℃,最適溫度為23~25℃,所以式(2)中Tl、Tol、Tou、Tu分別取值為0、23、25、35℃,油菜菌核病溫度系數(shù)計(jì)算式(2)可改為公式(6)。當(dāng)菌核病發(fā)生關(guān)鍵期降水日日平均氣溫低于0℃或高于35℃時(shí),溫度系數(shù)fT值為0;當(dāng)日平均氣溫在23~25℃時(shí),fT值為1;當(dāng)日平均氣溫在0~23℃時(shí),隨著溫度的升高,fT逐漸增加;當(dāng)日平均氣溫在25~35℃時(shí),隨著溫度的升高,fT逐漸減小。
(6)
2.2.3 綜合氣象條件指數(shù)
根據(jù)池州市和桐城市1995—2015年3月下旬至5月上旬逐日降水和氣溫資料,利用式(3)~式(6) 計(jì)算出不同年份菌核病發(fā)生綜合氣象條件指數(shù)。結(jié)果顯示,池州市和桐城市綜合氣象條件指數(shù)與菌核病氣象等級(jí)相關(guān)系數(shù)分別為0.810 5和0.784 0,均高于降水日數(shù)、實(shí)效雨日與菌核病發(fā)生氣象等級(jí)的相關(guān)性,所以本研究提出的雨量系數(shù)和溫度系數(shù)的觀點(diǎn)不僅符合油菜菌核病發(fā)生流行生理學(xué)特性,且綜合氣象條件指數(shù)能更好地反映降水日數(shù)、降水等級(jí)和溫度對(duì)菌核病發(fā)生的綜合影響,對(duì)提高菌核病氣象等級(jí)評(píng)估精準(zhǔn)度具有重要意義。
2.2.4 氣象等級(jí)評(píng)估模型
運(yùn)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件中的曲線回歸方法,以綜合氣象條件指數(shù)為自變量,以油菜菌核病發(fā)生氣象等級(jí)為因變量,建立池州市最優(yōu)回歸模型:Y1=3.017 6-0.784 9RC1+0.081 11RC12-0.001 894RC13,相關(guān)系數(shù)r=0.815 9,通過(guò)顯著性水平檢驗(yàn)(P<0.01),擬合曲線見(jiàn)圖2a;桐城市最優(yōu)回歸模型:Y2=-3.159 2+1.199 2RC2-0.087 4RC22+0.002 637RC23,相關(guān)系數(shù)r=0.787 6,通過(guò)顯著性水平檢驗(yàn)(P<0.01),擬合曲線見(jiàn)圖2b。式中,Y1和Y2分別為池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)生氣象等級(jí),RC1和RC2分別為池州市和桐城市綜合氣象條件指數(shù)。
圖2 1995—2015年池州市(a)和桐城市(b)油菜菌核病發(fā)生氣象等級(jí)與綜合指數(shù)關(guān)系
2.3.1 模型回代檢驗(yàn)
利用1995—2015年池州市和桐城市油菜菌核病莖病株率資料和氣象觀測(cè)資料,對(duì)菌核病氣象等級(jí)評(píng)估模型進(jìn)行回代檢驗(yàn)。由表3可見(jiàn),回代結(jié)果為池州市模型回代等級(jí)與實(shí)際等級(jí)平均誤差為0.604,回代平均準(zhǔn)確率為86.2%,21個(gè)樣本中回代準(zhǔn)確率為100%的有9 a,準(zhǔn)確率為80%的7 a,準(zhǔn)確率為70%的5 a。桐城市模型回代等級(jí)與實(shí)際等級(jí)平均誤差為0.685,回代平均準(zhǔn)確率為83.8%,21個(gè)樣本中回代準(zhǔn)確率為100%的有5 a,準(zhǔn)確率為80%的14 a,準(zhǔn)確率為70%的2 a。從回代檢驗(yàn)結(jié)果看,本文建立的池州市和桐城市的油菜菌核病氣象條件等級(jí)評(píng)估模型模擬效果較好,總體上能反映氣象條件對(duì)菌核病發(fā)生的影響。
表3 1995—2015年池州市和桐城市油菜菌核病氣象等級(jí)評(píng)估模型回代檢驗(yàn)
2.3.2 模型模擬驗(yàn)證
2016—2019年利用池州市和桐城市的油菜菌核病莖病株率和對(duì)應(yīng)的逐日氣象觀測(cè)資料,對(duì)油菜菌核病氣象等級(jí)評(píng)估模型進(jìn)行模擬驗(yàn)證。由表4可以看出,2016—2019年池州市和桐城市模型模擬結(jié)果與實(shí)際發(fā)生情況平均誤差分別為0.582和0.635,平均模擬準(zhǔn)確率均為85.0%。其中池州市模擬結(jié)果與實(shí)際情況相比,2年偏多,2年偏少,誤差幅度在0.345~0.740,桐城市模擬結(jié)果為3年偏多,1年略偏少,誤差幅度在0.121~0.890。
表4 2016—2019年池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)生氣象等級(jí)評(píng)估模型驗(yàn)證結(jié)果
本文利用1995—2015年池州市、桐城市菌核病莖病株率資料和同期氣象觀測(cè)數(shù)據(jù),以降水日數(shù)作為主要影響因子,通過(guò)相關(guān)分析,明確池州市和桐城市油菜菌核病莖稈發(fā)病關(guān)鍵期均為3月下旬至5月上旬,該時(shí)段池州市和桐城市油菜主要處于盛花至角果成熟期,與馮蘭萍等(1999)、蔣耀培等(2000)關(guān)于油菜菌核病莖稈發(fā)病敏感期觀點(diǎn)基本一致。氣象條件對(duì)菌核病的影響是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程,油菜開(kāi)花期是菌核病侵染的關(guān)鍵時(shí)期(朱金良等,2012;陳庭華,1990),降水多利于子囊孢子的釋放、侵染和菌絲再侵染,致使葉病株率高(張立良等,2000),染病的葉片又為后期莖稈發(fā)病提供了大量的菌源。油菜終花至成熟前是菌核病莖稈顯癥的重要時(shí)期(馮蘭萍等,1999;杜曉宇等,2009;蘇躍和吳沿友,2016),該時(shí)段的降水條件是影響莖稈發(fā)病程度的主要因素(蔣耀培等,2000)。所以研究確定的關(guān)鍵期符合油菜菌核病莖稈發(fā)病的生理學(xué)特性。
基于3月下旬至5月上旬的降水和氣溫要素,建立了沿江地區(qū)油菜菌核病氣象等級(jí)評(píng)估模型,通過(guò)回代檢驗(yàn)和模擬驗(yàn)證,池州和桐城地區(qū)的回代準(zhǔn)確率和模擬準(zhǔn)確率均在80%以上,基本滿足了利用氣象條件開(kāi)展菌核病發(fā)生程度的監(jiān)測(cè)評(píng)估需求。模型中降水和溫度作為氣象部門(mén)常規(guī)觀測(cè)和預(yù)報(bào)要素,在未來(lái)中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)水平達(dá)到一定程度精細(xì)化條件下,建立的評(píng)估模型也可用于菌核病發(fā)生氣象等級(jí)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。降水的連續(xù)性在“氣象型”病害的預(yù)測(cè)評(píng)估模型中起到了較好的作用(蘇榮瑞等,2015;張旭暉等,2009),但本研究建立的菌核病氣象等級(jí)評(píng)估模型未引入降水連續(xù)性。因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),引入降水連續(xù)性不能提高模型擬合的準(zhǔn)確率,其原因可能是油菜菌核病發(fā)生關(guān)鍵期降水達(dá)到一定日數(shù),降水分散與集中對(duì)菌核病的影響無(wú)明顯差別。
油菜菌核病發(fā)生和流行除與氣象條件密切相關(guān)外,還受菌源、品種和栽培條件等影響。Dunker and von Tiedemann(2004)田間試驗(yàn)證實(shí)油菜菌核病發(fā)生程度與種植密度和播期相關(guān)。不同連作類型田的油菜菌核病發(fā)生特點(diǎn)也存在差異,蘇永新等(2013)研究發(fā)現(xiàn)棉花-油菜旱地連作田花期菌核萌發(fā)數(shù)量較水稻-油菜水田連作油菜田多62.5%,而杜曉宇等(2009)發(fā)現(xiàn)油菜菌核病發(fā)生偏重年份,旱地和水田發(fā)病程度趨于一致,但在中等及以下發(fā)生年份,水稻-油菜連作田發(fā)生程度普遍重于旱地連作發(fā)生程度。不同類型和品種以芥菜型抗性較好,甘藍(lán)型次之,白菜型最感病(李明桃,2012)。此外田間菌核密度、子囊盤(pán)密度與莖稈病株率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(秦虎強(qiáng)等,2018)。建立的基于氣象條件的菌核病氣象等級(jí)評(píng)估模型,僅能從區(qū)域尺度上評(píng)估病害發(fā)生程度平均狀況。所以開(kāi)展精細(xì)化田塊尺度的油菜菌核病評(píng)估,需要結(jié)合田間氣象條件監(jiān)測(cè)、品種抗性、菌源量、栽培管理等多因素建立綜合評(píng)估模型,以提高評(píng)估精細(xì)化和精準(zhǔn)化程度。