胡同樂， 張玉新， 王樹桐， 楊軍玉， 張 瑜， 曹克強＊

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院，保定 071001； 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，保定 071001）

馬鈴薯作為第4大糧食作物，廣泛分布于150多個國家和地區(qū)，全球種植面積達2 000萬hm2，總產(chǎn)量達3億t［1－2］。目前，中國已成為世界上馬鈴薯生產(chǎn)第1大國，常年種植面積約530多萬hm2，年產(chǎn)量近7 500萬t，占世界總種植面積和產(chǎn)量的1／4［1］。由致病疫霉［Phytophthorainfestans（Mont.）de Bary］引起的馬鈴薯晚疫病曾于1845年在愛爾蘭大流行，造成了著名的“愛爾蘭大饑荒（Irish potatofamine）”［3］，目前在世界各馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)均有發(fā)生和流行［4－5］，其危害性、防治難度及對社會造成的影響，已超過稻瘟病和小麥銹病，成為全球第1大作物病害，據(jù)估計，全球每年因晚疫病造成的經(jīng)濟損失（直接損失和藥劑花費）高達30～50億美元［6－7］。

由于生產(chǎn)上應(yīng)用的品種多不抗病，國內(nèi)外主要依靠化學(xué)防治控制該病危害，為了減少用藥次數(shù)提高防效，歐美一些發(fā)達國家在多年對晚疫病流行預(yù)測研究的基礎(chǔ)上［8］，開始研制并使用預(yù)警系統(tǒng)（warning system，又稱決策支持系統(tǒng)decision support system，DSS）為生長季馬鈴薯晚疫病的化學(xué)防治時機、次數(shù)和藥劑種類及劑量的確定提供參考。目前，在歐洲主要應(yīng)用的DSS有11個［9］，我國在這方面遠落后于歐美發(fā)達國家。近年來隨著我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對晚疫病監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的需求越來越強烈，信息技術(shù)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及也為預(yù)警系統(tǒng)的組建和運行提供了契機。在這種背景下，作者借鑒國內(nèi)外該領(lǐng)域的最新發(fā)展成果，結(jié)合多年對馬鈴薯晚疫病流行規(guī)律的研究，借助信息和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計并組建了“中國馬鈴薯晚疫病監(jiān)測預(yù)警系 統(tǒng) （China－blight）”，其 域 名 為 www.chinablight.net，自2008年6月開始運行，現(xiàn)將其系統(tǒng)架構(gòu)及功能介紹如下。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

中國馬鈴薯晚疫病監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示，系統(tǒng)主要包括“中國晚疫病實時分布”、“未來48 h不同區(qū)域晚疫病菌侵染危險性預(yù)測”和“晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)”等3個子系統(tǒng)，此外還提供“晚疫病防治方法”、“品種抗病性”、“化學(xué)藥劑庫”、“其他病蟲害”、“問題與經(jīng)驗交流”和“用戶田間管理電子檔案”等信息與服務(wù)功能。

系統(tǒng)采用B／S三層（瀏覽器、WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫）開放式互聯(lián)架構(gòu)，此架構(gòu)可以保證用戶不受空間、時間的限制。用戶只需使用一臺能夠連接internet的電腦，就可以在任意時間、任意地點發(fā)布和獲取疫情信息，保證了疫情信息的實時性和連續(xù)性。選取JSP網(wǎng)絡(luò)編程語言進行開發(fā)，保證了系統(tǒng)的延展性、可維護性和跨平臺性，使系統(tǒng)可以部署在包括Windows、Unix等多種操作系統(tǒng)上。同時，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計時使用Rational Rose 2007作為設(shè)計平臺，使工作效率和代碼質(zhì)量得到了成倍的提高。

圖1 中國馬鈴薯晚疫病監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)的主要功能及其實現(xiàn)

限于篇幅，主要針對“中國馬鈴薯晚疫病實時分布”、“未來48 h不同區(qū)域晚疫病菌侵染危險性預(yù)測”和“晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)”等3個子系統(tǒng)的功能及其實現(xiàn)作一介紹。

2.1 中國馬鈴薯晚疫病實時分布子系統(tǒng)的功能及其實現(xiàn)

圖2是“中國馬鈴薯晚疫病實時分布”子系統(tǒng)的主頁面，中國地圖上的紅色圓點表示已經(jīng)發(fā)現(xiàn)晚疫病的地點，全國任一監(jiān)測地點提交疫情報告后，系統(tǒng)自動確定該地點在地圖上的坐標(biāo)，而后在該點顯示紅色，可以實時更新。如果將鼠標(biāo)停留在紅色圓點的位置，屏幕就會彈出該疫情所在的具體地址、發(fā)病時間和發(fā)病程度等詳細信息。地圖左邊的“最新疫情播報”一欄滾動播報全國范圍內(nèi)最新報告的晚疫病疫情的地點和日期。地圖下面列表中?。ㄖ陛犑谢蜃灾螀^(qū)）名稱后面括號中的數(shù)字表明此時該?。ㄖ陛犑谢蜃灾螀^(qū)）已報告的疫情總數(shù)，點擊任一?。ㄖ陛犑谢蜃灾螀^(qū)）的名稱或點擊上方中國地圖中該省（直轄市或自治區(qū)）所對應(yīng)的區(qū)域，系統(tǒng)就會鏈接至該省（直轄市或自治區(qū)）的“疫情實時分布圖”（圖未給出）。點擊任一市（盟或自治州）的名稱，系統(tǒng)就會鏈接至該市（盟或自治州）“馬鈴薯晚疫病發(fā)病一覽表”，將該區(qū)域范圍內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的疫情詳細信息（發(fā)病地點、發(fā)病時間和發(fā)病程度等）一一列出，以便用戶了解已發(fā)現(xiàn)疫情的數(shù)目、地點、發(fā)現(xiàn)日期和發(fā)生程度等（圖未給出）。

上述所有功能的實現(xiàn)都由系統(tǒng)程序自動完成，并且可以實時更新。

圖2 “中國馬鈴薯晚疫病實時分布”子系統(tǒng)主頁面

2.2 未來48 h不同區(qū)域晚疫病菌侵染危險性預(yù)測子系統(tǒng)的功能及其實現(xiàn)

在馬鈴薯生長季，系統(tǒng)運行中心根據(jù)中央氣象臺的天氣預(yù)報，結(jié)合我國馬鈴薯種植區(qū)域分布以及適宜馬鈴薯晚疫病菌大量侵染的天氣條件，每天人工繪制一幅“未來48 h中國馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測圖”（圖3）。對于未來48 h天氣條件非常適合馬鈴薯晚疫病菌侵染的馬鈴薯種植區(qū)域，在地圖中以紅色表示；對于未來48 h天氣條件接近適合馬鈴薯晚疫病菌侵染的馬鈴薯種植區(qū)域，在地圖中以黃色表示；其他區(qū)域未來48 h不適合晚疫病菌的侵染。

天氣條件是否適宜晚疫病菌的侵染，主要依據(jù)曹克強在瑞士期間所建立的晚疫病菌大量侵染的條件進行判斷［10］：如果未來48 h溫度在10～20℃，且其中一天有降雨（中到大雨）或連續(xù)兩天之內(nèi)都有小雨，則該時段天氣條件非常適合晚疫病菌產(chǎn)孢和侵染（顯示為紅色區(qū)域）；如果未來48 h內(nèi)，溫度在10～20℃，只有一天有小雨，則該天氣條件接近適合晚疫病菌產(chǎn)孢和侵染的條件（顯示為黃色區(qū)域）。

2009年我國北方馬鈴薯一作區(qū)晚疫病發(fā)生危害關(guān)鍵時期（6－7月）“China－blight系統(tǒng)”共繪制和發(fā)布“未來48 h中國馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測圖”40幅，針對黑龍江克山等5個地點（這些地點生長季節(jié)相近，并且有協(xié)作研究人員進行晚疫病發(fā)生情況調(diào)查）對這40幅預(yù)測圖進行的統(tǒng)計，并與田間病害實際發(fā)生程度進行對比，結(jié)果（表1）表明，在此期間黑龍江克山、吉林梅河口和吉林汪清縣分別預(yù)測出現(xiàn)危險性天氣條件（非常適合晚疫病菌侵染或接近適合晚疫病菌侵染）17、16次和14次，田間晚疫病發(fā)生程度均為中等偏重；而河北張北和圍場分別出現(xiàn)預(yù)測危險性天氣條件6次和7次，田間晚疫病基本未發(fā)生或發(fā)病極輕。這一結(jié)果也充分說明盡管晚疫病的發(fā)生與各地所栽品種的抗病程度及田間菌源多少有密切關(guān)系，但天氣條件無疑是決定田間病害發(fā)生程度的最重要因素。因此，系統(tǒng)所繪制和發(fā)布的“未來48 h中國馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測圖”與病害發(fā)生的實際程度吻合度較高。

圖3 “未來48 h不同區(qū)域晚疫病菌侵染危險性預(yù)測”子系統(tǒng)頁面

表1 China－blight發(fā)布的“未來48中國馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測圖”與病害實際發(fā)生程度對比（2009）1）

2.3 馬鈴薯晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)的功能及其實現(xiàn)

上述“未來48 h中國馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測圖”（圖3）是根據(jù)中央氣象臺的“全國天氣預(yù)報”繪制的，因此只能宏觀地反映全國各大區(qū)域范圍內(nèi)晚疫病菌侵染的危險程度。如想了解某一具體地點（或某一田塊）是否適合晚疫病菌侵染、是否需要對晚疫病進行化學(xué)防治，則需要系統(tǒng)提供更具針對性的預(yù)測和建議，基于此目的設(shè)計了“馬鈴薯晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)”（圖4）。該系統(tǒng)是基于晚疫病的流行規(guī)律和生長季晚疫病菌大量侵染的天氣條件［10］，根據(jù)病蟲害防治決策支持系統(tǒng)的設(shè)計原理而設(shè)計［11］。針對某一田塊的具體情況，用戶只需選擇性點擊相應(yīng)的信息（生育期、品種抗病性、地塊周圍晚疫病發(fā)生情況、本地近期天氣情況和近期針對晚疫病的用藥情況等），系統(tǒng)就會根據(jù)這些信息給出相應(yīng)的預(yù)測結(jié)果和建議，為該田塊的馬鈴薯晚疫病化學(xué)防治提供參考。

圖4 “馬鈴薯晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)”子系統(tǒng)主頁面

3 系統(tǒng)建成以來的運行情況、存在問題及未來發(fā)展趨勢

系統(tǒng)自2008年6月投入運行以來，2008年收到來自四川、黑龍江、貴州、吉林、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西、云南、重慶和山東等省、市或自治區(qū)的晚疫病疫情報告64個，系統(tǒng)收到這些疫情報告后，實時自動地將其在“中國馬鈴薯晚疫病實時分布圖”中顯示，為其他用戶掌握晚疫病的田間分布和發(fā)生動態(tài)提供了依據(jù)；在馬鈴薯生長季每天繪制一幅并及時發(fā)布“未來48 h全國馬鈴薯晚疫病侵染預(yù)測圖”，至今共發(fā)布近300幅；共撰寫并發(fā)布“馬鈴薯晚疫病預(yù)警系統(tǒng)簡報”14期，及時向全國馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)科研和生產(chǎn)一線技術(shù)人員通報了晚疫病發(fā)生情況，累計近2 800人次直接收到了本簡報，其中一些人員又將簡報轉(zhuǎn)發(fā)給當(dāng)?shù)氐钠渌藛T，使預(yù)警信息得到更廣泛的普及。

該預(yù)警系統(tǒng)的運行目前存在的主要問題表現(xiàn)在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)還不健全，從國外類似系統(tǒng)的運行來看，每個系統(tǒng)都有一個“晚疫病疫情監(jiān)測報告人員網(wǎng)絡(luò)”，該人員網(wǎng)絡(luò)由農(nóng)業(yè)科技推廣人員、農(nóng)業(yè)科技顧問、農(nóng)業(yè)科研人員和農(nóng)場主等構(gòu)成，例如英國晚疫病預(yù)警系統(tǒng)（Fight Against Blight）的“晚疫病疫情監(jiān)測報告人員網(wǎng)絡(luò)”由300人組成，這些人員分布于英國所有的馬鈴薯種植區(qū)，因此可以對生長季晚疫病的田間分布和發(fā)生動態(tài)做到全面監(jiān)測［12］。比較而言，我們在這方面還有不小的差距，現(xiàn)在我們已具備了預(yù)警系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺，但我們的“晚疫病疫情監(jiān)測報告人員網(wǎng)絡(luò)”才剛剛起步，還需要馬鈴薯產(chǎn)業(yè)界各方面的共同努力，建設(shè)一個覆蓋全國主要馬鈴薯產(chǎn)區(qū)的“晚疫病疫情監(jiān)測報告人員網(wǎng)絡(luò)”，這些人員可以是科研人員、推廣人員、馬鈴薯生產(chǎn)企業(yè)、農(nóng)民協(xié)會和種植大戶等。這些人員在馬鈴薯生長季對本地區(qū)晚疫病的發(fā)生情況進行觀察，利用“中國馬鈴薯晚疫病監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”這一平臺實現(xiàn)“田間晚疫病實時分布”的信息共享、相互預(yù)警，使我國馬鈴薯晚疫病的監(jiān)測和預(yù)警水平提升到一個更高的層次。

未來“中國馬鈴薯晚疫病監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”的發(fā)展還需要與手機短信相結(jié)合，目前我國的互聯(lián)網(wǎng)和電腦遠不如手機普及，因此在現(xiàn)有“中國馬鈴薯晚疫病監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)（China－blight）”互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)上，進一步建立和完善手機短信平臺，可以方便用戶通過手機短信進行疫情的報告與接收，使之更貼近生產(chǎn)者，更有效地服務(wù)于晚疫病的監(jiān)測預(yù)警，指導(dǎo)種植者對晚疫病進行有效預(yù)防和控制。除此之外，建立相應(yīng)的手機上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)頁也是未來的一個發(fā)展方向，這樣可使手機用戶通過網(wǎng)絡(luò)及時瀏覽“晚疫病實時分布”、“未來48 h不同區(qū)域晚疫病菌侵染危險性預(yù)測”，還可以通過使用“晚疫病化學(xué)防治決策支持系統(tǒng)”指導(dǎo)對晚疫病進行有效防控。

［1］屈冬玉，謝開云，金黎平，等.中國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)［M］∥陳伊里，屈冬玉.馬鈴薯產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè).哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2007：1－8.

［2］危朝安.在2008年中國馬鈴薯大會上的講話［J］.中國馬鈴薯，2008，22（2）：65－67.

［3］The Irish potatofamine and the birth of plant pathology［EB／OL］.http：∥www.apsnet.org／online／feature／lateblit／chapter1／top.htm.

［4］Fry W E，Goodwin S B.Resurgence of the Irish potatofamine fungus［J］.BioScience，1997，47：363－371.

［5］Fry W E，Goodwin S B.Re－emergence of potato and tomato late blight in the United States［J］.Plant Disease，1997，81（12）：1349－1357.

［6］Judelson H S，Blancof A.The spores of Phytophthora：weapons of the plant destroyer［J］.Nature Reviews Microbiology，2005，3：47－58.

［7］Haldar K，Kamoun S，Hiller N L，et al.Common infection strategies of pathogenic eukaryotes［J］.Nature Reviews Microbiology，2006，4：922－931.

［8］孫茂林，李樹蓮，趙永昌，等.馬鈴薯晚疫病預(yù)測模型與預(yù)警技術(shù)研究進展［J］.植物保護，2004，30（5）：15－19.

［9］DSSs for the control of late blight in potatoes in Europe［EB／OL］.http：∥www.euroblight.net／EuroBlight.asp.

［10］Cao K Q，Ruckstuhl M，F(xiàn)orrer H R.Crucial weather conditions forPhytophthorainfestans.A reliable tool for improved control of potato late blight［C］.Proceedings of the first workshop on the European network for development of an integrated control strategy of potato late blight.Lelystad，The Netherlands，1996，Special PAGV－report 1（issn：1386－3126）：85－90.

［11］劉書華，王愛茹，鄺樸生，等.面向果園的蘋果、梨病蟲害防治決策支持系統(tǒng)［J］.植物保護學(xué)報，2000，27（4）：302－306.

［12］Fight against blight［EB／OL］.http：∥www.potato.org.uk／department／knowledge＿transfer／fight＿against＿blight／index.html.