黃珍珠，杜堯東，黃德超，鐘寶玉

（1.廣東省氣候中心，廣東廣州 510080；2.廣東省農(nóng)業(yè)有害生物預(yù)警防控中心，廣東廣州 510500）

稻瘟病是一種水稻真菌性病害，是我國水稻重要病害，稻瘟病流行年份一般減產(chǎn)10% ～20%，嚴(yán)重的達(dá)40% ～50%［1]。根據(jù)稻瘟病為害時期和發(fā)病部位可將其分為不同類型的瘟種，分別為苗瘟、葉瘟、節(jié)瘟、穗頸瘟、谷粒瘟等，穗頸瘟一般發(fā)生在出穗后，以破口抽穗期為關(guān)鍵期，造成秕谷、霉病等現(xiàn)象，對水稻的產(chǎn)量及品質(zhì)有嚴(yán)重影響［1-2]。稻瘟病的流行需要具備的條件：易感的水稻品種、稻瘟病菌群及適宜致病環(huán)境氣象因子［3-4]。在品種、栽培條件和病菌小種變化不大的情況下，不同年份病害發(fā)生輕重主要受氣象條件的影響［1]。在稻瘟病與氣象條件的關(guān)系［5-8]以及稻瘟病氣象等級預(yù)報方面［2，9]均已有諸多研究，但受各地氣候、水稻物候期、主導(dǎo)品種等的差異影響，不同地理區(qū)域、不同發(fā)生時期、不同為害部位的稻瘟病與氣象條件的關(guān)系不盡一致，致使各種預(yù)報模型在異地的適用性有限［10]。近年來，促病氣象指數(shù)在稻瘟病發(fā)生發(fā)展預(yù)測中得到廣泛應(yīng)用并取得較好效果［11-12]。

廣東利用促病氣象指數(shù)對水稻紋枯病發(fā)生的氣象等級監(jiān)測和預(yù)報方法也進行了研究［13]，但對稻瘟病的發(fā)生發(fā)展與氣象條件的關(guān)系及預(yù)報等研究尚未見報導(dǎo)。稻瘟病是廣東水稻重要病害，給廣東水稻生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。據(jù)全國植保專業(yè)統(tǒng)計，2011—2018年，廣東稻瘟病平均年發(fā)生面積約30.6萬hm2次，平均年損失稻谷為2 583.6萬kg，嚴(yán)重年份損失稻谷達(dá)3 953.4萬kg。研究氣象因子對稻瘟病病情發(fā)展的影響，開展稻瘟病發(fā)生面積預(yù)報，可為廣大農(nóng)民和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門提供及時的信息服務(wù)，對保障糧食安全、促進農(nóng)民增收具有現(xiàn)實意義。

本研究借鑒大量學(xué)者的研究成果［9-12，14]，從水稻稻瘟病發(fā)病的生態(tài)學(xué)特性出發(fā)，選取主要影響稻瘟病的氣象因子，構(gòu)建促病氣象指數(shù)作為綜合因子對廣東省早稻穗頸瘟的發(fā)生面積進行預(yù)測。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究的稻瘟病資料來源于廣東省農(nóng)業(yè)有害生物預(yù)警防控中心，資料觀測記錄標(biāo)準(zhǔn)是按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB／T 15790-2009進行觀測記載。根據(jù)資料的完整性以及區(qū)域性，選取廣東西南部的陽春市和高州市、東南部的龍門縣、北部的紫金縣。資料年代，陽春為2009—2018年，高州、紫金為2010—2019年，龍門為2011—2019年（其中2015年資料缺失）。病害資料主要有各市縣每5 d觀測的早稻發(fā)育期、稻瘟病發(fā)生面積比率（%）及發(fā)生程度等數(shù)據(jù)。發(fā)生程度分級標(biāo)準(zhǔn)：1級為輕發(fā)生、2級為偏輕發(fā)生、3級為中等發(fā)生、4級為偏重發(fā)生、5級為重發(fā)生。

氣象資料來源于廣東省氣象探測數(shù)據(jù)中心，取病害發(fā)生同期的各市縣逐日氣象要素資料，氣象資料主要包括日平均氣溫、日平均相對濕度、日降水量、日照時數(shù)等。建立模型時用2009—2018年資料，2019年資料用做預(yù)測檢驗。由于陽春市沒有2019年的資料，所以用西南部的信宜市資料替代做預(yù)測檢驗。

1.2 研究方法

1）病害資料處理。

廣東早稻秧苗期由于氣溫較低，發(fā)病較少，至分蘗期間氣溫升高，加上前汛期雨水多，稻瘟病容易流行，因此，統(tǒng)計葉瘟?xí)r段是早稻分蘗期至孕穗期，統(tǒng)計穗頸瘟?xí)r段是抽穗始期至黃熟期，把各市縣每年早稻分蘗期至孕穗期每5 d觀測調(diào)查的葉瘟、抽穗始期至黃熟期每5 d觀測調(diào)查的穗頸瘟發(fā)生面積比率（%）計算平均值；發(fā)生程度以最重時間段的發(fā)生程度作為一季早稻最終的發(fā)生程度。廣東早稻分蘗發(fā)育期平均時間，西南部、東南部及中部分蘗期是4月下旬前期，北部是4月下旬后期［15]，因此，統(tǒng)計葉瘟開始時間，北部的紫金是4月25日起；陽春、高州和龍門是4月20日起；統(tǒng)計穗頸瘟開始時間按照觀測點早稻抽穗始期實際時間進行。

2）氣象資料處理。

（1）構(gòu)建綜合氣象因子思路。

在稻瘟病的發(fā)生發(fā)展中，氣象條件、寄主生長情況、病菌基數(shù)三者的影響缺一不可。稻瘟病是氣象型病害，適宜的光、溫、水條件利于稻瘟病的流行。具體來說，溫度主要是影響水稻和病菌的生長發(fā)育，濕度則影響病菌孢子的形成、萌發(fā)和侵入，兩者相互關(guān)聯(lián)。病菌孢子產(chǎn)生的高峰，一般在適溫范圍內(nèi)遇降雨或持續(xù)高濕；日照不足，稻株光合作用降低，碳水化合物的合成減少，稻株組織柔嫩，有利于病菌的侵入和病斑的擴展［1]。此外，研究發(fā)現(xiàn)稻瘟病的流行與水稻生長前期和中后期氣象條件均有關(guān)系［2]，水稻生長前期出現(xiàn)的葉瘟，雖然對水稻生長影響有限，但適宜的氣象條件可促使稻瘟病病菌的萌發(fā)、傳播、侵染，增加病菌基數(shù)累積量，為后期稻瘟病在田間擴散蔓延，提供足夠的菌源［16-17]。水稻生長中后期處于孕穗至抽穗灌漿期即為稻瘟病發(fā)生敏感期，在前期發(fā)病的基礎(chǔ)上，適宜的氣象條件有利于病菌大量繁殖和暴發(fā)，使穗頸瘟得到進一步發(fā)展和流行，對稻瘟病的大暴發(fā)起著至關(guān)重要的作用［18-19]。因此，利用前期適宜的氣象條件作為影響穗頸瘟暴發(fā)程度的病菌基數(shù)，構(gòu)造綜合的稻瘟病促病氣象條件指數(shù)，在水稻抽穗前作出預(yù)測，有利于各地提前采取有效的防治措施。

（2）處理方法。

從水稻稻瘟病發(fā)病的生理氣象指標(biāo)入手，篩選促病的氣象條件指標(biāo)，建立促使稻瘟病發(fā)生的氣象條件促病指數(shù)，并與稻瘟病歷史資料進行相關(guān)分析，再以促病氣象指數(shù)作為綜合因子，運用回歸分析方法對穗頸瘟發(fā)生面積比率進行預(yù)測。

數(shù)據(jù)處理采用SPSS、Excel等軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻瘟病促病氣象條件指數(shù)

1）促病氣象指數(shù)建立。

適宜的氣象條件是稻瘟病暴發(fā)流行的直接誘發(fā)因素，當(dāng)氣溫在20～30℃、空氣相對濕度90%以上、稻株體表保持一層水膜的時間達(dá)6～10 h的情況下，孢子最易萌發(fā)侵入，稻瘟病就容易發(fā)生［1，5]。廣東早稻一般4月下旬進入分蘗期，5月底至6月上旬初開始孕穗，6月上旬中后期進入抽穗期［15]，為了在稻瘟病發(fā)病高峰期（抽穗期）前做出預(yù)報，所以確定計算促病氣象指數(shù)時間段，東南部、西南部為4月21日到5月25日，北部為4月26日至5月31日。經(jīng)過篩選以及稻瘟病的生物學(xué)意義，確定以下為促病氣象指標(biāo)：日平均氣溫20～30℃、日平均相對濕度≥90%、日照時數(shù)≤2 h、日降水量≥1 mm。當(dāng)促病氣象指標(biāo)同一天同時滿足時，就認(rèn)為其達(dá)到適宜致病日數(shù)為1 d，考慮到當(dāng)促病氣象指標(biāo)連續(xù)多日滿足適宜致病條件時，其對稻瘟病發(fā)生程度的貢獻(xiàn)不同，因此對不同連續(xù)達(dá)標(biāo)日數(shù)給不同的權(quán)重（見表1），并定義稻瘟病促病氣象指數(shù)（Z）。此外，考慮降雨強度對稻瘟病的影響，降水量多、降水強度大易造成早稻植株機械損傷，并對人為病害防控造成影響，因此考慮時段暴雨及大暴雨日數(shù)對稻瘟病的發(fā)生程度也有貢獻(xiàn)。

根據(jù)以上分析，定義促病氣象指數(shù)Z為

其中，a1為適宜致病日為1 d的權(quán)重系數(shù)；D1為適宜致病日為1 d的總個數(shù)；a2為適宜致病日為2 d的權(quán)重系數(shù)；D2為適宜致病日為2 d總個數(shù)；an為適宜致病日為nd的權(quán)重系數(shù)；Dn為適宜致病日為nd的總個數(shù)；R1為時段暴雨日數(shù)（d）；M1為暴雨系數(shù)，定義M1＝0.2；R2為時段大暴雨日數(shù)（d）；M2為大暴雨系數(shù)，定義M2＝0.6。

表1 稻瘟病促病氣象指數(shù)權(quán)重系數(shù)

2）促病氣象指數(shù)驗證。

選取陽春、高州、紫金和龍門2009—2018年每年4—5月逐日氣象資料，按照式（1），計算其促病氣象指數(shù)（Z），Z與葉瘟發(fā)生面積比率（%）、穗頸瘟發(fā)生面積比率（%）、發(fā)生程度的相關(guān)系數(shù)分別是0.671 3、0.650 9、0.512 5，都通過了0.01顯著性檢驗（圖1），并且都是正相關(guān)，說明Z的大小能反映稻瘟病病情發(fā)展情況，Z大說明稻瘟病發(fā)生面積比率大、發(fā)生程度也重，因此，可以選擇Z作為氣象條件的綜合因子對稻瘟病病情發(fā)展進行預(yù)測。

圖1 穗頸瘟發(fā)生面積比率與促病氣象指數(shù)的關(guān)系

2.2 穗頸瘟發(fā)生面積預(yù)報

1）發(fā)生面積比率預(yù)測模型建立。

由2.1節(jié)分析可知，早稻生長前期的促病氣象指數(shù)與穗頸瘟發(fā)生面積比率有明顯的相關(guān)，因此，建立穗頸瘟發(fā)生面積比率預(yù)測模型時以促病氣象指數(shù)（Zi）為自變量，穗頸瘟發(fā)生面積比率（Yi）為因變量，采用一元回歸分析法，建立Yi與Zi（i為年份）的回歸方程為

其中，式（2）為廣東省早稻穗頸瘟發(fā)生面積比率預(yù)測模型，該方程復(fù)相關(guān)系數(shù)r＝0.664，回歸平方和U＝117.754，殘差平方和Q＝149.590，F(xiàn)＝25.977；自變量因子個數(shù)m＝1，因變量樣本數(shù)n＝35；經(jīng)F檢驗，F(xiàn)α＝0.01＝7.471，由于F＞Fα＝0.01，所以預(yù)測模型（2）通過F0.01顯著性水平檢驗。

2）發(fā)生面積比率預(yù)測模型回代檢驗。

把陽春、高州、紫金和龍門2009—2018年每年促病氣象指數(shù)（Zi）分別帶入到預(yù)測方程（2），計算結(jié)果見表2，可以看出35個樣本預(yù)測穗頸瘟發(fā)生面積比率與實際值誤差絕對值≤2%的準(zhǔn)確率為86% ，取得較好的預(yù)測效果。圖2是代表站高州及紫金早稻穗頸瘟發(fā)生面積比率預(yù)測模型預(yù)測結(jié)果與實況對比，從圖2中也可以看出，僅僅是紫金站2014年模型預(yù)測結(jié)果與實況值對比偏高3.3%，兩站其余年份模型預(yù)測結(jié)果與實況值對比誤差絕對值都＜2%，預(yù)測效果較好。

表2 穗頸瘟發(fā)生面積比率回代檢驗

圖2 高州和紫金站早稻穗頸瘟發(fā)生面積比率模式擬合預(yù)測結(jié)果與實況對比

3）發(fā)生面積比率預(yù)測實例檢驗。

利用模型（2）對2019年穗頸瘟發(fā)生面積比率進行延伸預(yù)測。計算紫金2019年4月26日至5月31日，高州、信宜和龍門2019年4月21日到5月25日稻瘟病促病氣象指數(shù)，然后分別代入模型（2）進行計算，計算結(jié)果如表3，從表3看出，誤差范圍是0.1% ～1.1%，取得了較好的預(yù)測效果。

表3 穗頸瘟發(fā)生面積比率實例檢驗

4）發(fā)生面積預(yù)測可行性應(yīng)用。

設(shè)穗頸瘟發(fā)生面積為Si，某地早稻種植面積為Mi，則

其中，Zi為i年分蘗到拔節(jié)期促病氣象指數(shù)；Mi為i年某地早稻種植面積（早稻種植后此數(shù)為已知數(shù)，單位：km2），西南部、東南部及中部地區(qū)每年于5月26日、北部地區(qū)6月1日（早稻孕穗期前）就可以對穗頸瘟發(fā)生面積做出預(yù)測，及時進行防治?；蛘哂?月下旬初，結(jié)合后期天氣預(yù)報中準(zhǔn)確率較高的72 h天氣預(yù)報產(chǎn)品，計算促病氣象指數(shù)，提早對穗頸瘟發(fā)生面積發(fā)布預(yù)測預(yù)警。

3 結(jié)論

1）從水稻稻瘟病發(fā)病的生態(tài)學(xué)特性出發(fā)，篩選出滿足稻瘟病病菌侵入寄主的氣象因子條件，即早稻稻瘟病發(fā)生發(fā)展的促病氣象指標(biāo)：日平均氣溫20～30℃、日平均相對濕度≥90%、日照時數(shù)≤2 h、日降水量≥1 mm。

2）構(gòu)建早稻稻瘟病發(fā)生發(fā)展的氣象條件促病指數(shù)，在相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，以促病氣象指數(shù)作為綜合因子建立了穗頸瘟發(fā)生面積比率預(yù)測模型。

3）穗頸瘟發(fā)生面積比率預(yù)測模型經(jīng)過歷史回代檢驗與試預(yù)報表明，該方法科學(xué)可行，且計算簡單，可提早于早稻抽穗前發(fā)布穗頸瘟發(fā)生面積預(yù)測預(yù)警。

稻瘟病的發(fā)生和發(fā)展除受氣象因素影響外，還受病菌基數(shù)、病菌生理小種、水稻品種抗病性、栽培管理技術(shù)等多種因素的影響［1]，本研究僅從氣象角度對早稻穗頸瘟發(fā)生面積比率進行預(yù)測，與穗頸瘟實際發(fā)生面積比率有一定的差別是正常合理的。在實際應(yīng)用中，可結(jié)合其它因素綜合考慮穗頸瘟發(fā)生面積比率情況，開展相關(guān)的農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)和服務(wù)。本研究是初步探討，模式的效果還有待在實際業(yè)務(wù)、服務(wù)中進一步檢驗和完善。