蔬菜主要病蟲害發生流行氣象預報模型

摘要：針對蔬菜霜霉病和菜青蟲這兩個主要病蟲害，分別建立霜霉病和菜青蟲流行程度短期預測和氣候年景預測預報模型。實際觀測結果表明，預報擬合效果較好。在預報模型基礎上開發出一套蔬菜病蟲害氣象等級預報業務系統，對霜霉病和菜青蟲的發生和流行進行及時準確的預報，為蔬菜生產管理及病蟲害防治提供技術支持，科學指導蔬菜生產，合理使用農藥，提高蔬菜的品質。

關鍵詞：霜霉病；菜青蟲；氣象；預報模型

中圖分類號：S165+.28 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3159-05

霜霉病和菜青蟲是蔬菜種植中最常見、造成損失最大的兩種主要病蟲害，是制約蔬菜生產可持續發展的主要因子，病蟲害造成蔬菜的潛在損失在20%～30%。國外對蔬菜霜霉病發生流行方面的研究報道較少，國內對這方面研究較多。洪傳學等[1]以初始菌量、日最高和最低氣溫、日最高和最低相對濕度等為自變量，以流行系統的狀態參量病害發展事態為因變量，通過浸染位點描述霜霉病流行系統狀態，組建了霜霉病流行模擬模型；孔憲陽等[2]以活動積溫為自變量、病情指數為因變量初步建立了露地蔬菜霜霉病預測模型；何自福等[3]經過系統調查，以流行速率為因變量，以同期廣州地區的氣溫、濕度、降水量和雨日等4個氣象因子的累積值為自變量建立了廣州地區露地蔬菜霜霉病流行程度的預測模型。國內外對菜青蟲的氣象預報等級研究鮮有報道，國內研究集中在菜青蟲的發育生長特點及防治方面，徐世才等[4]對菜粉蝶5個溫度處理下發育起點溫度和有效積溫進行了分析；葉藝林[5]對室內恒溫條件下菜粉蝶越冬后發育起點溫度和有效積溫進行了研究，得到發育速率與溫度之間的回歸模型。

研究針對蔬菜霜霉病和菜青蟲這兩個主要病蟲害，建立霜霉病和菜青蟲流行程度預測模擬模型，以期對霜霉病和菜青蟲的發生和流行進行及時準確的預報，并開發出一套蔬菜病蟲害氣象等級預報業務系統，開展長、短期預報服務，為蔬菜生產防治管理提供技術支持，科學指導蔬菜生產，合理使用農藥，提高蔬菜的品質。

1 材料與方法

1.1 資料來源及處理

1.1.1 氣象資料 采用孝感市人工氣象觀測站逐日氣象資料，要素包括風、溫度、濕度、光照、降水等。

1.1.2 病蟲害資料 蔬菜蟲害數據為孝感市植保站觀測的2005-2012年蔬菜菜青蟲田間觀測資料，2005-2009年資料用于歷史過程的分析和建模，2010-2012年資料用于預報應用驗證。另外霜霉病的觀測資料來自武漢市東西湖區植保站2000-2012年的田間觀測整理資料。

除了采用植保站蔬菜病蟲害觀測資料以外，還開展了田間調查， 資料來源于2010-2012年在湖北省孝感市和武漢市東西湖區針對菜青蟲和霜霉病不定期的田間調查數據，深入系統地調查其分布、病蟲發生輕重、消長規律、防治效果等。植物病蟲害田間調查很難進行全面逐株的調查，擬選取一部分樣本來估算總體情況。不同類別的病蟲害在田間的分布情況不同，首先確定病蟲害的田間分布類型，按照分布特點在田間選取調查樣本。

1）病害調查。在孝感市和東西湖區選擇大棚種植的萵苣和露天種植的黃瓜，調查霜霉病發生程度、發生面積、病棚率、病株率、病葉率、病果率。

2）蟲害調查。在孝感市和東西湖區選擇露地種植的白菜和蘿卜這兩種種植面積大、易受病蟲侵害的蔬菜，調查菜青蟲在不同生育期的發生程度、百株卵量、百株幼蟲數、為害葉率以及每葉蟲量。

1.1.3 災損資料 災損資料包括孝感市2005-2012年蔬菜病蟲害發生時的作物面積、減產量、損失程度等相關經濟指標；搜集露地蔬菜病蟲害監測資料，包括時間、地點、發生程度以及病蟲害發生時的觀測指標。

1.2 研究方法

利用武漢和孝感地區大棚種植萵苣霜霉病發生流行程度數據及氣象資料，研究大棚小氣候中萵苣霜霉病的發生與流行規律。通過對大棚萵苣霜霉病發生的實地調查，對萵苣霜霉病流行的相關氣候因素進行了統計分析，確定了萵苣霜霉病發生的氣象指標，提出將促病指數作為萵苣霜霉病流行預測模型。

菜青蟲的發生發展與氣象因子關系密切，采用統計分析方法對菜青蟲蟲卵量與溫度、降水、濕度、風等氣象要素之間進行相關分析，篩選出影響菜青蟲流行的關鍵氣候因子，再通過回歸分析方法得出其定量關系，據此得出菜青蟲的發生預測模型。

2 結果與分析

2.1 霜霉病發生氣象等級預報模型

2.1.1 萵苣霜霉病發生氣象條件分析 對于大棚萵苣而言， 由于棚內相對濕度一般在75%以上， 且在陰到多云的情況下大棚內的日平均溫度比大氣日平均氣溫高3 ℃左右。因此主要考慮日照時數的影響。通過加權平均，利用相關分析法分析了感病期各氣象要素對蔬菜病害的誘發程度，確定了大棚萵苣霜霉病發生的氣象指標：12月中旬至4月下旬期間，大氣日平均氣溫≥5 ℃、日平均日照時數

≤2 h、風速大小與蔬菜病害流行的等級密切相關。定義日平均氣溫≥5 ℃、日平均日照時數≤2 h、風速≤3 m/s為蔬菜病害促病氣象條件，滿足條件的當天為蔬菜病害致病日。按照蔬菜病害最終發病率，大棚萵苣蔬菜病害發生發展的氣象條件等級劃分標準如表1。

2.1.2 霜霉病短期預報模型 在蔬菜病害感病期間，促病氣象條件對蔬菜病害的影響程度與其出現的時間及持續的天數密切相關。考慮兩者影響，蔬菜病害感病期的促病指數（Z）為：

Z=■Ai·Di （1）

公式（1）中：Ai為致病日持續時間對促病指數的修正系數；Di為蔬菜病害致病日指數。當日平均氣溫≥5 ℃、日照時數≤2 h的情況下，日平均風速≤3 m/s時，Di取1.0，3 m/s<日平均風速≤8 m/s時，Di取0.5。根據最優化技術二維尋優變量輪換的原理確定Ai值， 致病日持續天數達到1、2、3 d，修正系數分別為1.0、1.5、2.0，致病日持續天數達到或超過4 d，修正系數取3.0。根據促病指數將蔬菜病害發生氣象等級定為5級，具體見表2。

根據上述計算公式推算出萵苣霜霉病促病指數，與調查的實際發生流行程度進行比較和檢驗，計算結果見表3。從表3可以看出大部分計算結果與實際相吻合。在實際蔬菜病害預測中，先計算前期的蔬菜病害促病指數，再結合調查得到的蔬菜病害的實際發生情況以及中長期天氣預測結果制作主要蔬菜病害的預測預報模型。

2.1.3 霜霉病長期預報模型 霜霉病以兩種形式越冬，一是以菌絲在種子或者冬季蔬菜上越冬，二是以卵孢子的形式越冬，而在來年繼續為害。菌絲或者卵孢子越冬主要受低溫約束，故以1月份日最低氣溫的平均值作為因子，分析低溫與霜霉病發生程度之間的相關關系，建立霜霉病年景預測模型（圖1），得出霜霉病發生程度年景預報模型為■=18.743+4.13 x，r2=0.552， 回歸方程顯著。

表4是霜霉病氣候年景預測模型計算結果與實際發生程度的比較， 2010-2012年數據為獨立檢驗結果。從表4可以看出，模型計算結果與實際發生程度擬合效果較好。

2.2 菜青蟲發生程度與氣象條件的關系及預測模型

2.2.1 菜青蟲發生程度分級標準 各地的菜青蟲觀測資料格式不統一，發生程度存在缺測的情況，鑒于此，對蟲害資料發生程度重新分級。菜青蟲發生流行時世代疊加且生育期短，在田間實際調查過程中發現為害的菜葉上蟲卵共存，且卵在適宜氣象條件下幾天便能孵化為幼蟲啃食菜葉。研究按照百株蟲卵量（蟲與卵的合計數量）作為發生程度分級標準，共分為5級（表5）。

2.2.2 菜青蟲與氣象要素相關性分析 溫度、降水和濕度、風等氣象要素均可影響害蟲的地區分布、遷移、生存時期、繁育與成活率。根據菜青蟲生長發育周期特點，將田間調查數據與前15 d氣象條件進行相關性分析，選取與菜青蟲發生發展密切相關的氣象條件作為預測模型的因子。由表6可以得出，與蟲卵量相關性較好的是溫度和降水量，而相對濕度和風速與蟲卵量的相關性較差。由此得出，菜青蟲發生發展與前期溫度和降水量關系密切。

2.2.3 菜青蟲蟲卵量與溫度的線性關系 菜青蟲百株蟲卵量與溫度的線性關系為：■=-3 927.8+254.91 x，r2=0.501 4，回歸方程顯著。從圖2可知，在16～28 ℃溫度范圍內，菜青蟲百株蟲卵量與溫度呈正相關，溫度越高蟲卵量越多，菜青蟲發生程度越重。

2.2.4 菜青蟲蟲卵量與降水量的線性關系 菜青蟲百株蟲卵量與降水量的線性關系為■=404.5+15.04 x，r2=0.376 8， 回歸方程顯著（圖3）。降水量影響環境濕度，對菜青蟲的成活率和繁殖力有較大影響，在一定降水范圍內，百株蟲卵量與降水量呈正相關，即前期降水量越大蟲卵量越多，菜青蟲發生流行的程度也越重。

2.2.5 菜青蟲發生流行短期預測模型 由于菜青蟲的發育階段分為5個齡期，而4～5齡幼蟲的危害最大，故需要分析菜青蟲卵發育及幼蟲各齡期發育氣象條件。光照長短主要影響成蟲產卵，而菜青蟲卵及幼蟲發育主要與溫度相關。菜青蟲發育起點溫度為6 ℃，有效積溫為217 日·度，經過10～15 d發育為蛹。

鑒于菜青蟲的發育歷期為10～15 d，而菜青蟲世代疊加，菜青蟲的整個發育過程與溫度、降水和有效積溫關系密切，故選取菜青蟲發生期前10～15 d的有效積溫和降水量作為相關因子分析與百株蟲卵量的相關關系，結果表明，發生期前15 d的有效積溫和降水量與百株蟲卵量相關性最好。

有效積溫K=N（T-C）， 式中，K為菜青蟲發育歷期有效積溫；N為發育歷期，研究取10 d作為相關因子； T為發育過程平均溫度；C為菜青蟲的發育閾溫度，菜青蟲發育起始溫度為6 ℃。

根據表7分析結果可見，菜青蟲百株蟲卵量與前15 d有效積溫和降水量相關性最好，故以前15 d有效積溫和降水量作為影響因子，采用線性回歸方程分析百株蟲卵量與氣溫和降水量的關系。回歸方程為■=13.468 x1+11.741 x2-3 553.36， r2=0.724，回歸方程顯著，其中y為百株蟲卵量，x1、x2分別為菜青蟲發生期前15 d的有效積溫和降水量。圖4、圖5分別為菜青蟲百株蟲卵量與有效積溫和降水量的關系曲線。

根據菜青蟲預報模型計算公式推算出菜青蟲蟲卵量，與2011年調查的實際發生流行程度進行比較和檢驗，計算結果見表8，從表8可以看出大部分計算結果與實際相吻合。

對調查數據進行分析得出，2011年4～6月的菜青蟲發生程度與氣候條件關系顯著，而6月下旬至9月下旬，由于天敵增多、寄主植物減少、強降雨機械性沖刷，菜青蟲數量急劇減少，而10月又開始增多，11～12月由于氣溫降低，菜青蟲開始化蛹越冬。故上述預測模型適合4～6月預測菜青蟲發生程度。

2.2.6 菜青蟲發生流行長期預測模型 菜青蟲危害發生程度受到蟲情基數、氣象條件的影響。而對發生危害程度影響比較大的是上年的蟲情基數，蛹在冬季受到低溫威脅，部分被凍死，而部分存活到第二年春季3、4月羽化為成蟲，第一代幼蟲發生在4月上旬至5月下旬，第二代幼蟲發生在5月中旬。調查數據顯示，一年的發生高峰期均在第二代，為害最嚴重的也是這段時期，故本研究以第二代發生程度來代表年發生程度，分析冬季蛹的受凍情況與第二代發生程度的關系，建立年景預報模型。冬季1月極端氣溫最低，故分析1月平均最低氣溫與發生程度之間的關系，如圖6所示。

年景預測模型為：■=0.361 8 x+4.752， 其中■為發生程度，x為1月平均最低氣溫，r2=0.500 5， 回歸方程顯著。

表9中數據是菜青蟲氣候年景預測模型計算結果與實際發生程度的比較，其中2005-2009年數據為回代檢驗結果，2010-2012年數據為獨立檢驗結果，從表9可以看出擬合效果較好。

3 小結

通過田間調查與資料搜集，分析菜青蟲和霜霉病年度發生流行程度與氣候環境因子的關系，建立了霜霉病和菜青蟲的長、短期預報模型，通過應用檢驗，有較好的預報效果。研究的蔬菜病蟲害氣象等級預報方法還可以用于其他地區氣象部門開展蔬菜病蟲害預報。

無論用何種時效和何種方法對病蟲害的預測預報都須建立在長時間序列準確及時的病蟲及其相關信息的觀測基礎上，氣象部門必須與農業植保部門加強科研與業務合作，完善預報模型，聯合開展作物病蟲害預報和氣象條件等級預報，才能使服務收到事半功倍的效果。

參考文獻：

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[2] 孔憲陽，張香云，張金良，等.露地黃瓜霜霉病預測決策系統的研究與應用[J].中國農學通報，1997，13（6）：29-30.

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[4] 徐世才，張修謙， 劉長海，等.菜粉蝶發育起點溫度和有效積溫的研究[J].長江蔬菜，2009（20）：64-66.

[5] 葉藝林.越冬代菜粉蝶成蟲發生的預測模型[J].江西農業學報，2007，19（8）：44-45.