基于CLIMEX的柑橘冬生疫霉在我國的適生性研究

馬 菲， 龔國祥， 何友元， 邱國強， 王振華*

(1. 中國檢驗檢疫科學研究院植物檢疫研究所，北京 100029；2. 湖北出入境檢驗檢疫局，武漢 430050)

基于CLIMEX的柑橘冬生疫霉在我國的適生性研究

馬 菲1， 龔國祥2， 何友元1， 邱國強2， 王振華2*

(1. 中國檢驗檢疫科學研究院植物檢疫研究所，北京 100029；2. 湖北出入境檢驗檢疫局，武漢 430050)

柑橘冬生疫霉(PhytophthorahibernalisCarne)是我國進境植物檢疫性有害生物，主要危害柑橘類作物，在我國尚未有分布報道。本研究在柑橘冬生疫霉的生物學數(shù)據(jù)和中國748個站點的氣象數(shù)據(jù)的基礎上，綜合運用CLIMEX 2.0和ArcGIS 9.0軟件對柑橘冬生疫霉在我國的適生程度和適生范圍進行了預測。結(jié)果表明：柑橘冬生疫霉在我國的適生性較高，適生范圍涉及20個省、市(區(qū))，其中，中、高度適生區(qū)分布于浙江、福建、江西、湖南、廣東、廣西、四川、重慶、云南、貴州、湖北、臺灣、香港。本研究明確了柑橘冬生疫霉在我國的適生性，對科學制訂針對該菌的檢疫政策和措施、防范其入侵和進一步擴散具有重要意義。

柑橘冬生疫霉； CLIMEX； ArcGIS； 適生性

柑橘冬生疫霉(PhytophthorahibernalisCarne)是我國進境植物檢疫性有害生物，寄主包括9科11屬的植物，主要危害柑橘類作物(Citrusspp.)[1-2]，包括甜橙、臍橙、橘子、沙柑、檸檬等。該菌是柑橘果實褐腐病的主要病原之一，在柑橘采收前后均可造成嚴重的經(jīng)濟損失，尤其是在雨季。柑橘果實、葉片、小枝都可被侵染，可導致果實褐腐，葉部和小枝枯萎。受侵染果實味苦，具腐臭味[3]。果實受害，損失可達75%。橘早熟品種尤易感病，不同種類柑橘作物受侵染程度不同，柑、橘的葉、果均受侵染，而檸檬主要是葉部受侵染[4]。該菌在澳大利亞西部的柑橘果實上首次發(fā)現(xiàn)[4]，后來在歐洲、美洲、非洲、亞洲的國家都有報道[2]，在我國尚無分布報道。

我國柑橘資源豐富，優(yōu)良品種繁多,其種植面積居世界第一，產(chǎn)量居世界第二。柑橘類作物是我國南方省份栽培面積最廣、最具經(jīng)濟重要性的果樹品種之一[5]。隨著中國加入WTO，農(nóng)產(chǎn)品市場逐步放開，美國、巴西等柑橘發(fā)達國家的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品也紛紛涌入國門，國際間的學術(shù)交流也正日新月異，對外引種或種質(zhì)交換亦日益頻繁，這使有害生物在地區(qū)及國際間傳播的風險明顯增大。

CLIMEX軟件是在適生性評估研究中應用最為廣泛的一種，其他常用的還有DIVA-GIS、MaxEnt、GARP等。CLIMEX的最初版本發(fā)布于1985年，現(xiàn)已推出3.0.2版。CLIMEX可根據(jù)某物種的已知地理分布及相對豐度來估計該物種的氣候條件，最常使用的是直接使用物種生長發(fā)育的生物學參數(shù)對物種的分布區(qū)進行預測。我國學者應用CLIMEX對多種昆蟲、病害、雜草、線蟲等有害生物在中國的適生性進行了大量研究，如紅火蟻、棗實蠅、蜜柑大實蠅、蘋果蠹蛾、黑脂大小蠹、家木小蠹、苜蓿籽象甲、檳櫛盾蚧、新菠蘿灰粉蚧、扶桑綿粉蚧、三葉草斑潛蠅、小麥矮腥黑穗病、櫟樹猝死病菌、香蕉枯萎病、大豆北方莖潰瘍病菌、松材線蟲、黃頂菊等[6-22]。

目前國內(nèi)外尚無柑橘冬生疫霉適生性分析的研究報道。開展柑橘冬生疫霉在我國的適生性分析研究，明確該菌在我國的適生范圍和適生程度，對決策部門制訂和布置針對該菌的檢疫政策和措施、防止其入侵和進一步傳播擴散、保護我國柑橘作物的生產(chǎn)具有重要意義。本文利用已報道的柑橘冬生疫霉的生物學和地理分布資料，采用CLIMEX模型和ArcGIS的插值、疊加功能對柑橘冬生疫霉在我國的適生性進行了分析研究。

1 材料與方法

1.1 基礎資料

1.1.1 柑橘冬生疫霉生物學資料

柑橘冬生疫霉在原產(chǎn)地澳大利亞，以卵孢子越夏，冬季5-6月份的雨季后在土中形成分生孢子，并隨風傳播。病菌潛伏期約為10 d。濕度大的季節(jié)受侵染部位常發(fā)生二次侵染，最后在落葉和落果上再次產(chǎn)生卵孢子。10月左右氣溫上升，侵染終止[4]。故該菌喜冷涼氣候和高濕度。病菌生長的最低溫度低于5 ℃，最適溫度為15 ℃，最高溫度低于25 ℃[4,23]。

1.1.2 氣候數(shù)據(jù)資料

本研究中運用的CLIMEX(v2.0)后臺數(shù)據(jù)庫內(nèi)自帶全球大約2 500個氣象站點的數(shù)據(jù)資料。中國氣象數(shù)據(jù)資料由中國國家氣象局提供，包括748個氣象站點,自1971-2000年的地面氣候資料，包括完整月平均氣溫、月最高溫、月最低溫、月平均降水量和月平均濕度。

1.1.3 寄主數(shù)據(jù)資料

柑橘冬生疫霉的寄主已報道的還有杜鵑、紅花、芝麻、番茄、蘋果、葡萄、貝殼杉、雪松、茄子等，但侵染部位是葉部、小枝或根部，未見危害果實的報道[3,23-24]。該菌的主要寄主為柑橘類作物，其侵染果實造成果腐，還常常導致二次侵染(主要是Oosporacitri-aurantii侵染);其侵染枝葉，導致落葉和枝枯(尤其是檸檬)[4]，故本研究中只考慮柑橘冬生疫霉的主要寄主柑橘類作物在我國的分布情況。

從農(nóng)業(yè)部種植業(yè)管理司和信息中心聯(lián)合主辦的中國種植業(yè)信息網(wǎng)(http:∥zzys.moa.gov.cn)的水果數(shù)據(jù)庫中，對2010年我國柑橘種植面積及產(chǎn)量進行統(tǒng)計,結(jié)果表明，我國柑橘主要種植于華東、華南、西南、中南的省份，包括上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、廣東、廣西、海南、重慶、四川、貴州、云南、西藏、河南、湖北、湖南，以及西北的陜西、甘肅;而東北(遼寧、吉林、黑龍江)、華北(北京、天津、河北、山西、內(nèi)蒙古)、華東的山東、西北的青海、寧夏、新疆沒有種植記錄[25]，在本研究中認為是非寄主分布區(qū)域。在以上數(shù)據(jù)庫中，尚未統(tǒng)計臺灣地區(qū)的柑橘種植情況，而柑橘也是臺灣重要的果樹產(chǎn)業(yè)之一，與香蕉、菠蘿合稱為臺灣三大青果[26]。

1.1.4 地理信息數(shù)據(jù)

根據(jù)文獻報道，明確了柑橘冬生疫霉在全球的地理分布情況。在柑橘冬生疫霉的原產(chǎn)地澳大利亞，據(jù)報道在西澳大利亞、南澳大利亞、昆士蘭、維多利亞州有分布。目前該菌分布于非洲(南非)、亞洲(以色列)、澳大利亞、歐洲、北美洲(美國加利福尼亞州)、中美洲加勒比海地區(qū)、南美洲(阿根廷、巴西、委內(nèi)瑞拉)[23]。中國國界、省界電子地圖來自于中國基礎地理信息系統(tǒng)網(wǎng)站，比例尺為1∶400萬。

1.2 分析軟件及方法

本研究采用澳大利亞科學與工業(yè)研究組織(CSIRO)2004年開發(fā)的CLIMEX 2.0以及美國環(huán)境系統(tǒng)研究所(ESRI)開發(fā)的ArcGIS 9.0進行預測分析。CLIMEX 軟件雖然現(xiàn)已升級至3.0版本，但本研究采用其中的“compare locations(1 species)”模塊功能相較最新版本并無區(qū)別，故仍采用了CLIMEX 2.0進行研究。

根據(jù)文獻中柑橘冬生疫霉的生物學資料，并參考CLIMEX自帶的溫帶地區(qū)的參數(shù)值，初步確定CLIMEX分析所需要的各項參數(shù)。然后參照柑橘冬生疫霉的實際地理分布，調(diào)試氣候參數(shù)值，并考慮模型中提供的灌溉參數(shù)設置，最終確定本研究中的參數(shù)值。以最終的參數(shù)值運行CLIMEX軟件，結(jié)果用生態(tài)氣候指數(shù)(EI)表示，其值越小，表明該地區(qū)越不適合該物種的生存，值越大則表明該地區(qū)越適合該物種的生存。

本研究中，將適生區(qū)劃分為4個程度的區(qū)域：EI=0為非適生區(qū)，即柑橘冬生疫霉在該地區(qū)不適生；020為高度適生區(qū)，即柑橘冬生疫霉在該地區(qū)極易定殖。

CLIMEX模型的計算結(jié)果只能以“點”圖的形式顯示，缺乏直觀性，故又結(jié)合ArcGIS軟件，以CLIMEX的結(jié)果數(shù)據(jù)進行反距離權(quán)重法空間插值分析，并疊加我國國界和省界圖，得到柑橘冬生疫霉在我國的適生范圍和適生程度的直觀圖。

2 結(jié)果

2.1 CLIMEX預測參數(shù)值

CLIMEX一共預設了42個生物學參數(shù)，根據(jù)柑橘冬生疫霉的相關(guān)生物學數(shù)據(jù)和實際的地理分布等因素，本研究使用了其中的17個基本參數(shù)項，調(diào)試確定了CLIMEX參數(shù)(表1)。

表1CLIMEX預測柑橘冬生疫霉在中國潛在地理分布的參數(shù)

Table1TheparametersforpredictingthepotentialgeographicaldistributionofPhytophthorahibernalisinChinabasedontheCLIMEX

CLIMEX參數(shù)Parameter參數(shù)值Parametervalue發(fā)育限制性低溫DV0Lowertemperaturethreshold3適宜溫度下限D(zhuǎn)V1Loweroptimumtemperature10適宜溫度上限D(zhuǎn)V2Upperoptimumtemperature18發(fā)育限制性高溫DV3Uppertemperaturethreshold23發(fā)育需要的最低土壤濕度SM0Lowersoilmoisturethreshold0．1適宜的土壤濕度下限SM1Loweroptimalsoilmoisture0．75適宜的土壤濕度上限SM2Upperoptimalsoilmoisture1．75發(fā)育需要的土壤最高濕度SM3Uppersoilmoisturethreshold2冷脅迫開始累積閾值TTCSColdstresstemperaturethreshold2冷脅迫累積速率THCSColdstressaccumulatedrate-0．1熱脅迫開始累積閾值TTHSHeatstresstemperaturethreshold36熱脅迫累積速率THHSHeatstressaccumulatedrate0．005干脅迫開始累積閾值SMDSDrystresstemperaturethreshold0．1干脅迫累積速率HDSDrystressaccumulatedrate-0．005濕脅迫開始累積閾值SMWSSoilmoisturethreshold2濕脅迫開始累積速率HWSWetstressaccumulatedrate0．002發(fā)育有效積溫PDDEffectiveaccumulatedtemperature380

在參數(shù)調(diào)試過程中，主要以該菌在原產(chǎn)地澳大利亞的地理分布點作為比對對象，并以其他大洲的實際地理分布點作為參考，同時涵蓋現(xiàn)有報道的地理分布區(qū),實現(xiàn)最大程度擬合。由于柑橘冬生疫霉原產(chǎn)于澳大利亞，在西澳大利亞、南澳大利亞、昆士蘭、維多利亞州有分布報道[4]，在本預測范圍中涵蓋這些地區(qū)。另外其他大洲有報道的國家和地區(qū)也都涵蓋在本研究預測的范圍中，包括美國加利福尼亞州、以色列、南非、阿根廷、巴西、委內(nèi)瑞拉，以及歐洲和中美洲地區(qū)(圖1)。

圖1 CLIMEX預測柑橘冬生疫霉在世界范圍氣象站點的EI值

2.2 柑橘冬生疫霉在我國的適生范圍和適生程度

經(jīng)CLIMEX預測，在中國748個站點中，柑橘冬生疫霉的潛在適生(EI>0)站點有212個，占全國總站點數(shù)的28%。其中，柑橘冬生疫霉的高度適生區(qū)(EI>20)的站點有101個，占全國總站點數(shù)的14%；中度適生區(qū)(10

圖2 CLIMEX預測柑橘冬生疫霉在中國及周邊國家氣象站點的EI值

利用ArcGIS軟件的插值功能，將預測得到的EI值進行插值分析，得到柑橘冬生疫霉在我國的潛在適生范圍及適生程度圖(圖3)。

圖3 柑橘冬生疫霉在我國的適生范圍和適生程度

由圖可見，柑橘冬生疫霉在我國的適生區(qū)主要集中在南方省份。其中高度適生區(qū)主要分布于浙江南部、福建北部、江西大部、湖南南部、廣東北部、廣西北部、四川和重慶相鄰部分、云南和貴州的局部地區(qū)；中度適生區(qū)主要分布于浙江和湖北局部、江西北部局部、福建南部局部、湖南北部、廣東南部大部、廣西南部大部、貴州大部、四川局部、重慶局部、云南局部、臺灣北部、香港；低度適生區(qū)主要分布于江蘇南局部、上海、安徽南局部、湖北大部、陜西南局部、甘肅南局部、四川局部、西藏局部、云南大部、廣西和廣東零星局部、海南大部、臺灣中部和南部。

3 討論

本研究應用CLIMEX適生性分析軟件，根據(jù)柑橘冬生疫霉的生物學特性和已報道的地理分布區(qū)來預測該菌在我國的生態(tài)氣候指數(shù)(EI)，并以EI值來描述其在我國的適生程度，CLIMEX軟件的預測結(jié)果又通過ArcGIS的應用實現(xiàn)了由點到面的過渡，提高了分析結(jié)果的準確性和直觀性。預測結(jié)果的適生范圍比實際分布范圍要大，除了與柑橘冬生疫霉未被充分監(jiān)測鑒定到外，與各國積極開展柑橘病害的檢疫管理、控制病害的進一步發(fā)生擴散有很大關(guān)系。

根據(jù)以上研究和分析，柑橘冬生疫霉在我國的適生性較高，適生范圍涉及20個省、市(區(qū))，而且主要在我國柑橘的主產(chǎn)區(qū)，中、高度適生區(qū)主要集中在西南、華南省份，這些省份和地區(qū)的氣候條件適宜柑橘冬生疫霉的傳播和定殖，一旦傳入，將對我國柑橘種植業(yè)造成非常嚴重的經(jīng)濟影響。目前，我國已與澳大利亞、南非、以色列、美國、阿根廷、西班牙等該菌疫區(qū)國家簽署了柑橘輸華議定書，而且還有繼續(xù)加強柑橘進口的趨勢，該病菌隨柑橘貿(mào)易傳入我國的可能性較大，檢驗檢疫部門在進境柑橘類水果中，要加強該病菌的現(xiàn)場檢疫和實驗室檢測，保護我國柑橘業(yè)的生產(chǎn)和生態(tài)安全。

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ThepotentialgeographicdistributionofPhytophthorahibernalisCarnebasedontheCLIMEXinChina

Ma Fei1， Gong Guoxiang2， He Youyuan1， Qiu Guoqiang2， Wang Zhenhua2

(1.InstituteofPlantQuarantine,ChineseAcademyofInspectionandQuarantine，Beijing100029，China；2.HubeiEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau，Wuhan430050，China)

PhytophthorahibernalisCarne is one of the plant quarantine pests in China, which can damage citrus crops and have not been reported in China. The potential geographic distribution ofP.hibernaliswas studied by using CLIMEX and ArcGIS, based on the biological data ofP.hibernalisand meteorological data from 748 weather sites in China. The results showed that the suitable areas ofP.hibernalisinvolved 20 provinces, municipalities and autonomous regions, in which Zhejiang, Fujian, Jiangxi, Hunan, Guangdong, Guangxi, Sichuan, Chongqing, Yunnan, Guizhou, Hubei, Taiwan, and Xianggang were moderately or highly suitable areas. This study defined the potential geographic distribution ofP.hibernalisin China, which is important for making scientific quarantine policy and measures, and preventing invasion and further spread ofP.hibernalis.

Phytophthorahibernalis； CLIMEX； ArcGIS； potential geographic distribution

2013-10-14

：2014-02-07

國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局科研項目(2010IK251)

S 41-30

：ADOI：10.3969/j.issn.0529-1542.2014.05.026

* 通信作者 E-mail: wzhciq@163.com