番茄髓部壞死病空間分布格局與參數(shù)特征應(yīng)用研究

黃福旦，李斌，汪帥，馮曉曉，李倩，吳慧明，王國(guó)榮，鄭永利

(1.杭州市蕭山區(qū)農(nóng)技推廣中心，浙江 杭州 311201；2.浙農(nóng)金泰生物科技有限公司，浙江 杭州 31000；3.浙江大學(xué) 農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站，浙江 杭州 310058; 4.中國(guó)計(jì)量大學(xué)，浙江 杭州 310018；5.浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 臨安 311300；6.浙江省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，浙江 杭州 310003)

番茄髓部壞死病是一種由假單胞菌細(xì)菌引起的番茄系統(tǒng)性侵染病害，發(fā)病初期植株中下部葉片開始失水萎蔫，隨著病情加重植株中上部葉片隨之顯癥，即雖萎蔫但不脫落，至最后全株葉片枯萎，整株失水萎蔫且植株莖部呈暗褐色至黑褐色，常伴有菌膿，病株莖部長(zhǎng)出瘤狀突起和不定根，致使全株甚至全園死亡，對(duì)番茄產(chǎn)業(yè)具有毀滅性危害[1-6]。由于番茄髓部壞死病是近年鑒定的新病害，田間從感病到顯癥到枯萎枯死時(shí)間相對(duì)較短，目前各地著重田間診斷與發(fā)病防治研究，應(yīng)用病株密度開展番茄園番茄髓部壞死病空間分布型和抽樣技術(shù)研究尚屬鮮見[1-10]。為了更準(zhǔn)確地揭示番茄髓部壞死病空間分布格局及其參數(shù)特征，建立番茄髓部壞死病理論抽樣數(shù)模型和序貫抽樣模型，規(guī)范田間監(jiān)測(cè)預(yù)警與抽樣技術(shù)，于2020年4—5月對(duì)浙江勿忘農(nóng)集團(tuán)杭州蕭山勿忘農(nóng)科研中心基地番茄園番茄髓部壞死病采樣檢測(cè)鑒定，在此基礎(chǔ)上采用雙行直線取樣法和多級(jí)抽樣法對(duì)連棟大棚番茄進(jìn)行跟蹤發(fā)病調(diào)查，系統(tǒng)調(diào)查研究番茄髓部壞死病空間分布格局與參數(shù)特征，旨在明確番茄髓部壞死病田間分布信息及其染病特征，探討病害發(fā)生與流行原因，為番茄髓部壞死病監(jiān)測(cè)防控和相關(guān)試驗(yàn)研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查樣地概況

選擇杭州市蕭山區(qū)浙江勿忘農(nóng)集團(tuán)科研中心基地，番茄種植區(qū)的一連棟大棚，分畦種植番茄品種若干，缽苗育秧，適齡定植，種植模式1畦2排，每排移植25株，采用梅花形定植，667 m2定植密度2 000株左右，移植后覆蓋地膜。4月初果期一般可查見番茄髓部壞死病發(fā)病病株。

1.2 調(diào)查取樣方法

自田間發(fā)病初期開始，即分別于4月21日、4月28日、5月8日和5月24日持續(xù)4次進(jìn)行多級(jí)抽樣調(diào)查，每次每畦(樣方)采用雙行直線連續(xù)取樣，每行25點(diǎn)，每點(diǎn)15株，以點(diǎn)為單位調(diào)查記載發(fā)病株數(shù)和發(fā)病率，以畦為單元連片調(diào)查棟內(nèi)5畦并統(tǒng)計(jì)各樣方病株密度和各病級(jí)發(fā)生頻次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

將田間調(diào)查所得數(shù)據(jù)，列出番茄髓部壞死病病株數(shù)量密度頻次分布表，計(jì)算出病株數(shù)量、病株率和病株密度等，按樣方病株數(shù)量分布制成番茄髓部壞死病病株空間分布頻次表。采用聚集度指標(biāo)法分別計(jì)算出陽(yáng)性病株樣方平均密度(m)、方差(V)、平均擁擠度(m*)、Beall擴(kuò)散系數(shù)(C)、David and Moore叢生指數(shù)I、Water’s負(fù)二項(xiàng)分布參數(shù)K、Cassie指標(biāo)CA、Lioyd聚塊性指標(biāo)m*/m等各值。運(yùn)用這些聚集度參數(shù)測(cè)定番茄髓部壞死病陽(yáng)性病株空間分布格局。然后利用Iwao法回歸模型(m*-m回歸分析)和Taylor冪法則等方法，進(jìn)一步分析番茄髓部壞死病陽(yáng)性病株空間分布格局。

根據(jù)Iwao(1977)提出的抽樣原理，其理論抽樣數(shù)公式為：N=t2/D2[(α+1)/m+(β-1)]，式中N為最適抽取樣方數(shù)，m為陽(yáng)性病株樣方密度均數(shù)，t為分布臨界值(保證概率取值)，α，β為m*-m回歸參數(shù)，D為允許相對(duì)誤差：D=Sx/m，從而建立不同番茄髓部壞死病陽(yáng)性率發(fā)生情況下所需的理論抽樣數(shù)模型。根據(jù)Kuno(1968)提出的新序貫抽樣理論，其通式為：Tn=(α+1)/[D02-(β-1)/n]，式中Tn為已抽取的累計(jì)陽(yáng)性密度數(shù)量，α，β為m*-m線性回歸參數(shù)，n為抽取樣本的數(shù)量，D0為精密指標(biāo)，從而建立番茄髓部壞死病序貫抽樣模型和序貫抽樣檢索表。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄髓部壞死病病株密度及頻次分布

表1顯示，番茄髓部壞死病入侵番茄園擴(kuò)散流行速率大，病情蔓延快，為害及其嚴(yán)重。從空間分布來(lái)看，番茄髓部壞死病病株數(shù)量在不同番茄園分布差異明顯，符合空間分布型測(cè)定要求，其被測(cè)番茄園病株頻次分布適合二項(xiàng)分布。利用最小二乘法，建立番茄髓部壞死病樣方密度均值(m)與病株率(Q)之間的回歸方程Q=6.667m+0.001(r=1.0**)，其相關(guān)程度高度契合，表明病株密度隨病株率變化而變化，即隨著病株率上升而病株密度增加。故采用病株密度可代表病情分布是切實(shí)可行的。

表1 番茄髓部壞死病病株密度及其頻次分布

2.2 番茄髓部壞死病空間分布型

2.2.1 聚集度指標(biāo)測(cè)定

應(yīng)用聚集度指標(biāo)測(cè)定結(jié)果顯示，被測(cè)試番茄園50個(gè)樣方番茄髓部壞死病空間分布均達(dá)到C>1、I>0、K>0、CA>0、m*/m>1，均為聚集分布格局(表2)。表明番茄髓部壞死病空間分布型為聚集分布格局，其聚集強(qiáng)度隨病株密度或發(fā)病率升高而增強(qiáng)。

表2 番茄髓部壞死病空間分布聚集度指標(biāo)測(cè)定

2.2.2 Iwao法檢驗(yàn)

運(yùn)用Iwao提出的m*～回歸分析法檢驗(yàn)，番茄髓部壞死病空間分布結(jié)構(gòu)的相關(guān)回歸方程式為m*=1.213m+1.810(r=0.868**)。得α=1.810，即α>0，表明番茄髓部壞死病田間分布的基本成份是個(gè)體群，病株個(gè)體間相互吸引，病株在番茄園存在明顯的發(fā)病中心；且β=1.213，即β>1，表明病株個(gè)體群在番茄園呈聚集分布格局，即分布的基本成分個(gè)體群之間趨于聚集分布特征，個(gè)體群內(nèi)個(gè)體與核心分布相吻合。

2.2.3 Taylor法檢驗(yàn)

運(yùn)用Taylor的冪法則，擬合方差(V)與平均數(shù)(m)的冪相關(guān)回歸方程式，其結(jié)果分別為V=2.625m1.267(r=0.950**)。由于a=2.625，b=1.267，即b>1，進(jìn)一步表明番茄髓部壞死病在田間分布格局為聚集分布特征，且具有密度依賴性，即病株密度越高越趨向聚集分布，故聚集強(qiáng)度是隨著番茄髓部壞死病發(fā)病率的上升而增強(qiáng)。這與聚集度指標(biāo)法分析結(jié)果相一致。

2.2.4 聚集原因分析

應(yīng)用Blackith(1961)的種群聚集均數(shù)(λ)檢驗(yàn)聚集的原因，其公式為λ=/(2k)×r，其中k為負(fù)二項(xiàng)分布的指數(shù)k值，r為2k自由度當(dāng)α=0.05時(shí)的χ2分布的函數(shù)值。將聚集度指標(biāo)法測(cè)定的20組樣方病株密度均值(m)與聚集均數(shù)(λ)進(jìn)行相關(guān)分析(表3)，得λ=13.763m-13.325(r=0.902**)。由此可知，當(dāng)番茄園樣方m<1.114，即番茄髓部壞死病病株率小于7.424%時(shí)，λ<2，其聚集原因是由于某些環(huán)境條件如氣候、栽培、植株生育狀況等等所引起的，當(dāng)番茄園樣方m≥1.114，即番茄髓部壞死病病株率≥7.424%時(shí)，λ≥2，其聚集原因是病害本身的聚集行為與環(huán)境條件綜合影響所致。綜觀當(dāng)前番茄髓部壞死病嚴(yán)重流行趨勢(shì)，主要原因在于品種感病且設(shè)施栽培，病菌病源自然擴(kuò)散迅速，加上農(nóng)事操作傳染機(jī)率上升以及氣候條件促成等影響所致。

表3 番茄髓部壞死病病株聚集均數(shù)

2.3 抽樣模型與序貫抽樣

2.3.1 最適抽樣模型

根據(jù)Iwao的最適抽樣模型，取保證概率值t=1.96，允許誤差D1=0.2，D2=0.3，且α=1.810，β=1.213，建立理論抽樣數(shù)模型N=1.962/D2(2.810/m+0.213)，即得到最適抽樣模型：N1=269.824/m+20.466；N2=119.922/m+9.096。應(yīng)用這些理論抽樣數(shù)模型，從而計(jì)算出番茄髓部壞死病不同病株密度下應(yīng)抽取的最適抽樣數(shù)。由圖1可知，隨著發(fā)病率的增加，所需抽樣數(shù)遞減。

圖1 番茄髓部壞死病不同發(fā)病率下所需最適抽樣數(shù)

2.3.2 序貫抽樣

根據(jù)Kuno(1968)提出的新序貫抽樣理論，運(yùn)用α=1.809 5，β=1.213，建立序貫抽樣模型為Tn=2.810/(D0-0.213/n)，一般取D0=0.15，0.20，0.25；當(dāng)n分別為5，10，20，…，100，200時(shí)，即得番茄髓部壞死病序貫抽樣表(表4)。在田間調(diào)查時(shí)可應(yīng)用序貫抽樣表進(jìn)行序貫抽樣，當(dāng)調(diào)查的累計(jì)病株密度達(dá)到預(yù)定精密指標(biāo)下的病株指標(biāo)時(shí)停止調(diào)查，累計(jì)病株數(shù)除以取樣數(shù)，即為平均密度。

表4 番茄髓部壞死病發(fā)病調(diào)查序貫抽樣

3 小結(jié)與討論

田間采樣檢測(cè)結(jié)果和檢驗(yàn)分析表明，番茄髓部壞死病空間分布型為聚集分布，其分布的基本成分為個(gè)體群，個(gè)體間相互吸引，個(gè)體群之間趨于聚集分布特征，且具有密度依賴性，病株密度越高越趨向聚集分布，聚集強(qiáng)度隨發(fā)病率上升而增強(qiáng)。究其聚集原因，在于當(dāng)番茄地病株密度在1.114(即病株率7.424%)以下時(shí)，λ<2，聚集是由某些環(huán)境如氣候、栽培條件、植株生育狀況等綜合影響所引起的；當(dāng)番茄地病株密度在1.114(即病株率7.424%)以上時(shí)，λ≥2，其聚集是由病害本身的聚集行為與環(huán)境條件綜合影響的結(jié)果。當(dāng)前番茄髓部壞死病發(fā)病流行嚴(yán)重趨勢(shì)，主要原因在于品種感病且設(shè)施栽培，病菌病源自然擴(kuò)散迅速，加上農(nóng)事操作傳染機(jī)率上升以及氣候條件促成等影響所致。

在開展田間病情監(jiān)測(cè)預(yù)警防控時(shí)，可通過初步調(diào)查估算出被調(diào)查地病株密度，然后通過查閱圖1或直接將相關(guān)參數(shù)代入理論抽樣數(shù)模型N=1.962/D2(2.810/m+0.213)，來(lái)確定不同概率保證及誤差條件下的最適抽樣數(shù)。作為監(jiān)測(cè)調(diào)查，可對(duì)照理論抽樣數(shù)表進(jìn)行，當(dāng)番茄園發(fā)病率3%時(shí)，所需抽樣數(shù)D=0.2為465點(diǎn) 或D=0.3為207點(diǎn)；當(dāng)發(fā)病率5%時(shí)，所需抽樣數(shù)D=0.2為285點(diǎn)或D=0.3為127點(diǎn)；當(dāng)發(fā)病率10%時(shí)，所需抽樣數(shù)D=0.2為185點(diǎn)或D=0.3為67點(diǎn)；當(dāng)發(fā)病率20%時(shí)，所需抽樣數(shù)D=0.2為83點(diǎn)或D=0.3為37點(diǎn)；當(dāng)發(fā)病率30%～50%時(shí)，所需抽樣數(shù)D=0.2為60～42點(diǎn)或D=0.3為27～19點(diǎn)；當(dāng)發(fā)病率60%以上時(shí)，所需抽樣數(shù)D=0.2為38點(diǎn)或D=0.3為17點(diǎn)。一般每點(diǎn)取樣15株左右，也可采用序貫抽樣表進(jìn)行序貫抽樣。作為田間查定防治決策，應(yīng)采用序貫抽樣，即對(duì)照序貫抽樣表進(jìn)行查定，當(dāng)調(diào)查的累計(jì)病株密度數(shù)量達(dá)到預(yù)定精密指標(biāo)下的數(shù)量指標(biāo)時(shí)停止調(diào)查，累計(jì)病株密度數(shù)量除以取樣數(shù)，即為平均密度，這對(duì)田間取樣監(jiān)測(cè)預(yù)警和決策防治具有良好的指導(dǎo)意義。