安徽省沿江地區(qū)油菜菌核病氣象等級評估方法*

岳 偉 陳 曦 劉瑞娜 姚衛(wèi)平 陳春秋 馬洪管 蔣躍林

1 安徽省農(nóng)業(yè)氣象中心，合肥 230031

2 安徽省池州市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，池州 247000

3 安徽省桐城市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，桐城 231400

4 安徽省植物保護總站，合肥 230001

5 安徽農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，合肥 230036

提 要： 為進一步明確安徽省沿江地區(qū)油菜菌核病發(fā)生關鍵時段和主要影響氣象因子，提高對菌核病的監(jiān)測評估能力，利用1995—2019年安徽省池州市、桐城市油菜菌核病病株率資料和逐日氣象資料，通過線性相關、回歸分析等方法，建立基于降水和溫度的菌核病氣象等級評估模型，并對模型進行回代檢驗和模擬驗證。結果表明：3月下旬至5月上旬是池州市和桐城市油菜菌核病莖稈發(fā)病的關鍵期。降水是影響菌核病發(fā)生的主要氣象因子，適宜的溫度可以促進菌核病的發(fā)生。引入雨量系數(shù)和溫度系數(shù)構建的綜合氣象條件指數(shù)，能較好地反映降水和溫度對油菜菌核病的綜合影響。池州市油菜菌核病氣象等級評估模型的回代準確率和模擬準確率分別為86.2%和85.0%，桐城市則分別為83.8%和85.0%，因而建立的模型可用于安徽省沿江地區(qū)菌核病的監(jiān)測評估。

引 言

菌核病是油菜生產(chǎn)中三大病害之首，從苗期到近熟期都可以發(fā)生，以中、后期發(fā)病最為普遍，葉、莖、莢都可被害，其中莖部被害損失最重(李運良等，2009)。菌核病可引起油菜植株早枯，角果減少，籽粒皺癟，嚴重影響油菜產(chǎn)量和品質(zhì)，油菜感病后可減產(chǎn)10%～70%，含油量降低1%～5%(陳欣欣等,2019;齊永霞等,2006)。油菜是安徽省種植面積最大的油料作物，常年種植面積為90萬～95萬 hm2(劉瑞娜等,2016)，安徽也是油菜菌核病的重發(fā)區(qū)，該病害已成為制約當?shù)赜筒松a(chǎn)的主要因子(許大鳳等,2014)。開展油菜菌核病預報預測和監(jiān)測評估，對做好油菜菌核病防治工作，優(yōu)化油菜種植布局都具有重要意義。

油菜菌核病是一種典型的“氣象型”病害，其發(fā)生程度與氣象條件密切相關，徐森富等(2012)研究表明“浙油50”開花期是菌核病主要流行期，其平均氣溫和相對濕度對油菜菌核病發(fā)生具有顯著影響；易紅娟等(2008)指出江蘇省南通市通州區(qū)影響油菜菌核病流行程度的主要氣象因子是油菜開花至終花期的雨濕條件；張立良等(2000)研究認為，安徽和縣地區(qū)花期降雨量直接影響病害的流行，5月中旬的降雨量影響病害的發(fā)病程度；張莉等(2015)分析表明3月和4月的雨日和雨量直接決定了湖北荊州市當年油菜菌核病的發(fā)病程度；長江中下游地區(qū)一般4月降水偏多，當年菌核病偏重發(fā)生(陸均天,2002;葉殿秀,2003)。區(qū)域間菌核病發(fā)病關鍵期存在一定差異性，但降水日數(shù)、降水量、相對濕度等與降水相關的氣象要素是影響各地區(qū)油菜菌核病發(fā)生程度的主要氣象因子。目前關于油菜菌核病發(fā)生氣象等級的研究多集中在預測預報方面(朱金良等,2012;羅澤青等,2016;鄭露等,2017;居為民等,2000;Ficke et al,2018;Naresh,2019)，而針對監(jiān)測評估的研究相對較少。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)資料

研究以莖病株率作為油菜菌核病發(fā)生程度指標。1995—2019年安徽省池州市和桐城市油菜菌核病莖病株率資料分別來自當?shù)刂参锉Ｗo站，對應年份的氣象資料來源于安徽省氣象信息中心，主要包括逐日平均氣溫(單位：℃)和降水量(單位：mm)。1995—2015年的資料作為歷史樣本用于評估模型建立，2016—2019年的資料作為獨立樣本用于模型模擬驗證。

1.2 油菜菌核病氣象等級劃分

根據(jù)安徽省植保部門關于油菜菌核病發(fā)生程度劃分標準，結合安徽省油菜菌核病發(fā)生特點，將菌核病發(fā)生氣象等級劃分為5個等級，即莖病株率<10%為1級，表示氣象條件不適宜，對應油菜菌核病輕發(fā)生；10%≤莖病株率<20%為2級，表示氣象條件基本適宜，對應中等偏輕發(fā)生；20%≤莖病株率<30%為3級，表示氣象條件較適宜，對應中等發(fā)生；30%≤莖病株率<40%為4級，表示氣象條件適宜，對應中等偏重發(fā)生；莖病株率≥40%為5級，表示氣象條件非常適宜，對應大發(fā)生。

1.3 研究方法

1.3.1 研究思路

油菜菌核病的發(fā)生流行與氣象條件密切相關，油菜開花期為菌核病病原侵染的敏感期，花期降水多利于子囊孢子的釋放、侵染和菌絲再侵染(張立良等,2000)。角果發(fā)育期為莖稈發(fā)病的敏感期，馮蘭萍等(1999)通過田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)油菜菌核病從油菜終花期開始表現(xiàn)癥狀，終花后7～10 d發(fā)病率明顯上升，莖稈發(fā)病在終花后20～25 d達到發(fā)病高峰；杜曉宇等(2009)指出油菜莖病株發(fā)生一般出現(xiàn)在終花后7～15 d；蘇躍和吳沿友(2016)研究表明油菜莖部菌核病發(fā)病率從盛花期開始到成熟期均呈上升趨勢。所以初步確定油菜開花至成熟前為菌核病莖發(fā)病關鍵期。相關研究表明雨日、雨量是影響油菜菌核病發(fā)生的重要因素(劉振忠等,1999;陳士華等,2005;張莉等,2015)，氣溫可影響子囊孢子的侵入和菌絲再侵染。

根據(jù)油菜菌核病發(fā)生流行與氣象條件的關系，以降水日數(shù)作為影響菌核病的主要氣象因子，通過相關分析確定菌核病發(fā)病關鍵期，同時考慮降水等級和溫度對菌核病的影響，引入雨量系數(shù)和溫度系數(shù)形成綜合氣象條件指數(shù)。利用回歸分析，建立基于綜合氣象條件指數(shù)的油菜菌核病氣象等級評估模型。

1.3.2 雨量系數(shù)計算方法

由于油菜菌核病發(fā)病過程中不同降水量所起的作用不同，參照天氣預報中24 h降水量級標準，將菌核病發(fā)生關鍵期日降水量(R)分為相應6個不同等級，并對不同等級的降水賦予不同災害系數(shù)(fR)，計算方法如下：

煙氣再循環(huán)技術是指利用再循環(huán)風機抽取一部分煙氣凈化后的潔凈煙氣，回流至垃圾焚燒爐，通過在爐內(nèi)形成貧氧燃燒區(qū)而抑制垃圾焚燒過程中 NOx生成的脫硝技術［6］。

(1)

式中:R為油菜菌核病發(fā)生關鍵期日降水量，單位：mm；r1、r2、r3、r4、r5、r6為不同降水等級對應的雨量系數(shù)。

1.3.3 溫度系數(shù)計算方法

適溫高濕的環(huán)境條件是油菜菌核病發(fā)生的重要因素，適宜的溫度利于油菜菌核病子囊孢子侵染和菌絲再侵染，溫度過高、過低對菌絲生長均有抑制作用。根據(jù)油菜菌核病發(fā)生流行對溫度的需求特點，采用下列函數(shù)計算溫度系數(shù)。

(2)

式中:fT為溫度系數(shù)；T為菌核病發(fā)生關鍵期日平均氣溫；Tl為菌核病發(fā)育下限溫度，低于這一溫度時，溫度系數(shù)為0；Tu為菌核病發(fā)育上限溫度，超過這一溫度時，溫度系數(shù)為0；Tol、Tou分別為菌核病發(fā)育最適溫度的下限和上限。

1.3.4 綜合氣象條件指數(shù)

綜合氣象條件指數(shù)是反映降水和溫度對病害的綜合影響程度，為關鍵期逐日雨量系數(shù)與溫度系數(shù)乘積的累計值，計算方法如下：

(3)

式中:RC為影響油菜菌核病發(fā)生的綜合氣象條件指數(shù);i為菌核病發(fā)生關鍵生育期降水日數(shù)，i=1，2，…，n;fRi為關鍵期雨量系數(shù);fTi為關鍵期溫度系數(shù)。綜合氣象條件指數(shù)越大，即降水和溫度相互作用越好，氣象條件越適宜菌核病的發(fā)生流行;反之，則不適宜菌核病的發(fā)生流行。

1.4 模型檢驗方法

油菜菌核病氣象等級評估模型的回代檢驗和模擬驗證的準確率參照王志偉等(2010)提出的計算方法，即模型模擬等級與實際等級相差0～0.5級為完全符合，準確率計為100%；相差0.5～1.0級為比較符合，計為80%；相差1.0～1.5級為基本符合，計為70%；相差1.5級以上為不符合，計為0；歷史符合率為各年符合程度準確率的平均值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

本研究采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行相關分析和回歸分析，利用Visual Basic語言對雨量系數(shù)進行循環(huán)處理。

2 結果與分析

2.1 油菜菌核病發(fā)生關鍵期

根據(jù)安徽省農(nóng)業(yè)氣象作物發(fā)育期觀測資料，池州市和桐城市油菜一般3月上旬始花，5月中旬成熟，但不同年份發(fā)育期略有差異。為確定油菜菌核病發(fā)生關鍵期，以旬為單位分別統(tǒng)計3月上旬至5月中旬逐5旬、6旬、7旬、8旬的降水日數(shù)，再與菌核病發(fā)生氣象等級進行相關分析。結果表明，池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)生氣象等級均與3月下旬至5月上旬的降水日數(shù)相關系數(shù)最大，分別為0.618 1 和0.679 1(表1)，均通過顯著性水平檢驗(P<0.01)。從常年發(fā)育期看，3月下旬至5月上旬池州和市桐城市油菜處于盛花期至角果成熟期，與油菜菌核病莖稈發(fā)病敏感時段較為一致，所以確定池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)生關鍵期為3月下旬至5月上旬。

表1 1995—2015年池州市和桐城市不同時段降水日數(shù)與油菜菌核病發(fā)生氣象等級相關性

2.2 油菜菌核病氣象等級評估模型

2.2.1 雨量系數(shù)

通過對1995—2015年池州市和桐城市3月下旬至5月上旬日降水等級分布進行統(tǒng)計分析，由圖1 可以看出，池州市和桐城市菌核病發(fā)生關鍵期的降水以小雨和中雨為主，小雨與中雨日數(shù)之和分別占兩市總雨日的91.8%和85.6%，暴雨及以上等級的雨日較少。考慮不同降水等級樣本數(shù)量，本研究將池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)生關鍵期日降水量劃分為3個等級，即小雨、中雨、大雨及以上。

圖1 1995—2015年池州市(a)和桐城市(b)3月下旬至5月上旬日降水等級分布

將不同降水等級在油菜菌核病發(fā)生過程中所起到的作用定義為雨量系數(shù)fR，關鍵期雨量系數(shù)之和定義為實效雨日。利用Visual Basic語言作為計算工具，將小雨、中雨和大雨及以上對應的雨量系數(shù)設定在一定范圍內(nèi)，以0.1作為步長進行循環(huán)，計算出不同雨量系數(shù)對應的實效雨日，再與菌核病發(fā)生氣象等級進行相關分析，其中相關系數(shù)最大值對應的實效雨日即為不同降水等級的雨量系數(shù)。通過上述方法，得到池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)病關鍵期雨量系數(shù)如下：

(4)

(5)

由表2可以看出，池州市和桐城市實效雨日與菌核病氣象等級的相關性分別為0.674 1和0.755 0，均高于降水量、降水日數(shù)與菌核病氣象等級的相關性，說明雨量系數(shù)能更好地反映不同降水等級對油菜菌核病的影響。

表2 1995—2015年池州市和桐城市油菜菌核病氣象等級與關鍵期降水量、降水日數(shù)和實效雨日的相關性

2.2.2 溫度系數(shù)

倪守延等(1995)研究表明，油菜菌核病菌絲的生長溫度范圍為0～35℃，最適溫度為23～25℃，所以式(2)中Tl、Tol、Tou、Tu分別取值為0、23、25、35℃，油菜菌核病溫度系數(shù)計算式(2)可改為公式(6)。當菌核病發(fā)生關鍵期降水日日平均氣溫低于0℃或高于35℃時，溫度系數(shù)fT值為0；當日平均氣溫在23～25℃時，fT值為1；當日平均氣溫在0～23℃時，隨著溫度的升高，fT逐漸增加；當日平均氣溫在25～35℃時，隨著溫度的升高，fT逐漸減小。

(6)

2.2.3 綜合氣象條件指數(shù)

根據(jù)池州市和桐城市1995—2015年3月下旬至5月上旬逐日降水和氣溫資料，利用式(3)～式(6) 計算出不同年份菌核病發(fā)生綜合氣象條件指數(shù)。結果顯示，池州市和桐城市綜合氣象條件指數(shù)與菌核病氣象等級相關系數(shù)分別為0.810 5和0.784 0，均高于降水日數(shù)、實效雨日與菌核病發(fā)生氣象等級的相關性，所以本研究提出的雨量系數(shù)和溫度系數(shù)的觀點不僅符合油菜菌核病發(fā)生流行生理學特性，且綜合氣象條件指數(shù)能更好地反映降水日數(shù)、降水等級和溫度對菌核病發(fā)生的綜合影響，對提高菌核病氣象等級評估精準度具有重要意義。

2.2.4 氣象等級評估模型

運用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件中的曲線回歸方法，以綜合氣象條件指數(shù)為自變量，以油菜菌核病發(fā)生氣象等級為因變量，建立池州市最優(yōu)回歸模型：Y1=3.017 6-0.784 9RC1+0.081 11RC12-0.001 894RC13，相關系數(shù)r=0.815 9，通過顯著性水平檢驗(P<0.01)，擬合曲線見圖2a；桐城市最優(yōu)回歸模型：Y2=-3.159 2+1.199 2RC2-0.087 4RC22+0.002 637RC23，相關系數(shù)r=0.787 6，通過顯著性水平檢驗(P<0.01)，擬合曲線見圖2b。式中，Y1和Y2分別為池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)生氣象等級，RC1和RC2分別為池州市和桐城市綜合氣象條件指數(shù)。

圖2 1995—2015年池州市(a)和桐城市(b)油菜菌核病發(fā)生氣象等級與綜合指數(shù)關系

2.3 模型檢驗

2.3.1 模型回代檢驗

利用1995—2015年池州市和桐城市油菜菌核病莖病株率資料和氣象觀測資料，對菌核病氣象等級評估模型進行回代檢驗。由表3可見，回代結果為池州市模型回代等級與實際等級平均誤差為0.604，回代平均準確率為86.2%，21個樣本中回代準確率為100%的有9 a，準確率為80%的7 a，準確率為70%的5 a。桐城市模型回代等級與實際等級平均誤差為0.685，回代平均準確率為83.8%，21個樣本中回代準確率為100%的有5 a，準確率為80%的14 a，準確率為70%的2 a。從回代檢驗結果看，本文建立的池州市和桐城市的油菜菌核病氣象條件等級評估模型模擬效果較好，總體上能反映氣象條件對菌核病發(fā)生的影響。

表3 1995—2015年池州市和桐城市油菜菌核病氣象等級評估模型回代檢驗

2.3.2 模型模擬驗證

2016—2019年利用池州市和桐城市的油菜菌核病莖病株率和對應的逐日氣象觀測資料，對油菜菌核病氣象等級評估模型進行模擬驗證。由表4可以看出，2016—2019年池州市和桐城市模型模擬結果與實際發(fā)生情況平均誤差分別為0.582和0.635，平均模擬準確率均為85.0%。其中池州市模擬結果與實際情況相比，2年偏多，2年偏少，誤差幅度在0.345～0.740，桐城市模擬結果為3年偏多，1年略偏少，誤差幅度在0.121～0.890。

表4 2016—2019年池州市和桐城市油菜菌核病發(fā)生氣象等級評估模型驗證結果

3 結論與討論

本文利用1995—2015年池州市、桐城市菌核病莖病株率資料和同期氣象觀測數(shù)據(jù)，以降水日數(shù)作為主要影響因子，通過相關分析，明確池州市和桐城市油菜菌核病莖稈發(fā)病關鍵期均為3月下旬至5月上旬，該時段池州市和桐城市油菜主要處于盛花至角果成熟期，與馮蘭萍等(1999)、蔣耀培等(2000)關于油菜菌核病莖稈發(fā)病敏感期觀點基本一致。氣象條件對菌核病的影響是一個連續(xù)的過程，油菜開花期是菌核病侵染的關鍵時期(朱金良等,2012;陳庭華,1990)，降水多利于子囊孢子的釋放、侵染和菌絲再侵染，致使葉病株率高(張立良等,2000)，染病的葉片又為后期莖稈發(fā)病提供了大量的菌源。油菜終花至成熟前是菌核病莖稈顯癥的重要時期(馮蘭萍等,1999;杜曉宇等,2009;蘇躍和吳沿友,2016)，該時段的降水條件是影響莖稈發(fā)病程度的主要因素(蔣耀培等,2000)。所以研究確定的關鍵期符合油菜菌核病莖稈發(fā)病的生理學特性。

基于3月下旬至5月上旬的降水和氣溫要素，建立了沿江地區(qū)油菜菌核病氣象等級評估模型，通過回代檢驗和模擬驗證，池州和桐城地區(qū)的回代準確率和模擬準確率均在80%以上，基本滿足了利用氣象條件開展菌核病發(fā)生程度的監(jiān)測評估需求。模型中降水和溫度作為氣象部門常規(guī)觀測和預報要素，在未來中長期預報水平達到一定程度精細化條件下，建立的評估模型也可用于菌核病發(fā)生氣象等級的預測預報。降水的連續(xù)性在“氣象型”病害的預測評估模型中起到了較好的作用(蘇榮瑞等,2015;張旭暉等,2009)，但本研究建立的菌核病氣象等級評估模型未引入降水連續(xù)性。因為統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，引入降水連續(xù)性不能提高模型擬合的準確率，其原因可能是油菜菌核病發(fā)生關鍵期降水達到一定日數(shù)，降水分散與集中對菌核病的影響無明顯差別。

油菜菌核病發(fā)生和流行除與氣象條件密切相關外，還受菌源、品種和栽培條件等影響。Dunker and von Tiedemann(2004)田間試驗證實油菜菌核病發(fā)生程度與種植密度和播期相關。不同連作類型田的油菜菌核病發(fā)生特點也存在差異，蘇永新等(2013)研究發(fā)現(xiàn)棉花-油菜旱地連作田花期菌核萌發(fā)數(shù)量較水稻-油菜水田連作油菜田多62.5%，而杜曉宇等(2009)發(fā)現(xiàn)油菜菌核病發(fā)生偏重年份，旱地和水田發(fā)病程度趨于一致，但在中等及以下發(fā)生年份，水稻-油菜連作田發(fā)生程度普遍重于旱地連作發(fā)生程度。不同類型和品種以芥菜型抗性較好，甘藍型次之，白菜型最感病(李明桃,2012)。此外田間菌核密度、子囊盤密度與莖稈病株率呈極顯著正相關關系(秦虎強等,2018)。建立的基于氣象條件的菌核病氣象等級評估模型，僅能從區(qū)域尺度上評估病害發(fā)生程度平均狀況。所以開展精細化田塊尺度的油菜菌核病評估，需要結合田間氣象條件監(jiān)測、品種抗性、菌源量、栽培管理等多因素建立綜合評估模型，以提高評估精細化和精準化程度。