新疆澤普縣小麥白粉病流行的時間動態及預測模型

聶 曉, 周婷婷, 沈煜洋, 高海峰*, 劉 偉,范潔茹, 李俊凱, 周益林

(1. 新疆農業科學院植物保護研究所,農業農村部西北荒漠綠洲作物有害生物綜合治理重點實驗室, 烏魯木齊 830091; 2. 中國農業科學院植物保護研究所, 植物病蟲害生物學國家重點實驗室, 北京 100193; 3. 長江大學農學院, 荊州 434025)

由專性寄生菌Blumeriagraminisf.sp.tritici引起的小麥白粉病是我國小麥生產上的重要病害,近年來在我國年發生面積為600萬～1 000萬hm2,造成年平均損失約40.11萬t[1]。若小麥白粉病發生早且重會嚴重影響小麥的生長發育,造成小麥分蘗數、成穗數和穗粒數等減少,千粒重下降,導致小麥產量降低[2-3]。

作物病害的發生和流行規律以及預測預報研究是病害防治的重要依據[4]。關于小麥白粉病流行的時間動態研究各地已有報道[5]。王海燕[6]分析了河南省1980年-1997年小麥白粉病春季流行的時間動態,結果表明,河南省逐年春季流行程度波動大但無顯著周期性;劉娜[7]綜合分析了四川省2007年-2012年的小麥白粉病時間動態,結果顯示Logistic模型能較好地描述該地區小麥白粉病病情指數的時間變化動態。

有關小麥白粉病的預測預報研究也有報道[8-10]。曹克強等[11]分析了1985年-1992年河北省辛集市小麥白粉病調查資料,發現當地小麥白粉病的流行與品種的抗病性、病害發生期前一旬的平均溫度和總降水量有關,并依此建立了當地小麥白粉病中期預測模型;邵振潤等[12]分析了1980年-1993年河南省溫縣小麥白粉病的發生流行情況,初步得到了影響該地小麥白粉病流行的主要因素是當年3月中旬病株率、3月雨量和3月-4月日照時數,并依此建立了當地白粉病預測模型。

澤普縣位于新疆西南部,屬暖溫帶大陸性干旱氣候,年均氣溫在11.7℃左右,平均年日照時數2 665.2 h,年平均降水量 58.4 mm,小麥種植面積超過 1.5萬hm2[13-14]。近年來,白粉病已成為當地小麥上的常發病害,對小麥產量造成一定影響,但對當地小麥白粉病春季流行特點及預測預報研究未見報道。因此,本研究于2012年-2019年對新疆澤普縣小麥白粉病進行了系統調查,明確了該病在當地的春季流行規律,在此基礎上通過分析病害發生流行與氣象因子的關系,建立了澤普縣病害預測模型,研究結果可為當地小麥白粉病的防治提供技術支撐。

1 研究方法

1.1 調查地點與時間

2012年核桃-小麥間作麥田設在澤普縣依瑪鄉漢族大隊,2013年-2019年核桃-小麥間作麥田設在澤普縣波斯卡姆鄉4村。試驗地核桃品種為‘溫185’,小麥品種為‘新冬20號’。播種時間在每年的10月5日左右,收獲時間在6月10日左右。田間小麥白粉病發病情況系統調查為每年5月上旬到六月上旬。

1.2 調查方法

普查采取隨機5點取樣,每點實查10 m雙行,記錄白粉病的始發時間。在白粉病開始發生后,進行定期定株的系統調查,調查期間每5 d或7 d調查1次,采用對角線5點取樣法(四角和中心各取一點),每點固定調查20莖,每莖調查所有葉片的發病級別,白粉病病害分級標準參照改進后的“0～9”級法[15]。0級:無病;1級:第1段葉片的病斑面積占整片葉面積的2%以下;2級:第2段葉片有輕微病斑,第1段葉片輕度發病(病斑占葉面積3%～10%);3級:第3段葉片輕度發病,第2段葉片中度發病(病斑占葉面積11%～25%),第1段葉片嚴重發病(病斑占葉面積25%以上); 4級:第4段葉片輕度發病,第3段及其以下葉片中度到嚴重發病;5級;第5段葉片輕度發病,第4段及其以下葉片中度到嚴重發病;6級:第6段葉片輕度發病,第5段及其以下葉片中度到嚴重發病;7級:第7段葉片輕度發病,第6段及其以下葉片中度到嚴重發病。有時旗葉偶有少數病斑;8級:旗葉輕度或中度發病,旗葉以下葉片中度到嚴重發病;9級:整株葉片嚴重發病,穗部不同程度發病。

把植株自下而上分成9個等份,按不同高度病葉(或穗)的不同嚴重度來確定級別,計算病情指數。

病情指數=Σ[(各級病莖數×各級代表值)]×100/(調查總莖數×9)。

1.3 氣象資料的收集

澤普縣2012年-2017年氣象資料如日平均氣溫、日平均相對濕度、日平均光照時數等均來自于澤普縣氣象局。

1.4 數據處理

主要采用Python 3.9中的Numpy 1.21.1、Matplotlib 3.4.2和Scipy 1.7.0庫建立小麥白粉病春季流行動態模型;采用Microsoft 365中的Excel軟件擬合小麥白粉病春季流行曲線;采用RGui 4.1.0軟件中Pearson相關系數分析了從小麥播種后至病害發生相應生育期的氣象因子與小麥白粉病病情指數的相關性,并篩選了預測的關鍵主導因子或變量;采用RGui 4.1.0軟件中的多元回歸分析方法建立了病害的預測模型。

2 結果與分析

2.1 新疆澤普縣小麥白粉病流行的時間動態

2012年-2019年對澤普縣小麥白粉病的發生和流行情況進行系統調查,其春季流行曲線如圖1所示。澤普縣小麥白粉病春季流行曲線大部分年份表現為S 形曲線。白粉病一般始見于5月上旬,病情指數增長緩慢,田間表現為零星發病,始發期內病情指數較小;大部分年份,5月下旬至5月底,病害迅速擴展,病害進入盛發期;6月初至6月上旬,病害增長速度漸緩,病害進入衰退期。8年春季流行曲線顯示,2017年發病最早,2012年、2013年和2014年發病較晚。

圖1 新疆澤普縣小麥白粉病春季流行曲線Fig.1 The epidemic curves of wheat powdery mildew in Zepu county of Xinjiang during the spring

對2012年-2019年澤普縣小麥白粉病的春季流行曲線進行擬合的結果表明,澤普縣2012年-2019年的春季流行曲線符合Logistic模型或Gompertz模型(表1)。Logistic模型的基本形式為:x=1/[1+B(e-rt)],式中x代表小麥白粉病病情指數/100,B為積分常數,r為Logistic模型的流行速率,t為時間天數。Gompertz模型的基本形式為:x=exp[-Bexp(-rt)],式中x代表小麥白粉病病情指數/100,B為積分常數,r為Gompertz模型的流行速率,t為時間天數。

由表1可看出,Logistic模型或Gompertz模型都能較好地對數據進行擬合,其中Logistic模型對2012年、2014年、2016年和2017年小麥白粉病流行情況擬合較好,Gompertz模型對2013年、2015年、2018年和2019年的小麥白粉病流行情況擬合較好。

表1 新疆澤普縣小麥白粉病春季流行動態模型1)

2012年-2019年的小麥白粉病Logistic模型擬合的流行速率分別為0.158、0.176、0.190、0.134、0.164、0.150、0.241和0.284,即根據Logistic模型擬合結果,2015年白粉病流行速率最慢,2019年流行速率最快。2012年-2019年的小麥白粉病Gompertz模型擬合的流行速率為0.062、0.067、0.058、0.049、0.081、0.058、0.063和0.073,即根據Gompertz模型擬合結果,2015年流行速率最慢,2016年流行速率最快。

2.2 小麥各生育期白粉病發生與氣象因子的關系分析

在分析了新疆澤普縣小麥白粉病流行時間動態的基礎上,對2012年-2017年該地小麥播種后至病害發生相應小麥生育期的氣象因子與小麥白粉病病情指數的相關關系進行分析,結果(表2)表明，小麥白粉病揚花期病情指數(Y1)與1月下旬平均日照時間呈極顯著負相關,與2月下旬平均氣溫呈顯著正相關;小麥白粉病灌漿初期病情指數(Y2)與1月上旬平均氣溫和4月上旬平均相對濕度呈顯著正相關,與11月下旬平均日照時間和4月上旬平均日照時間呈顯著負相關,與1月下旬平均日照時間呈極顯著負相關;小麥白粉病灌漿中期病情指數(Y3)與11月下旬平均日照時間和4月上旬平均日照時間呈顯著負相關,與1月上旬平均氣溫呈顯著正相關,與1月下旬平均日照時間呈極顯著負相關。

表2 氣象因子與小麥各生育期白粉病病情指數的相關性

續表2 Table 2(Continued)

2.3 新疆澤普縣小麥白粉病預測模型

在相關分析的基礎上篩選出影響小麥白粉病發生流行的關鍵因子,分別為1月下旬平均日照時間、2月下旬平均氣溫、1月上旬-3月上旬平均氣溫和10月下旬-4月中旬平均日照時間,據此采用多元回歸分析分別建立了澤普縣小麥白粉病揚花期、灌漿初期和灌漿中期病情指數的預測模型,其模型與模型參數見表3。

表3 新疆澤普縣小麥白粉病預測模型

3 結論與討論

由澤普縣小麥白粉病春季流行曲線分析結果可知,當地小麥白粉病的春季流行曲線為典型的單峰S形曲線,且不同年份小麥白粉病始發時間、發生發展及最終病情均存在一定差異。Logistic模型或Gompertz模型能夠反映澤普縣小麥白粉病隨時間增長的動態情況。其中Logistic模型或Gompertz模型中的病害流行速率r是反映病害流行快慢的重要參數,它集中反映了各種環境因素影響下病原物、寄主群體之間的相互作用。因此,建立白粉病的Logistic模型和Gompertz模型,并獲得其病害流行速率對于病害流行預測、損失估計和防治決策十分重要。

通過分析澤普縣不同小麥生育期的白粉病病情指數與氣象因子的相關性明確了1月與4月的一些關鍵氣象因子與當地揚花期到灌漿期白粉病病情指數相關性較強,尤其是1月下旬平均日照時間。

本文所建預測模型與歷史病情資料擬合度較高,但本文病害流行數據量偏少,只有8年,所以該預測模型的準確率仍需進一步優化和檢驗,因此今后需要長期收集澤普縣的小麥白粉病發生流行數據,這也是建立預測預報模型最基礎的工作。