山西運城蘋果褐斑病發生的氣象條件分析與預報

張倩倩 ，李冬梅 ，劉婉莉 ，張愛紅

（1.運城市氣象局，山西 運城 044000；2.鹽湖區氣象局，山西 運城 044000）

運城市地處山西西南部，是山西省最大的蘋果主要栽培區，截至2017年，運城蘋果種植面積約為13.51 萬hm2，占山西全省種植面積的44.8%，總產量約413.1 萬t，占全省蘋果總產量的71.8%，其中臨猗縣蘋果種植面積和產量占運城全市蘋果種植面積和產量的34%和50%，是運城市經濟發展的重要來源[1]。近年來，蘋果病蟲害高發頻發，成為限制蘋果高產的主要因素[2-3]，其中蘋果褐斑病的發生、流行會造成蘋果樹生長期大量落葉，是蘋果重要病害之一，其嚴重影響果品質量和產量，減少果農經濟收入。作物病蟲害的發生、發展、流行都與氣象條件密切相關[4-6]，遇到適宜的氣候，就會大面積暴發流行，對農作物安全生產構成極大威脅。蘋果產業作為運城市的主導產業，開展蘋果病蟲害氣象條件研究十分必要。

目前，國內學者對作物病蟲害已開展了大量的研究并取得了一定成效，主要集中在病蟲害氣象條件分析和氣象預報方法探討等方面。霍治國等[7]最早在20 世紀90年代研究了氣象因素對農作物的重要影響，并提出農作物病蟲害長期氣象預測研究的必要性。21 世紀以來，針對不同作物病蟲害的研究內容越來越豐富，研究結果顯示，作物病蟲害不僅與大尺度氣候背景厄爾尼諾、海溫變化和大氣環流等有關，而且與小尺度氣象要素溫度、降水、濕度和光照等也存在著較為顯著的相關性；關于病蟲害預測模型，時效上可分為短期、中期和長期，預報內容涉及病蟲害發生預測、流行速率及流行程度等方面[8-11]。馬麗等[12]和羅偉等[13]分析了氣象因素對玉米病蟲害的影響，并采用數理統計方法建立了玉米病蟲害氣象等級預報模型。彭榮南等[14]研究發現，水稻白葉枯病的發生流行與降水量、相對濕度和臺風等呈正相關，并采用逐步回歸統計方法建立了發病程度預測模型。郭翔等[15]選取對四川盆地小麥條銹病具有明確生物學意義的氣象因子（氣溫、降水、濕度）建立了小麥條銹病氣象等級預測模型，預測效果較好。針對蘋果褐斑病研究也得出一些有意義的結論，褐斑病的發生與降雨和溫度關系密切[16-18]，冬季溫暖潮濕、春雨早、雨量大，夏季陰雨連綿以及秋雨較多年份發病早且嚴重。李娟等[19]研究發現，引起褐斑病發生的溫度為15 ℃，大流行時期的溫度為23 ℃、濕度在90%以上，并建立了陜西省蘋果褐斑病三維動態預測模型。成萍旎等[20]同樣建立了西北地區蘋果褐斑病的預測模型，結果表明，蘋果褐斑病發生條件與李娟等[19]的研究結論類似，但由于地理位置的差異，溫度、濕度等存在微小差異。

目前，針對蘋果褐斑病預報模型主要是關于病情指數的預報，對褐斑病發生、發展階段的預報較少，且運城地區特殊的地形地貌和氣候條件對蘋果病蟲害的發生發展與其他地區有所不同。本研究選取臨猗站作為運城市代表站，分析運城市臨猗蘋果褐斑病的發病早期、盛行始期、發生程度、病情指數等與氣象條件的關系，篩選相關氣象預報因子，并建立不同階段的預報模型，旨在為蘋果褐斑病害的預報和防治提供一定的理論依據。

1 材料和方法

1.1 數據資料來源

蘋果褐斑病觀測資料來源于運城蘋果主產區臨猗縣植保站提供的2012—2020年蘋果褐斑病數據，通過計算得到病葉率、病情指數，并對蘋果褐斑病發生程度進行分級。依據病葉率、病情指數確定蘋果褐斑病發病早期、盛行始期及流行期。

氣象資料為運城市氣象局提供的2012—2020年臨猗站的氣溫、降水、濕度、日照等要素的逐日觀測資料，據此計算候、旬、月、年的平均氣溫、累計降水量、降水日數、相對濕度、日照等數據。

1.2 研究方法

1.2.1 蘋果褐斑病調查方法 2012—2020年在運城蘋果主產區臨猗縣東北、西北、東南、西南和中部選取5 個果園進行蘋果褐斑病調查，監測點分別位于北景鄉景村（35°14'N、110°46'E）、北辛鄉北辛莊村（35°23'N、110°32'E）、牛杜鎮楊中村（35°6'N、110°49'E）、臨晉鎮許家莊村（35°6'N、110°34'E）和嵋陽鎮閣頭村（35°9'N、110°41'E），栽種品種為富士。依據山西省地方標準DB 14/T143—2019[21]，于蘋果落花后至采收前調查葉片發病情況，對臨猗縣5個代表性果園，每園按對角線5 點取樣，每點1 株，每株按東、南、西、北、中5 個方位從植株的中下部各調查20 片葉，每5 d 調查一次，記載病葉數和嚴重度。

1.2.2 資料分析方法 分析臨猗縣2012—2020年蘋果褐斑病觀測資料，根據褐斑病發病規律，以葉片出現新病斑為蘋果褐斑病發病早期；病葉數占調查總葉數的百分率為病葉率，把果園病葉率達到5%的日期確定為褐斑病盛行始期[19]。

病情嚴重度以病斑面積占葉片面積的比率大小分為9 個等級：病斑面積占整個葉片面積的比率≤5% 時，嚴重度為1 級；5%～10% 時，嚴重度為3 級；10%～25%時，嚴重度為5 級；25%～50%時，嚴重度為7 級；＞50%時，嚴重度為9 級。

病情指數是病害發生的普遍性和嚴重度的綜合指標，病情指數越大說明褐斑病情越嚴重。病情指數是依據病葉所占比率，由病情嚴重度分級指標進行綜合計算。

式中，I為病情指數；di為嚴重度分級；li為各級嚴重度對應葉片數；L為調查總葉片數。

蘋果褐斑病以病葉率確定發生程度分級指標，并將其分為5 級：病葉率≤5% 時，為1 級；5%～10%時，為2 級；10%～20%時，為3 級；20%～30%時，為4 級；＞30%時，為5 級。其中，1 級為輕發生，2 級為偏輕發生，3 級為中等發生，4 級為重發生，5 級為大發生。

1.2.3 蘋果褐斑病模型構建 蘋果褐斑病發生與病源基數、蘋果展葉期物候現象以及降水、氣溫等氣象條件密切相關。采用SPSS 統計軟件，對歷年各氣象因子與蘋果褐斑病發生、發展和流行程度進行相關性分析，采用t檢驗方法對相關系數進行顯著性檢驗，從眾多的因子中找出顯著相關的因子，再用相關因子與蘋果褐斑病的數據進行逐步回歸，建立運城蘋果褐斑病預測模型并檢驗。利用最小二乘原理建立多元回歸模型，設試驗數據對為（Yi，Xi）（i=1，2，…，n），則多元回歸方程如下。

式中，Y為預測值；β0為常數項，βi（i=1，2，…，n）為回歸系數；Xi為氣象要素；ε為誤差項。利用R2進行回歸模型的擬合優度檢驗。

2 結果與分析

2.1 蘋果褐斑病發生、發展氣象條件分析

2.1.1 發病早期與盛行始期的氣象條件分析 分析運城蘋果主產區2012—2020年蘋果褐斑病觀測資料，結果顯示（圖1），運城蘋果褐斑病發病早期的平均日期為6月11日，最早出現在2018年5月25日，最晚分別出現在2012年和2017年的6月25 日。運城蘋果主產區早期褐斑病多發生于5月下旬到6月下旬。蘋果褐斑病發病早期病情指數為0.04～0.60，對蘋果褐斑病發病早期的氣象條件分析發現，褐斑病出現日期與3月下旬平均氣溫的相關系數為-0.836，通過了99%的顯著性檢驗。褐斑病出現日期與3月中旬平均氣溫和4月中旬降水量的相關系數分別為-0.780 和-0.737，通過了95%的顯著性檢驗。2012—2020年平均氣溫、降水顯示，褐斑病重發生年的3月下旬平均氣溫高于15 ℃，其余年份均小于15 ℃。重發生年的4月中旬降水量大于40 mm，其余年份均小于40 mm。褐斑病菌在旬平均氣溫大于15 ℃，蘋果展葉期后，遇有大雨以上的降雨天氣，大量擬分生孢子、子囊孢子開始侵染新葉。

圖1 2012—2020年運城市蘋果褐斑病發病早期、盛行始期與發生程度等級情況Fig.1 Early onset date and prevalence start date and occurrence degree of apple marssonina blotch in Yuncheng from 2012 to 2020

從2012—2020年運城蘋果褐斑病盛行始期變化曲線可以看出（圖1），盛行開始的平均日期為7月16 日，最早出現在2018年6月5 日，最晚出現在2016年8月10 日，褐斑病盛行始期及流行時間差異較大。分析盛行開始日期與氣象要素的關系發現，盛行始期與3月下旬平均氣溫相關系數為-0.836，通過了99%的顯著性檢驗，與4月中旬降水量、4月下旬降水量、3月中旬平均氣溫的相關系數分別為-0.750、-0.703、-0.780，均通過了95%的顯著性檢驗。即3月平均氣溫越高，4月降水量越多，則造成褐斑病菌大量繁殖、不斷積累，病害指數迅速增長、盛行開始的時間越早。

褐斑病發生程度受降水、氣溫、濕度、光照影響，2014、2018年發生程度為4 級，為重發生，2012年為1 級，輕發生，分析2014、2018年運城蘋果生長期內的平均氣溫、降水量、日照時數和相對濕度發現，高濕寡照的氣象條件使病害流行速度加快，發生程度加重，2012年干旱少雨、光照強，相對濕度小，使分生孢子的萌發和繁殖受到抑制，病害發生程度輕。

從發病早期和盛行始期的趨勢看出，二者呈正相關，即褐斑病發生日期越早，盛行開始的日期也越早；而運城蘋果褐斑病發生程度與褐斑病發生日期和盛行始期呈反相位，即褐斑病發生日期和盛行開始日期越早，發生程度等級越高，反之亦然。

2.1.2 蘋果褐斑病的病情指數與氣象條件關系 果樹葉片感染褐斑病菌后有一定的潛育期，潛育期長短由氣溫高低決定。降雨量及降雨日數決定褐斑病嚴重程度[19]。在氣溫和降水的共同影響下，病情指數迅速增大，蘋果褐斑病迅速擴展。2014年褐斑病最大病情指數43.84，為2012—2020年蘋果褐斑病發生最嚴重的年份（表1）。

表1 運城蘋果褐斑病觀測資料分析Tab.1 Analysis of observation data of apple marssonina blotch in Yuncheng

分析2014年病情指數與氣溫、降水的關系發現（圖2-A、B），6月上旬平均氣溫24.6 ℃，無降水，病情指數小于1，6月中旬平均氣溫24.8 ℃，降水量10 mm，6月20 日病情指數為5.07，達到盛行始期標準，6月下旬平均氣溫25.5 ℃，出現連續3 d 的降水，降水量38.2 mm，較歷年同期偏多89%；7月上旬受前期降水的影響，病情指數增加至10.47，7月中下旬平均氣溫28.1 ℃，降水量24 mm，比歷年同期偏少47%，高溫少雨使褐斑病菌潛育期加長，7月中下旬病情指數增長緩慢；8月上中旬出現了9 d 降水，降水量為116 mm，比歷年同期偏多88%，受降水的影響，8月中旬氣溫大幅下降，高濕環境使病情指數猛增，8月25 日至9月5 日褐斑病大流行，病葉率達到64.2%，造成大量落葉，蘋果產量嚴重下降。

圖2 2014年運城市蘋果褐斑病的病情指數與平均氣溫、降水量和降水日數的關系Fig.2 Relationship between disease index of apple marssonina blotch and average temperature，precipitation amount，and precipitation days in Yuncheng in 2014

氣溫和降水對褐斑病的影響具有滯后性，前一旬的氣溫、降水影響本旬的病情指數大小。褐斑病初期當前一旬平均氣溫在23～28 ℃時，出現持續3 d 以上、降雨量25 mm 以上的降水天氣時，本旬褐斑病菌潛育期縮短，發病進程迅速、病情指數迅速增大，蘋果褐斑病迅速擴展；當旬平均氣溫在28 ℃以上時，病情指數增長緩慢。

2.2 褐斑病預報模型的建立

2.2.1 防治始期的預報模型 為提前做好蘋果褐斑病防治工作，分別對蘋果褐斑病發病早期、盛行始期與同年前期旬平均氣溫、旬最高氣溫、旬最低氣溫、旬降水量、旬降水日數、旬平均相對濕度求相關，選取與發病早期顯著相關的3月中旬平均氣溫、3月下旬平均氣溫和4月中旬降水量，與盛行開始日期顯著相關的4月中旬降水量、4月下旬降水量、3月中旬平均氣溫和3月下旬平均氣溫等氣象因子作為預報指標，建立多元回歸方程，分別構建發病早期（Y1）的預報模型：Y1=98.22-1.87X1-1.15X2-1.67X3（X1為3月中旬平均氣溫，X2為3月下旬平均氣溫，X3為4月中旬降水量）和盛行始期（Y2）的預報模型：Y2=138.068-0.006X1-1.722X2+3.845X3-9.7X4（X1為4月中旬降水量，X2為4月下旬降水量，X3為3月中旬平均氣溫，X4為3月下旬平均氣溫）。

2.2.2 病情發生程度的預報模型 將蘋果褐斑病發生程度分為5 級，選取與發生程度相關性較好的旬氣象因子，發生程度與4月中旬降水量、6月下旬降水量相關系數分別為0.809、0.820，通過了95%的顯著性檢驗，與3月下旬平均氣溫、5月上旬平均氣溫、7月下旬降水日數的相關系數分別為0.734、-0.791、-0.762，通過了90%的顯著性檢驗，用顯著相關的氣象因子構建蘋果褐斑病發生程度（Y3）預報模型：Y3=5.132+0.158X1-0.264X2+0.010X3+0.018X4+0.010X5（X1為3月下旬平均氣溫，X2為5月上旬平均氣溫，X3為4月中旬降水量，X4為6月下旬降水量，X5為7月下旬降水日數）。

2.2.3 病情指數的動態模型 蘋果褐斑病始發后，能否流行發病一般有6～12 d 的潛育期，干旱年份長達45 d，潛育期隨氣溫升高而縮短。病情指數受降水量、降水日數、氣溫、濕度等氣象要素共同影響，當降水量大、降水日數多、平均氣溫高時，褐斑病的病情指數迅速增大。

褐斑病觀測從每年5月1 日開始，每5 d 進行一次觀測，通過計算可以得到候病情指數值。將候病情指數與前一候的降水量、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水日數、相對濕度等氣象因子求相關，并選取通過95%顯著性檢驗的氣象因子，同時增加前一候病情指數作為入選因子，建立多元回歸方程，得到病情指數（I）動態預報模型：I=5.616-0.173X1-0.016X2+0.228X3+0.974X4（X1為前一候平均氣溫，X2為前一候降水量，X3為前一候降水日數，X4為前一候病情指數）。

2.3 預報模型檢驗

2.3.1 歷史樣本擬合率 根據預報模型對2012—2020年蘋果褐斑病進行歷史回報，按照發病早期、盛行始期以誤差3 d 以內為正確，發生程度、病情指數以±2 以內為正確進行評定，以正確次數除以總樣本數得出歷史擬合率（表2），蘋果褐斑病發生程度擬合率為100%，最大病情指數擬合率88.9%，發病早期擬合率66.7%，盛行始期擬合率55.6%。說明蘋果褐斑病發生程度、病情指數預報模型在業務中可用，而發病早期、盛行始期預報模型需要根據蘋果褐斑病實際觀測進行訂正后應用。

表2 2012—2020年運城蘋果褐斑病預報模型檢驗Tab.2 Prediction model test of apple marssonina blotch in Yuncheng from 2012 to 2020

2.3.2 2021年蘋果褐斑病預報業務應用 運用建立的蘋果褐斑病預報模型，對2021年蘋果褐斑病發病早期、盛行始期、褐斑病發生程度以及病情指數進行預報，并根據田間實際觀測對發病早期、盛行始期進行訂正。從表3 可以看出，發病早期、盛行始期預報略早于實際出現日期，但誤差均在3 d以內，發生程度預報值與田間調查相符，最大病情指數預報與實際一致。說明預報模型在蘋果褐斑病預報業務中有一定的指導意義。

表3 2021年運城蘋果褐斑病預報與實況Tab.3 Prediction and reality of apple marssonina blotch in Yuncheng in 2021

3 結論與討論

蘋果褐斑病發生、發展與溫度、降水量和降水日數密切相關，運城臨猗蘋果褐斑病受小氣候影響，不同年份褐斑病的發病時間與盛行開始日期差別較大。褐斑病發病早期和盛行始期與3月中下旬平均氣溫和4月中旬降水量顯著相關。即3月高溫和4月多雨會造成褐斑病菌大量繁殖積累，病害指數迅速增長，發病和盛行開始的時間較早，發生程度等級較高。氣溫與降水對褐斑病病情指數的影響具有滯后性，當前一旬平均氣溫在23～28 ℃、出現持續3 d 以上中雨量級以上降水天氣時，本旬病情指數迅速增大，病害蔓延迅速，蘋果褐斑病情發生嚴重。

在預報模型構建過程中，選取與蘋果褐斑病發生、發展顯著相關的氣象因子作為預報量，對蘋果褐斑病發病早期、盛行始期、發生程度及病情指數分別建立預報方程，可以提前對褐斑病發生、發展作出預測，以便在不同階段采取不同藥劑提前防治褐斑病。通過對預報模型進行歷史擬合檢驗和2021年試報檢驗，結果顯示，發生程度的歷史擬合率最高，為100%，最大病情指數擬合率88.9%，發病早期、盛行始期擬合率分別為66.7%、55.6%，在2021年蘋果褐斑病預報實際業務中，發病早期、盛行始期預報與實際出現日期誤差均在3 d 以內。據臨猗縣植保部門提供資料，2021年運城蘋果主產區褐斑病中度流行、局部偏重發生，呈現早期重、中期輕、后期大流行的特點。依據蘋果褐斑病預報模型，2021 蘋果褐斑病發生程度為偏重（4 級），最大病情指數預報與實況一致，說明預報模型有一定的指導意義。

西北地區及陜西省等對蘋果褐斑病的預報已有研究[19-20]，但由于地理位置的差異，蘋果褐斑病發生、發展的氣溫、降水等條件也具有差異，且建立了病情指數的預報模型。本研究對褐斑病發病早期和盛行始期以及病情發生程度分別建立模型進行預報，并對病情指數建立精細到候的動態預報，以期達到更精細的預報效果，為提前進行病蟲害防治提供依據。

氣象條件是影響蘋果病蟲害的主要因子。受蘋果褐斑病觀測資料時間的限制，本研究建立的預報模型只進行了1 a 的預報檢驗，模型預報的準確率和穩定性還有待于進一步檢驗和驗證。在實際預報工作中，應隨著資料的增加進行褐斑病害的滾動預報，對模型進行補充修正。蘋果褐斑病發生流行是受多因素影響的復雜過程，本研究僅從統計分析角度分析了預報模型中褐斑病發生流行與氣象因子的相關性，而關于氣象因子對褐斑病發生流行的耦合機理研究較少，受到作物品種、防治效果等其他因素的影響，蘋果褐斑病預報模型都需要不斷研究。