江苏省小麦赤霉病气象风险评估技术

来源:用户上传      作者:任义方 罗晓春 吴佳文

　　摘要：为研究适宜赤霉病发生发展的气象条件和关键影响时段，提高小麦气象型病害监测能力，通过分析赤霉病历史发生特点和规律，结合江苏省历史气象资料、小麦赤霉病系统田和大田调查资料，给出不同关键时段小麦赤霉病的气象促病指标。在此基础上，从小麦自身受病害侵染敏感性和促病气象条件发生概率出发，分别定义感病风险指数和促病风险指数来构建发病风险指数，从而实现了在病害监测时段中单点和区域的发病风险评估。研究表明，小麥孕穗-抽穗、抽穗-开花、开花-乳熟阶段适宜病害发生的气象条件不同，日平均气温>14 ℃、>16 ℃、>18 ℃和相对湿度>70%、>68%、>70%是各个阶段易于促进赤霉病发生发展的气象指标。江苏4月下旬开始小麦赤霉病存在发病风险，累积发病风险度超过70%的集中发病期在5月4—21日，且苏南大部和沿淮淮北中部地区为病害高风险地区，须要结合关键发病时段和区域加强病害防御。
　　 关键词：小麦赤霉病;气象条件;风险评估;发育阶段;发病风险
　　 中图分类号：S435.121.4+5   文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）06-0092-06
　　 小麦赤霉病在我国广泛分布，北起黑龙江春麦区，南至华南冬麦区。各地病害发生程度均不相同，以长江中下游地区流行频率最高，江苏各麦区赤霉病已成为小麦生产上最具威胁的病害之一。赤霉病流行年份可造成小麦减产20%～50%，甚至绝收[1-3]。
　　 小麦赤霉病是一种“气象型”病害，其侵染循环过程与气象因子息息相关。赤霉病子囊孢子的病菌最先侵染花药，其次是颖片内侧壁，遇到适宜的水分和温度，即侵入麦穗组织，吸取养料。经过2～5 d的潜育期，就能表现出病症，并在病穗上长出菌丝和大量的分生孢子，遇雨可引起再次侵染。国内在赤霉病发生规律及防治技术方面的基础性研究较多。如吴佳文等对2015年病害典型发生年份，从江苏小麦赤霉病见病期、发生面积和区域，及其与生育进程差异的关系进行了研究[4];杨俊杰等介绍了2014年小麦赤霉病在湖北全省麦区的发生概况和特点，并给出了相应的防控对策[5]。除了分析赤霉病流行典型年份病害发生规律外，探讨促使病害发展的影响因子也是学者们的研究重点。如谢忠萍等通过对江苏省射阳县小麦赤霉病发生影响因子进行探究后，发现小麦赤霉病的发生与春季稻桩上的赤霉菌子囊壳数量及4月下旬至5月上旬的降雨日数和日平均风速有关[6];徐云等分时段分析了不同温湿度组合出现频率与赤霉病病穗率间的相关性，给出了适宜赤霉病发生发展的农田小气候温湿度条件[7];冯成玉等指出，海安地区小麦感病期内，日均温12 ℃以上、相对湿度82%以上的天气时段越长，赤霉病的发病越重[8];王军等通过对南谯区各乡镇赤霉病病株率的聚集度测定和相应土壤含水量的监测，分析发现土壤相对含水量与病株率呈正相关关系[9]。在探究促使病害发展影响因子的同时，不同学者针对病害影响的敏感时段也开展了相关研究。张汉琳认为，小麦赤霉病发生与流行的影响因素有气候因素、病原菌量、寄主生育期以及品种等，花期是感病的关键期[10];王向阳等指出，赤霉病的发生与小麦抽穗前和抽穗扬花期的降雨量、相对湿度和光照时数等气象指标有关[11];陈永明等认为，气象条件对小麦赤霉病发生的影响可分为小麦抽穗前、抽穗-开花期、开花之后3个阶段[12]。
　　 近年来，江苏小麦赤霉病的发生具有见病期早、后期病情上升快、流行范围广、重发区域明显、品种间发病程度差异大的特点[4]。目前，研究多集中在小麦赤霉病流行适宜气象条件的定性分析方面，关于全省赤霉病流行定量气象风险评估研究仍较少。为进一步研究适宜赤霉病发生发展的气象条件，提高小麦病害的监测预报服务能力，本研究根据江苏历年赤霉病观测和气象资料，首先分析赤霉病历史发生特点和规律，其次从小麦自身受病害侵染敏感性和促病气象条件发生概率出发，分别定义感病风险指数和促病风险指数来构建发病风险指数，进而开展病害监测时段中单点和区域的发病风险评估。
　　1 资料与方法
　　1.1 资料介绍
　　 江苏省72个气象站1980—2018年的逐日气象资料，10个农业气象站（徐州、沭阳、赣榆、滨海、盱眙、淮安、大丰、兴化、如皋和昆山）1980—2018年小麦生育期资料，作物发育期信息主要用于提取小麦赤霉病危害敏感的关键时段。8个小麦赤霉病病害观测站点（洪泽、仪征、兴化、东台、通州、金坛、宜兴和张家港站）2000—2015年的病穗率和发生面积的观测资料，13个地市2011—2018年小麦系统田和大田病穗率、病情指数的观测资料，以及大田调查资料，包括发生面积、防治面积、实际损失和挽回损失。病害发生情况用于分析赤霉病发生规律和特点，以及验证气象适宜度等级判定和预报结果。
　　1.2 赤霉病发生规律分析方法
　　1.2.1 适宜气象条件分析 气象条件对小麦赤霉病发生的影响可分为3个阶段：第1阶段，小麦抽穗前天气条件主要影响赤霉病菌子囊和子囊孢子的形成和积累;第2阶段，抽穗-开花期天气条件尤其是温湿度直接与子囊孢子的扩散和侵染有关;第3阶段，开花之后的天气条件影响病害发展程度。因此，结合8个小麦赤霉病病害观测站点15年的病害发生记录，分不同生育阶段，统计不同病害发生程度下相应的平均气温和相对湿度，来分析赤霉病发生的气候背景，为病害气象促病指标的确定提供依据。具体的生育阶段划分为孕穗-抽穗、抽穗-开花、开花-乳熟3个阶段;病害发生程度分为轻、中、重3个等级，对应最终穗发病率（DR）分别为 DR≤10%、10%40%。
　　1.2.2 病害发生规律分析 分别从时间和空间的角度来分析小麦赤霉病的发生规律。首先，结合2011—2018年江苏省小麦赤霉病发生面积、防治面积、挽回损失和实际损失的分析，来体现江苏小麦赤霉病的时间发生特征;其次，通过各市小麦赤霉病病穗率多年平均情况的统计，来体现小麦赤霉病在江苏的空间分布特征。 　　1.3 赤霉病气象风险评估方法
　　 小麦本身受病害影响关键时段与适宜气象条件出现时间的吻合程度越高，对赤霉病发生发展越起到促进作用。因此，从小麦自身受病害侵染敏感性和促病气象条件发生概率出发，分别定义感病风险指数和促病风险指数，进而构建发病风险指数来分析和评估江苏小麦赤霉病流行的气象风险。考虑到小麦赤霉病病菌侵染小麦的关键期是扬花阶段，同时扬花期前后的气象因子对病害最终发生程度也有影響。因此，定义整个孕穗-乳熟阶段作为赤霉病气象因素影响时段来开展病害监测。江苏省小麦孕穗至乳熟阶段的起止时间随地域、年份不同而有一定差异，一般在4月10日至5月31日之间，将其作为病害监测期，来跟踪病害发生发展的过程。
　　1.3.1 感病风险 为明确监测期间受病害影响敏感生育阶段的主要分布形态特征，定义感病风险指数（Cov）为
　　1.3.2 促病风险 从气象因子促病发生概率的角度，分析小麦病害监测期间容易促进赤霉病发生发展的时段，定义促病风险指数（Dis）为
　　1.3.3 发病风险 从受侵染作物生长特性和致灾因子发生条件出发，分析小麦赤霉病发病风险。赤霉病的发生时期和危害程度与小麦发病敏感期和气象条件适宜期的重合度密切相关。因此，综合小麦赤霉病的发病敏感高覆盖期和气象条件易促病期的影响，定义赤霉病发病风险度指数（RD）为式中：RDi为病害监测期第i天的发病风险度指数。
　　2 结果与分析
　　2.1 赤霉病发生特征和规律分析
　　2.1.1 赤霉病历年发生特点 从2011—2018年江苏省赤霉病发生面积（图1）来看，2012年、2014年、2015年、2016年、2018年江苏地区赤霉病呈中等偏重以上流行，年发生面积超过100万hm2，占当年小麦种植面积的50%以上。其中，2012年发生面积达154万hm2，实际损失72.4万t，病害在江淮、苏南局部地区偏重以上流行，全省平均自然病穗率达 46.9%;其次为2015年，发生面积为149万hm2，实际损失11.2万t，病害在沿淮及里下河地区偏重以上流行，全省平均自然病穗率达25.9%。随着防控技术提高，赤霉病防治效果明显提升，除2012年、2016年实际损失72.4万、20.7万t外，其他年份基本可以控制在10万t以下。
　　 从各市小麦赤霉病病穗率多年平均分布情况（图2）可见，病害发生常态具有“北轻南重”的规律，淮北地区小麦病害发病程度轻，其中连云港市多年平均病穗率最低，仅为7%;江淮之间南部和苏南大部分地区小麦病害发病程度中，多年平均病穗率在22.0%左右;沿淮、里下河地区及苏南部分地市小麦病害发病程度重，尤其是淮安市和盐城市多年平均病穗率最高，达35.0%以上。
　　2.1.2 赤霉病侵染发病规律 在赤霉病的发生发展过程中，随着小麦生育期的推进，气象因子具有动态变化的特征。由表1统计结果看，小麦不同生育阶段促病气象因子的气候背景不同，从孕穗至乳熟期，适宜病害流行的气温从14 ℃逐步升高至 19 ℃，相对湿度处于68%～77%。可见，温度的促病条件随生育进程而升高，相对湿度的促病条件在抽穗-开花期最低。主要是由于抽穗-开花期是小麦受病害病菌侵染的最敏感期，田间湿度过大或有降水过程出现就极其容易存在病害病菌萌发、繁殖和入侵的风险，因此其适宜病害发生的阈值相较于孕穗-抽穗期和开花-乳熟期的低些。同时，对于不同病害程度来说，基本上符合气温越高，相对湿度越大，病害流行程度越重的规律。
　　 相应地，小麦赤霉病发生程度本身也具有一定的动态变化规律和特征。从兴化典型赤霉病发生年份的病穗率分析结果（图3）来看，显症初期（小麦开花后10 d）病穗率逐步增加;中期（小麦乳熟前后）病穗率增加速度最快;后期（小麦接近成熟）病穗率增加速度逐步减缓。此外，同一地区不同年份间，赤霉病发生程度存在的差异与适宜病害发生的气象因素有关。2012年赤霉病病穗率明显要高于
　　2014年和2015年，主要是因为2012年3月1—6日、15—20日出现低温连阴雨寡照天气，导致小麦拔节期间生育进程明显推迟，部分地区发生湿渍害，根系发育受影响;前期小麦体质弱，田间病菌量高，加之4月29日至5月1日，正值小麦抽穗扬花又出现3天连阴雨天气，高温、高湿、寡照的气象条件致使小麦赤霉病偏重发生。
　　2.2 赤霉病气象风险分析和评估
　　2.2.1 单点发病风险评估 考虑空间分布代表性，以常州和连云港为例，结合式（1），从感病风险分析结果（图4-a）可以发现，常州感病影响时段在4月18日至5月9日覆盖概率最高，累积概率占整个监测时段（4月10日至5月31日）的64%;连云港感病时段在4月30日至5月16日覆盖概率最高，累积概率占整个监测时段的43%。同时可以明显地看到，感病影响时段常州早于连云港，主要是因为小麦生育期存在自南向北推后的现象。结合公式（2），从促病风险分析结果（图4-b）看，促病风险在整个监测时段存在波动性，但也具有逐步增大的规律性。常州4月10—30日平均促病风险为21%，5月平均促病风险增至44%;连云港4月10—30日平均促病风险为26%，5月平均促病风险增至36%。可见，小麦开花后适宜的气象条件提高了赤霉病加重的可能性。结合公式（3），从发病风险分析结果（图4-c）可以发现，小麦赤霉病发病风险度随时间变化存在2个大值区域。常州赤霉病发病风险度大值区分布在4月16—21日和4月28日至5月14日，平均发病风险度分别为26%和34%，其累积发病风险度分别占整个监测时段的16%和59%;连云港赤霉病发病风险度大值区分布在4月25日至5月8日和5月17—27日，平均发病风险度分别为36%和30%，其累积发病风险度分别占整个监测时段的41%和28%。可见，相对于常州来说，连云港发病风险度发生大值区时段偏晚。
　　2.2.2 区域发病风险评估 基于赤霉病发病风险度的求算方法，选出各站历年中最高发病风险度量值和累积发病风险度>50%、>70%、>90%出现时间，分析整个江苏省小麦赤霉病发病的风险分布特征，从而更好地把握小麦病害监测预警的重点区域和关键时期。 　　 江苏省各地赤霉病最高发病风险度的大值区主要分布在苏南大部和沿淮淮北中部地区，最高发病风险度的小值区主要分布在徐州和连云港东部地区（图5），且该分布趋势与赤霉病病穗率多年平均分布情况（图4）较为一致。累积发病风险度>50%、>70%、>90%在全省出现的时段分别为4月28日至5月11日、5月4—21日和5月11—27日，其空间分布基本上呈现从南向北逐步推迟的趋势，句容-仪征-扬州和兴化一带出现最早，泗阳-涟水-淮阴-洪泽-宝应片区出现最晚（图6）。
　　3 结论与讨论
　　 利用2011—2018年病害观测资料，从时间变化的角度分析了小麦赤霉病的历史发生和损失情况，从空间分布的角度分析了赤霉病病穗率的常态分布特征，给出了病害典型发生年份中病害发生面积、实际损失和平均自然病穗率等基本情况，并指出病害发生常态具有“北轻南重”的规律。
　　 进一步分不同关键生育阶段、不同赤霉病病害等级描述病害发生的气候背景，并指出小麦孕 穗- 抽穗、抽穗-开花、开花-乳熟阶段适宜病害发生的气象条件不同，日平均气温>14 ℃、>16 ℃、>18 ℃ 和相对湿度>70%、>68%、>70 ℃ 是各个阶段易于促进赤霉病发生发展的气象指标，有效地避免了使用单一促病指标出现过度或疏漏判定气象条件适宜病害发生的情况。
　　 考虑到小麦本身受病害影响关键时段与适宜气象条件出现时间的吻合程度越高，病害流行程度越重，从小麦自身受病害侵染敏感性和促病气象条件发生概率出发，设定小麦孕穗期-乳熟期（4月10日至5月31日）为病害监测时段，分别定义感病风险指数和促病风险指数来构建发病风险指数，从而实现在病害发生发展监测时段中单点和区域的发病风险评估。
　　 通过区域发病风险评估发现，江苏省各地赤霉病最高发病风险度的大值区主要分布在苏南大部和沿淮淮北中部地区，小值区主要分布在徐州和连云港北部地区;累积发病风险度>50%、>70%、>90%在全省出现的时段分别为4月28日至5月11日、5月4—21日和5月11—27日，空间分布基本上呈现从南向北逐步推迟的趋势。在实际病害防治实施过程中，可针对病害高发时段和区域，加强病害防范，及时提供气象服务保障，做好田间病害的防治和调查工作。
　　 适宜的气象条件只是赤霉病流行的必要条件，并不是充分条件。本研究主要从气象角度对赤霉病的发生进行评估，研究结果为赤霉病发生的气象适宜度等级预测预报提供了良好的基础。此外，赤霉病的发生还受特殊地形、小麦品种、种植方式、菌源基数、栽培措施、防病方式等因素的影响，有待进一步研究气象条件对病害的影响机制。
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