水稻白葉枯病發(fā)生流行與氣象條件關(guān)系及預(yù)測(cè)模型研究

彭榮南，陳 冰，陳觀浩，何澤華，邱世善，宋祖欽，梁盛銘

（1廣東省化州市氣象局，廣東化州525100；2廣東省化州市病蟲測(cè)報(bào)站，廣東化州525100）

0 引言

水稻白葉枯病(Xanthomonas oryzaepv.oryza,Xoo)是亞洲稻區(qū)水稻的主要病害，是一種由細(xì)菌引起的病害，病菌能經(jīng)水流傳播，并通過水孔、傷口侵入水稻，水稻因白葉枯病危害引起的損失一般為20%～30%，發(fā)病嚴(yán)重的可達(dá)50%，甚至90%以上[1-4]。水稻白葉枯病是流行性病害，歷史上幾度流行成災(zāi)，但在沉寂20多年后又開始復(fù)蘇，近年出現(xiàn)“老問題新暴發(fā)”的現(xiàn)象[5-6]，浙江東南沿海和廣東、海南等華南稻區(qū)近年又有上升流行趨勢(shì)，部分水稻感病品種發(fā)病較重，對(duì)水稻安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅[5-8]。廣東化州市是水稻白葉枯病常發(fā)流行區(qū)，在20世紀(jì)80年代為病害重發(fā)流行期，20世紀(jì)90年代中后期起間歇流行，近年病情又有抬頭上升趨勢(shì)，流行潛在風(fēng)險(xiǎn)加大[9-10]。縱觀化州市水稻白葉枯病發(fā)生為害歷史，該病大面積嚴(yán)重發(fā)生為害以晚稻為主，早稻一般發(fā)生較輕。

水稻白葉枯病的發(fā)生流行因素較為復(fù)雜，一般認(rèn)為與菌源數(shù)量、水稻品種、氣象條件、肥水管理和防治等有關(guān)[5,8]，該病是一種溫暖濕潤(rùn)氣候型病害[11]。沈穎等[5]、徐堅(jiān)等[12]認(rèn)為，白葉枯病的發(fā)生和為害與氣候條件關(guān)系十分密切，多雨、高溫、高濕有利于病害的暴發(fā)流行，在氣溫25～30℃、相對(duì)濕度80%以上時(shí)發(fā)病最盛；王華弟等[13]研究認(rèn)為，病害嚴(yán)重程度與流行前二旬的降雨量和降雨量≥20 mm 的日數(shù)呈極顯著的相關(guān)性，并組建了預(yù)測(cè)模型；陳其志等[14]、林朝重等[15]、孫俊銘等[16]對(duì)流行因子進(jìn)行了研究分析。以上科技人員的研究雖然均取得了理想的結(jié)果，但各個(gè)地區(qū)的環(huán)境氣象條件不同，并不能完全指導(dǎo)廣東省西南部地區(qū)的水稻白葉枯病的防控。

目前，廣東省西南部地區(qū)的水稻白葉枯病的發(fā)生發(fā)展與氣象條件關(guān)系的研究較少，且針對(duì)該病在化州發(fā)生流行規(guī)律及其與當(dāng)?shù)貧庀髼l件的相關(guān)性分析方面尚未見報(bào)道。為此，筆者對(duì)1985—2018年的水稻白葉枯病發(fā)病程度與氣象因子間的關(guān)系做進(jìn)一步分析，找出影響病害發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期及關(guān)鍵因子，并組建預(yù)測(cè)模型，揭示水稻白葉枯病發(fā)生流行規(guī)律，以期為水稻白葉枯病的監(jiān)測(cè)預(yù)警和綜合防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

化州市位于廣東西南部，為典型的雙季稻稻區(qū)，是廣東省產(chǎn)糧大縣、全省水稻生產(chǎn)大縣，常年水稻種植面積5.11萬hm2左右。本稻區(qū)晚稻播種期一般為7月上、中旬，移栽期在8月上旬，抽穗期在10月上旬，收獲期在11月上旬，晚稻水稻白葉枯病發(fā)病盛期一般在10月上、中旬。

1.2 資料來源

1.2.1 田間病情調(diào)查資料 收集、整理化州市病蟲測(cè)報(bào)站1985—2018 年病情穩(wěn)定期的病情指數(shù)與發(fā)病程度。各年病情指數(shù)是根據(jù)《農(nóng)作物主要病蟲測(cè)報(bào)辦法》[17]中規(guī)定調(diào)查方法，每年在水稻白葉枯病發(fā)病穩(wěn)定期的調(diào)查中，測(cè)算病害發(fā)生面積比例，結(jié)合病情指數(shù)，確定發(fā)病程度。將發(fā)病程度分為不發(fā)生、輕發(fā)生、中偏輕發(fā)生、中等發(fā)生、中偏重發(fā)生和大發(fā)生，并用級(jí)別0、1、2、3、4、5 表示，以水稻白葉枯病發(fā)生等級(jí)作為病害因子。

1.2.2 氣象資料 氣象資料來自于廣東省化州市氣象局，整理出1985—2018年8—10月逐旬平均氣溫、相對(duì)濕度、降水量、日照時(shí)數(shù)、降水日數(shù)、臺(tái)風(fēng)等氣象因子。

1.3 資料處理和研究方法

由于水稻白葉枯病的發(fā)生發(fā)展不僅與單因子氣象因素關(guān)系密切，而且受這些因素的綜合作用影響更為顯著。為此，在光（日照時(shí)數(shù)）、溫（平均氣溫）、水（降水量、大氣相對(duì)濕度）等氣象單因子統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了溫雨系數(shù)（降水量與溫度之比）、溫濕系數(shù)（大氣相對(duì)濕度與溫度之比），降水強(qiáng)度（降水量/降水日數(shù)）、降雨系數(shù)[(降水量×降雨日數(shù))0.5]等綜合氣候因子。

統(tǒng)計(jì)方法采用Excel 及SPSS 統(tǒng)計(jì)軟件，根據(jù)歷年各氣象因子與發(fā)病程度進(jìn)行相關(guān)性分析，先從眾多的因子中找相關(guān)因子，再用相關(guān)因子與水稻白葉枯病的數(shù)據(jù)做逐步回歸，找出緊密相關(guān)因子，建立化州市晚稻白葉枯病發(fā)病程度預(yù)測(cè)模型并檢驗(yàn)。發(fā)病程度擬合率以擬合值與實(shí)測(cè)值相差小于0.5 級(jí)為符合，記分“100%”；相差0.5～1.0級(jí)為基本符合，記分“80%”；相差1.1～1.5 級(jí)記分“70%”；相差1.6 級(jí)以上為不符合，得分為零。歷史符合率為各年符合程度評(píng)分值的平均值。病害發(fā)病程度符合率亦按此標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算[18-19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 病害發(fā)病程度與單氣象因子關(guān)系分析

2.1.1 氣溫 研究表明溫度25～30℃時(shí)，最適宜水稻白葉枯病發(fā)生流行，溫度影響病害潛育期的長(zhǎng)短[4,20]?；菔?—10 月晚稻水稻生長(zhǎng)季月平均氣溫在23～29℃之間。氣溫對(duì)水稻白葉枯病的發(fā)生有一定的影響，9—10 月各旬中，總的趨勢(shì)是前期（10 月上旬前）呈負(fù)相關(guān)，氣溫增高不利于水稻白葉枯病發(fā)生發(fā)展。其中9月上旬氣溫與水稻白葉枯病發(fā)病程度呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.3466，通過α=0.10信度檢驗(yàn)；而后期（10月中旬后）呈正相關(guān)，氣溫高則病害重，但未達(dá)到顯著差異。氣溫、相對(duì)濕度均與雨日和降水量密切相關(guān)，如果雨日多、降水量大，那么氣溫自然也就不高了，相對(duì)濕度也加大了，白葉枯病的發(fā)生流行必然就加重了?；莸貐^(qū)一般9月雨日數(shù)、降水量多于10月，所以9月氣溫與病害呈負(fù)相關(guān)。

2.1.2 日照時(shí)數(shù) 日照對(duì)晚稻白葉枯病的發(fā)生有一定的影響。統(tǒng)計(jì)分析表明，9—10 月日照時(shí)數(shù)與白葉枯病發(fā)病程度呈負(fù)相關(guān)，說明日照充足時(shí)，禾苗生長(zhǎng)勢(shì)好，對(duì)白葉枯病有一定的抑制作用。其中9月日照時(shí)數(shù)與晚稻白葉枯病發(fā)病程度呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.3475，通過α=0.10 信度檢驗(yàn)。日照時(shí)數(shù)與降水量、雨日數(shù)之間具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度，日照時(shí)數(shù)對(duì)白葉枯病的影響，究其原因是降水量、雨日數(shù)對(duì)病害所起的作用，因此在預(yù)報(bào)上可作為輔助因子。

2.1.3 相對(duì)濕度 研究表明濕度超過80%時(shí)，則有利于病害大發(fā)生[5,12]。統(tǒng)計(jì)分析表明，化州市9—10 月晚稻易感病關(guān)鍵期平均相對(duì)濕度在69%～87%之間，9—10月平均相對(duì)濕度與白葉枯病發(fā)病程度存在正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.3488，通過α=0.10信度檢驗(yàn)。說明相對(duì)濕度越大，越有利于該病害的發(fā)生，發(fā)病程度就越重。

2.1.4 降水量 降水可以改變濕度、溫度、光照等，直接影響病原物的繁殖、傳播和侵入。9—10 月降水量與晚稻白葉枯病發(fā)病程度表現(xiàn)出很強(qiáng)的正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.5331，通過α=0.01 信度檢驗(yàn)。降水量增加白葉枯病發(fā)病程度也增大。本研究結(jié)果說明降水量是影響白葉枯病發(fā)病程度的重要因子。

2.1.5 雨日 相關(guān)分析結(jié)果表明，9—10 月雨日與晚稻白葉枯病發(fā)病程度呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.4609，通過α=0.01 信度檢驗(yàn)。說明9—10 月雨日越多，濕度越大，日照越少，病害越重。

2.1.6 臺(tái)風(fēng) 臺(tái)風(fēng)暴雨易使稻葉互相碰撞形成傷口，有利于病菌侵入，容易引起細(xì)菌感染，且暴風(fēng)雨能增加病菌的傳播機(jī)會(huì)，加速病害的擴(kuò)散流行。臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)的次數(shù)、風(fēng)力、時(shí)間與晚稻白葉枯病發(fā)病程度有相關(guān)性，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)9月臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度[平均風(fēng)力6級(jí)記為1；平均風(fēng)力7級(jí)（含7級(jí)）以上記為1.5）]與晚稻白葉枯病發(fā)病程度呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.5006，通過α=0.01 信度檢驗(yàn)。9月為當(dāng)?shù)赝淼舅驹兴肫?，是水稻最易感病的生育期?/p>

2.2 不同因子間交互作用影響

水、熱不同因子間交互作用以降雨系數(shù)、溫雨系數(shù)、降水強(qiáng)度對(duì)化州市晚稻白葉枯病發(fā)病程度的影響最為明顯。晚稻白葉枯病發(fā)病程度與9—10月降雨系數(shù)、溫雨系數(shù)、降水強(qiáng)度相關(guān)顯著或極顯著（正相關(guān)），相關(guān)系數(shù)分別為0.5469、0.5266、0.3947，均通過了α=0.05 或α=0.01 水平的顯著性檢驗(yàn)。由此可知，在化州市晚稻易感病關(guān)鍵期的9—10 月，降水增加、雨日增多、相對(duì)濕度增大，有利于白葉枯病病菌的傳播，同時(shí)也不利排水露田和稻葉轉(zhuǎn)色及化學(xué)防治，加劇了病害的發(fā)展蔓延。此外，降雨日平均雨量偏高（即降水強(qiáng)度偏高），導(dǎo)致因洪澇淹浸后，挫傷稻株元?dú)舛鸺铀侔l(fā)病。

2.3 預(yù)報(bào)模型

2.3.1 關(guān)鍵氣象因子篩選 將影響化州市晚稻白葉枯病發(fā)病程度的相關(guān)氣象因子與逐年白葉枯病實(shí)際發(fā)病程度進(jìn)行逐步回歸統(tǒng)計(jì)，篩選出緊密相關(guān)因子：8月中旬—9月中旬降水量(x1)、9—10月降雨系數(shù)(x2)、8月下旬降水強(qiáng)度(x3)、9月臺(tái)風(fēng)次數(shù)(x4)。

2.3.2 預(yù)報(bào)模型的建立 根據(jù)篩選出的預(yù)報(bào)因子，建立化州市晚稻白葉枯病發(fā)病程度氣象預(yù)報(bào)模型，見式(1)。

方差分析結(jié)果如表1 所示，回歸關(guān)系達(dá)極顯著水平(F=27.7229,P=0.0000＜0.01)，對(duì)各氣象因子的偏回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果表明：所選取的4個(gè)因子的偏回歸系數(shù)均達(dá)到極顯著水平(P＜0.01)。

2.3.3 預(yù)報(bào)模型檢驗(yàn) 將逐年氣象資料代入所建立的模型進(jìn)行擬合，結(jié)果表明，白葉枯病發(fā)病程度年際變化較大，但模型的擬合率較好，發(fā)病程度的歷史擬合率為89.4%（見表2）。經(jīng)計(jì)算，擬合值與實(shí)際值的相關(guān)性達(dá)到極顯著（相關(guān)系數(shù)為0.9000，置信度0.001），表明該模型可以應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

表1 復(fù)相關(guān)關(guān)系及F檢驗(yàn)

利用建立的模型對(duì)2016、2017、2018 年晚稻白葉枯病發(fā)病程度進(jìn)行延伸預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，預(yù)報(bào)結(jié)果見表2。3年的應(yīng)用表明，預(yù)測(cè)符合率達(dá)93.3%，說明此預(yù)測(cè)模型對(duì)化州市晚稻白葉枯病具有很好的預(yù)測(cè)性。

3 結(jié)論與討論

已有許多研究表明，在其他因素具備的條件下，氣象條件往往成為決定病蟲害發(fā)生流行的關(guān)鍵因素。農(nóng)作物重大病蟲害的發(fā)生發(fā)展和流行都與氣象條件密切相關(guān)，或與氣象災(zāi)害相伴發(fā)生，一旦遇到災(zāi)變氣候，就會(huì)大面積流行成災(zāi)[21-22]。植物病理流行學(xué)研究表明，多雨或高濕有利于病原物的萌發(fā)、傳播和侵入，降雨還常使植物表層組織出現(xiàn)充水現(xiàn)象（細(xì)胞間隙充水），降低了植物的抗病力[23]。探討氣象條件與農(nóng)作物病蟲害發(fā)生流行關(guān)系，并利用氣象資料來分析和預(yù)測(cè)病蟲害的發(fā)生動(dòng)態(tài)及建立病蟲害氣象預(yù)報(bào)模型，已成為病蟲害有效防控的常用方法。

表2 水稻白葉枯病發(fā)病程度的實(shí)際值與預(yù)報(bào)值

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，9—10 月降水量、降水日數(shù)、相對(duì)濕度、臺(tái)風(fēng)與晚稻白葉枯病發(fā)病程度呈正相關(guān)，9—10月日照時(shí)數(shù)、氣溫與晚稻白葉枯病發(fā)病程度呈負(fù)相關(guān)，即此時(shí)段適溫多雨，濕度大、露點(diǎn)多保證在葉面上形成足夠的膜是提供病菌入侵活動(dòng)的場(chǎng)所及機(jī)會(huì)，陰雨天多，日照不足，特別是臺(tái)風(fēng)暴雨過后常造成大量傷口，或因洪澇淹浸后，挫傷稻株元?dú)舛鸺铀侔l(fā)病。研究結(jié)果揭示了氣象條件與白葉枯病發(fā)生的關(guān)聯(lián)程度和定量關(guān)系，進(jìn)一步探明了病害發(fā)生流行規(guī)律。

利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，統(tǒng)計(jì)并分析了氣象條件對(duì)廣東省西南部水稻白葉枯病發(fā)生流行的影響，建立了水稻白葉枯病發(fā)病程度的氣象預(yù)測(cè)模型。通過1985—2015年歷史回代和2016—2018年試報(bào)檢驗(yàn)，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)效果較理想，可以用于農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)之中。

農(nóng)業(yè)病害的發(fā)病機(jī)理、影響因素極為復(fù)雜。水稻白葉枯病發(fā)生在年度間、地區(qū)間存在較大差異，病害長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律、流行機(jī)理和可持續(xù)治理技術(shù)還有待深入研究[8]，加之全球氣候變化，水稻白葉枯病發(fā)生流行的預(yù)報(bào)隨生態(tài)環(huán)境變化也變得復(fù)雜化。因此在預(yù)測(cè)模型的實(shí)際應(yīng)用中，要不斷加入新記錄數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行修正和完善，以此進(jìn)一步提高模型的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和預(yù)報(bào)時(shí)效性。