甘肅河?xùn)|地區(qū)小麥條銹病菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)越冬氣候區(qū)劃

萬(wàn) 信，許彥平，韓蘭英，姚曉紅，賈建英

（1蘭州區(qū)域氣候中心，蘭州730020；2甘肅省天水市氣象局，甘肅天水741018）

0 引言

小麥條銹病是甘肅小麥生產(chǎn)上重要的病害之一，流行頻率在55%以上[1]，其越冬后菌源向東部關(guān)中、南部四川等地傳播，成為當(dāng)?shù)丶跋掠沃袊?guó)冬麥主產(chǎn)區(qū)春季銹病流行主要感染源區(qū)[2]。限制小麥條銹病越冬和春季流行的主要環(huán)境因素除溫度外，降雨（雪）和環(huán)境相對(duì)濕度條件尤為重要[3-5]。但目前越冬指標(biāo)仍沿用20世紀(jì)80年代的調(diào)查和試驗(yàn)研究結(jié)果，即冬季最冷月平均氣溫低于-8～ -6℃則不能越冬，關(guān)于積雪覆蓋，若麥田僅有積雪覆蓋，即使降到-10℃，銹菌也能越冬的定性描述，缺少定量分析。近年來(lái)小麥條銹病區(qū)劃及流行研究較多，馬占鴻、高建孟[6-9]等采用GIS、地統(tǒng)計(jì)學(xué)(geostasistics)、聚類(lèi)分析、CPSO-SVM等方法進(jìn)行了全國(guó)及種植大區(qū)小麥條銹病越冬區(qū)劃分區(qū)研究，取得了滿意效果。但上述方法主要是基于溫度指標(biāo)和實(shí)地考察的基礎(chǔ)上半經(jīng)驗(yàn)半理論研究成果，對(duì)降水、濕度等其他氣象條件考慮不多，其結(jié)論也僅有可越冬和不可越冬兩級(jí)區(qū)劃。

小麥條銹病流行，經(jīng)歷細(xì)菌孢子越夏、越冬2個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)后，成活的細(xì)菌孢子才可滋生發(fā)展，進(jìn)入春季流行階段。小麥潛育病葉是小麥條銹病菌孢子越冬主要形式，隴南、天水等冬季不太寒冷地區(qū)小麥銹菌越冬后，隨春季氣溫回升和降水量的增多而大面積流行，屬既能越夏又能越冬的全國(guó)最重要的菌源區(qū)和控制流行的戰(zhàn)略要地。河?xùn)|地區(qū)由于獨(dú)特的地理、氣候及地形結(jié)構(gòu)，有甘南高原、隴中黃土高原及隴南山地三大地質(zhì)結(jié)構(gòu)，海拔高差大，氣候類(lèi)型多樣，涵蓋隴中北部冷溫帶半干旱、隴中南部冷溫帶半濕潤(rùn)、隴南北部暖溫帶濕潤(rùn)、隴南南部北亞熱帶半濕潤(rùn)和甘南高寒帶濕潤(rùn)5種氣候類(lèi)型[10-11]。越冬區(qū)域的詳細(xì)劃分難度極大，國(guó)內(nèi)前期可供參考的相關(guān)研究成果極少[12-13]。特別是20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著全球氣候變暖和小麥耕作制度的改變，小麥種植區(qū)域及小麥條銹病越冬及流行情況也發(fā)生明顯變化。因此，亟待利用GIS技術(shù)和小麥條銹病最新調(diào)查資料，綜合考慮越冬區(qū)溫度、降水及濕度等氣象條件，進(jìn)行可越冬、不可越冬和易越冬3個(gè)氣候區(qū)域，明確越冬區(qū)域范圍，為制定小麥條銹病綜合治理方案，保障小麥生長(zhǎng)安全提供依據(jù)。

1 區(qū)劃方法

1.1 區(qū)劃依據(jù)

許彥平等[14]利用定西、臨夏、平?jīng)?、天水和隴南5市（州）2001—2016年調(diào)查資料，綜合考慮冬季最冷時(shí)段7天平均氣溫、入冬以來(lái)（12月1日至最冷時(shí)段終日）降水量及期間相對(duì)濕度，修訂建立了比較完善的條銹病越冬氣象指標(biāo)，依據(jù)病情指數(shù)、病田率與最冷時(shí)段7天平均氣溫及降水量的關(guān)系，得到越冬氣象指標(biāo)。以冬季最冷時(shí)段7天平均氣溫為主導(dǎo)指標(biāo)，入冬以來(lái)（12月1日至最冷時(shí)段終日）降水量為輔助指標(biāo)，進(jìn)行小麥條銹病越冬氣候區(qū)劃（表1）。

表1 甘肅河?xùn)|不同降水區(qū)域小麥條銹病越冬溫度值分布表

1.2 區(qū)劃指標(biāo)及方法

依據(jù)修訂的越冬氣象指標(biāo)，首先計(jì)算河?xùn)|各氣象站夏季最冷時(shí)段7天平均氣溫、入冬以來(lái)降水量多年（1981—2016年）平均值，各站最冷時(shí)段出現(xiàn)最早、最晚時(shí)間。研究區(qū)冬季最冷時(shí)段平均氣溫與海拔高度的相關(guān)效果顯著，海拔高度每升高100 m，溫度下降0.7℃（降水量、大氣相對(duì)濕度隨海拔高度變化不大，可忽略不計(jì)），據(jù)此推算出各縣區(qū)不同海拔高度的平均氣溫。據(jù)計(jì)算結(jié)果，隴中、甘南和隴南南部入冬以來(lái)區(qū)域降水量多年（1981—2016年）平均值在4.5 mm以下，隴中北部和甘南區(qū)域最冷7天平均氣溫為-10.7～ -9.8℃，基本無(wú)銹菌可越冬區(qū)域，隴南南部平均氣溫為-1.1℃，冬小麥種植區(qū)域銹菌基本都可越冬；河?xùn)|其余地方降水量為4.5～ 7.5 mm，綜合考慮降水量、冬小麥種植面積等因素，給出分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表2），易越冬區(qū)、可越冬區(qū)和不可越冬區(qū)對(duì)應(yīng)的最冷時(shí)段7天日平均溫度分別為≥-8.0、-8.1～ -9.9、≤-10℃，依據(jù)病田率與氣溫的關(guān)系，計(jì)算得到三級(jí)溫度指標(biāo)對(duì)應(yīng)的越冬病田率為＞20%、1%～ 20%、＜1%。

表2 甘肅河?xùn)|地區(qū)小麥條銹病越冬指標(biāo)分布表

關(guān)于不同區(qū)域不同海拔高度精細(xì)化分級(jí)越冬氣候區(qū)劃可參考文獻(xiàn)很少，所以本研究主要參照各氣象站最冷時(shí)段7天平均氣溫多年均值、依據(jù)氣溫與海拔高度關(guān)系推算出的不可越冬區(qū)海拔高度下限分布情況，并參考李振岐、商鴻生[15]等研究結(jié)果，將甘肅省河?xùn)|小麥條銹病越冬區(qū)分為隴南南部、隴南北部、渭河流域與關(guān)山地帶、隴東黃土高原南部、慶陽(yáng)市北部和隴中南部越冬區(qū)6個(gè)分區(qū)，白銀區(qū)和景泰縣雖有河谷川道低海拔可越冬氣候區(qū)域，但面積很少且無(wú)冬小麥種植，所以不另分區(qū)。隴南南部為北亞熱帯半濕潤(rùn)氣候區(qū)，隴南北部為暖溫帯濕潤(rùn)區(qū)，慶陽(yáng)市北部屬冷溫帶半干旱區(qū)，其他越冬區(qū)主要位于隴中南部冷溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 越冬氣候區(qū)劃

利用地理信息系統(tǒng)(GIS)制作區(qū)劃圖（圖1），可以看出，易越冬區(qū)主要分布在隴南市、天水市的渭河流域、甘南州東部舟曲和迭部縣的白龍江流域，可越冬區(qū)主要位于平?jīng)鍪辛P(pán)山以東地區(qū)和慶陽(yáng)市南部，其次是天水市，隴中南部低海拔河谷川道地帶也有部分可越冬區(qū)。

圖1 甘肅河?xùn)|地區(qū)小麥條銹病越冬氣候區(qū)劃

2.2 越冬區(qū)分區(qū)評(píng)述

隴南南部北亞熱帯半濕潤(rùn)氣候冬麥區(qū)(Ⅰ)。包括隴南市南部的武都、文縣，甘南州東部的舟曲和迭部縣。冬季最冷時(shí)段7天多年平均氣溫0.6℃（不包括迭部氣象站的-6.0℃）、前期降水量2.6 mm、空氣相對(duì)濕度在51%左右。武都、文縣、舟曲和迭部氣象站海拔高度分別為1082、1017、1401、2401 m，海拔最低的地方分別為667、550、1173、1500 m。海拔2500 m以上地帶為不可越冬區(qū)，2100 m以下易越冬區(qū)主要位于武都、文縣和甘南州東部的白龍江流域，區(qū)域范圍也較廣，2100～ 2500 m為可越冬區(qū)。

隴南北部暖溫帯濕潤(rùn)冬麥區(qū)(Ⅱ)。包括隴南市中北部的大部分縣區(qū)。冬季最冷時(shí)段7天多年平均氣溫-4.1℃、前期降水量5.9 mm、空氣相對(duì)濕度在63%左右。中東部氣象站海拔高度在1000 m左右、海拔最低的地方在700 m左右，北部的宕昌、西和、禮縣氣象站海拔高度在1600 m左右、海拔最低的地方在1100 m左右。海拔2000 m以上地帶為不可越冬區(qū)，1600 m以下易越冬區(qū)主要位于中東部，區(qū)域范圍廣，1600～ 2000 m為可越冬區(qū)。

渭河流域與關(guān)山地帶冷溫帶半濕潤(rùn)冬麥區(qū)(Ⅲ)。包括天水市和平?jīng)鍪械那f浪縣。冬季最冷時(shí)段7天多年平均氣溫-6.5℃、前期降水量6.8 mm、空氣相對(duì)濕度在59%左右。大多縣氣象站海拔高度為1100～ 1400 m、張家川和莊浪縣在1600 m以上，海拔最低的為1100～ 1400 m、麥積最低的是760 m。海拔1800 m以上地帶為不可越冬區(qū)，天水市渭河流域海拔1400 m以下為易越冬區(qū)、1400～ 1800 m為可越冬區(qū)；關(guān)山地帶的清水、張家川和莊浪縣1800 m以下均為可越冬區(qū)，無(wú)易越冬區(qū)。

隴東黃土高原南部冷溫帶半濕潤(rùn)冬麥區(qū)(Ⅳ)。包括平?jīng)鍪辛P(pán)山以東各縣區(qū)以及西部的靜寧縣、慶陽(yáng)市南部的西峰、寧縣和正寧縣。冬季最冷時(shí)段7天多年平均氣溫-8.3℃、前期降水量7.1 mm、空氣相對(duì)濕度在62%左右。大多縣氣象站海拔高度為1100～ 1400 m，海拔最低的地方為1000～ 1300 m，海拔1600 m以上地帶為不可越冬區(qū)，類(lèi)似于隴中南部，該區(qū)域也無(wú)易越冬區(qū)，海拔1600 m以下可越冬區(qū)域范圍最廣。

慶陽(yáng)市北部冷溫帶半干旱冬麥區(qū)(Ⅴ)。包括慶陽(yáng)市中北部的環(huán)縣、華池、慶城、鎮(zhèn)原和合水5個(gè)縣。冬季最冷時(shí)段7天多年平均氣溫-9.0℃、前期降水量6.1 mm、空氣相對(duì)濕度在56%左右。該區(qū)域大多縣氣象站海拔高度為1100～ 1300 m，海拔最低的為1000～ 1200 m。海拔1200 m以上地帶為不可越冬區(qū)，隴中南部，該區(qū)域無(wú)易越冬區(qū)，可越冬區(qū)域范圍很少。

隴中南部冷溫帶半濕潤(rùn)氣候冬春麥混種區(qū)(Ⅵ)。包括定西市、臨夏州、蘭州市榆中縣、和白銀市會(huì)寧縣。冬季最冷時(shí)段7天多年平均氣溫-9.8℃、前期降水量3.9 mm、空氣相對(duì)濕度在63%左右。該區(qū)域大多縣區(qū)氣象站海拔高度為1700～ 2100 m，海拔最低的地方為1600～ 1900 m。計(jì)算分析得到海拔1800 m以上地帶為不可越冬區(qū)，類(lèi)似于慶陽(yáng)市北部，該區(qū)域無(wú)易越冬區(qū)，可越冬區(qū)域范圍也很少。

3 討論

3.1 條銹病菌越冬海拔高度上升，且向西向北有所擴(kuò)展

孫智泰等研究表明[4,10,15]，隴東1400 m以下、隴南1600 m以下地帶小麥條銹病均可越冬。與20世紀(jì)相比，隴東黃土高原南部、渭河流域與關(guān)山地帶、隴南北部和隴南南部可越冬海拔高度上限分別上升了200、200、400、900 m，且擴(kuò)展到了隴中南部海拔1800 m以下和慶陽(yáng)市北部1200 m以下地帶。即隨著以冬季增溫為主要特點(diǎn)的氣候變暖和作物種植結(jié)構(gòu)變化等因素的影響，河?xùn)|地區(qū)小麥條銹病越冬海拔高度有上升的趨勢(shì)，并且向西向北有所擴(kuò)展，與近年來(lái)調(diào)查及研究結(jié)論基本一致[16]。

3.2 高海拔可越冬區(qū)域氣候區(qū)劃結(jié)果需要進(jìn)一步驗(yàn)證

以往越冬分區(qū)僅有隴東和隴南[17-19]，本研究根據(jù)氣候特點(diǎn)分了6個(gè)區(qū)域，所以得到隴南北部和隴南南部小麥條銹病越冬海拔高度上升了400 m和900 m的結(jié)論；另外，區(qū)劃研究主要以氣候?yàn)橐罁?jù)，為進(jìn)一步開(kāi)展工作提供氣候依據(jù)，高海拔特別是介于易越冬和不可越冬之間的可越冬區(qū)域，不一定都有冬小麥種植，所以還需要進(jìn)一步調(diào)查分析驗(yàn)證。

4 結(jié)論

4.1 易越冬區(qū)

主要分布于天水市、隴南市。易越冬區(qū)海拔高度上限，天水市渭河流域?yàn)?400 m，隴南北部為1600 m，主要集中于中東部的徽縣、成縣、康縣和兩當(dāng)縣，隴南南部武都、文縣和甘南州東部的白龍江流域?yàn)?100 m。

4.2 不可越冬區(qū)

主要分布于各地高海拔區(qū)域，不可越冬區(qū)海拔高度下限，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ區(qū)分別為2500、2000、1800、1600、1200、1800 m，其中Ⅴ和Ⅵ區(qū)的絕大部分地方都不可越冬。

4.3 可越冬區(qū)

介于低海拔易越冬和高海拔不可越冬之間，隴中南部1800 m以下和慶陽(yáng)市北部1200 m以下，可越冬區(qū)面積都很少；隴東黃土高原南部1600 m以下，面積較大；關(guān)山地帶的清水、張家川和莊浪縣1800 m以下，天水市渭河流域海拔1400～ 1800 m，隴南北部1600～ 2000 m，隴南南部2100～ 2600 m地帶。

4.4 各分區(qū)區(qū)劃指標(biāo)對(duì)應(yīng)的具體值

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ和Ⅵ區(qū)冬季最冷7天普遍出現(xiàn)在1月上、中旬，主要集中于1月5—15日，冬季最冷時(shí)段7天多年平均氣溫分別為 0.6、-4.1、-6.5、-8.3、-9.0、-9.8℃，入冬以來(lái)（12月1日至最冷時(shí)段終日）降水量，隴南南部(Ⅰ)和隴中南部(Ⅵ)為2.6、3.9 mm，其余地方為4.4～ 7.1 mm。