條銹病對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響及其經(jīng)濟(jì)閾值

金小靖， 康曉慧*， 陳萬權(quán)， 蔣欣東， 劉太國(guó)， 文啟明

(1.西南科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院， 四川 綿陽(yáng) 621010； 2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所， 北京 100193； 3.四川省廣安市岳池縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局， 四川 廣安 638399； 4.綿陽(yáng)市美立園林機(jī)械有限公司， 四川 綿陽(yáng) 621010)

0 引言

【研究意義】小麥條銹病由小麥條銹菌(Pucciniastriiformisf. sp. tritici)引起，發(fā)生后可導(dǎo)致大面積減產(chǎn)[1]。在我國(guó)，西北、西南、華北和淮北等冬小麥及西北春麥區(qū)是小麥條銹病主要災(zāi)害區(qū)[2-3]。小麥條銹病發(fā)生以后，防治措施不正確將導(dǎo)致嚴(yán)重減產(chǎn)；病害發(fā)生以后，小麥葉片的光合作用受到抑制，葉片表皮細(xì)胞遭到破壞，導(dǎo)致蒸騰作用增加，失水率增加，嚴(yán)重影響灌漿質(zhì)量[4-8]。植物病害中的經(jīng)濟(jì)閾值(即防治指標(biāo))是病害合理防治下的一種病害密度指標(biāo)，即達(dá)到病害的某一密度(病情)時(shí)應(yīng)該采取控制措施，以防止病害種群密度增加而造成經(jīng)濟(jì)損失[9-14]。為減輕小麥條銹病對(duì)小麥帶來的損失，適時(shí)、合理、有效地對(duì)小麥條銹病進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，確定經(jīng)濟(jì)閾值對(duì)其防治具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】談孝鳳等[15]在自然生長(zhǎng)條件下，即無人工接菌的外部條件下，研究了小麥病葉率與小麥產(chǎn)量損失和經(jīng)濟(jì)閾值的關(guān)系；王澍等[16]在人工接菌條件下研究3種抗感性不同小麥品種稈銹病的經(jīng)濟(jì)閾值；代玉立等[17]研究了玉米大斑病經(jīng)濟(jì)閾值，并提出抗性品種分類的標(biāo)準(zhǔn)；于洪春等[18]探究了黏蟲密度對(duì)玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)閾值的影響；崔娟等[19]研究了雜草對(duì)玉米產(chǎn)量的影響及其經(jīng)濟(jì)閾值；李文博等[20]探討了野黍?qū)Υ蠖菇?jīng)濟(jì)閾值的影響；史樹森等[21]深入研究了不同蟲口密度下大豆的經(jīng)濟(jì)閾值?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】前期小麥條銹病預(yù)防指標(biāo)不能滿足目前生產(chǎn)需要，應(yīng)確定新的預(yù)防指標(biāo)以促進(jìn)科學(xué)合理應(yīng)用藥物，防止提早施用導(dǎo)致藥物浪費(fèi)和療效降低或過晚施用造成生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失過大。春季氣溫回升，小麥條銹病逐漸加重，因此做好春季小麥條銹病病情的預(yù)報(bào)，適時(shí)施藥是藥劑防治的關(guān)鍵，而適時(shí)施藥的關(guān)鍵是經(jīng)濟(jì)閾值的制定[22]。四川是我國(guó)小麥主產(chǎn)區(qū)之一，屬小麥條銹病冬繁越夏區(qū)，但條銹病對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響及其經(jīng)濟(jì)閾值研究鮮有報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在我國(guó)小麥條銹病冬繁越夏區(qū)四川省選取當(dāng)?shù)刂髟云贩N進(jìn)行田間試驗(yàn)，明確小麥條銹病對(duì)產(chǎn)量的影響以及有利于進(jìn)行合理防控的經(jīng)濟(jì)閾值，為小麥條銹病藥劑防控提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

為保證小麥條銹病不同發(fā)病梯度和藥劑防效的可行性，選擇田間表現(xiàn)高感品種川麥42，種子來源于綿陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院；接種的小麥條銹菌和作為誘發(fā)品種的銘賢169來源于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所；殺菌劑15%三唑酮可濕性粉劑來源于綿陽(yáng)龍門市場(chǎng)。

1.2 小麥條銹菌溫室培養(yǎng)

1) 播種。每個(gè)小花盆里先放5/6的營(yíng)養(yǎng)土，用器皿將平面鋪平，撒上20～30粒銘賢169種子，將種子攤開，蓋上厚2～3 cm的過篩營(yíng)養(yǎng)土，壓實(shí)，澆水，蓋膜。

2) 接種。播種4～5 d，待第1葉完全展開后接種；先從液氮罐里拿出需要擴(kuò)繁的生理小種，分至小的離心管里，加上礦物油，浸泡2～3 min，從育苗間里打開育苗所蓋的薄膜，用衛(wèi)生紙巾掃去葉片上的水分，將小苗移至超凈工作臺(tái)，打開抽風(fēng)機(jī)，用噴頭采用噴霧法接菌到銘賢169上。

3) 保濕。接種完成后晾制3～4 h，小麥葉片上的礦物油完全晾干、孢子完全附著在葉片上后，用0.05%的吐溫水進(jìn)行噴霧保濕，然后放入大鐵桶內(nèi)，10℃保濕18～24 h。

4) 收菌。取出鐵桶，將幼苗放至培苗間，2～3 d澆水1次，約15 d癥狀顯現(xiàn)，18～20 d收菌。

1.3 田間設(shè)計(jì)

1.3.1 小區(qū)設(shè)計(jì) 小麥(川麥42)種植18個(gè)小區(qū)，小區(qū)長(zhǎng)6 m、寬2 m，播種量為10 kg/667m2。行距0.3 m，共種植20行，每個(gè)小區(qū)間隔種植銘賢169作為誘發(fā)行。

1.3.2 接菌施藥設(shè)計(jì) 殺菌劑梯度施藥按照清水對(duì)照、常規(guī)量25%、常規(guī)量50%、常規(guī)量75%、常規(guī)量100%、常規(guī)量125%施用；接菌量以接菌在小區(qū)周圍的銘賢169上為準(zhǔn)。

1.4 田間調(diào)查

1.4.1 殺菌劑防治效果調(diào)查 殺菌劑防治效果分別在施藥前1 d，施藥后7 d，施藥后14 d進(jìn)行調(diào)查，每小區(qū)5點(diǎn)取樣，記錄其普遍率和嚴(yán)重度。

1.4.2 小區(qū)產(chǎn)量損失調(diào)查 分別在拔節(jié)期、抽穗期、揚(yáng)花期和灌漿期采取5點(diǎn)取樣法進(jìn)行調(diào)查，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查，收獲小麥后，分小區(qū)測(cè)產(chǎn)；單穗小麥調(diào)查，待到病情穩(wěn)定時(shí)期(小麥灌漿期)，小麥每個(gè)葉片病級(jí)選取100穗進(jìn)行掛牌，成熟后單穗裝網(wǎng)袋，分別計(jì)產(chǎn)。

病情指數(shù)=普遍率×嚴(yán)重度×100

校正防治效果=1-(對(duì)照區(qū)藥前病情指數(shù)×防治區(qū)藥后病情指數(shù))/(防治區(qū)藥前病情指數(shù)×對(duì)照區(qū)藥后病情指數(shù))

1.5 小麥條銹病經(jīng)濟(jì)閾值的制定

1.5.1 基于國(guó)外ET模型的經(jīng)濟(jì)閾值 根據(jù)Chiang 提出的通用模型[23]制定。

式中，CC為防治費(fèi)用；CF為社會(huì)-生態(tài)因子，取值范圍為1～2；EC為田間防治效果；Y為單產(chǎn)；P為小麥單價(jià)；R為1%病情指數(shù)下增加的損失率，即為直線斜率；SC為施藥后病情指數(shù)增長(zhǎng)率。

1.5.2 基于國(guó)內(nèi)ET模型的經(jīng)濟(jì)閾值 根據(jù)丁巖欽提出的通用模型[23]制定。

y=(C×p)/(Y×P×K)

式中，C為防治費(fèi)用，p為生態(tài)效應(yīng)指數(shù)(p≥1)，Y未發(fā)生病害時(shí)的單位產(chǎn)量，P小麥單價(jià)，K為田間防治效果，y為基于病害程度病情指數(shù)所導(dǎo)致的損失率，以人工接菌法進(jìn)行田間試驗(yàn)獲得產(chǎn)量損失率曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 藥劑防效

從表1看出，川麥42在15%三唑酮可濕性粉劑5種濃度梯度下表現(xiàn)出不同防治效果。施藥后7 d的防治效果：常規(guī)量75%、常規(guī)量100%、常規(guī)量50%、常規(guī)量125%組間差異不顯著，但顯著高于常規(guī)量25%組。施藥后14 d的防治效果：常規(guī)量100%、常規(guī)量125%組間差異不顯著，但顯著高于其余組，這2組起始的病情指數(shù)相差較小，防治后的病情指數(shù)相差也較小；防治效果最低的是常規(guī)量25%組和常規(guī)量50%組。

2.2 經(jīng)濟(jì)性狀

由表2可見，小麥條銹病發(fā)生后，通過減少著粒數(shù)、千粒重、株高、小穗數(shù)以及莖粗影響小麥產(chǎn)量。Pearson相關(guān)系數(shù)顯示，頂葉病級(jí)與著粒數(shù)、千粒重、株高、小穗數(shù)和莖粗呈極顯著負(fù)相關(guān)。著粒數(shù)、千粒重和小穗數(shù)有明顯隨頂葉葉片病級(jí)增大而減小的趨勢(shì)；各頂葉病級(jí)的著粒數(shù)與頂葉無病(0級(jí))的差異顯著，分別顯著減少3.76粒、4.85粒、6.77粒、8.46粒、13.66粒、16.13粒、23.34粒和26.65粒；頂葉病級(jí)等級(jí)為1時(shí)，其千粒重和株高與頂葉無病(0級(jí))的無顯著差異；各頂葉病級(jí)的小穗數(shù)與頂葉無病(0級(jí))的有顯著差異；頂葉病級(jí)等級(jí)為2級(jí)時(shí)，小麥的莖粗最大，為5.22 mm。

表2 不同頂葉病級(jí)下川麥42的經(jīng)濟(jì)性狀

2.3 頂葉病級(jí)與產(chǎn)量損失關(guān)系

由表3可見，當(dāng)頂葉病級(jí)等級(jí)為1級(jí)時(shí)，平均單穗損失率為5.35%。當(dāng)頂葉病級(jí)為2級(jí)、3級(jí)、4級(jí)、5級(jí)、6級(jí)、7級(jí)和8級(jí)時(shí)，單穗重、平均單穗損失率與對(duì)照差異顯著，當(dāng)頂葉病級(jí)為8級(jí)時(shí)，平均單穗損失率可達(dá)46.68%。Pearson系數(shù)顯示，頂葉病級(jí)與平均單穗損失率之間呈極顯著正相關(guān)(r=0.990，P<0.01)。

表3 不同頂葉病級(jí)下川麥42的單穗重及產(chǎn)量

對(duì)頂葉病級(jí)與單穗產(chǎn)量損失率進(jìn)行曲線擬合分析表明，指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)和線性函數(shù)等曲線擬合較好，其次是對(duì)數(shù)函數(shù)。從表4擬合度(R2)看，多項(xiàng)式函數(shù)擬合程度最大，為0.992 3，其次是冪函數(shù)、線性函數(shù)和指數(shù)函數(shù)，分別為0.986 2、0.980 6和0.950 0，對(duì)數(shù)函數(shù)的擬合度小于0.9。根據(jù)實(shí)際擬合情況看，指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)在高病級(jí)時(shí)偏差較大，對(duì)數(shù)函數(shù)在中間病級(jí)時(shí)偏差較大。綜上，多項(xiàng)式函數(shù)y=0.326 5x2+3.046 3x+2.617 7擬合效果佳。在頂葉病級(jí)為0～8級(jí)時(shí)，小麥產(chǎn)量單穗損失率隨頂葉病級(jí)程度的增加呈曲線增長(zhǎng)(圖1)。

表4 不同頂葉病級(jí)下川麥42單穗產(chǎn)量損失的回歸分析

圖1 頂葉不同病級(jí)與平均單穗損失率各擬合曲線

2.4 小麥關(guān)鍵期病情與小麥損失率的關(guān)系

分別對(duì)拔節(jié)期、抽穗期、揚(yáng)花期以及灌漿期普遍率、嚴(yán)重度病情指數(shù)和小區(qū)產(chǎn)量、產(chǎn)量損失率做相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，在4個(gè)時(shí)期的病情指數(shù)中，川麥42產(chǎn)量最為相關(guān)的是揚(yáng)花期病情，相關(guān)系數(shù)為-0.987；川麥42產(chǎn)量損失率最為相關(guān)的是揚(yáng)花期病情，相關(guān)系數(shù)為0.987，得到關(guān)鍵期病情與小區(qū)產(chǎn)量損失率擬合曲線：y=-0.251 7x2+ 11.824x-35.473(R2=0.975 8)。表明，揚(yáng)花期病害程度與產(chǎn)量和產(chǎn)量損失率最為相關(guān)，隨著揚(yáng)花期病害指數(shù)上升，產(chǎn)量下降，產(chǎn)量損失率增大。

2.5 感染小麥條銹病的產(chǎn)量

由表5可見，川麥42產(chǎn)量在殺菌劑濃度為常規(guī)量50%和常規(guī)量25%時(shí)無顯著差異，殺菌劑各濃度組與對(duì)照間差異均顯著。產(chǎn)量在常規(guī)量100%時(shí)最大，說明防治效果最佳。施藥濃度常規(guī)量100%時(shí)產(chǎn)量反而有所下降。施藥量為0～100%時(shí)產(chǎn)量隨著施藥量的增多而增加，產(chǎn)量損失率隨著施藥量的增加而減少。

表5 川麥42的產(chǎn)量及其產(chǎn)量損失率

2.6 小麥條銹病的經(jīng)濟(jì)閾值(ET)

防治費(fèi)用按人工和藥劑費(fèi)用14元/667m2，效益因子一般為2，小麥單價(jià)2.2元/kg；根據(jù)小區(qū)實(shí)測(cè)產(chǎn)量與病情的擬合，可得到未發(fā)生病害時(shí)川麥42的產(chǎn)量為329.053 kg/667m2，防治效果為88.26%，計(jì)算可得出川麥42經(jīng)濟(jì)允許損失水平為4.395。

2.6.1 基于國(guó)外ET模型制定經(jīng)濟(jì)閾值 在只考慮施藥挽回的損失，對(duì)其環(huán)境的影響考慮最小時(shí)，CF取值為2(取值在1～2)，其他地區(qū)根據(jù)實(shí)際情況考慮。

根據(jù)川麥42線性函數(shù)y= 0.087 8x-0.265 7(R2=0.974 9，F(xiàn)=737.722 0，P<0.01)，R=0.087 8，SC=0.235 3，得到川麥42的經(jīng)濟(jì)閾值為病情指數(shù)2.128。

2.6.2 基于國(guó)內(nèi)ET模型制定經(jīng)濟(jì)閾值 在只考慮施藥挽回的損失，對(duì)其環(huán)境的影響考慮最小時(shí)，p為生態(tài)效應(yīng)指數(shù)取為2(p取值為1～2)。

根據(jù)關(guān)鍵期病情與產(chǎn)量損失率的關(guān)系，川麥42為多項(xiàng)式函數(shù)y=-0.251 7x2+11.824x-35.473(R2=0.975 8)，得到川麥42的經(jīng)濟(jì)閾值為病情指數(shù)3.217。

3 討論

在小麥條銹病預(yù)防過程中，選擇抗病品種是預(yù)防小麥條銹病最經(jīng)濟(jì)、最高效的途徑之一。但小麥抗病品種經(jīng)常由于條銹菌毒性突變或喪失抗病性而成為易感品種，嚴(yán)重影響產(chǎn)量。同時(shí)由于小麥品種育成周期長(zhǎng)，條銹病新生理小種的產(chǎn)生與發(fā)展速度快，化學(xué)藥劑預(yù)防仍為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上預(yù)防小麥條銹病最主要的手段之一。

該試驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)是利用人工接菌法研究小麥條銹病對(duì)產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量損失的影響，擬合頂葉葉片病級(jí)與單穗重?fù)p失率的曲線模型以及關(guān)鍵期病情與小麥小區(qū)產(chǎn)量損失率的曲線模型?；谶x定的防治藥劑、小麥價(jià)格和防治成本等因素，利用2種經(jīng)濟(jì)閾值模型制定條銹病的經(jīng)濟(jì)閾值。針對(duì)小麥單穗產(chǎn)量損失率和頂葉葉片病級(jí)的關(guān)系曲線擬合，以及小麥小區(qū)產(chǎn)量損失率和關(guān)鍵期病情的關(guān)系曲線擬合均是以多項(xiàng)式函數(shù)擬合關(guān)系最優(yōu)。小麥單穗產(chǎn)量損失率與頂葉葉片病級(jí)的曲線擬合發(fā)現(xiàn)，除多項(xiàng)式函數(shù)外，其他函數(shù)主要是頂葉葉片高病級(jí)時(shí)，數(shù)據(jù)偏差較大，頂葉葉片低病級(jí)時(shí)擬合即可。

目前，國(guó)內(nèi)針對(duì)小麥條銹病的經(jīng)濟(jì)閾值根據(jù)Chiang等提出的經(jīng)濟(jì)模型制定的危害損失曲線是直線。許多研究表明，植物病害對(duì)作物的危害還受其本身密度的制約，當(dāng)超過一定種群密度后，鑒于其種間競(jìng)爭(zhēng)、種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，損失曲線不一定是直線，還可能有冪函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)和指數(shù)函數(shù)等[17-21]。在植物病蟲草害防治中，經(jīng)濟(jì)閾值的良好運(yùn)用具有重要作用。談孝鳳等[15]研究了在自然發(fā)病條件下(即無人工接菌)小麥病葉率和頂葉嚴(yán)重度與小麥產(chǎn)量損失和經(jīng)濟(jì)閾值的關(guān)系，其病葉率、頂葉嚴(yán)重度與小麥產(chǎn)量損失呈線性關(guān)系；王澍等[16]研究在人工接菌條件下3種抗感性不同的小麥品種受稈銹病侵染后的經(jīng)濟(jì)閾值。因此，研究借鑒上述研究結(jié)果，采用人工接菌法研究小麥單穗產(chǎn)量損失率與頂葉病級(jí)的關(guān)系，并制定小麥品種受條銹病侵染后的經(jīng)濟(jì)閾值。試驗(yàn)研究選取四川主栽的小麥品種，試驗(yàn)未涉及到與白粉病、稈銹病和蚜蟲等多種病害的復(fù)合經(jīng)濟(jì)閾值，畢竟同一時(shí)期會(huì)有多種因素對(duì)產(chǎn)量造成影響。但關(guān)于銹病(條銹病、稈銹病和葉銹病等)對(duì)小麥產(chǎn)量復(fù)合危害的損失和經(jīng)濟(jì)閾值有待進(jìn)一步研究，制定的復(fù)合經(jīng)濟(jì)閾值可能對(duì)防治這些病害有較好的指導(dǎo)作用，得到的經(jīng)濟(jì)閾值思路與方法可為復(fù)合經(jīng)濟(jì)閾值提供研究方向與理論支持。

4 結(jié)論

殺菌劑15%三唑酮可濕性粉劑常規(guī)量100%田間防治小麥條銹病的效果最佳，小麥產(chǎn)量最高，且與對(duì)照差異顯著。在一定小麥條銹病發(fā)生程度內(nèi)，人工接菌法擬合的小麥單穗產(chǎn)量損失率與頂葉病級(jí)曲線以多項(xiàng)式函數(shù)最佳，小麥小區(qū)產(chǎn)量損失率與關(guān)鍵期病情擬合曲線也以多項(xiàng)式函數(shù)最佳。小麥產(chǎn)量損失率隨著條銹病發(fā)生程度嚴(yán)重而呈曲線升高?；?種經(jīng)濟(jì)閾值模型計(jì)算條銹病的經(jīng)濟(jì)閾值，依據(jù)Chiang模型[23]制定得到川麥42的經(jīng)濟(jì)閾值為病情指數(shù)2.128，依據(jù)丁巖欽模型[23]制定得到川麥42的經(jīng)濟(jì)閾值為病情指數(shù)3.217。