基于气象因子的广东早稻穗颈瘟发生面积的预测

黄珍珠，杜尧东，黄德超，钟宝玉

（1.广东省气候中心，广东广州 510080；2.广东省农业有害生物预警防控中心，广东广州 510500）

稻瘟病是一种水稻真菌性病害，是我国水稻重要病害，稻瘟病流行年份一般减产10% ～20%，严重的达40% ～50%［1]。根据稻瘟病为害时期和发病部位可将其分为不同类型的瘟种，分别为苗瘟、叶瘟、节瘟、穗颈瘟、谷粒瘟等，穗颈瘟一般发生在出穗后，以破口抽穗期为关键期，造成秕谷、霉病等现象，对水稻的产量及品质有严重影响［1-2]。稻瘟病的流行需要具备的条件：易感的水稻品种、稻瘟病菌群及适宜致病环境气象因子［3-4]。在品种、栽培条件和病菌小种变化不大的情况下，不同年份病害发生轻重主要受气象条件的影响［1]。在稻瘟病与气象条件的关系［5-8]以及稻瘟病气象等级预报方面［2，9]均已有诸多研究，但受各地气候、水稻物候期、主导品种等的差异影响，不同地理区域、不同发生时期、不同为害部位的稻瘟病与气象条件的关系不尽一致，致使各种预报模型在异地的适用性有限［10]。近年来，促病气象指数在稻瘟病发生发展预测中得到广泛应用并取得较好效果［11-12]。

广东利用促病气象指数对水稻纹枯病发生的气象等级监测和预报方法也进行了研究［13]，但对稻瘟病的发生发展与气象条件的关系及预报等研究尚未见报导。稻瘟病是广东水稻重要病害，给广东水稻生产造成严重威胁。据全国植保专业统计，2011—2018年，广东稻瘟病平均年发生面积约30.6万hm2次，平均年损失稻谷为2 583.6万kg，严重年份损失稻谷达3 953.4万kg。研究气象因子对稻瘟病病情发展的影响，开展稻瘟病发生面积预报，可为广大农民和农业生产部门提供及时的信息服务，对保障粮食安全、促进农民增收具有现实意义。

本研究借鉴大量学者的研究成果［9-12，14]，从水稻稻瘟病发病的生态学特性出发，选取主要影响稻瘟病的气象因子，构建促病气象指数作为综合因子对广东省早稻穗颈瘟的发生面积进行预测。

1 资料与方法

1.1 资料来源

本研究的稻瘟病资料来源于广东省农业有害生物预警防控中心，资料观测记录标准是按照行业标准GB／T 15790-2009进行观测记载。根据资料的完整性以及区域性，选取广东西南部的阳春市和高州市、东南部的龙门县、北部的紫金县。资料年代，阳春为2009—2018年，高州、紫金为2010—2019年，龙门为2011—2019年（其中2015年资料缺失）。病害资料主要有各市县每5 d观测的早稻发育期、稻瘟病发生面积比率（%）及发生程度等数据。发生程度分级标准：1级为轻发生、2级为偏轻发生、3级为中等发生、4级为偏重发生、5级为重发生。

气象资料来源于广东省气象探测数据中心，取病害发生同期的各市县逐日气象要素资料，气象资料主要包括日平均气温、日平均相对湿度、日降水量、日照时数等。建立模型时用2009—2018年资料，2019年资料用做预测检验。由于阳春市没有2019年的资料，所以用西南部的信宜市资料替代做预测检验。

1.2 研究方法

1）病害资料处理。

广东早稻秧苗期由于气温较低，发病较少，至分蘖期间气温升高，加上前汛期雨水多，稻瘟病容易流行，因此，统计叶瘟时段是早稻分蘖期至孕穗期，统计穗颈瘟时段是抽穗始期至黄熟期，把各市县每年早稻分蘖期至孕穗期每5 d观测调查的叶瘟、抽穗始期至黄熟期每5 d观测调查的穗颈瘟发生面积比率（%）计算平均值；发生程度以最重时间段的发生程度作为一季早稻最终的发生程度。广东早稻分蘖发育期平均时间，西南部、东南部及中部分蘖期是4月下旬前期，北部是4月下旬后期［15]，因此，统计叶瘟开始时间，北部的紫金是4月25日起；阳春、高州和龙门是4月20日起；统计穗颈瘟开始时间按照观测点早稻抽穗始期实际时间进行。

2）气象资料处理。

（1）构建综合气象因子思路。

在稻瘟病的发生发展中，气象条件、寄主生长情况、病菌基数三者的影响缺一不可。稻瘟病是气象型病害，适宜的光、温、水条件利于稻瘟病的流行。具体来说，温度主要是影响水稻和病菌的生长发育，湿度则影响病菌孢子的形成、萌发和侵入，两者相互关联。病菌孢子产生的高峰，一般在适温范围内遇降雨或持续高湿；日照不足，稻株光合作用降低，碳水化合物的合成减少，稻株组织柔嫩，有利于病菌的侵入和病斑的扩展［1]。此外，研究发现稻瘟病的流行与水稻生长前期和中后期气象条件均有关系［2]，水稻生长前期出现的叶瘟，虽然对水稻生长影响有限，但适宜的气象条件可促使稻瘟病病菌的萌发、传播、侵染，增加病菌基数累积量，为后期稻瘟病在田间扩散蔓延，提供足够的菌源［16-17]。水稻生长中后期处于孕穗至抽穗灌浆期即为稻瘟病发生敏感期，在前期发病的基础上，适宜的气象条件有利于病菌大量繁殖和暴发，使穗颈瘟得到进一步发展和流行，对稻瘟病的大暴发起着至关重要的作用［18-19]。因此，利用前期适宜的气象条件作为影响穗颈瘟暴发程度的病菌基数，构造综合的稻瘟病促病气象条件指数，在水稻抽穗前作出预测，有利于各地提前采取有效的防治措施。

（2）处理方法。

从水稻稻瘟病发病的生理气象指标入手，筛选促病的气象条件指标，建立促使稻瘟病发生的气象条件促病指数，并与稻瘟病历史资料进行相关分析，再以促病气象指数作为综合因子，运用回归分析方法对穗颈瘟发生面积比率进行预测。

数据处理采用SPSS、Excel等软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 稻瘟病促病气象条件指数

1）促病气象指数建立。

适宜的气象条件是稻瘟病暴发流行的直接诱发因素，当气温在20～30℃、空气相对湿度90%以上、稻株体表保持一层水膜的时间达6～10 h的情况下，孢子最易萌发侵入，稻瘟病就容易发生［1，5]。广东早稻一般4月下旬进入分蘖期，5月底至6月上旬初开始孕穗，6月上旬中后期进入抽穗期［15]，为了在稻瘟病发病高峰期（抽穗期）前做出预报，所以确定计算促病气象指数时间段，东南部、西南部为4月21日到5月25日，北部为4月26日至5月31日。经过筛选以及稻瘟病的生物学意义，确定以下为促病气象指标：日平均气温20～30℃、日平均相对湿度≥90%、日照时数≤2 h、日降水量≥1 mm。当促病气象指标同一天同时满足时，就认为其达到适宜致病日数为1 d，考虑到当促病气象指标连续多日满足适宜致病条件时，其对稻瘟病发生程度的贡献不同，因此对不同连续达标日数给不同的权重（见表1），并定义稻瘟病促病气象指数（Z）。此外，考虑降雨强度对稻瘟病的影响，降水量多、降水强度大易造成早稻植株机械损伤，并对人为病害防控造成影响，因此考虑时段暴雨及大暴雨日数对稻瘟病的发生程度也有贡献。

根据以上分析，定义促病气象指数Z为

其中，a1为适宜致病日为1 d的权重系数；D1为适宜致病日为1 d的总个数；a2为适宜致病日为2 d的权重系数；D2为适宜致病日为2 d总个数；an为适宜致病日为nd的权重系数；Dn为适宜致病日为nd的总个数；R1为时段暴雨日数（d）；M1为暴雨系数，定义M1＝0.2；R2为时段大暴雨日数（d）；M2为大暴雨系数，定义M2＝0.6。

表1 稻瘟病促病气象指数权重系数

2）促病气象指数验证。

选取阳春、高州、紫金和龙门2009—2018年每年4—5月逐日气象资料，按照式（1），计算其促病气象指数（Z），Z与叶瘟发生面积比率（%）、穗颈瘟发生面积比率（%）、发生程度的相关系数分别是0.671 3、0.650 9、0.512 5，都通过了0.01显著性检验（图1），并且都是正相关，说明Z的大小能反映稻瘟病病情发展情况，Z大说明稻瘟病发生面积比率大、发生程度也重，因此，可以选择Z作为气象条件的综合因子对稻瘟病病情发展进行预测。

图1 穗颈瘟发生面积比率与促病气象指数的关系

2.2 穗颈瘟发生面积预报

1）发生面积比率预测模型建立。

由2.1节分析可知，早稻生长前期的促病气象指数与穗颈瘟发生面积比率有明显的相关，因此，建立穗颈瘟发生面积比率预测模型时以促病气象指数（Zi）为自变量，穗颈瘟发生面积比率（Yi）为因变量，采用一元回归分析法，建立Yi与Zi（i为年份）的回归方程为

其中，式（2）为广东省早稻穗颈瘟发生面积比率预测模型，该方程复相关系数r＝0.664，回归平方和U＝117.754，残差平方和Q＝149.590，F＝25.977；自变量因子个数m＝1，因变量样本数n＝35；经F检验，Fα＝0.01＝7.471，由于F＞Fα＝0.01，所以预测模型（2）通过F0.01显著性水平检验。

2）发生面积比率预测模型回代检验。

把阳春、高州、紫金和龙门2009—2018年每年促病气象指数（Zi）分别带入到预测方程（2），计算结果见表2，可以看出35个样本预测穗颈瘟发生面积比率与实际值误差绝对值≤2%的准确率为86% ，取得较好的预测效果。图2是代表站高州及紫金早稻穗颈瘟发生面积比率预测模型预测结果与实况对比，从图2中也可以看出，仅仅是紫金站2014年模型预测结果与实况值对比偏高3.3%，两站其余年份模型预测结果与实况值对比误差绝对值都＜2%，预测效果较好。

表2 穗颈瘟发生面积比率回代检验

图2 高州和紫金站早稻穗颈瘟发生面积比率模式拟合预测结果与实况对比

3）发生面积比率预测实例检验。

利用模型（2）对2019年穗颈瘟发生面积比率进行延伸预测。计算紫金2019年4月26日至5月31日，高州、信宜和龙门2019年4月21日到5月25日稻瘟病促病气象指数，然后分别代入模型（2）进行计算，计算结果如表3，从表3看出，误差范围是0.1% ～1.1%，取得了较好的预测效果。

表3 穗颈瘟发生面积比率实例检验

4）发生面积预测可行性应用。

设穗颈瘟发生面积为Si，某地早稻种植面积为Mi，则

其中，Zi为i年分蘖到拔节期促病气象指数；Mi为i年某地早稻种植面积（早稻种植后此数为已知数，单位：km2），西南部、东南部及中部地区每年于5月26日、北部地区6月1日（早稻孕穗期前）就可以对穗颈瘟发生面积做出预测，及时进行防治。或者于5月下旬初，结合后期天气预报中准确率较高的72 h天气预报产品，计算促病气象指数，提早对穗颈瘟发生面积发布预测预警。

3 结论

1）从水稻稻瘟病发病的生态学特性出发，筛选出满足稻瘟病病菌侵入寄主的气象因子条件，即早稻稻瘟病发生发展的促病气象指标：日平均气温20～30℃、日平均相对湿度≥90%、日照时数≤2 h、日降水量≥1 mm。

2）构建早稻稻瘟病发生发展的气象条件促病指数，在相关分析的基础上，以促病气象指数作为综合因子建立了穗颈瘟发生面积比率预测模型。

3）穗颈瘟发生面积比率预测模型经过历史回代检验与试预报表明，该方法科学可行，且计算简单，可提早于早稻抽穗前发布穗颈瘟发生面积预测预警。

稻瘟病的发生和发展除受气象因素影响外，还受病菌基数、病菌生理小种、水稻品种抗病性、栽培管理技术等多种因素的影响［1]，本研究仅从气象角度对早稻穗颈瘟发生面积比率进行预测，与穗颈瘟实际发生面积比率有一定的差别是正常合理的。在实际应用中，可结合其它因素综合考虑穗颈瘟发生面积比率情况，开展相关的农业气象业务和服务。本研究是初步探讨，模式的效果还有待在实际业务、服务中进一步检验和完善。