中国马铃薯晚疫病监测预警系统“China－blight”的组建及运行

胡同乐， 张玉新， 王树桐， 杨军玉， 张 瑜， 曹克强＊

（1.河北农业大学植物保护学院，保定 071001； 2.河北农业大学信息科学与技术学院，保定 071001）

马铃薯作为第4大粮食作物，广泛分布于150多个国家和地区，全球种植面积达2 000万hm2，总产量达3亿t［1－2］。目前，中国已成为世界上马铃薯生产第1大国，常年种植面积约530多万hm2，年产量近7 500万t，占世界总种植面积和产量的1／4［1］。由致病疫霉［Phytophthorainfestans（Mont.）de Bary］引起的马铃薯晚疫病曾于1845年在爱尔兰大流行，造成了著名的“爱尔兰大饥荒（Irish potatofamine）”［3］，目前在世界各马铃薯主产区均有发生和流行［4－5］，其危害性、防治难度及对社会造成的影响，已超过稻瘟病和小麦锈病，成为全球第1大作物病害，据估计，全球每年因晚疫病造成的经济损失（直接损失和药剂花费）高达30～50亿美元［6－7］。

由于生产上应用的品种多不抗病，国内外主要依靠化学防治控制该病危害，为了减少用药次数提高防效，欧美一些发达国家在多年对晚疫病流行预测研究的基础上［8］，开始研制并使用预警系统（warning system，又称决策支持系统decision support system，DSS）为生长季马铃薯晚疫病的化学防治时机、次数和药剂种类及剂量的确定提供参考。目前，在欧洲主要应用的DSS有11个［9］，我国在这方面远落后于欧美发达国家。近年来随着我国马铃薯产业的蓬勃发展，对晚疫病监测预警系统的需求越来越强烈，信息技术的发展和互联网的普及也为预警系统的组建和运行提供了契机。在这种背景下，作者借鉴国内外该领域的最新发展成果，结合多年对马铃薯晚疫病流行规律的研究，借助信息和互联网技术设计并组建了“中国马铃薯晚疫病监测预警系 统 （China－blight）”，其 域 名 为 www.chinablight.net，自2008年6月开始运行，现将其系统架构及功能介绍如下。

1 系统结构设计

中国马铃薯晚疫病监测预警系统的总体结构设计如图1所示，系统主要包括“中国晚疫病实时分布”、“未来48 h不同区域晚疫病菌侵染危险性预测”和“晚疫病化学防治决策支持系统”等3个子系统，此外还提供“晚疫病防治方法”、“品种抗病性”、“化学药剂库”、“其他病虫害”、“问题与经验交流”和“用户田间管理电子档案”等信息与服务功能。

系统采用B／S三层（浏览器、WEB服务器、数据库）开放式互联架构，此架构可以保证用户不受空间、时间的限制。用户只需使用一台能够连接internet的电脑，就可以在任意时间、任意地点发布和获取疫情信息，保证了疫情信息的实时性和连续性。选取JSP网络编程语言进行开发，保证了系统的延展性、可维护性和跨平台性，使系统可以部署在包括Windows、Unix等多种操作系统上。同时，在数据库设计时使用Rational Rose 2007作为设计平台，使工作效率和代码质量得到了成倍的提高。

图1 中国马铃薯晚疫病监测预警系统的总体结构

2 系统的主要功能及其实现

限于篇幅，主要针对“中国马铃薯晚疫病实时分布”、“未来48 h不同区域晚疫病菌侵染危险性预测”和“晚疫病化学防治决策支持系统”等3个子系统的功能及其实现作一介绍。

2.1 中国马铃薯晚疫病实时分布子系统的功能及其实现

图2是“中国马铃薯晚疫病实时分布”子系统的主页面，中国地图上的红色圆点表示已经发现晚疫病的地点，全国任一监测地点提交疫情报告后，系统自动确定该地点在地图上的坐标，而后在该点显示红色，可以实时更新。如果将鼠标停留在红色圆点的位置，屏幕就会弹出该疫情所在的具体地址、发病时间和发病程度等详细信息。地图左边的“最新疫情播报”一栏滚动播报全国范围内最新报告的晚疫病疫情的地点和日期。地图下面列表中省（直辖市或自治区）名称后面括号中的数字表明此时该省（直辖市或自治区）已报告的疫情总数，点击任一省（直辖市或自治区）的名称或点击上方中国地图中该省（直辖市或自治区）所对应的区域，系统就会链接至该省（直辖市或自治区）的“疫情实时分布图”（图未给出）。点击任一市（盟或自治州）的名称，系统就会链接至该市（盟或自治州）“马铃薯晚疫病发病一览表”，将该区域范围内已发现的疫情详细信息（发病地点、发病时间和发病程度等）一一列出，以便用户了解已发现疫情的数目、地点、发现日期和发生程度等（图未给出）。

上述所有功能的实现都由系统程序自动完成，并且可以实时更新。

图2 “中国马铃薯晚疫病实时分布”子系统主页面

2.2 未来48 h不同区域晚疫病菌侵染危险性预测子系统的功能及其实现

在马铃薯生长季，系统运行中心根据中央气象台的天气预报，结合我国马铃薯种植区域分布以及适宜马铃薯晚疫病菌大量侵染的天气条件，每天人工绘制一幅“未来48 h中国马铃薯晚疫病侵染预测图”（图3）。对于未来48 h天气条件非常适合马铃薯晚疫病菌侵染的马铃薯种植区域，在地图中以红色表示；对于未来48 h天气条件接近适合马铃薯晚疫病菌侵染的马铃薯种植区域，在地图中以黄色表示；其他区域未来48 h不适合晚疫病菌的侵染。

天气条件是否适宜晚疫病菌的侵染，主要依据曹克强在瑞士期间所建立的晚疫病菌大量侵染的条件进行判断［10］：如果未来48 h温度在10～20℃，且其中一天有降雨（中到大雨）或连续两天之内都有小雨，则该时段天气条件非常适合晚疫病菌产孢和侵染（显示为红色区域）；如果未来48 h内，温度在10～20℃，只有一天有小雨，则该天气条件接近适合晚疫病菌产孢和侵染的条件（显示为黄色区域）。

2009年我国北方马铃薯一作区晚疫病发生危害关键时期（6－7月）“China－blight系统”共绘制和发布“未来48 h中国马铃薯晚疫病侵染预测图”40幅，针对黑龙江克山等5个地点（这些地点生长季节相近，并且有协作研究人员进行晚疫病发生情况调查）对这40幅预测图进行的统计，并与田间病害实际发生程度进行对比，结果（表1）表明，在此期间黑龙江克山、吉林梅河口和吉林汪清县分别预测出现危险性天气条件（非常适合晚疫病菌侵染或接近适合晚疫病菌侵染）17、16次和14次，田间晚疫病发生程度均为中等偏重；而河北张北和围场分别出现预测危险性天气条件6次和7次，田间晚疫病基本未发生或发病极轻。这一结果也充分说明尽管晚疫病的发生与各地所栽品种的抗病程度及田间菌源多少有密切关系，但天气条件无疑是决定田间病害发生程度的最重要因素。因此，系统所绘制和发布的“未来48 h中国马铃薯晚疫病侵染预测图”与病害发生的实际程度吻合度较高。

图3 “未来48 h不同区域晚疫病菌侵染危险性预测”子系统页面

表1 China－blight发布的“未来48中国马铃薯晚疫病侵染预测图”与病害实际发生程度对比（2009）1）

2.3 马铃薯晚疫病化学防治决策支持系统的功能及其实现

上述“未来48 h中国马铃薯晚疫病侵染预测图”（图3）是根据中央气象台的“全国天气预报”绘制的，因此只能宏观地反映全国各大区域范围内晚疫病菌侵染的危险程度。如想了解某一具体地点（或某一田块）是否适合晚疫病菌侵染、是否需要对晚疫病进行化学防治，则需要系统提供更具针对性的预测和建议，基于此目的设计了“马铃薯晚疫病化学防治决策支持系统”（图4）。该系统是基于晚疫病的流行规律和生长季晚疫病菌大量侵染的天气条件［10］，根据病虫害防治决策支持系统的设计原理而设计［11］。针对某一田块的具体情况，用户只需选择性点击相应的信息（生育期、品种抗病性、地块周围晚疫病发生情况、本地近期天气情况和近期针对晚疫病的用药情况等），系统就会根据这些信息给出相应的预测结果和建议，为该田块的马铃薯晚疫病化学防治提供参考。

图4 “马铃薯晚疫病化学防治决策支持系统”子系统主页面

3 系统建成以来的运行情况、存在问题及未来发展趋势

系统自2008年6月投入运行以来，2008年收到来自四川、黑龙江、贵州、吉林、内蒙古、宁夏、陕西、云南、重庆和山东等省、市或自治区的晚疫病疫情报告64个，系统收到这些疫情报告后，实时自动地将其在“中国马铃薯晚疫病实时分布图”中显示，为其他用户掌握晚疫病的田间分布和发生动态提供了依据；在马铃薯生长季每天绘制一幅并及时发布“未来48 h全国马铃薯晚疫病侵染预测图”，至今共发布近300幅；共撰写并发布“马铃薯晚疫病预警系统简报”14期，及时向全国马铃薯主产区科研和生产一线技术人员通报了晚疫病发生情况，累计近2 800人次直接收到了本简报，其中一些人员又将简报转发给当地的其他人员，使预警信息得到更广泛的普及。

该预警系统的运行目前存在的主要问题表现在监测网络还不健全，从国外类似系统的运行来看，每个系统都有一个“晚疫病疫情监测报告人员网络”，该人员网络由农业科技推广人员、农业科技顾问、农业科研人员和农场主等构成，例如英国晚疫病预警系统（Fight Against Blight）的“晚疫病疫情监测报告人员网络”由300人组成，这些人员分布于英国所有的马铃薯种植区，因此可以对生长季晚疫病的田间分布和发生动态做到全面监测［12］。比较而言，我们在这方面还有不小的差距，现在我们已具备了预警系统的网络平台，但我们的“晚疫病疫情监测报告人员网络”才刚刚起步，还需要马铃薯产业界各方面的共同努力，建设一个覆盖全国主要马铃薯产区的“晚疫病疫情监测报告人员网络”，这些人员可以是科研人员、推广人员、马铃薯生产企业、农民协会和种植大户等。这些人员在马铃薯生长季对本地区晚疫病的发生情况进行观察，利用“中国马铃薯晚疫病监测预警系统”这一平台实现“田间晚疫病实时分布”的信息共享、相互预警，使我国马铃薯晚疫病的监测和预警水平提升到一个更高的层次。

未来“中国马铃薯晚疫病监测预警系统”的发展还需要与手机短信相结合，目前我国的互联网和电脑远不如手机普及，因此在现有“中国马铃薯晚疫病监测预警系统（China－blight）”互联网平台的基础上，进一步建立和完善手机短信平台，可以方便用户通过手机短信进行疫情的报告与接收，使之更贴近生产者，更有效地服务于晚疫病的监测预警，指导种植者对晚疫病进行有效预防和控制。除此之外，建立相应的手机上网浏览网页也是未来的一个发展方向，这样可使手机用户通过网络及时浏览“晚疫病实时分布”、“未来48 h不同区域晚疫病菌侵染危险性预测”，还可以通过使用“晚疫病化学防治决策支持系统”指导对晚疫病进行有效防控。

［1］屈冬玉，谢开云，金黎平，等.中国马铃薯产业与现代农业［M］∥陈伊里，屈冬玉.马铃薯产业与现代农业.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2007：1－8.

［2］危朝安.在2008年中国马铃薯大会上的讲话［J］.中国马铃薯，2008，22（2）：65－67.

［3］The Irish potatofamine and the birth of plant pathology［EB／OL］.http：∥www.apsnet.org／online／feature／lateblit／chapter1／top.htm.

［4］Fry W E，Goodwin S B.Resurgence of the Irish potatofamine fungus［J］.BioScience，1997，47：363－371.

［5］Fry W E，Goodwin S B.Re－emergence of potato and tomato late blight in the United States［J］.Plant Disease，1997，81（12）：1349－1357.

［6］Judelson H S，Blancof A.The spores of Phytophthora：weapons of the plant destroyer［J］.Nature Reviews Microbiology，2005，3：47－58.

［7］Haldar K，Kamoun S，Hiller N L，et al.Common infection strategies of pathogenic eukaryotes［J］.Nature Reviews Microbiology，2006，4：922－931.

［8］孙茂林，李树莲，赵永昌，等.马铃薯晚疫病预测模型与预警技术研究进展［J］.植物保护，2004，30（5）：15－19.

［9］DSSs for the control of late blight in potatoes in Europe［EB／OL］.http：∥www.euroblight.net／EuroBlight.asp.

［10］Cao K Q，Ruckstuhl M，Forrer H R.Crucial weather conditions forPhytophthorainfestans.A reliable tool for improved control of potato late blight［C］.Proceedings of the first workshop on the European network for development of an integrated control strategy of potato late blight.Lelystad，The Netherlands，1996，Special PAGV－report 1（issn：1386－3126）：85－90.

［11］刘书华，王爱茹，邝朴生，等.面向果园的苹果、梨病虫害防治决策支持系统［J］.植物保护学报，2000，27（4）：302－306.

［12］Fight against blight［EB／OL］.http：∥www.potato.org.uk／department／knowledge＿transfer／fight＿against＿blight／index.html.