农作物病虫发生级别与自然危害损失率关系辨析

李春广，刘梦泽，汤金仪，姜玉英，赵中华，沈佐锐，程登发

（1.全国农业技术推广服务中心，北京 100125；2.湖北省孝感市植保站，孝感 432000；3.中国农业大学农学与生物技术学院，北京 100193；4.中国农业科学院植物保护研究所，北京 100193）

农作物病虫发生级别与其对应的自然危害损失率的准确判定是病虫测报与危害损失评估的基础性工作。病虫发生级别的划分是基于各地各种病虫长期的历史发生量数据以及病虫危害损失率数据资料综合权衡后确定的。由于病虫种类繁多，在全国范围内获取、处理历史数据的手段有限，加之早期历史数据资料不够全面系统，过去许多病虫发生级别的制定存在着明显的缺陷，目前还有许多病虫尚无分级标准。关于病虫自然危害损失率与发生级别之间的关系纷争很多，我们沿用至今的1996年出版的植物保护统计手册认为病虫发生级别与其对应的自然危害损失率之间是线性关系，粮棉油作物病虫害的第5级损失率分别按25%、50%、30%计算，级差分别为5%、10%、6%［1］，如粮食作物病虫不防治时1～5 级自然危害损失率分别为5%、10%、15%、20%、25%，以5%的梯度等距线性变化。它会带来两方面的问题：一方面否认了同一作物不同病虫相同发生级别危害损失之间的差异性，另一方面夸大了病虫低级别的危害损失率。目前病虫测报技术规范中，部分病虫产量损失模型有直线关系、指数关系和对数关系［2］，关系不统一。这给农作物病虫害发生程度准确分级以及病虫危害损失评估和分解带来许多问题，难以实施准确有效的数学运算，必须科学化、规范化。

1 病虫最高发生级别（5级）的一般平均自然危害损失率

2013年，全国农技推广服务中心在全国县级范围内征集了不同农作物病虫5 级发生水平时的一般平均自然损失率数据Sz5，涉及300 多种病虫害，共收集到1 248 个县市的上报数据，占全国总县数的43.6%，几乎一半的县级植保部门参加了此次调查。通过软件筛选、综合汇总分析各地的试验与历史经验数据，大多数病虫5级发生时的一般自然危害损失率在15%～45%之间。客观上证实了相同发生级别的不同病虫危害损失之间存在差异性。根据征集的不同病虫的5级自然危害损失率数据来确立病虫5 级发生量指标，才能使最高发生级别（5级）与其相对应的自然危害损失率准确对应，使测报标准的发生级别与实际情况不至于脱节。例如，2006 年出版的《农作物有害生物测报技术手册》中定义，稻飞虱5 级发生量标准为自然损失率大于7%，或加权平均百丛虫量超过1 600 头［3］，这与在全国范围征集的长江流域稻飞虱5 级发生的平均自然损失率40.8%差距很大。

2 病虫内部发生级别之间自然危害损失率的关系

农作物病虫害发生级别是依据各地各种病虫长期的历史发生量数据和危害损失率综合权衡后确定的，其中危害损失率是确定病虫发生级别的基础性依据。病虫5级发生量水平确定后，再依据一定的危害损失关系确定1～4级发生量水平。作为确定病虫发生级别的危害损失，不同级别之间应该存在统一规范化的量化关系。不同病虫5级自然危害损失率通过在全国范围内征集获取后，各病虫内部发生级别之间的关系也必须明确。2014 年2 月28日，全国农业技术推广服务中心在北京组织召开了核心专题会议，中国农业大学沈佐锐教授、中国农业科学院植物保护研究所程登发研究员、全国农业技术推广服务中心测报处、防治处、标准信息处全体领导和专家，以及部分2009-2014年参加全国农作物病虫危害损失评估试验的重点基层植保站技术人员参会。会议一方面明确了相同发生级别的不同病虫危害损失存在着差异性，另一方面明确了生产中主要农作物病虫的发生量与自然危害损失率之间的纯理论关系为逻辑斯蒂曲线（即S曲线）。由于农作物病虫5 级发生的自然危害损失率大多在15%～45%之间，病虫自然危害损失率与发生级别的关系处于逻辑斯蒂曲线前半段，近似为指数曲线［4］。考虑到病虫2级发生水平时，发生程度接近防治经济阈值，自然损失率为3%左右，大约1%～5%之间，综合权衡拟合后，同一病虫相邻发生级别与对应的自然危害损失率近似为倍率关系。

3 病虫发生程度的一般定性分级标准

在农作物病虫测报工作实践中，病虫测报技术人员对病虫发生程度1～5级的定性分级标准为：1级为轻发生，零星见病虫，不需要化学防治，作物无明显受害损失；2级为中等偏轻发生，病虫发生量达防治经济阈值水平左右，通过农艺和保护天敌等措施可控制危害，不防治可造成零星危害；3级为中等发生，病虫不防治时会造成明显损失（部分危害较轻的病虫3级发生量也只是防治经济阈值水平左右）；4级为中等偏重发生，需要重点普防，病虫不防治时会造成较重损失；5 级为大发生，需要大面积普防，病虫不防治时会造成严重损失。

4 病虫1～5级相邻发生级别间自然危害损失率为倍率指数曲线关系

在实际工作中，基层病虫测报技术人员对病虫发生级别的划分，一方面依据发生量指标，另一方面存在着明显的历史经验感知比较。人们对许多信息的感知与强度呈对数关系，如人们对声音强弱的感觉与声强的对数成正比，对亮度的感觉与光强的对数成正比，即等级与强度为指数曲线关系。

病虫发生级别有5个等级，本身容许有一定的偏差范围。综合以上多方面考虑，可以确定病虫发生级别与自然危害损失率为倍率指数曲线关系，这种关系统一规范化后，可大大简化病虫危害损失评估和分解的计算处理，使病虫损失评估和计算能达到实用化程度，这时病虫n级自然危害损失率Szn计算公式如下：

5 指数曲线与逻辑斯蒂曲线两种计算自然危害损失率方法之比较

如果某病虫5级自然危害损失率为40%，则4级自然危害损失率Sz4＝40%×24-5＝20%，3、2级自然危害损失率分别为10%、5%；如果5级自然危害损失率为20%，则4、3、2级自然危害损失率分别为10%、5%、2.5%，该病虫3级发生水平接近防治阈值水平。

n级自然危害损失率Szn的两种计算比较。设定逻辑斯蒂曲线与指数曲线两者的Sz5和Sz3相等，进行曲线拟合。

Sz5＝40%时（Sz3＝10%），n级自然危害损失率Szn的逻辑斯蒂曲线计算公式：

Sz5＝30%时（Sz3＝7.5%），n级自然危害损失率Szn的逻辑斯蒂曲线计算公式：

Sz5＝20%时（Sz3＝5%），n级自然危害损失率Szn的逻辑斯蒂曲线计算公式：

式中参数a的值取决于病虫的Sz5，参数b表示病虫自然危害损失率的内禀增长能力，每个病虫出现2个参数a和b，如果直接引用此公式会带来巨量的计算，难以实用化。

Sz5＝40%时，n级自然危害损失率Szn指数曲线计算公式为Szn＝Sz5×2n-5。

2种计算方式的结果与图示分别见表1和图1。Sz5为30%和20%的2种计算结果与图示分别见表2～3、图2～3。

表1 Sz5＝40%、Sz3＝10%逻辑斯蒂曲线与指数曲线计算的自然危害损失率比较Table 1 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝40%、Sz3＝10%）

图1 Sz5＝40%、Sz3＝10%逻辑斯蒂曲线与指数曲线计算的自然危害损失率比较Fig.1 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝40%、Sz3＝10%）

表2 Sz5＝30%、Sz3＝7.5%逻辑斯蒂与指数曲线计算的自然危害损失率比较Table 2 Comparison of natural loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝30%、Sz3＝7.5%）

图2 Sz5＝30%、Sz3＝7.5%逻辑斯蒂曲线与指数曲线计算的自然危害损失率比较Fig.2 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝30%、Sz3＝7.5%）

表3 Sz5＝20%、Sz3＝5%逻辑斯蒂与指数曲线计算的自然危害损失率比较Table 3 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝20%、Sz3＝5%）

从表1～3，图1～3可以看出，指数曲线与逻辑斯蒂曲线计算的1～5级自然危害损失率曲线高度吻合。采用指数曲线公式Szn＝Sz5×2n-5计算n级自然损失率Szn可大大简化计算过程，也便于直观理解。当病虫发生程度达到历史罕见的特大暴发水平时，自然危害损失率处于高水平，病虫自然危害损失率处于逻辑斯蒂曲线后半段，如果这时将病虫发生级别定义为6级代入公式Sz6＝Sz5×26-5进行计算会有明显偏差，经综合权衡计算对比平均后，可将发生级别定义为5.7级代入公式Sz5.7＝Sz5×25.7-5进行计算，会得到较准确的结果。

图3 Sz5＝20%、Sz3＝5% 逻辑斯蒂与指数曲线计算的自然危害损失率比较Fig.3 Comparison of natural hazards loss rates calculated by logistic curve and exponential curve（Sz5＝20%、Sz3＝5%）

6 试验验证

2009-2014年，全国农业技术推广服务中心在全国不同生态区域陆续安排了农作物重大病虫草危害损失评估试验工作，广泛开展农作物病虫草危害损失评估方法的探索和实践。通过各地大量的试验和会商，不断完善和改进，最终决定在全国县级范围内征集了不同农作物病虫5级发生水平时的一般平均自然损失率数据Sz5，并确定病虫1～5级相邻发生级别间自然危害损失率为倍率指数曲线关系。通过开发出的“农业有害生物危害损失测算系统”软件，对6年来全国多省市水稻、小麦、玉米、油菜、棉花、马铃薯等多种农作物的病虫危害损失评估试验数据进行分析验算，计算结果得到各试验单位的普遍认可。

［1］刘松林，王春波，王寿伦.植物保护统计手册［M］.北京：中国农业出版社，1996：235.

［2］全国农业技术推广服务中心.主要农作物病虫害测报技术规范应用手册［M］.北京：中国农业出版社，2010.

［3］全国农业技术推广服务中心.农作物有害生物测报技术手册［M］.北京：中国农业出版社，2006：136.

［4］沈佐锐.昆虫生态学及害虫防治的生态学原理［M］.北京：中国农业大学出版社，2009：404.