江苏省稻瘟病发生程度的气象等级预报

任义方��+高苹��+朱凤

摘要：为了更好地开展稻瘟病的防治工作，探明适宜稻瘟病发生、发展的气象条件和对应气象等级，利用江苏省67站的历史气象资料，分析稻瘟病流行年份、水稻生长前期和中后期的气候特征。同时，结合2014年江苏省稻瘟病发生实况，对其主要气象影响因子进行分析。并以江苏省宜兴和金坛为例，利用2005—2014年6—8月的常规气象资料和水稻稻瘟病的监测数据，在综合考虑气象条件、寄主生长情况、病菌基数之间相互关系的基础上，通过相关性分析，筛选出气象影响因子所对应的水稻关键生育期，利用最优化技术，构建综合稻瘟病指标，并确定稻瘟病发生程度气象等级，以判别稻瘟病发生流行的气象适宜度。经试用检验，综合稻瘟病指标对宜兴和金坛稻瘟病发生程度的平均预报准确率分别超过66.7% 和62.5%，判别效果较好，可以投入实际业务应用。

关键词：水稻稻瘟病；综合稻瘟病指标；气象等级预报；江苏省

中图分类号： S435.111.4+1；S165+.28文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0151-04

水稻作为江苏省第一大粮食作物，种植面积和籽粒产量分别占全省粮食面积的40%和总产量的60%，产量稳居全国第一。在气候变化的大背景下，稻瘟病作为水稻四大病害（另外3种水稻病害分别为水稻纹枯病、水稻稻曲病、水稻病毒病）之一，病害的发生情况与致灾条件趋于复杂化，危害水稻生长的地理范围不断扩大、程度逐步加剧。例如，2005—2007年、2013—2014年水稻稻瘟病在江苏省均有大面积发生，且程度偏重。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）。其中，叶瘟在整个生育期均能发生，在分蘖至拔节期为害较重；穗颈瘟主要发病于拔节至孕穗期，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的影响。此外，品种间发病差异大，经田间调查，华粳7号、扬粳4227、武运粳24、南粳9108等品种发病较重。

稻瘟病发生的强度、范围和持续时间与中小尺度气象要素存在着较为显著的关系，国内稻瘟病发生气象条件和预测预报研究始于20世纪90年代。关于气象因子如何影响稻瘟病发生、流行及危害的研究[1-3]均指出，适温高湿、连续阴雨寡照有利于稻瘟病菌的滋生繁殖，易导致稻瘟病的流行。刘志恒等在稻瘟病病菌与气象条件的关系等方面做了一些探讨，发现病菌对温度和湿度较敏感，为稻瘟病发生的气象预报机理研究奠定了基础[4]。目前对稻瘟病发生程度进行预测预警的研究主要可以分为两大类：一类是直接利用病害资料，建立统计模型进行预测；另一类将病害资料和气象资料相结合，通过建立气象条件与病害程度间的回归模型或结合致病气象条件直接构建指标等手段来得以实现。例如胡世录通过分析水稻主要病害的发生流行状况、原因，利用统计预测模型研究病害流行的波动周期和特征，并构建水稻病害发生率的时间序列预测模型[5]。辜晓青采用相关、逐步回归等统计分析的方法筛选具有指示性的气象等级指标，并进行稻瘟病病虫害气候区划[6]。郭瑞鸽等从稻瘟病病菌致病所要求的气象条件出发，构建天气促病指数来反映稻瘟病发生的适宜程度[7]。姚渝丽等从稻瘟病的发生机理出发，利用气象因子建立天气促病指数模型[8]。

目前，江苏省尚未涉足稻瘟病发生气象因素及农业气象预报方面的研究，为了今后更好地开展稻瘟病的预警服务工作，探明适宜水稻稻瘟病发生、发展的气象条件，本研究以宜兴和金坛为例，根据江苏省历年稻瘟病观测资料，综合考虑气象条件、寄主生长情况、病菌基数之间的相互关系，从致病条件出发，选取水稻关键生育期利于稻瘟病流行的气象因子，利用最优化技术，构建综合稻瘟病指标，判别稻瘟病发生、发展的气象条件适宜度等级，并利用发病实况进行预报准确率验证。

1资料与方法

1.1研究资料

水稻稻瘟病观测资料为宜兴和金坛2005—2014年的大面积普查情况（包括病穗率、发生面积），全省67个气象站从1959—2014年的逐日气象资料，以及病害发生情况的文字记载作为适宜稻瘟病发生气象条件分析的旁证材料。

1.2研究方法

1.2.1江苏省稻瘟病发生气候条件分析在稻瘟病流行年份，水稻生长前期（6—7月），其气候特点主要表现为温暖、多雨寡照；水稻生长中后期（8月），其气候特点表现为低温、多雨寡照[1，4]。以宜兴站为例，结合稻瘟病观测资料，分析2005—2014年水稻生长期的气候特点。这10年中，水稻生长前期温度有6年为正距平，2005、2006 年平均气温达 27.7、27.42 ℃；降水有6年為正距平，距平值较大的年份出现在2006、2008、2011年，对应的降水量分别为 566、442.9、835 mm，降水时间分别为28、38、39 d。在这10年间的水稻生长中后期，2011、2012年平均总降水量分别高达366.1、272.2 mm，比历年平均多125.9～219.8 mm；除2006年外，雨日均在10 d以上；日照时数有6年为负距平，其中2014年日照时数最少，比历年平均减少64.28%；温度有5年为负距平，最低值也出现在2014年。可见，宜兴水稻生长期的气候特点与适宜稻瘟病流行的条件对应较好。然而由表1可以看出，水稻生长前期或中后期气象条件适宜的年份并未完全与对应年份稻瘟病发生的程度完全重合。因此，是否适宜稻瘟病的大流行须要综合考虑水稻的整个生育期的气象条件。

2014年稻瘟病见病早、发展期长、发病普遍率高、发生程度重，在江苏省各地均能查见，大面积上发病以谷粒瘟、枝梗瘟、穗颈瘟和节瘟为主。结合水稻稻瘟流行前、中后期的气象条件，分析全省的发病实况。6月初在丘陵、沿江及沿海等地秧田即查见苗瘟发病中心，移栽后普遍查见叶瘟。同期的气象条件有利于苗瘟、叶瘟的发生，并在空间分布上也有较好的对应（图1）。全省6、7月平均气温较常年同期略偏低；平均降水量北少南多，时空分布不均，主要集中在沿江中东部及苏南地区，且当年出梅时间偏晚。除淮北和苏南局部地区外，相对湿度除个别地区全省一致偏高；而日照时数除沿海局部地区全省一致偏少。8月中下旬杂交籼稻及早熟粳稻破口不久即见枝梗瘟及谷粒瘟，部分水稻齐穗后，灌浆达到一半以上甚至进入乳熟期之后，田间病情仍然不断发展、病情加重。在丘陵、沿江、沿海、里下河及淮北等地区，感病品种病穗率为2%～10%，少数错过防治适期的重发田块病穗率高达 30%～95%，病穴率超过70%，南京丘陵地区甚至绝收。相应地，全省8月平均气温较常年显著偏低；月降水量大部分地区偏多，时空分布不均，月内大部分地区出现了连阴雨天气，有12个站达连阴雨极端天气气候事件标准；相对湿度全省一致偏高；日照时数全省一致偏少，为1959年以来历史同期最少值（图2）。

1.2.2稻瘟病气象等级指标构建思路实际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，温度主要影响稻瘟病菌的生长发育。须要综合考虑菌丝生长的温度、分生孢子形成的温度和发芽温度。在适温范围内，降雨或持续高湿有利于病菌孢子的形成、萌发和侵入，时晴时雨或早晚雾浓、露重，最有利于病菌的生长繁殖。光照不足，寄主本身同化作用降低，稻株组织柔嫩，有利于病菌的侵入和病斑的扩展。

同时，通过上述稻瘟病流行年份水稻生长期间气侯特点的分析，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联系。前期降水与越冬病稻草上的菌丝产生分生孢子有关，降水偏多、雨日多有利于越冬病稻草上的菌丝产生分生孢子。期间始现叶瘟，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[9-10]。水稻生长中后期处于拔节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，对穗瘟病的大暴发起着至关重要的作用[11-12]。

因此，在明确适宜稻瘟病发生气候条件的大背景下，针对影响最终稻瘟病暴发程度以及产量水平的发病敏感期（即穗颈瘟的高发期），结合前期的天气条件，将叶瘟的暴发情况和气象适宜条件作为影响穗颈瘟暴发程度的病菌基数，构造综合稻瘟病指数来判别最终稻瘟病暴发的气象适宜度。

1.2.3构建综合稻瘟病指数综上所述，本研究选取6—8月作为稻瘟病发生流行的气象条件监测期，该时段覆盖了水稻的叶瘟和穗颈瘟发病期。注意到日降水量和相对湿度不对应的情况，本研究考虑在其他气象因子符合的条件下，日降水量或相对湿度达到促病条件均会导致稻瘟发生。将逐日气象条件满足日平均温度为20～30 ℃，相对湿度大于90%或日降水量大于5 mm，日照时数小于1 h的情況定义为致病日。同时，将极差化处理后的病穗率与相对发生面积的乘积定义为稻瘟发病度。分析结果表明，该稻瘟发病度与实际稻瘟发生程度有很好的对应关系，可见该稻瘟发病度可以较好地表征瘟情实况。

根据指标构建思路，结合发病敏感期和菌源基数情况，考虑气象条件对水稻整个生育过程中稻瘟病发生的影响，定义综合稻瘟病指数Z为：

关于叶瘟指数和穗颈瘟指数敏感时段的筛选和权重系数的确定，须要综合考虑水稻生长发育关键期和稻瘟病发高峰期，以及稻瘟发病度。在监测期中取30 d为固定研究时长，逐日滑动取样（在监测时段中共有63个样本时段），进行稻瘟发病度与叶瘟指数和穗颈瘟指数的相关分析。分别选取前、中后期里面相关性最高的时段作为其敏感时段，作为叶瘟和穗颈瘟流行的代表时段。并利用最优化技术，确定其中的权重函数α、β，计算综合稻瘟病指数Z。

2结果与分析

2.1综合稻瘟病指数等级划分

将综合稻瘟病指数Z按从大到小进行排序，可根据稻瘟病发生程度与各个等级中的样本数，将Z值划分成3个等级，具体做法参照郭瑞鸽的方法[7]。利用综合稻瘟病指数Z不同取值范围来反映气象条件对病害发生的适宜程度，即稻瘟气象等级（表2），自等级1～3分别代表从弱适宜到强适宜。

2.2历史对比分析检验

利用宜兴2005—2013年6—8月的气象要素，通过回代历史气象要素计算历年综合稻瘟病指数Z，并与稻瘟发病度进行相关分析，分析结果通过了0.01显著性检验，相关系数达0.789。从宜兴历年综合稻瘟病指数和稻瘟病流行气象条件适宜程度的等级判别的年变化（图3）可以看出，其中2005、2006、2011年的气象条件利于宜兴水稻稻瘟病的发生，综合指标判定的适宜发生程度均为3级，极易流行稻瘟。从发生实况来看，2005、2006年都大面积发生水稻稻瘟病，与反演结果较吻合。为了进一步验证构建指数的合理性和可靠性，根据稻瘟气象等级划分结果，对宜兴近9年稻瘟病发生发展的等级进行判定，并与观测的实际病害发生程度级别（稻瘟发病度）进行对比分析。结果表明，综合稻瘟病指数Z在宜兴发病实况为“大流行”和“轻度流行”的预报准确率均达75%。

2.3预测对比分析检验

利用宜兴2014年的气象要素，计算综合稻瘟病指数Z，对稻瘟病发生流行的适宜程度进行预测。分析结果表明，综合稻瘟病指数Z值为13.27，稻瘟病发生大流行。该预测结果与稻瘟流行程度的实况相一致，即2014年的气象条件为宜兴稻瘟病的大发生、重发生提供了可能。

同时，利用该指数应用于其他站点进行预测验证，定义预报等级正确个数占研究样本数的比例为预报准确率。选出江苏省有历史稻瘟观测资料并与宜兴水稻品种（武运粳）相近的金坛为例，进行检测。结果表明，从2005—2012年中，金坛仅有2005年和2007年稻瘟流行，其他年份未见稻瘟或极少发生，综合稻瘟病指数对这8年的预报准确率均达 62.5%。其中，对于个别发生程度较低的年份，综合稻瘟病指数还没有给出有说服力的验证结果，有待今后进一步搜集资料验证。对2013年的稻瘟病发生程度预报程度偏重；2014年的预报等级与实况一致。

总体来说，历年宜兴和金坛稻瘟发病度与综合稻瘟病指数Z有较好的相关关系（图3）。从表3可以看出，综合稻瘟病指数Z对宜兴和金坛稻瘟流行等级的预报预测效果均较好，预测与实况结果多数只相差0～1个等级，仅有1年漏报（即预报等级小于实际发生等级）。宜兴和金坛3个病害等级的平均预报准确率水平分别超过了66.7% 和62.5%。因此，利用综合稻瘟病指数法建立江苏省穗瘟气象等级，监测气象条件对病害的适宜程度是可行的。

3结论与讨论

本研究以江苏省宜兴和金坛为例，在对稻瘟病流行年份、水稻生长前期和中后期气候特征分析的基础上，从稻瘟病病菌发展的4个阶段（萌发、侵入、潜伏、暴发）出发，综合各个气象因子对促进稻瘟病发生、发展的影响，并考虑时间累积效应，有效结合前期和中后期适宜稻瘟病流行的气象条件，构建综合稻瘟病指数。该指标考虑气象条件、寄主生长情况、病菌基数之间相辅相成的关系，具有明确的生物学意义。

利用病穗率和相对发病面积定义的稻瘟发病度，可以较好地体现稻瘟病的实际发生情况和程度。在构建综合稻瘟病指数Z基础上，通过统计分析，等级划分稻瘟病的气象适宜度。经过历史回代和预测均证明预测的稻瘟病发生气象等级可以较好地反映气象条件对稻瘟病暴发的适宜性，利用该指标对宜兴和金坛稻瘟病发生程度的平均预报准确率水平分别超过了66.7% 和62.5%。可见，利用综合稻瘟病指数可以合理防治稻瘟病的发生，有效提高农气业务服务的水平和能力。

适宜的气象条件只是稻瘟病流行的必要条件，并不是充分条件。本研究主要从气象角度对稻瘟病的发生进行监测预警，由于逐年间和各个站点间存在水稻品种、种植方式、防病措施等方面的差异性，因此利用综合稻瘟病指数监测和预测的发病等级，必然会与稻瘟病实际发生的程度存在一定的差异。在今后对指数进行验证的过程中，有待进一步研究气象条件对病害的影响机理，利用多种监测数据，提高模型预报的准确性。

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