甘肃河东地区小麦条锈病菌(Pucciniastriiformis f. sp. tritici)越夏气候区划

许彦平，万 信，金社林，韩兰英，姚晓红，贾建英

(1. 甘肃省天水市气象局，甘肃 天水 741018；2.兰州区域气候中心, 甘肃 兰州 730020；3.甘肃省农业科学院, 甘肃 兰州 730070)

小麦条锈病是我国小麦生产上最严重的生物灾害，被植保界称为“国病”，具有发生范围广、流行程度高、危害损失严重的特点，危害重者减产30%～40%，甚至绝收[1]。条锈病菌对低温有一定的适应能力，但不耐高温，因此，越夏便成为条锈病侵染循环中的关键环节。最初国内众多学者将我国小麦条锈分为5个核心越夏区，即西北越夏区、四川西北越夏区、云南越夏区、新疆越夏区和华北越夏区，但全国条锈病发生流行过程中起作用的主要是西北越夏区，其中以陇南为主的甘肃河东地区是中国条锈病流行的关键地区[2-3]，条锈病也是甘肃小麦生产上重要的病害之一，流行频率55%以上[4]，越夏病菌侵染早播冬麦秋苗，秋苗发病后就形成巨大的菌源基地，足够的菌源向关中、陕南、川北、鄂西北一带传播,成为当地及下游冬麦主产区条锈病主要感染源区，从而可造成我国东部广大麦区小麦条锈病的流行危害[5]。限制小麦条锈病越夏、越冬及秋春季流行的主要环境因素除温度外，降雨(雪)和环境相对湿度条件尤为重要[6-7]。而关于越夏指标，目前仍沿用二十世纪60年代的调查和试验研究结果，缺少定量分析[2，8]。近年来在小麦条锈病流行方面区划研究中，高建孟、马占鸿、石守定等学者[9-11]采用GIS、地统计学(Geostasistics)、聚类分析、CPSO-SVM等方法进行了全国及种植大区小麦条锈病分区研究，取得满意效果。但目前研究主要是基于越夏温度指标和实地考察基础上的半经验半理论研究成果，对降水、湿度等其他气象条件考虑不多，其结果也仅分为可越夏和不可越夏两个区域。

甘肃省地处黄土高原、青藏高原和蒙古高原的交汇地带和西秦岭山地边缘，山脉纵横交错，海拔高低相差悬殊，地形地貌复杂多样，类型齐全。河东地区包括陇中黄土高原丘陵区、甘南高原和陇南中低山区三大地形区，造成该地麦区海拔高差大，气候类型多样，有陇中北部冷温带半干旱、陇中南部冷温带半湿润、陇南北部暖温带湿润、陇南南部北亚热带半湿润和甘南高寒带湿润5种气候类型[12]。陇中南部冷温带半湿润以南地区(传统统称为陇南)小麦条锈病既能越夏也能越冬，陇东自生麦苗和早播冬麦区不仅是传播菌源的主要场所，而且是向外地传播菌源的重要基地；洮岷及中部地区晚熟春麦、自生麦苗区是越夏的主要菌源地区[13]，由于地理、气候及地形结构影响，越夏区域的详细划分难度极大。气候变暖和锈菌耐温变异等必然导致越夏区域和海拔高度有所变化。因此，利用GIS技术，综合考虑气温、降水、湿度等条件，分为不可越夏、可越夏和易越夏3个区域进行精细化气候区划，将为小麦条锈病综合治理方案制定提供科学依据，对保障粮食安全意义重大。

1 区划方法

1.1 区划依据

依据2018年许彦平等[14]利用定西、临夏、平凉、天水和陇南5市(州)2009—2014年条锈病调查资料，综合考虑夏季最热时段8 d平均气温、期间降水量和大气相对湿度，修订了条锈病越夏气象指标(见表1)。修订的越夏气象指标为最热8 d相对湿度≤50、51～60、61～70、≥71%，对应的最热8 d平均气温分别为<23.8、23.8～24.0、24.1～24.3、≥24.4℃；研究区夏季最热时段8 d平均气温随海拔高度的变化率为海拔高度每升高100 m，温度下降0.45℃(湿度减少0.4%变化不大，可以忽略不计) 。

表1 甘肃河东不同湿度区域小麦条锈病菌越夏温度值分布表

1.2 区划指标及方法

依据修订的越夏气象指标，首先计算河东各气象站夏季最热时段8 d平均气温、期间降水量和大气相对湿度多年(1981—2016年)平均值，各站最热时段出现最早、最晚时间，并推算出各县区不同海拔高度的平均气温。据计算结果，仅陇中北部和陇南南部各气象站夏季最热8d相对湿度多年平均值为53%和55%，其余各地区域多年平均值在63%～69%之间，综合考虑相对湿度、耕地面积等因素，统一以相对湿度61%～70%对应的气温指标24.1～24.3℃为区划参考指标，给出分级标准(见表2)，最热时段8 d平均气温>24℃为不可越夏区，23～24℃为可越夏区，<23℃为易越夏区。

表2 甘肃河东地区小麦条锈病菌越夏指标分布表

根据病田率与气温的关系，计算得到三级温度指标对应的越夏病田率为<1%、1～20%、>20%。按照各县区气象站最热时段8 d平均气温多年均值相近、各县区易越夏区海拔高度下限基本一致的原则，并参照李振岐、商鸿生等[15-18]研究结果，将甘肃省小麦越夏区分为6个区域：即陇中北部晚熟春麦与自生麦苗越夏区(Ⅰ)，陇中南部晚熟冬、春麦与自生麦苗越夏区(Ⅱ)，陇东高原自生麦苗越夏区(Ⅲ)，六盘山晚熟冬、春麦和自生麦苗越夏区(Ⅳ)，渭河上游自生麦苗越夏区(Ⅴ)，陇南南部自生麦苗和晚熟冬、春麦越夏区(Ⅵ)。陇中北部晚熟春麦与自生麦苗越夏区属于冷温带半干旱区，渭河上游自生麦苗越夏区、陇南南部自生麦苗和晚熟冬、春麦越夏区主要位于陇南北部暖温帯湿润及陇南南部北亚热帯半湿润气候区，其他越夏区主要位于陇中南部冷温带半湿润区。

2 结果与分析

2.1 越夏气候区划

利用地理信息系统(GIS)制作区划图(图1)，并计算出各县(区)易越夏、可越夏和不可越夏区涉及的国土面积。从图1可以看出，易越夏区主要分布在陇中南部、甘南州、六盘山区的静宁和庄浪、关山地带的清水和张家川、陇中北部的永登县，不可越夏区主要位于陇南市、白银市和平凉以东的低海拔区。据李振岐、商鸿生等学者[15-18]研究结果，上述6个区域小麦条锈病菌可越夏海拔高度下限分别为2 300、1 600、1 400、1 400、1 600 m和1 600 m，而陇中南部晚熟冬、春麦与自生麦苗越夏区(Ⅱ)主要包括临洮、临夏、渭源及定西等地；可越夏海拔高度下限较以往分别下降了600、200、200、200、500 m和500 m，并且向西向北扩展到了陇中北部和甘南州等地。以往研究为实地调查结果，粗分可越夏和不可越夏2个区城，现细分为3个区域，并且区域范围也发生了变化。

2.2 越夏区分区评述

陇中北部晚熟春麦与自生麦苗越夏区(Ⅰ)。包括兰州市、白银市和永靖县。夏季最热时段8 d区域多年平均气温21.5℃、降水量2.7 mm、空气相对湿度在53%左右，主要出现在7月下旬末—8月上旬初。计算分析得到海拔2 100 m以上地带为易越夏区，涉及国土面积9 231 km2；1 700～2 100 m区域为可越夏区,面积9 707 km2；1 700 m以下地带不易越夏区面积7 373 km2。

陇中南部晚熟冬、春麦与自生麦苗越夏区(Ⅱ)。包括定西市、临夏州和甘南州的夏河、合作、临潭及卓尼县。夏季最热时段8 d区域多年平均气温19.8℃、降水量11.7 mm、空气相对湿度在68%左右，主要出现在7月下旬末—8月上旬初。海拔1 300 m以上易越夏区国土面积9 394 km2，该区内最低点位于通渭县境内，海拔高度1 402 m，所以该区均为易越夏区。

陇东高原自生麦苗越夏区(Ⅲ)。包括庆阳市和平凉市六盘山以东地区的大部县区。夏季最热时段8 d多年平均气温25.1℃、降水量9.5 mm、空气相对湿度在63%左右，主要出现在7月中旬末—7月下旬。海拔1 600 m以上易越夏区国土面积3 112 km2，海拔1 200～1 600 m区域可越夏区国土面积8 963 km2；1 200 m以下区域不可越夏区面积4 431 km2。

六盘山晚熟冬、春麦和自生麦苗越夏区(Ⅳ)。包括天水市关山地带的张家川和清水县，平凉市西部的静宁、庄浪县、华亭县。夏季最热时段8 d多年平均气温22.6℃、降水量7.6 mm、空气相对湿度在69%左右，主要出现在7月下旬—8月上旬。海拔1 500 m以上易越夏区面积7 343 km2，1 200～1 500 m可越夏区面积733 km2，1 200 m以下不可越夏面积不到10 km2。

渭河上游自生麦苗越夏区(Ⅴ)。包括天水市关山以外县区、陇南市北部县区和康县北部。夏季最热8d区域多年平均气温24.9℃、降水量9.0 mm、空气相对湿度在67%左右，主要出现在7月下旬—8月上旬。海拔1 700 m以上易越夏区面积9 336 km2，1 100～1 700 m可越夏区面积10 550 km2，1 100 m以下不可越夏区面积不到1 757 km2。

陇南南部自生麦苗和晚熟冬、春麦越夏区(Ⅵ)。包括陇南市的武都、文县和康县南部，甘南州东南部的舟曲、迭部。夏季最热8 d区域多年平均气温28.0℃、降水量3.3 mm、空气相对湿度在55%左右，主要出现在7月下旬末—8月上旬。海拔2 400 m以上易越夏区面积7 633 km2，2 000～2 400 m可越夏区面积3 132 km2，2 000 m以下不可越夏面积7 938 km2。

3 讨 论

参照李振岐、商鸿生等[15-18]研究结果，其中关于陇中北部区域可越夏海拔高度仅给出“少量病菌在低海拔自生麦苗上越夏”，并没有给出其海拔高度具体范围，所以本文仅参照了主要可越夏区2 300 m以上的结论；关于六盘山区域自生麦苗可越夏海拔高度下限也没给出具体数值，本文参照了陇东高原自生麦苗可越夏区海拔高度下限1 400 m。由此得到甘肃Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ区小麦条锈病可越夏海拔高度下限分别为2 300、1 600、1 400、1 400 m和1 600 m，可越夏海拔高度下限分别下降了600、200、200、200 m和500 m。即随着作物结构调整及全球气候变化，小麦条锈菌对温度的耐受性有所提高，小麦条锈病的发生及流行也出现了新的特征，小麦条锈菌的可越夏温度上限有上升的趋势，可越夏海拔高度下限有所下降，范围有所扩大[19-21]，与近年来调查及研究结论基本一致。

在关于越夏分区所包含县区时，李振岐、商鸿生等[15-18]将康县和宕昌划入到了陇南南部，本研究依据气象站资料和地形等综合分析，将宕昌和康县北部(暖温带湿润气候)归入渭河上游自生麦苗越夏区，康县南部(河谷地带属北亚热带湿润气候)归入陇南南部自生麦苗和晚熟冬、春麦越夏区。在分析海拔高度变化时，为了能有所对应，Ⅵ区陇南南部仍依据宕昌和康县北部的资料,即原可越夏海拔高度下限采用商鸿生等[15-18]研究结果(1 600 m)，现海拔高度采用渭河流域1 100 m的结果，得到海拔高度下降500 m的结论。陇南南部自生麦苗和晚熟冬、春麦越夏区区划结果具有新的特征，可越夏海拔高度下限下降500 m的结论还有待今后在实际生产中进一步考察验证。

依据定西、临夏、平凉、天水和陇南资料得到越夏指标及气温随海拔高度变化数值，在区划时延伸到了兰州、白银、庆阳和甘南4市(州)，其适用性可能存在一些偏差，也缺少实况资料验证支持。研究仅考虑了区划指标，但是涉及到的某些县区(玛曲等)或其他高海拔区并不一定有小麦种植，所以计算出的涉及国土面积与实际会有差异。受未来气候变化、种植结构调整、锈菌变异等影响，条锈菌越夏会出现一些新的特征，该区划结果可为当地进行前瞻性的预防对策研究提供依据。

4 结 论

陇中北部晚熟春麦与自生麦苗越夏区(Ⅰ)，陇中南部冬麦、晚熟春麦与自生麦苗越夏区(Ⅱ)，陇东高原自生麦苗越夏区(Ⅲ)，六盘山晚熟冬、春麦和自生麦苗越夏区(Ⅳ)，渭河上游自生麦苗越夏区(Ⅴ)，陇南南部自生麦苗和晚熟冬、春麦越夏区(Ⅵ)6个区域易越夏区海拔高度分别在2 100、1 400、1 600、1 500、1 700 m和2 400 m以上，国土面积分别为9 231、9 343、3 112、7 343、9 336 km2和7 633 km2，不可越夏区海拔高度分别在1 700、1 400、1 200、1 200、1 100 m和2 000 m以下，面积分别为7 373、0、4 431、7、1 757 km2和7 938 km2，可越夏区介于易越夏和不可越夏区之间，面积分别为9 707、0、8 963、733、10 550 km2和3 132 km2，夏季最热8 d平均气温出现时段主要在7月下旬末—8月上旬初、7月下旬末—8月上旬初、7月中旬末—7月下旬、7月下旬—8月上旬、7月下旬—8月上旬和7月下旬末—8月上旬。