黑龙江省马铃薯晚疫病CARAH监测预警模型的应用评价

闵凡祥，王贵江，杨 帅，胡林双，王文重，魏 琪，李文枫

（1黑龙江省农业科学院马铃薯研究所，哈尔滨 150086；2黑龙江省农业科学院，哈尔滨 150086；3黑龙江省农业科学院农业遥感与信息研究所，哈尔滨 150086）

0 引言

马铃薯营养丰富，粮菜饲兼用，增产增收潜力大，对保障国家粮食安全有着重要的意义[1]。数据统计显示，黑龙江省马铃薯平均单产仅为16.5 t/hm2，仅为发达国家单产的1/3[2]，导致单产水平较低主要原因之一就是马铃薯晚疫病爆发频繁。马铃薯晚疫病是由致病疫霉菌引起，导致马铃薯茎叶死亡和块茎腐烂的一种毁灭性卵菌病害[3]，虽然，化学药剂防治可以有效控制马铃薯晚疫病发生与流行，但化学防治技术普遍存在用药不及时、过度施药和盲目施药等问题，造成防治效果不理想、病菌抗药性增强、次生有害生物再猖獗和环境污染等一系列严重后果，严重影响马铃薯单产水平提高，已成为马铃薯产业发展重要制约瓶颈之一[4]。

为了提升马铃薯晚疫病防治效率，避免在防治过程中用药不及时和盲目过度施药，达到精准防治的目的，世界各国均在马铃薯晚疫病监测预警技术方面开展大量工作，目前国际上已报道的预测预报模型有17种之多，均是根据当地气候特点及马铃薯晚疫病发生规律等相关参数建立模型，并已在各地区广泛应用，如在丹麦NEGFRY模型、美国BLITECAST模型和比利时CARAH模型等[5]。中国在马铃薯晚疫病监测预警技术研究方面起步较晚，目前，应用最广泛是由谢开云等[6]引入了比利时CARAH模型，已经在10余省进行应用，在指导马铃薯晚疫病防控和促进马铃薯产业健康发展中发挥了重要作用[7]。以往报道比利时CARAH模型应用，仅仅是单一模型防效分析，参数校验，缺少系统比较，本试验利用比利时CARAH监测预警模型，针对黑龙江省气象数据、马铃薯晚疫病发生情况和杀菌机特点等，通过田间试验，与丹麦NEGFRY模型、每7天施药处理和每10天施药处理方法进行评价，比较分析不同处理的防治效果，明确CARAH监测预警模型减药次数和经济效益分析，进而建立黑龙江省马铃薯晚疫病CARAH监测预警模型体系，指导黑龙江省马铃薯晚疫病综合防治工作。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试品种 本研究采用品种为国家种质克山马铃薯种质资源库提供的荷兰品种‘费乌瑞它’，英文名Favorita，种薯级别为G3，该品种对晚疫病高度敏感。

1.1.2 药剂 72%霜脲氰锰锌（商品名：克露），杜邦中国集团有限公司生产；50%氟啶胺（商品名：福帅得），日本石原产业株式会社生产；68.75%氟菌·霜霉威SC（商品名：银法利），拜耳作物科学(中国)有限公司生产；23.4%双炔酰菌胺（商品名：瑞凡），先正达生物科技(中国)有限公司提供；75%代森锰锌，江苏龙灯化学有限公司生产。

1.1.3 气象站 本试验利用Vantage Pro2型美国DAVIS便携式6要素气象站，可采集田间的温度、相对湿度、降雨量、光照、风速和风向等气象因子[6]，仪器凭借太阳能板供电，数据实时采集后通过GPRS进行远程数据传输。

1.2 试验方法

1.2.1 试验站点及处理 2018年，田间试验设置于黑龙江现代农业示范区，该区域气候湿润，温度适宜，适合晚疫病发生。本试验设置为5个处理，分别为比利时CARAH监测预警模型（简称CM）、每7天施药处理（简称WM）、每10天施药处理（简称TM）施药和丹麦NegFry模型处理（简称NM）和空白对照（简称CK）。每处理重复4次，小区面积24 m2，完全随机区组排列，四周设隔离行和接种行。

1.2.2 数据的采集方法 本研究待田间出苗80%后，利用便携式6要素气象站收集气象数据，同时调查病害发生情况。

1.2.3 确定马铃薯晚疫病潜在侵染严重程度的方法 马铃薯晚疫病潜在侵染严重程度主要是根据比利时Guntz-Divoux基本原理进行判断，原理为当每日的平均温度和相对湿度大于90%时，持续小时数越多，马铃薯晚疫病潜在侵染严重程度就越大[8]。

1.2.4 确定马铃薯晚疫病侵染循环和施药剂时间方法 马铃薯晚疫病侵染循环曲线是由每天平均温度决定，每天平均温度对应着一定分值（见表1）。在晚疫病菌存在情况下，病原菌从侵染到萌发，即为晚疫病侵染循环。用曲线表示侵染循环，为每日平均温度得分值累加为7分，对应为病害循环曲线。如果没有采取预防措施，则田间出现晚疫病初期症状。比利时CARAH监测预警模型建议，当累加得分值在5～6分时，是最佳施药时间。下一次喷药时间确定是根据杀菌剂持效期、新的侵染循环、降雨和品种抗性判断。

表1 病害侵染循环开始后每日分值的计算标准

1.2.5 晚疫病调查及数据处理方法 每次喷施药剂前，进行晚疫病田间调查。发病后，需1周调查2次，采用James分级计数法[9]，计算病害发病百分率。利用病害发病百分率和调查时间，得出AUDPC(Area under disease progress curve)值。AUDPC值越大，则表示病害发病越严重，病害的防治效果就越差，反之，防治效果越显著。对不同处理AUDPC值进行平均值多重比较，采用LSD法进行显著性分析[10]。

1.2.6 田间产量和晚疫病病薯率调查方法 对小区试验进行测产，主要调查植株数、大中小薯比例、晚疫病烂薯率和单位产量[11]。计算单株产量及公顷产量和晚疫病病薯率[12]。

2 结果与分析

2.1 不同晚疫病监测预警模型的结果分析

2018年5月9日试验地播种，出苗齐全时间为6月2日。所以，本年CARAH监测预警模型起止时间从6月2日开始，截止时间为9月30日，生育期结束，整个马铃薯生育期温度曲线（蓝色曲线）、相对湿度曲线（绿色曲线）、降雨（蓝色柱状）、病害严重度（黄色柱形）和病程曲线（红色线）情况见图2，由图2可知，本试验区晚疫病潜在发生时间段共计44次，其中极重侵染为20次、重度侵染有10次、病害中度侵染有11次、病害轻度侵染为3次，图2中黄色柱形高矮宽度表示为潜在发生晚疫病严重程度，柱形越高，宽度越大，表明晚疫病发生越严重。

图1 2018年马铃薯晚疫病潜在发生严重程度及侵染循环情况

图2 NegFry测报负值分析模型对首次施药分析

2018年，利用丹麦NegFry监测预警模型分析田间气象数据，结果显示从6月16日起，至6月25日，每日风险值累加达到143.71，6月25日的日风险值为16，所以，6月25日为丹麦NegFry监测预警模型第一次喷施杀菌剂时间（见图3）。第二次施药时间，需通过每日风险值进行累加，每日风险值累加大于等于40时，需喷施杀菌剂。之后，将每日风险值归0，重新累加，进而确定下一次施药时间[13]。

图3 丹麦NegFry监测预警模型施药次数情况

2.2 不同处理施药情况结果分析

CM处理时间依次为6月28日、7月10日、7月24日、8月5日、8月13日、8月29日和9月7日，共计喷药7次，每次施药依次为75%代森锰锌、68.75%氟菌·霜霉威SC、72%霜脲氰锰锌、23.4%双炔酰菌胺、68.75%氟菌·霜霉威SC、72%霜脲氰锰锌、50%氟啶胺（见表2）；NM处理喷药时间依次分别为6月25日、7月5日、7月16日、7月21日、8月4日、8月14日、8月24日、8月30日和9月4日（图3），喷施药剂顺序依次为75%代森锰锌、68.75%氟菌·霜霉威SC、72%霜脲氰锰锌、23.4%双炔酰菌胺、68.75%氟菌·霜霉威SC、72%霜脲氰锰锌、23.4%双炔酰菌胺、75%代森锰锌、50%氟啶胺；WM和TM处理，首次喷药时间选择丹麦NegFry模型时间，为6月25日，WM处理共计喷药10次，TM处理喷药8次，具体喷药时间见表2。通过比较，WM处理、TM处理和NM处理和与CM处理相比，减少施药次数分别为3次、1次和2次。

表2 不同处理喷施药剂时间及施药类型情况

2.3 CARAH监测预警模型与病害实际发生拟合情况分析

2018年，采用CARAH监测预警模型，分析出马铃薯整个生育期内出现44次病害病程曲线（见图2）。实际调查显示马铃薯晚疫病各个级别发生次数为41次，CARAH监测预警模型分析晚疫病潜在发生时间段共计44次，与田间实际病害发生数拟合度达到93%，具体情况如下：6月26—7月14日，田间初始出现发病中心病株，模型与实际病害发生情况拟合度为67%。7月14—8月5日，田间病害进入指数期，叶片发病严重程度达中度侵染，模型与实际病害发生情况拟合度达91%。8月5日—8月31日，病害开始大流行，模型与实际病害发生情况拟合度达100%。9月1日—9月10日，晚疫病发病达高峰，之后，病害进入衰退期。通过调查表明，CARAH监测预警模型的结果与实际发生期高度接近（见表3），测报准确率达到93%。

表3 CARAH监测预警模型的验证结果

2.4 不同处理防治效果比较

通过田间病害发生调查，结果表明：6月30日空白对照(CK)首先发现病斑，仅零星叶片发病，其他试验处理均没有发现病斑。7月14日CM处理、WM处理和NM处理陆续发病，计入病害指数增长期。截至生育期结束，各处理TM、CM、NM和WM病害发病百分率分别为37.50%、26.25%、22.25%和22.00%，9月1日CK发病率为100%，全部死亡（图4）。计算不同处理AUDPC值，CK、TM、CM、NM和WM分别为12.25、1.85、1.27、1.11和1.08（图5）。对上述AUDPC值进行数据差异显著性分析，分析显示，各处理与CK比较达显著水平，WM、CM和NM处理之间比较差异并不显著。CM处理与WM和NM处理达到同等效果。

图4 不同处理的晚疫病病害发展曲线

图5 不同处理AUDPC值

2.5 不同处理对田间马铃薯产量及商品薯率的影响

不同处理由于防治晚疫病的效果不同，导致产量差异各不相同。产量最高是CARAH监测预警模型处理(CM)，其次是WM、NM、TM和CK，分别是43.24、42.61、42.27、39.74和29.12t/hm2。采用LSD法对数据进行平均值多重比较，结果显示WM、CM和NM与CK处理相比产量差异达0.05显著水平，增产效果较明显。所以，利用CARAH监测预警模型可以有效控制马铃薯晚疫病的流行，减少因此病害造成损失，增产效果较显著，CARAH监测预警模型与空白对照相比增产高达48.47%。对不同处理马铃薯晚疫病病薯率调查发现，病薯率从高到低依次为CK、NM、TM、CM和WM（表4），比利时CARAH监测预警模型处理与对照相比病薯率降低4.43个百分点，所以，CARAH监测预警模型处理能够显著降低马铃薯块茎感染病原菌的概率，从而减少次年初侵染源。

表4 产量和病薯率情况及差异分析

商品薯率高低是由大中薯率多少所决定，因此，本研究对不同处理大中小薯率进行统计，明确不同处理对商品薯率影响。研究结果表明：病害防控效果越好，相应小薯率就越低，对应商品薯率就越高（见图6）。其中，商品薯率最高是WM，为95.06%，其次为NM为94.14%，CM为93.98%，TM为89.64%，CK为81.35%。与CK相比，采用CARAH监测预警模型处理提高大中薯率12.63个百分点，小薯率降低12.63个百分点，所以，本实验CARAH监测预警模型、每7天喷试药剂处理和丹麦NegFry监测预警模型处理可有效提高马铃薯商品薯率。

图6 不同处理大中小薯率

2.6 经济效益分析

调查结果表明（表5），比利时CARAH监测预警模型处理(CM)与空白对照处理(CK)相比较，CM处理新增产值为14116元/hm2，不计算人工费用，扣除用药成本3150元/hm2，新增纯收入为10966元/hm2；每7天喷药处理(WM)与空白对照(CM)相比，WM处理新增产值为13491元/hm2，人工费用除外，去除药剂成本4500元/hm2，WM处理新增纯收入8991元/hm2。空白对照处理(CM)与丹麦NEGFER测报模型处理(NM)比较，NM处理新增产值为13147元/hm2，扣除用药成本4050元/hm2，NM处理新增纯收入9097元/hm2。空白对照处理(CK)与每10天喷药处理(TM)相比，TM处理新增产值为10615元/hm2，减去药剂成本3600元/hm2，TM处理新增纯收入7015元/hm2。由此得出，采用CM处理较CK增收10966元/hm2，用药成本比WM处理节约1350元/hm2，新增纯收入比WM处理增加1975元/hm2，较NM处理增收1869元/hm2。所以，利用CARAH监测预警模型防治马铃薯晚疫病，即可增加经济效益，又能够降低农药使用量，达到增效和减药的目的。

表5 不同马铃薯晚疫病防治处理的经济效益评价 元/hm2

3 讨论与结论

比利时CARAH监测预警模型应用在中国拥有20余年历史，已经在10余省进行应用[14-18]，但对于模型的评价，仅仅是通过病情指数调查，对模型防治效果进行分析，存在着对模型原理和应用技术掌握不够而理解出现偏差的情况[7]。本研究以丹麦NEGFRY模型和常规施药防治措施作为对照，引入病程曲线下面积即AUDPC值，明确CARAH监测预警模型在病害发展过程中防治效果。有效解决数据分析偏差和缺乏有效对照的问题，提高黑龙江省马铃薯晚疫病监测预警水平。

比利时CARAH监测预警模型的准确性主要受品种抗性、病菌种群结构、区域环境和杀菌剂特性等因素会影响[7]，本试验为避免品种影响，选用感病品种‘费乌瑞它’，但在调查中发现，相同品种在不同气候环境、不同菌源结构下，不同药剂防治下，晚疫病的流行规律仍然存在一定的差异。所以，为了保证试验一致性，试验过程中采用自然发病和人工接种同时进行方法，接种病原菌为优势菌株。在调查数据处理上采用AUDPC值过程量的分析方法，避免单次偏差问题出现，以保证整体评估的准确性。

比利时CARAH监测预警模型原理是根据感病品种和病原菌特性，即温度、湿度和降雨情况，分析出可能潜在病害发生时间段，利用杀菌剂，无死角全方位覆盖防治。但是，“病害三角”中，寄主抗性一样非常重要，比利时CARAH监测预警模型只是针对感病品种，而对于耐病品种，如果采用CARAH监测预警模型防治，势必产生不必要的浪费。因此，首先需要开展对区域主要马铃薯栽培品种抗性级别鉴定，明确抗性级别，对于感病品种，直接可以采用测报模型进行防治。对于中感或中抗品种，需开展病原菌在与不同品种侵染曲线研究，即不同品种病程曲线调查试验，明确不同耐病品种病程发展曲线，进而完善比利时CARAH监测预警模型，全方位为黑龙江省马铃薯晚疫病防治服务。

本研究结果表明CARAH监测预警模型可用于黑龙江省马铃薯晚疫病综合防治工作中，与高频繁施药处理和国际先进的测报模型处理相比较，取得同等防治效果，而且CARAH监测预警模型与丹麦NEGFRY模型处理，每7天和10天施药处理相比，减少杀菌剂使用次数1～3次。与CK相比，增产48.47%小薯率降低12.63个百分点，病薯率降低4.43个百分点，增加纯收入10 966元/hm2。所以，CARAH监测预警模型可用于指导黑龙江省马铃薯晚疫病防治工作，进而减少不必要杀菌剂喷施，达到精准治的效果，完成减药目标。