主要气候因子对长江上游生姜种植区姜瘟病发生动态的影响

周 弦，刘续立，熊诗洁，蔡小东，朱永兴，李姗蓉，罗怀海，贾 切

（1. 长江大学 园艺园林学院，湖北 荆州 434025；2. 重庆市农业技术推广总站，重庆 401121；3. 四川省农业农村厅植物保护站，四川 成都 610041）

生姜是植物姜（Zingiber officinaleRoscoe）的根状茎，具有活血、去寒、抗氧化、降胆固醇等功效，是天然的药食同源保健蔬菜和中药材[1]。据联合国粮食及农业组织（FAO）统计，我国生姜栽培面积和产量居全球第一，2018 年我国生姜年产量达846 万t，年出口量接近50 万t，约占世界总出口量的70%以上[2]。在我国，生姜已成为山区农民脱贫增收、助力国家乡村振兴战略的特色高效产业[3-4]。

除了我国最大的生姜种植区山东胶潍平原之外，长江上游丘陵山区是另一个主要的生姜种植区，主要包括湖北省恩施土家族苗族自治州、重庆市及四川省达州市等地，该区土地肥沃、气候温暖、水量丰沛，十分适合生姜的生长。然而，温暖潮湿的自然环境，尤其是夏季高温高湿的气候易促使姜瘟病频发，导致生姜叶片凋萎卷曲，叶色淡黄坏死，根茎腐烂，直至全株死亡，给当地姜农造成了巨大的经济损失[5]。前人研究结果表明，植物病害的发生与多种气候因子之间存在密不可分的关系[6]。高温对烟草青枯病的发生具有明显的促进作用，其发生的最适温度为28～34 ℃[7-8]。尽管6 月上中旬气温还未上升至烤烟棒孢霉产孢最适温度（25 ℃），但烤烟植株已开始发病；而当温度超过25 ℃时，棒孢霉叶斑病发生则显著加快[9]。植物病害的发生也与当地累计降雨量的多寡呈正相关[10]。长江中下游地区6－10 月多为高温高湿季节，极利于病原菌的萌发、传播等，是番茄青枯病的盛发期[11-12]。降雨时间增加也能促进植物病害频发，如当日平均温度低于15.0 ℃、日降水量高于0.1 mm 且持续4 d 以上时有利于猕猴桃溃疡病发生[13]。此外，姜瘟病的发生还与土壤的含水量、养分和理化性质等有关[14-15]。研究表明，姜瘟病的发病率与土壤速效磷含量呈显著或极显著正相关[16-17]。而当进入雨季时，四川犍为县生姜种植区姜瘟病发病率随土壤含水量升高而升高，当土壤含水量由26.0%升高至33.6%时，病害发生率也从10%上升至50%左右[18]。因此，探明姜瘟病流行规律，研究其发生与气候环境因子变化的相关性，对于该病害的有效防控具有重要意义。目前，长江上游丘陵山区生姜毁灭性病害姜瘟病的流行规律资料缺乏，气候因子对该地区病害流行程度的影响研究不足。鉴于此，以当地主栽品种小黄姜为材料，通过对该区姜瘟病进行多年多点观测，分析病害的流行与当地环境因子变化的关系，为姜瘟病的防治提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验点分别为湖北省宣恩县、重庆市永川区和四川省开江县的生姜种植基地。该区生姜总体长势良好，但姜瘟病时有不同程度的发生。试验点土壤主要为砂黏土，生姜品种为小黄姜，施肥情况：底肥以农家肥为主，试验田施用15 t/hm2鸡粪有机肥、1 500 kg/hm2菜籽饼肥和1 500 kg/hm2复合肥。其他田间管理如浇水、培土、虫害防治按生姜一般栽培流程进行，整个过程不使用杀菌剂。

1.2 方法

1.2.1 田间动态调查 2020—2021 年，自每年5 月初开始，在宣恩县、永川区和开江县3个试验点选择典型发病的生姜种植地，每隔10 d 进行姜瘟病田间调查，直至9 月底结束。每个试验点随机调查发病姜田3 块，每块试验田面积为600～700 m2，按5点取样法进行调查，每个取样点随机调查约100株生姜。参照史秀娟等[19]制定的姜瘟病等级标准，将病情严重度分为5 级：0 级，整株姜苗不发病；1 级，整株病叶面积占比0～10.0%；2 级，整株病叶面积占比10.1%～30.0%；3 级，整株病叶面积占比30.1%～70.0%；4级，整株病叶面积占比70.1%～100%。记载每株生姜的姜瘟病发病级数，并按照公式计算姜瘟病的病情指数。

1.2.2 姜瘟病流行动态与气象因子的相关性分析

姜瘟病一般在每年6—8月发生，根据当地气象部门提供的5－9 月的日平均气温和日降雨量等观测数据，将数据进行处理转化为旬平均气温、旬降雨量和旬降雨时间。旬平均气温为该次调查与前次调查之间日平均气温的平均值（℃），旬降雨量为该次调查与前次调查之间累计降雨量（mm），旬降雨时间为该次调查与前次调查之间累计降雨时间（d）。然后，结合不同试验点每10 d 的姜瘟病病情指数调查结果，采用SPSS 20（IBM，美国）分析病害流行与各气象因子之间的相关性，进而明确影响病害发生流行的关键时期及作用。

1.2.3 姜瘟病流行动态与时间及不同气象因子的

曲线回归分析 以每旬调查的姜瘟病病情指数和调查时间（d）为因变量和自变量，采用一元二次模型，通过SPSS 20（IBM，美国）软件对长江上游不同试验点姜瘟病发生情况进行流行时间动态模拟。另外，分别统计不同试验点姜瘟病发生期的旬平均温度（x1）、旬降雨量（x2）和旬降雨时间（x3）等主要气象因子，通过SPSS 20（IBM，美国）软件进行姜瘟病病情指数与三者的逐步回归分析，并检验模型方程的显著性。

2 结果与分析

2.1 长江上游不同试验点姜瘟病发生动态

2020 年5—9 月，宣恩、开江和永川试验点姜瘟病的调查结果表明，三地不同时间的姜瘟病病情指数之间存在显著差异，且随着时间推移均呈现先升高后降低的变化趋势（图1a）。其中，宣恩试验点姜瘟病在5 月31 日开始发生，7 月20 日达到高峰，此时病情指数为43.6，9月30日消退；开江试验点姜瘟病在5 月31 日开始发生，7 月31 日达到高峰，此时病情指数为25.5，9月20日消退；永川试验点姜瘟病在5 月20 日开始发生，7 月10 日达到高峰，此时病情指数为23.4，9月30日消退。

2021 年5—9 月，宣恩、开江和永川试验点姜瘟病的调查结果表明，三地不同时间的姜瘟病病情指数之间存在显著差异，且随着时间推移均呈现先升高后降低的变化趋势（图1b）。其中，宣恩试验点姜瘟病在5 月31 日开始发生，6 月30 日达到高峰，此时病情指数为28.4，9月30日消退；开江试验点姜瘟病在5 月31 日开始发生，8 月31 日达到高峰，此时病情指数为23.9，9月30日消退；永川试验点姜瘟病在5 月20 日开始发生，8 月31 日达到高峰，此时病情指数为18.9，9 月30 日消退。2 a 的结果表明，不同试验点姜瘟病病情指数总体表现为宣恩＞永川＞开江。

图1 长江上游不同试验点姜瘟病发生动态Fig.1 Dynamics of ginger blast in different experimental sites in upper reaches of the Yangtze River

姜瘟病发生整体呈现前期缓慢上升、中期迅速升高、后期急剧下降的特点，分别以姜瘟病病情指数和调查时间为因变量和自变量，对2020 年和2021 年不同试验点病害流行时间动态进行模拟预测，结果表明，一元二次模型能较好地模拟不同试验点姜瘟病的流行时间动态。除了2021 年开江以外，其他试验点流行时间动态曲线方程的F值均达到显著（表1）。2020—2021 年，各试验点平均病情指数（DI）随调查时间（t）的变化动态可用一个多项式拟合（P＜0.001）：DI=－0.005t2+0.667t-4.551（相关系数R=0.634**）。

表1 长江上游不同试验点姜瘟病病情指数与调查时间的回归分析Tab.1 Regression analysis of relationship between ginger blast disease index and evaluation time in different test points in upper reaches of the Yangtze River

2.2 旬平均气温对长江上游不同试验点姜瘟病发生的影响

2020 年5－9 月，宣恩、开江和永川试验点的监测结果表明，三地旬平均气温整体均呈现先升高后降低的变化趋势（图2）。其中，宣恩和开江试验点的旬平均气温上升相对较慢，两地姜瘟病于5 月31日才开始发生（图2a和2b）；永川试验点的旬平均气温上升最快，最先超过24 ℃，该地姜瘟病最早于5月20 日发生（图2c）。9 月10 日以后，随着气候的变化，三地旬平均气温陆续下降至26 ℃以下，相应地姜瘟病发生逐渐减缓。三地姜瘟病盛发期（6—8月）的温度为23.9～30.4 ℃。从生姜主要生长期看，三地旬平均气温表现为永川＞开江＞宣恩，且最高值均出现在8 月10 日，但姜瘟病的病情指数却并未表现出相应的变化规律，三地病情指数的最高值分别在7月10日、7月31日和7月20日出现。

图2 2020年长江上游不同试验点姜瘟病发生与旬平均气温的关系Fig.2 Relationship between ginger blast and average temperature in ten days at different test points in upper reaches of the Yangtze River in 2020

2021 年5—9 月，宣恩、开江和永川试验点的监测结果表明，三地旬平均气温整体均呈现先升高后降低的变化趋势（图3）。其中，宣恩和开江试验点的旬平均气温上升较慢，两地姜瘟病于5 月31 日才开始发生（图3a和3b）；永川试验点的旬平均气温上升最快，最先超过23 ℃，该地姜瘟病于5 月20 日首次发生（图3c）。9 月10 日以后，随着气候的变化，三地的旬平均气温陆续下降至26 ℃以下，姜瘟病发生也逐渐减缓。三地姜瘟病盛发期（6—8 月）的温度为23.6～31.6 ℃。从生姜主要生长期看，三地的旬平均气温呈相似变化规律，最高值均出现在8 月10日，并表现为永川＞开江＞宣恩，但三地姜瘟病病情指数并未表现出随温度而变化的正相关规律，三地病情指数的最高值分别在8 月31 日、8 月31 日、6月30 日出现。2 a 的结果显示，姜瘟病发生不仅受到旬平均气温的影响，可能还受其他因素影响。

图3 2021年长江上游不同试验点姜瘟病发生与旬平均气温的关系Fig.3 Relationship between ginger blast and average temperature in ten days at different test points in upper reaches of the Yangtze River in 2021

2.3 旬降雨量对长江上游不同试验点姜瘟病发生的影响

2020 年5—9 月，宣恩、开江和永川试验点的监测结果表明，三地旬降雨量均整体呈现先升高后降低的变化趋势，且出现多次高峰（图4）。其中，宣恩试验点旬降雨量分别在6 月20 日和7 月20 日出现高峰（182.5 mm 和250.0 mm），相应姜瘟病的病情指数也达到峰值，分别为29.2 和43.6（图4a）；开江试验点旬降雨量分别在6 月20 日和7 月31 日出现高峰（96.5 mm 和103.5 mm），相应姜瘟病的病情指数也达到峰值，分别为14.2 和25.5（图4b）；永川试验点旬降雨量分别在6 月20 日和7 月10 日出现高峰（57.5 mm 和95.0 mm），相应姜瘟病的病情指数也达到峰值，分别为12.2 和23.4（图4c）。总体来看，三地姜瘟病始发期（5 月）的旬降雨量为12.5～63.5 mm，病害高峰期（6—8 月）的总降雨量为382.0～879.0 mm，病情指数高达23.4～43.6。从生姜主要生长期看，三地旬降雨量表现为宣恩＞永川＞开江，相应姜瘟病病情指数随降雨量的增加而上升，表现出正相关的变化规律。

图4 2020年长江上游不同试验点姜瘟病发生与旬降雨量的关系Fig.4 Relationship between ginger blast and rainfall in ten days at different test points in upper reaches of the Yangtze River in 2020

2021 年5－9 月，宣恩、开江和永川试验点的监测结果表明，三地旬降雨量呈现先升高后降低的变化趋势，且出现多次高峰（图5）。其中，宣恩试验点旬降雨量分别在6 月30 日、8 月31 日出现高峰（93.0、120.0 mm），相应姜瘟病的病情指数也达到峰值，分别为28.4、18.9（图5a）；开江试验点旬降雨量分 别 在7 月10 日、8 月31 日 出 现 高 峰（92.0、146.5 mm），相应姜瘟病的病情指数也达到峰值，分别为18.4、23.9（图5b）；永川试验点旬降雨量分别在7 月10 日、8 月31 日 和9 月20 日 出 现 高 峰（65.0、97.5、140.0 mm），相应姜瘟病的病情指数也在3 个时间点达到峰值，分别为18.4、18.9、6.2（图5c）。总体来看，三地姜瘟病始发期（5 月）的旬降雨量为18.5～60.0 mm，病害高峰期（6—8 月）的总降雨量为381.5～556.0 mm，病情指数高达18.9～28.4。从生姜主要生长期看，三地旬降雨量表现为宣恩＞永川＞开江，相应姜瘟病的病情指数随降雨量的增加而上升，也表现出正相关的变化规律。

图5 2021年长江上游不同试验点姜瘟病发生与旬降雨量的关系Fig.5 Relationship between ginger blast and rainfall in ten day at different test points in upper reaches of the Yangtze River in 2021

2.4 旬降雨时间对长江上游不同试验点姜瘟病发生的影响

2020 年5—9 月，宣恩、开江和永川试验点的监测结果表明，三地旬降雨时间均呈现大幅波动，并出现多个高峰（图6）。其中，宣恩试验点旬降雨时间分别在6 月20 日、7 月20 日、9 月20 日出现高峰（10、10、9 d），但姜瘟病病情指数只在前2 个时间点达到峰值，分别为29.2 和43.6（图6a）；开江试验点旬降雨时间分别在6月20日、7月20日、9月20日出现高峰（8、8、9 d），但姜瘟病病情指数也只在第1 个时间点达到峰值，为14.2（图6b）；永川试验点旬降雨时间分别在6月20日、7月10日、9月20日出现高峰（7、9、8 d），姜瘟病病情指数只在前2 个时间点达到峰值，分别为12.2 和23.4（图6c）。总体来看，三地病害高峰期（6—8 月）的总降雨时间为43～56 d，病情指数高达23.4～43.6。不同试验点的结果表明，尽管该地区9 月10 日以后旬降雨时间均有大幅增加，但姜瘟病的病情指数并未随之大幅升高，其结果可能是入秋后气温快速降低导致的。

图6 2020年长江上游不同试验点姜瘟病发生与旬降雨时间的关系Fig.6 Relationship between ginger blast and rainfall time at different test points in upper reaches of the Yangtze River in 2020

2021 年5—9 月，宣恩、开江和永川试验点的监测结果表明，三地旬降雨时间均呈现大幅波动，并出现多个高峰（图7）。其中，宣恩试验点旬降雨时间分别在5 月20 日、6 月30 日、8 月31 日出现高峰（9、10、8 d），姜瘟病病情指数只在后2 个时间点达到峰值，分别为28.4 和18.9（图7a）；开江试验点旬降雨时间分别在5月20日、7月20日、8月31日出现高峰（7、10、9 d），而姜瘟病病情指数仅在第3 个时间点达到峰值，为23.9（图7b）；永川试验点旬降雨时间分别在5月31日、7月10日、8月31日出现高峰（8、9、8 d），姜瘟病病情指数只在后2 个时间点达到峰值，分别为18.4 和18.9（图7c）。总体来看，三地病害高峰期（6—8 月）的总降雨时间为53～63 d，病情指数高达18.9～28.4。不同试验点结果表明，尽管三地7 月前的旬降雨时间均较长，但姜瘟病病情指数并不高，其原因可能为该时期气温尚低，不利于病害的快速发生。

图7 2021年长江上游不同试验点姜瘟病发生与旬降雨时间的关系Fig.7 Relationship between ginger blast and rainfall time at different test points in upper reaches of the Yangtze River in 2021

2.5 长江上游不同试验点主要气象因子与姜瘟病病情指数之间的相关性分析和回归分析

根据长江上游不同试验点2020 年和2021 年的旬平均气温、旬降雨量和旬降雨时间，进行姜瘟病病情指数与三者的相关性分析。结果表明，姜瘟病病情指数与旬平均气温、旬降雨时间呈显著正相关，而与旬降雨量呈极显著正相关，其相关系数分别为0.278、0.497、0.901（表2）。此外，旬降雨时间与旬降雨量呈显著正相关（相关系数为0.503），旬平均气温与旬降雨时间呈显著负相关（相关系数为－0.249）。由于姜瘟病病情指数与3 个主要气象因子之间存在显著的相关性，以下将进行姜瘟病病情指数与三者的回归分析。

表2 长江上游不同试验点主要气象因子与姜瘟病病情指数之间的相关性分析Tab.2 Correlation analysis between main meteorological factors and disease index of ginger blast at different test points in upper reaches of the Yangtze River

逐步回归分析结果表明，长江上游姜瘟病病情指数与旬平均气温等主要气象因子均呈线性关系。其中，2020 年姜瘟病病情指数与旬平均气温和旬降雨量呈现二元线性关系，且前者的回归系数远大于后者，显示2020年姜瘟病的发生受到旬平均气温的影响更大；而2021 年姜瘟病病情指数与旬平均气温、旬降雨量和旬降雨时间呈现三元线性关系，且旬平均气温和旬降雨时间的回归系数远大于旬降雨量，显示2021年姜瘟病的发生受到旬平均气温和旬降雨时间的影响更大（表3）。但从2 a 逐步回归结果来看，姜瘟病病情指数与旬平均气温和旬降雨量均呈线性关系，即长江上游姜瘟病在病害发生期内的整体流行程度主要取决于10 d 内的平均气温和降雨量情况。

表3 长江上游不同试验点主要气象因子与姜瘟病病情指数之间的逐步回归分析Tab.3 Stepwise regression analysis between main meteorological factors and disease index of ginger blast at different test points in upper reaches of the Yangtze River

3 结论与讨论

长江上游丘陵山区是我国重要的生姜种植产地之一，姜瘟病等病害的频发严重威胁着当地生姜产业的种植安全，给区域内姜农造成了巨大的经济损失[20-21]。本研究通过2 a 三点观测，分析了长江上游生姜产区3个试验点姜瘟病的流行规律。结果表明，宣恩、开江和永川三地姜瘟病的流行趋势一致，并随着时间推移均呈现先升高后降低的变化，病害的始发期为5 月下旬—6 月上旬，盛发期为6 月中旬—8 月下旬，病害时间动态的流行曲线呈现为一元二次函数模型。而山东生姜种植区所调查的姜瘟病的始发期（6 月上旬—7 月上旬）和盛发期（7月中旬—9 月中旬）均比本研究中的始发期和盛发期晚，其原因可能是山东生姜种植区气温上升较慢[22]。另外，不同试验点结果显示，姜瘟病病情指数表现为宣恩＞永川＞开江。不同年份试验结果显示，宣恩试验点2020 年姜瘟病病情指数总体高于2021 年结果，永川则反之，而开江2 a 结果相差不大，其原因可能为不同试验点和年份的小气候环境等因素存在差异。

温度是多数植物病害发生和流行的主要因素[23-24]。刘汉华[25]发现，当气温达到24 ℃时，莱芜种植区的生姜腐烂病开始发生，其发病率为5.4%～8.7%；当土壤温度超过28 ℃时，该病害可能大肆流行。本研究也得到类似的结果，宣恩、开江和永川三地姜瘟病病情指数与旬平均气温均呈现先升高后降低的变化趋势，其中永川试验点的旬平均气温上升最快，最先超过23 ℃，其姜瘟病发生也早于其他两地。2 a的试验结果显示，当三地盛夏季节（6月中旬—8 月下旬）的旬平均气温达到23.6～31.6 ℃时，长江上游生姜产区3 个试验点姜瘟病可能大规模发生，其最大病情指数高达43.6。但不同试验点姜瘟病发生高峰并非发生于旬平均气温最高时，揭示该病害的发生可能还受其他环境因素的影响。

降雨也是植物病害发生的必要条件[26-28]。2 a的研究结果表明，宣恩、开江和永川三地的姜瘟病发生随着当地总降雨量增多而升高，总体均表现为宣恩＞永川＞开江；而在不同试验点，姜瘟病的发生也随着旬降雨量的增多而升高，并出现了多次发病高峰。2020 年，宣恩、开江和永川姜瘟病始发期的旬降雨量为12.5～63.5 mm，病害高峰期（6—8 月）的总降雨量为382.0～879.0 mm，总降雨时间为43～56 d，病情指数高达23.4～43.6；2021 年，三地姜瘟病始发期的旬降雨量为18.5～60.0 mm，病害高峰期（6—8月）的总降雨量为381.5～556.0 mm，总降雨时间为53～63 d，病情指数高达18.9～28.4。因此，在6—8月姜瘟病盛发期内，长江上游生姜种植区姜瘟病的发生总体表现出病情指数与旬降雨量呈正相关的变化规律。张瑞华等[22]也做过类似的统计，山东生姜种植区姜瘟病始发期的周降雨量为136.1～207.7 mm；而该病害盛发期的总降雨量为400～598 mm，总降雨时间为29～34 d。两地研究结果显示，在姜瘟病始发期，山东生姜种植区的周降雨量相对较高；而在病害盛发期，长江上游生姜种植区的总降雨量和总降雨时间相对较多。形成差异的原因可能是，相比于山东生姜种植区的平原地形，长江上游生姜种植区为丘陵山地，在病害初期仅需要较小的降雨量即可满足姜瘟病发生的湿度要求；而在病害盛发期，在全国的季风雨带中，长江上游生姜种植区所处纬度比山东更低，拥有更充沛的总降雨量和更长的总降雨时间。

在2020—2021 年宣恩、开江、永川3 个试验点数据观测的基础上，对长江上游生姜种植区姜瘟病发生情况与当地主要气候因子进行了相关性分析。结果显示，姜瘟病病情指数与旬平均温度、旬降雨量、旬降雨时间均存在显著的正相关，尤其是与旬降雨量之间存在极显著相关性，相关系数高达0.901。而逐步回归结果显示，姜瘟病病情指数与三者之间呈现线性关系，当这些主要气象因子上升时，可导致病情指数急剧上升。因此，有效预测和防控长江上游生姜种植区姜瘟病，需密切关注10 d范围内的平均温度、降雨量和降雨时间等主要气候因子的变化。