怀化地区稻曲病气候风险时空特征分析

易 永,张龙杰,张 伟,普建才

（1.怀化市气象局，湖南 怀化 418000；2.怀化市植保站，湖南 怀化 418000）

稻曲病为一种黄曲霉病，是影响稻米品质的主要病害之一［1-3］，发生稻曲病的稻米对人体有害，不能食用。为有效防治稻曲病，确保稻米质量安全，有学者对稻曲病的发生发展与气象环境的关系开展了深入研究。前人研究［4-7］表明，孕穗期-灌浆前期的适温、多雨、少光的气象条件极其有利于稻曲病的发生发展。围绕相关气象因子，有学者探索了基于气象条件的短期稻曲病预测方法［8］，构建了稻曲病病穗率气象等级模型［9］、稻曲病气象适宜等级指数模型［10］、稻曲病粒率的数学模拟模型［11］以及稻曲病情指数的预测模型［12］，对预测稻曲病的发生发展提供了有益借鉴。

怀化位于湖南省西部偏南，地处我国西南地区东部，属云贵高原东侧余脉及武陵-雪峰山区，生态环境优越，气候属亚热带季风气候，雨热同期，是理想的优质稻种植基地［13］。怀化还是全国三个杂交水稻制种基地市之一，已建成国家级杂交水稻制种基地县4 个、省级2个；建成杂交水稻种子生产基地产业集群和优势区域5 个，创建“规模化、机械化、标准化、集约化、信息化”杂交水稻种子生产基地18个。目前鲜见对怀化地区稻曲病气候风险进行系统分析的报道，因此，借鉴前人研究，构建怀化地区稻曲病病穗率气候模拟模型，分析怀化地区稻曲病时空气候风险特征，为当地优质水稻生产季节安排和基地布局提供依据，同时为分析我国西南地区东部其他区域的稻曲病时空气候风险特征提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料来源

稻曲病发生情况资料采用2016—2020年怀化地区沅陵、溆浦、新晃、靖州、会同、通道等6 个县市植保站的30 组稻曲病最终病穗率观测资料。由于稻曲病定点观测在县城城郊进行，因此采用对应的国家站地面气象资料作为建立病穗率气候模拟模型的平行气象资料，综合考虑地理特征、数据质量、建站时长等因素，选取全市107 个自动气象站2011—2021年观测资料。

1.2 稻曲病病穗率气候模拟模型构建

研究表明，稻曲病的发生和水稻孕穗-灌浆前期（乳熟）的气象条件密切相关［4-7］，参照现有各类稻曲病模拟模型气象因子算法［9-12］，利用各气象站在对应孕穗-乳熟期的平均气温、日较差、雨量、湿润指数、稻曲病综合气象因子［9］，以及R2020（日雨量）分别大于等于0.1 mm、5 mm、10 mm、20 mm 的降雨日数（以下简称雨日）等数据，分别计算其与稻曲病病穗率的相关系数，找出与稻曲病病穗率显著相关的关键因子，在此基础上运用SPSS建立稻曲病病穗率气候模拟模型，以关键气象因子及模拟病穗率作为稻曲病气候风险指数，进行稻曲病气候风险时空特征分析。

1.3 稻曲病气候风险时空特征分析

根据怀化地区近30年一季稻物候观测资料分析可知，当地一季稻从孕穗到乳熟大约30 d。应用以上建立的稻曲病病穗率气候模拟模型，利用2011—2020年107 个自动站气象资料，以30 d为步长，每年从7月1日至8月20日，向后滚动计算出稻曲病的模拟病穗率，然后计算模拟病穗率的逐日10年平均值。通过分析怀化地区主要平均孕穗-乳熟期（7月16日—8月14日）和整个孕穗-乳熟适宜季节（7月1日—8月20日）滚动平均病穗率，找出稻曲病分布的地理特征。同时，按200 m 以下、200～400 m、400～600 m、600 m 以上分别随机选取海拔分布均匀的4个代表站，绘制稻曲病模拟病穗率及雨日时间变化趋势图，以找出稻曲病气候风险时间变化规律及稻曲病气候风险相对较低或较高时段。

2 结果与分析

2.1 稻曲病病穗率模拟模型

根据稻曲病病穗率观测数据及平行气象数据计算得出，湿润度、平均气温、日较差、降水量、R2020≥0.1 mm 雨日、R2020≥5 mm 雨日、R2020≥10 mm雨日、综合指数与病穗率的相关系数分别为0.047 5、－0.116 9、－0.113 3、0.086 1 、0.477 9、0.336 9、0.016 1、0.341 6。其中，R2020≥0.1 mm 雨日与病穗率显著相关，相关系数为0.477 9，通过P=0.01极显著相关检验，其他因子均未通过P=0.05 的显著相关检验。因此，以病穗率为因变量、R2020≥0.1 mm 雨日为自变量，利用SPSS进行线性、二次项、复合、增长、对数、s 曲线等趋线估算，得到二次项（倒抛物线）为最优回归曲线（图1），并建立最优回归模型：y=0.030 4x2－0.444 8x＋2.543 9。模型R²=0.561 6，通过P=0.01 显著相关检验。如图1所示，总体上怀化地区稻曲病病穗率随R2020≥0.1 mm雨日的增多呈升高趋势。

图1 2016—2020年怀化地区稻曲病病穗率随R2020≥0.1 mm 雨日增加的变化

2.2 稻曲病气候风险空间分布特征

统计怀化地区主要孕穗-乳熟期及适宜季节R2020≥0.1 mm 雨日，并利用稻曲病病穗率模拟模型所得的模拟病穗率可知，雨日和稻曲病病穗率的地理分布特征基本相同。从R2020≥0.1 mm 雨日分析，怀化地区主要孕穗-乳熟期的R2020≥0.1 mm 雨日为7.3～16.6 d，适宜季节R2020≥0.1 mm 雨日为19.5～39.6 d。东部雪峰山区R2020≥0.1 mm 雨日最多，其次为西部云贵高原余脉山区及南部南岭山脉，而较开阔的沅水及其支流河谷平地地区R2020≥0.1 mm 雨日相对较少。从模拟病穗率分析，怀化多数区域模拟病穗率低于5%，属于稻曲病不易发生地区；沅陵西北部武陵山区和溆浦-中方-洪江的雪峰山区模拟病穗率略高，为3%～5.3%，其他地区模拟病穗率在3%以下，其中较开阔的沅水及其支流河谷平地地区模拟病穗率在2%以下。

此外，模拟分析统计表明，怀化地区R2020≥0.1 mm 雨日、稻曲病模拟病穗率和海拔关系密切：主要孕穗-乳熟期及适宜季节两个时期的平均R2020≥0.1 mm 雨日海拔200 m 以下地区分别为9.4 d、25.2 d，海拔200～400 m 地区分别为10.6 d、27.8 d，海拔400～600 m 地区分别为11.8 d、30.2 d，海拔600 m 以上地区分别为12.7 d、31.6 d，两个时期R2020≥0.1 mm 雨日和海拔的相关系数分别为0.495 9、0.537 8，通过P=0.01极显著性检验；主要孕穗-乳熟期及适宜季节两个时期的稻曲病模拟病穗率，海拔200 m 以下地区分别为1.6%、1.7%，海拔200～400 m 地区分别为2.0%、2.1%，海拔400～600 m 地区分别为2.3%、2.4%，海拔600 m 以上地区分别为2.9%、3%，两个时期病穗率和海拔的相关系数分别为0.516 4、0.565 3，通过P=0.01 极显著性检验，相关系数较R2020≥0.1 mm雨日有所增大。

2.3 稻曲病气候风险的时间变化规律

2.3.1 海拔200 m 以下地区 由图2 可知，在海拔200 m 以下地区，雨日及模拟病穗率大小随环境变化表现出一定差异，地处武陵山区的军大坪站雨日最多、模拟病穗率最高，模拟病穗率最大值为2.5%；地处开阔河谷地带的安江站、辰溪站、沅陵站雨日偏少，模拟病穗率相对较低，其中辰溪站模拟病穗率最低，最小值为1.2%。各站雨日及模拟病穗率变化趋势基本一致，均呈“V”字形，以7月中旬至下旬开始孕穗阶段的模拟病穗率较低，但雨日最低时段相对靠前。

图2 海拔200 m以下地区代表站稻曲病模拟病穗率及30 d雨日变化趋势

2.3.2 海拔200～400 m 地区 由图3 可知，在海拔200～400 m 地区，地处山区的贺家田站雨日最多，模拟病穗率最高，最大值为2.6%，鱼市站其次，地处开阔河谷地带的靖州站、芷江站雨日较少、模拟病穗率最低，其中芷江站模拟病穗率最小值为1.2%。各站模拟病穗率变化趋势与海拔200 m 以下地区相仿，同样呈“V”字形变化，且以7月中旬中期至下旬开始孕穗阶段的模拟病穗率较低，但雨日呈抛物线变化趋势，雨日最少时段也明显提前。

图3 海拔200～400 m地区代表站稻曲病模拟病穗率及30 d雨日变化趋势

2.3.3 海拔400～600 m 地区 由图4 可知，在海拔400～600 m 地区，地处雪峰山主脉西侧群山间的葛竹坪站雨日最多、模拟病穗率最高，最大值为4.3%，其他地处相对孤立开阔山区的大树坳站、铁坡站、溪口村站雨日稍少、模拟病穗率稍低，其中溪口村站模拟病穗率最低，最小值为1.8%。各站模拟病穗率总体呈抛物线变化趋势，以8月上旬前期开始孕穗阶段的模拟病穗率相对较高。海拔433 m的溪口村站和海拔529 m 的铁坡站以7月底以前开始孕穗阶段的模拟病穗率相对较低；海拔480 m 的大树坳站以7月下旬中期前和8月下旬后开始孕穗阶段的模拟病穗率相对较低；海拔589 m 的葛竹坪站以7月中旬中期前和8月中旬后开始孕穗阶段的模拟病穗率相对较低。各站雨日变化趋势与模拟病穗率基本一致。

图4 海拔400～600 m地区代表站稻曲病模拟病穗率及30 d雨日变化趋势

2.3.4 海拔600 m 以上地区 由图5 可知，在海拔600 m 以上地区，地处雪峰山主脉的龙庄湾站模拟病穗率最高，最大值为5.6%，地势稍低的雪峰山区的黄岩站和大华站次之，地处云贵高原东侧下沉气流区山区的凳寨站模拟病穗率最低，最小值为2.3%。海拔600～900 m的凳寨站、大华站、黄岩站模拟病穗率变化趋势较平直，8月中旬以后呈下降趋势；海拔1 222 m 的龙庄湾站模拟病穗率呈抛物线变化趋势，7月底前开始孕穗阶段的模拟病穗率相对较低，8月上旬开始孕穗阶段的模拟病穗率相对较高。各站雨日变化趋势与病穗率基本一致。

图5 海拔600 m以上地区代表站稻曲病模拟病穗率及30 d雨日变化趋势

3 结论

通过建立稻曲病病穗率气候模拟模型对怀化地区稻曲病气候风险的空间分布特征及时间变化规律进行分析，结果表明，怀化各地的稻曲病病穗率实测值和模拟值均较小，多数区域稻曲病平均病穗率低于5%，总体为稻曲病不易发生区，适宜发展优质稻。相关性分析表明，怀化地区稻曲病病穗率主要受孕穗-乳熟期R2020（日雨量）≥0.1 mm 雨日的影响，海拔较高的东部雪峰山区R2020≥0.1 mm 雨日最多，西部云贵高原余脉山区及南部南岭山脉其次，海拔较低、地形较开阔的沅水及其支流河谷平地地区R2020≥0.1 mm 雨日相对较少，各站雨日变化趋势和病穗率基本一致。因此，从稻曲病病穗率的空间分布特征看，怀化地区稻曲病病穗率随海拔升高呈增大趋势，开阔的河谷地带稻曲病气候风险偏低，山区的稻曲病气候风险相对较高。其中，沅陵西北侧武陵山区、溆浦-中方-洪江交界的雪峰山区稻曲病病穗率略高，为3%～5.3%，稻曲病发生风险相对偏大，原因在于前者为东北冷空气路径的迎风坡，后者为西风带迎风坡，地形条件有利于产生降水，雨日较多。怀化地区稻曲病气候风险空间分布特征的形成原因与前人研究结论基本一致，即导致田间湿度大的气象条件有利于稻曲病发生［1-6］。

从稻曲病病穗率的时间变化特征看，海拔400 m 以下地区稻曲病模拟病穗率呈明显的“V”字形变化，以7月中旬中期至7月下旬开始孕穗阶段的模拟病穗率相对较低；海拔400～600 m地区稻曲病模拟病穗率呈一定的抛物线变化趋势，7月下旬开始孕穗阶段的模拟病穗率相对较低，8月上旬开始孕穗阶段的模拟病穗率相对较高；海拔600～900 m 地区稻曲病模拟病穗率变化趋势相对较平直，8月中旬开始孕穗阶段逐步下降；海拔600 m 以上地区模拟病穗率变化趋势与海拔400～600 m 地区相仿，8月上旬开始孕穗阶段的模拟病穗率相对较高。总体上，怀化地区稻曲病病穗率在7月下旬开始孕穗阶段最低。

虽然怀化地区总体为稻曲病不易发生区，但若发生稻曲病会对水稻造成极大影响，必须重视其防治，尤其是怀化较高海拔地区为林区，水分涵养条件较好，环境湿润，同时由于山腰和山顶对气流的抬升作用，易形成雨雾，雨日较多，有利于优质稻米形成的同时，也有利于稻曲病发生发展，因此，对于种植于较高海拔山区和抽穗扬花较迟的晚稻、再生稻，需加强防治。可采取选用无害种子、深耕减少病原、合理密植、合理施用氮肥、选择稻曲病发生率较低的孕穗-乳熟、孕穗期及抽穗期进行化学防治等措施，以减少稻曲病危害［13］。