河套灌区向日葵菌核病发生等级预报

刘伟，王慧敏，孔德胤，苏元红，包佳婧，孔鸣川

（1内蒙古巴彦淖尔市农业气象试验站，内蒙古巴彦淖尔 015000；2中国气象局乌梁素海湿地生态气象野外科学试验基地，内蒙古巴彦淖尔 015000；3巴彦淖尔市现代农牧事业发展中心，内蒙古巴彦淖尔 015000）

0 引言

巴彦淖尔有丰富的土地、光热和黄河水资源，种植向日葵历史悠久。随着产业进一步发展，种植效益的增加，2017—2019 年种植面积平均在26.67 万hm2左右。播种面积占全国向日葵总播面积的25%，占全市农作物总播面积的40%，成为全市种植面积最大的作物，同时也获评国家地理标志产品，具有籽粒大、饱满性好、产量高等特质，经过筛选、加工、炒制后深受市场欢迎[1]。然而，菌核病却严重威胁着向日葵生产，一般地块减产10%～30%，严重的高达60%左右，制约着向日葵产业的健康发展。向日葵菌核病，亦称白腐病、烂头病，是一种至今仍困扰全世界的病害[2]。全国向日葵产区均有发生，危害极大。因此，植物保护和育种工作者对向日葵菌核病的防治技术和抗病品种的选育进行了研究[3-13]。李瑞等[14]、卯旭辉等[15]采用适当推后播期的方法防治该病的发生，达到较好的效果，许多学者对菌核病发生与气象条件的关系进行了研究[16-20]，采用气象要素来预测病虫害的发生和发展[21-23]，但对菌核病研究较少。淡建兵等[24]预测了河套灌区菌核病发生期、发生程度，但受资料序列少的限制，没有投入业务应用。本研究在收集长序列向日葵菌核病和相关气象资料的基础上，建立了发生期、发生程度的预测模型，在业务应用中取得了良好效果，对防御病害发生发挥了重要作用，进而为向日葵产业集群高质量发展提供了技术保障和理论支撑。

1 材料与方法

向日葵菌核病资料（2000—2021 年）来自内蒙古巴彦淖尔市植保站。气象资料来源于内蒙古气象局信息中心。

植保站每年对向日葵菌核病的发生情况进行调查。自6月10日起，在上一年发生菌核病的田间，按5点抽样法确定调查点。大于0.13 hm2的地块。选择30株植物，每3 d调查一次，直到向日葵成熟并收获。田间首次发病的日期为中心病的出现期。在适当的环境条件下，菌核病从中心慢慢蔓延，直至大规模发生。疾病开始传播、传播和流行的时期是高峰时期的开始。发病率分为5 个级别：轻度（1）、中度轻度（2）、中度重度（3）、中度重度（4）、重度（5）。

表1 为历年中心菌株出现期、始盛期和发生程度的调查结果。同时对日期数据进行编码，中心菌株的出现期以6 月1 日编为1，6 月21 日编为21。在高峰期，将7月1日编码为1，将7月23日编码为23，以便分析病害数据与气象数据的相关性。

表1 历年中心病株出现期、始盛期和发生程度调查结果

2 结果与分析

2.1 中心病株出现期与当年气象条件的关系

2.1.1 温度菌核病中心病株出现期资料与气象资料的相关分析表明，中心病株出现期与平均气温、平均最高气温、平均最低气温呈显著的正相关关系，其拟合方程与参数列于表2。

表2 菌核病中心病株出现日期（编码）与气温的关系

由表2可以看出，1月下旬—2月上旬的平均气温、平均最高气温和平均最低气温与菌核病中心病株发生时间呈显著和极显著正相关。1 月下旬—2 月上旬是河套地区全年最冷的时期，该地区春季农业生产主要依靠秋季土壤储水，从秋水到葵花播种。长达8 个月的时段内，最冷月份期是土壤保持水分的关键，而这一点往往被忽视，大多数农户不采取措施保持土壤水分，遇到高温年份，由于冬季蒸发而造成土壤水分流失严重。土壤水分差，虽然不利于播种，但能抑制菌核病的发生和发展。温度越高，中心病出现越晚。3 种温度每升高1℃，中心菌株的出现时间延迟2.2 d。6 月中旬，最低温度越高，出苗越有序，植株越强壮，抗病能力越强。温度每升高1℃，中心病株的出现期越晚6.6 d。

2.1.2 相对湿度、水汽压菌核病资料与气象资料的相关分析表明，菌核病中心病株出现日期与相对湿度、水汽压呈极显著和显著的负相关关系，其拟合方程与参数为列于表3。

表3 菌核病中心病株出现日期（编码）与相对湿度、水汽压的关系

一般来说，湿度高容易发生疾病，病害的发生也会随着温度的不同而有所不同。只有在湿度相对充足的情况下，才会发生疾病。由表3可以看出，在1月中下旬和2月初土壤冻结最深的时期，空气湿度越高，越有利于菌核菌的存活，菌核菌发生越早。五月下旬，葵花籽开始播种。水汽压越高，空气中的水分越多，越有利于菌核病的早期发生。所以湿度是发病率非常重要的限制因素。湿度之所以与病害密切相关，是因为孢子形成、传播、萌发、渗透等各个阶段都需要相对充足的湿度。土壤湿度与病害的发生也有很大关系。一般来说，在土壤水分充足、潮湿的条件下，病害往往较多，土壤水分不仅与土壤病害密切相关，而且影响着作物的抗逆性，和病害的变化[17]。

2.1.3 日照时数菌核病中心病株出现期资料与气象资料的相关分析表明，菌核病中心病株出现期与1 月中下旬日照时数(S)呈极显著的正相关关系，其拟合方程为式(1)。

由(1)式可知，日照时数每增加1 h，中心病株出现期后推0.73 d。1 月中下旬，是河套地区最冷的时期，晴好天气多，土壤水分散失较多，土壤湿度变小，菌核病病核生长因失水而受到抑制，因此中心病株出现期推后。

2.1.4 平均风速菌核病中心病株出现期与气象资料的相关分析表明，菌核病中心病株出现期与1 月中下旬平均风速(V)呈极显著的正相关关系(P＜0.01)，其拟合方程为式(2)。

由(2)式可知，平均风速(V)每增加1m/s，中心病株出现期后推14.2 d。1月中下旬，是河套地区最冷的时期，平均风速大，土壤水分蒸散较多，土壤湿度变的更小，菌核病病核容易失水而死亡，因此中心病株出现期推后。

利用逐步回归方法建立中心病株出现期的预报模型，其结果见式(3)。

式中，X1为上年5 月下旬—6 月中旬平均水汽压(hpa)；X2为上年6 月上旬—7 月上旬平均风速(m/s)；X3当年1月中下旬平均相对湿度(%)。

拟合与试报，将该方程进行历史回代，发现历史拟合较好（见图1），将2021年对应数据代入(3)式，计算出2021年中心病株出现期为65，与实况值68，相差3 d。

图1 河套地区向日葵菌核病中心病株出现期预报模型拟合情况

2.2 菌核病始盛期与当年气象条件的关系

2.2.1 温度菌核病始盛期资料与气象资料的相关分析表明，始盛期与平均气温、平均最高气温、平均最低气温呈极显著的正相关关系，其拟合方程与参数为列于表4。

表4 菌核病始盛期（编码）与温度的关系

由表4可以看出，3月初和4月初的极端最低气温与菌核开始呈显著正相关。此时温度越高，春潮越严重，土壤水分提前流失，土壤中的病菌因水分减少而减少。因此，两个时期极端最低气温每升高1℃，菌核开始时间就会推后1.0 d。7月中旬是河套地区最热的季节，向日葵正处于现蕾至开花期。温度越高，向日葵植株发育越快，植株越强壮，抗病性也越强。每升高1℃，始盛期后1.4～1.7 d。对于土壤病害，地温的影响往往大于气温的影响[17]。

2.2.2 相对湿度、水汽压、降水量与雨热系数菌核病始盛期资料与气象资料的相关分析表明，始盛期与相对湿度、水汽压呈显著和极显著的负相关关系，其拟合方程与参数为列于表5。

表5 菌核病始盛期（编码）与相对湿度、降水量、雨热系数、水汽压的关系

在1月中旬和2月初土壤冻结最深的时期，空气湿度越高，越有利于菌核菌的存活，始盛期开始越早；3月河套地区冻土未消通，降水可触发春潮，导致土壤水分提前快速下降[25]，土壤中病菌因水量减少而减少。雨热系数大，降水量大，气温相对较低，春潮持续时间长，土壤水分流失严重，对菌核病的存活起抑制作用，所以始盛期推后。5月下旬，葵花籽开始播种，水汽压高，空气含水量充足，有利于菌核病存活，始盛期提早。

2.2.3 平均风速菌核病始盛期资料与气象资料的相关分析表明，始盛期与平均风速(V1)呈显著的正相关关系，其拟合方程与参数为列于表6。

表6 菌核病始盛期（编码）与平均风速的关系

从1月中旬—2月初，是河套地区最冷的时期。平均风速大，土壤水分蒸散量大，土壤水分变小。病核容易失水而死亡，始盛期因此推后。5月中下旬，河套地区向日葵播季平均风速较大，土壤失水增加，病核存活数减少。6 月下旬，向日葵育苗期，风速大，加剧了土壤水分的流失，抑制了菌核病的存活；7 月中旬，向日葵正处于从现蕾到开花的过渡期，花盘快速增大，在风速较大的情况下，不利于孢子在花盘上的吸附，抑制了菌核的快速发育。

利用逐步回归方法建立始盛期的预报模型，其结果见式(4)。

式中，X1为上年3月下旬平均日最高气温(%)；X2当年4月上旬极端最低气温(℃)；X3为当年6月平均风速(m/s)。

拟合与试报：将该方程进行历史回代，发现历史拟合较好（见图2）；将2021 年对应数据代入式(4)，算出2021年向日葵始盛期为40，与实况值42相差2 d。

图2 河套地区向日葵菌核病始盛期预报模型合情况

2.3 菌核病发生程度与当年气象条件的关系

2.3.1 温度对2000—2021 年病害资料与气象资料的相关分析表明，菌核病发生程度与平均气温、平均最高气温、平均最低气温呈极显著的正相关关系，其拟合方程与参数为列于表7。

表7 菌核病发生程度与温度的关系

表7 中可以看出2 月下旬—3 月上旬的平均最高气温、平均最低气温与菌核病发生程度呈显著和极显著的负相关关系，此时温度高，极易引发潮塌，地表层消融，下部冻土尚未消通溶解的水分无法渗透到地下，表层水分散失后，墒情下降，菌核病病菌赖以生存的水分条件变坏，因此发生程度随之下降。3 种温度每增加1℃，菌核病发生程度降低0.1～0.2个等级。6月上中旬，是河套向日葵播种的时节，中下旬是向日葵出苗到二对真叶期，气温越高，出苗越整齐，植株越健壮，抗病性越强，每升高1℃，菌核病发生程度降低0.3～0.5个等级。

2.3.2 相对湿度、水汽压与湿热系数对2000—2009年病害资料与气象资料的相关分析表明，菌核病发生程度与相对湿度、水汽压呈极显著的正相关关系，其拟合方程与参数为列于表8。

表8 菌核病发生程度与相对湿度、湿热系数、水汽压的关系

5 月下旬—6 月上旬是向日葵播种期，相对湿度、水汽压越大，空气中水分越多，病菌更容易吸附在种子上，对后期菌核病发生有促进作用。相对湿度每升高1%，菌核病发生程度提高0.07 个等级；水汽压每升高1hpa菌核病发生程度提高0.3个等级。此时若温度较低，则湿热系数大，每升高1 个单位程度提高1.2 个等级。7月上旬中旬，向日葵处于现蕾期，此时水汽压越大，空气中水分越多，病菌更容易吸附在幼蕾上，每升高1 hpa 菌核病发生程度提高0.2 个等级；此时相对湿度越大，菌核病发生程度越高，每升高1%程度提高0.06个等级。

2.3.3 平均风速对2000—2021 年菌核病害资料与气象资料的相关分析表明，菌核病发生程度与平均风速(V1)呈极显著的正相关关系，其拟合方程与参数为列于表9。

表9 菌核病发生程度与平均风速的关系

4 月下旬—5 月上旬，正是向日葵整地时段，此时风速越大，菌核越容易失水而影响其活力，每升高1 m/s，程度降低1.1个等级；5月下旬—6月上旬，正是河套播种的时段，此时风速越大，菌核病菌越难吸附在向日葵种子上，每增加1 m/s，发生程度降低0.8个等级。

利用逐步回归方法建立菌核病发生程度的预报模型，其结果见式(5)。

式中，X1为上年7月上旬极端最高气温(℃)；X2上年1月上旬日照时数(h)；X3为头年11 月中旬极端最高气温(℃)。

拟合与试报：将该方程进行历史回代，发现历史拟合较好（见图3）；将2021 年对应数据代入式(5)，算出2021 年菌核病发生程度为2，比实况值高0.5，仍属于轻发生年。

图3 河套地区向日葵菌核病发生程度预报模型拟合情况

3 结论

（1）在各种气象要素中，温度和湿度与菌核病的关系最为密切。温度对病害的影响应分为气温和地温分别考虑。特别是温度对病害的发生有很大的影响。但对于土壤病害，地温的影响往往大于气温的影响。

（2）病害资料和气象因子基本符合正态分布。本研究建立的3种预测模型的历史拟合效果较好。各模型均通过了0.01水平下的极显著性检验，试报结果良好，可投入业务运行。

（3）虽然气象因素是影响菌核病发生发展的主导因素，但为了获得较高的预报模型精度，还应考虑越冬基地、作物抗性和栽培措施等因素。此外，随着全球变暖，向日葵菌核病繁殖的生态环境将发生变化，病害发生的预测将变得更加复杂。因此，需要更深入细致的研究来提高预测精度，更好地指导菌核病的预防和控制。

（4）基于数理统计理论的预测是用数学公式描述因果关系的一种方法。适合基层预报和植保工作者使用。然而，由于技术和分析方法的限制，需要更长的时间序列数据。从图3 可以看出，预测样本缺少5 的水平。随着数据序列的增加和方程的优化，这个问题将得到很好的解决。

（5）2月下旬—3月上旬是河套地区农业生产的关键时期，此时气温急剧上升，容易发生春潮。3月初出现≥3.0 mm降水时，降水天气抑制了田间蒸发，加剧了春潮；春潮会影响小麦播种，因为土壤太湿，而土壤储水消耗过早，秋季作物容易出现土壤水分干燥，这对菌核病的防治非常有利。

（6）菌核病的发生期和程度与气象条件密切相关，特别是降水量、雨热系数、相对湿度、水汽压、湿热系数与菌核病的发生呈显著正相关。7 月中下旬，河套地区向日葵由花蕾期进入花期，平均风速较高。菌核菌不容易被菌核菌吸附在圆盘上，发生程度相应降低。温度、湿度和日照时数对菌核病的发生时间和程度也有重要影响。

4 讨论

（1）所选5月下旬以前的气象因子，大多数直接或间接地影响土壤水分，并通过土壤水分的变化影响菌核病的发生时间和程度。目前，推广向日葵晚播技术，可以有效控制向日葵菌核病的发生。具体方法是保留旱地，秋季不灌溉，使菌核病的生存条件降低，播种前浇足底墒水，一方面减少了向日葵菌核病的发生，另一方面避开了一代向日葵螟的危害高峰期。

（2）5月下旬—6月上旬，正是河套播种的时段，此时风速越大，菌核病菌越难吸附在向日葵种子上，每增加1 m/s，发生程度降低0.8个等级。

（3）引入了湿热系数和雨热系数，考虑了两种气象因子对菌核病发生的贡献。湿热系数大时，湿度大，温度低；湿热系数小时，湿度小、温度高；湿热系数适中时，情况更加复杂。雨热系数的原理是一样的。