徐云??+高蘋??+繆燕??+顧天真

摘要：以江蘇省植保站農(nóng)田小氣候試驗(yàn)中跟蹤監(jiān)測(cè)的作物層氣象數(shù)據(jù)及小麥赤霉病病情系統(tǒng)消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，應(yīng)用相關(guān)分析方法，找出適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件為作物層正點(diǎn)觀測(cè)值同時(shí)滿足氣溫Temp≥13 ℃、相對(duì)濕度RH≥70%。研究作物層溫濕度與自動(dòng)氣象站溫度、濕度及風(fēng)速之間的關(guān)系，確定影響農(nóng)田小氣候的主要?dú)庀笠蜃?，建立回歸方程，找出小麥易感病關(guān)鍵期內(nèi)，適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的自動(dòng)站氣象條件為：正點(diǎn)定時(shí)記錄同時(shí)滿足氣溫T≥14.3 ℃、相對(duì)濕度U≥64.7%。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)造合理的濕熱指數(shù)W，確定W的各界限值，以動(dòng)態(tài)判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度。經(jīng)試用檢驗(yàn)，判別效果較好，可以投入實(shí)際業(yè)務(wù)中應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：小麥赤霉??；氣象條件適宜度；相關(guān)分析；江蘇省

中圖分類號(hào)： S165+.28；S435.121.4+5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0188-04

小麥赤霉病是一種典型的氣候型病害，是長(zhǎng)江流域麥區(qū)的主要病害。赤霉病不僅降低小麥產(chǎn)量，也影響小麥品質(zhì)，給小麥生產(chǎn)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。為科學(xué)合理地防治赤霉病，國(guó)內(nèi)學(xué)者嘗試著用不同的方法，建立赤霉病發(fā)生程度和流行趨勢(shì)的短、中、長(zhǎng)期預(yù)報(bào)模型[1-11]。高蘋等用前期海溫作為預(yù)報(bào)因子，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的BP網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行赤霉病預(yù)報(bào)[1-2]。馮成玉等依據(jù)濕段天氣在小麥感病的穗期開展赤霉病的短期定量預(yù)報(bào)[3]。騰明佳、南都國(guó)等運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論，建立了小麥赤霉病灰色預(yù)測(cè)模型[4-5]。霍治國(guó)等建立了赤霉病最大熵譜分區(qū)預(yù)報(bào)模式[6]，上海地區(qū)還曾進(jìn)行了模糊相似優(yōu)先比預(yù)測(cè)赤霉病[7]，另外，模糊隸屬度法、主成分分析法等在赤霉病預(yù)測(cè)上的應(yīng)用也有研究[8-9]。這些方法、模型大多采用代表氣象臺(tái)站觀測(cè)的氣象要素資料。本研究以江蘇省植保站布置的農(nóng)田小氣候試驗(yàn)為基礎(chǔ)，利用架設(shè)在代表麥田的農(nóng)田小氣候觀測(cè)儀器跟蹤監(jiān)測(cè)作物層氣象數(shù)據(jù)以及小麥赤霉病病情系統(tǒng)消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，它們可以真實(shí)地反映麥田的田間小氣候狀況。通過分析麥田農(nóng)田小氣候與氣象臺(tái)站自動(dòng)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)的關(guān)系，研究赤霉病發(fā)生流行氣象條件適宜度判別指標(biāo)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)赤霉病發(fā)生程度和流行趨勢(shì)，使農(nóng)民適時(shí)、適量開展針對(duì)性科學(xué)防治，減少用藥次數(shù)，節(jié)本增效。

1材料與方法

1.1資料來源

2013年和2014年，江蘇省植物保護(hù)站在全省布置了張家港、宜興、通州、丹陽、高郵、儀征、靖江、興化、東臺(tái)、洪澤、東海等10多個(gè)縣（市、區(qū)），進(jìn)行小麥赤霉病病情系統(tǒng)消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)觀測(cè)與農(nóng)田小氣候同步觀測(cè)試驗(yàn)。農(nóng)田小氣候觀測(cè)儀每天24 h不間斷對(duì)代表麥田的溫度、濕度、輻射等氣象要素進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)記錄。試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總至江蘇省植保站，其中儀征HOBO未收到，另外由于室外水汽、灰塵及電池少電失效等原因影響，部分站點(diǎn)某些時(shí)次的小氣候監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺失。本研究的農(nóng)田小氣候資料采用24 h逐時(shí)正點(diǎn)觀測(cè)的數(shù)據(jù)。若正點(diǎn)數(shù)據(jù)缺失，就用時(shí)間上最臨近的非正點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)代替。

2003—2014年張家港等地區(qū)的逐時(shí)溫度、相對(duì)濕度、降水、風(fēng)速等氣象資料來源于國(guó)家氣象信息中心提供的國(guó)家級(jí)自動(dòng)氣象站及區(qū)域自動(dòng)氣象站地面氣象月報(bào)表數(shù)據(jù)文件，由“自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)管理平臺(tái)”取得。其中2003年是北京時(shí)間02：00、08：00、14：00、20：00定時(shí)觀測(cè)記錄，2004—2014年采用24 h正點(diǎn)定時(shí)記錄。

1.2分析方法

1.2.1尋找適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件有關(guān)研究表明，赤霉病是由多種鐮刀菌侵染引起的，其流行程度與菌量、品種及小麥揚(yáng)花灌漿期間的氣候條件密切相關(guān)，在溫暖潮濕和半潮濕地區(qū)尤其嚴(yán)重[12-15]。相對(duì)濕度、降水量和溫度，即小麥易感病關(guān)鍵期的天氣狀況對(duì)發(fā)病輕重起著決定性作用[16-17]。因此，根據(jù)各試驗(yàn)站點(diǎn)小麥赤霉病始見病日至病情穩(wěn)定期病情系統(tǒng)消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分時(shí)段統(tǒng)計(jì)農(nóng)田小氣候資料同時(shí)滿足不同溫度與濕度數(shù)值組合的總時(shí)次數(shù)及出現(xiàn)頻率，與赤霉病病穗率作相關(guān)性分析，找出適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候溫濕度條件。

相關(guān)性分析方法與檢驗(yàn)：

假定農(nóng)田小氣候資料中同時(shí)滿足某溫度與濕度的出現(xiàn)頻率[P]（%）與病穗率增加[S]（%）之間存在線性關(guān)系：

[JZ（][S]=a+b[P]。[JZ）][JY]（1）

若已知n組[S]與[P]的實(shí)測(cè)值（[S]i與[P]i）（i=1，2，…，n），則用一元線性回歸求出待定系數(shù)a、b以及經(jīng)驗(yàn)相關(guān)系數(shù)r。

給出置信度水平α，查表得到臨界值rα。若|r|>rα，表明[P]與[S]具有式（1）所示的顯著相關(guān)關(guān)系。

1.2.2農(nóng)田小氣候與氣象臺(tái)站自動(dòng)氣象數(shù)據(jù)對(duì)比分析將農(nóng)田小氣候觀測(cè)資料與同時(shí)段自動(dòng)氣象站氣象要素觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)兩者之間作回歸分析，找出適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件所對(duì)應(yīng)的自動(dòng)氣象站氣象條件，使農(nóng)田小氣候觀測(cè)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得以延伸應(yīng)用。

影響農(nóng)田作物層溫度、濕度的氣候因素包括風(fēng)速、氣溫、空氣濕度等。本研究統(tǒng)計(jì)了江蘇省內(nèi)張家港等十幾個(gè)試驗(yàn)站點(diǎn)的農(nóng)田小氣候溫度、濕度與同區(qū)域自動(dòng)氣象站風(fēng)速、氣溫、空氣濕度之間的相關(guān)系數(shù)。風(fēng)速采用2 min定時(shí)風(fēng)速，取1位小數(shù)?？諝鉂穸炔捎孟鄬?duì)濕度（U），即空氣中實(shí)際水汽壓與當(dāng)時(shí)氣溫下的飽和水汽壓之比，以百分?jǐn)?shù)（%）表示，取整數(shù)。

鑒于簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析的局限性，即各個(gè)氣候影響因子之間可能存在相互作用，本研究進(jìn)一步采取多元回歸分析方法，通過F統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)各因子對(duì)農(nóng)田小氣候的方差貢獻(xiàn)，來確定影響農(nóng)田小氣候溫濕度的主要?dú)庀笠蜃樱⒆詣?dòng)氣象站風(fēng)速、氣溫、相對(duì)濕度與農(nóng)田小氣候溫度、濕度的標(biāo)準(zhǔn)化多元回歸方程，計(jì)算出適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的自動(dòng)氣象站氣象條件。

1.2.3建立濕熱指數(shù)W判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度經(jīng)過以上分析得出適宜小麥赤霉病發(fā)生發(fā)展的氣候條件為同時(shí)滿足一定的溫度、濕度，本研究利用該兩要素，經(jīng)過多種組合方法，采用和、積、商等形式，進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，最終構(gòu)造濕熱指數(shù)W，來判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度。

2結(jié)果與分析

2.1適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件

利用相關(guān)性分析方法，計(jì)算各試驗(yàn)站點(diǎn)農(nóng)田小氣候24小時(shí)正點(diǎn)觀測(cè)的溫濕度數(shù)據(jù)中，同時(shí)滿足不同溫度與濕度數(shù)值組合的出現(xiàn)頻率與病情系統(tǒng)消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)到的赤霉病病穗率的相關(guān)關(guān)系[18]，結(jié)果（表1）表明，適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件為：正點(diǎn)觀測(cè)值同時(shí)滿足氣溫Temp≥13 ℃、相對(duì)濕度RH≥70%。

通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，“*”為通過α=0.1的顯著性檢驗(yàn)。[FK）]

[FL（2K2]2.2[JP3]作物層溫濕度與自動(dòng)氣象站溫度、濕度及風(fēng)速之間的關(guān)系

對(duì)張家港等十幾個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)2013年、2014年小麥易感病關(guān)鍵期農(nóng)田小氣候24 h正點(diǎn)觀測(cè)的溫度、濕度與同區(qū)域自動(dòng)氣象站正點(diǎn)定時(shí)溫度、濕度、風(fēng)速記錄進(jìn)行相關(guān)分析（樣本不考慮不同站點(diǎn)之間的差異性），結(jié)果表明：

（1）溫度：自動(dòng)氣象站溫度與農(nóng)田小氣候溫度呈高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.96，擬合優(yōu)度r2為0.923，非常接近于1，說明擬合效果不錯(cuò)（圖1）。P值（Significance F）遠(yuǎn)小于 0.001，說明模型有極明顯的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，通過了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)。

（2）濕度：自動(dòng)氣象站濕度與農(nóng)田小氣候濕度呈高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.94。通過了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)（圖2）。

即小麥易感病關(guān)鍵期內(nèi)，適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的自動(dòng)站氣象條件為：正點(diǎn)定時(shí)記錄同時(shí)滿足氣溫T≥14.3 ℃、相對(duì)濕度U≥64.7%。

2.3濕熱指數(shù)W判別赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度

從以上分析可以看出，小麥易感病關(guān)鍵期的天氣狀況對(duì)發(fā)病輕重起著決定性作用。適宜小麥赤霉病發(fā)生發(fā)展的自動(dòng)站氣象條件為：同時(shí)滿足氣溫T≥14.3 ℃、相對(duì)濕度U≥64.7%。一定的溫度、濕度同為小麥赤霉病的影響因素，因此，筆者利用該兩要素，采用和、積、商等多種組合形式，進(jìn)行反復(fù)計(jì)算，最終發(fā)現(xiàn)以其乘積形式構(gòu)造的濕熱指數(shù)W，在判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度應(yīng)用中效果最優(yōu)。

濕熱指數(shù)W，其表達(dá)式為：

[JZ（]W=[SX（]T=14.3[TX-]〖〗T0[SX）]×[SX（]U=64.7[TX-]〖〗U0[SX）]×100。[JZ）][JY]（4）

式中：W為某時(shí)段濕熱指數(shù)；T為對(duì)應(yīng)時(shí)段內(nèi)自動(dòng)氣象站正點(diǎn)溫度，T0為該地區(qū)累年5月份平均溫度；U為對(duì)應(yīng)時(shí)段內(nèi)自動(dòng)氣象站正點(diǎn)相對(duì)濕度，U0為該地區(qū)累年5月份平均相對(duì)濕度。求平均時(shí)間段為W所對(duì)應(yīng)的某時(shí)段。

利用濕熱指數(shù)W來判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度，還需要確定W的界限值。

根據(jù)公式（4），計(jì)算2013年、2014年江蘇省張家港、宜興等十幾個(gè)站點(diǎn)各時(shí)段的W值，與病情系統(tǒng)消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)到的赤霉病病穗率增加量（某時(shí)段末日監(jiān)測(cè)的病穗率與首日病穗率之差）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，作散點(diǎn)圖（圖3）。

式中：S為某時(shí)段赤霉病病穗率增加量（%）（某時(shí)段末日監(jiān)測(cè)的病穗率與首日病穗率之差），W為對(duì)應(yīng)時(shí)段的濕熱指數(shù)值。

對(duì)方程回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)，P<0.001，達(dá)到了極顯著水平。

利用方程（5），得到W=3.2時(shí)，S=10%；W=5.3時(shí)，S=20%；W=7.4時(shí)，S=30%。即：

當(dāng)濕熱指數(shù)W<3.2時(shí)，小麥赤霉病病穗率增加小于10%，赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級(jí)為1級(jí)；當(dāng)3.2≤W<5.3時(shí)，小麥赤霉病病穗率增加量為10%～20%，赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級(jí)為2級(jí)；當(dāng)5.3≤W<7.4時(shí)，小麥赤霉病病穗率增加量為20%～30%，赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級(jí)為3級(jí)；當(dāng)濕熱指數(shù)W≥7.4時(shí)，小麥赤霉病病穗率增加將超過30%，氣象條件對(duì)赤霉病的流行非常適宜，赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級(jí)為4級(jí)。

實(shí)際應(yīng)用中，從小麥赤霉病始見病日開始，根據(jù)氣象要素的實(shí)況值計(jì)算濕熱指數(shù)W，判別前期氣象條件是否適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展；應(yīng)用歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）細(xì)網(wǎng)格（0.25°×0.25°）數(shù)值預(yù)報(bào)、T639等中、短期數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，預(yù)測(cè)未來幾天的溫度和空氣相對(duì)濕度，計(jì)算濕熱指數(shù)W，判別赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級(jí)，對(duì)赤霉病發(fā)生發(fā)展進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，使農(nóng)戶科學(xué)防治赤霉病，減少防治成本。

2.4試用檢驗(yàn)

2003年江蘇省小麥赤霉病發(fā)生較重，2004年、2008年江蘇省小麥赤霉病中等到輕發(fā)生，因此本研究選取計(jì)算了2003年、2004年、2008年洪澤、東臺(tái)等5個(gè)站點(diǎn)的濕熱指數(shù)W，檢驗(yàn)其動(dòng)態(tài)判別赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級(jí)的準(zhǔn)確度，結(jié)果見表3。

從表3可以看出，用濕熱指數(shù)W動(dòng)態(tài)判別赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級(jí)，2003年判別結(jié)果與實(shí)際相符的有14例，錯(cuò)誤4例，判別準(zhǔn)確率77.8%；2004年判別結(jié)果與實(shí)際相符的有7例，錯(cuò)誤2例，判別準(zhǔn)確率也是77.8%；2008年判別結(jié)果與實(shí)際相符的有8例，錯(cuò)誤2例，判別準(zhǔn)確率80.0%。

由此可見，用濕熱指數(shù)W動(dòng)態(tài)判別赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度等級(jí)效果較好。

3結(jié)論與討論

（1）利用相關(guān)性分析方法，找出適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的農(nóng)田小氣候條件為：正點(diǎn)觀測(cè)值同時(shí)滿足氣溫Temp≥13 ℃、相對(duì)濕度RH≥70%。

（2）研究作物層溫濕度與自動(dòng)氣象站溫度、濕度及風(fēng)速之間的關(guān)系，確定影響農(nóng)田小氣候的主要?dú)庀笠蜃?，建立回歸方程。計(jì)算得到小麥易感病關(guān)鍵期內(nèi)，適宜赤霉病發(fā)生發(fā)展的自動(dòng)站氣象條件為：正點(diǎn)定時(shí)記錄同時(shí)滿足氣溫T≥14.3 ℃、相對(duì)濕度U≥64.7%。

（3）構(gòu)造濕熱指數(shù)W，確定W的各界限值，動(dòng)態(tài)判別小麥赤霉病發(fā)生流行的氣象適宜度。經(jīng)試用檢驗(yàn)，判別效果較好。

（4）江蘇省植保站的小麥赤霉病病情系統(tǒng)消長(zhǎng)動(dòng)態(tài)觀測(cè)與農(nóng)田小氣候同步觀測(cè)試驗(yàn)還在進(jìn)行，我們將跟蹤后續(xù)試驗(yàn)，將上述結(jié)果應(yīng)用到赤霉病防控防治的實(shí)際工作中，使研究成果更完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]高蘋，居為民，陳寧，等. 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在赤霉病預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2001，22（2）：21-24.

[2]劉志紅，張雷，燕亞菲，等. BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在小麥赤霉病氣象預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25（5）：680-685.