裴秀苗，張茜茹，李娜，蘇歡，裴昭萌

（1.運(yùn)城市氣象局，山西 運(yùn)城 044000；2.山西省氣象局氣象臺(tái)，山西 太原 030000；3.臨猗縣氣象局，山西 臨猗 044002；4.山西省鹽湖區(qū)氣象局，山西 運(yùn)城 044000）

小麥條銹病是由條形柄銹菌小麥?；停≒uccinia striiformisWest. f. sp.tritici）引起的在我國(guó)麥區(qū)廣泛流行的病害之一，具有發(fā)生歷史久、發(fā)生范圍廣、流行頻率高、危害損失重等特點(diǎn)[1-3]。小麥條銹病是一種氣流傳播病害，且是一種低溫病害，在我國(guó)主要分布在西北、華北、長(zhǎng)江中下游和西南各省，自新中國(guó)成立以后，曾多次在運(yùn)城冬麥區(qū)大面積流行[4-5]。在全世界范圍內(nèi)，由于小麥條銹病造成的產(chǎn)量損失平均可達(dá)5%～10%[6]。山西麥區(qū)條銹病是由運(yùn)城向北擴(kuò)展引起的，因此研究運(yùn)城市小麥條銹病的流行對(duì)山西全省條銹病的防控具有重大意義。

小麥條銹病的發(fā)生與發(fā)病程度，除了受品種抗病性的影響外，還受到菌源、菌量、環(huán)境以及氣象條件等多種因素的影響[7]。近年來(lái)，許多專家學(xué)者已廣泛開展小麥條銹病的發(fā)生、發(fā)展以及通過(guò)分析氣象條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)等方面的研究。一些學(xué)者針對(duì)全國(guó)的小麥條銹病開展了預(yù)測(cè)研究[8-17]，靳寧等[8]通過(guò)逐步回歸、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法分析大氣環(huán)流特征量與全國(guó)小麥條銹病發(fā)病率之間的相關(guān)關(guān)系，建立了全國(guó)小麥條銹病長(zhǎng)期氣象預(yù)測(cè)模型。肖志強(qiáng)等[10]利用1957—2006年隴南市9個(gè)氣象站的氣象資料與山區(qū)小麥條銹病資料，分析了隴南地區(qū)小麥條銹病的發(fā)生流行規(guī)律，并確定了影響該地區(qū)小麥條銹病流行的主要因子建立流行程度預(yù)測(cè)模型。郭翔等[16]采用多種分析方法，確定影響小麥條銹病發(fā)生的氣象因子并建立了四川盆地小麥條銹病氣象等級(jí)預(yù)測(cè)模型。趙軍等[17]通過(guò)對(duì)魯西南小麥條銹病發(fā)生程度和各月北半球500 hpa平均高度資料進(jìn)行分析，研究了條銹病發(fā)生程度與大氣環(huán)流的關(guān)系并建立了條銹病預(yù)測(cè)模型，預(yù)報(bào)時(shí)效30～60 d，歷史擬合率達(dá)90%。在山西省內(nèi)小麥病蟲害氣象預(yù)報(bào)模型研究方面，王志偉等[18]運(yùn)用逐步回歸分析方法篩選與冬小麥條銹病顯著相關(guān)的氣象因子，建立中長(zhǎng)期的發(fā)生趨勢(shì)模型。程海霞等[19]對(duì)晉城市冬小麥病蟲害的發(fā)生規(guī)律及其與當(dāng)?shù)貧庀髼l件的關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立了山西省晉城市小麥病蟲害氣象預(yù)測(cè)模型。不同專家學(xué)者利用氣象和小麥條銹病的資料，建立了具有較強(qiáng)針對(duì)性、地域性的條銹病預(yù)測(cè)模型，難以推廣以及本地化應(yīng)用，而且目前針對(duì)條銹病的研究很少考慮到風(fēng)的影響。

本試驗(yàn)在研究影響運(yùn)城市小麥條銹病流行程度的環(huán)境氣象因子時(shí)，除了分析溫度、降水、濕度和日照外，還分析了當(dāng)?shù)仫L(fēng)向?qū)l銹病流行程度的影響，并建立運(yùn)城市小麥條銹病綜合預(yù)測(cè)模型，旨在為病蟲害防治提供靶向服務(wù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究所用資料包括運(yùn)城市1990—2020年間小麥生育期內(nèi)條銹病發(fā)生等級(jí)、侵染時(shí)間以及旬、月平均氣溫、積溫（≥0 ℃、≥5 ℃、≥10 ℃）、降水量、降水日數(shù)、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度、最高氣溫、最低氣溫等常規(guī)氣象資料，并對(duì)旬資料進(jìn)行組合處理：如3月上旬至中旬、3月上旬至下旬、3月上旬至4月上旬、3月上 旬至5月下 旬、3月 中旬至下 旬、5月 中旬至下旬等，依次進(jìn)行所有時(shí)段組合處理。小麥條銹病發(fā)病等級(jí)資料來(lái)源于運(yùn)城市農(nóng)村農(nóng)業(yè)局植保站，氣象資料來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://data.cma.cn）。

1.2 研究方法

根據(jù)小麥條銹病自然發(fā)病情況，將流行等級(jí)（y）按5級(jí)劃分：0級(jí)為未流行，1級(jí)為輕流行，2級(jí)為中度流行，3級(jí)為重度流行，4級(jí)為大流行。經(jīng)可靠性檢驗(yàn)修正后投入試用，并對(duì)1990—2020年模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際資料進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估擬合準(zhǔn)確率。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與整理，利用SPSS、多維Logistic回歸模型分析環(huán)境氣象資料與條銹病病害資料，篩選出相關(guān)性好、具有明確生物學(xué)意義的環(huán)境氣象因子作為預(yù)測(cè)因子，建立預(yù)測(cè)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥條銹病流行等級(jí)演變趨勢(shì)

運(yùn)城市小麥條銹病等級(jí)年際變化如圖1所示。

圖1 運(yùn)城市小麥條銹病等級(jí)年際變化Fig.1 Interannual variation of wheat stripe rust grade in Yuncheng city

從圖1可以看出，近31 a來(lái)，運(yùn)城市小麥條銹病共發(fā)生24次，其中大流行1次，出現(xiàn)在1990年，大流行的出現(xiàn)概率為3.2%；重度流行2次，出現(xiàn)在2005、2006年，出現(xiàn)概率為6.5%；中度流行9次，出現(xiàn)概率29.0%，主要出現(xiàn)在2個(gè)時(shí)間段：1993年以前和2003—2010年間；輕度流行12次，出現(xiàn)概率38.7%，主要出現(xiàn)在1994—1999年和2012年以后；未發(fā)生條銹病的年份7次，出現(xiàn)概率22.6%，主要出現(xiàn)在2000—2008年間。

2.2 預(yù)測(cè)模型

研究表明，影響小麥條銹病流行的主要因子是品種的抗病性、菌源量和環(huán)境氣象條件，在不考慮品種抗病性的情況下，菌源量的多少和環(huán)境氣象條件的適宜程度決定著條銹病的流行程度[20-21]。

分析歷年來(lái)運(yùn)城市小麥條銹病資料，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)秋苗感染的記載，其流行程度主要受春季菌源的數(shù)量和侵染時(shí)間早晚的影響，本研究主要選取3—5月的氣溫、積溫、降水量、降水日數(shù)、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度等常規(guī)氣象資料，分析氣象因子與小麥條銹病等級(jí)的相關(guān)性，建立預(yù)測(cè)模型，并檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄M合效果。

2.2.1 風(fēng)向 由于運(yùn)城市小麥條銹病主要受春季菌源影響，根據(jù)歷年資料記載，小麥條銹病菌首先侵染運(yùn)城市南部的芮城縣和永濟(jì)市的小麥，因此，本研究中首先分析芮城和永濟(jì)2縣（市）3—5月的風(fēng)向（圖2）。綜合分析發(fā)現(xiàn)，歷年3—5月芮城盛行東北風(fēng)、永濟(jì)盛行西南風(fēng)，小麥條銹菌侵染芮城的小麥后，形成的分生孢子乘著東北風(fēng)沿中條山南側(cè)進(jìn)入永濟(jì)，之后在西南風(fēng)的推動(dòng)下，沿中條山北側(cè)的峽谷地帶進(jìn)入鹽湖區(qū)、平陸等地。

圖2 芮城和永濟(jì)3—5月風(fēng)玫瑰圖Fig.2 Wind rose diagram of Ruicheng and Yongji from March to May

2.2.2 小麥條銹菌的侵染時(shí)間 小麥條銹菌一般在4月下旬侵染運(yùn)城市的小麥，最早發(fā)現(xiàn)侵染時(shí)間是3月19日（2020年），最晚為5月16日（2019年），平均侵染時(shí)間是4月28日；在芮城、永濟(jì)等地始見，5月以后進(jìn)入流行擴(kuò)散期。

本研究將3月18日定義為0，18日之后侵染的時(shí)間序列為正，之前的為負(fù)。從圖3可以看出，條銹病菌侵染時(shí)間和當(dāng)年發(fā)生等級(jí)在趨勢(shì)上有一定的關(guān)系，侵染時(shí)間越早，時(shí)間序列越小，后期發(fā)生條銹病等級(jí)概率越高；侵染時(shí)間越晚，時(shí)間序列越大，后期條銹病發(fā)生等級(jí)概率越低。

圖3 侵染時(shí)間與條銹病等級(jí)關(guān)系Fig.3 Relationship between infection time and stripe rust grade

2.2.3 氣象因子預(yù)報(bào)模型 因變量為運(yùn)城市1990—2020年條銹病發(fā)生等級(jí)數(shù)據(jù)，自變量為13縣（市、區(qū)）3—5月各旬、月平均氣溫、積溫、降水量、降水日數(shù)、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度等共66項(xiàng)環(huán)境氣象資料，應(yīng)用回歸分析方法，篩選相關(guān)性較高且具有明確生物學(xué)意義的氣象要素作為預(yù)報(bào)因子，建立條銹病發(fā)生等級(jí)回歸模型（P＜0.05）。

式中，x1為4月上旬日照時(shí)數(shù)，x2為3月下至4月上旬相對(duì)濕度，x3為5月中旬降水量，x4為4月下旬日照時(shí)數(shù)。

運(yùn)城市小麥條銹病等級(jí)受春季日照和空氣濕度的影響較大，與4月上旬的日照時(shí)數(shù)呈明顯正相關(guān)（P＜0.05），4月上旬日照時(shí)數(shù)較多時(shí)，往往溫度較高，氣候溫暖，條銹病菌繁衍速度較快；條銹病等級(jí)與3月下旬至4月上旬相對(duì)濕度呈正相關(guān)，空氣濕度大時(shí)小麥葉片表面上容易形成露珠，條銹病菌在有露珠的環(huán)境下繁衍、蔓延，后期流行等級(jí)越高；5月中旬的降水多，空氣濕潤(rùn)，植株長(zhǎng)勢(shì)旺盛，底部葉片密度大，通風(fēng)透光性差，有利于條銹病發(fā)展。

2.2.4 預(yù)測(cè)模型擬合驗(yàn)證 檢驗(yàn)預(yù)測(cè)模型的擬合準(zhǔn)確率，將每年的氣象資料回代入模型得到擬合的條銹病等級(jí)，擬合結(jié)果與實(shí)際發(fā)生程度相差0.5（0～0.5）級(jí)為符合，計(jì)100%；相差1（0.5～1.0）級(jí)為基本符合，計(jì)80%；相差1.0～1.5級(jí)，計(jì)70%；相差1.5級(jí)以上為不符合，計(jì)為0；歷史符合率為各年符合程度評(píng)分值的平均值。由表1可知，在運(yùn)城市31 a資料中，歷史回報(bào)擬合率在100%的為13 a，占41.9%；擬合率在80%的為12 a，占38.7%；擬合率在70%的為5 a，占16.1%；擬合率在0的為1 a，占3.2%。

表1 小麥條銹病等級(jí)相關(guān)因子及擬合Tab.1 Correlation factors and fitting of wheat stripe rust grade

續(xù)表1 小麥條銹病等級(jí)相關(guān)因子及擬合Tab.1（Continued） Correlation factors and fitting of wheat stripe rust grade

利用預(yù)測(cè)模型對(duì)1990—2020年的條銹病等級(jí)進(jìn)行擬合（圖4），并對(duì)2021年條銹病發(fā)生等級(jí)進(jìn)行預(yù)測(cè)，其結(jié)論為：y＝-6.415+0.051x1+0.047x2+0.022x3+0.019x4＝-6.415+0.051×16.5+0.047×56.5+0.022×15.3+0.019×49.6＝1.639。根據(jù)模型預(yù)報(bào)2021年小麥條銹病等級(jí)為2級(jí)；據(jù)運(yùn)城市農(nóng)村農(nóng)業(yè)局植保站調(diào)查，2021年運(yùn)城市條銹病發(fā)生等級(jí)是2級(jí)，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確。

圖4 小麥條銹病等級(jí)擬合值與實(shí)際值比較Fig.4 Comparison between fitting value and actual value of wheat stripe rust grade

2.2.5 大流行年份分析 1989年隆冬，全國(guó)大部分地區(qū)以偏暖為主，1990年春季降水豐沛、適時(shí)，北方冬小麥產(chǎn)區(qū)3—5月的降水量在50～200 mm，比歷年同期偏多50%至2倍，全國(guó)各地對(duì)條銹病暴發(fā)的嚴(yán)重性估計(jì)不足，導(dǎo)致條銹病在全國(guó)大面積暴發(fā)，發(fā)生范圍及流行強(qiáng)度均為近年之最[22]。

當(dāng)年3—5月，運(yùn)城市氣溫偏低，降水總量偏多，陰雨日數(shù)較多（表2）。3月21—28日出現(xiàn)連續(xù)8 d的陰雨天氣，4月16—23日、4月27日至5月3日再次出現(xiàn)連續(xù)性降水；4月中下旬的平均氣溫分別為13.4、11.1 ℃，在條銹病潛育適溫范圍內(nèi)；3月下旬至4月上旬間，運(yùn)城市空氣相對(duì)濕度為67.7%，高于歷年同期平均值55.2%。溫度適宜、空氣濕潤(rùn)，陰雨日數(shù)多，小麥葉面易于形成露珠，有利于條銹病菌的侵入、繁殖乃至蔓延；5月15—18日運(yùn)城全市再次普降中到大雨，旬降水量比歷年同期平均值偏多33.0 mm，濕潤(rùn)的氣候條件導(dǎo)致當(dāng)年條銹病嚴(yán)重發(fā)生，發(fā)生面積10.7萬(wàn)hm2，等級(jí)達(dá)4級(jí)，是運(yùn)城市1990年以來(lái)僅有的一次條銹病等級(jí)達(dá)到4級(jí)。

表2 特殊年份氣象因素與平均值差Tab.2 Difference between meteorological elements and average values in special years

2.2.6 全國(guó)大流行而運(yùn)城未形成大流行年 1990—2017年，小麥條銹病在我國(guó)有3次大流行，1990、2002、2017年，分別造成小麥減產(chǎn)12.4億、8.5億、1.7億kg[23-25]，但運(yùn)城市僅在1990年形成大流行，2017年輕度流行，2002年條銹病涉及甘、陜、川、渝、云、貴、寧、鄂、豫、魯、冀等11個(gè)省區(qū)，山西未流行。

2017年受冬季溫暖、春季多雨適溫氣候的影響，小麥條銹病在我國(guó)大面積流行，發(fā)生面積約556萬(wàn)hm2[23]，山西發(fā)生區(qū)域由運(yùn)城向北擴(kuò)展到忻州的原平，面積超6.67萬(wàn)hm2，是1990年大發(fā)生后的又一重發(fā)年。

2017年春季運(yùn)城市的氣候特點(diǎn)是氣溫異常偏高，降水正常。冬季（2016年12月至2017年2月）運(yùn)城市平均氣溫達(dá)2.7 ℃，比歷年同期平均值偏高2.3 ℃，入春后氣溫繼續(xù)回升，春季（3—5月）平均氣溫為15.4 ℃，比歷年同期平均值偏高0.9 ℃，期間降水量為104.5 mm，比歷年同期偏多3.9 mm；3月1日至4月6日全市降水稀少，平均降水量?jī)H11.5 mm，比歷年同期偏少9.6 mm；4月7—10日，出現(xiàn)連續(xù)4 d降水天氣，過(guò)程降水量介于17.2～39.8 mm；4月15—16日再次出現(xiàn)零星小雨，降水量在0～9.9 mm，永濟(jì)、夏縣降中雨，降水量分別為12.1、11.4 mm，條銹病菌于4月16日侵染芮城、永濟(jì)。4月17—24日運(yùn)城市以晴到多云天氣為主，氣溫回升，不利于條銹病菌的潛育和繁衍；4月25日有0.0～1.1 mm的零星降水，5月份降水量和降水日數(shù)依然偏少，空氣干燥，不利于小麥葉面形成露珠，因此條銹病菌雖然侵染運(yùn)城小麥，并經(jīng)運(yùn)城向北擴(kuò)散，但由于運(yùn)城市防治病害發(fā)生的措施得力，而且后期氣象條件并不利于其潛育、流行。因此，在2017年全國(guó)條銹病大流行的環(huán)境下，條銹病菌僅僅是經(jīng)運(yùn)城擴(kuò)散至山西以北的小麥種植區(qū)，而對(duì)運(yùn)城市內(nèi)的小麥種植區(qū)并沒(méi)有形成大流行。

3 結(jié)論與討論

小麥條銹病是一種氣傳病害，流行年份常造成小麥明顯減產(chǎn)。近31 a來(lái)，運(yùn)城市小麥條銹病頻發(fā)，開展條銹病預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)的研究對(duì)提高作物產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)具有重要的指導(dǎo)意義。影響小麥條銹病發(fā)生、流行的因素較為復(fù)雜，研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)城市小麥條銹病發(fā)生等級(jí)主要受4月上旬日照時(shí)數(shù)、3月下旬至4月上旬相對(duì)濕度、5月中旬降水量和4月下旬日照時(shí)數(shù)的影響。條銹病發(fā)生等級(jí)預(yù)測(cè)模型經(jīng)過(guò)歷史資料回代檢驗(yàn)，擬合效果較好；利用2021年氣象資料預(yù)測(cè)當(dāng)年小麥條銹病發(fā)生等級(jí)與實(shí)際發(fā)生等級(jí)相符，預(yù)測(cè)效果良好，有一定的指導(dǎo)意義。

對(duì)比以往條銹病預(yù)測(cè)模型，本模型在考慮氣溫、降水量、日照、相對(duì)濕度等諸多氣象因子時(shí)，對(duì)各個(gè)時(shí)段的旬、月資料進(jìn)行組合處理，避免了旬、月資料存在人為間斷的不足，有利于分析環(huán)境氣象資料對(duì)條銹病菌影響的連續(xù)性，在要素選擇上更加切合實(shí)際；其次，前人對(duì)條銹病的分析、研究中沒(méi)有涉及到風(fēng)向和侵染時(shí)間。本研究通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)卮杭镜娘L(fēng)向?qū)\(yùn)城市條銹病流行等級(jí)有一定的影響，病菌隨著東北風(fēng)沿中條山南側(cè)由芮城進(jìn)入永濟(jì)，之后在西南風(fēng)的推動(dòng)下，沿中條山北側(cè)的峽谷地帶進(jìn)入鹽湖區(qū)、平陸等地。另外，條銹病菌侵染時(shí)間的早晚與運(yùn)城市條銹病流行等級(jí)關(guān)系密切，侵染早，后期流行等級(jí)往往較高，侵染晚流行性等級(jí)往往較低。本研究建立的預(yù)報(bào)模型是基于基礎(chǔ)氣象要素資料，相對(duì)于遙感預(yù)測(cè)模型更加簡(jiǎn)易、可行。綜合來(lái)看，本研究的預(yù)報(bào)模型具有一定的代表性，提升了運(yùn)城市冬小麥條銹病預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率，對(duì)條銹病的防治有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

小麥條銹病發(fā)生等級(jí)不僅與當(dāng)?shù)貧庀笠蜃佑嘘P(guān)，還受到小麥品種抗病性、菌源、病菌基數(shù)、防治措施等多方面因素的影響，本研究?jī)H分析了環(huán)境氣象要素對(duì)條銹病等級(jí)的影響。由于精確的條銹病發(fā)生面積、等級(jí)等實(shí)地觀測(cè)資料較難獲取，導(dǎo)致預(yù)測(cè)模型存在一定的偏差；此外，條銹病發(fā)生等級(jí)受主觀因素影響，相鄰等級(jí)之間可能存在一些誤差。因此，在今后的應(yīng)用中，將進(jìn)一步細(xì)化觀測(cè)方案、積累并完善條銹病相關(guān)資料，繼續(xù)更全面、更深入地優(yōu)化模型。