摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇
气候变化对中国农作物病害发生的影响*
王摇丽摇霍治国
1
1**
(1中国气象科学研究院,北京100081;2全国农业技术推广服务中心,北京100125;3浙江省气候中心,杭州310017;4南京信息工程大学,南京210044)
摇张摇蕾摇姜玉英摇肖晶晶摇卢小凤
1
2
3
1,4
摘摇要摇基于全国农区527个气象站点1961—2010年逐日气象资料、逐年农作物病害发生面积以及产量资料,从气温、降水、日照等角度,采用相关分析方法,研究了气候变化背景下各气象要素变化对中国农作物病害发生的影响。结果表明:近50年来,气候变化导致的各气象因子变化总体有利于病害发生,年平均温度以0.27益·10a-1的速率升高,其每升高1益,可导致病害发生面积增加6094.4万hm2次;年平均降雨强度以0.24mm·d-1·10a-1的速度增加,其每增加1mm·d-1,可导致病害发生面积增加6540.4万hm2次;年平均日照时数以47.4h·10a-1的速率减少,其每减少100h,可导致病害发生面积增加3418.8万hm2次;在气候变化导致的光、温、水变化中,温度增加对病害发生面积增加的影响最为显著,其次为日照时数减少、第三为平均降雨强度增大,其标准化回归系数依次为0.508、-0郾374、0.112。
关键词摇气候变化;农作物;病害发生面积;温度;降水;日照
中图分类号摇S43摇文献标识码摇A摇文章编号摇1000-4890(2012)7-1673-12
EffectsofclimatechangeontheoccurrenceofcropdiseasesinChina.WANGLi1,HUOZhi鄄guo1**,ZHANGLei1,JIANGYu鄄ying2,XIAOJing鄄jing3,LUXiao鄄feng1,4(1ChineseAcad鄄emyofMeteorologicalSciences,Beijing100081,China;2NationalAgricultureTechniqueExten鄄sionServiceCenter,Beijing100125,China;3ZhejiangClimateCenter,Hangzhou310017,Chi鄄na;4NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China).ChineseJournalofEcology,2012,31(7):1673-1684.
Abstract:Basedonthe1961-2010dailyobservationdatafrom527meteorologicalstationsandtheannualdataofthecropdiseasesoccurrenceareaandcropyieldinfarmingareasofChina,thispaperstudiedtheeffectsofvariousmeteorologicalelements(airtemperature,precipitation,andsunshinehour)ontheoccurrenceanddevelopmentofcropdiseasesinChinaunderclimatechange.Asawhole,thevariationofthemeteorologicalelementsinducedbyclimatechangeinrecent50yearsbenefitedtheoccurrenceofcropdiseases.Themeanannualairtemperatureincreasedatarateof0.27益·10a-1,anda1益increaseofthemeanannualtemperaturecouldinducea60.944millionhm2·timeincreaseofthecropdiseasesoccurrencearea.Themeanannualaverageprecipitationintensityincreasedatarateof0.24mm·d-1·10a-1,andtheoccurrenceareaofcropdiseaseswouldbeincreasedby65.404millionhm2·timewhenthispre鄄cipitationintensityincreasedby1mm·d-1.Themeanannualsunshinehoursdecreasedattherateof47.4h·10a-1,anda100hdecreaseofthesunshinehourscouldinducethecropdisea鄄sesoccurrenceareaincreasedby34.188millionhm2·time.Amongthevariationsofairtemper鄄ature,precipitation,andsunshinehourunderclimatechange,theincreaseofairtemperaturehadthemostsignificanteffectontheincreaseofthecropdiseasesoccurrencearea,followedbythedecreaseofsunshinehours,andtheincreaseofmeanprecipitationintensity,withthestand鄄ardizedregressioncoefficientbeing0.508,-0.374,and0.112,respectively.
Keywords:climatechange;crop;diseaseoccurrencearea;temperature;precipitation;sun鄄shine.
*公益性行业(气象)科研专项经费项目(GYHY201006026)资助。**通讯作者E鄄mail:huozhigg@cams.cma.gov.cn收稿日期:2012鄄01鄄12摇摇接受日期:2012鄄03鄄05
1674摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第31卷摇第7期摇
摇摇农作物病害是严重影响和危害中国农业生产的度等的影响,近年来中国农作物病害发生呈发病面积逐渐增加、暴发频率逐渐提高、灾害损失逐渐加重20世纪50年代及以前只是零星发生;60年代平缓
重要生物灾害之一,受气候变化、耕作方式、种植制
的态势(霍治国和王石立,2009)。如水稻纹枯病在扩展;70年代迅速蔓延;80年代暴发成灾;到90年代已猖獗为害,南方稻区发病面积比例普遍超过50%以上,而由此造成的产量损失几乎呈直线上升;进入21世纪以来,水稻纹枯病连续偏重发生到大发
生,其中2000—2004年5年中有1年大发生,4年2009为偏重发生,2005—2009年则连续5年大发生,且
纹枯病年发生危害程度最为严重“透顶冶现象(陈生斗和胡伯海,部分粳稻田块出现,2003;张忠谋等,2010)。
在全球气候变暖背景下,温度升高、降水变异、极端天气气候事件趋多趋强以及耕作栽培制度变化等,一定程度上改变了农田有害生物系统生存的生态环境条件,致使病害适生区域、时段发生变化,进而引致其分布、发生与流行、种群类型结构等发生变化(林而达等,2006;秦大河等,2007;IPCC,2007)。目前国内外有关气候变化对病害发生影响的研究,多是基于文献记载(叶彩玲和霍治国,2001)或基于未来气候情景下模拟评价Rosenzweig变化对农作物病害影响的量化评估鲜有报道etal.,2001)得到的定性结论(Chakrabortyet,al.有关气候,2000;。如暖冬造成全国大部分地区病害发生期提前、危害期延长、危害程度加重;主要农作物病害越冬范围明显扩大,其发生界限、越冬北界北移(叶彩玲等,2005;李军等,2008;孟芙蓉和李永善,2008)等;国外学者也有从基因角度研究,发现气候变化背景下许多病原物都表现出强大的繁殖、重组、甚至是挑选具有关键致病基因变种的能力(Gregory文拟从长年代病害发生观测事实的角度etal.,2009;Tester,从而导致新型病虫害增多&Langridge,2010)。,从温度、本降水、日照等方面揭示并量化气候变化对病害的影响,以期为开展气候变化对农业病害影响的评估提供参考依据。1摇材料与方法1郾1摇数据来源
气象资料来自国家气象信息中心,经过筛选,从全国564个气象站点中剔除高山站、沙漠站等,只采图Fig.1摇1摇全国农区气象站点分布示意图
LocationofweatherstationsinfarmlandsofChina
用位于农区的527个气象台站的1961—2010年逐日气象资料,包括日平均气温、日降水、日照时数等。病害资料来自全国农业技术推广服务中心,包括各种粮食作物、油料作物、糖料作物、果树、蔬菜、棉花1961—2010及其他经济作物年逐年的发病面(烟草、茶、枸杞积、、导草莓致的)粮所有病害
等。产量资料来自中国种植业信息网,包括食1961—损失20101郾2摇年逐年农作物种植面积研究方法
、总产量等。1郾2郾1摇因子的选择摇为消除年际间农作物种植面积变化对农作物病害发生面积的影响,采用当年病害发生面积/当年种植面积,即病害发生面积比作为当年农作物病害的发生因子。采用的气象因子有平均温度、降水量、雨日数、日照时数、低温指数、高温指数、最冷月平均气温、最热月平均气温、平均降雨强度(大气科学辞典,1994)、不同等级强度降水等。求得各要素的距平值,在此基础上分析病害因子与各气象因子的相关关系。在研究<0益的低温变化对病害发生影响时选用的低温时段是指从上年稳定通过0益的终日后一日到当年稳定通过0益的初日1郾前一日2郾2摇。
不同等级强度降水的计算摇由于中国东西部差异很大,故针对不同年降水量的站点,采用陈晓燕等(2010)所划分的标准,以日降水量定义的降水强度划分标准如表2所示。分别计算小雨、中雨、大雨、暴雨4个等级强度的降雨量、雨日数及其百1郾分比2郾3摇。界限温度初终日的确定摇农业界限温度是热量资源的一种表达形式,对指示农作物生长发育、农业生产有着特殊的意义。本文采用五日滑动平均法来确定各界限温度的初终日。王摇丽等:气候变化对中国农作物病害发生的影响表1摇各气象因子及其含义
Table1摇Meaningofmeteorologicalfactors
1675
气象因子含义
平均降雨强度降雨量/雨日数
最冷月平均气温上年12月—当年1月平均气温最热月平均气温7—8月平均气温
低温指数(低温时段持续日数伊出现低温时段的站点数)^0郾5
高温指数
(逸某界限温度期间持续日数伊出现逸某界限温度时段的站点数)^0郾5
各等级强度雨日数百分比该等级强度雨日数/总雨日数伊100%
表Table2摇不同年降水量对应的雨量等级划分标准ferent2摇valuesPrecipitationofannualgradingprecipitation
systemcorresponding(mm)
todif鄄降水等级逸500郾045郾0~499郾9
<45郾0小雨0郾1~9郾90郾1~2郾9中雨10郾0~24郾9左边一列的标准乘以
3郾0~7郾4大雨25郾0~49郾9
年降水量/500暴雨
逸50郾0
7郾5逸15郾~14郾9
0
引自陈晓燕等(2010)。
2摇全国农区病害发生情况
图2和图3分别给出了全国病害发生面积比和病害导致粮食损失率1961—2010年逐年变化情况,可知近50年来,二者都呈显著上升趋势。其中,病害发生面积比近50年平均值为0郾38,2001—2010年达到0郾77,约是60年代的6郾65倍;病害导致粮食损失2001—2010年约是60年代的10郾11倍,损失率则约为3郾88倍。
3摇温度变化对病害发生的影响3郾1摇年平均温度
2001—2010近50年年比来全60国年代增加了农区平均1郾温09度益为。11郾图44给出
益,
图Fig.2摇earate
2摇全国病害发生面积比时间序列
Timeseriesofnationalcropdiseasesoccurrencear鄄图Fig.3摇3摇病害致粮食损失率时间序列
Timeseriesofgrainlossratecausedbycropdiseases
图Fig.4摇anomaly4摇病害发生面积比距平与年平均气温距平时间序列Timeandtemperatureseriesofcropanomaly
diseasesoccurrencearearate了病害发生面积比距平与农区年平均气温距平的年变化,可以看出,20世纪60年代以来,全国农区年平均温度呈显著上升趋势,增幅为0郾27益·10a-1农作物病害发生面积比与之伴随增长。由二者相关;
关系(图5)可知,农区年平均温度在11郾4益基础上0郾每升高1益,病害发生面积比将在0郾38基础上增加同41,)为基准以近50,则病害发生面积将增加年平均种植面积(14864郾6094郾5万4hm2万,hm下2图5摇病害发生面积比距平与农区年平均气温距平的相关关系
Fig.rate5anomaly摇Correlationandannualbetweenaveragecroptemperaturediseasesoccurrenceanomaly
area1676摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第31卷摇第7期摇
图6摇病害发生面积比与稳定通过各界限温度期间全国农区平均温度的相关关系
Fig.6摇Correlationbetweencropdiseasesoccurrencearearateanomalyandaveragetemperatureanomalyof逸differentthresholdtemperatures
次。研究表明,在适宜温度范围内病害的潜育期一般随着温度升高而缩短,危害程度也随之加重,如小麦全蚀病在10~25益范围内,随温度升高症状出现越早,发病也越重,表现为病根率、黑根段长度和产量损失值大等(袁红旭等,2000)。3郾2摇不同界限温度
稳定通过0、5、10、15、20、25益时段内平均温度分别以0郾13、0郾13、0郾12、0郾09、0郾07、0郾03益·10a-1的速率升高,表明近50年来全国农区生长季在逐渐变暖。从病害发生面积比距平与农区稳定通过各界限温度期间平均温度距平的相关关系(图6)可看出,除稳定通过25益时期内的平均温度距平与病害发生面积比距平相关性较差,没有通过显著性检验外,其余各界限温度(0、5、10、15、20益)内二者相关性都较好,其中以5益最好,相关系数r达到0郾621;
0郾465。各界限温度内的平均温度变化都与病害发生呈正相关,其中以稳定通过10益对病害的影响最大。10益表示喜凉作物的活跃生长和喜温作物开始生长,该时段内平均温度每升高1益病害面积增加8978郾1万hm2次(表3)。3郾3摇<0益的低温
低温指数反映了全国农区<0益低温的持续时间和影响范围,从低温指数距平与病害发生面积比距平相关关系图(图7)可以看出,二者呈显著负相关:冬季温度越低,持续时间越长,范围越大,低温指数就越大,对病菌安全越冬越为不利,可导致下一年病害发生面积相对降低。全国农区低温指数近50年来平均为202郾7d-1/2,呈逐渐减小趋势,波动范围为185~215d-1/2;在202郾7d-1/2基础上,低温指数
其次是0、10、15益;最小的是20益,相关系数只有
王摇丽等:气候变化对中国农作物病害发生的影响
表3摇病害发生与稳定通过各界限温度期间农区平均温度变化的相关关系
Table3摇Correlationbetweencropdiseasesoccurrenceandchangesofaveragetemperatureof逸differentthresholdtemperatures
不同界限各时段平均气温引起温度(益)的病害面积比增
加速率(益-1)
0郾5310郾5290郾6040郾5630郾504-对应的病害发生面积变化(万hm2次)
7893郾07863郾38978郾18368郾77491郾7-显著性
<0益期间积温
1677
表4摇病害发生与各低温指标变化的相关关系
Table4摇Correlationbetweencropdiseasesoccurrenceandchangesoflowtemperaturefactors
低温指标
每增加一个单位对应的病害引起的病害发生面积变化发生面积比增加(万hm2次)量(积温以100益·d为一个单位)
0郾150郾120郾08
2229郾71783郾71189郾2
显著性
05
*********-
年极端最低气温**极显著(P<0郾01)。最冷月平均温度
******
10152025害加重(徐祥德等,2002;肖志强等,2007;侯国成和王秀萍,2009)。气候变化带来的暖冬冷春使得小麦条锈病爆发的频率和严重程度都明显增加(Coak鄄3郾4摇逸30益的高温
总体而言,日最高气温逸30益时高温指数、积温与病害发生面积比呈正相关(图8),高温指数增加一个单位时,病害发生面积比可增加0郾02,病害发生面积增加297郾3万hm2次;当日最高温度>30增加0郾08,病害发生面积增加1189郾2万hm2次。益期间积温增加100益·d时,病害发生面积比可
但高温对不同的病害影响不同,部分对高温敏感的病害在炎夏或是温度偏高的夏季发生较弱,如1997)等。据研究,小麦条锈病菌侵入的最适温度为9~12益,在夏季最热旬平均气温高于23益以上的地区已不能越夏(中国农业科学院植物保护研究所,1995);小麦白粉病适宜发生的温度为15~20(李伯宁等,2008);棉花黄萎病的适宜温度为22~益,高于25益时对小麦白粉病的发生有明显的抑制28益,高于30益发展缓慢,超过35益即有隐症现小麦条锈病、白粉病,棉花黄萎病、枯萎病(王勤英,ley,1979)。
**极显著(P<0郾01),*显著(P<0郾05),-未通过显著性检验。
每减小10个单位,病害发生面积比会在0郾38基础上增加0郾27,则相应的病害发生面积增加4013郾4万hm2次。
摇摇全国农区低温时段积温、年极端最低气温、最冷月平均气温从20世纪60年代至20世纪末均持续升高,到21世纪初(2001—2010年)又都略有下降;总0郾5益·10a-1、0郾3益·10a-1的速率显著升高。低温时段积温距平与病害发生面积比距平呈显著正相关(图7),积温每增加100益·d,病害发生面积比2229郾7万hm2次。最冷月平均气温距平、年极端最低气温距平也都与病害发生呈显著正相关(表4)。一方面,冬季温度偏高,有利于冬种面积扩大,增加了病菌的寄主植物源(李淑华,1993);另一方面,冬季温度偏高不利于冻死病原物,有利于病菌安全越冬,使得越冬基数增加、越冬的海拔升高、地理范围扩大,并使原来病害危害不严重的温凉气候地区危在0郾38基础上增加0郾15,则病害发生面积增加的来说,近50年来三者分别以34郾0益·d·10a-1、
图7摇病害发生面积比距平与<0益期间温度因子距平的关系
Fig.7摇Correlationbetweencropdiseasesoccurrencearearateanomalyandtemperaturefactorsanomalyof<0益
1678摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第31卷摇第7期摇
图8摇病害发生面积比距平与日最高温度超过30益时温度因子距平的关系
Fig.8摇Correlationbetweencropdiseasesoccurrencearearateanomalyandtemperaturefactorsanomalywhiledailymaxi鄄mumtemperature逸30益
象(邓树梓等,2010),在豫北棉区7月份连续两旬平均气温高于27益,黄萎病的发生扩展就受到抑制过25益时便不能正常生长(孙立德等,2009)。(简桂良等,1995);秋白菜霜霉病菌孢子在气温超
相反地,还有部分病害由于制约其发病的上限温度较高,夏季温度越高对其发生越有利。例如,高温、高湿天气有利于大白菜炭疽病的发生和发展,逸35益的活动积温与其发病程度呈正相关关系(邹学校,1989);烟草青枯病在27~37益下均能良好生长,温度上限为41益(刘旭等,2008);云南水稻细菌性基腐病生长适宜温度为28~36益,其中以32益2004)。另外,高温常伴随着干旱发生,对个别病害为最适,最高温度42益,致死温度53益(周惠萍等,也较有利,例如2009年7月6—22日(除7月10日零星降雨)湖北省枝江市持续干旱17d,且7月此时正值一季晚稻孕穗期及二季晚稻分蘖期,使得
摇摇因此,高温对不同的病害影响不同,温度越高,差异性越明显———日最高温度>30益时高温指数、积温与病害发生面积比呈微弱的正相关(通过显著性检验),但当日最高温度超过35益时,已不能通过显著性检验。
20世纪60、70年代基本稳定,到了80年代略有下降,随后逐渐升高;近50年来,分别以0郾14、0郾17益·10a-1的速度升高(图9、图10)。由病害发生面年极端最高气温和最热月平均气温在目前的范围内,每升高1益,病害发生面积比在0郾38基础上会分别增加0郾19和0郾30。这是因为近50年来,全国农区平均年极端最高气温仅在32郾7~35郾5益范围内波动,最热月平均温度也只是在24郾1~26郾2益范围内波动,在此范围还是比较适宜大部分病菌生存25~30益、麦类赤霉病可在5~37益范围内发病、玉米小斑病可在10~35益范围内发病且其发病最并侵染作物的,如水稻白叶枯病发生的最适温度为
全国农区年极端最高气温和最热月平均气温在
积比距平与这二者的相关关系(图11、图12)可知,
16—23日持续7d高温(最高气温均超过36益),2010)。水稻不同程度发生了恶苗病及黄矮病(陈江城等,
图9摇全国农区平均年极端最高气温年变化
Fig.9摇AnnualchangeofaverageannualextrememaximumtemperatureinfarmlandsofChina图10摇全国农区最热月平均气温年变化
Fig.10摇Annualchangeofaveragetemperatureinthehot鄄testmonthinfarmlandsofChina
王摇丽等:气候变化对中国农作物病害发生的影响1679
图Fig.11摇rate11摇病害发生面积比距平与年极端最高气温距平的关系Correlationbetweencropdiseasesoccurrenceanomaly
anomalyandannualextrememaximumtemperaturearea图Fig.12摇rate12摇病害发生面积比距平与最热月平均气温距平的关系Correlationbetweencropdiseasesoccurrenceareahottestanomalymonth
andtheaveragetemperatureanomalyofthe适温度为28~30益等(霍治国和王石立,2009)。病害发生与各高温指标变化的相关关系详见表5。4摇降水变化对病害发生的影响4郾1摇平均降雨强度
从图13可知,从1961—2010年全国农区年平均降雨mm·d强度呈显著增加趋势,增加速率为0郾24-1·10a-1(P<0郾01);近50年来全国农区年
表Table5摇changes5摇病害发生与各高温指标变化的相关关系
ofCorrelationhightemperaturebetweenfactors
cropdiseasesoccurrenceand高温指标
每增加一个单位对应的病害显著性
引起的病害发生发生面积变化(面积比增加量积温以100益(万hm2次)>30>30益d为一个单位·)
年极端最高气温益时高温指数时积温0郾0郾020郾08191189郾297郾3**2824郾23******最热月平均气温极显著(P<0郾01)。0郾304459郾3
**
图Fig.13摇intensity13摇全国农区年平均降雨强度距平年变化
AnnualanomalychangeinfarmlandsoftheannualofChina
averageprecipitation平均降雨强度平均为6郾59mm·d-1平均降雨强度平均比摇度距平呈显著正相关摇全国病害发生面积比距平与农区年平均降雨强60年代增加了;到0郾8421mm·d世纪初-1,年。6郾59mm·d(图14)。年平均降雨强度在
-1基础上每增加1mm·d-1发生面积比在0郾38基础上增加0郾44,则病害发生,全国病害面积增加6540郾4万hm2次。降雨有利于大多数病菌的繁殖和扩散,绝大多数真菌的孢子在植株叶面液态水中的产生量和萌发率显著提高,同时雨水又是细菌侵染和传播的主要途径(姜燕,2007)。因此,降水、雨日偏多有利于大多数病害发生,并使其6—8为害加重月降雨量,影响事实主要有454郾5mm、:安徽六安地区1974年多15郾1%,造成全区水稻白叶枯病空前大流行雨日33d,雨量比常年偏,普遍率80%~100%,严重度达2~3级,一般田块受害减产2~4成,严重田块减产5~7成,全区减产稻谷1亿kg(杨寿椿,1981);湖北鄂州市2004年8月上旬(稻曲病菌侵入期)降雨量75郾8mm,是上年图14摇全国病害发生面积比距平与农区年平均降雨强度距平相关关系
Fig.rate14摇Correlationbetweencropanomaly
anomalyandtheannualaveragediseasesprecipitationoccurrenceintensityarea1680摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第31卷摇第7期摇
表6摇病害发生与不同等级强度年雨日百分比变化的相关关系
Table6摇Correlationbetweencropdiseasesoccurrenceandraindaypercentageindifferentintensities
等级强度
雨日百分比增加1%引起的病害面积
比变化
-0郾150郾250郾42
对应的病害发生面积变化(万hm2次)-2304郾03671郾56243郾110122郾7
显著性
同期的6郾8倍,中、下旬(稻曲病菌扩散期)降雨量2003年的44郾7倍(叶生海等,2005);甘肃张掖市1983年6—8月降水量比历年同期增加95%,日照2000);江苏阜宁县1980年6月24—30日降雨量高达303郾3mm,田间长期积水,导致棉花枯萎病病菌随雨水飞溅、流动而大范围扩散,致使常年棉花枯萎病零星发病田块全田发病,平均发病株率达30郾6%,死苗率达11郾4%,严重田块棉株全部死亡(张达余等,1994);甘肃民乐县1987年7月中旬—8月初,连降大雨9d,造成小麦条锈病大流行(张文斌,2000)等。不同界限温度时段内平均降雨强度的变化对病4郾2摇不同等级强度降水对病害的影响害发生的影响同年平均降雨强度的相似。
从不同等级强度年雨日百分比距平年变化(图时数减少41郾5h,引起稻瘟病大流行(张文斌,是上年同期的1郾5倍,导致当年稻曲病病穗率达
小雨中雨大雨
********
暴雨0郾68**极显著(P<0郾01)。
0郾489、0郾314、0郾142)。
摇摇这是由于虽然总体上降水多有利于病害发生,但降水强度过大,尤其是降大暴雨或连续降雨,对于部分病菌如小麦白粉病等是不利的,因为这会使得病株上的菌丝变褐、表面粘结、减少和延长分生孢子的产生和传播(刘万才和邵振润,1998;霍治国等,
而对于棉花黄萎病等土传病害,带菌病土随水
15)可知,近50年来,除年小雨日数百分比以每10
2002)。
年减小0郾55%的速度降低外,中雨、大雨、暴雨百分比都在不同程度的增加。而除小雨日数百分比与病害发生呈负相关外,其余3个等级都是正相关(图着降雨强度的增加,其对病害发生的影响逐渐增强加量分别是0郾25、0郾42、0郾68,病害发生面积增加量分别是3671郾5万hm2次、6243郾1万hm2次、10122郾7万hm2次),但拟合效果却逐渐降低(R2分别是
流传播是病害扩散的重要途径之一,尤其是暴雨引起的洪涝灾害使大面积农田受淹后,病害可迅速扩散蔓延(陆郝胜等,1998;Qianetal郾,2010)。还有主要借助雨水传播的病菌,如水稻白叶枯病(张毅军和颜胜安,2009)、稻曲病(敖淑平,2008)、水稻细菌性基2010)、马铃薯晚疫病(尹仁国和刘爱媛,1994)、番茄褐色根腐病(尹仁国和刘爱媛,1994)等,暴雨以腐病(汪清,2010)、水稻心腐病和细条病(陈江城等,
16,均通过0郾01显著性检验)。在这3个等级中,随(雨日百分比每提高1%,引起的病害发生面积比增
图15摇不同等级强度年雨日百分比距平年变化
Fig.15摇Annualchangeofraindaypercentageindifferentintensitiesanomaly
王摇丽等:气候变化对中国农作物病害发生的影响1681
图16摇病害发生面积比距平与不同等级强度年雨日百分比距平的关系
Fig.16摇Correlationbetweencropdiseasesoccurrencearearateanomalyandraindaypercentageindifferentintensitiesanomaly
及引发的洪涝可使病害发生突增、危害显著加重。另外,暴雨及洪涝除直接加速这些病害传播外,对作物植株和土壤的不良作用(如降低植株抗病性、易使土壤板结、根系坏死、影响蒸腾作用等),也会加1994)。本文是基于所有病害的发生情况来统计分析的,随着降雨强度的增加,降雨因子对病害的影响也越复杂,数据的离散性也越明显,R2就越小,但总体上,对统计结果的可信度影响不大。5摇日照变化对病害发生的影响5郾1摇平均年日照时数
20世纪60年代以来,全国农区平均年日照时重病害的发生(尹仁国和刘爱媛,1994;张达余等,
在日照时数多时发病轻,危害轻,反之则重(杜军和向毓意,1999);水稻在孕穗期阴天天数与稻曲病的发展正相关(姜慎等,2010)等。对于大部分病菌来说,日照时间偏少,并伴随着降雨,有利于病害的发2005);另外,当光照不足时,作物光合作用弱,长势2010)。
5郾2摇不同界限温度下日照时数
稳定通过各界限温度(0、5、10、15、20、25益)时段内日照时数与年日照时数的变化趋势相同,呈逐年减少趋势。且病害发生面积比距平与稳生和流行(刘万才和邵振润,1994;叶彩玲等,弱,容易导致其防御病虫害的能力下降(王日东等,
2001—2010年平均日照时数比60年代减少了183郾1h(图17,P<0郾01)。全国病害发生面积比距平与农区年日照时数距平呈显著负相关,农区年日照时数在2287郾3h基础上每减少100h,全国病害发生面积比在0郾38基础上增加0郾23,则病害发生面积增加3418郾8万hm2次,表明日照的减少有利于病害的发生。研究表明,许多病菌孢子对阳光十分敏感,光照强可阻止病菌孢子的萌发,例如紫外光能刺激小麦白粉病闭囊壳产生,从而减轻病菌当时的为害(葛泉卿,1991;蒋运志等,2009);油菜白锈病
数呈显著减少趋势,减少速率为47郾4h·10a-1;
图17摇全国农区年日照时数距平年变化
Fig.17摇Annualchangeoftheannualsunshinehoursanom鄄alyinfarmlandsofChina
1682摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇生态学杂志摇第31卷摇第7期摇
为当气温稳定通过15益时大部分的作物都处于生长期或活跃生长期,并且大多数病菌在处于适宜生长发育期,若此时其他条件适宜如日照偏少等,就容易导致病害大范围流行(张汉琳,1987)。如大棚草莓在18~25益期间若遇到连续阴、雨、雾等少日照天气,便十分利于灰霉病的病原菌孢子形成和侵染(罗军和何美仙,2007)。气温稳定通过15益期间
图18摇全国病害发生面积比与农区年日照时数相关关系Fig.18摇Correlationbetweencropdiseasesoccurrencearearateandtheannualsunshinehours
0郾027,则病害发生面积增加401郾3万hm2次。6摇气象因子变化对病害发生的综合影响
日照时数每减少10h,病害发生面积比将增加
定通过各界限温度期间日照时数距平均为显著负相关(图19和表7),其中,稳定通过15益期间日照时数距平对病害发生面积比距平的影响最大,这是因
平(y)与农区年平均温度距平(x1)、年日照时数距平(x2)、年平均降雨强度距平(x3)的关系式,得:
y=0郾508x1-0郾374x2+0郾112x3
(1)
将各因子归一化以后,建立病害发生面积比距
图19摇病害发生面积比与稳定通过各界限温度期间日照时数的相关关系
Fig.19摇Correlationbetweencropdiseasesoccurrencearearateanomalyandsunshinehoursanomalyof逸differentthresh鄄oldtemperatures
王摇丽等:气候变化对中国农作物病害发生的影响
表7摇病害发生面积与稳定通过各界限温度期间日照时数的相关关系
Table7摇Correlationbetweencropdiseasesoccurrencearearateanomalyandsunshinehoursanomalyof逸differentthresholdtemperatures
1683
分比增加,尤其是暴雨日数百分比的增加,对病害的发生十分有利。小雨日数百分比减小1%或中雨、大雨、暴雨日数百分比升高1%,造成病害发生面积分别增加2304郾0、3671郾5、6243郾1、10122郾7万hm2界限温度(益)R2日照引起的病害对应的病害显著性面积比增加速率
发生面积变化0(10h-1(万hm2次)
50郾-0郾)
312郾100郾252-0郾021312郾2**150郾209-0郾021312郾2****20
0郾1560郾192089
-0郾021-0郾027018
401郾2267郾3****25极显著(0郾P<0郾21201),*显著-0郾025
(P<0郾05)。
371郾66
***
摇个因子中摇由式(1),以平均温度升高对病害发生的影响最为可知在气候变化背景下,光、温、水3
显著,其次为日照时数减少、平均降雨强度增大,其标准化回归系数依次为0郾508、-0郾374、0郾112;且病害发生与平均温度变化、平均降雨强度变化正相关,与日照时数变化负相关,与前文研究结论一致。在方程(1)中,只有降水因子未通过显著性检验,可能是由于降水因子与温度、日照因子自身有一定的相互耦合而导致的。7摇讨摇论
逸30基于年平均温度、各界限温度内平均温度以及
影响的定量分析益高温和<0,得出气候变化背景下生长季变暖益低温天气中温度的变化对病害及冬季变暖均利于病害发生,与前人的定性研究结论一致。气候变化带来的冬季变暖速率>夏季温度升高速率>生长季变暖速率,但对病害发生的影响却是冬季变暖<夏季温度升高<生长季变暖,其中又以稳定通过10益期间内的温度影响最大。全国农20区年平均温度益)时段内的平均温度升高、稳定通过各界限温度1益,可分别引起病(0、5、10、15、8368郾害发生面积增7、7491郾7加万6094郾hm4、7893郾0、7863郾3、8978郾1、
2次;而全国农区最冷月平均温度、平均极端最低温度、最热月平均温度、平均极端最高1189郾温度升高1益,病害发生面积分别增加
mm·全国农区年平均降雨强度近2、1783郾7、4459郾3、2824郾3万hm2次。
d50年来以0郾24-11mm·d-1·,病害发生面积可增加10a-1的速率逐年6540郾增加,4其万每hm增加
2次。通过对不同等级强度降水变化对病害的影响研究,发现小雨日数百分比减小,中雨、大雨、暴雨日数百
次。
全国农区年平均日照时数以48郾4h·10a-1的3418郾速率减少8万,hm其每减少100h,病害发生面积可增加
2次。稳定通过各界限温度的时段内日照时数变化也与病害发生呈负相关,其中以稳定通过15益期间日照时数变化对病害发生的影响最大,这期间日照时数每减少401郾3万hm10h,则病害发生面积增加
2次。
总的来看,近50年来,气候变化导致的各气象因子变化均利于病害发生。本文首次从观测事实的角度,揭示并量化气候变化对全国农作物病害发生的影响,与已有的定性研究结论一致。但据统计,中国农作物病害达742种之多,各病害发生、发展和流行对气象条件的要求不尽相同,甚至同一病菌在不同阶段对环境的要求也不同,例如云南烟区的烟草赤星病,若5月下旬—7月中旬降雨量少,则赤星病危害重;而当7月下旬—9月上旬降雨量大时,赤星病发病重(李天福等,1996)。因此,环境要素的变化对病害的影响非常复杂,本文在计算时是基于全国范围内所有病害发生情况的统计,故而可能与前人关于区域单一病害发生的研究结果存在些许差异,也是合理的。
农作物病害的发生不仅与气象要素有关,还与种植制度、耕作方式、地理环境、品种抗病性、施肥情况、农药使用数量、防治技术、预测预报等有关,病害发生面积虽在一定程度上反映了这些因素的影响,但本文并未具体研究其对病害的影响,有待于在今后研究中加强。
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:818-作者简介摇王摇丽,女,1986年生,硕士研究生,主要研究方向为病虫气象。E鄄mail:wangli_cams@163.com责任编辑摇李凤芹
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