小麦白粉病发生气象条件和气象预报研究进展

基于已有成果,采用影响事实检测法,系统分析和汇总气象条件对小麦白粉病影响的规律,对气象因子在国内小麦白粉病预报中的应用进行综述,指出当前研究存在的问题,并对未来发展进行展望.已有研究表明,夏季气温偏低对白粉病病菌的越夏有利;秋冬季及早春气温偏高或阴雨日偏多利于病情发展,但雨水过多且集中则不利于病害发展;冬小麦生长中后期高温干旱会抑制病情发展;日照少则利于白粉病流行;病菌借助大气环流完成异地传播.关于气象因子对小麦白粉病影响的研究多基于田间观测,通过与气象资料对比分析,建立小麦白粉病发生发展与各气象因子及因子组合间的定量关系.有关小麦白粉病的气象预报分定性和定量两大类:定性预报一般采用指标预测法;定量预报以数理统计方法应用为多,人工神经网络法、模糊数学法和灰色系统理论也有应用.目前国内小麦白粉病预报研究中尚存在数据资料有限、指标选择不当、模拟方法仅限于黑箱和灰箱模型、研究结果地域性强、实用性较差等问题.机理模型的研究极少,未来亟待开展.     

耦合土壤墒情的气候适宜度指数在山东省冬小麦产量动态

利用山东省1981-2011年历年冬小麦生育期及产量资料、14个气象站点的逐日气象资料、1992-2011年冬小麦生长季逐旬20cm土壤墒情资料,分别构建考虑和不考虑土壤墒情的冬小麦不同生长阶段的气候适宜度指数计算模型,通过与气象产量进行相关和回归分析,建立了基于两种气候适宜度指数的3-5月逐旬产量动态预报模型,并进行历史回代检验和动态外推预报。结果表明：考虑土壤墒情的气候适宜度指数能够更客观地反映山东省冬小麦生长期间气象条件和土壤水分对其产量形成的影响,构建的气候适宜度指数与冬小麦气象产量的相关系数均通过0.01水平的显著性检验,相关性高于不考虑土壤墒情的气候适宜度指数。产量动态预报模型对1992-2009年历史回代检验的平均准确率均在95.0%以上,标准化均方根误差RMSE均小于6%。对2010-2011年外推预报准确率最高达99.4%,最低为95.4%,说明预报准确率较高,建立的产量动态预报模型可以在业务上推广应用。     

耦合土壤墒情的气候适宜度指数在山东省冬小麦产量动态预报中的应用

利用山东省1981-2011年历年冬小麦生育期及产量资料、14个气象站点的逐日气象资料、1992-2011年冬小麦生长季逐旬20cm土壤墒情资料,分别构建考虑和不考虑土壤墒情的冬小麦不同生长阶段的气候适宜度指数计算模型,通过与气象产量进行相关和回归分析,建立了基于两种气候适宜度指数的3-5月逐旬产量动态预报模型,并进行历史回代检验和动态外推预报。结果表明:考虑土壤墒情的气候适宜度指数能够更客观地反映山东省冬小麦生长期间气象条件和土壤水分对其产量形成的影响,构建的气候适宜度指数与冬小麦气象产量的相关系数均通过0.01水平的显著性检验,相关性高于不考虑土壤墒情的气候适宜度指数。产量动态预报模型对1992-2009年历史回代检验的平均准确率均在95.0%以上,标准化均方根误差RMSE均小于6%。对2010-2011年外推预报准确率最高达99.4%,最低为95.4%,说明预报准确率较高,建立的产量动态预报模型可以在业务上推广应用。     

黄河中下游地区小麦条锈病气象预报模型

将黄河中下游地区小麦条锈病周年活动期划分为秋苗侵染期、越冬休止期、复苏扩展期和春季流行期四个阶段,分阶段选取有植物病害流行学和统计学意义的气象因子,通过归一化处理和加权组合,组成小麦条锈病气象指数,用回归方法建立多时效、归一化小麦条锈病气象预报模式。检验结果显示：气象指数与小麦条锈病发生程度密切相关,其相关系数在0.4257～0.7713;各时段预报模式的回代拟合率达88.9%～100%,2006年度和2007年度的试报结果均正确。证明此气象预报模式的预报时效超前、效果好,且具有动态特点,可用于黄河中下游地区小麦条锈病发生程度的预报。     

新型统计检验聚类方法在精细化农业气象产量预报中的应用

基于新型统计检验聚类方法(CAST)将山东省冬小麦种植区分成4个区,并利用1981-2011年冬小麦产量、生育期、逐日气象资料以及土壤墒情资料分区构建冬小麦温度、水分、日照及气候适宜度模型,利用基于气候适宜指数的作物产量预报模型对各区冬小麦产量进行动态预报,并与基于传统等值线方法分区的产量预报进行比较。结果表明:基于传统等值线分区的产量预报,其中一个分区未通过显著性检验,不能建立预报模式,其它3个分区历史回代检验的平均准确率为94.2%,外推预报的平均准确率为92.3%;而基于CAST分区的产量预报模型均通过0.05水平的显著性检验,各分区预报模式的历史回代检验平均准确率达95.8%,外推预报的平均准确率达93.6%。表明基于CAST分区的产量预报明显优于传统分区产量预报,可为精细化农业气象产量预报提供重要途径。     

基于Fisher判别准则的河北省小麦白粉病气象条件中期预报模型

将1983-2010年河北省麦区7个站点的白粉病发生程度与同期气象资料进行相关分析,初步明确了3月下旬-4月中旬平均相对湿度是影响病害流行的关键气象因子;t检验结果显示,河北省白粉病轻、重分布区的差异不显著,表明不必分区建立预测函数;通过Fisher判别准则,构建了白粉病发生程度的判别分级模型,其历史拟合率达到82.5％,2010年的试报准确率达到100％,表明模型预报效果较好.该模型的建立提高了对小麦白粉病预测的准确性,为小麦白粉病的早期防治提供了依据.     

利用协击方法建立广州荔枝寒害预报模型

传统的农业气象长期预报方法在选择预报因子时,往往忽略了因子间的独立性,降低了预报的实际效果.本文尝试应用协击方法对广州荔枝寒害进行长期预报.首先对1962-2005年的致灾因子与前期大气环流指数进行相关分析,初步入选预报因子;然后利用协击方法对入选因子进行独立性检验,并筛选独立性好的因子建立预报方程;最后对预报方程结果进行综合决策.通过对历史数据的回代检验,所建模型的模拟准确率达到86.4%.运用该预报模型对2007-2008年广州荔枝寒害进行试预报,结果与实际相符,表明应用此方法进行农业气象长期预报是有效的.     

库尔勒香梨树冬季冻害指数改进与预测

利用库尔勒气象站1981-2017年逐日气象观测资料和大气环流资料,采用主成分分析方法,将4个对梨树冬季冻害影响显著的气象因子,即冬季极端最低气温、日平均气温≤-10℃负积温、最低气温≤-15℃日数以及积雪深度≥5cm日数,合成综合冻害指数,并以该指数为预测对象,通过Pearson相关分析和逐步回归方法,筛选出与综合冻害指数显著相关的大气环流因子作为自变量,建立综合冻害指数预测模型,最后对模型效果进行检验。结果表明,综合冻害指数能够较好地反映历年库尔勒香梨树冻害情况,指数值越小,冻害程度越严重。结合历史灾情记录,定义综合冻害指数＞-0.42为无冻害,-0.91～-0.42为轻度冻害,-1.8～-0.92为中度冻害,综合冻害指数＜-1.8为重度冻害。对建立的综合冻害指数预测模型进行检验,1981-2015年回代拟合值与采用主成分分析方法计算得出的实际值相比较,正负同号率为85.7%;回代拟合值与历史灾情相比较,无冻害等级正确率为80%,重度冻害正确率为75%,中度冻害误差1个等级,轻度冻害拟合较差;2016、2017年延伸预报完全正确。     

焦作小麦白粉病发生程度的气候预测方法

利用焦作市1980-2005年小麦白粉病发生程度资料和气候资料,采用次序统计量方法和Bayes判别准则,确定小麦白粉病等级与当地气候指标的定量关系,建立预测模型,得出模型中关键气象因子指标为:(1)前一年10月平均气温(T10)≥16.5℃;(2)当年3月气温(T3)≤9.5℃;(3)前一年8、9、10月降水量之和(R8+R9+R10)≤180mm;(4)当年3月降水量(R3)≥25mm。当模型中有3个或4个指标满足,则小麦当年可能发生重度白粉病;当没有或只有1个指标满足,则不会发生小麦白粉病。对1980-2005年该地区小麦白粉病发生状况进行模拟和预报,历史拟合率达73%以上,2006年和2007年延伸预测结果与实际一致。     

基于大气环流特征量的白背飞虱发生程度短期预报模型

利用1979-2011年NCEP逐日气象再分析资料及长江中下游稻区白背飞虱逐候灯诱数据,通过对白背飞虱迁入量与主要大气环流特征量进行相关分析,建立了长江中下游稻区13个植保站的白背飞虱迁入始见期、北迁高峰期、南迁高峰期和终见期4个时段白背飞虱候发生程度的BP神经网络短期预报模型。结果表明:(1)白背飞虱候迁入量与上一候500hPa高度的西太平洋副高面积指数(IA)、副高西伸指数(IW)、东亚大槽指数(H500)呈极显著正相关,与西风指数(IEARW)呈极显著负相关,与IW的相关系数较低,为0.397,与IA、IEARW、H500的相关系数均高达0.78以上。(2)白背飞虱候迁入量与上一候850hPa位势高度(hgt)、垂直速度(omega)、纬向风速(uwnd)、经向风速(vwnd)呈极显著正相关,其中与hgt的相关系数较低,为0.354,与omega、uwnd、vwnd的相关系数均达0.8以上。(3)选取与白背飞虱迁入量相关显著的大气环流特征量为预报因子,按5级发生程度对白背飞虱迁入量进行分级处理,建立了迁入始见期、北迁高峰期、南迁高峰期和终见期白背飞虱候发生程度共4个BP神经网络预报模型,模型的预检准确率稳定在80%以上,可应用于该区白背飞虱短期预测预报。研究结果对揭示气象因子对白背飞虱迁入和发生的影响规律,作好其发生程度的预测预报,适时、有效防控白背飞虱为害具有积极意义。     

遥感与气象数据结合预测小麦灌浆期白粉病

利用多源数据对区域尺度上小麦白粉病的发生状况准确及时地预报能为农业服务和农业植保等部门提供重要信息,实现小麦白粉病的有效预防。研究利用一景2014年5月6日的landsat8遥感影像提取出植被指数、地表温度(land surface temperature,LST)和影像中各波段反射率特征,同时用2014年3月-5月份的站点逐日地面气象资料计算获得各气象特征,并经过GIS空间插值分析得到相应的空间气象特征。通过Relief算法和泊松相关系数相结合的方式进行遥感和气象特征的筛选,最终得出改进的简单比值指数(modified simple ratio index,MSR)、重归一化植被指数(re-normalized difference vegetation index,RDVI)、3月21日-4月20日总日照时数和4月11日-5月10日大于0.1 mm降雨日数。采用相关向量机(relevance vector machine,RVM)的方法分别用筛选出的遥感、气象数据特征及2种数据特征相结合的方式构建了河北省石家庄市藁城、晋州和赵县3地区小麦灌浆期白粉病的发生预测模型,并对3种不同数据模型进行了验证与评估。试验结果表明,遥感气象数据模型的总体精度达到84.2%,优于遥感数据模型的80.0%和气象数据模型的74.7%。进而得出,相比于单站点准确和空间不连续的气象数据和类型单一的遥感数据,遥感气象数据更适合于区域尺度范围内的作物病虫害发生发展状况的预测研究。     

利用核辐射诱发小麦抗白粉病突变新种质

本试验采用不同剂量的γ射线、电子束、NaN_3与 EMS 处理3个小麦品种,在总剂量不变的情况下,用γ射线间歇辐照;用育种常用剂量(250～300Gy)辐照16个品种和12个杂种,诱发小麦抗白粉病突变,在 M_2进行苗期抗性突变体的筛选。结果表明,丁射线、电子束、NaN_3与 EMS 均为诱发小麦抗白粉病突变的有效诱变剂,而且电子束与 NaN_3的诱变效果更好。不同诱变剂诱发白粉病抗性的适宜剂量:丫射线300～350GV,电子束100～200Gy,NaN_31～3mmol/L,EMS 0.3%左右,品种间略有差异。γ射线间歇辐照较连续辐照的突变频率高,杂合材料较纯合材料的诱变效果更好。利用核辐射获得86份抗白粉病的中间材料。     

河北省冬小麦生产空间格局及其控制因素

在气候变化与水资源短缺的背景下,华北平原冬小麦生产面临巨大的挑战,明确冬小麦生产的空间格局及其控制因素,可为本区冬小麦的科学规划管理决策和高效生产提供依据。基于河北省各县市2004—2013年冬小麦单位面积产量与农情资料,以主产区(以县市平均冬小麦播种面积大于总播种面积的20%为标准选取)101个县市为基本研究单元,采用系统聚类分析对河北省冬小麦主产区进行区域划分;利用因子分析方法对冬小麦生产要素进行主成分分析,并利用逐步回归分析方法建立冬小麦产量与主要控制因素主成分之间的关系。结果表明,河北省冬小麦主产区分为4个(Ⅰ~Ⅳ),各区冬小麦产量水平从Ⅰ区向Ⅳ区依次递减,产量变异依次增大,且各区差异均达显著水平(P0.05)。冬小麦产量(Y)与化肥因子(F1)、灌溉因子(F3)、年降水量因子(F4)、年降水量下限因子(F5)有显著的线性回归关系(R2=0.685,P0.05),其中F1、F3分别解释了Y的21.7%、37.4%,F4、F5解释了Y的9.4%。据此说明灌溉是影响河北省冬小麦产量区域差异的首要因素,其次是化肥使用量,而年降水量对产量区域差异影响较小。农药因子(F2)的回归效应不显著,说明冬小麦病虫害发生及防治具有区域随机性变化特点,对冬小麦生产的区域差异不形成显著影响。另外,全省冬小麦播种面积比重与产量水平有较好的区域吻合度(R2=0.409,P0.05),说明在现有管理模式下冬小麦区域布局基本合理,只是在东部低平原沿海的极个别低产县的播种面积明显偏高,结合冬小麦对灌溉条件的依赖性,认为这些县市的冬小麦布局需要慎重审视。     

华北平原2001-2011年冬小麦播种面积变化遥感监测

为及时、准确地获取华北平原冬小麦时空分布信息,构建多源遥感监测系统,基于MODIS EVI时间序列数据和两景TM影像,建立华北平原冬小麦时序波谱曲线库,并结合农作物物候历制订统一规则,在此基础上,重建华北平原2001-2011年冬小麦播种面积时空变化过程。结果表明:1)多源遥感监测系统提取华北平原2001-2011年冬小麦信息,在栅格尺度上获得了稳定的较高分类精度,平均为76.36%;在县域行政单元尺度上,2011年的冬小麦遥感监测面积与统计数据的耦合度也较高(决定系数为0.89,均方根误差为1.29×104 hm2);2)华北平原2001-2011年的冬小麦播种面积呈持续上升趋势,2011年比2001年增加了156.05×104 hm2(14.96%);3)冬小麦播种面积大致呈"南增北减"的时空变化格局:平原中南部的鲁西南平原、胶莱平原、豫东平原和皖北平原冬小麦种植面积扩张趋势显著;而北部的京津冀地区冬小麦面积明显收缩。该研究旨在为华北平原调整农业种植结构、制订粮食安全策略及优化水资源管理提供数据支持,也可为大范围、长时间尺度的作物播种面积时空变化遥感监测提供方法借鉴。     

多抗小麦新品种扬辐麦5号的选育

为控制小麦黄花叶病及白粉病的危害,培育高产、多抗小麦新品种,以携带Pm4a抗白粉病基因高产小麦品种扬麦11为轮回亲本,以辐射诱变抗黄花叶病种质扬辐麦9311为供体亲本,通过回交转育方法,经辐射诱变和多年多点鉴定选择,育成高抗小麦黄花叶病、兼抗白粉病小麦新品种扬辐麦5号,2011年通过安徽省审定。该品种产量高,安徽省淮南麦区区域试验和生产试验较对照增产显著,小麦黄花叶病抗性达到高抗水平,抗白粉病,中抗纹枯病,品质指标达弱筋小麦标准,适合在长江中下游麦区种植。     

基于因子分析-BP神经网络的小麦叶片白粉病反演模型

明确白粉病胁迫下小麦叶片受害程度并构建误差小、精度高的反演模型,是实现小麦白粉病遥感监测和精确防控的基础。基于大田小区小麦白粉病人工接种试验,采用高光谱仪测试不同白粉病危害程度下冬小麦叶片光谱反射率,利用常规光谱特征参数、比值指数和归一化指数及因子分析(factor analysis,FA)与BP神经网络(back propagation neural network,BPNN)相结合的方法对小麦叶片白粉病严重度进行模型模拟并对模型拟合精度与适用性比较。结果表明:对小麦白粉病反应敏感的光谱波段为415、485~495、620~640 nm。常规光谱参数中表现较好的光谱植被指数和两波段比值及归一化植被指数的决定系数范围为0.6~0.8,均方根误差范围为8.5~11.5,其中,RI(670,855)、NDVI(680,880)、RGRcn和PSRI对白粉病反演精度及误差控制表现得相对较好。经过FA提取敏感波段的公共因子,进而利用BPNN算法进行模拟,较常规光谱参数有效提高了病情严重度的估算精度,各个测定时期模拟检验决定系数大于0.80,模型的检验均方根误差小于8.09,整个灌浆期反演模型检验的均方根误差和相对误差分别为7.84和7.56%,反演模型对小麦白粉病的整个病症期均具有很好的适用性。由此可得,基于FA-BPNN法所建立的反演模型精度高、误差小,对小麦白粉病病害时期兼容性好,研究结果对植物病害精确防控具有重要意义。     

建国以来黑龙江省春小麦抗白粉病基因检测及其组成分析

为了解黑龙江省春小麦抗白粉病基因的组成及分布规律,本研究利用已开发的Pm2、Pm3b、Pm4、Pm8、Pm13和Pm21抗白粉病基因分子标记对黑龙江省推广的123份小麦品种进行了检测和分析。结果表明,在123份小麦品种中分布4种抗白粉病基因,其中Pm2、Pm3和Pm13分布频率较高,分别为95.1%、95.1%和94.3%,Pm8分布频率较低,仅为0.01%,且不存在抗白粉病基因Pm4和Pm21;黑龙江省春小麦抗白粉病基因组合共有7种类型,其中Pm2/Pm3b/Pm13类型所占比例最高,为88.6%,其次为Pm2/Pm3b、Pm2/Pm13和Pm3b/Pm13,所占比例分别为3.3%、2.4%和2.4%,Pm2和Pm2/Pm3b/Pm8/Pm13所占比例最低,为0.8%。本试验结果明确了建国后黑龙江省春小麦品种抗白粉病基因的组成和分布频率,为高效开展小麦抗白粉病育种提供了一定的理论依据。     

野生二粒小麦导入普通小麦抗白粉病基因MlWE27的鉴定和分子标记

由白粉病菌(Blumeria graminis f.sp.tritci)引起的小麦白粉病是严重影响小麦安全生产的主要病害之一.本研究将来自以色列的野生二粒小麦(Triticum dicoccoides)WE27的坏白粉病基因通过杂交和连续回交,导入普通小麦遗传背景中,育成高抗白粉病小麦新品系3D256(其系谱为燕大1817/WE27//农大015/3/941,F6).将3D256和高感小麦白粉病的普通小麦品系薛早配制杂交组合,对其F_1、F_2分离群体和F_3 家系进行白粉病抗性鉴定和遗传分析.结果表明,3D256携带抗白粉病显性单基因,暂命名为MlWE27.利用集群分离分析法(RSA)和分子标记分析,发现3个SSR标记(Xwmc243、Xwmc 154和Xbarc318)、1个EST-SSR标记(Xdp357)、1个AFLP转化的SCAR标记(XCAUG1)和1个RFLP探针转化的STS标记(XWG516-1)与抗白粉病基因MlWE27连锁,在连锁图上的顺序为Xdp357-Mlwe27-XCAUG1-XWG516-1-Xwmc243-Xwmc154-Xbarc318.利用中国春缺体-四体系、双端体系和缺失系将抗白粉病基因MlWE27定位于染色体2B短臂的末端Bin0.84-1.00上.这一普通小麦抗白粉病种质资源的创制及其连锁分子标记的建立为小麦抗病基因分子标记辅助选择、基因积聚和分子育种提供了新的物质基础.     

地下部分隔对间作小麦养分吸收和白粉病发生的影响

通过根系分隔的盆栽试验,探讨了地下部分隔对小麦//蚕豆间作系统中小麦的养分吸收和白粉病发生的影响。结果表明:根系不分隔小麦的生物量和N、P、K吸收量均大于尼龙网分隔处理和根系完全分隔处理。根系分隔方式还影响了小麦白粉病的发生,小麦白粉病的发病率和发病指数均表现为根系不分隔(I)尼龙网分隔(M)完全分隔(P)。表明地下部的相互作用改善了小麦的生长,提高了小麦抗白粉病的能力。