水稻褐飛虱危害等級(jí)的模型預(yù)報(bào)

袁昌洪 呂冬紅 王海青 劉 方 張 馳

摘要以1987～2006年泰州地區(qū)水稻褐飛虱危害程度為研究對(duì)象,在月平均氣溫、月降水量、月降水日數(shù)(≥0.1mm日數(shù))、月平均相對(duì)濕度、月日照時(shí)數(shù)等因子中,選取相關(guān)系數(shù)較高且穩(wěn)定性好的預(yù)測(cè)因子,在逐步回歸分析方法的基礎(chǔ)上,集成建立了水稻褐飛虱危害程度的農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)模型。經(jīng)過回報(bào)檢驗(yàn),顯示該模式簡(jiǎn)單、實(shí)用,預(yù)報(bào)效果良好。

關(guān)鍵詞水稻;褐飛虱;危害等級(jí);農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)模型

中圖分類號(hào) S431.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)08-0070-02

褐飛虱是水稻上重要的遷飛性害蟲,常年在我國(guó)淮河以南稻區(qū)發(fā)生較為普遍,長(zhǎng)江流域及其以南地區(qū)暴發(fā)頻率高。水稻褐飛虱為喜溫性害蟲,北緯19°以南為終年繁殖區(qū),北緯19~25°為少量越冬區(qū),其越冬北界冬季氣溫的年度差異在北緯21~25°期間擺動(dòng)。泰州屬長(zhǎng)江中下游地區(qū),褐飛虱的主害代為六(3)代和七(4)代,其高峰期一般為8月下旬和10月上旬。水稻褐飛虱危害成災(zāi)的外部因素主要包括氣象條件、水稻耕種制度及化學(xué)藥劑防治等。近年來(lái),受夏季臺(tái)風(fēng)的影響,遷入我國(guó)的褐飛虱峰次多;遷入量大,為其暴發(fā)提供了初始蟲源,成為大發(fā)生的前提;夏涼秋暖的適宜氣候條件使褐飛虱的生殖潛能得以發(fā)揮是褐飛虱大發(fā)生的關(guān)鍵因素;水稻耕作制度及栽培方法的變化、褐飛虱種群致害力的增加、抗藥性及防治技術(shù)不到位則是褐飛虱暴發(fā)成災(zāi)的客觀原因。水稻褐飛虱發(fā)生時(shí),成、若蟲群集于稻叢下部刺吸汁液,雌蟲產(chǎn)卵時(shí),用產(chǎn)卵器刺破葉鞘和葉片,易使稻株失水或感染菌核病。其排泄物常導(dǎo)致霉菌滋生,影響水稻光合作用和呼吸作用,嚴(yán)重的地區(qū)甚至棵粒無(wú)收。因此,做好褐飛虱發(fā)生的預(yù)測(cè)工作,及時(shí)組織適時(shí)適量用藥,減小褐飛虱對(duì)糧食的危害十分重要。

1資料與方法

1.1資料

水稻褐飛虱危害程度資料來(lái)自泰州所屬4個(gè)市植保部門每年8月下旬和10月上旬關(guān)于主害代高峰期田間總蟲量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),這些資料均為田間自然觀察圃的監(jiān)測(cè)資料,時(shí)間序列為1987～2006年;所有的氣象資料來(lái)自于泰州市氣象部門,時(shí)間序列為1986～2006年。

1.2方法

1.2.1 水稻褐飛虱危害程度分級(jí)。主害代高峰期田間總蟲量分級(jí)方法:百穴蟲量小于500頭,輕發(fā)生,為1級(jí);百穴蟲量在500~1 000頭,偏輕發(fā)生,為2級(jí);百穴蟲量在1 000~2 000頭,中等發(fā)生,為3級(jí);百穴蟲量2 000~3 000頭,偏重發(fā)生,為4級(jí);百穴蟲量大于3 000頭,大發(fā)生,為5級(jí)。

1.2.2預(yù)測(cè)因子的選擇。在統(tǒng)計(jì)分析中發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)對(duì)象和預(yù)測(cè)因子間相關(guān)系數(shù)雖然較高,但分段來(lái)看,有時(shí)前幾年相關(guān)好,但后幾年相關(guān)差;或反之。有的序列隨著樣本數(shù)的增加相關(guān)系數(shù)變小,為避免這類預(yù)測(cè)因子入選,需對(duì)達(dá)到顯著性水平的預(yù)測(cè)因子進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn)(表1),以提取和預(yù)測(cè)對(duì)象關(guān)系密切的預(yù)測(cè)因子。設(shè)資料有N年,每年的樣本數(shù)為n,計(jì)算時(shí)以開始序號(hào)i(i=1,2……,n-1)和結(jié)束序號(hào)j(j=2,3,……,n)之間的累加值(或平均值)組成一預(yù)測(cè)因子。

1.2.3逐步回歸判別分析

運(yùn)用貝葉斯逐步判別分析方法建立判別函數(shù),進(jìn)行多類判別,從而確定樣本最可能歸類。將預(yù)測(cè)對(duì)象分成G類,對(duì)應(yīng)于預(yù)測(cè)量第g類(g=1,2,……G)有m個(gè)預(yù)測(cè)因子。若最后選入的預(yù)測(cè)因子為X1,X2,……,Xk,則判別方程為:fg=C0+■CiXi…①,預(yù)測(cè)時(shí),將某年預(yù)測(cè)因子值代入式①,計(jì)算出f1,f2,……,fg,取最大值所對(duì)應(yīng)的類別即為該年的預(yù)測(cè)等級(jí)。

1.2.4逐步回歸分析。對(duì)于因變量的每一組觀測(cè)值γi,對(duì)應(yīng)有一組自變量Zij,其中i=1,2,……,n;j=1,2,……,m。給定臨界值Fa,對(duì)預(yù)測(cè)因子采用雙重檢驗(yàn)先剔除后引進(jìn)的原則精選預(yù)測(cè)因子,若最后選入的因子為Z1,Z2,……,Zk,則得到的回歸方程為:■=C0+■CiZi…②,將某年預(yù)測(cè)因子值代入式②,計(jì)算得到■值,即為該年的預(yù)測(cè)等級(jí)。

1.2.5預(yù)測(cè)結(jié)果檢驗(yàn)。預(yù)測(cè)模型的最后檢驗(yàn)時(shí),其預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果<1時(shí)設(shè)定為1,>5時(shí)設(shè)定為5,在1~5之間時(shí)采用四舍五入法取整。水稻褐飛虱實(shí)際預(yù)報(bào)工作中都跨級(jí)預(yù)報(bào),所以規(guī)定預(yù)測(cè)值與實(shí)際值差≤1級(jí)為準(zhǔn)確,否則為不準(zhǔn)確。預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率為預(yù)測(cè)準(zhǔn)確的年數(shù)占預(yù)測(cè)總年數(shù)的百分比。

1.2.6預(yù)報(bào)時(shí)效。統(tǒng)一將8月下旬和10月上旬褐飛虱危害程度的預(yù)報(bào)起報(bào)時(shí)間定為8月上旬,其預(yù)報(bào)時(shí)效分別為20d和70d。

2水稻褐飛虱危害程度的農(nóng)業(yè)氣象模式

遷飛性害蟲的發(fā)生與氣象條件密切相關(guān)。季節(jié)遇有雨日多、雨量大有利于褐飛虱的遷飛和降落,遷入時(shí)容易大發(fā)生;褐飛虱生長(zhǎng)發(fā)育適宜溫度為20～30℃,26℃最適,長(zhǎng)江流域遇夏季不熱、晚秋氣溫偏高時(shí)利于其發(fā)生,適宜的氣候條件是褐飛虱大發(fā)生的關(guān)鍵。

根據(jù)植保部門對(duì)六(3)代和七(4)代高峰期(分別是8月下旬和10月上旬)的測(cè)報(bào)數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)1987～2006年褐飛虱危害前期各月平均氣溫、降水量、降水日數(shù)、平均相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù),分別與泰州8月下旬和10月上旬褐飛虱影響程度的相關(guān)程度(通過0.05信度檢驗(yàn)),選擇相關(guān)性好、穩(wěn)定度高的氣象預(yù)報(bào)因子,分別建立回歸預(yù)報(bào)模式。

2.1水稻褐飛虱危害程度模式

Y1=2.587-0.465 X1+0.031 X2-0.025 X3-0.010 X4+0.036 X5-0.011 X6+0.219 X7…③,式中:Y1表示8月下旬水稻褐飛虱危害程度的預(yù)報(bào)模式,其中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分別表示4月平均氣溫、5月降水量、4月日照時(shí)數(shù)、2月日照時(shí)數(shù)、3月日照時(shí)數(shù)、4月降水量、5月平均氣溫。

Y2=8.405-0.602 X1+0.026 X2-0.057 X3+0.011 X4+0.227 X5-0.343 X6+0.016 X7+0.173 X8+0.256 X9…④,式中:Y2表示10月上旬水稻褐飛虱危害程度的預(yù)報(bào)模式,其中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9分別表示4月平均氣溫、3月日照時(shí)數(shù)、4月日照時(shí)數(shù)、4月降水量、3月平均氣溫、4月降水日數(shù)、3月降水日數(shù)、7月份降水日數(shù)、5月平均氣溫。

2.2模式檢驗(yàn)

分別將③、④預(yù)測(cè)模型進(jìn)行回報(bào)檢驗(yàn),將檢驗(yàn)結(jié)果按照事先設(shè)定的函數(shù)邊界和取整方法進(jìn)行確定,結(jié)果顯示,③式檢驗(yàn)結(jié)果(表2)1988年、1997年和2002年均報(bào)錯(cuò),其余正確,準(zhǔn)確率為85%;④式檢驗(yàn)結(jié)果(表3)1987年、1994年、1997年和2005年均報(bào)錯(cuò),準(zhǔn)確率80%。從圖1和圖2看,模式在大發(fā)生年的趨勢(shì)均預(yù)報(bào)得很好,其中圖1中1991年、1997年和2006年均預(yù)報(bào)到了3~4級(jí),圖2中1988年~1991年、1997年和2006年也都體現(xiàn)了發(fā)生趨勢(shì)。

3結(jié)語(yǔ)與討論

(1)分析了影響水稻褐飛虱危害程度的有指示作用的氣象因子,主要是相關(guān)時(shí)段的平均氣溫、降水量、降水日數(shù)和日照時(shí)數(shù),褐飛虱危害程度與平均相對(duì)濕度沒有明顯關(guān)聯(lián)。在褐飛虱發(fā)生前期的氣象因子中選取通過信度檢驗(yàn)的因子,建立褐飛虱發(fā)生程度的預(yù)報(bào)模式,回報(bào)檢驗(yàn)顯示本模式簡(jiǎn)單、實(shí)用,預(yù)報(bào)效果良好。

(2)盡管遷飛性蟲害的發(fā)生、發(fā)展和流行與氣象條件密切相關(guān),或與氣象災(zāi)害相伴發(fā)生,但畢竟影響水稻褐飛虱危害程度的原因有很多,而水稻褐飛虱也并不主要是氣象型蟲害,在本模式中沒有考慮其他因素,是本模式的不足之處。

(3)關(guān)于水稻褐飛虱的預(yù)報(bào)模式也有人做過大氣環(huán)流模式、海溫模式以及人工神經(jīng)元模式等,都取得了一些進(jìn)展,在以后的工作中要進(jìn)行多方面的比較驗(yàn)證,以完善現(xiàn)有模式。

4參考文獻(xiàn)

[1] 江蘇省植物保護(hù)站.農(nóng)作物主要病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與防治[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,2006.

[2] 魏淑秋.農(nóng)業(yè)氣象統(tǒng)計(jì)[M].福州:福建科學(xué)技術(shù)出版社,1985.

[3] 朱盛明.相關(guān)系數(shù)穩(wěn)定性分析方法及其應(yīng)用[J].氣象學(xué)報(bào),1982,40(4):497-501.

[4] 胡永宏,賀思輝.綜合評(píng)價(jià)方法[M].北京:科學(xué)出版社,2000.

[5] 王馥棠,馮定原,張宏銘,等.農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)概論[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1991.

[6] 許昌燊.農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)大全[M].北京:氣象出版社,2004.

[7] 程遐年,吳進(jìn)才,馬飛.褐飛虱研究與防治[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2003.

[8] 高希武,彭麗年,梁帝允.對(duì)2005年水稻褐飛虱大發(fā)生的思考[J].植物保護(hù),2006,32(2):23-25.

[9] 王艷青.近年來(lái)中國(guó)水稻病蟲害發(fā)生及趨勢(shì)分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2006,22(2):343-347.