中國馬鈴薯晚疫病監測預警系統“China－blight”的組建及運行

胡同樂， 張玉新， 王樹桐， 楊軍玉， 張 瑜， 曹克強＊

（1.河北農業大學植物保護學院，保定 071001； 2.河北農業大學信息科學與技術學院，保定 071001）

馬鈴薯作為第4大糧食作物，廣泛分布于150多個國家和地區，全球種植面積達2 000萬hm2，總產量達3億t［1－2］。目前，中國已成為世界上馬鈴薯生產第1大國，常年種植面積約530多萬hm2，年產量近7 500萬t，占世界總種植面積和產量的1／4［1］。由致病疫霉［Phytophthorainfestans（Mont.）de Bary］引起的馬鈴薯晚疫病曾于1845年在愛爾蘭大流行，造成了著名的“愛爾蘭大饑荒（Irish potatofamine）”［3］，目前在世界各馬鈴薯主產區均有發生和流行［4－5］，其危害性、防治難度及對社會造成的影響，已超過稻瘟病和小麥銹病，成為全球第1大作物病害，據估計，全球每年因晚疫病造成的經濟損失（直接損失和藥劑花費）高達30～50億美元［6－7］。

由于生產上應用的品種多不抗病，國內外主要依靠化學防治控制該病危害，為了減少用藥次數提高防效，歐美一些發達國家在多年對晚疫病流行預測研究的基礎上［8］，開始研制并使用預警系統（warning system，又稱決策支持系統decision support system，DSS）為生長季馬鈴薯晚疫病的化學防治時機、次數和藥劑種類及劑量的確定提供參考。目前，在歐洲主要應用的DSS有11個［9］，我國在這方面遠落后于歐美發達國家。近年來隨著我國馬鈴薯產業的蓬勃發展，對晚疫病監測預警系統的需求越來越強烈，信息技術的發展和互聯網的普及也為預警系統的組建和運行提供了契機。在這種背景下，作者借鑒國內外該領域的最新發展成果，結合多年對馬鈴薯晚疫病流行規律的研究，借助信息和互聯網技術設計并組建了“中國馬鈴薯晚疫病監測預警系 統 （China－blight）”，其 域 名 為 www.chinablight.net，自2008年6月開始運行，現將其系統架構及功能介紹如下。

1 系統結構設計

中國馬鈴薯晚疫病監測預警系統的總體結構設計如圖1所示，系統主要包括“中國晚疫病實時分布”、“未來48 h不同區域晚疫病菌侵染危險性預測”和“晚疫病化學防治決策支持系統”等3個子系統，此外還提供“晚疫病防治方法”、“品種抗病性”、“化學藥劑庫”、“其他病蟲害”、“問題與經驗交流”和“用戶田間管理電子檔案”等信息與服務功能。

系統采用B／S三層（瀏覽器、WEB服務器、數據庫）開放式互聯架構，此架構可以保證用戶不受空間、時間的限制。用戶只需使用一臺能夠連接internet的電腦，就可以在任意時間、任意地點發布和獲取疫情信息，保證了疫情信息的實時性和連續性。選取JSP網絡編程語言進行開發，保證了系統的延展性、可維護性和跨平臺性，使系統可以部署在包括Windows、Unix等多種操作系統上。同時，在數據庫設計時使用Rational Rose 2007作為設計平臺，使工作效率和代碼質量得到了成倍的提高。

圖1 中國馬鈴薯晚疫病監測預警系統的總體結構

2 系統的主要功能及其實現

限于篇幅，主要針對“中國馬鈴薯晚疫病實時分布”、“未來48 h不同區域晚疫病菌侵染危險性預測”和“晚疫病化學防治決策支持系統”等3個子系統的功能及其實現作一介紹。

2.1 中國馬鈴薯晚疫病實時分布子系統的功能及其實現

圖2是“中國馬鈴薯晚疫病實時分布”子系統的主頁面，中國地圖上的紅色圓點表示已經發現晚疫病的地點，全國任一監測地點提交疫情報告后，系統自動確定該地點在地圖上的坐標，而后在該點顯示紅色，可以實時更新。如果將鼠標停留在紅色圓點的位置，屏幕就會彈出該疫情所在的具體地址、發病時間和發病程度等詳細信息。地圖左邊的“最新疫情播報”一欄滾動播報全國范圍內最新報告的晚疫病疫情的地點和日期。地圖下面列表中省（直轄市或自治區）名稱后面括號中的數字表明此時該省（直轄市或自治區）已報告的疫情總數，點擊任一省（直轄市或自治區）的名稱或點擊上方中國地圖中該省（直轄市或自治區）所對應的區域，系統就會鏈接至該省（直轄市或自治區）的“疫情實時分布圖”（圖未給出）。點擊任一市（盟或自治州）的名稱，系統就會鏈接至該市（盟或自治州）“馬鈴薯晚疫病發病一覽表”，將該區域范圍內已發現的疫情詳細信息（發病地點、發病時間和發病程度等）一一列出，以便用戶了解已發現疫情的數目、地點、發現日期和發生程度等（圖未給出）。

上述所有功能的實現都由系統程序自動完成，并且可以實時更新。

圖2 “中國馬鈴薯晚疫病實時分布”子系統主頁面

2.2 未來48 h不同區域晚疫病菌侵染危險性預測子系統的功能及其實現

在馬鈴薯生長季，系統運行中心根據中央氣象臺的天氣預報，結合我國馬鈴薯種植區域分布以及適宜馬鈴薯晚疫病菌大量侵染的天氣條件，每天人工繪制一幅“未來48 h中國馬鈴薯晚疫病侵染預測圖”（圖3）。對于未來48 h天氣條件非常適合馬鈴薯晚疫病菌侵染的馬鈴薯種植區域，在地圖中以紅色表示；對于未來48 h天氣條件接近適合馬鈴薯晚疫病菌侵染的馬鈴薯種植區域，在地圖中以黃色表示；其他區域未來48 h不適合晚疫病菌的侵染。

天氣條件是否適宜晚疫病菌的侵染，主要依據曹克強在瑞士期間所建立的晚疫病菌大量侵染的條件進行判斷［10］：如果未來48 h溫度在10～20℃，且其中一天有降雨（中到大雨）或連續兩天之內都有小雨，則該時段天氣條件非常適合晚疫病菌產孢和侵染（顯示為紅色區域）；如果未來48 h內，溫度在10～20℃，只有一天有小雨，則該天氣條件接近適合晚疫病菌產孢和侵染的條件（顯示為黃色區域）。

2009年我國北方馬鈴薯一作區晚疫病發生危害關鍵時期（6－7月）“China－blight系統”共繪制和發布“未來48 h中國馬鈴薯晚疫病侵染預測圖”40幅，針對黑龍江克山等5個地點（這些地點生長季節相近，并且有協作研究人員進行晚疫病發生情況調查）對這40幅預測圖進行的統計，并與田間病害實際發生程度進行對比，結果（表1）表明，在此期間黑龍江克山、吉林梅河口和吉林汪清縣分別預測出現危險性天氣條件（非常適合晚疫病菌侵染或接近適合晚疫病菌侵染）17、16次和14次，田間晚疫病發生程度均為中等偏重；而河北張北和圍場分別出現預測危險性天氣條件6次和7次，田間晚疫病基本未發生或發病極輕。這一結果也充分說明盡管晚疫病的發生與各地所栽品種的抗病程度及田間菌源多少有密切關系，但天氣條件無疑是決定田間病害發生程度的最重要因素。因此，系統所繪制和發布的“未來48 h中國馬鈴薯晚疫病侵染預測圖”與病害發生的實際程度吻合度較高。

圖3 “未來48 h不同區域晚疫病菌侵染危險性預測”子系統頁面

表1 China－blight發布的“未來48中國馬鈴薯晚疫病侵染預測圖”與病害實際發生程度對比（2009）1）

2.3 馬鈴薯晚疫病化學防治決策支持系統的功能及其實現

上述“未來48 h中國馬鈴薯晚疫病侵染預測圖”（圖3）是根據中央氣象臺的“全國天氣預報”繪制的，因此只能宏觀地反映全國各大區域范圍內晚疫病菌侵染的危險程度。如想了解某一具體地點（或某一田塊）是否適合晚疫病菌侵染、是否需要對晚疫病進行化學防治，則需要系統提供更具針對性的預測和建議，基于此目的設計了“馬鈴薯晚疫病化學防治決策支持系統”（圖4）。該系統是基于晚疫病的流行規律和生長季晚疫病菌大量侵染的天氣條件［10］，根據病蟲害防治決策支持系統的設計原理而設計［11］。針對某一田塊的具體情況，用戶只需選擇性點擊相應的信息（生育期、品種抗病性、地塊周圍晚疫病發生情況、本地近期天氣情況和近期針對晚疫病的用藥情況等），系統就會根據這些信息給出相應的預測結果和建議，為該田塊的馬鈴薯晚疫病化學防治提供參考。

圖4 “馬鈴薯晚疫病化學防治決策支持系統”子系統主頁面

3 系統建成以來的運行情況、存在問題及未來發展趨勢

系統自2008年6月投入運行以來，2008年收到來自四川、黑龍江、貴州、吉林、內蒙古、寧夏、陜西、云南、重慶和山東等省、市或自治區的晚疫病疫情報告64個，系統收到這些疫情報告后，實時自動地將其在“中國馬鈴薯晚疫病實時分布圖”中顯示，為其他用戶掌握晚疫病的田間分布和發生動態提供了依據；在馬鈴薯生長季每天繪制一幅并及時發布“未來48 h全國馬鈴薯晚疫病侵染預測圖”，至今共發布近300幅；共撰寫并發布“馬鈴薯晚疫病預警系統簡報”14期，及時向全國馬鈴薯主產區科研和生產一線技術人員通報了晚疫病發生情況，累計近2 800人次直接收到了本簡報，其中一些人員又將簡報轉發給當地的其他人員，使預警信息得到更廣泛的普及。

該預警系統的運行目前存在的主要問題表現在監測網絡還不健全，從國外類似系統的運行來看，每個系統都有一個“晚疫病疫情監測報告人員網絡”，該人員網絡由農業科技推廣人員、農業科技顧問、農業科研人員和農場主等構成，例如英國晚疫病預警系統（Fight Against Blight）的“晚疫病疫情監測報告人員網絡”由300人組成，這些人員分布于英國所有的馬鈴薯種植區，因此可以對生長季晚疫病的田間分布和發生動態做到全面監測［12］。比較而言，我們在這方面還有不小的差距，現在我們已具備了預警系統的網絡平臺，但我們的“晚疫病疫情監測報告人員網絡”才剛剛起步，還需要馬鈴薯產業界各方面的共同努力，建設一個覆蓋全國主要馬鈴薯產區的“晚疫病疫情監測報告人員網絡”，這些人員可以是科研人員、推廣人員、馬鈴薯生產企業、農民協會和種植大戶等。這些人員在馬鈴薯生長季對本地區晚疫病的發生情況進行觀察，利用“中國馬鈴薯晚疫病監測預警系統”這一平臺實現“田間晚疫病實時分布”的信息共享、相互預警，使我國馬鈴薯晚疫病的監測和預警水平提升到一個更高的層次。

未來“中國馬鈴薯晚疫病監測預警系統”的發展還需要與手機短信相結合，目前我國的互聯網和電腦遠不如手機普及，因此在現有“中國馬鈴薯晚疫病監測預警系統（China－blight）”互聯網平臺的基礎上，進一步建立和完善手機短信平臺，可以方便用戶通過手機短信進行疫情的報告與接收，使之更貼近生產者，更有效地服務于晚疫病的監測預警，指導種植者對晚疫病進行有效預防和控制。除此之外，建立相應的手機上網瀏覽網頁也是未來的一個發展方向，這樣可使手機用戶通過網絡及時瀏覽“晚疫病實時分布”、“未來48 h不同區域晚疫病菌侵染危險性預測”，還可以通過使用“晚疫病化學防治決策支持系統”指導對晚疫病進行有效防控。

［1］屈冬玉，謝開云，金黎平，等.中國馬鈴薯產業與現代農業［M］∥陳伊里，屈冬玉.馬鈴薯產業與現代農業.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2007：1－8.

［2］危朝安.在2008年中國馬鈴薯大會上的講話［J］.中國馬鈴薯，2008，22（2）：65－67.

［3］The Irish potatofamine and the birth of plant pathology［EB／OL］.http：∥www.apsnet.org／online／feature／lateblit／chapter1／top.htm.

［4］Fry W E，Goodwin S B.Resurgence of the Irish potatofamine fungus［J］.BioScience，1997，47：363－371.

［5］Fry W E，Goodwin S B.Re－emergence of potato and tomato late blight in the United States［J］.Plant Disease，1997，81（12）：1349－1357.

［6］Judelson H S，Blancof A.The spores of Phytophthora：weapons of the plant destroyer［J］.Nature Reviews Microbiology，2005，3：47－58.

［7］Haldar K，Kamoun S，Hiller N L，et al.Common infection strategies of pathogenic eukaryotes［J］.Nature Reviews Microbiology，2006，4：922－931.

［8］孫茂林，李樹蓮，趙永昌，等.馬鈴薯晚疫病預測模型與預警技術研究進展［J］.植物保護，2004，30（5）：15－19.

［9］DSSs for the control of late blight in potatoes in Europe［EB／OL］.http：∥www.euroblight.net／EuroBlight.asp.

［10］Cao K Q，Ruckstuhl M，Forrer H R.Crucial weather conditions forPhytophthorainfestans.A reliable tool for improved control of potato late blight［C］.Proceedings of the first workshop on the European network for development of an integrated control strategy of potato late blight.Lelystad，The Netherlands，1996，Special PAGV－report 1（issn：1386－3126）：85－90.

［11］劉書華，王愛茹，鄺樸生，等.面向果園的蘋果、梨病蟲害防治決策支持系統［J］.植物保護學報，2000，27（4）：302－306.

［12］Fight against blight［EB／OL］.http：∥www.potato.org.uk／department／knowledge＿transfer／fight＿against＿blight／index.html.