甘肅河東地區小麥條銹病菌(Pucciniastriiformis f. sp. tritici)越夏氣候區劃

許彥平，萬 信，金社林，韓蘭英，姚曉紅，賈建英

(1. 甘肅省天水市氣象局，甘肅 天水 741018；2.蘭州區域氣候中心, 甘肅 蘭州 730020；3.甘肅省農業科學院, 甘肅 蘭州 730070)

小麥條銹病是我國小麥生產上最嚴重的生物災害，被植保界稱為“國病”，具有發生范圍廣、流行程度高、危害損失嚴重的特點，危害重者減產30%～40%，甚至絕收[1]。條銹病菌對低溫有一定的適應能力，但不耐高溫，因此，越夏便成為條銹病侵染循環中的關鍵環節。最初國內眾多學者將我國小麥條銹分為5個核心越夏區，即西北越夏區、四川西北越夏區、云南越夏區、新疆越夏區和華北越夏區，但全國條銹病發生流行過程中起作用的主要是西北越夏區，其中以隴南為主的甘肅河東地區是中國條銹病流行的關鍵地區[2-3]，條銹病也是甘肅小麥生產上重要的病害之一，流行頻率55%以上[4]，越夏病菌侵染早播冬麥秋苗，秋苗發病后就形成巨大的菌源基地，足夠的菌源向關中、陜南、川北、鄂西北一帶傳播,成為當地及下游冬麥主產區條銹病主要感染源區，從而可造成我國東部廣大麥區小麥條銹病的流行危害[5]。限制小麥條銹病越夏、越冬及秋春季流行的主要環境因素除溫度外，降雨(雪)和環境相對濕度條件尤為重要[6-7]。而關于越夏指標，目前仍沿用二十世紀60年代的調查和試驗研究結果，缺少定量分析[2，8]。近年來在小麥條銹病流行方面區劃研究中，高建孟、馬占鴻、石守定等學者[9-11]采用GIS、地統計學(Geostasistics)、聚類分析、CPSO-SVM等方法進行了全國及種植大區小麥條銹病分區研究，取得滿意效果。但目前研究主要是基于越夏溫度指標和實地考察基礎上的半經驗半理論研究成果，對降水、濕度等其他氣象條件考慮不多，其結果也僅分為可越夏和不可越夏兩個區域。

甘肅省地處黃土高原、青藏高原和蒙古高原的交匯地帶和西秦嶺山地邊緣，山脈縱橫交錯，海拔高低相差懸殊，地形地貌復雜多樣，類型齊全。河東地區包括隴中黃土高原丘陵區、甘南高原和隴南中低山區三大地形區，造成該地麥區海拔高差大，氣候類型多樣，有隴中北部冷溫帶半干旱、隴中南部冷溫帶半濕潤、隴南北部暖溫帶濕潤、隴南南部北亞熱帶半濕潤和甘南高寒帶濕潤5種氣候類型[12]。隴中南部冷溫帶半濕潤以南地區(傳統統稱為隴南)小麥條銹病既能越夏也能越冬，隴東自生麥苗和早播冬麥區不僅是傳播菌源的主要場所，而且是向外地傳播菌源的重要基地；洮岷及中部地區晚熟春麥、自生麥苗區是越夏的主要菌源地區[13]，由于地理、氣候及地形結構影響，越夏區域的詳細劃分難度極大。氣候變暖和銹菌耐溫變異等必然導致越夏區域和海拔高度有所變化。因此，利用GIS技術，綜合考慮氣溫、降水、濕度等條件，分為不可越夏、可越夏和易越夏3個區域進行精細化氣候區劃，將為小麥條銹病綜合治理方案制定提供科學依據，對保障糧食安全意義重大。

1 區劃方法

1.1 區劃依據

依據2018年許彥平等[14]利用定西、臨夏、平涼、天水和隴南5市(州)2009—2014年條銹病調查資料，綜合考慮夏季最熱時段8 d平均氣溫、期間降水量和大氣相對濕度，修訂了條銹病越夏氣象指標(見表1)。修訂的越夏氣象指標為最熱8 d相對濕度≤50、51～60、61～70、≥71%，對應的最熱8 d平均氣溫分別為<23.8、23.8～24.0、24.1～24.3、≥24.4℃；研究區夏季最熱時段8 d平均氣溫隨海拔高度的變化率為海拔高度每升高100 m，溫度下降0.45℃(濕度減少0.4%變化不大，可以忽略不計) 。

表1 甘肅河東不同濕度區域小麥條銹病菌越夏溫度值分布表

1.2 區劃指標及方法

依據修訂的越夏氣象指標，首先計算河東各氣象站夏季最熱時段8 d平均氣溫、期間降水量和大氣相對濕度多年(1981—2016年)平均值，各站最熱時段出現最早、最晚時間，并推算出各縣區不同海拔高度的平均氣溫。據計算結果，僅隴中北部和隴南南部各氣象站夏季最熱8d相對濕度多年平均值為53%和55%，其余各地區域多年平均值在63%～69%之間，綜合考慮相對濕度、耕地面積等因素，統一以相對濕度61%～70%對應的氣溫指標24.1～24.3℃為區劃參考指標，給出分級標準(見表2)，最熱時段8 d平均氣溫>24℃為不可越夏區，23～24℃為可越夏區，<23℃為易越夏區。

表2 甘肅河東地區小麥條銹病菌越夏指標分布表

根據病田率與氣溫的關系，計算得到三級溫度指標對應的越夏病田率為<1%、1～20%、>20%。按照各縣區氣象站最熱時段8 d平均氣溫多年均值相近、各縣區易越夏區海拔高度下限基本一致的原則，并參照李振岐、商鴻生等[15-18]研究結果，將甘肅省小麥越夏區分為6個區域：即隴中北部晚熟春麥與自生麥苗越夏區(Ⅰ)，隴中南部晚熟冬、春麥與自生麥苗越夏區(Ⅱ)，隴東高原自生麥苗越夏區(Ⅲ)，六盤山晚熟冬、春麥和自生麥苗越夏區(Ⅳ)，渭河上游自生麥苗越夏區(Ⅴ)，隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區(Ⅵ)。隴中北部晚熟春麥與自生麥苗越夏區屬于冷溫帶半干旱區，渭河上游自生麥苗越夏區、隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區主要位于隴南北部暖溫帯濕潤及隴南南部北亞熱帯半濕潤氣候區，其他越夏區主要位于隴中南部冷溫帶半濕潤區。

2 結果與分析

2.1 越夏氣候區劃

利用地理信息系統(GIS)制作區劃圖(圖1)，并計算出各縣(區)易越夏、可越夏和不可越夏區涉及的國土面積。從圖1可以看出，易越夏區主要分布在隴中南部、甘南州、六盤山區的靜寧和莊浪、關山地帶的清水和張家川、隴中北部的永登縣，不可越夏區主要位于隴南市、白銀市和平涼以東的低海拔區。據李振岐、商鴻生等學者[15-18]研究結果，上述6個區域小麥條銹病菌可越夏海拔高度下限分別為2 300、1 600、1 400、1 400、1 600 m和1 600 m，而隴中南部晚熟冬、春麥與自生麥苗越夏區(Ⅱ)主要包括臨洮、臨夏、渭源及定西等地；可越夏海拔高度下限較以往分別下降了600、200、200、200、500 m和500 m，并且向西向北擴展到了隴中北部和甘南州等地。以往研究為實地調查結果，粗分可越夏和不可越夏2個區城，現細分為3個區域，并且區域范圍也發生了變化。

2.2 越夏區分區評述

隴中北部晚熟春麥與自生麥苗越夏區(Ⅰ)。包括蘭州市、白銀市和永靖縣。夏季最熱時段8 d區域多年平均氣溫21.5℃、降水量2.7 mm、空氣相對濕度在53%左右，主要出現在7月下旬末—8月上旬初。計算分析得到海拔2 100 m以上地帶為易越夏區，涉及國土面積9 231 km2；1 700～2 100 m區域為可越夏區,面積9 707 km2；1 700 m以下地帶不易越夏區面積7 373 km2。

隴中南部晚熟冬、春麥與自生麥苗越夏區(Ⅱ)。包括定西市、臨夏州和甘南州的夏河、合作、臨潭及卓尼縣。夏季最熱時段8 d區域多年平均氣溫19.8℃、降水量11.7 mm、空氣相對濕度在68%左右，主要出現在7月下旬末—8月上旬初。海拔1 300 m以上易越夏區國土面積9 394 km2，該區內最低點位于通渭縣境內，海拔高度1 402 m，所以該區均為易越夏區。

隴東高原自生麥苗越夏區(Ⅲ)。包括慶陽市和平涼市六盤山以東地區的大部縣區。夏季最熱時段8 d多年平均氣溫25.1℃、降水量9.5 mm、空氣相對濕度在63%左右，主要出現在7月中旬末—7月下旬。海拔1 600 m以上易越夏區國土面積3 112 km2，海拔1 200～1 600 m區域可越夏區國土面積8 963 km2；1 200 m以下區域不可越夏區面積4 431 km2。

六盤山晚熟冬、春麥和自生麥苗越夏區(Ⅳ)。包括天水市關山地帶的張家川和清水縣，平涼市西部的靜寧、莊浪縣、華亭縣。夏季最熱時段8 d多年平均氣溫22.6℃、降水量7.6 mm、空氣相對濕度在69%左右，主要出現在7月下旬—8月上旬。海拔1 500 m以上易越夏區面積7 343 km2，1 200～1 500 m可越夏區面積733 km2，1 200 m以下不可越夏面積不到10 km2。

渭河上游自生麥苗越夏區(Ⅴ)。包括天水市關山以外縣區、隴南市北部縣區和康縣北部。夏季最熱8d區域多年平均氣溫24.9℃、降水量9.0 mm、空氣相對濕度在67%左右，主要出現在7月下旬—8月上旬。海拔1 700 m以上易越夏區面積9 336 km2，1 100～1 700 m可越夏區面積10 550 km2，1 100 m以下不可越夏區面積不到1 757 km2。

隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區(Ⅵ)。包括隴南市的武都、文縣和康縣南部，甘南州東南部的舟曲、迭部。夏季最熱8 d區域多年平均氣溫28.0℃、降水量3.3 mm、空氣相對濕度在55%左右，主要出現在7月下旬末—8月上旬。海拔2 400 m以上易越夏區面積7 633 km2，2 000～2 400 m可越夏區面積3 132 km2，2 000 m以下不可越夏面積7 938 km2。

3 討 論

參照李振岐、商鴻生等[15-18]研究結果，其中關于隴中北部區域可越夏海拔高度僅給出“少量病菌在低海拔自生麥苗上越夏”，并沒有給出其海拔高度具體范圍，所以本文僅參照了主要可越夏區2 300 m以上的結論；關于六盤山區域自生麥苗可越夏海拔高度下限也沒給出具體數值，本文參照了隴東高原自生麥苗可越夏區海拔高度下限1 400 m。由此得到甘肅Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ區小麥條銹病可越夏海拔高度下限分別為2 300、1 600、1 400、1 400 m和1 600 m，可越夏海拔高度下限分別下降了600、200、200、200 m和500 m。即隨著作物結構調整及全球氣候變化，小麥條銹菌對溫度的耐受性有所提高，小麥條銹病的發生及流行也出現了新的特征，小麥條銹菌的可越夏溫度上限有上升的趨勢，可越夏海拔高度下限有所下降，范圍有所擴大[19-21]，與近年來調查及研究結論基本一致。

在關于越夏分區所包含縣區時，李振岐、商鴻生等[15-18]將康縣和宕昌劃入到了隴南南部，本研究依據氣象站資料和地形等綜合分析，將宕昌和康縣北部(暖溫帶濕潤氣候)歸入渭河上游自生麥苗越夏區，康縣南部(河谷地帶屬北亞熱帶濕潤氣候)歸入隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區。在分析海拔高度變化時，為了能有所對應，Ⅵ區隴南南部仍依據宕昌和康縣北部的資料,即原可越夏海拔高度下限采用商鴻生等[15-18]研究結果(1 600 m)，現海拔高度采用渭河流域1 100 m的結果，得到海拔高度下降500 m的結論。隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區區劃結果具有新的特征，可越夏海拔高度下限下降500 m的結論還有待今后在實際生產中進一步考察驗證。

依據定西、臨夏、平涼、天水和隴南資料得到越夏指標及氣溫隨海拔高度變化數值，在區劃時延伸到了蘭州、白銀、慶陽和甘南4市(州)，其適用性可能存在一些偏差，也缺少實況資料驗證支持。研究僅考慮了區劃指標，但是涉及到的某些縣區(瑪曲等)或其他高海拔區并不一定有小麥種植，所以計算出的涉及國土面積與實際會有差異。受未來氣候變化、種植結構調整、銹菌變異等影響，條銹菌越夏會出現一些新的特征，該區劃結果可為當地進行前瞻性的預防對策研究提供依據。

4 結 論

隴中北部晚熟春麥與自生麥苗越夏區(Ⅰ)，隴中南部冬麥、晚熟春麥與自生麥苗越夏區(Ⅱ)，隴東高原自生麥苗越夏區(Ⅲ)，六盤山晚熟冬、春麥和自生麥苗越夏區(Ⅳ)，渭河上游自生麥苗越夏區(Ⅴ)，隴南南部自生麥苗和晚熟冬、春麥越夏區(Ⅵ)6個區域易越夏區海拔高度分別在2 100、1 400、1 600、1 500、1 700 m和2 400 m以上，國土面積分別為9 231、9 343、3 112、7 343、9 336 km2和7 633 km2，不可越夏區海拔高度分別在1 700、1 400、1 200、1 200、1 100 m和2 000 m以下，面積分別為7 373、0、4 431、7、1 757 km2和7 938 km2，可越夏區介于易越夏和不可越夏區之間，面積分別為9 707、0、8 963、733、10 550 km2和3 132 km2，夏季最熱8 d平均氣溫出現時段主要在7月下旬末—8月上旬初、7月下旬末—8月上旬初、7月中旬末—7月下旬、7月下旬—8月上旬、7月下旬—8月上旬和7月下旬末—8月上旬。