黑龍江省馬鈴薯晚疫病CARAH監測預警模型的應用評價

閔凡祥，王貴江，楊 帥，胡林雙，王文重，魏 琪，李文楓

（1黑龍江省農業科學院馬鈴薯研究所，哈爾濱 150086；2黑龍江省農業科學院，哈爾濱 150086；3黑龍江省農業科學院農業遙感與信息研究所，哈爾濱 150086）

0 引言

馬鈴薯營養豐富，糧菜飼兼用，增產增收潛力大，對保障國家糧食安全有著重要的意義[1]。數據統計顯示，黑龍江省馬鈴薯平均單產僅為16.5 t/hm2，僅為發達國家單產的1/3[2]，導致單產水平較低主要原因之一就是馬鈴薯晚疫病爆發頻繁。馬鈴薯晚疫病是由致病疫霉菌引起，導致馬鈴薯莖葉死亡和塊莖腐爛的一種毀滅性卵菌病害[3]，雖然，化學藥劑防治可以有效控制馬鈴薯晚疫病發生與流行，但化學防治技術普遍存在用藥不及時、過度施藥和盲目施藥等問題，造成防治效果不理想、病菌抗藥性增強、次生有害生物再猖獗和環境污染等一系列嚴重后果，嚴重影響馬鈴薯單產水平提高，已成為馬鈴薯產業發展重要制約瓶頸之一[4]。

為了提升馬鈴薯晚疫病防治效率，避免在防治過程中用藥不及時和盲目過度施藥，達到精準防治的目的，世界各國均在馬鈴薯晚疫病監測預警技術方面開展大量工作，目前國際上已報道的預測預報模型有17種之多，均是根據當地氣候特點及馬鈴薯晚疫病發生規律等相關參數建立模型，并已在各地區廣泛應用，如在丹麥NEGFRY模型、美國BLITECAST模型和比利時CARAH模型等[5]。中國在馬鈴薯晚疫病監測預警技術研究方面起步較晚，目前，應用最廣泛是由謝開云等[6]引入了比利時CARAH模型，已經在10余省進行應用，在指導馬鈴薯晚疫病防控和促進馬鈴薯產業健康發展中發揮了重要作用[7]。以往報道比利時CARAH模型應用，僅僅是單一模型防效分析，參數校驗，缺少系統比較，本試驗利用比利時CARAH監測預警模型，針對黑龍江省氣象數據、馬鈴薯晚疫病發生情況和殺菌機特點等，通過田間試驗，與丹麥NEGFRY模型、每7天施藥處理和每10天施藥處理方法進行評價，比較分析不同處理的防治效果，明確CARAH監測預警模型減藥次數和經濟效益分析，進而建立黑龍江省馬鈴薯晚疫病CARAH監測預警模型體系，指導黑龍江省馬鈴薯晚疫病綜合防治工作。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試品種 本研究采用品種為國家種質克山馬鈴薯種質資源庫提供的荷蘭品種‘費烏瑞它’，英文名Favorita，種薯級別為G3，該品種對晚疫病高度敏感。

1.1.2 藥劑 72%霜脲氰錳鋅（商品名：克露），杜邦中國集團有限公司生產；50%氟啶胺（商品名：福帥得），日本石原產業株式會社生產；68.75%氟菌·霜霉威SC（商品名：銀法利），拜耳作物科學(中國)有限公司生產；23.4%雙炔酰菌胺（商品名：瑞凡），先正達生物科技(中國)有限公司提供；75%代森錳鋅，江蘇龍燈化學有限公司生產。

1.1.3 氣象站 本試驗利用Vantage Pro2型美國DAVIS便攜式6要素氣象站，可采集田間的溫度、相對濕度、降雨量、光照、風速和風向等氣象因子[6]，儀器憑借太陽能板供電，數據實時采集后通過GPRS進行遠程數據傳輸。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗站點及處理 2018年，田間試驗設置于黑龍江現代農業示范區，該區域氣候濕潤，溫度適宜，適合晚疫病發生。本試驗設置為5個處理，分別為比利時CARAH監測預警模型（簡稱CM）、每7天施藥處理（簡稱WM）、每10天施藥處理（簡稱TM）施藥和丹麥NegFry模型處理（簡稱NM）和空白對照（簡稱CK）。每處理重復4次，小區面積24 m2，完全隨機區組排列，四周設隔離行和接種行。

1.2.2 數據的采集方法 本研究待田間出苗80%后，利用便攜式6要素氣象站收集氣象數據，同時調查病害發生情況。

1.2.3 確定馬鈴薯晚疫病潛在侵染嚴重程度的方法 馬鈴薯晚疫病潛在侵染嚴重程度主要是根據比利時Guntz-Divoux基本原理進行判斷，原理為當每日的平均溫度和相對濕度大于90%時，持續小時數越多，馬鈴薯晚疫病潛在侵染嚴重程度就越大[8]。

1.2.4 確定馬鈴薯晚疫病侵染循環和施藥劑時間方法 馬鈴薯晚疫病侵染循環曲線是由每天平均溫度決定，每天平均溫度對應著一定分值（見表1）。在晚疫病菌存在情況下，病原菌從侵染到萌發，即為晚疫病侵染循環。用曲線表示侵染循環，為每日平均溫度得分值累加為7分，對應為病害循環曲線。如果沒有采取預防措施，則田間出現晚疫病初期癥狀。比利時CARAH監測預警模型建議，當累加得分值在5～6分時，是最佳施藥時間。下一次噴藥時間確定是根據殺菌劑持效期、新的侵染循環、降雨和品種抗性判斷。

表1 病害侵染循環開始后每日分值的計算標準

1.2.5 晚疫病調查及數據處理方法 每次噴施藥劑前，進行晚疫病田間調查。發病后，需1周調查2次，采用James分級計數法[9]，計算病害發病百分率。利用病害發病百分率和調查時間，得出AUDPC(Area under disease progress curve)值。AUDPC值越大，則表示病害發病越嚴重，病害的防治效果就越差，反之，防治效果越顯著。對不同處理AUDPC值進行平均值多重比較，采用LSD法進行顯著性分析[10]。

1.2.6 田間產量和晚疫病病薯率調查方法 對小區試驗進行測產，主要調查植株數、大中小薯比例、晚疫病爛薯率和單位產量[11]。計算單株產量及公頃產量和晚疫病病薯率[12]。

2 結果與分析

2.1 不同晚疫病監測預警模型的結果分析

2018年5月9日試驗地播種，出苗齊全時間為6月2日。所以，本年CARAH監測預警模型起止時間從6月2日開始，截止時間為9月30日，生育期結束，整個馬鈴薯生育期溫度曲線（藍色曲線）、相對濕度曲線（綠色曲線）、降雨（藍色柱狀）、病害嚴重度（黃色柱形）和病程曲線（紅色線）情況見圖2，由圖2可知，本試驗區晚疫病潛在發生時間段共計44次，其中極重侵染為20次、重度侵染有10次、病害中度侵染有11次、病害輕度侵染為3次，圖2中黃色柱形高矮寬度表示為潛在發生晚疫病嚴重程度，柱形越高，寬度越大，表明晚疫病發生越嚴重。

圖1 2018年馬鈴薯晚疫病潛在發生嚴重程度及侵染循環情況

圖2 NegFry測報負值分析模型對首次施藥分析

2018年，利用丹麥NegFry監測預警模型分析田間氣象數據，結果顯示從6月16日起，至6月25日，每日風險值累加達到143.71，6月25日的日風險值為16，所以，6月25日為丹麥NegFry監測預警模型第一次噴施殺菌劑時間（見圖3）。第二次施藥時間，需通過每日風險值進行累加，每日風險值累加大于等于40時，需噴施殺菌劑。之后，將每日風險值歸0，重新累加，進而確定下一次施藥時間[13]。

圖3 丹麥NegFry監測預警模型施藥次數情況

2.2 不同處理施藥情況結果分析

CM處理時間依次為6月28日、7月10日、7月24日、8月5日、8月13日、8月29日和9月7日，共計噴藥7次，每次施藥依次為75%代森錳鋅、68.75%氟菌·霜霉威SC、72%霜脲氰錳鋅、23.4%雙炔酰菌胺、68.75%氟菌·霜霉威SC、72%霜脲氰錳鋅、50%氟啶胺（見表2）；NM處理噴藥時間依次分別為6月25日、7月5日、7月16日、7月21日、8月4日、8月14日、8月24日、8月30日和9月4日（圖3），噴施藥劑順序依次為75%代森錳鋅、68.75%氟菌·霜霉威SC、72%霜脲氰錳鋅、23.4%雙炔酰菌胺、68.75%氟菌·霜霉威SC、72%霜脲氰錳鋅、23.4%雙炔酰菌胺、75%代森錳鋅、50%氟啶胺；WM和TM處理，首次噴藥時間選擇丹麥NegFry模型時間，為6月25日，WM處理共計噴藥10次，TM處理噴藥8次，具體噴藥時間見表2。通過比較，WM處理、TM處理和NM處理和與CM處理相比，減少施藥次數分別為3次、1次和2次。

表2 不同處理噴施藥劑時間及施藥類型情況

2.3 CARAH監測預警模型與病害實際發生擬合情況分析

2018年，采用CARAH監測預警模型，分析出馬鈴薯整個生育期內出現44次病害病程曲線（見圖2）。實際調查顯示馬鈴薯晚疫病各個級別發生次數為41次，CARAH監測預警模型分析晚疫病潛在發生時間段共計44次，與田間實際病害發生數擬合度達到93%，具體情況如下：6月26—7月14日，田間初始出現發病中心病株，模型與實際病害發生情況擬合度為67%。7月14—8月5日，田間病害進入指數期，葉片發病嚴重程度達中度侵染，模型與實際病害發生情況擬合度達91%。8月5日—8月31日，病害開始大流行，模型與實際病害發生情況擬合度達100%。9月1日—9月10日，晚疫病發病達高峰，之后，病害進入衰退期。通過調查表明，CARAH監測預警模型的結果與實際發生期高度接近（見表3），測報準確率達到93%。

表3 CARAH監測預警模型的驗證結果

2.4 不同處理防治效果比較

通過田間病害發生調查，結果表明：6月30日空白對照(CK)首先發現病斑，僅零星葉片發病，其他試驗處理均沒有發現病斑。7月14日CM處理、WM處理和NM處理陸續發病，計入病害指數增長期。截至生育期結束，各處理TM、CM、NM和WM病害發病百分率分別為37.50%、26.25%、22.25%和22.00%，9月1日CK發病率為100%，全部死亡（圖4）。計算不同處理AUDPC值，CK、TM、CM、NM和WM分別為12.25、1.85、1.27、1.11和1.08（圖5）。對上述AUDPC值進行數據差異顯著性分析，分析顯示，各處理與CK比較達顯著水平，WM、CM和NM處理之間比較差異并不顯著。CM處理與WM和NM處理達到同等效果。

圖4 不同處理的晚疫病病害發展曲線

圖5 不同處理AUDPC值

2.5 不同處理對田間馬鈴薯產量及商品薯率的影響

不同處理由于防治晚疫病的效果不同，導致產量差異各不相同。產量最高是CARAH監測預警模型處理(CM)，其次是WM、NM、TM和CK，分別是43.24、42.61、42.27、39.74和29.12t/hm2。采用LSD法對數據進行平均值多重比較，結果顯示WM、CM和NM與CK處理相比產量差異達0.05顯著水平，增產效果較明顯。所以，利用CARAH監測預警模型可以有效控制馬鈴薯晚疫病的流行，減少因此病害造成損失，增產效果較顯著，CARAH監測預警模型與空白對照相比增產高達48.47%。對不同處理馬鈴薯晚疫病病薯率調查發現，病薯率從高到低依次為CK、NM、TM、CM和WM（表4），比利時CARAH監測預警模型處理與對照相比病薯率降低4.43個百分點，所以，CARAH監測預警模型處理能夠顯著降低馬鈴薯塊莖感染病原菌的概率，從而減少次年初侵染源。

表4 產量和病薯率情況及差異分析

商品薯率高低是由大中薯率多少所決定，因此，本研究對不同處理大中小薯率進行統計，明確不同處理對商品薯率影響。研究結果表明：病害防控效果越好，相應小薯率就越低，對應商品薯率就越高（見圖6）。其中，商品薯率最高是WM，為95.06%，其次為NM為94.14%，CM為93.98%，TM為89.64%，CK為81.35%。與CK相比，采用CARAH監測預警模型處理提高大中薯率12.63個百分點，小薯率降低12.63個百分點，所以，本實驗CARAH監測預警模型、每7天噴試藥劑處理和丹麥NegFry監測預警模型處理可有效提高馬鈴薯商品薯率。

圖6 不同處理大中小薯率

2.6 經濟效益分析

調查結果表明（表5），比利時CARAH監測預警模型處理(CM)與空白對照處理(CK)相比較，CM處理新增產值為14116元/hm2，不計算人工費用，扣除用藥成本3150元/hm2，新增純收入為10966元/hm2；每7天噴藥處理(WM)與空白對照(CM)相比，WM處理新增產值為13491元/hm2，人工費用除外，去除藥劑成本4500元/hm2，WM處理新增純收入8991元/hm2。空白對照處理(CM)與丹麥NEGFER測報模型處理(NM)比較，NM處理新增產值為13147元/hm2，扣除用藥成本4050元/hm2，NM處理新增純收入9097元/hm2。空白對照處理(CK)與每10天噴藥處理(TM)相比，TM處理新增產值為10615元/hm2，減去藥劑成本3600元/hm2，TM處理新增純收入7015元/hm2。由此得出，采用CM處理較CK增收10966元/hm2，用藥成本比WM處理節約1350元/hm2，新增純收入比WM處理增加1975元/hm2，較NM處理增收1869元/hm2。所以，利用CARAH監測預警模型防治馬鈴薯晚疫病，即可增加經濟效益，又能夠降低農藥使用量，達到增效和減藥的目的。

表5 不同馬鈴薯晚疫病防治處理的經濟效益評價 元/hm2

3 討論與結論

比利時CARAH監測預警模型應用在中國擁有20余年歷史，已經在10余省進行應用[14-18]，但對于模型的評價，僅僅是通過病情指數調查，對模型防治效果進行分析，存在著對模型原理和應用技術掌握不夠而理解出現偏差的情況[7]。本研究以丹麥NEGFRY模型和常規施藥防治措施作為對照，引入病程曲線下面積即AUDPC值，明確CARAH監測預警模型在病害發展過程中防治效果。有效解決數據分析偏差和缺乏有效對照的問題，提高黑龍江省馬鈴薯晚疫病監測預警水平。

比利時CARAH監測預警模型的準確性主要受品種抗性、病菌種群結構、區域環境和殺菌劑特性等因素會影響[7]，本試驗為避免品種影響，選用感病品種‘費烏瑞它’，但在調查中發現，相同品種在不同氣候環境、不同菌源結構下，不同藥劑防治下，晚疫病的流行規律仍然存在一定的差異。所以，為了保證試驗一致性，試驗過程中采用自然發病和人工接種同時進行方法，接種病原菌為優勢菌株。在調查數據處理上采用AUDPC值過程量的分析方法，避免單次偏差問題出現，以保證整體評估的準確性。

比利時CARAH監測預警模型原理是根據感病品種和病原菌特性，即溫度、濕度和降雨情況，分析出可能潛在病害發生時間段，利用殺菌劑，無死角全方位覆蓋防治。但是，“病害三角”中，寄主抗性一樣非常重要，比利時CARAH監測預警模型只是針對感病品種，而對于耐病品種，如果采用CARAH監測預警模型防治，勢必產生不必要的浪費。因此，首先需要開展對區域主要馬鈴薯栽培品種抗性級別鑒定，明確抗性級別，對于感病品種，直接可以采用測報模型進行防治。對于中感或中抗品種，需開展病原菌在與不同品種侵染曲線研究，即不同品種病程曲線調查試驗，明確不同耐病品種病程發展曲線，進而完善比利時CARAH監測預警模型，全方位為黑龍江省馬鈴薯晚疫病防治服務。

本研究結果表明CARAH監測預警模型可用于黑龍江省馬鈴薯晚疫病綜合防治工作中，與高頻繁施藥處理和國際先進的測報模型處理相比較，取得同等防治效果，而且CARAH監測預警模型與丹麥NEGFRY模型處理，每7天和10天施藥處理相比，減少殺菌劑使用次數1～3次。與CK相比，增產48.47%小薯率降低12.63個百分點，病薯率降低4.43個百分點，增加純收入10 966元/hm2。所以，CARAH監測預警模型可用于指導黑龍江省馬鈴薯晚疫病防治工作，進而減少不必要殺菌劑噴施，達到精準治的效果，完成減藥目標。