條銹病對冬小麥產(chǎn)量的影響及其經(jīng)濟閾值

金小靖， 康曉慧*， 陳萬權(quán)， 蔣欣東， 劉太國， 文啟明

(1.西南科技大學 生命科學與工程學院， 四川 綿陽 621010； 2.中國農(nóng)業(yè)科學院 植物保護研究所， 北京 100193； 3.四川省廣安市岳池縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局， 四川 廣安 638399； 4.綿陽市美立園林機械有限公司， 四川 綿陽 621010)

0 引言

【研究意義】小麥條銹病由小麥條銹菌(Pucciniastriiformisf. sp. tritici)引起，發(fā)生后可導致大面積減產(chǎn)[1]。在我國，西北、西南、華北和淮北等冬小麥及西北春麥區(qū)是小麥條銹病主要災害區(qū)[2-3]。小麥條銹病發(fā)生以后，防治措施不正確將導致嚴重減產(chǎn)；病害發(fā)生以后，小麥葉片的光合作用受到抑制，葉片表皮細胞遭到破壞，導致蒸騰作用增加，失水率增加，嚴重影響灌漿質(zhì)量[4-8]。植物病害中的經(jīng)濟閾值(即防治指標)是病害合理防治下的一種病害密度指標，即達到病害的某一密度(病情)時應該采取控制措施，以防止病害種群密度增加而造成經(jīng)濟損失[9-14]。為減輕小麥條銹病對小麥帶來的損失，適時、合理、有效地對小麥條銹病進行預測預報，確定經(jīng)濟閾值對其防治具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M展】談孝鳳等[15]在自然生長條件下，即無人工接菌的外部條件下，研究了小麥病葉率與小麥產(chǎn)量損失和經(jīng)濟閾值的關系；王澍等[16]在人工接菌條件下研究3種抗感性不同小麥品種稈銹病的經(jīng)濟閾值；代玉立等[17]研究了玉米大斑病經(jīng)濟閾值，并提出抗性品種分類的標準；于洪春等[18]探究了黏蟲密度對玉米產(chǎn)量及經(jīng)濟閾值的影響；崔娟等[19]研究了雜草對玉米產(chǎn)量的影響及其經(jīng)濟閾值；李文博等[20]探討了野黍?qū)Υ蠖菇?jīng)濟閾值的影響；史樹森等[21]深入研究了不同蟲口密度下大豆的經(jīng)濟閾值。【研究切入點】前期小麥條銹病預防指標不能滿足目前生產(chǎn)需要，應確定新的預防指標以促進科學合理應用藥物，防止提早施用導致藥物浪費和療效降低或過晚施用造成生產(chǎn)經(jīng)濟損失過大。春季氣溫回升，小麥條銹病逐漸加重，因此做好春季小麥條銹病病情的預報，適時施藥是藥劑防治的關鍵，而適時施藥的關鍵是經(jīng)濟閾值的制定[22]。四川是我國小麥主產(chǎn)區(qū)之一，屬小麥條銹病冬繁越夏區(qū)，但條銹病對冬小麥產(chǎn)量的影響及其經(jīng)濟閾值研究鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】在我國小麥條銹病冬繁越夏區(qū)四川省選取當?shù)刂髟云贩N進行田間試驗，明確小麥條銹病對產(chǎn)量的影響以及有利于進行合理防控的經(jīng)濟閾值，為小麥條銹病藥劑防控提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

為保證小麥條銹病不同發(fā)病梯度和藥劑防效的可行性，選擇田間表現(xiàn)高感品種川麥42，種子來源于綿陽市農(nóng)業(yè)科學院；接種的小麥條銹菌和作為誘發(fā)品種的銘賢169來源于中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所；殺菌劑15%三唑酮可濕性粉劑來源于綿陽龍門市場。

1.2 小麥條銹菌溫室培養(yǎng)

1) 播種。每個小花盆里先放5/6的營養(yǎng)土，用器皿將平面鋪平，撒上20～30粒銘賢169種子，將種子攤開，蓋上厚2～3 cm的過篩營養(yǎng)土，壓實，澆水，蓋膜。

2) 接種。播種4～5 d，待第1葉完全展開后接種；先從液氮罐里拿出需要擴繁的生理小種，分至小的離心管里，加上礦物油，浸泡2～3 min，從育苗間里打開育苗所蓋的薄膜，用衛(wèi)生紙巾掃去葉片上的水分，將小苗移至超凈工作臺，打開抽風機，用噴頭采用噴霧法接菌到銘賢169上。

3) 保濕。接種完成后晾制3～4 h，小麥葉片上的礦物油完全晾干、孢子完全附著在葉片上后，用0.05%的吐溫水進行噴霧保濕，然后放入大鐵桶內(nèi)，10℃保濕18～24 h。

4) 收菌。取出鐵桶，將幼苗放至培苗間，2～3 d澆水1次，約15 d癥狀顯現(xiàn)，18～20 d收菌。

1.3 田間設計

1.3.1 小區(qū)設計 小麥(川麥42)種植18個小區(qū)，小區(qū)長6 m、寬2 m，播種量為10 kg/667m2。行距0.3 m，共種植20行，每個小區(qū)間隔種植銘賢169作為誘發(fā)行。

1.3.2 接菌施藥設計 殺菌劑梯度施藥按照清水對照、常規(guī)量25%、常規(guī)量50%、常規(guī)量75%、常規(guī)量100%、常規(guī)量125%施用；接菌量以接菌在小區(qū)周圍的銘賢169上為準。

1.4 田間調(diào)查

1.4.1 殺菌劑防治效果調(diào)查 殺菌劑防治效果分別在施藥前1 d，施藥后7 d，施藥后14 d進行調(diào)查，每小區(qū)5點取樣，記錄其普遍率和嚴重度。

1.4.2 小區(qū)產(chǎn)量損失調(diào)查 分別在拔節(jié)期、抽穗期、揚花期和灌漿期采取5點取樣法進行調(diào)查，每個小區(qū)隨機選取5個點進行調(diào)查，收獲小麥后，分小區(qū)測產(chǎn)；單穗小麥調(diào)查，待到病情穩(wěn)定時期(小麥灌漿期)，小麥每個葉片病級選取100穗進行掛牌，成熟后單穗裝網(wǎng)袋，分別計產(chǎn)。

病情指數(shù)=普遍率×嚴重度×100

校正防治效果=1-(對照區(qū)藥前病情指數(shù)×防治區(qū)藥后病情指數(shù))/(防治區(qū)藥前病情指數(shù)×對照區(qū)藥后病情指數(shù))

1.5 小麥條銹病經(jīng)濟閾值的制定

1.5.1 基于國外ET模型的經(jīng)濟閾值 根據(jù)Chiang 提出的通用模型[23]制定。

式中，CC為防治費用；CF為社會-生態(tài)因子，取值范圍為1～2；EC為田間防治效果；Y為單產(chǎn)；P為小麥單價；R為1%病情指數(shù)下增加的損失率，即為直線斜率；SC為施藥后病情指數(shù)增長率。

1.5.2 基于國內(nèi)ET模型的經(jīng)濟閾值 根據(jù)丁巖欽提出的通用模型[23]制定。

y=(C×p)/(Y×P×K)

式中，C為防治費用，p為生態(tài)效應指數(shù)(p≥1)，Y未發(fā)生病害時的單位產(chǎn)量，P小麥單價，K為田間防治效果，y為基于病害程度病情指數(shù)所導致的損失率，以人工接菌法進行田間試驗獲得產(chǎn)量損失率曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 藥劑防效

從表1看出，川麥42在15%三唑酮可濕性粉劑5種濃度梯度下表現(xiàn)出不同防治效果。施藥后7 d的防治效果：常規(guī)量75%、常規(guī)量100%、常規(guī)量50%、常規(guī)量125%組間差異不顯著，但顯著高于常規(guī)量25%組。施藥后14 d的防治效果：常規(guī)量100%、常規(guī)量125%組間差異不顯著，但顯著高于其余組，這2組起始的病情指數(shù)相差較小，防治后的病情指數(shù)相差也較??；防治效果最低的是常規(guī)量25%組和常規(guī)量50%組。

2.2 經(jīng)濟性狀

由表2可見，小麥條銹病發(fā)生后，通過減少著粒數(shù)、千粒重、株高、小穗數(shù)以及莖粗影響小麥產(chǎn)量。Pearson相關系數(shù)顯示，頂葉病級與著粒數(shù)、千粒重、株高、小穗數(shù)和莖粗呈極顯著負相關。著粒數(shù)、千粒重和小穗數(shù)有明顯隨頂葉葉片病級增大而減小的趨勢；各頂葉病級的著粒數(shù)與頂葉無病(0級)的差異顯著，分別顯著減少3.76粒、4.85粒、6.77粒、8.46粒、13.66粒、16.13粒、23.34粒和26.65粒；頂葉病級等級為1時，其千粒重和株高與頂葉無病(0級)的無顯著差異；各頂葉病級的小穗數(shù)與頂葉無病(0級)的有顯著差異；頂葉病級等級為2級時，小麥的莖粗最大，為5.22 mm。

表2 不同頂葉病級下川麥42的經(jīng)濟性狀

2.3 頂葉病級與產(chǎn)量損失關系

由表3可見，當頂葉病級等級為1級時，平均單穗損失率為5.35%。當頂葉病級為2級、3級、4級、5級、6級、7級和8級時，單穗重、平均單穗損失率與對照差異顯著，當頂葉病級為8級時，平均單穗損失率可達46.68%。Pearson系數(shù)顯示，頂葉病級與平均單穗損失率之間呈極顯著正相關(r=0.990，P<0.01)。

表3 不同頂葉病級下川麥42的單穗重及產(chǎn)量

對頂葉病級與單穗產(chǎn)量損失率進行曲線擬合分析表明，指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)、多項式函數(shù)和線性函數(shù)等曲線擬合較好，其次是對數(shù)函數(shù)。從表4擬合度(R2)看，多項式函數(shù)擬合程度最大，為0.992 3，其次是冪函數(shù)、線性函數(shù)和指數(shù)函數(shù)，分別為0.986 2、0.980 6和0.950 0，對數(shù)函數(shù)的擬合度小于0.9。根據(jù)實際擬合情況看，指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)在高病級時偏差較大，對數(shù)函數(shù)在中間病級時偏差較大。綜上，多項式函數(shù)y=0.326 5x2+3.046 3x+2.617 7擬合效果佳。在頂葉病級為0～8級時，小麥產(chǎn)量單穗損失率隨頂葉病級程度的增加呈曲線增長(圖1)。

表4 不同頂葉病級下川麥42單穗產(chǎn)量損失的回歸分析

圖1 頂葉不同病級與平均單穗損失率各擬合曲線

2.4 小麥關鍵期病情與小麥損失率的關系

分別對拔節(jié)期、抽穗期、揚花期以及灌漿期普遍率、嚴重度病情指數(shù)和小區(qū)產(chǎn)量、產(chǎn)量損失率做相關分析發(fā)現(xiàn)，在4個時期的病情指數(shù)中，川麥42產(chǎn)量最為相關的是揚花期病情，相關系數(shù)為-0.987；川麥42產(chǎn)量損失率最為相關的是揚花期病情，相關系數(shù)為0.987，得到關鍵期病情與小區(qū)產(chǎn)量損失率擬合曲線：y=-0.251 7x2+ 11.824x-35.473(R2=0.975 8)。表明，揚花期病害程度與產(chǎn)量和產(chǎn)量損失率最為相關，隨著揚花期病害指數(shù)上升，產(chǎn)量下降，產(chǎn)量損失率增大。

2.5 感染小麥條銹病的產(chǎn)量

由表5可見，川麥42產(chǎn)量在殺菌劑濃度為常規(guī)量50%和常規(guī)量25%時無顯著差異，殺菌劑各濃度組與對照間差異均顯著。產(chǎn)量在常規(guī)量100%時最大，說明防治效果最佳。施藥濃度常規(guī)量100%時產(chǎn)量反而有所下降。施藥量為0～100%時產(chǎn)量隨著施藥量的增多而增加，產(chǎn)量損失率隨著施藥量的增加而減少。

表5 川麥42的產(chǎn)量及其產(chǎn)量損失率

2.6 小麥條銹病的經(jīng)濟閾值(ET)

防治費用按人工和藥劑費用14元/667m2，效益因子一般為2，小麥單價2.2元/kg；根據(jù)小區(qū)實測產(chǎn)量與病情的擬合，可得到未發(fā)生病害時川麥42的產(chǎn)量為329.053 kg/667m2，防治效果為88.26%，計算可得出川麥42經(jīng)濟允許損失水平為4.395。

2.6.1 基于國外ET模型制定經(jīng)濟閾值 在只考慮施藥挽回的損失，對其環(huán)境的影響考慮最小時，CF取值為2(取值在1～2)，其他地區(qū)根據(jù)實際情況考慮。

根據(jù)川麥42線性函數(shù)y= 0.087 8x-0.265 7(R2=0.974 9，F(xiàn)=737.722 0，P<0.01)，R=0.087 8，SC=0.235 3，得到川麥42的經(jīng)濟閾值為病情指數(shù)2.128。

2.6.2 基于國內(nèi)ET模型制定經(jīng)濟閾值 在只考慮施藥挽回的損失，對其環(huán)境的影響考慮最小時，p為生態(tài)效應指數(shù)取為2(p取值為1～2)。

根據(jù)關鍵期病情與產(chǎn)量損失率的關系，川麥42為多項式函數(shù)y=-0.251 7x2+11.824x-35.473(R2=0.975 8)，得到川麥42的經(jīng)濟閾值為病情指數(shù)3.217。

3 討論

在小麥條銹病預防過程中，選擇抗病品種是預防小麥條銹病最經(jīng)濟、最高效的途徑之一。但小麥抗病品種經(jīng)常由于條銹菌毒性突變或喪失抗病性而成為易感品種，嚴重影響產(chǎn)量。同時由于小麥品種育成周期長，條銹病新生理小種的產(chǎn)生與發(fā)展速度快，化學藥劑預防仍為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上預防小麥條銹病最主要的手段之一。

該試驗的創(chuàng)新點是利用人工接菌法研究小麥條銹病對產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量損失的影響，擬合頂葉葉片病級與單穗重損失率的曲線模型以及關鍵期病情與小麥小區(qū)產(chǎn)量損失率的曲線模型?；谶x定的防治藥劑、小麥價格和防治成本等因素，利用2種經(jīng)濟閾值模型制定條銹病的經(jīng)濟閾值。針對小麥單穗產(chǎn)量損失率和頂葉葉片病級的關系曲線擬合，以及小麥小區(qū)產(chǎn)量損失率和關鍵期病情的關系曲線擬合均是以多項式函數(shù)擬合關系最優(yōu)。小麥單穗產(chǎn)量損失率與頂葉葉片病級的曲線擬合發(fā)現(xiàn)，除多項式函數(shù)外，其他函數(shù)主要是頂葉葉片高病級時，數(shù)據(jù)偏差較大，頂葉葉片低病級時擬合即可。

目前，國內(nèi)針對小麥條銹病的經(jīng)濟閾值根據(jù)Chiang等提出的經(jīng)濟模型制定的危害損失曲線是直線。許多研究表明，植物病害對作物的危害還受其本身密度的制約，當超過一定種群密度后，鑒于其種間競爭、種內(nèi)競爭的關系，損失曲線不一定是直線，還可能有冪函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、多項式函數(shù)和指數(shù)函數(shù)等[17-21]。在植物病蟲草害防治中，經(jīng)濟閾值的良好運用具有重要作用。談孝鳳等[15]研究了在自然發(fā)病條件下(即無人工接菌)小麥病葉率和頂葉嚴重度與小麥產(chǎn)量損失和經(jīng)濟閾值的關系，其病葉率、頂葉嚴重度與小麥產(chǎn)量損失呈線性關系；王澍等[16]研究在人工接菌條件下3種抗感性不同的小麥品種受稈銹病侵染后的經(jīng)濟閾值。因此，研究借鑒上述研究結(jié)果，采用人工接菌法研究小麥單穗產(chǎn)量損失率與頂葉病級的關系，并制定小麥品種受條銹病侵染后的經(jīng)濟閾值。試驗研究選取四川主栽的小麥品種，試驗未涉及到與白粉病、稈銹病和蚜蟲等多種病害的復合經(jīng)濟閾值，畢竟同一時期會有多種因素對產(chǎn)量造成影響。但關于銹病(條銹病、稈銹病和葉銹病等)對小麥產(chǎn)量復合危害的損失和經(jīng)濟閾值有待進一步研究，制定的復合經(jīng)濟閾值可能對防治這些病害有較好的指導作用，得到的經(jīng)濟閾值思路與方法可為復合經(jīng)濟閾值提供研究方向與理論支持。

4 結(jié)論

殺菌劑15%三唑酮可濕性粉劑常規(guī)量100%田間防治小麥條銹病的效果最佳，小麥產(chǎn)量最高，且與對照差異顯著。在一定小麥條銹病發(fā)生程度內(nèi)，人工接菌法擬合的小麥單穗產(chǎn)量損失率與頂葉病級曲線以多項式函數(shù)最佳，小麥小區(qū)產(chǎn)量損失率與關鍵期病情擬合曲線也以多項式函數(shù)最佳。小麥產(chǎn)量損失率隨著條銹病發(fā)生程度嚴重而呈曲線升高。基于2種經(jīng)濟閾值模型計算條銹病的經(jīng)濟閾值，依據(jù)Chiang模型[23]制定得到川麥42的經(jīng)濟閾值為病情指數(shù)2.128，依據(jù)丁巖欽模型[23]制定得到川麥42的經(jīng)濟閾值為病情指數(shù)3.217。