作物病虫害气象等级预报技术指南

1、 附件作物病虫害气象等级预报技术指南小麦赤霉病和水稻稻瘟病目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 1.作物病害气象等级预报2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 作物病害气象等级预报的概念2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 1.2促病指数预报模型技术2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1.3病害气象等级预报资料要求3模型建立资料3预报服务资料4 HYPERLINK l bo

2、okmark14 o Current Document 1.4气象等级分级4 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 促病指数预报模型5 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 促病暖湿日的判断5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 促病暖湿日出现时间的影响系数5 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 促病暖湿日连续出现的影响系数6 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document

3、 促病指数模型6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 气象等级分级6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 模型检验6 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 小麦赤霉病气象等级预报7 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 小麦赤霉病气象等级预报资料7 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.2促病暖湿日判断8 HYPERLINK l bookmark36 o Cu

4、rrent Document 3.3促病指数计算8影响系数的确定83.3.2计算赤霉病促病指数（Z）9 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.4气象等级分级标准9 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 3.5气象等级预报检验9 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 水稻稻瘟病气象等级预报10 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 4.1稻瘟病气象等级预报资料10 HYPERLINK l bookmark48

5、o Current Document 4.2促病暖湿日判断11 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 4.3促病指数计算114.3.1影响系数的确定114.3.2计算稻瘟病促病指数（Z）11 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.4气象等级分级标准11 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 4.5气象等级预报检验12 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 注意事项12 HYPERLINK l bookmark

6、58 o Current Document 5.1预报模型的多样性12 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 5.2预报结果的准确性检验13 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 5.3病害气象等级预报的效益评估13 -LX.1前言由国家气象中心牵头组织编写的作物病虫害气象等级预报技术指南小麦赤霉病和水稻稻瘟病详细介绍了以促病指数预报模型为主要方法的作物病害气象等级预报技术，是病虫害气象等级预报业务技术中的一部分。希望通过该指南规范国家级和省级小麦赤霉病和水稻稻瘟病气象等级预报指标体系、预报模型及相关技

7、术方法，推动气象部门病虫害气象等级预报业务服务的全面发展。小麦赤霉病是威胁我国小麦产量和品质的主要病害。上世纪90年代以来，我国赤霉病的年发生面积均在415万hm2以上，其中长江流域麦区是小麦赤霉病发生最严重的地区，包括江苏、安徽、湖北和四川等省。在小麦整个生长季赤霉病均可危害，造成苗枯、茎腐、茎基腐和穗腐，最常见的是穗腐。麦穗受害后，麦粒变的皱缩干瘪，品质低劣，产量降低、种子出苗率低，并含有致呕毒素和类雌性毒素造成人畜中毒。水稻稻瘟病是一种真菌型水稻病害，我国凡有水稻栽培的地区均有发生。稻瘟病主要影响水稻产量，其次是影响水稻品质，流行年份造成产量损失10%30%,严重时可达40%50%。稻瘟

8、病在水稻各生育期、各个部位均可发生，造成苗瘟、叶瘟、秆瘟、节瘟、穗颈瘟、谷粒瘟等，其中尤其以穗颈瘟对水稻产量影响最大。近30年来我国稻瘟病的年均发生面积约为465万hm2。气象部门自上世纪80年代就开始对小麦赤霉病、水稻稻瘟病发生发展与气象条件的关系作了较为深入的研究，建立了赤霉病、稻瘟病发生发展的气象指标。2007年开始，气象部门深入开展了气象条件对病虫害发生发展影响的理论研究和业务服务，在2008-2009年中国气象局基础建设项目、2015-2016年气象关键技术集成与应用重点项目等的支持下，国家气象中心先后联合江苏、安徽、四川、重庆等省农业气象业务科研部门，进一步完善了小麦赤霉病和水稻稻

9、瘟病发生发展的气象指标，建立了小麦赤霉病和水稻稻瘟病发生发展气象等级预报业务技术方法和产品制作发布平台，为赤霉病和稻瘟病的适期防治提供技术支撑和服务。但是，我国小麦和水稻种植区域广阔，小麦和水稻品种多样、抗病性差异较大，小麦赤霉病和水稻稻瘟病感病机理复杂，相关的指标与预报技术仍需进一步细化和完善，在业务服务工作中，应针对本地气候特点、小麦和水稻品种抗性以及种植管理特点开展本地化应用。作物病害气象等级预报作物病害一直是制约农作物高产、稳产、优质以及安全生产的主要瓶颈之一，例如小麦赤霉病、锈病和水稻稻瘟病等常年危害小麦、水稻的产量和品质安全。大多数作物病害的发生流行与温度、湿度、风等气象要素关系密

10、切，湿度是导致作物病害发生发展和蔓延最重要的气象因子。针对与气象条件关系密切的主要作物病害开展气象等级预报技术研发和业务服务是气象为农服务的重大需求。作物病害气象等级预报的概念作物病害气象等级预报是利用现代数理统计方法，根据实时气象条件对病害发生流行影响的适宜程度，建立病害发生发展气象条件的定量评价和预测模型，可在病害防治关键期或猖獗期前分析、诊断和预报病害发生发展环境气象条件的适宜程度，从而定量预估作物病害发生发展的气象风险。病害气象等级预报是一种环境气象条件预报，因其结合了病菌发生流行关键阶段环境气象条件对其促发或抑制程度的评价，具有较为明确的生物意义。促病指数预报模型技术促病指数预报模型

11、主要针对病原微生物在适宜环境条件下扩散蔓延、侵害作物有机体而建立的预报模型。其气象预报重点关注对产量影响较大的关键时段、也是病菌侵染迅猛阶段的促病气象条件。在预报技术方法上，通过以日为单位的气象条件适宜达标单元，判断气象条件促进或抑制病害侵染流行的累积效应。这类模型的典型个例是小麦赤霉病和水稻稻瘟病气象等级预报模型。一般情况下，温暖潮湿的天气气候条件利于各种作物病害的发生发展。因此，首先通过判断逐日温度、湿度等气象条件是否达到病菌生理活动适宜的暖湿条件，如果达到则记为促病暖湿日，并以促病暖湿日作为预报因子。其次，在危害关键时段内暖湿日连续出现会极大地促使病菌侵染繁殖，因此根据促病暖湿日连续出现

12、的天数、促病暖湿日与病害影响作物产量形成关键时段的吻合程度确定促病指数预报模型的影响系数；最后根据历史病害发生程度与促病指数之间的相关性确定病害发生发展气象等级分级指标（适宜、较适宜和不适宜）。促病指数预报模型技术路线如图1。图1促病指数预报模型技术路线病害气象等级预报资料要求模型建立资料与其他农业气象预报模型一样，构建病害气象等级预报模型需要分析两大类资料，一类是气象资料，一类是病害发生情况资料。气象资料包括日平均气温、日最高气温、日最低气温、气温日较差、空气相对湿度、地表温度、降水量、降水日数、日照时数、风速等的历史序列资料。对于短时间内迅速侵染蔓延的病害来说，往往选择侵染关键时段的日气象

13、资料进行分析整理并用于构建促病指数预报模型，而对于侵染周期长、生活史复杂的病害（例如小麦锈病），则需要根据关键生长发育阶段选择和处理气象因子。病害资料主要来源于农业部门建立的病情历史资料。农业部门对于各种病害发生程度的划分方法不同，有些是根据面积划分发生程度，有些是根据病情指数（病穗率）划分发生程度，可根据病情历史序列资料的完整性灵活掌握。1.3.2预报服务资料在气象等级预报实时业务中，需要结合作物发育期信息、气象要素监测、天气气候预报预测以及地理信息数据进行预报服务。其中，作物发育期信息主要用于提取作物对病害敏感的关键时段。当病害的侵染蔓延盛期与作物对其敏感期相遇的时候，病害对作物生长发育和

14、产量形成危害最大，因此一般情况下在即将进入作物敏感关键时段或将进入病害侵染蔓延盛期开始进行预报服务。气象要素监测实况、天气预报资料需要输入预报模型进行气象条件适宜程度的定量分析和评价。如果天气气候预报资料给出的是距平量值，则根据需要转化后带入预报模型进行评判分析。由于气象监测资料是基于站点进行观测获取的，所以需要对气象监测资料进行空间插值并与天气气候预报资料进行网格化匹配，在网格点上通过促病指数预报模型计算获取病害气象等级预报定量化结果。气象等级分级病害气象等级预报业务产品给出气象条件适宜、较适宜和不适宜病害发生发展的三级区域分布，分别用红色（高等级）、橙色（较高等级）和蓝色（低等级）进行标注

15、，并由此给出防治服务的措施建议（表1）。表1病害发生发展气象等级预报等级划分标识和服务提示等级区域标注颜色适宜等级服务提示高红色气象条件适宜病害的发生发展密切监测病情发展和天气条件，在防治适期及时开展生物防治和化学防治，最大程度减轻灾害损失较高橙色气象条件较适宜病害的发生发展密切监测病情发展和天气条件，在防治适期及时开展普防普治，最大程度减免灾害发生低蓝色气象条件不适宜病害的发生发展改良田间生态环境，密切监测病情发展和天气条件，防控病情扩散危害促病指数预报模型促病暖湿日的判断已有研究表明，温暖潮湿的天数与病害的发生蔓延具有较好的正相关关系，因此，采用出现促病暖湿日作为病害发生发展的预报变量，通

16、过计算其对病害侵染流行的累积效应促病指数，判断气象条件对病害发生流行的影响程度。对于不同的病原物，促使其发生发展的促病暖湿日的判断标准不同，但一般以适宜病菌各种生理活动的温度、空气相对湿度、降水、光照等为主要表达特征。病菌各种生理活动对气象条件的需求多来源于对病菌生物学研究的相关文献，并且不同的作物种植区域各种病原物生理活动的气象指标略有不同。例如，对于小麦赤霉病的促病条件，江淮地区多以日平均气温15C、相对湿度85%作为促病暖湿日标准，而在四川盆地平坝麦区的判断标准则为日平均气温12C、日照为Oh且日平均空气相对湿度85%。促病暖湿日出现时间的影响系数一般情况下，在作物产量形成关键时段感染病

17、害对作物产量影响最大，由此判断当促病暖湿日出现在作物产量形成关键时段时对病害的诱发作用影响要大于在其他时段。例如小麦赤霉病和水稻稻瘟病虽然在小麦和水稻整个生长季节里均可危害，但在抽穗扬花期侵染对产量影响最大，因此抽穗扬花期间出现暖湿日对病害发生发展及其后续对产量的影响要大于其他时段。为此，在建立模型的时候集中选取在抽穗扬花期出现的促病暖湿日作为预报因子。暖湿日出现时间与病害影响作物产量形成关键时段的吻合程度越高，对病害发生发展以及对作物产量的影响越大。例如在小麦整个抽穗扬花期的较长时段内，各时间段赤霉病侵染致病的程度不一，其中抽穗扬花盛期感病对产量影响大于在抽穗扬花始期和末期，相应地促病暖湿日

18、出现在抽穗扬花盛期对病害的诱发作用影响要比在抽穗扬花始期和末期大，病害发展后对产量的影响也更大，因此可以根据相关研究和数理计算方法将促病暖湿日出现时间的影响系数进行率定。2.3促病暖湿日连续出现的影响系数促病暖湿日连续出现表明病害发生发展所需要的气象条件在较长时段内都能够得到满足，将会极大地促进病害的发生发展，并且这种影响会随着连续时间越长而呈非线性的增长，因此可以通过专家打分法、数值试验法等数理统计方法得出促病暖湿日连续出现的影响系数。2.4促病指数模型z=兰CADiiii=1促病指数z为病害为害关键时段内促病暖湿日Di及其出现时间影响系数Az、连续出现时长影响系数q的函数。其中Dz为判断第

19、i日是否为促病暖湿日，若是取D=1；否则D=0；Az为第i个暖湿日出现时间对促病指数的影响系数，可以认为时段内每个暖湿日出现都具有相同的作用和影响，取值为1，也可以根据暖湿日在病害危害关键时段内出现时间不同、作用和影响不同而率定影响系数；Cz为第i个暖湿日持续出现对促病指数的影响系数，一般情况下持续时间越长影响越大。2.5气象等级分级促病指数计算出了暖湿日出现对病害侵染流行的累积效应，是促病气象条件的评判。通过对逐年促病指数的计算形成促病指数历史序列，根据农业部门建立的病情指数（病穗率）历史序列资料，划分气象条件适宜、较适宜和不适宜病害发生发展的促病指数取值范围。这里需要注意的是近年来农业部门

20、为粮食丰产稳产加大了对有害生物的防治力度，有部分病情资料为防治后资料，需要进行处理或者参考未防治试验田的数据进行分析。2.6模型检验促病指数预报模型的检验包括站点历史回代检验和空间回代检验两部分。历史回代检验：选择典型代表站，利用气象资料计算各站检验样本年的促病指数并判断气象条件适宜程度等级。根据气象条件适宜程度等级与病害发生流行等级的吻合程度来判定，准确率计算采用下式：预报准确率=预报与实际相符站个数100%/实际发生相应级别站个数空间回代检验：选取病害大发生年和轻发生年，利用预报区域内所有气象站点大发生年和轻发生年气象资料计算促病指数并判断气象条件适宜程度等级。根据区域气象条件适宜程度等级

21、与病害发生流行的实况来判定。需要注意的是，农业部门病情等级资料一般划分为5级。气象条件分级划分一般为3级，在检验的时候要兼顾病情指数历史资料以及病情等级资料。小麦赤霉病气象等级预报赤霉病(Fusariumheadblight,FHB)是危害小麦生产的重要流行性病害。近10年来，小麦赤霉病流行频率明显提高，特别是2012年，小麦赤霉病在全国大流行，发病面积达到994.9万hm2,超过历史上严重流行的1998年、2003年和2010年。2014和2015年小麦赤霉病在长江中下游麦区偏重流行，局部大流行，通过防治挽回小麦损失超过200万t/a,但实际仍造成小麦损失29.11万t和47.22万t。小麦

22、的各生育时期中,扬花期最易感小麦赤霉病,抽穗期次之,一般以一次侵染为主。小麦赤霉病的发生通常与抽穗扬花期的温度、湿度、降水等气象因子密切相关；其它如地势低洼、土质粘重、排水不良、过量施用氮肥等均会加重赤霉病的发生。研究表明,长江流域小麦品种的感病特性和感病期年际变化不大,菌源条件又极易得到满足,而赤霉病菌的生理特性也受到气象条件的显著影响,因而气象条件的年际差异是影响该区域赤霉病发生发展的主要因素。本节以江淮地区小麦赤霉病促病指数预报模型的构建为例,详细介绍小麦赤霉病气象等级预报技术方法。小麦赤霉病气象等级预报资料江淮地区小麦赤霉病病情资料来自农业技术推广服务部门,包括江苏、安徽小麦赤霉病的发

23、病面积、病情指数等历史序列资料。气象资料选取江苏和安徽27个气象站点历史对应年份4月中旬至5月中旬小麦抽穗扬花期逐日气象资料,包括日平均气温、降水量、空气相对湿度、日照时数等。促病暖湿日判断一般认为，小麦赤霉病发病的温度是平均气温在15C以上，气温低于15C发病机会少，或病菌潜育期长。空气相对湿度小于60%，病菌的生活和繁殖都会受到抑制，3天以上连续阴雨，或连续大雾，或相对湿度在85%以上，是适宜发病的湿度条件。因此，将日平均气温15C、空气相对湿度85%的天气作为适宜赤霉病发生天气，记为促病暖湿日Dp研究表明，小麦生长季内累计暖湿日总和与赤霉病发生的相关性通过0.001的显著性检验，相关系数

24、为0.52。促病指数计算影响系数的确定在小麦抽穗扬花期，促病暖湿日对赤霉病的影响程度与其出现的时间及持续的天数密切相关。抽穗扬花盛期的一个促病暖湿日对赤霉病的诱发作用明显高于抽穗开花初期和末期的作用；同时，促病暖湿日连续出现的时间越长，对赤霉病的诱发作用越大。为此，定义促病暖湿日出现时间的影响系数和促病暖湿日连续出现的影响系数：促病暖湿日出现时间的影响系数(AJ计算方法如下：().()A二兀o丿e-(if)值i=10i=9i=8i=7i=6i=5i=4i=3i=2i=1或11或12或13或14或15或16或17或18或19或20(2。2)/才兀o丿e-(卩)2。2)ii=1其中，i为小麦抽穗扬

25、花期内的日期序号，n为抽穗扬花期的总天数,卩和分别为.的均值和方差。例如，如果小麦在4月下旬至5月上旬抽穗扬花，历时20无i在4月21日赋值为1，4月22赋值为2,以此类推，直到5月10日赋值20。根据最优化技术二维寻优的变量轮换的原理，反复迭代，最终确定=7。表2为抽穗扬花期逐日促病暖湿日对赤霉病诱发的影响系数。表2抽穗扬花期逐日促病暖湿日对赤霉病诱发的影响系数Ai影响系数Ai0.0670.0660.06360.05960.0550.04950.0440.0380.03280.027 促病暖湿日连续出现的影响系数（CJ利用数值试验得出，见表3：表3促病暖湿日持续出现对赤霉病诱发影响系数Ci持

26、续天数影响系数C.i1.01.52.03.03.3.2计算赤霉病促病指数（Z）z=兰CADiiii=1其中Di为判断第i日是否为促病暖湿日，若判断是，取Di=1，否则取Di=0;Ai为第i个暖湿日出现时间对促病指数的影响系数，取值见表2；Ci为促病暖湿日连续出现的影响系数，取值见表3。气象等级分级标准通过对江淮地区赤霉病促病指数历史序列与赤霉病发生程度（病穗率、发生面积等）历史序列进行相关分析，确定江淮地区小麦赤霉病促病指数分级标准，见表4。表4江淮地区小麦赤霉病促病指数分级标准赤霉病发生发展气象条件促病指数Z值发生发展气象等级适宜1.25高较适宜0.451.24较高不适宜00.44低气象等级

27、预报检验历史回代检验：在江苏省选择宁镇扬区、里下河区、沿江苏南区、太湖区的南京、扬州、东台、南通、苏州、无锡6个代表站，进行准确率历史回代检验。其中发生发展气象等级高、较高和低的预报结果与病情资料的大发生、中等发生和轻发生的实况资料作比对。经综合分析，小麦赤霉病气象等级预报历史回代检验准确率 基本可以达到80%左右。空间回代检验：2003年和2014年为江淮地区小麦赤霉病大发生年。根据江苏和安徽27个气象站赤霉病气象等级预报的结果，2003年小麦赤霉病发生发展气象等级高、较高和低的站点比例分别为77.8%、14.8%和7.4%。2014年小麦赤霉病发生发展气象等级高、较高和低的站点比例分别为5

28、9.3%、18.5%和22.2%。2011年为江淮地区小麦赤霉病轻发生年，小麦赤霉病发生发展气象等级高、较高和低的站点比例分别为0、7.4%和92.6%。小麦赤霉病发生发展气象等级预报结果与实际发生情况基本一致。水稻稻瘟病气象等级预报稻瘟病是危害我国水稻生产的三大重要病害之一，由稻梨孢菌(PyriculariaoryzaeCavara)引起。在自然条件下，稻瘟病菌只侵染水稻。病菌主要以分生孢子和菌丝体在稻草和稻谷上越冬，翌年产生分生孢子借风雨传播到稻株上，萌发侵入并形成中心病株，病部形成的分生孢子借风雨传播再进行侵染。一般情况下，抱子萌发需有水存在并持续68小时，因而适温高湿，有雨、雾、露存在

29、条件下有利于发病。稻瘟病菌在水稻不同生育期、不同部位均能侵染为害，尤其以抽穗扬花期穗颈瘟对水稻产量和品质影响最大。水稻稻瘟病的危害程度因品种、栽培技术以及气候条件不同而有差别。我国西南地区和东北地区为水稻稻瘟病常发地区，但2014年长江中下游地区出现凉夏，稻瘟病发生程度重于常年。本节以川渝地区水稻稻瘟病促病指数预报模型的构建为例，详细介绍水稻稻瘟病气象等级预报技术方法。稻瘟病气象等级预报资料川渝地区稻瘟病病情资料来自农业技术推广服务部门，包括四川省和重庆市小麦赤霉病的发病面积、病情指数等病情历史序列资料。气象资料选取四川和重庆水稻主产区30个气象站点历史对应年份6月中旬至7月水稻抽穗扬花期逐日

30、气象资料，包括日平均气温、降水量、空气相对湿度、日照时数等。促病暖湿日判断在水稻抽穗扬花期，当气温2030C、空气相对湿度90%以上、稻株体表水膜保持610小时，稻瘟病容易发生。因此，将同一天同时满足日空气相对湿度三90%、日照时数Wlh、降水量三1mm、日平均气温2030C的天气做为适宜稻瘟病发生的天气，记为促病暖湿日Di。促病指数计算4.3.1影响系数的确定当促病暖湿日连续出现的时间越长，对稻瘟病的诱发作用越大。利用数值试验得出促病暖湿日连续出现的影响系数q,见表5。在水稻抽穗扬花期间认为每个暖湿日出现都具有相同的作用和影响，因此Ai取值为1。表5促病暖湿日持续出现对稻瘟病诱发影响系数Ci

31、持续天数12N影响系数1.02.0n4.3.2计算稻瘟病促病指数（Z）z=兰CADiiii=1其中Di为判断第i日是否为促病暖湿日，若判断是，取Di=1;否则取Di=0;Ai取值为1;Ci为促病暖湿日连续出现的影响系数，取值见表5。气象等级分级标准通过对川渝地区稻瘟病促病指数历史序列与水稻稻瘟病发生程度（病穗率、发生面积等）历史序列进行相关分析，确定川渝地区水稻稻瘟病促病指数分级标准，见表6。表6川渝地区水稻稻瘟病促病指数分级标准稻瘟病发生发展气象条件促病指数Z值发生发展气象等级适宜较适宜不适宜15高10WZW15较高OZvlO低气象等级预报检验历史回代检验：在重庆市选择涪陵、秀山、忠县、开县、黔江5个代表站，进行准确率历史回代检验。其中发生发展气象等级高、较高和低的预报结果与病情资料的大发生、中等发生和轻发生的实况资料作比对。经综合分析，水稻稻瘟病气象等级预报历史回代检验准确率基本可以达到78%左右。空间回代检验：1993年和1999年为四川盆地水稻稻瘟病大发生年。根