ENSO事件与海南农垦橡胶白粉病发生流行的关系

曹学仁, 车海彦, 杨 毅, 罗大全

(中国热带农业科学院环境与植物保护研究所,农业部热带作物有害生物综合治理重点实验室,海口 571101)

ENSO事件与海南农垦橡胶白粉病发生流行的关系

曹学仁, 车海彦, 杨 毅, 罗大全*

(中国热带农业科学院环境与植物保护研究所,农业部热带作物有害生物综合治理重点实验室,海口 571101)

应用数理统计方法对1962-2009年海南农垦橡胶白粉病病情指数数据及ENSO事件发生年的历史资料进行了分析,结果表明,厄尔尼诺事件发生后,大多数情况下次年橡胶白粉病的病情指数增加;拉尼娜事件发生后,大多数情况下次年橡胶白粉病的病情指数降低。卡方检验结果表明,次年橡胶白粉病病情指数增加与厄尔尼诺事件的发生有显著的关联,Spearman相关性分析也表明,ENSO事件的发生和海南农垦次年橡胶白粉病病情的距平值之间有显著的正相关性。

ENSO事件; 橡胶白粉病; 关系; 海南农垦

近年来,全球气候异常并导致世界性自然灾害频发的现象已愈来愈引起人们的关注。ENSO事件由厄尔尼诺(El Niño)和南方涛动(Southern Oscillation)组合,厄尔尼诺是指赤道中、东太平洋每隔几年发生的大规模表层海水持续(半年以上)异常偏暖的现象,而把赤道中、东太平洋海水大规模持续(半年以上)异常偏冷的现象称为反厄尔尼诺或La Niña (拉尼娜)。在El Niño年份,出现南太平洋高压和印度尼西亚-澳大利亚低压同时减弱甚至相反(西高东低)的情况,即两地区海平面气压之间出现“跷跷板”式的反相关变化的现象叫做南方涛动。可见ENSO是一种全球尺度的海洋-大气相互耦合影响的事件,它也是引起全球气候异常的强信号,对全球范围内许多地方的降水、气温等要素有重要影响。有研究推测,今后几十年或更长时间内,厄尔尼诺仍将频繁出现[1]。

植物病虫害的发生是和气候紧密相关的,因此关于由ENSO事件带来的全球气候异常是否对植物病虫害的发生产生影响的研究报道也有不少[23]。赵圣菊和姚彩文[4]研究发现厄尔尼诺与长江流域小麦赤霉病大流行有较高的吻合率,并且认为厄尔尼诺的出现可作为长江流域小麦赤霉病大流行的前兆性指标。在厄尔尼诺或反厄尔尼诺事件的当年,为我国褐飞虱中到大发生年,在厄尔尼诺或反厄尔尼诺事件的间歇期,为轻发生年[5]。冯崇川和张联社[6]也发现陕西小麦黄矮病历年发生和流行周期与厄尔尼诺现象的复出周期有吻合趋势,即厄尔尼诺年的次年是小麦黄矮病发生流行年。对厄尔尼诺事件与我国冬小麦白粉病发病面积的相关关系的研究表明,在厄尔尼诺出现的起始年,冬小麦白粉病发病面积相对较小;在厄尔尼诺起始年至下一个厄尔尼诺起始年的前一年,冬小麦白粉病发病面积趋势逐年增大,并在下一个厄尔尼诺起始年的前一年达到最大值;在连续出现厄尔尼诺的年份,冬小麦白粉病发生面积逐年降低[7]。Olatinwo等[8]研究了ENSO事件对由番茄斑萎病毒(Tomato spotted wilt virus,TSWV)引起的花生芽枯病毒病的影响,结果发现拉尼娜事件年该病毒病的病情要显著轻于厄尔尼诺事件年和非ENSO事件年。舒畅等[9]研究发现,我国长江中下游稻区褐飞虱在厄尔尼诺发生年的当年大发生的可能性较大;在拉尼娜发生年后的第4年不会大发生的可能性较大。

由橡胶树粉孢菌(Oidium heveae Steinm)侵染引起的橡胶树白粉病是我国橡胶树上的重要病害之一,该菌主要危害橡胶树的嫩叶、嫩芽、嫩梢和花序,发生严重时对橡胶树的生长和产量均有显著影响,造成较大的经济损失[10]。海南是我国橡胶树的主要种植区之一,1959年橡胶白粉病在海南农垦第一次大流行,此后每年均有发生,甚至在一些年份全面流行,成为海南农垦橡胶树的主要病害。本文对ENSO事件与海南垦区橡胶白粉病发生流行的关系进行了研究。

1 材料与方法

1.1 数据来源

1962-2003年海南农垦橡胶树白粉病的病情指数数据来源于《海南农垦橡胶树病虫害防治五十年》一文[11],2004-2009年病情数据由海南农垦总局提供。

本研究以目前国际上定义ENSO的主要指数(海洋尼诺指数(oceanic Niño index,ONI)(Niño 3.4区海温指数的3个月滑动平均值)来定义ENSO事件。ONI指数连续5个月≥0.5℃称为一次厄尔尼诺事件(El Niño),连续5个月≤-5.0℃称为一次拉尼娜事件[12-13]。ONI数值从美国气候预测中心下载(http：∥www.cpc.ncep.noaa.gov/data/indices)。1962-2009年厄尔尼诺和拉尼娜事件发生情况见表1。

表1 1962-2009年海南农垦橡胶白粉病病情指数及ENSO事件发生情况Table 1 Disease index of rubber tree powdery mildew in Hainan State Farms and ENSO events during 1962-2009

1.2 数据处理

采用差值法和距平法对病情指数进行处理,其中差值法采用次年橡胶白粉病病情指数与当年橡胶白粉病病情指数的差值,距平法是采用橡胶白粉病病情指数与1962-2009年橡胶白粉病病情指数均值的差值。分别计算厄尔尼诺事件年次年、拉尼娜事件年次年和正常年次年橡胶白粉病病情指数增加(距平值大于0)或降低(距平值小于0)出现的概率。

1.3 数据分析方法

采用2×2联列表卡方(Chi-square)检验分析El Niño事件和La Niña事件与海南农垦橡胶白粉病病情指数变化概率的关联性。

采用Spearman相关分析方法分析ENSO事件和海南农垦橡胶白粉病病情变化值的相关关系。

2 结果与分析

2.1 ENSO事件发生后海南农垦橡胶白粉病病情指数的变化

1962-2009年共发生15次厄尔尼诺事件,共有16个厄尔尼诺事件年(表1)。其中1962-2009年海南农垦有3年橡胶白粉病病情指数超过60,其中有2年出现在厄尔尼诺事件年次年,而病情指数低于20的7个年份中仅有1年出现在厄尔尼诺事件年次年。有10个厄尔尼诺事件年次年橡胶白粉病病情指数和当年相比增加,占厄尔尼诺事件年的62.5%,有11个厄尔尼诺事件年次年橡胶白粉病病情指数的距平大于0,占厄尔尼诺事件年的68.75% (表2)。说明厄尔尼诺现象发生后,大多数情况下次年橡胶白粉病的病情指数增加。

1962-2009年共发生了10次拉尼娜事件,共有14个拉尼娜事件年。病情指数低于20的7个年份中有3年出现在拉尼娜事件年次年,有9个拉尼娜事件年次年橡胶白粉病病情指数和当年相比降低,占拉尼娜事件年的64.29%,有8个拉尼娜事件年次年橡胶白粉病病情指数的距平值小于0,占拉尼娜事件年的57.14%,说明拉尼娜现象发生后,大多数情况下次年橡胶白粉病的病情指数降低。

表2 ENSO事件对1962-2009年海南农垦橡胶白粉病病情的影响1)Table 2 Effects of ENSO on disease index of rubber tree powdery mildew in Hainan State Farm during 1962-2009

从1962-1984年,海南垦区每年橡胶白粉病的病情波动较大,这一时期(23年)厄尔尼诺和拉尼娜发生次数也较多,其中厄尔尼诺和拉尼娜事件年分别有8个和9个;1985-1996年海南垦区橡胶白粉病病情一直维持在一个较高的水平,每年的病情指数都在40以上,这一时期(12年)厄尔尼诺和拉尼娜事件年分别为4个和2个,且以厄尔尼诺事件年为主;随后,从1997-2009年橡胶白粉病病情指数再次进入波动期,13年中厄尔尼诺和拉尼娜事件年均为4个(图1)。这表明厄尔尼诺和拉尼娜事件年出现越频繁,橡胶白粉病病情指数也越容易发生波动。

2.2 ENSO事件和海南农垦橡胶白粉病病情的关系

卡方分析结果发现,次年橡胶白粉病病情指数增加与厄尔尼诺事件的发生有显著的关联(χ2= 5.104,P=0.024),次年橡胶白粉病病情指数的距平大于0与厄尔尼诺事件也有显著的关联(χ2= 4.279,P=0.039)。但次年橡胶白粉病病情指数降低及次年橡胶白粉病病情指数的距平小于0与拉尼娜事件的发生均未有显著的关联(χ2=0.267,P= 0.606;χ2=2.123,P=0.145)。

图1 1962-2009年ENSO事件和海南农垦橡胶白粉病病情指数的关系Fig.1 Relationship of ENSO and disease index of rubber tree powdery mildew in Hainan State Farm during 1962-2009

Spearman相关性分析表明,ENSO事件和海南农垦次年橡胶白粉病病情的距平值之间有显著的正相关性(P=0.046),与次年橡胶白粉病病情指数与当年橡胶白粉病病情指数的差值之间也有一定的正相关性,但未达到显著水平(P=0.139)。

3 结论与讨论

两个独立事件的关联通常用2×2联列表做卡方(Chi-square)检验,以定性数据为基础的χ2检验不能很好地反映两因子在数量上的变化,即把ENSO年份与病害发生年份时间序列上的相关性信息给丢失了。一般Pearson相关分析要求数据是连续性分布且服从正态分布,而Spearman相关分析对数据无要求。由于ENSO事件是否发生属于离散型数据,且已有研究表明,和χ2检验及Pearson相关分析相比,Spearman相关分析应用起来较为灵活方便,灵敏度较高[14-15],因此本研究除了采用χ2检验外,还选取Spearman相关分析来分析ENSO事件与次年海南农垦橡胶白粉病病情指数的关系。两种方法均表明ENSO事件对橡胶白粉病病情是有影响的。

由于厄尔尼诺和拉尼娜事件一般都是跨年度发生,而冬春时期的气象条件特别是温度和橡胶白粉病的发生及流行有密切的关系,因此本研究主要分析ENSO事件和次年橡胶白粉病病情的关系。

厄尔尼诺事件发生后,大多数情况下次年橡胶白粉病的病情指数增加,拉尼娜事件发生后,大多数情况下次年橡胶白粉病的病情指数减小。这和厄尔尼诺现象发生后容易出现暖冬,拉尼娜现象发生后出现冷冬的可能性较大有关。已有研究结果发现,在厄尔尼诺现象发生后的冬季,东亚大槽强度比常年偏弱,东亚极锋锋区位置较常年偏北,不利于寒潮暴发,冷空气活动减弱,中国东部大部分地区温度相对常年偏高,容易出现暖冬[16]。而暖冬则容易出现橡胶树落叶不彻底,抽芽早而不整齐,越冬菌量较大,次年白粉病的流行可能性大[17]。但是春季温度高,容易加快橡胶树嫩叶生长和老化速度,缩短嫩叶期时间,减轻病害的发生[18]。

另外,本研究还发现厄尔尼诺和拉尼娜事件年出现越频繁,橡胶白粉病病情指数也越容易发生波动,这也从一个方面反映了ENSO事件对海南垦区橡胶白粉病的发生程度是有一定影响的。但是ENSO事件是一种复杂的海-气现象,其对气候的影响更复杂,如何从致灾因子的角度去分析ENSO事件对海南垦区橡胶白粉病的影响,以及如何从ENSO事件的发生和发展中去预测海南垦区橡胶白粉病的发生情况,还需要进一步的研究。当然,本研究仅从ENSO事件对气候的影响这一方面研究了其对橡胶白粉病发生的影响,然而,橡胶白粉病的发生除了受气候的影响外,其他条件特别是寄主的物候期也是重要因素,因此如何在实际中应用这些因素,也需要进一步研究。

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(责任编辑：杨明丽)

Relationships between ENSO and epidemics of powdery mildew of rubber tree in Hainan State Farm

Cao Xueren, Che Haiyan, Yang Yi, Luo Daquan

(Institute of Environmental and Plant Protection,Chinese Academy of Tropic Agricultural Sciences,Key Laboratory of Integrated Pest Management on Tropical Crops,Ministry of Agriculture,Haikou 571101,China)

The data of disease index of powdery mildew of rubber tree in Hainan State Farm and occurrence of ENSO events in 1962-2009 were analyzed by using mathematical statistics methods.The results indicated that the disease index of powdery mildew of rubber tree increased in the year following El Niño,while the disease index of powdery mildew of rubber tree decreased in the year following La Niña.The increase of disease index in the following year was associated with the occurrence of El Niño based on Chi-square analysis.There was also significant positive correlation between the anomaly value of disease index and the occurrence of ENSO based on Spearman correlation analysis.

ENSO event; powdery mildew of rubber tree; relationship; Hainan State Farm

S 763.7

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.06.022

2014-11-27

2015-01-06

中央级科研院所基本科研业务费专项(2013hzs1J004)

致 谢： 感谢海南省农垦总局的吴嘉涟老师和邱学俊 老师提供橡胶白粉病病情数据。

*通信作者 E-mail：luodaquan@163.com