鲜食玉米大斑病经济阈值及品种抗性分级标准
2021-05-06代玉立滕振勇卢学松杨秀娟
代玉立，甘 林，滕振勇，陈 伟，卢学松，杨秀娟
(1 福建省农业科学院 植物保护研究所 福建省作物有害生物监测与治理重点实验室，福建 福州 350013； 2 福建省种子总站，福建 福州 350001)
由突脐蠕孢菌(Exserohilumturcicum)引起的玉米大斑病是玉米生产中重要的真菌病害，该病主要危害玉米叶片，严重时病斑相连成片造成全叶干枯，严重影响玉米的产量和品质，一般减产20%～30%，严重地块减产达50%以上甚至绝收[1-3]。玉米大斑病是继玉米锈病和小斑病之后，福建省玉米生产上危害严重的叶部病害，其危害程度逐年加重，特别是在一些高山冷凉地区，玉米大斑病爆发流行的风险性极大[4]。玉米大斑病在玉米整个生育期均可发生，且在玉米抽雄期发病造成的危害最为严重[5]。因此，根据病害的发展，制定其防控的经济阈值(economic threshold，ET)，适时喷施高效低毒杀菌剂是有效防治玉米大斑病、提高玉米产量的关键，对有效控制该病的危害，避免人力、物力和财力的浪费及取得较大的经济效益均具有重要的指导意义[6]。在病害防治研究中，ET是确定病害合理防治时机的病情指标，即当病害达到经济允许损失水平(economic injury level，EIL)时应采取有效的控制措施，以防止因病情加剧而造成经济损失。ET的制定有利于防止滥用农药、减少环境污染，体现了有害生物防治目标由追求最高产量向争取最高经济效益的转变[7]。
ET已广泛用于有害生物治理的研究和实践中。Maity等[8]和Kushwaha等[9]分别在田间和室内条件下确定了油菜大菜螟(Crocidalomiabinotalis)和水稻褐飞虱(Nilaparvatalugens)的ET。邝幸泉等[10]研究了亚洲玉米螟(Ostriniafurnacalis)种群动态及玉米受害后产量损失，制定了玉米螟预测和防治的多元动态ET模型。王华弟等[11]在调查了水稻条纹叶枯病毒(Rice stripe virus，RSV)田间病情动态和为害损失的基础上，推算出单季晚稻秧田期灰飞虱有效虫量与水稻株发病率以及株发病率与产量损失率的关系式，制订出RSV防治指标为秧田期和本田期介体灰飞虱有效虫量为2～3头/m2。在植物病害防治研究中，研究者多通过调查病害在田间的消长动态和最终收获时的病情指数，建立病情指数与产量损失率的模型，推算出病害的防治指标，从而确定其防治ET[12-15]。路兴波等[16]研究了小麦纹枯病菌(Rhizotoniacerealis)的田间危害损失及ET，认为利用ET进行小麦纹枯病防治取得的经济效益更高。沈颖等[17]通过研究水稻白叶枯病菌(Xanthomonasoryzaepv.oryzae)发生为害与损失的关系，测定了其EIL，提出了该病害防治指标和ET，且经大田验证，与实际发生为害情况相符。关秀杰等[18]在人工接种条件下，分别从玉米新月弯孢菌(Curvularialunata)危害病级和病情指数方面研究了辽宁省春玉米弯孢菌叶斑病的为害损失及其ET。目前，在玉米丝黑穗病菌(Sphacelothecareiliana)[19]、玉米小斑病菌(Bipolarismaydis)[20]、玉米南方锈病菌(Pucciniapolysora)[21]和玉米粗缩病毒(Maize rough dwarf virus，MRDV)[7]等病原的田间为害水平与产量损失关系方面亦有相关报道。玉米大斑病菌侵染潜伏期长，病菌接种侵染后通常12～17 d显症，若未及时采取有效的控制措施，将导致中后期玉米大斑病的控制难度显著增加[22-23]。然而，到目前为止，有关玉米大斑病发生为害对玉米产量损失影响及其ET的研究尚未见报道。
一般而言，植物病害的田间用药水平多基于感病品种而制定。研究表明，玉米品种对玉米大斑病抗性存在显著差异[24-26]，然而针对不同抗性水平玉米品种的田间用药状况研究尚少。鲜食玉米在品质和安全性上要求较高，低抗水平的鲜食玉米品种在生产上是否需要用药或如何合理用药，将直接影响其产量、经济效益以及食品的安全性。品种抗性等级划分的合理性将直接影响品种抗性评价的公正性及其在生产中的应用程度，目前还未见基于病情与产量损失模型以及ET而制定的玉米品种对大斑病抗性等级划分标准[27-28]。
为此，本研究在福建省鲜食玉米大斑病病情发生动态基础上，建立病情指数与产量损失率模型，制定适合福建省鲜食玉米大斑病的ET，同时分析不同抗性玉米品种的科学用药时期和次数，制定品种抗性等级划分标准，旨在为福建省鲜食玉米大斑病的流行预警和综合防控提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试鲜食玉米品种共30个，其中上品由福建省农丰农业开发有限公司提供；泰鲜甜1号和新美甜809，由福建省建瓯市映山龙农业科技有限公司提供；闽糯811、广良甜27、珍珍糯600、宝甜、粤白糯6号、夏美甜12号、粤甜27号、万鲜甜159、粤甜28号、耕耘白糯、广良甜31号、美玉甜007、粤彩糯2号、农科玉336、粤甜16、农科玉368、美玉糯16号、闽双色4号、闽甜6855、粤甜29号、金冠218、翠糯163、甜糯133、永珍7号、天贵糯932、斯达甜221和翠甜199由福建省种子总站提供。
供试杀菌剂：25%吡唑醚菌酯乳油，由美国默赛技术公司提供。
1.2 田间小区设计
试验点设在福建省漳州市南靖县梅林镇春玉米种植基地(24°42′ N，117°05′ E)，土壤为壤质土，肥力良好。将试验地划分为2个区域(Ⅰ区和Ⅱ区)，再将Ⅰ区划分为18个小区，每小区40 m2(畦宽1.0 m，沟宽0.5 m)；将Ⅱ区划分为90个小区，每小区20 m2。试验地四周及2个区域间种植2 m宽上品作为隔离(保护)行。
1.3 鲜食玉米大斑病病情消长动态
国际上，人们将鲜食玉米的生育期划分为营养生长期和生殖生长期，其中营养生长期又划分为出芽期(VE)、1叶期(V1)、3叶期(V3)、6叶期(V6)、8叶期(V8，小喇叭口期)、12叶期(V12，大喇叭口期)和抽雄期(VT)，生殖生长期又划分为吐丝期(R1)、籽粒建成期(R2)和乳熟期(R3)。
将Ⅰ区内的18个小区全部种植鲜食玉米上品，采用育苗移栽方式，于2019-03-20播种，2019-04-02移栽，玉米单畦双行种植，每小区栽130株。随机选择3个小区，于玉米V3～V4期开始调查植株各叶发病级别，随后每隔10～14 d结合玉米生育期调查1次，直至玉米R3期结束。每小区随机调查30株，共调查90株，统计每个调查时间点的病株率、病叶率及全部叶片病情指数(disease index,DI)。采用DPS V7.05软件中的Duncan氏新复极差法分析全部叶片病情指数在不同时期的差异显著性，并建立全部叶片病情指数(y1)与种植天数(x1)的回归方程y1=a+bx1，其中a为病情指数与种植天数回归方程的截距，b为病情增长速率。玉米整个生育期的日平均温度、相对湿度、日降雨量等资料均从当地气象局获取。
1.4 鲜食玉米大斑病病情指数与产量损失率模型的建立
在玉米大斑病自然发病条件下，采取不同施药次数人为造成田间不同病情梯度的方法，研究产量损失率与病情严重度的关系。具体试验设计参照孙俊铭等[29]的方法，并略加修改。试验在Ⅰ区剩余的15个小区中进行，共设置5个药剂处理，每处理3次重复，不同处理随机排列，对照组为1.3节中用于病情消长动态研究的3个小区，药剂处理使用的杀菌剂为25%吡唑醚菌酯乳油1 500倍液，不同处理施药日期和施药液量见表1，用“利农牌”DH400型手动喷雾器全株玉米叶面均匀喷施，未施药的处理(对照)于同一施药日期喷施等量清水。试验期间小区的虫害、草害及水、肥按当地管理水平进行。于玉米R3期调查各处理发病状况，每小区随机调查30株，记录每株玉米全部叶片发病级别，统计病情指数。计算各药剂处理的防效，按小区面积实际测产。此外，每小区随机调查15株，记录每株功能叶(穗上3叶和穗下3叶)的发病级别，统计功能叶病情指数；称取每个玉米穗苞质量，并折算成每小区理论产量。将各处理小区的产量折算为公顷产量，以处理5中长势健壮且全部叶病情指数≤10的玉米植株为模拟对照，统计其产量(正常产量)，计算各药剂处理玉米大斑病造成的产量损失率。运用DPS V7.05统计软件分析各药剂处理大斑病危害产量损失率(y2)与全部叶病情指数(x2)和功能叶病情指数(x3)的回归方程，建立全部叶和功能叶病情指数与产量损失率的模型。
玉米大斑病病情严重度分级标准[28]为：0级：无病斑；1级：病斑面积占叶片总面积的比例≤5%；3级：病斑面积占叶片总面积的比例为6%～10%；5级：病斑面积占叶片总面积的比例为11%～30%；7级：病斑面积占叶片总面积的比例为31%～70%；9级：叶片基本被病斑覆盖，叶片枯死。病情指数=∑(各级病叶数×相对病级数值)/(调查总叶数×9)×100 ；病害防效=(清水对照病情指数―药剂处理病情指数)/清水对照病情指数×100%；产量损失率=(正常产量―处理产量)/正常产量×100%。
表1 试验处理及用药设计Table 1 Treatment and design for fungicide application
1.5 鲜食玉米大斑病ET的确定
参照文献[11,16]，结合现行的玉米价格、产量水平、防治费用和防治效果等因素，确定玉米大斑病的EIL。
EIL=(C×F)/(P×N×E)×100%。
式中：C为防治费用(药剂费+人工费+药械折旧费，元/hm2)；F为效益校正系数，一般以收益是支出的1.5～2.0倍为宜，本试验取2.0倍，即F=2.0；P为玉米价格(元/kg)；N为玉米正常产量(kg/hm2)；E为防治效果。
用EIL代替1.4节建立的玉米大斑病产量损失率(y2)与全部叶(x2)和功能叶病情指数(x3)数学模型中的y2，计算得到x2、x3，即为鲜食玉米大斑病基于全部叶和功能叶病情指数的ET。
1.6 不同玉米品种用药次数与品种抗性分级标准
将30个鲜食玉米品种种植在Ⅱ区的90个小区中，每个玉米品种设3个重复，随机排列。各品种于2019-04-03播种，2019-04-15移栽，玉米种植期间不作病害防治，田间虫害、草害及水、肥按当地管理水平进行。于玉米R2期调查各品种功能叶的发病级别，每小区随机调查20～30株，计算功能叶病情指数。依据调查获得的各品种功能叶病情指数及1.3节建立的病情指数(y1)与种植天数(x1)回归方程，以回归方程中的病情增长速率值b为参考值，由公式y1=a+bx1得出截距a值后，建立不同玉米品种田间病情消长动态理论模型，推算不同品种病情达ET时所需的理论天数及相应的生育期(各品种间生育期的误差在此忽略不计)。
以各品种病情指数达用药1次水平下ET的时期视为该品种的初始施药时期，结合鲜食玉米采收及用药安全间隔期(收获前20 d禁止用药，施药间隔时间为7～10 d)，在玉米R2期之后不建议用药的情况下，推导出各玉米品种合理用药次数和用药时期，再将相同用药次数玉米品种病情进行归类，由此划分出不同用药次数下玉米病情区间，并将此病情区间定为品种抗性分级标准界限。
1.7 数据处理
试验数据采用Microsoft Excel 2007和DPS V7.05进行统计分析，采用Duncan氏新复极差法分析不同处理间的差异显著性。
2 结果与分析
2.1 鲜食玉米大斑病病情消长动态
由图1可知，大斑病病情随着玉米生育时期的推进呈逐渐上升的趋势。2019年试验地春玉米大斑病始发期在5月上旬，此时玉米处于8叶期(V8期)，植株下部叶片先发病，病株率达74.4%，病叶率17.0%，全部叶病情指数(下同)为2.84，而后逐渐向植株上部叶片及邻近植株扩展；V12期为病害始盛期，病株率达100%，病叶率达43.9%，病情指数为11.58；至R3期病情迅速发展，病叶率达100%，病情指数上升到77.34，病情达盛发期。春玉米大斑病病情指数(y1)与玉米移栽后天数(x1)呈显著正相关关系，其回归方程为y1=1.044 0x1―22.824 4(r=0.920，P=0.001 9<0.01)。玉米种植期间，合适的温度及高湿的环境条件非常适合大斑病的发生，特别是玉米V8期后适温条件下的连续高湿天气(各生育期平均温度21.9～24.1 ℃，相对湿度86.0%～92.5%，降雨量16.4～39.1 mm)给大斑病的迅速扩展蔓延提供了有利条件。
图柱上标不同小写字母表示在0.05水平上存在显著性差异Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05)
2.2 鲜食玉米大斑病病情指数与产量损失率模型的建立
基于玉米植株全部叶片病级调查结果表明，药剂处理1～5的病情指数分别为70.46，49.89，39.87，22.51和18.30，而清水对照病情指数为77.34(表2)，其中处理2～5病情指数极显著低于清水对照，防效以处理4和5较高，分别为70.9%和76.3%。在各药剂处理中，以处理1产量最低，处理5产量最高。与模拟对照产量(14 662.50 kg/hm2)相比，处理1～5的产量损失率分别为33.5%，30.6%，12.0%，8.4%和6.5%，清水对照为41.1%。5个药剂处理基于玉米植株6片功能叶调查所得的病情指数、防效、产量损失率与基于玉米植株全部叶的调查结果相近。
将玉米大斑病危害产量损失率与病情指数进行相关性分析，结果表明，产量损失率与病情指数呈极显著正相关关系。基于玉米植株全部叶片病情指数(x2)建立的产量损失率(y2)模型为：y2=0.583 7x2―5.049 3(r=0.958，P=0.002 6<0.01)；基于玉米植株功能叶病情指数(x3)建立的产量损失率(y2)模型为：y2=0.486 4x3―0.613 0(r=0.949，P=0.003 8<0.01)。
2.3 鲜食玉米大斑病经济阈值的确定
根据目前玉米生产水平(13 500～19 500 kg/hm2)和本试验结果，取玉米正常产量N为14 622.5 kg/hm2(37 500株/hm2)，玉米价格P为3.0元/kg，吡唑醚菌酯防治大斑病药剂费为90.0～225元/(hm2·次)，人工费为120元/hm2，药械折旧费为1.50元/hm2，不同处理用药防治费用C及其相应的防治效果E如表3所示。
基于玉米植株全部叶片病情指数，将上述数据代入经济允许损失水平模型，可得出在病害发生期不同防治次数下大斑病经济允许损失水平，即在发病初期用药防治1，2，3和4次的经济允许损失水平分别为3.5%，5.4%，5.9%和7.8%(表3)。在此基础上计算得出在发病初期用药防治1，2，3和4次的经济阈值分别是14.63，17.88，18.72和22.06。结果表明，在玉米乳熟期(R3期)收获前，当玉米植株全叶病情指数达到14.63时，可于防治适期内开展1次化学防治，此时所取得的经济收益是防治成本的2倍；当病情指数达到18.72时，可于防治适期内开展3次化学防治。如玉米收获时大斑病最终病情指数低于14.63，进行化学防治则得不偿失。
基于玉米功能叶病情指数，同样分析出在发病初期用药1，2，3和4次的EIL分别为3.2%，4.5%，5.3%和7.6%，得出相应的ET分别为7.74，10.43，12.24和16.80。
2.4 不同玉米品种用药次数和品种抗性分级标准
在玉米籽粒建成期(R2期)测得30个玉米品种功能叶的病情指数为10.99～56.25。依据玉米大斑病病情消长动态模型y1=a+bx1中的病情增长速率(b)，推算不同品种病情达经济阈值时所需的理论天数及相应的生育期如表4所示。从玉米R2期到乳熟期(R3期)约需10 d，由此推算30个品种R3期功能叶病情指数为21.43～66.69。从已制定的大斑病经济阈值出发，在大斑病大发生时期，供试的所有玉米品种在防治适期内理论上均可开展4次化学防治，取得的收益高于防治成本。将推导出的各品种病情指数达经济阈值7.74时的时期视为不同病情严重度玉米品种的初始施药时期，结合鲜食玉米采收及用药安全间隔期(收获前20 d禁止用药，施药间隔时间为7～10 d)，在玉米R2期之后不建议用药的情况下，推导出各玉米品种合理用药次数和用药时期，如R2期病情指数为10.99～17.10的9个玉米品种在防治适期内可开展1次化学防治，用药时期为抽雄期(VT期)；病情指数为18.17～27.83的7个玉米品种在防治适期内可开展2次化学防治，用药时期为V12期和VT期；病情指数为31.83～39.83的10个玉米品种在防治适期内可开展3次化学防治；而病情指数高于45.00的4个玉米品种，可开展4次化学防治，用药时期为V6期、V8期、V12期和VT期。
依据不同病情范围玉米品种的不同用药次数，推荐将R2期病情分级界限定为15―30―45区间，由此将品种抗性标准划分为4个级别：DI≤15为抗病(R)，15
表4 基于经济阈值推导的不同玉米品种用药次数及其抗性级别Table 4 Deduced frequency of fungicide application and resistant degree of different varieties according to economic threshold
3 讨 论
确定经济阈值或防治指标必须要有病害发生情况和为害损失率作为基础数据[7,11,29]。本研究通过病情调查，获得了玉米大斑病病情指数与种植天数的回归方程，玉米大斑病病情指数与种植天数呈显著相关关系。随着玉米生育时期的推进，玉米大斑病病情呈逐渐上升的趋势。感病品种上品V8期和V12期是病害发生的关键时期，分别代表病害始发期和始盛期，至R3期病害达发病高峰期。大斑病菌侵染潜伏期可长达12～17 d，由此推测V8期就已有大量病菌发生侵染，因此需及时做好防治工作，防止病情进一步发展。
关秀杰等[18]分析了玉米弯孢菌叶斑病情指数与玉米产量损失的关系，经回归分析得出玉米弯孢菌叶斑病病情指数与产量损失率的回归方程；田耀加等[21]研究表明，鲜食玉米百粒质量与南方锈病为害严重度呈显著负相关。本研究基于玉米植株全叶和功能叶病情指数建立了玉米产量损失率模型，表明玉米大斑病病情指数与玉米产量损失率呈极显著正相关关系。该结果阐明了鲜食玉米大斑病田间病情指数与产量损失率的关系，提高了田间病害发生预测的准确性。在病情对鲜食玉米产量损失影响速率上，大斑病与玉米弯孢菌叶斑病较为相似。比较分析发现，当病情指数相同时，基于玉米植株全部叶和功能叶病情指数建立的2种玉米产量损失率模型，预测的危害损失率以后者更高，因此在玉米抽雄后的病情调查中，可用玉米功能叶病情替代植株全部叶病情，来判断田间玉米大斑病危害造成的产量损失，可明显减少田间病情调查工作量。
孙俊铭等[29]建立了油菜菌核病病情指数与产量损失的模型，并结合现行的价格、产量水平、防治费用和防治效果确定了油菜菌核病的经济阈值，当直播田油菜菌核病病情指数达5.97时，则应于防治适期内开展1次化学防治；当病情指数达 10.75，则应于防治适期内开展2次化学防治。关秀杰等[18]在人工接种条件下，制定了防治玉米弯孢菌叶斑病的经济阈值为14.10，但是该研究未考虑不同用药水平下玉米弯孢菌叶斑病防治的经济阈值。本研究结果表明，在玉米大斑病自然发病条件下，以玉米功能叶病情指数为基础的经济阈值达到7.74和10.43时，其田间用药水平分别为1次和2次。由于玉米生长中后期大斑病对产量影响较大，所以在VT期前只要达到防治指标即可用药防治。本研究推算获得的用药1次水平下的经济阈值相当于玉米大斑病发病显症初期病情，表明大斑病在发病显症初期就要及时开展药剂防治。本研究结果与刘震等[30]和Robertson等[31]的田间试验结果一致。病害经济阈值的制定必须基于经济允许损失水平，而经济允许损失水平又受到不同地区、不同时期农产品价格、产量水平、防治费用和防治效果等因素的影响，因此防治指标是动态的，已制定的经济阈值在不同时期、不同区域应用时应作适当调整[32]。
本研究结果表明，不同鲜食玉米品种对玉米大斑病的抗性差异明显。因此，本研究从已制定的玉米大斑病经济阈值及病情发展速率出发，同时考虑鲜食玉米采收、用药安全间隔期以及在R2期和R3期不建议使用杀菌剂的情况下，推导出不同抗性玉米品种防治适期内初始用药时期及用药次数，可为不同抗性水平玉米品种使用杀菌剂防治玉米大斑病提供参考。此外，根据玉米大斑病经济阈值推导出的不同病情严重度玉米品种的用药次数，将鲜食玉米R2期病情分级界限推荐定为15―30―45区间，R3期病情分级界限推荐定为25―40―55区间。基于鲜食玉米R2期和R3期最终病情划分的两种评价标准，对本研究供试品种最终的抗性进行评价，结果较为一致，但在玉米R3期如有南方锈病等其他病害混合发生时，建议使用鲜食玉米R2期的品种抗性分级标准进行防治。本研究供试的鲜食玉米品种多为近3年通过福建省或国家审定的适宜在福建省种植的品种，利用本研究制定的抗性分级标准筛选出的抗病或中抗品种可在玉米大斑病发生区种植，对减少药剂使用次数，保护生态环境，确保鲜食玉米安生产生具有重要意义。
