我国小麦产区间病害发生与损失差异比较研究

王 也, 蒋沁宏, 车 琳, 李春广, 闫 硕*

(1. 中国农业大学植物保护学院, 北京 100193; 2. 全国农业技术推广服务中心, 北京 100125)

小麦在我国有着悠久的种植历史,具有种植面积广、年产量高的特点,是我国十分重要的粮食作物之一。我国的基本国情决定了粮食生产是国家的重要任务,粮食安全则国家稳定,粮食安全始终是关系经济发展、社会稳定和国家安全的全局性重大战略问题。随着我国农业供给侧结构性改革的持续推进和现代农业技术的不断发展,我国对小麦生产提出了更高要求。在提倡小麦增产提质的时代背景下,做好小麦病虫害监测预警与防控尤为重要,是实现小麦高质量生产的基础保障[1-2]。近年来,小麦锈病、赤霉病、白粉病、纹枯病等病害的发生给我国农业生产带来了巨大的经济损失,严重制约着我国小麦产业的健康稳定发展,威胁着国家粮食安全。

我国小麦种植范围遍布全国,有关小麦病虫害的发生防控情况有一定报道,但主要局限在单一区域,全国小麦病害的总体发生与防控情况以及不同产区的差异尚不明确,不利于实现小麦病害的分区域精准防控[3-5]。根据农业农村部规定,全国各级农业部门每年定期开展植物保护统计,填报《全国植保专业统计资料》,内容涉及主要农作物有害生物发生面积、防治面积、挽回损失、实际损失、主要防治措施、农药/药械使用情况等信息,该资料可以使各级党政领导了解病虫害发生的实际情况,制定科学的病虫害防控策略,指导农业生产实际。《全国植保专业统计资料》是反映病虫害发生防控情况的重要资料,笔者曾利用该资料全面分析了我国马铃薯、棉花的病虫害发生防控情况,比较了不同产区间病虫害发生情况的异同[6-7]。

根据我国作物种植布局和经济地理分区原则将小麦产区划分为华东麦区、华中麦区、华北麦区、西北麦区、西南麦区、东北麦区和华南麦区七大产区[8]。基于《全国植保专业统计资料》,按照我国小麦病害的发生面积,本文筛选出小麦锈病(含小麦条锈病、叶锈病和秆锈病)、赤霉病、白粉病、纹枯病、黑穗病、根腐病和全蚀病为小麦生产过程中的重要病害。本文分析了2010年-2020年我国小麦五大产区重要病害的发生、防控及损失挽回情况,比较分析了各产区病害发生差异及防控成效,提出了五大产区典型性病害分区域治理对策。旨在为我国小麦病害绿色精准防控提供科学依据,从而实现农民增产增收、保障粮食生产安全的目的。

1 材料与方法

1.1 小麦五大产区划分

根据我国小麦种植布局,参照前人研究结果,本文选取上海、江苏、浙江、安徽、江西、福建和山东作为华东麦区的代表省(市);选取河南、湖北、湖南作为华中麦区的代表省;选取北京、天津、河北、山西和内蒙古作为华北麦区的代表省(市/自治区);选取陕西、甘肃、宁夏、青海和新疆作为西北麦区的代表省(自治区);选取重庆、四川、贵州和云南作为西南麦区的代表省(市)。由于东北和华南麦区小麦播种面积较小以及西藏自治区多年数据缺失,故本文未对以上区域病害发生情况进行分析。

1.2 病害数据来源

根据我国小麦病害发生的实际情况,选取小麦锈病(含小麦条锈病、叶锈病和秆锈病)、赤霉病、白粉病、纹枯病、黑穗病、根腐病和全蚀病为分析对象,每种病害的发生面积、防治面积、造成产量损失、挽回产量损失数据来自2010年-2020年《全国植保专业统计资料》,其他病害未计入统计分析。

1.3 病害数据的分析

为反映我国小麦病害的发生情况,本文以2010年-2020年《全国植保专业统计资料》为基础数据,对其中的小麦病害数据进行了分析,具体分析方法简述如下:

病害发生总面积指小麦锈病(含小麦条锈病、叶锈病和秆锈病)、赤霉病、白粉病、纹枯病、黑穗病、根腐病和全蚀病的发生面积之和,其他病害发生面积未计入病害发生总面积;病害防治面积是指利用化学、物理和生物防治措施对小麦病害进行控制的面积。将发生面积比作为评估病害发生情况的主要指标,通过产量损失占比分析7种病害的危害程度,以挽回产量损失率作为主要病害防治效果的衡量标准,具体计算公式如下：

发生面积比=病害发生面积/播种面积×100%;

单项病害造成的产量损失占比=单项病害造成的年均实际产量损失/病害年均造成总损失×100%;

病害挽回产量损失率=病害挽回产量损失/(病害挽回产量损失+病害实际产量损失)×100%。

2 结果与分析

2.1 小麦主要病害发生面积

在我国小麦五大产区中,华东麦区播种面积最大,历年播种面积均在800万hm2次以上,华中麦区年均播种面积位列第二,华北和西北麦区播种面积在300万hm2次左右,西南麦区播种面积最小。近11年华东和华中麦区病害发生较严重,年均病害发生总面积与播种面积比值分别为1.18和1.32;华北、西北、西南麦区病害发生面积小于播种面积,年均病害发生总面积与播种面积比值分别为0.79、0.73和0.59。除2014年华中麦区播种面积猛增、西南麦区播种面积逐年减少外,其余三大产区各年播种面积相对稳定。我国小麦五大产区病害发生总体符合“大小年”规律,病害发生面积呈逐年减少趋势(图1)。

图1 2010年-2020年我国小麦五大产区播种面积及主要病害发生面积Fig.1 Wheat cultivated area and major disease occurrence area in five wheat producing regions from 2010 to 2020

综合近11年我国小麦五大产区的主要病害发生面积比来看,2010年-2011年全国病害发生严重。然而从2012年起,各大产区小麦主要病害发生平稳,整体保持较低发病率。其中,小麦锈病、纹枯病、赤霉病、白粉病四大病害在各区发病率高,是小麦的重要病害(图2)。华东和华中麦区纹枯病、赤霉病和白粉病发病率高,其中纹枯病年均发生面积比最大,分别为18.67%和19.88%;华北麦区白粉病发病率高,年均发生面积比为8.93%;而西北麦区和西南麦区以锈病和白粉病发病率高,前者年均发生面积比分别为9.8%和9.75%,后者分别为5.43%和4.44%。总体来说,7种病害在五大产区混合发生,但各产区病害发生情况有所差异。

图2 2010年-2020年我国小麦五大产区主要病害发生面积比Fig.2 Ratio of major disease occurrence area in five wheat producing regions in China from 2010 to 2020

2.2 小麦病害造成产量损失情况

由于华东和华中麦区播种面积较大,两大产区病害造成的年均实际产量损失远高于其他产区,分别达到每年71.04万t和64.86万t;华北、西北和西南产区实际产量损失较低,分别为8.82万、12.92万t和6.49万t。综合我国小麦五大产区病害造成的损失情况来看,小麦赤霉病、纹枯病、锈病和白粉病是威胁我国小麦生产的四大病害,造成的年均产量损失分别达到55.34万、48.79万、25.79万t和23.6万t(图3)。赤霉病和纹枯病对近11年我国小麦生产影响最大,但各产区间病害为害情况显著不同(表1)。具体来说,华东和华中麦区赤霉病、纹枯病造成的实际产量损失最大,分别为27.78万、27.52万t和23.32万、19.43万t,占该产区病害总损失的39.11%、38.73%和35.95%、29.96%;华北麦区白粉病造成实际产量损失最大,年均损失为2.79万t,占该产区病害总损失的31.67%;西北和西南麦区锈病危害最重,年均产量损失分别为6.11万t和3.3万t,实际产量损失占比分别为47.35%和50.90%。

表1 我国小麦五大产区主要病害造成的年均产量损失及其占比Table 1 Average yield loss caused by major disease in five wheat producing regions in China and its proportion

图3 2010年-2020年我国小麦五大产区主要病害造成的实际产量损失Fig.3 Actual production loss caused by major disease in five wheat producing regions in China from 2010 to 2020

2.3 小麦主要病害防控及挽回产量损失情况

从全国范围来看,我国小麦主要病害挽回损失率呈逐年上升趋势,赤霉病、白粉病、锈病和纹枯病年均实际产量损失挽回率维持在较高水平(80%)以上。赤霉病和白粉病年均产量损失挽回率接近,分别为86.41%和86.35%;锈病和纹枯病产量损失挽回率较稳定,年均分别为81.93%和80.21%;黑穗病、根腐病和全蚀病年均产量挽回损失率相对较低,分别为76.61%、74.72%和74.09%(图4)。

图4 2010年-2020年我国小麦主要病害的产量损失挽回率Fig.4 Recovery rate of yield loss of major wheat diseases in China from 2010 to 2020

我国五大麦区病害防治效果显著,有效挽回了小麦产量损失。华东和华中麦区病害防控面积较大,病害的产量损失挽回率总体较高,两产区赤霉病、纹枯病的年均挽回损失率分别为89.45%、80.05%和81.24%、80.95%;就华北麦区而言,白粉病的防治面积与发生面积比相对较高,且年均挽回损失率最高,达到了84.43%;西北和西南麦区对锈病的年均挽回损失率分别为78.20%和85.26%,其中西南麦区对锈病、赤霉病、白粉病、纹枯病和黑穗病的防治面积较广,挽回损失率均大于80%(表2)。较小麦主要病害而言,黑穗病、根腐病和全蚀病在各产区挽回损失率较低,值得进一步关注。

表2 2010年-2020年我国小麦五大产区主要病害防治面积与发生面积比值及挽回损失率Table 2 Ratio of control area to occurrence area and loss recovery rate in five wheat producing regions in China from 2010 to 2020

3 讨论

从近11年小麦播种面积来看,华东麦区种植面积最大,西南麦区种植面积最小。除西南麦区播种面积逐年减小外,其余四产区小麦播种面积相对稳定。基于小麦各产区病害发生面积比、实际产量损失及损失挽回率综合分析,小麦锈病、赤霉病、白粉病和纹枯病是严重威胁小麦生产的四大病害,其余3种病害危害相对较轻,但五大产区主要病害的发生情况和造成损失情况差异明显。

华东和华中麦区病害发生情况类似,其典型病害是小麦赤霉病和纹枯病。华东和华中麦区防治病害的挽回损失率从高到低排序依次为赤霉病、白粉病、锈病和纹枯病,说明两大麦区对危害重大的赤霉病和白粉病防控效果较好。小麦赤霉病不仅会造成小麦产量损失、品质下降,而且受侵小麦籽粒中含有真菌毒素,可导致人畜中毒,对人畜安全造成威胁,因而做好田间小麦赤霉病的监控和防治工作具有十分重要的意义[9]。由于水肥条件改善、种植密度增大,小麦纹枯病逐渐成为小麦生产上的重大病害,该病为典型的土传病害,环境适应能力强,很难实现对土壤中病原菌的彻底消毒,所以田间小麦纹枯病防治较难,可采用深耕或深松耕作方式,通过耕翻将土表的病原物翻至土壤深层,以减少土表病原真菌数量,减少田间侵染来源[10-14]。华北麦区危害最重的病害是小麦白粉病,该产区四大病害中白粉病的挽回损失率最高,反映该区对重大病害的防控较精准高效。

西北和西南麦区发生面积占比最大的病害是锈病(以条锈和叶锈病为主)和白粉病。西北麦区对锈病和白粉病的防治效果最好,说明该区的重大病害的针对性防控是成功的,西南麦区对四大病害的防控效果均较好。威胁三大产区小麦生产的白粉病和锈病是专性寄生病害,若防治及时可有效控制其蔓延扩散[15]。作为气传病害,白粉病和锈病的病原菌可以依靠风力进行远距离传播,田间一旦有病株,短时间内即可快速蔓延[16]。同时,小麦生长中后期是病害集中暴发阶段,不同发育时期病害种类不同。例如,小麦返青期至拔节期,白粉病和锈病易对其生长发育造成影响[17]。因而华北、西北和西南产区栽种小麦应实时关注田间病害发生情况,分时期分类型地进行田间监控。及时对病株进行清理,喷施针对性杀菌剂以控制病原菌扩散。

五大产区重大病害类型不同,总体来说是因为当地气候条件十分适宜某一病原菌的滋生蔓延,进而导致不同麦区病害的流行。华东和华中麦区小麦赤霉病发病较重,由于沿淮小麦种植区域4月-5月一般多阴雨少日照,此时正值小麦抽穗扬花期,加之小麦种植密度大、通风不畅,从而出现小麦赤霉病的大面积发生[18]。华东和华中麦区小麦纹枯病发生较重,与该产区温度、湿度合适,有利于其病原菌侵染寄主有关,两麦区春季潮湿阴冷、光照不足,小麦纹枯病发生偏重[19-20]。其余三大产区小麦赤霉病和纹枯病发病相对较轻,主要因为温湿度未达到最佳病害流行条件。华北地区作为冬小麦主产区,属于白粉病易发气候区;西北和西南麦区属于冬小麦白粉病常发区,其温度、湿度和日照条件有利于小麦白粉病的发生流行。暖冬是影响我国小麦白粉病流行的主要气候条件,因其有助于小麦白粉菌的越冬,可导致病原菌基数增加,从而引起小麦白粉病流行。受近年来全球气候变暖的影响,我国小麦白粉病发生逐渐北移,造成华北麦区小麦白粉病的流行[21-22]。同时,西北和西南麦区小麦锈病发生严重。以小麦条锈病为例,作为一种气传性的低温真菌病害,其在夏季湿润的温带地区或夜间冷凉的高海拔地区尤为严重。西北和川西北越夏区在条锈菌传播与流行中占有重要地位,其中甘肃天水菌源越夏区是最主要的小麦条锈菌源地,小麦条锈菌可借助气流传播,风速大则有利于其远距离传播。同时,小麦条锈菌喜冷凉,如果温湿度和光照条件合适,病菌能迅速繁殖生长,可随降雨或结露侵染小麦[23-25]。

从全国范围来看,小麦锈病、赤霉病、白粉病和纹枯病是小麦安全生产的重点防治对象。华东和华中麦区对小麦纹枯病和赤霉病的防治是增产关键,华北麦区的防治重心应放在小麦白粉病,西北和西南麦区锈病和白粉病应是重点防治对象。实际防治过程中,各级农业部门应遵循“预防为主、综合防治”的植保方针。当前对小麦重大病害的防治主要以化学防治为主,国家“十三五”规划“药肥双减”项目的提出,迫切要求农药减量不减效,新型农药成为研究热点。中国农业大学沈杰教授团队提出了新型纳米农药、RNA农药,通过实现药剂纳米化提升农药递送效率,从而降低农药用量,在双减政策下,具有很好的发展前景[26-34]。同时,植保无人机施药还具有作业效率高、应用范围广的特点,新技术的应用对于减少农药投入具有实际意义[35]。此外,小麦不同生长时期病害防治技术侧重不同,播种阶段宜做好土壤和种子消毒处理,返青拔节、孕穗至扬花、灌浆阶段应做好病害监测预警,选取合适药剂适时适量地对特定部位进行喷施[36]。总体来说,在全国各级农业部门的积极努力下,我国小麦病害的防控效果显著,未来应在小麦病虫害精准绿色防控、植保新技术研发应用领域加大投入,促进小麦进一步提质增效。