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玉米是我国四大作物之一,具有重要的经济价值和社会价值。玉米大斑病(Exserohilum turcicum)、弯孢菌叶斑病(Curvularia lunata Boed.)和灰斑病(Cercosporazeae-maydis Tehon&Daniels)是玉米叶部的三种重要病害,对玉米生产造成重大损失,是玉米增产高产的重要限制因素。国内外学者对上述三种病害的病原学、产量损失、病害防治等方面进行了广泛研究并取得了积极成果,但对病害的流行预测尚缺乏系统研究,为更好地管理及防治玉米叶斑病,有必要对病害的流行预测进行深入研究,据此本文通过室内外接种试验及计算机模拟技术对病害的流行预测进行了系统研究,研究明确了玉米弯孢菌叶斑病的发生流行与露温、露时、生育期、接种条件和杀菌剂等因子间的关系,并研究了玉米大斑病的空间传播动态和玉米大斑病、弯孢菌叶斑病和灰斑病混生时的特点,以此为依据,构建了玉米叶斑病流行动态及管理综合模拟模型,并利用系统调查的实测数据对模型进行了检验,结果如下:
1.玉米弯孢菌叶斑病的主要传播体是其分生孢子,流行病原学基础研究表明:该病分生孢子基本要求在水中才能萌发。孢子萌发的适宜温度为25~35℃,对分生孢子萌发和侵染的定量研究结果显示逻辑斯蒂(Logistic)模型可描述玉米弯孢菌叶斑病菌分生孢子的萌发动态和侵染动态。
2.玉米对弯孢菌叶斑病的感病性随着生育期的延长而增加。单位面积叶片上的病斑数与接种浓度成正相关。叶面保湿时间(露时)与病斑数成正相关,其关系可用逻辑斯蒂模型描述。温度对病害的潜育期有重要影响,温度越高潜育期越短。不同接种量对玉米弯孢菌叶斑病的病情发展动态有显著影响,低浓度接种下,病害的病情发展曲线近似为直线,增长较为平缓;高菌量接种条件下,病情增长较为迅速,接近S型曲线。在玉米弯孢菌叶斑病的发病流行中,病情指数随时间的变化动态用Weibull模型拟合较好,病情曲线下面积(AUDPC)随接种后天数的变化情况则可用直线模型来描述。玉米弯孢菌叶斑病对玉米的穗粒数和百粒重均有影响,百粒重损失率明显高于穗粒数损失率,约相当于穗粒数损失率2~3倍。
3.不同药剂保护玉米叶片不受弯孢菌侵染的持效期不同。保护剂代森锰锌的持效期较长,可达10d以上,施药后15d其保护作用效果仍在48%以上;甲基托布津、百可得和百菌清三种内吸治疗剂的持效期可维持7-10d,多菌灵对玉米弯孢菌叶斑病菌的保护作用效果较差,持效期较短,仅维持4d左右,不宜用于玉米弯孢菌叶斑病的防治。
4.玉米叶片生长模拟研究结果表明,玉米叶片总数、总面积及植株高度随有效积温的变化均呈S型曲线。用不同的生长模型拟合玉米的生长发育数据,结果表明:Gompertz模型能较好地描述玉米总叶片数随有效积温变化的动态;Logistic模型能较好地描述玉米总面积数和玉米株高的发展变化动态。根据上述模型得到玉米叶片面积相对日增量随有效积温发展变化的三参数高斯模型: 5.玉米大斑病呈中心式传播。2005年和2006年玉米大斑病单向传播的最佳模型分别为幂指数模型[Xd=a×d(X<,d>为玉米大斑病病情,x为距离,a、d为系数)]和Mac Kenzie提出的模型[X<,d>=a×EXP(b×d )(X<,d>为玉米大斑病病情,x为距离,a、b、d为系数))]。对数函数与二次函数可较好地反映玉米大斑病在二维方向上的传播情况。多参数高斯模型能够较好地模拟米大斑病的三维传播模型,z为距离菌源中心(x,y)处的病情: x,y分别为距离菌源中心东西方向和南北方向的距离(m)6.混合接种试验中,病害间的相关系数在初期表现为极小的负值,随着各病害病情的发展,病害问的负相关性逐渐增强,表明病害间的相互抑制作用也逐渐明显。混合接种所造成的损失并不完全等于各病害单独造成损失之和,其中大斑病和弯孢菌叶斑病、弯板菌叶斑病和灰斑病混合接种所造成的损失约相当于各病害单独造成损失的76-88%左右;大斑病和灰斑病混合接种所造成的损失可近似看作两种病害各自引起损失之和;在三种病害的混合接种中,最终损失率约为各自损失之和的67.72%。
7.基于不同因子对玉米叶斑病发生流行影响的研究,组建了玉米叶斑病流行动态及管理综合模拟模型一MLSSM(Maize Leaf Spots Simulation Model)。该模型包括多个状态变量、驱动变量、速率变量及一系列子模型等,如健康叶片、潜育病叶、病叶、新叶日产量、显症率、气象数据、杀菌剂等。模型可模拟玉米叶斑病单独或混合发生时的流行动态、产量损失等,并可利用模型对不同条件下(初始菌源量、气象条件等)病害流行动态及防治策略等进行模拟研究,优化病害的管理及防治措施。模型采用面向对象的编程(Orient Object Programing-OOP),用Delphi语言编写,程序的结构和内容主要包括:主窗体、驱动变量输入窗体和计算单元。气象数据文件为文本。模型建成后,对模型进行了验证,验证结果表明:MLSSM模型的模拟预测结果与田间病害的发病情况基本符合。
本论文的创新点为首次对玉米大斑病、弯孢菌叶斑病和灰斑病在田间混合发生时的相互作用进行了研究,并首次利用室内外的试验数据组建了玉米叶斑病流行动态及管理综合模拟模型。