為什麼作物病害預測系統需要通過來自不同領域的專家的參與來不斷更新
馬鈴薯晚疫病引起的 致病疫黴(Phytophthora infestans),是最危險的作物病害之一,需要不斷使用殺蟲劑進行預防。
這種疾病的發展高度依賴於天氣條件,因此,世界各地已經制定了幾種預測方案,以降低農民對抗這種疾病的成本。
1950 年代製定的“愛爾蘭規則”針對天氣預報、馬鈴薯生產實踐和病原體壓力進行了校準 P.Infestans 仍然作為向農民提供建議的依據。
然而,自從愛爾蘭規則模式出現以來,晚疫病的組成和動態發生了許多變化。 來自 Teagasc 作物研究中心、梅努斯大學和愛爾蘭氣象局的一組愛爾蘭科學家在當前條件下測試了該模型,並提出了一些修正。
晚疫病正在演變並變得更具侵略性
由於植物病原體的快速繁殖週期和侵襲性,晚疫病(或馬鈴薯晚腐病)是馬鈴薯作物最具破壞性的疾病之一。 如果不加以控制,晚疫病會迅速導致作物完全歉收,無論是在田間還是在收穫後的儲存中。
在愛爾蘭,歷史上爆發的馬鈴薯枯萎病對文化和經濟產生了重大影響,導致了大規模的飢荒以及隨後在 1840 年代大部分人口的遷移。
僅在愛爾蘭,現在每年花費約 5 萬歐元用於防治馬鈴薯晚疫病的殺菌劑,而全球每年用於疾病控制和作物損失的成本超過 1 億歐元。
流行的速度很大程度上取決於天氣,其中最重要的變量是溫度、相對濕度和降水,後兩個因素密切相關。
長時間潮濕和涼爽的天氣為病原體的孢子形成創造了有利條件,這些病原體通過雨和風傳播。
該病害間接地和直接地造成損害:間接地,通過減少光合作用表面,以及直接地,當從葉子上沖刷的游動孢子感染地面的塊莖時。
自 1970 年代後期以來,日益全球化導致病原體基因型在全球範圍內遷移,這改變了占主導地位的較老的克隆系或基因型,通常稱為 US-1,並鼓勵了新系的開發和傳播,其中一些表現出更強的攻擊性。
在愛爾蘭發現了新的基因型,並且近年來報導的頻率更高。 此外,愛爾蘭的大部分馬鈴薯生產都是基於更易受新病原體感染的馬鈴薯品種。
晚疫病菌的多樣化,加上氣候變化的影響,使得防治困難,流行病風險更高。 因此,種植者經常使用強力殺菌劑保護,在西歐每個季節使用多達 10 次以上。
長期以來,出於環境和經濟因素的考慮,開發馬鈴薯晚疫病預測模型的必要性一直被認為是控制該病害的重要工具。
為應對因農用化學品使用增加而引起的環境問題,歐洲共同體關於農藥可持續使用的 128/2009 號指令為植物保護產品的可持續使用提供了嚴格的指導方針,以降低對人類健康和環境的風險。
可靠的疾病預測可以減少不利天氣條件下的作物損失和產量,並根據國家和國際法規證實使用植物保護產品的事實理由。
預測系統不能依賴過去和其他人的數據
作物病害預測系統的核心是使用基於基礎和經驗的算法來預測疾病週期。
基本模型是從環境控制室、溫室或田間的實驗室實驗中開發出來的,並描述了宿主-寄生蟲關係的一個或多個受環境影響的部分。
最初,作物病害預測模型的開發主要集中在天氣事件的研究上,以預測流行病的發展和發作,並且在很大程度上是經驗性的,基於超出閾值的天氣事件的持續時間和植物的營養階段。
最近,基本方法越來越多地用於捕捉流行病的更複雜成分,以及農業實踐和化學保護。
馬鈴薯晚疫病預測的先驅之一奧斯汀·伯克(Austin Burke)開發了一種稱為愛爾蘭規則的 PLB 模型。 該模型試圖結合有關疾病生命週期的知識,而不是純粹的經驗方法。 例如,疾病發展的適當天氣標準的選擇是根據記錄在案的實驗室實驗確定的,而不是對疾病爆發期間的歷史天氣進行回顧性分析。
然而,最近,作為泛歐倡議的一部分,與幾個歐洲風險預測模型的理論比較表明,由於其嚴格的標準,愛爾蘭模型為農民提供了最低的風險評分。
對愛爾蘭模型性能的現場評估表明,根據其數據進行的控制導致殺菌劑使用量顯著減少,但與另一個 Negfry 農民決策支持系統(或 DSS)或傳統殺菌劑保護實踐相比,疫霉的控制較差。
但是,雖然過去農民根據 DSS 的建議做出決定以證明增加化學處理的數量是“方便的”,但現在趨勢不同了——他們尋求通過降低成本和遵守農藥來增加經濟效益使用連鎖超市要求的政策。
“因此,現在是審查愛爾蘭規則並評估系統的時候了,以便根據最近的變化來澄清規則。 在疾病流行病學變化和監管(市場/政策)加強的背景下,有必要為系統的操作應用提供全面、系統和透明的方法,”科學家們在他們的工作中寫道。
“與最近的報導相反,我們發現晚疫病流行的風險在低於 12°C 的溫度下仍然很低。隨著更好的暴發數據和對病原體種群的更好了解,我們相信模型中的溫度閾值可能會增加從 10°C 到 12°C,為減少農藥使用提供了更多空間,”他們指出。
“風險預測模型只有在提供與標準實踐相同水平的保護同時降低所需成本和勞動力時才有用……目前,在愛爾蘭條件下,噴灑間隔從 5 天到 7 天不等,我們在本研究中對此進行了說明。
我們假設從 8 月 1 日起連續三天平均每天土壤溫度超過 50°C 後的第二天開始種植。 根據國家諮詢機構 Teagasc 的建議,這是愛爾蘭的一種常見做法。 農民通常會在發芽達到 120% 後立即開始施用殺菌劑,並一直持續到地上部分完全枯死,通常是在乾燥後三週。 在這裡,我們假設生長季節持續 XNUMX 天。 然而,農藥保護會持續這三週,直到地上的馬鈴薯乾燥。
我們已經表明,與愛爾蘭種植者的標準做法相比,平均而言,使用風險預測模型可以減少殺菌劑的消耗。 在研究期間,劑量和治療次數的可能減少顯示出差異。 這反映了農業生產的性質,並進一步強調了採用綜合病蟲害管理方法來確定處理間隔的必要性。
植物病害預測模型通常由開發它們的研究人員進行評估,並在未經校準的農業生態系統中使用,而不是為它們開發的那些。
結果表明,愛爾蘭規則模型的參數需要針對不同的生態系統和運營能力以及模型的運營使用進行修訂。
我們建議將相對濕度的閾值從 90% 降低到 88%,並將孢子形成時間從 12 小時降低到 10 小時; 並引入採用額外的葉片濕度指標,包括降水量(≥0,1 mm)和相對濕度(≥90%),”作者總結道。
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