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行业专项成果综述-农作物病虫害发生气象条件监测、预警和评价技术

发布者:张岳   来源:   发布时间:2019/12/2 10:21:34   标签:   浏览次数:5368

项目编号GYHY201006026

研究周期2010年9月—2013年8月

国拨经费405万元

项目负责人】霍治国

项目骨干成员】姚树然,杜尧东,陈怀亮,姜玉英,包云轩,李茂松,姜会飞,谭宗琨,高苹,李军,杨霏云,王丽,于彩霞,张蕾,卢小凤,黄大鹏,肖晶晶,杨建莹,司丽丽,董占强,代立芹,王华,黄珍珠,胡飞,张献英,刘伟昌,张弘,李彤霄,曾娟,陆明红,秦淑莲,谢晓金,廖树华,唐广田,郑秋红

项目承担单位】中国气象科学研究院

项目协作单位】全国农业技术推广服务中心、广东省农业气象中心、河南省气象科学研究所、中国农业科学院农业资源与农业区划研究所、河北省气象科学研究所、南京信息工程大学

主要研究成果

一、成果的主要内容

针对全国农作物重大病虫害(稻飞虱、小麦白粉病)气象防灾减灾的业务发展与生产防控应用需求,基于农情、灾情、地面气象、大气环流、海温等病虫害发生涉及的作物、有害生物、气象条件相互作用等多元信息,结合野外观测试验、田间实地调查等,以触发驱动病虫害发生流行的天气气候条件为核心,筛选出影响不同时空尺度病虫害发生气象等级的关键因子、关键时段,研发了病虫害发生气象等级监测预警、预测预报、影响评价的技术方法、指标与模型。建立了病虫害发生的气候背景指示、气象等级指标体系,病虫害发生气象等级监测预警、预测预报和影响评价技术体系,省级气象服务业务平台系统。

二、成果的主要技术特点

适用于全国//区域/单站、年///候尺度的病虫害发生气象等级动态监测预警、预测预报与影响评价。包括:①候/旬、单站/区域/省尺度的病虫害气象监测预警,②月/年、区域//全国尺度的病虫害气象预测预报,③旬、区域//全国尺度的病虫害气象影响评价,④年、省/全国尺度的病虫害发生气候背景指示预估。已在5个省级农业气象业务中进行业务化应用,准确率在80%以上。

三、成果的创新性

①创建了病虫害发生的气候背景指示、气象等级指标体系

揭示了气象因子与大气环流、海温等大尺度因子变化对病虫害发生影响的实时、滞后与气候背景指示效应,创建了基于大气环流、海温的全国病虫害发生气候背景指示、基于气象因子的分省病虫害发生气象等级指标体系。

②提出了病虫害灾变气象条件动态识别方法

国内首次提出了表征小麦白粉病流行速度与日温度波动关系的“日界限温度累计时”概念,创建了基于日界限温度累计时的田间冠层、大气量化模型,率先实现了小麦白粉病逐候流行速度的动态判识。提出了基于前期虫情、过程气象条件的区域稻飞虱发生动态逐候识别方法,发现过程平均气温越接近26℃、降水量越大,越有利于稻飞虱发生。

③建立了病虫害发生气象等级监测预警、预测预报与评价技术体系,研发了省级气象服务业务平台系统

研发了病虫害发生气象等级监测预警、预测预报、影响评价的技术方法、指标与模型。建立了病虫害发生气象等级监测预警、预测预报和影响评价技术体系,省级气象服务业务平台系统3个。

④揭示了气候变化对病虫害灾变的影响及其规律性

发现气候变化导致的温度、降水、日照等气象因子变化,总体有利于全国稻飞虱、小麦白粉病的发生,危害加重。揭示了ENSO事件对褐飞虱发生、冬季温度变化对褐飞虱越冬北界的影响,厄尔尼诺事件可作为褐飞虱偏重以上发生年的重要气候背景指示信息,褐飞虱越冬北界指标为1月份平均气温≥10℃。

四、解决的关键技术

①病虫害发生的气象影响因子构建与筛选技术

采用因子膨化组合、空间拓扑分析、相关稳定性检验、因子独立性检验等方法,构建与筛选影响病虫害发生的关键气象因子/组合及其时段、区域,解决了因子稳定性、独立性等关键技术。

②病虫害灾变气象条件动态识别技术

基于气象条件对病虫害发生-发展-成灾/消减动态过程的影响分析,揭示触发病虫害灾变的气象因子、响应区域及其时空变化,解决了病虫害灾变气象条件动态识别等关键技术。

③病虫害因子与气象因子非线性关系量化技术

采用最优化处理、逐步判别、人工神经网络等方法,量化病虫害因子与监测预警、预测预报所用气象因子的非线性关系,构建病虫害发生气象等级监测预警、预测预报的非线性关系模型,解决了病虫害因子与气象因子非线性关系量化等关键技术,提升了病虫害发生气象等级监测预警、预测预报的准确率。

④气候变化对病虫害影响的分类与综合评估技术

采用全国病虫害因子距平与农区温度、降水、日照时数距平及其综合气象因子相关分析等方法,分病虫害、病害、虫害,作物、全生育期、关键生育时段,构建单一、综合气象因子变化对病虫害变化影响量化模型,解决了气候变化对病虫害影响的分类与综合评估等关键技术,国内首次实现了气候变化对病虫害影响的量化评估。

成果应用情况

一、成果转化应用情况

依托重大病虫害发生气象条件监测预警、预测预报和评价相关技术成果,已在广东、河北、河南3省建成重大病虫害气象服务省级业务平台系统,并在广东、河北、河南、江苏、上海5个省级农业气象业务中进行业务化应用,已形成业务服务与生产防控应用能力。面向政府领导,提供病虫防控决策服务;面向植保部门,提供病虫气象监测预警预报信息服务;面向生产用户,提供专题分析和基层技术指导;通过及时、有针对性地开展病虫气象监测预警、预测预报和评价服务,有效地减少了病虫害损失。

2011-2017年,广东、河北、河南、江苏、上海5省市针对稻飞虱、小麦白粉病监测预警与评价气象服务,编发各类业务服务材料55期。其中:广东省稻飞虱20期,河北省小麦白粉病7期,河南省小麦白粉病11期,江苏省稻飞虱、小麦白粉病10期,上海市稻飞虱7期。

成果已在广东、广西、河北、河南、江苏、上海6个省市县三级植保、气象部门应用推广。成果省级农业气象业务化运行后,广东省气候中心将成果转化推广到广东省农业有害生物预警防控中心、江门市植物保护站业务运行。河北省气象科学研究所将成果转化推广到河北省植保植检站、辛集市植保植检站业务运行。河南省气象科学研究所将成果转化推广到鹤壁市农业植保植检站、获嘉县植保植检站业务运行。江苏省气象服务中心将成果转化推广到全省 13个市和35个病虫害防控县以及省植保站业务运行。稻飞虱预警预测成果转化推广到广西桂林市植物保护站、兴安县植保站业务应用。

2012-2018年,稻飞虱、小麦白粉病气象预测预报成果在中国科学技术协会《预防与控制生物灾害咨询报告》中推广应用。

应用成果指导防控,平均减少稻飞虱产量损失3.8公斤/亩、小麦白粉病产量损失1%-5%,农药施用量减少10.3%,累计减少因灾损失达14376万元以上,示范区减少产量损失5%-30%。取得了显著的经济、社会与生态效益。

二、成果对业务发展的贡献与效果

成果推动了病虫害气象等级预报业务的发展,形成了病虫害气象监测预警与评价业务服务能力,创建了广东省稻飞虱监测预警与评价、河北省、河南省小麦白粉病监测预警与评价气象服务业务新产品,江苏省病虫害监测预警准确率提高了5个百分点,达84.35%

成果推动了农作物病害数字化监测的发展,基于孢子捕捉仪研发的小麦白粉病病菌孢子自动识别与自动计数系统,±1个孢子的自动识别率平均为85.6%。实现了田间病菌发生动态的实时监测,田间病菌动态与田间气象条件结合,为病害的早期预报提供了技术方法,可提早至少一周做出病害发生时期、发展速度和危害程度预报,对空中气流传播病害预报具有重要科学意义和应用价值。

成果为各级植保部门组织统防统治、联防联控及促进科学用药提供了科学依据,由于信息服务及时、准确度高,避免了盲目用药及用药过量对环境的不利影响,在时间和人力上争取了主动,得到地方部门的一致肯定和好评,提升了气象部门在地方服务的影响力,为区域粮食生产做出了贡献。

成果“稻飞虱、小麦白粉病发生气象条件系列分布图”,收入《中国农业气候资源图集?农业气象灾害卷》;“气象与农业生物灾害”一章,收入《农业灾害与减灾对策》,获2015年中国大学出版社协会优秀学术著作一等奖;“农业病虫害变化对粮食生产的影响”一章,收入《气候变化对中国农业影响评估报告(No.1)》;“气候变暖对中国农作物病虫害的影响”论文入选领跑者5000-中国精品科技期刊顶尖学术论文。

三、转化应用中存在的主要问题

    病虫害田间系统观测资料获取难度大,亟需加强与农业部门协作,实现病虫害历史灾情资料共享。

 

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