Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ЭПИФИТОТИИ ФИТОФТОРОЗА КАРТОФЕЛЯ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ВАК РФ 06.01.11, Защита растений

Автореферат диссертации по теме "РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ЭПИФИТОТИИ ФИТОФТОРОЗА КАРТОФЕЛЯ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ"

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИ Я ИНСТИТУТ __ФИТОПАТОЛОГИИ МСХ СССР_

На правах рукописи ГУРЕВИЧ Борис Исаевнч

РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ЭПИФИТОТИИ ФИТОФТОРОЗА КАРТОФЕЛЯ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

(06.01.11 — фитопатология к защита растений)

Диссертация на русском языке

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1979

Работа выполнена ,в 1969—1979 гг. во Всесоюзном научно-исследовательском институте фитопатологии.

Научный руководитель— кандидат биологических наук А. В. Филиппов.

- Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Ю. М. С ви реже в, кандидат биологических наук Н. А, Никифорова.

Ведущее научное учреждение — Всесоюзный научно-исследовательский институт защиты растений. у

Автореферат разослан « .¿Г. » . . 1979 г.

Зашита состоится * РУ. > . . . . 1979 г.

на заседании Совета по присуждению ученых степеней Всесоюзного научно-исследовательского института фитопатологии.

Ваши отзывы и замечания по автореферату, заверенные печатью, просим направлять в двух экземплярах по адресу: Московская обл., Одинцовский р-н, п/о Б-Вяземы, Всесоюзный научно-исследовательский институт фитопатологии.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института»- 1 ,

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат биологических Кг.у. Ч^^-г

Г. В. ПЫЖИКОВА

Общая характеристика работы. . .

•"--'Актуальность проблемы; Основной тенденцией - развития сельскохозяйственного производства ярдяется стремление.использовать иае-вщиеся и находить новые резервы?увеличения продуктивности. Рентабельность .мероприятий от- вредных организмов уже в^настоящее'вреия весьма высока.;Основу дальяеВпего совершенство-■ вааия;существующих систем защиты и > их оптимизации представляет ко личественное'.описание динамики:популяции-.паразита и хозяина при: ' различных погодных условиях. V

' . В качестве, примера-для такого описания выбрал,фитофтороз картофеля / возб. РКу topti t кого infestans M. D. By/ - повсеместно распространенное заболевание картофеля, вызывающе ел от ери урожая до 60ft. Уатемагическая модель / или модели / развития фитофторо-зана ботве;картофеля должна.объединить всп совокупность сведений об/эпифиютийдоы лроцессе.' Извеотиыа имитационные «одели различ-;н1пс эпифитотий- вызываемых различными возбудителями,/ V/a jgoner et aI%8-I97I; К rani etaf. 1973; ■ Mc Coi|, 1971/ отобра аадт результаты; лабо^торных экспериментов,.чтоограничивает возможности, таких моделей' только, оценхоб тенденции в протекании эпи-фитотий.' Иезду тем?-для^усовершенствования;систеш защиты карт о-$едя.необходимо иметь такиеиодели.зпифитотии, которые по известной .последовательности метеоусловий!оценивали бы фактические степень порайенабсти растений'и-вредоносность заболевания в произвольный '¡^иентв'егетацйЬялога п 6 ри ода.-Эtо;подгверздает актуальность, исследуемой проблемы. ' *

Цель работы. Создать, набор::штематических^моделей развития эпифитотиВ / на-примере^фицофтороза^/ для оптимизации иероприя--. тий по:химической. защите, картофеля.;.,-,;. ..-■

Цсатрлгьиая^гучаая Бпйзсаша

Цосио;сио;1 с;д. Лслига Сеаьхоз.

Лиадецм кх 1С. Л, Тииимэем

1 Объект исследований. Для разработки и оценка параметров неделей эгшфитотии использовали результаты опытов по изучении фитофто* роза картофеля» проведенных „сотрудниками лаборатории^ихофтороза: ВНШ фитопатологии аСХ СССР. Опыты выполняла в 1966-1975 годахв различных агроклиматических зонах ОССР б использованием местных.; популяций РЬ. 1п|е$1аиз - и восприимчивых к болезни средне- . поздних сортов картофеля.'... ■ -V ::*' /■;.■■'V. *'■■.'■

Методы исследования« Цетодическуп основу работы,составляв* имитационное математическое.моделирование.как прием соединения, количественной,' полуколичественной и-качественной информавди. о ^ взаимоотношениях в системе паразит-хозяин в условиях.'иеняюцеаоя -' погоды с использованием электронно-вычислительной мааинидля.вос-»-произведения временной динамики системы-оригинала, : •

Для построения уравнений отдельных:''блоков моделей'испоаьзо-: ; заа метод множественной линейной.регрессии с нелинейным преобра- ■■'. зеванием, предикторов. •..7 г у '.■' ^-'/.'пл-'' .

Научная-новизна'.;Предложены математические" модели ■эгмфитотии-: фигофтороза'картофеля и новый метод'расчета потерь урожая по степени порахенности-;растений. Разработаны метод определения сроков химических защитных обработок посадок картофеля;на основе'кратко-срочного прогноза погоды и метод прогноза экономической целе -';•. сообразности мероприятий по защите в целом*

Научно-методическое и ^прикладное значение. Разработанные ваг'.. рианты модели развития фитофтороза-могут быть'использованы для оптимизации мероприятий по защите:картофеля. Предложены и внедрены .в сельскохозяйственное производство страны:новые методыV: р'' ; определения потерь урожая от фитофтороза и установления.опти -*;! -мальных сроков применения химических средств защиты. : .V

i,' Апробация. Материалы диссертации били доложены иа заседании / Комиссия по пр-шенрнию математики в биологии МОйП / Москва,фев-

• - раль;;19??/, на;Всероссийской !сеаинаре по прогнозу вредителей и ".;■/ болезн е и. /Иос кв&,-февраль , 1978/, 'н а Вс е е ошн о й школ е -с еиан а ре >

' по математическому моделирование) слоиных биологических систем . /г.Пушкино, Московской обл., март, 1978/ к на Всесоюзной конфв-/л рвЕдйи^о прамеяеншо .иатеиахической сгахистики- в экономике сель-j; ского хозяйства /Дуыанбе, октябрь, 1978/, на Ыежвуэ овс к оис еми-наре, "Современные проблемы*номографии" /Иваново, май , 1979Д

-.'.'•; Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ. .■■■'

• Объем рзботы. Диссертация включает введение» пять глав, выво-V- ды и три'прилояеаия;. Работа изложена на' IOO страницах машинописи, включая Ю страниц табличного материала и иллюстрирована 13 ри-сунками;'.Библиографический список включает.112 работ, в'-том час-" ле .-'.75:: на иностранных'языках. Работа над диссертацией проводи-•.. . лась в 1969-1979 :годах^во;Всес'оюэном надчно-«сследовательокоц . •институте фитопатологии МСХ СССР. : • •• '•

- Глава I. ■• Обзор литературы • ' '

■ : Имитационное иатекатическае .моделирование в; настоящее время является: одним .'из "наиболее элективных методов изучения эпифито-тийного процесса. Наиболее подробно создание таких моделей изло-; '\;аено: в серии'работ коллектива авторов'под руководством Ваггоне- ■ ■ ра /Wayyoner et а/. 1968, 1969, I97I, 1975/. Однако в этих

• • моделях для установления количественной связи между погодой и , ■■',''< патогеном ислользовались'лишь'лабораторные эксперименты, и поэтому они аогут воспроизводить только тенденцию в развитии заболевания. Это характерно и для других опубликованных моделей

/ Kram et at, 1973, Мс Соу, 1971/.

■ Глава 2. Статистический анализ влияния погодных

•" условий на основные этапы инфекционного' -. •-';■ ';,./' никла возбудителя ФитоФтороза картофеля« V • ;'■

:. Цы попытались создать набор математических моделей эпифито-. тии фитофтороза картофеля, основанных на результатах полевых

экспериментов и позволяющих, в отличие от известных для других : возбудителей моделей» оценивать потери урожая. Исследования для разработки "Эпифторы*, как ыы назвали подробную модель эпи-фитотии, и двух более простых моделей проводили в следующих направлениях: I/ проведение.статистического анализа влияния погод - ' них условий на основные этапы инфекционного цикла возбудителя ф;;тофтороза картофеля; 2/ разработка иетода вычисления потерь урожая по динамике порзженности растений; 3/ устаковлениеструк-туры и оценка адекватности модели "Эгйфтора"; \/ поиск аоде-. лей для выбора сроков обработок посадок картофеля фунгицидом.

Методика построения регрессионной модели биоиетеорологичед- . кого процесса. Одной из важных проблем в такого рода исследова-. ниях является выбор формы уравнения во множественном регрессионном анализе. Б своей работе мы,пришли к следующей последователь-у ности процедур: I/ выбор формы связи между предикторои и откликом при оптимальных метеорологических условиям; 2/ взедение в ; ; . : найденную форму связи соотношений» выражающих степень благоприятности вначений отдельных метеофакторов "для развития данного био. ,, логического процесса. Для количественной характеристики степени

' . благоприятности метеофактора "х" использовано упро^еннре наш • преобрааоваяие Шредтера /бДпаЛвг» 1965/:

те*

И I

;; ТО ! : ««: : • ■ из мад , рмерниш эна- " _

чениями фактора-' х при использовании -данного преобразования. . 'X- ограничиваю одтервад возможного1 изменения фак- -; . юра, а и "х0^^" - интервал значений, соответствующих

! наибольшему эначени» биологического параметра; Например, интервал теилератур,для которых скорость' роста максимальна при про-." .

г чих раьиы* условиях. : ; . ' : . • : ■'-'■..-;'/■ ♦

> - Но аашиьг представлениям основанный на анализе-литературных ■ \'и накопленных во'ВНИ/ф данных,.цикл развитая возбудителя фитофто- ' роза картофеля ыохно.отобразить в виде схемы, положенно.1 в основу "Эпифторы" /рис.1/. '• V Г - 'V .'"'

: ' ' Заражение. При оценяе интенсивности заражения растений возбу-/ дителем;фитофтороза;былаисподьз ован а,известная.форма:связи.плот- ■■ ; ^вости'ккЛсулюиа /^о/ и соответствующей степени пор&кенноств /у/, . I. вызываемой им в оптимальных метеоусловиях:- '..\ - '

-У:;'А* соп5и' « '» » ♦ ..".». . . . /2/.

. - , Люо-ч) . . У >

; Используя результаты ртотроаных исследований ./мЪШИ 1971/

: дл'д оценка реперкых'значений преобразования зГ« ^ /х/ к поле- ;

вых опыто'в /1962*.1972/ для статистической оценки регрессионных . ■

. * параметров,'получала сЛдующее уравнение: •; :

где.устепень яоравенности растений /5/:на второй:день после завершения какубационяого развития . граба, Тч - коэффициент де-

?е1'а;:нац:'.;1. Преобразование'"Д/.^риыеиялось.\к^лител

'нения листьев / ^ час/с реперныыи значениями 2; 24,1;

16; 24- I X; средней за период увлажнения температуре воздуха ( / Т,вл*, °С/ - 0; 30; 12; 16. Плотность оседания инфекционных спор на листья /уэ,1/ кв.см;/ введена в уравнение без преобразования. При проверке на независимом материале оказалось, что вычисленная« фактическая величина степени пораяенности совпа-' дают в 88?» случаев^'

Инкубационный период; На внутритканевое развитие мицелия оказывают депрессируюаее влияние температу ры выае.и ниже - оптимума. Поэтому для характеристика этого развития была выбрана лияейаая одномерная модель,во с 'нелинейный преобразованием предиктора . Для оценки параметров использованы результаты полевых опытов. В итоге было получено следующее регрессионное уравнение:

^ - ,3 - 69,бТ г ; " ^«0,382 .... /4/, где' Т - средняя га период инкубации температура воздуха, преобразованная в соответствии с Д/ при репёрных значениях 3; 40; 20; 27° /С/;продолжительность инкубационного развь.'ия гриба /час/. Проверь уравнения на независимых'данных показала полное совпадение вычисленных и фактическихИнкубационных периодов в 83$ случаев, что представляется практически удовлетворительным.

Нскротиз'ация по раде иных' тканей. Для анализа использован экспериментальный материал,-полученный ,ЦинаевоЙ Л.А. В качестве уравнения для этого;:блока было выбрано то, которое включало значение температуры, н относительной влажности воздуха при наиболь-вем коэффициенте детерминации; •. - , •. X (1+а1) « - 0,1714 + 0,0034'Т + 0,090^ +0,0753*1*1,165х(С)

; « 0,9587, Ч ./5/, '■"

где х (1) и х (1- последовательные значения относительной

площади/ в долях/ одного и того же нек{К>за на листе через ин-" тервал времени л 1 ., Т и^ - средние значения температуры •,. ./°С/ и относительной влажности воздуха / в.долях/ ва этот пе- г _ риод времени.'Совладение вычисленных и фактических значений бо- : лег чем в случаев /указывав! на практическур приложимость ; данного уравнения» '.-'^^Л-/^^.'*'" ; = ^? Д ■■

Спорообразоваяие. Иэ -ли1ею1УРяых да1Шыг и наа1РС ош111"ов из-, вестно следующее:; I/ интенсивность 'спорообразования;, определяется длительность» периода увлажнения растешШ\и температурой воз-; духа» а также'размером некрозов на листьях и шириной зовы раэви-. тия мицелия; 2/ начало спорообразования приурочено к восходу солнца. Для установления'-'колачесгвенноЙ связи'спорообразования с метеоусловиям были использованы результаты опытов Минаевой Л.А Уравнение зля оценки иахензивдости спорообразования выеег. вид::'

, где М- среднее число / в тысячах/ спор о дольки листа » на которой находится изолированный некроз, размера х, Т -средняя . . за ,предввсгвусдае сугки теиаера1ура в«дух»» прво<1разов'аняая по /I/

■ - • ' ^увл. УВЛ. • •: : —

с реперными значениями,3»,40; 25; 27,5С; О -и,Т - длительность и средняя температура за'период ночного увлажнения листьев /после £0 часов/, преобразованные по Д/ с реперншшзна-ченнями соответственно : 2; 24; И;'22,часа и 0; 3$;:20; 25°С, / х - площа^ некроза / в долях от. Вяочади листа/, преобразован- '■*. ная по /1/ с реперными значениями 0; X; 0,4; 0,7. Параметры пре~. . образования /х , .выбраны на ' основании того факта, что на додь ках листьев с самыми малыми /меньше »• 0,4/ и с самыми большими некрозами /больое х 0»?/образуется спор значительно меньше, чем' на неврозах со средними размерами /0,4 «• 0,7/. Проверка

полученного уравнения на.независима данных привела к высокому коэффициенту парной корреляции между вычисленным и фактическим числом о бразов авдшхс я сп ор/ 0,91 /,Э т о позв оляет иепольз оват ь подучвяяов уравнение в, вачесгвё блока "Эпифторы".:'■".,' ' *

■•ч Выживаемость конияий в меняющиеся условиях погоды. Для изучения этого вопроса были использованы результаты, проводившихся в разных географических точках стрелы полевшс :опытов в" течение 1965^1969 г. г7 Методика этих опытов;позволяла'точно определить л дни наступления метеоусловий,,определявших перезаражение растений картофеля возбудителем фитофтороза. Статистический анализ поду- Г чвнных биоыетеорологичоокпх даяных проводили исходя из того,что процесс перазаражения для данаой системы паразит-хозяин в основном лимитируется условиями сохранения инфекционной способности конидийог ^момента" образования до наступления^ словий, биагоприят ных для заражения:/Тверской и др., 1973/. Результатом ^анализа /см^гл.5/ таилась' дирврииананхная функция"; /21/, кот орая в была. упрощена введввиец средни^ эначений облачности ^ ■ 5,13 баллов,; 02 ■ 6,38 .баллов0» в .5,48 баллов: ' *.• ' . • \ <-V:'-/ v U» -0,216 ГГГ - 0-,I9I.T2 - 0,119 T» . + 0,0038 VT* • ; 4),I706V T2 + 0..628! T3 V 5,94? 6,699. Ф2' +

■;■ /7./ '; '.'

где.Т£:; максимальное' и;'минимальное; значения ■ хемперату - - :

:ры; воздуха /°С/ "в - каадый '.цз'.трех по след ов ательных дней /1 = 1,3/, вероят'ность^выпадеыия ^оадя ^ Ц -ый .день, "у-значениедиск-риминантной, функции, г*'по?«лтвмш^

то, что.некоторая часть; cno|f сохранила инфекционность до момента 'наступления метеоусловий, определивашс'заражение* .. * ■'.-,: ; Далее, предполагаячто 'метеоситуация при у « 0 соответствует тому:положени», 'когда ни одна' конидия не может участвовать в пе-

' резарааеяш /^» 0 /, а при 1|тв)г »со кояидин сохранили пол-: нуо инфекционку» способность до начала заражения X/* вира-, кеаие для вычисления доли спор, сохранивших инфекционяость ¡£"1% имеет вид Т| ' / 8 ,

В этой "выражении числитель вычисляется как; /7/, а значение выбирается как наибольшее среди возможных значений. для имеющегося в нашем распоряжении банка Сиометеорологяческой информации. Емкость этого банка превышает 30 годостанций. Как показали расчеты, ыокно принять и- » 15. - '

Таким образом, с помощью уравнений /7/ и/8/ можно вычислить дол» спор, которые;» конкретный день сохраняют инфекциоя- -ну» способность от иомента образования до момента эаражеиия.Для1 ; ■ использования.этих уравнений необходииы значения-минимальной и максимальной температуры-воздуха и значение вероятности выпадения осадков за три последовательных дня.-Ошибка уравнения: /•^20,5/ позволяет использовать его в качестве блока имитационной■ модели, ' '-.':..-.' ^Л'. 1 .".-■.."*'' '

- Регрессионные уравнения, полученные в данной главе, оцени- . ваиг для полевых условий интенсивность протекаяия отдельных этапов инфекционного цикла возбудителя в зависимости от .значений-. \ метеопараиетров, вэиоряешх в стандартной иетеобудке. При атом ! в качестве объектов рассмотрения оказывались индивидуальные некротические пятна /некрозы/ или среднее число образовавяихся на одном неврозе, спор и т.д. В целой же вред, причиняемый картофеле фитофторозом, сводится , к уменьшению фотосиктезирущей поверх- , кости растений и в связи с этим к недобору урохая клубней.Поэтому, при имитационной моделированииУкропе изучйКия\эпифитотни^, биометеорологическихсвязей в- системе паразит-хозяин-погода необходимо было установить количественные соотношения меиду потерями

• ' • "... v '

' л . ■ ' ■

'урохая и уиеаьшениеи ассимилирующей поверхности растений, вы-эываемым популяцией патогена. Решению этой задачи были посвящены исследования, результаты которых изпозены в следушей главе. .-/. - . ' • " ,/ ' ^

Глава 3« Разработка метода вычисления потерь урожая по ■■ ' V - " .".■ динамике пораженности растений.

. .: Сопоставление -умепьдения ассимилирующей поверхности расте- . ний* »вызываемых им потерь урожая. Принято оценивать фактические потери /¿¿/ уродая какрезультат действия вредящей попу.-ляции на популяци» хозяина еледувдиа.образом:. ;, ' ' '.■-..■

.. ¿0=7 I-/'100. : - - VФ! •

■где 3х08*- хозяйственный.урожай соответственно поврЬкдевнщ; растений; у*03' - максимально возможный в данных уеловиях /Ни-чипорович, 1969, Тансккй, 1975Д

Известные методы связывая? степень дораяеняоетц растений, в отдельные фазы их'развития с коиечныдо потерями/ Ьаг^е .» 1952\Jamti 1972/.В ¿о же время исследования фотосиате-тической продуйгшаоотв'сеиояохозяйственных расЁений'5выявили, . что с полным весои.урсшая йохно сопоставлять кривую, которая описывав! динашщу ассимшшрувдей- иове^хиости , так -называемый фотосинтетический потевщкш /Нвчидорович, 1969/»

■ч.. ' ФоТ^ровааие нового кат ода, 'Отклонение фактического веса хозяйственного урожая ^/у*®3*/от.возможного может быть вызвано различными причинами. Рассмотрим уменьшение урожая, вызываемое отклонением размера площади асеишшрующей'поверхности от оптимальной ./принятой за единицу/, .Бмичиаа'.этого отклонения : /0,1/ ыокет быть, результатом'действия различных причин

./вредителей, болезней и т.д./. Результат фотосинтетической деятельности растений и окно записать простоев виде фотосинтетичео--кого потенциалу, который оценивает уХ03* из уравнения /9/: ; ухоз, ; ... . . . ./ю/ скорость образования ассииилятсш всей площадью фото-омнтезирующей поверхности в момент вегетационного периода; р / Г/ - доля образующихся ассимилятоэ ф(0 , идущая на увеличение uaccu хозяйственного урожая в момент Т ;,/а, б/- длительность периода вегетации данного ассимилирующего органа /например, листьев/. Здесь и ниже предполагается, что все компоненты, определяющие урсжай, кроме величины'площади ассимилирующей поверхности, находятся на оптимальном уровне.

Найдем оценку возможных потерь урожая, подставляя величины хозяйственного и максимального урожая в*провую часть уравнения /9/. , . - ,

Ввиду того, что[ф<т)р<ТЯ>0 , -непрерывка на

всем интервале /а,^в/, теорема о оредцем, применяемая'к выраже-

.- ¿о:;

f §(Z) oti) dt

приводит к следующе^ оценке потерь урожая, если^ф^Г)ptljj^cons

1 00 /х<т;</г,

или ь a. J

д

/

V ' л. -

. .. .". . 4 » ./II/ где: С- продолжительность периода функционирования рассматриваемого фот »синтезирующего органа фактический период накопления ассишшлто» дЬнного органе'в урожае образующем-органе.Эре-мя измеряется а сутках. -. ~

Практически представление о динамике степени порааенности растений получают по результатах последовательных учетов в поле. В предположении логистического закона нарастания пораженности ( между учетами имеем:

, г 4 с .....* /12/

~ моменты проведения двух последовательных учетов; Н,- число учетов{,5^. величина площади-под' кривой Х^иеж-

ду двуия учетами или показатель вредоносности. Значение удобно определять по разработанной нами ноаограмцв /Гуревич и ДР.» 1977/.

Проверка .универсальности полученного метода. Предложенный метод'оцевки потерь урожая картофеля по динамике пораженности ботвы фитофторозо»! был проверен на большом экспериментальном - материале. /219 эпифитотий/. Фактические и вычисленные значения потерь урожая совпадали в 82% случаев. Ввиду того, что. при выводе рабочих формул метода использованы самые общие допущения было естественно.протерить этот метод для других видов сельскохозяйственных, растений.- Специальные исследования показали применимость метода дла расчета: потерь урожая хлопчатника от .клещей ... _-"Л . * ■ и картофеля от иакроспорио-

Овибка^ метода в целом близка к Х0£»чю соответствует ошибке определения урожая сельскохозяйственных культур в полевых условиях. •'.

В результате исследований составлены "Методические указания . по; определению потерь урожая картофеля на основе динамика пора-

жеаности ботвы фитофторозоц"• одобренные в рекомендованные Глав-

■ ныы управлением защиты растений t!C£ СССР для использования в фи- ' топатологической" практике. - * . ■-, ■ '

Алгоритм 'метода включен в "Эпифтору" п в модель для оценки . экономической эффективности химической защиты картофеля* ' .,*, .

Глава k. Структура и оценка адекватности "ЭпиФтом".

Выше были описаны.уравнения» характеризующие влияние «етеоро-

■ логических условий на проявление; разрастание поражений испороно-векие гриба на отдельных некрозах. Кроме того, разработан'метод ■■-■■,'

' оценки потерь урожая по динамике пораженности'ботвы'картофеля.фи-; юфзфозоц. Для построения имитационной модели был найден способ перехода От индивидуальных некрозов к средней степени поражен- ; • ности посадок.': .:'-'.''.■■.'■'.'■' .*;'.':'':■':■'.. v ■ * :: ■'-" '>

Структура и динамика поражена ости ботвы в модели "Эпифтош",;.. В "Эпифторе" принято, что популяция растзяий хозяина эквивалентна ■ ¡.-совокупности равных долек листа среднего разпера /для сорта картофеля Лорх- , SJ > 20 смг/,> совокупность некрозов состоит из групп пязен равного размера /для сорта Лорх- S^ • »0,5 cm¿/. Размер единичного некроза ^ выбран как наименьший из надежно опре-деляешм визуально опытным экспериментатором. Введены 12 градаций ., возможного размера некроза х. , средняя степень пораженности рас- : тений для некрозов одной; градации ,'x^j в момент времени с - в *

■ соответствующие статистические, веса градации ¿j (О.При этои вы- -

; полняется'йормирувасее равенство . V. \

^ ' ^ I*) ^ / ' ' " • • " » . V. . ' . ' » « > • . . .■-,'« /13/* ■■'. '

; т«1&рь, если по уравнению /3/ вычислено некоторое значение7 х : /прирост степени пораженноохи а долях от полной площади ассияи-^- ; ;

лирующей-поверхности/, то среднее число некрозов размера ^ , при-

■ ' ■'■

ходяаихся на одну дольку, равно:

_-■ ах п . лХ : ■• '

лт : ■ • • •

где;: « - среднее число долек на кусте; выражено в абсолютных»^ - в относительных единицах. Временной ваг модели равен одним суткам, а полевые опыты; с фитофторозом 'картофеля показывают, что лЛ -«г 0,025 для отдельных суток, т.е. Это позволяет использовать пуассоновское распределение как модель, для -: вычисления вероятности "попадания" одного или,нескольких некрозов X на произвольную дольку листа. •

• С учетом сделанных предположений»распределение Дх /прирост пораженности растений/ для двух последовательных суток А и ¿ + I подчиняется следующей системе рекуррентных соотношений:

л у*«)* *[**)> : Д5/

где Р а ——— - пуассоновская вероятность размещения 1- штук некрозов размераX на произвольной дольке листа среднего размера. При этом учитывается возможное перекрывание некрозов и шс равнове-:'роятноа распределение в пределах дольки листа. Рекуррентные соотношения Д5/ относятся к-частоте встречаемости и размеру некрозов. .'В'то же время среди/растений в"'посадка* распределяются споры, ко-, торае в свою очередь могут вызвать появление новых некрозов. Поэтому предлинные соотношения позволяют вычислять одно из возможных распре дел ени йве кроз оз среди дол еклиста ,в средней раополо-. женных' горизонтально«, V" ■

-: Нарастание- пораженности ботвы ■ фитофторозом происходит га .фоне естественного роста и отмирания.(засыхания) листьев.Воспроизведение процессов роста раст^^^

представляет сложную самостоятельную задачу /Росс, 19?5;Тооминг,

1974; Сиротенко и др., 1975/. Поэтоиу мы ограничились стагисти-

1 ■ " ■ ,

ческии анализом данных о динамике.веса здоровых растений картофеля в течение сезона. Результатом проведенного анализа явилось регрессионное уравнение:

¿М - 1,^96 + 0,0522/- 0,0002%*г, ' , *1о,9702,.... /16/ где : £ -время от посадки /в дяях/,/^-весботвы / в долях от -максимального за сезон значения/. ^При выбранной структуре пора-женности можно предложить рекуррентные соотношения для вычисления доли некрозов разных градаций в некоторый момент времени * , если таковая известна для предыдущего момента £ -I. . Для восходящей ветви параболы ■■

с*

■■Л"»' ■ -„/•

Для нисходящей ветви ■.... >I

С) (М/Г^М) 4 ,

'„(^/[¿«и О * 2 М)] : Д8/

ГАв ^ М г * ич)х,¿ЧЯСА'^-АО/Ь'М}

В этих соотнооениях обозначает относительный вес ботвы пора-женнихрастениИ.Наблюдения в поле показала» что-пораженные /даже частично/ дольки листьев отделяются от стебля в отпадает с. боль- ... шей вероятностью,чеа непоражённые. Для установления статистической связи степени по'ражеаности х^ М) дольки'листа с вероятностью ее отпадаиия ра) били использована.результаты опытов по оценке разрастания некрозов /гл.П "Некротизадая пораженной ткани*/. В результате удалось получить следующее-регрессионное уравнение:'

& [<-*!ч) ] - 0.6553> 613...,/19/

Блок-схема программы "ЭпиФтора"*.Подученный набор уравнений: и рекуррентных соотношений^позволяет вычаслить конкретную динамику листовой поверхности и структуру пораженности на протяжении вегетационного периода,г'если известны их начальные значения. ■

Такш образом, детальное описание жизненного цикла возбудителя фнтофюроэа картофеля оказывается завершенным, кроме этапа расселения конидий. Фактические сведения о том, как ветер и дождь определяй! оседание образовавшихся конидий в посадках картофеля, в настоящее время скудны и противоречивы / oht г tt л£., I970/Í Поэтому в предложенном варианте модели "Эаифтора" величина J) "/доля образовавшихся конидий.осевших на листья/ принимается постоянной и ее значение определялось путем последовательных приближений rta модели.При этом за критерий адекватности принято значение следующей величины:.

Я ф ..'./го/

где: х^ , х* - степень пораженностЬ ботвы /£/»фактическая и вычисленная для i -ого учета, дх* - вели чинаи те рвала стандартной шкалы пораженности, (В который попадает фактическое зна-чение,.п -число учетов. ,

Д качестве фактических-данных для оценки величины jj BuCрана динамика лораженности картофеля среднепозднего сорта Лорх, зафиксированная 9 1971 г, « Эстонской ССР^Иериционная процедурно использованием этих данных привела х окончательному значение m¿ti{dj= О,У» при р »0,25. .В дальнейшем это значение считается константой модели.:

' Оценка^адекватности подели. Адекватность воспроизведения хода эпа^ат9гии о поыоцью "*Эяи£торым, оценивала на независимом ' экспериментальном материала / полученном в- различные годы/ всего 2í> годостанцлй/.в- трех климатических зонах страны/ Эстонской ССР, ир,шэрскогЬ края, iíócKOBCKOíf области/^ качестве начальных данных использовали дак т л ч«скую> с ten ен ь. п о ра^ е н и ос т и noca- _ ' док при первом ооиарудении симптомов болезни /х0/. При этом х0 распределялось .на.дольках листьев в Вйдегр^пп разного.числа

'некрозов'минимального размера ^ в соответствии с блоком "рас-, пределение новых поражений".' По уравнении листового индекса -у.-/16/ на дату первичного обяаруяения пораженности вычислялась масса ботвы ¿в ..Далее, "Эпифтора" потере ввода метеорологической информации вычисляла нарастание степени пораженности ботвы картофеля фятофторозом/ и дотерь урожая в процентах ох контроля /непораженные растения/. На рис.2 приведено сопоставление.; эксперимект1и1ьвых и вычисленных динамик пораженности картофеля фитофторозоы в течение 12; вегетационных сезонов^ 'Для демонстративных' целей выбраны по А годостакции для 3 условных градаций развития заболевания/.депрессия, умеренное развитие,эпифито'хия/. Расчеты показали,что в ' 24 случаях из 27 модель правильно оце-■ ниваег возиожные .потери "уроЕая.-В то яе время в 3 из 27 случаев. "Эпифтора".не.достаточно точна,что указывает на возиожность.усовершенствования модели. -л'1 '.'■ > ; '■■'■■■У УУ'УУд-У- -У' 'У':-■ УУ: ч. ■ Уже в настоящее время "ЭлЕфтора". может быть использована ' для сравнительной"оценки"устойчивости в фитофторозу сортов картофеля, 'активности фунгицидов. Работа в' этих направлениях нача-. та. Кроне того, а а базе "Эпифюрн" разрабатывается автокатизиро-ванная система управления занятой картофеля от фкгофтороэа. '

Глава 5. Модели.для выбора срокрв обработок'посадок '■

картофеля фунгицидом. • у':.-' У"УУ{"У:г:\ У:";:'-\УУУ

. Наряду с детальной'иатеиатической моделью'"Зшфторой" ш ' разрабатывали ряд более простых'моделей, отдельных элементов ' . ; эпифитотий, которые могли быть использованы; при выборе' сроков опрыскиваний•без сложных вычислений. „:;'-'"'■■■ У

/Разработка метода принятия решений о проведении отдельной' ■ } обработки фунгииидоц защитного действия.'Нервам этапом тавих • . исследований явилась'разработка иатематичесяой модели для вибо-

100—I

— Трииорски! ф«1 (96Тг '

^-од* Ч-0Л%

АН

75. —

50 —

23 —

1

Пряморсм.^ 1871с

*я ¡6% • А-0,83

0 ' К] и | (11

1.7. га? в.«. гэ.8.1вд

Московски об>|.

эсгоип* 1В73г ;..-

^ -28,6% . А.0Я

ч ч м

1.7. год 8.Й. 25.8. 18.С,

Моехокм* оЛч ------¿етгр ' \

•»^-0,05*

■■'■/. -А-О^З V V

"ПТТПГП

1,7. 20.7 0,8. 28.6. 18,9,

1,7," ».7. 0.8, 28.8. 18,9.

_СРЛПИаВ1Е ФАКТИЧЕСКОЙ Л/ И ВЫЧИСЛЕННОЙ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ* ЭПИФТОРА * /X/ ЛШАЧИКИ.<МШЖОРОЗА /V * НА БОТВЕ КАРТОФЕЛЯ. а-КРИТЕРИЙ АДЕКВАТНОСТИ, - ФАКТИЧЕСКИЕ И ВЫЧИСЛЕННЫЕ ПОТЕРИ УРОЖАЯ.

• 'ра <?рока проведения отдельной обработки растений фунгицидом за-' щитвогр действия; В качестве фактических 'данных для этой цели' .'•'

■■■;" использованы результаты полевых опытов с искусственным зараже-. нием растений картофеля возбудителей фитофт'ороза '/Тверской:и'',•'• др., 1971/. Лето^ика набаддений позволила' вьаделять'отдельш!®;; вспышки в развцтии заболевания и.соответствующие ии периоды перезаражения расхений^ Еахдый выдмепн!^ период вшшчал трое суток^ Вся совокупность:данных делилась на две группы: первая- вспызка;. заболевания имела место /136 случаев/^ вторая- вспышки не4 было V; /150.случаев/. Используя информа^снио-логический анализ /Луга-чонкоидр. ,1969 ¿¿у дал ось выявить прео бладавщеевл Ияние на о су --г ществление вспышки: вероятности ;вьшадения;и- количества) осадков , ^ д. наименьшее. - минимальной температуры^воздуха.'Далее 'применение .V' лице йн ой аппроксимации*:мно'гонеряого;: дискриюшаатного. анализа

• позволило' полу чить: ряд фу акций.' для. распознавания' метеокошгаекса, : к с-1 орый определяет п ерез араж еаие' картофеля фи* офт о роз ом Для з а-. бгаговременной оценки вероятности .вспышки ¿ из:подученных функций; была'выбрана та, которая вкло^а тольйо элементы.'стандартногр.л-прогноза погоды на трое'суток при наименьшей.ошибке.распоезыава-

• <--. («а»'.: .. «и«» Г. ' '1иМ. ' •••:'.* и»»»' .*"

ния: у « - 1,788 •- 0,216 Тт -0,191 Т> -0,1X9 т3% + 0,004 Тт -,.1 - 0,171 Т2 + 0,629 Т3 - 0,479 0Х + 0,513 02 + 0,46 03 + /21/ *+ 5*,947Ф т + 6,699&:

где Т^ / и Т^. - максимальное,и"минимальное;;значение температуры воздуха /°С/ ва с-ые сутки, .-.'облачность нижняя средняя .'/: /баял/, - вероятность выпадения осадков,¿ -номер суток по порядку из трех последовательных. Если в .прогнозе указано ."выпадение ; ■ цветами кратковременных осадков",'.то соответствующее значение.-У: , так не; как и при отсутствии осадков, принимается равяша В целях упрощения'вычислений разработана иомограааа в форме че-.

ты peí связанных' циркульных номограим, приспособляемого шва /рис.3/. Таким образом, алгоритм выбора , срока проведения от -дельной ; обработки посадок картофеля фунгицидом:-включал подстановку значений элементов конкретного стандартного прогноза наг трое суток в номограмму. Ответ.в виде положительности значения, дискримяаантнойфункщш'зказываетнанеобходимостьхииической обработки /со средневзвешенной ошибкой равной 19%/.

1 ' Предложенный метод включен в "Цетодические указания со определений} сроков .химических о брабо ток карт оф еля против.фитофт ороаа .'■ на основе краткосрочного прогноза погоды". Рекомендации были апробированы вразличных'картофелевэдческкхрайоаах Украины, Белоруссии., Приморского края и в 1978 году по решению Научно-технического совета UC3C СССР приаяты дл.я внедрения в сельсвохозяАст-вевное производство* .'"V - '

' /Разработка метода принятие решений о целесообразности защит-них мероприятий в делом. Принятие решения об обработках на основе только метеорологической информации не всегда оправдано. Совсем не исключены ситуации,'при которых защитные обработки.окажутся убыточными, несмотря на их высокую техническую эффектив- ... ность. Чтобы определить хозяйственную;целесообразность применения фунгицида, необходимо иметь представлении о sou, каким образом . опрыскивания /или опрыскивание/ скажутся на урояае картофеля* Для оптимизации метода определения сроков проведения опрыскивания ;была разработана Вторая..простая модель заблаговременной оценки -экономической' целесообразности проведения химических обработок: При этом в качестве критерия экономической.эффективности'^ защитных мероприятий выбрана разница в стоимости возможных потерь . , урожая и затрат на химические обработки, которые .могут предот-. вратить эти .потери. Д^ фитофтороза картофеле' возможные потери

урожая можно 'рассчитать,Гисподгезуя предложенный-выше метод : / си. глЛИ/, если известна кривая, описывающая нарастание поражения; V растений. Следовательно, данная"задача сводится к прогнозу воз-ыожной динашш! пораженности .ботвы.'Как показал статистический анализ пара лл е льаыхда н кых.'о пораасенности-боиш фито^торозом и • погоде, видимую скорость нарастания инфекции / по Ван дер Планку/ можно достоверно оценить для^интервалов "времени больше трех не-дель.1. Итогом такого'анализа ввилось'регрессионное уравнение' прог-.иоэа скорости нарастания иифекции fftt) по суммарному, количеству .... осадков /р/ и средней температуре воздуха Д/ при . некоторой ис-■ ходноа степени пораженности х0 :: ■

С учетом этого уравнеикя была предложена;следующая последовательность вичлслений для оценки целесообразности химической защиты в. целом: '' ■ " " 1 ■ I. '3 день составления прогноза' / if, - произвольный момент ве- ■ ■гетационного.периода/ визуально оценивается степень.пораженности посадок картофеля фитофторозом xQ, При отсуаствнк видимых сиапто-' : ыов заболевания можно приближенно'.принять х0 » 0,01/£. '":■■'

2. Используя значения"климатической,нормы' рассматриваемого периода для осадков /р/ и температуры /I/, а также х0 и . по . ' уравнению /22/, вычисляем возможное- значение

"■ 3. ЛогкстимесдкМ закон, принятый в качестве грубой модели нарастания пораженности^' позволяет вычислить степень пораженное-ти;в конце прогнозируемого периода х //„+ üb /, если известны х„, х + ti / .' и.: A"ty Рабочее уравнение 'имеет вид: : :

^Г-^ц^]« -нгыу-и :

W Зная начальную х0 и конечную х / степень пора-

женное« для интервала времени ifа также скороспелость сорта картофеля » можно с: помощь»: {Ьзработанного нами метода /12/ вычислить возможные'потери урожая <J /Й/» если химические обра- -.' боткн проводиться.не' будут: •. - . \ - ¡ : " "

5. Имея информацию о закупочной цеае*одного центнера- "Г ' ' /с^» -РУ^/u/ и среднем урожце.карт офеляданк ого сорта в данных >' 1 • условиях / у• ц/га/, можно вычислить стоимость возможных потерь." урожая Л/РУ6*7v ':

• ■'::■■ Наряду с этиц можно оценить затраты на химическую защиту V"

"" Z /руб./: •'Г л./;; :: '¡.

" где Cj - стоимость однократного применения фунгицида /руб/га/, . '' число, обработок.! у.• •.', . . •',..•.••'":' • ; ; '..}"■■•'"[

. . За критерай целасообразности'провадения;химических;обработок ^ принят оУпревышение стоимости возможных потерь урожая над стоимо-', : '" СТЬЮ • фунгицидных обработок, Т.е. . :". ; ; ' • - Г : .. .

' • . п- Z = —пс,> '<:

■: В этом неравенстве .'оставалось' не;.определенным возможное' часло,'.'^;../ обработок f|. Прй оценке границ изменения tt рассуждаем следуюцим *. образом. Оценку.'наибольшего',числа обработок, которые.одравдыэают-..' ■ ся стоимость» возможных'потерь у рожая i получаем из неравенства -' ' ••

При стоимости потерь урожая меныей дены двух.обработок,проведение^ *'. химической .защиты не целесообразно вообще. Поэтому окончательно • имеем для оценки экономической целесообразности проведения хи- ' • . мическпх обработок-следуюцее.вырагение:;.'.'<••• V '...;■■

Пока значения переменных 'удовлетворяют неравенствухиии- , ..ческая защита оправдана« -

.. . ' Для каждого'этапа вычислений разработаны кодограммы,кото .*• рые упрощаот практическое использование алгоритма.

Совместное использование метода определения,:конкретных сро-' ков обработок и оценки;их хозяйственной целесообразности позво-.лдит.повысить эффективность химической защиты' картофеля от фитоф-

в ы воды' ■."

I. Интенсивность эпифиютии фитофтороза .картофеля определяется степенью благоприятности погодных условий для заражения растений*, инкубационного развития,7 отмирания поражённых тканей, выживаемости И распространения спор патогена« В результате .ста мистического анализа этих зависимостей получен набор уравнений, '„■:характеризующих основные этапы развития возбудителя фитофтороза в полевых условиях и разработан ряд математических моделей для практического использования. . . :

1 \'0 ;: 2.:' Модель* "Эпифгора" позволяет воспроизводить динамику фитофтороза и.определять степень его вредоносности на восприим- ' Чивыххортах'карто^ля:при различных.метеорологических .уело -. ■ виях. -У Г - '--': - ..■ У' '■•■■"' : ."■-'.".'

Ъ. Потерн .урокая картофеля, вызываемые "развитием фитофтора за н^а ботвв пр^порциональны площади под*кривой,.описывающей ди-. иамику пораяенности.. ' ' У; ' '-'.-У

• . Разработанные модель и методика определения потерь уро- . жая по учетам порааенности растений приняты Министерством*сель-

ского хозяйства СССР для практического использования. . ■ ;'.'.'"

;... 4. Разработанная, модель реинфекции растений картофеля.воз- . будителеи ф ат офт о роза п оз в оляет устанавливать критические риоды в развитии... заболевания' и выбирать оптимальные 'сроки' опрыс-■ киван и я и ос ад о к'фунгицидои.- Модель-включена в VМетодические ука~ зания по определению сроков химических обработок картофеля против фдто^тороЗа на основе краткосрочного прогноза погода"^ при- ■■■ .-.■' ■ нятые для внедрения в сельскохозяйственное производство.. Я;"

\ - 5. Предложена ^ моделЬ'ДЛяГоценки зконоыическойцелесообраз-..^ ности химических обработок картофеля против фитофтороза на ос- ';■;.' оове вычисления скорости нарастания заболевания... .V.- ч .

. ^ Осиовное содержание диссертации" опубликовано • . '■■',следующих работах:. . • ' /"' .■'.

I. Тверской Д.Л., Гуревич Б.И.;, Филиппов А.и.Цатематико-• -статистический,анализ условий'перезаражения картофеля возбуди-.. телем.фитофтороза. Микология и фитопатология, 1973, йг.5, ' стр. :; .458^59.,.-.. ^'""/У ^ . '" у , 2. Тверской Д.Л*» Гуревич' Б.И. , Чебе'рнина^ Т.ф., Стриже-- -./: ; козин Ю.А., - Определение потерь урожая картофеля от фитофторо-' за по динакике пораженности ботвы.'Сельскохозяйственная биоло«.//. ' гия, 1975, й 3, Стр.438-441.. ' ' '' ''.:

3. Гуревич Б.И., Филиппов А.В., Тверской Д.Д. Сравнение • -'..• '■; двух методов оценки потерь.урожая картофеля, вызываемых разви- л'\'; . тиеа фигофгороза на ботве. Сельскохозяйственная биология: 1977, К 3, стр. 444-448. .'■' У'"-; У'-С:у

• 4. Тверской Д,Л., Филиппов А.В., Гуревич Б.И., Кваснюк• НЯ. ':.-. Об определений потерь урожая картофеля^ вызываемых ранней сухой . пятнистостью на ботве картофеля. Сельскохозяйственная биология.

' 1979, й X, стр. 102-103.

• 5. Гуревич В.И., 1979. Имитационная модель зпифитотии -■■ ";1,Эпифторав. Доклады ИШП, общая биология (I полугодие 1977 г.). Изд-во ИГУ, стр. 97-100. . .

•6. Гуревич Б.И., Филиппов A.B., Тверской Д.Л., 1979. Прог-ноэ развития и вредоносности фитофтороза картофеля в разных ые-■■:.. ; таэрологических условиях на основе имитационной модели"Эпифтора". : "Микология и фитопатология", 13,-К стр.309-314.

■ 7. Тверской Д.Л.', Филиппов A.B. , Туревич Б.И.; "Чебернина Т.Ф, . 1979. Цетодические указания по определению потерь урожая картофеля от фитофтороза на основе учета пораженности ботвы* UCjC СССР,, стр.1-8. ,/. '-'> /'.;:

8. Тверской Д.Л., Породенко В.В., Филиппов A.B. » Лисовенко В.А./Кузнецова T.U., Франчу кЛ.II., Юркевич Т.Н.-, Чебернина Т.Ф., • Данилова Л.И., Гуревич Б.Н., Савостьянова В.Г., ЕремееваО.В., -. 1979."Методические указания по определении сроков химических обработок картофеля против фитофтороза на основе-краткосрочного . прогноза погоды^ UCX СССР, стр.Х-13.

' IIШЯШШШШ^ ^'': ■ ■

Объем■ Зак. (346 * Тира» /¿¡О

Типография Носковской'оелъскохоэяйотвенной'академии им,К.А.Тшстряэева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул. ,44 ; :