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Chapter 5

Chapter 5. Global Climate Change and Plant Diseases. 全球气候变暖已成事实.

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  1. Chapter 5 Global Climate Change and Plant Diseases

  2. 全球气候变暖已成事实 • 2007年全球瞩目的一项大事就是联合国政府间气候变化专门委员会第一工作组审议并通过《气候变化2007：自然科学基础》评估报告，给全人类敲响警钟：到21世纪末，在多种温室气体排放情景下，预估全球地表平均增暖1.1至6.4℃，海平面相应上升0.18—0.59米。同时，高温、热浪、强降水事件的发生频率很可能会增加，热带气旋（含台风和飓风）的强度可能会增强。这将导致极端气候灾害和生态、环境、海洋、地质灾害形势，以及国土安全、粮食安全、能源安全等形势都更加严峻，政治、经济、社会、文化建设与发展面临更多复杂难题。

  3. 这是2005年9月北极地区海冰景象的卫星照片。据测算，北冰洋2005年9月21日的海冰面积约为530.95万平方公里，为自有卫星监测以来的最小面积。由于全球变暖，北冰洋在最近几十年发生了明显的异常变化。

  4. 全球气候变暖已成事实 据科学家观测研究，过去100年（1906年至2005年）全球地表平均温度升高0.74摄氏度，20世纪可能是过去1000年中最暖的100年，2005年全球大气二氧化碳浓度为379ppm(表示气体浓度的百万分率)，是65万年来的最高值。

  5. 全球气候变暖已成事实 • 一些学者认为，全球变暖正促使一些非洲地区的常见疾病向欧洲发达国家蔓延。 • 非赢利组织GALVmed负责人史蒂夫·斯隆的话说，一些通过蚊虫传播的疾病如蓝舌病等正加速向部分欧洲国家传播，这与日益变暖的全球气候有着直接联系。该组织致力于减轻发展中国家家畜饲养者的贫困状况。

  6. 全球气候变暖已成事实 • “温室气体的迅速排放与地表植被的迅速减少形成强烈反差，使地球表面温度不断增加，地表能量不断提高，海平面不断上涨，气候怪异难料，地震、海啸、沙尘暴、飓风等灾害能量与数量不断升级。臭氧层变薄甚至出现空洞，使人类遭受宇宙射线侵害的程度大大提高，各种皮肤癌变、病变增加，甚至婴儿的早期发育都令人担忧。”科技部中国科学技术交流中心副主任张超英对此给出了这样的概括。

  7. 在这张2006年9月20日公布的照片上，一座从冰川分离出来的冰山漂浮在格陵兰岛西南的海面上。当天公布的一份研究报告表明，格陵兰岛上厚厚的冰雪覆盖层融化速度比科学家预计的要快得多。

  8. 这是一只北极白熊在浮冰之间跳跃的资料照片。多年来，环保组织一直警告说，全球气候变暖可能导致北极熊灭绝。

  9. 2006年12月，驻扎在南极的国际科考人员说，栖息在冰面上的阿德利企鹅在其栖息地南部逐渐增多，北部则逐渐减少，这一变化可以证实全球气候变暖。这是在南极拍摄的阿德利企鹅的资料照片。

  10. 科学家大胆预测:人类会像青蛙一样被"煮死" • 大家都听说过一个“青蛙效应”的故事：如果把一只青蛙扔进一锅滚烫的水中，它会立刻拼命从水里跳出来逃生；而如果把青蛙放进一锅冷水中，然后慢慢加热锅里的水，青蛙就会一直呆在水里直到最终被烫死。那么，在一个又一个全球变暖的新证据面前，人类是否也会面临像青蛙一样的命运呢？

  11. 1. Introduction . 1.1 Pests and crop losses 1.2 New diseases 2. Impacts of global warming on pests . 2.1 Northward expansion of the pests in USA 2.2 Case studies in USA . 2.2.1 Soybean Sudden Death Syndrome (SDS) 2.2.2 Soybean aerial blight 2.2.3 Corn gray leaf spot 2.2.4 Soybean Cyst Nematodes (SCN) . 2.3 Influence on number of generations of pests . 3. Extreme weather and pest outbreak . 3.1 Flood and pest outbreak . 3.2 Drought and pest outbreak . 3.3 Warmer winter and pest outbreak .. 3.4 Weather and pest spread . 4. El Nino and pest outbreak . 4.1 viral diseases ... 4.2 Rusts 4.3 Wheat head blight 4.4 Other pests .. 5. Biological mechanisms of effects of global climate change on plant diseases 5.1 Elevation of CO2 and plant diseases . 5.2 Global warming and plant diseases .. 5.3 Ozone, UV-B and plant diseases .. 5.4 Methodology in studies of effects of global climate change on plant disease development .

  12. C02的增加与植物病害 • 20世纪80年末、90年代初，随着地球变暖（Global warming）问题的深刻化，国际上普遍肯定了大气CO2浓度升高是导致地球温室效应的主要原因。与此同时，生物学家、特别是生态学家与植物生理生态学家呼吁科学界重视CO2浓度升高对生物及生态系的影响，于是，有关CO2生态效应的研究在全球逐步展开。

  13. CO2的增加与植物病害的研究表明： • CO2的浓度较1800年前增加了30%（Barron, 1995）,CO2的增加与全球年平均温度升高0.5℃相平行。CO2每年连续增加1%，至20世纪末，全球平均气温升高约1-3.5℃（Kerr, 1995）。

  14. 温度升高，水循环加快，降水量将会增加（Barron,1995）。温度升高，水循环加快，降水量将会增加（Barron,1995）。 • C02增加——光合作用加强——水利用效率提高——多数生产条件下作物产量增加（Goudriam and Zadoks, 1995） • 植物的生长受到加强，这种加强的效应一般不受环境逆境或资源的有限性影响而降低（Idso, 1994）. • 如果全球气候变化下病害和其它有害生物强度增加，通过增加CO2获得产量的有利因素可以被病害和其它有害生物的损失所抵消。

  15. 目前有关CO2的增加对植物病原物和植物病害影响效应的观点如下：目前有关CO2的增加对植物病原物和植物病害影响效应的观点如下： • CO2浓度的增高，对许多病原物不太可能产生直接的影响，可能有一些间接影响（Manning, 1995）

  16. 全球变暖和植物病害 • 温度——易温生物——生长和发育 • 温室气体（CO2）——全球变暖——农业气候带向高纬度漂移 • 低纬度地区的温度条件可能导致生长在该地区作物的温度和湿度逆境——能使植物易受病原物侵袭进攻——多年生作物病害更加严重。（Parry, 1992） • 作物地理上迁移至温暖带中更适宜的新演化的农业气候区，使得害虫、病原物和杂草随之迁入。 • 全球变暖可能导致北欧线虫问题严重，原因是已有线虫群体的增加和新的线虫种类由南向北迁移（Boay, 1991）

  17. 臭氧、紫外线B-辐射和植物病害 • 臭氧： • 对流层臭氧——预计今后30年将增加17%-40%，将引起植被的直接受损（Hough, 1990） • 平流层臭氧——减少，导致到达地面的有害紫外线B辐射的增加（Lubin, 1995） • 臭氧层的变化迄今尚无有效证据说明与植物病害有关。主要的通过紫外线B辐射增加的间接影响。 • 紫外线对作物生产的影响：（严重影响） • 紫外线B对植物病害有较大影响（举例）：

  18. 例1： • 小麦叶斑病病原菌（Septoria tritici）和小麦颖斑病病原菌（S.nodorum）的孢子在体外对紫外线B的反应不同，S.nodorum比S. tritici对紫外线敏感（Paul,et al 1995） 。

  19. 例2： • 中波紫外（UV-B）增强水稻感稻瘟病（Finckh, Chavez, Dai, and Teng, 1995）。

  20. 发现疾病流行与厄尔尼诺现象密切相关。 (Yang and Scherm 1997)

  21. 研究了全球气候变化对农业的影响 与多个研究单位合作，证实了自然灾害的频繁发生，是导致病害流行频率升高、新病增多的主要原因。 Iowa State

  22. 杨的作用是发现了气候变暖与新病害增加密切相关杨的作用是发现了气候变暖与新病害增加密切相关

  23. 在气候变化对农业及流行病影响方面代表性论著在气候变化对农业及流行病影响方面代表性论著 Yang, X.B., and Scherm, H. 1997. ElNiño and infectious diseases. Science 275:739-740. Rosenzeig, Iglesian, Yang, Epstein, Chivian, 2002. Climate change and extreme weather events: implication for food production and plant diseases and pests. GCHH 2:90-103 (Chivian shared 1985 Nobel Peace Prize. Results were presented at US Capital Hill)

  24. 在宏观植物病理学方面的研究发现 Statistical patterns of disease distribution in continental scale Yang and Feng, 2001, Phytopathology 91:765-769.

  25. Y = -3760 + 143X , R = 0.62 首次发现大豆病害在北美分布的统计规律 符合Rapoport法则

  26. 由此得到的假设 三角洲地区可能是大豆病害多样性和演化的中心。 Yang and Feng, 2001, Phytopathology 91:765-769.

  27. 病害按气候划分类型的研究 • 宏观植物病理学的一个核心问题是病害演化与气候变迁的关系。在一定植物病害系统中，多种病害共存，但某种病害或某类病害的发生受如下已知因素的影响。 • 1）病害的地理分布中心（图2）（杨小冰，冯锋，2001）； • 2）该地区与病害分布中心的地理位置（Workneh and Yang）(图3)。其中，未知和有待研究的因素是物候性和气候性。就气候而言，虫传的病毒病常常相伴发生，而喜湿冷的真菌病害则不发生，根据已有资料去发现病害共流行的物候性与气候性将是重心。因此，我们将对不同气候类型下的植物病害种类进行研究，探讨气候对植物病害演变的作用和关系。

  28. Y = -3760 + 143X , R = 0.62 图2 北美各种大豆病害地理分布中心与纬度的关系

  29. 图3 大豆菌核病发生程度与纬度的关系

  30. “病害演变地理中心”探讨 • 在植物病理学领域，新小种起源中心早已被认识和深入研究（曾士迈，1964），但新病害的起源则缺乏研究，病害起源的地理中心概念最近被提出（杨小冰，冯锋，2001）。杨与冯在研究北美大豆病害的多样性时发现，病害多样性以密西西比河三角洲地区为最高（见图4）。近二十年新病害都发现于此地区，该地区属三种气候交接处、变化大，根据前人对新小种起源中心的理论，我们认为病害地理中心比小种中心在时空上更高一层次，即演变过程更长，地理系统更大。病害地理中心应处于气候多样、作物与寄主多样的相互交接的地区。图4 北美大豆病害多样性与纬度的关系。

  31. 图4 北美大豆病害多样性与纬度的关系

  32. 在本项内容的研究中，我们将探讨和证实病害起源中心，具体做法是将中国农业生态系统区划分为等面积的小区，统计小区中各种病害在主要作物上的种类，各种病害在各小区发现报告的年份，然后用GIS方法作出病害多样性地图，统计出各区中自1970年以来新病害发生的数目。之所以用1970年为界，是因为全球气候显著变暖开始于1970年（Rosenweig等，2000）。病虫害的演变与交替始于该时期。在本项内容的研究中，我们将探讨和证实病害起源中心，具体做法是将中国农业生态系统区划分为等面积的小区，统计小区中各种病害在主要作物上的种类，各种病害在各小区发现报告的年份，然后用GIS方法作出病害多样性地图，统计出各区中自1970年以来新病害发生的数目。之所以用1970年为界，是因为全球气候显著变暖开始于1970年（Rosenweig等，2000）。病虫害的演变与交替始于该时期。 • 在以中国大陆病害中心研究的基础上，我们可将地域进一步扩大，作世界病害发源中心的研究，该研究将有助于对外国引入病害的预防和防治。 • 最终目的是研究病害地理演变中心，探讨新病害的起源及演变与地理因素之间的关系，以期找到病害演变地理中心，也将为病害系统长期治理提供理论依据。

  33. 结论和展望 • 气候变化对植物病害的种类、数量和流行频率有一定影响，对有些气候性病害影响更大。 • 许多问题有待进一步澄清。比如，病害地理演变中心的存在需要进一步证实。 • 这一研究领域将预示着一个新的科技增长点,比如“气候病理学”。

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