牧草产业病害防治技术研究

（一）牧草病害综述研究

牧草病虫害可使牧产量、质量下降，引起草地退化和缩短人工草地利用年限，现代草地牧业的发展，牧草病害的威胁已引起人们的重视。随着生态农业与集约农业的不断发展，长期以来在实践上被视为“不急之务”的牧草病害，其危害与日俱增，已逐渐成为提高生产能力的限制因素。当前，可持续发展已成为时代的命题，系统科学理论在草地农业生态学和作物保护学领域均得到了长足的发展。相关研究表明，苜蓿霜霉病（Peronospora aestivalis）和箭舌豌豆锈病（Uromyces oribi）等叶部病害可使受害牧草的生物量降低47%～50%，并使病草粗蛋白等营养物质含量降低20%以上。因病害流行而造成整个地块的牧草全部死亡，或种子颗粒无收的惨局，在我国各地亦屡有发生。若以病害使人工草地损失10%计算，每年全国人工草地因病害引致的损失便高达26亿元人民币。

以豆科牧草为例，我国有131属约1000种，豆科植物根部具根瘤，能固定和利用大气中的游离氮素，对土壤的形成、发育都有重要意义，对我国草原植被的建立起到的作用极大，仅次于禾本科、菊科和莎草科。豆科牧草含有大量的蛋白质和矿物质，具有很高的饲用价值，鲜样还含有丰富的维生素，对于正在发育、繁殖和生产的牲畜都是极为重要的。

豆科牧草病原有真菌、细菌、病毒和菟丝子害四大类，其中真菌致病占本科总病害数的86.6%。而病毒、细菌、菟丝子为病原的病害仅占13.4%。在真菌中，白粉菌和锈菌为病原感染的病害占豆科病害总数的51%。因此，防治豆科牧草病害的重点应为白粉病和锈病等。

（1）白粉病

该病在豆科牧草中发病较普遍，植株的地上部位均可侵害，但老叶发病较重。先在叶片上出现白色粉状小斑点，并逐渐扩大、汇合，以致整叶覆盖白色粉状霉层，后期霉层中出现黄褐色至黑色的小点状颗粒，即病原菌的闭囊壳。此病引起叶片大量脱落，严重影响牧草的产量和品质。在昼夜温差大、湿度大的情况下发病严重，可造成产草量下降50%、种子产量下降30%以上。白粉病菌以闭囊壳或菌丝在牧草病残体上越冬，成为次年田间主要侵染源。7～8月份高温干旱的气候有利病害发生和发展。目前，对此病的防治主要采用早期刈割，以减少损失和降低田间菌源。此外，药剂防治效果很好，如发病初期用0.3～0.5波美度的石灰硫黄合剂每666m 2100kg（常规喷雾用药液量，以下同）喷雾；70%甲基托布津1500～2000倍喷雾；粉锈宁（按有效成分）8～10g/666m 2，加水100kg喷雾。

（2）锈病

牧草锈病是锈菌引起的，既侵害豆科牧草又侵害禾本科牧草。该病菌为转主寄生菌，它以菌丝在牧草或者大戟属植物的地下越冬。越冬的孢子萌发产生担子孢子，侵染转主寄主植物大戟属植物，在转主寄主植物上产生锈子器和性子器。锈孢子随风传到牧草上对其进行侵染。锈病对牧草的正常发育，特别是对再生草的品质影响很大。防治方法：

①消灭寄生植物，如大戟属杂草及其他豆科杂草，减少寄主，搞好田间管理，消灭病残植株。

②对发病的草地应及时刈割，不宜收种。

③选种抗锈病的牧草品种。

④药物防治。对发病的草地，用20%萎锈灵乳油配制成200～400倍液喷雾，每隔10～15d喷一次，喷2～3次即可。用敌锈钠效果也不错，以200～250倍液喷雾，在发病初始即应喷药，每隔7～10d喷一次，2～3次可喷好。在喷洒治疗锈病的药物时，应注意不要将石灰、硫酸铜、硫酸亚铁等混用，以免生成不溶性盐而降低药效。

（3）根腐病

豆科牧草根腐病在世界各地均程度不同地有所发生，严重时往往成为牧草生产的限制因素。欧洲至少在1669年，美洲在1747年，便先后报道了根腐病对豆科牧草的危害。自20世纪20年代以来，发达国家，特别是美国，对根腐病进行了广泛而深入的研究。各地大多数研究表明。真菌侵染是根腐的主要原因，但生理失调可引致根颈腐烂（主要发生于红三叶草），细菌亦可造成根腐病。土壤温度和水分是影响根腐病的两个主要环境因素，其不但影响真菌和其他微生物的自身生长，亦可显著改变寄主与真菌的相互作用。地下害虫及线虫对豆科牧草的危害，不仅降低牧草的活力，更重要的是其采食造成的伤口为根腐病菌提供了入侵通道，根部伤害造成牧草生理过程的改变往往更有利于真菌在根组织内发展。病株症状是，苗期感病后根部或根颈部表皮变褐，病斑逐渐扩大环绕一周。由立枯菌引起的根腐病，在病斑处向内萎缩，轻者影响幼苗生长，重者在病处折倒死亡。该病危害2年生以上的牧草，主要侵染根条，引起根腐，病斑初期为椭圆形、褐色、稍凹陷，当病斑环绕主根时，地上植株萎蔫死亡。此时拔掉植株，根部表皮全部脱落。该病发生普遍，防治亦较困难。防治措施主要采用：

①严重发病的地块应与禾本科牧草轮作（3年以上）。

②发病初期提早刈割，可减少牧草损失。

③防治苗期根腐病可用50%的多菌灵可湿性粉250倍液浸种，也可用10%多菌灵粉剂以种子量的0.5%拌种。另外，也可用70%敌克松原粉按种子量的0.3%拌种。由于该病病原物的复杂性，培育高度抗病且在广阔地理区域内有极好适应性的抗病品种似乎不大可能；生态的、经济的、社会的因素，决定了在草原生产中不宜大面积地施用杀菌剂，生物防治在其他作物病害治理上己显示出了光明的前景，但用于根腐综合征的防治还有相当的距离。

（4）霜霉病

该病在苜蓿和草木樨中多见，主要侵染豆科牧草如苜蓿、三叶草、草木樨等。该病发生的基本规律是病菌以菌丝侵染病草植株的地下器官越冬或者以卵孢子在病组织内越冬；翌年春季随植株生长，在地上产生孢囊孢子，侵染其他植株。为叶部病害侵染后的叶片出现局部不规则的退绿斑，初期水渍状，边缘不明显，多个病斑发展扩大，布满整个叶片。严重发病的植株叶片向背面卷曲，节间缩短，尤以嫩叶为重。后期在叶的背面和嫩枝的退绿斑上出现淡灰色霉层，逐渐呈淡紫色，即病原菌的孢子囊和孢子梗。系统感染的病株，全株矮化退绿，以致枯死。发病严重的地块，产草量会下降30%～40%。对牧草种子生产危害更大。防治措施：

①选用抗病品种。狭叶和叶片多毛型的品种具有明显的抗病性。

②无病播种。

③早春及时拔除发病植株，减少再次侵染的菌源，可控制和减轻病害。

④合理灌溉，防止草地过湿。

⑤药剂防治。草地有发病植株出现时，可喷洒波尔多液、代森锌、福美霜等药剂，具体用量可根据病害的发生情况和药品的说明使用。

（5）褐斑病

该菌主要侵害豆科牧草。在牧草的叶、茎、荚果上出现褐色的病斑。出现在叶片上的圆形病点，就是病菌的子囊盘，病菌以子囊孢子进行侵染。在气温10～15℃、空气湿度达到55%～57%时，病害会大量发生。严重时，落叶率达40%～60%。侵染菌的来源主要是种子、土壤以及寄生寄主。防治方法：进行种子的清洗和消毒，合理施肥，保持氮、磷、钾肥的合理使用比例，以提高植株的抗病能力。当大面积发生时，可以喷洒波尔多液与石灰硫黄合剂进行防治。在用这种方法进行防治时，应避免与松脂合剂、砷酸铅、棉皂油、铜汞制剂混用。另外在夏季高温、早春低温时，使用该药剂后应用清水将皮肤清洗干净，对盛药的容器也要及时进行清洗。

（6）菌核病

菌核病主要发生在豆科牧草上，以苜蓿、沙打旺、白三叶等发病较多。侵害的主要部位是根茎和根系，造成根茎下根系变成褐色水渍状并腐烂死亡。发病部位在春季会产生白色絮状菌丝体，随后产生小瘤状黑色的菌核。该病常常造成牧草缺苗断垄或者成片死亡，草地牧草生长不良。防治方法：对准备种植牧草的地进行深翻，以阻止菌核的萌发，对牧草种子在播前用盐水选种，来清除种子内混杂的菌核，然后再播种牧草。种植后的牧草，在夏秋季节，可用喷洒托布津、多菌灵等杀菌剂防治，用药2～3次，用药间隔15d为宜。对发病严重的地块应进行倒茬轮作。(www.xing528.com)

（二）牧草防病害可持续管理技术研究

我国的牧草病害可持续管理应是从草地农业生态系统特有的结构和稳定性出发，以利用抗病品种为中心，生态防治为基础，生物防治与化学防治为辅助，通过各种措施的综合应用，将病害为害水平调节并保持在经济阈值水平之下，从而达到提高草地农业生态系统整体生产力和稳定性的目的。

抗病或耐病品种的利用在牧草病害管理中是最经济最有效的措施，因此，其在牧草病害可持续管理体系中居于核心与主导地位。利用抗病品种是防治许多病害的唯一措施，如对牧草的毁灭性病害苜蓿细菌性凋萎病（Clavibacter michiganense subsp.insidiosum）、苜蓿黄萎病（Verticillium albo-atrum）、柱花草（Stylosanthesis guianensis）的炭疽病（Colleotrichum gloeosporioides）等均是通过选育和利用抗病品种成功地控制了病害的流行，在生产中获得了巨大的经济效益。美国培育成功的抗炭疽病（C.trifolli Ban）苜蓿品种，每年获得的经济效益为2.4亿美元。而澳大利亚和新西兰分别培育成功的抗柱花草炭疽病和抗苜蓿细菌性凋萎病的品种则挽救了各自国家的肉牛业和苜蓿种植业。自80年代以来，各国努力培育抗多种病害或对病虫兼而抗之的牧草品种，已取得了相当的成功。

（1）牧草防病害的措施研究

抗病品种选育远不能满足生产需要。与农作物不同的是，我国许多牧草品种是通过对野生牧草生态型的驯化、选育或对引进品种筛选而成，而非通过系统的育种计划而成，实践表明，这是解决生产急需的快捷之途。因此，开展大规模的牧草种质资源抗病性评价与筛选，不失为短期内解决抗病品种的应急之举，同时亦可为进一步抗病育种提供基础材料。

生态防治是指利用一切与环境友好的农业措施，改善牧草、病原和环境之间的关系，使其利于牧草生长发育及环境可持续利用，而不利于病原，从而达到控制病害的目的。生产实践中，人们有意识或无意识地对草地采取的行动，均会对牧草病害发生影响，而生态防治则是主观上努力采取不利于病害的积极措施，避免利于病害流行的措施。因此，生态防治在牧草病害可持续管理中居于基础的地位，其主要措施包括混播、草地利用和焚烧等。

牧草混播是通过增加寄主植物的多样性来控制病害的发生与流行已是不争的事实。但由于其在一定程度上不能满足人类对产品品质与数量的需求，限制了这一措施在农作物病害防治中的广泛应用。与此不同的是，不同种的牧草，特别是豆科和禾本科牧草混播，是草地生产中的常用措施，其可提高土地肥力，增加牧草产量，并可使群落结构趋于稳定，延长草地利用年限，减轻牧草病害。草地利用中，对于动物，特别是家畜，是草地农业生态系统中的重要组分，家畜的牧食，对牧草病害有重要影响，并通过影响土壤微生物活动及土壤状况而对牧草病害产生间接影响。另一方面，在大多情况下，植物营养体是对草地利用的主要形式。由此，便可通过科学地采用刈割或放牧等利用措施，减少田间病原数量及增强牧草自身的活力，减轻牧草病害的危害。焚烧牧草残茬，减轻病害的原理是减少新的生长季中的初侵染源。笔者在甘肃山丹军马场工作期间，每年早春牧草返青前，均对残茬焚烧，不仅减轻了病虫的危害，而且加速牧草春季生长，提高牧草产量。除上述措施外，草地轮作、通过施肥为牧草提供均衡的营养等亦可有效地减轻病害的危害，但由于受经济及环境条件的限制，往往不能普遍实施。

生物防治是一项古老而又年轻的病害防治措施。早在古代，我国的先哲们便用“相生”、“相克”来概括生物间的互生与拮抗关系，并在农业生产中把两种或两种以上的生物合理组合起来，利用“相生”组合使种间互利共生，利用“相克”以防治病虫害。近20年来，随着可持续发展的观点逐渐成为政治家与科学家的共识及生物技术的应用，生物防治受到了前所未有的重视和长足的发展。Mathre等最近综述了病害生防产品商业化的进程及存在的问题。在牧草病害管理中，抗病品种的利用和草地的合理放牧均可属于广义的生物防治范畴。除此而外，虽然各国科学家们进行了大量研究，在牧草线虫、叶病和根病防治等方面均有令人鼓舞的结果，但距商业化尚有一定距离。毫无疑问，生物防治在牧草病害管理中具有非常光明的前景，应是我国亟待加强研究的领域之一。

与农田和其他农作物相比，草地面积大而牧草价值低，由此决定了大面积使用杀菌剂不甚经济且易于造成生态环境的污染，通过食物链最终影响畜产品质量与人类健康，因此化学防治在牧草病害可持续管理中处于次要与辅助的地位，美国等国家的法律明确规定禁止在放牧与收草的草地上施用农药。播前种子处理是杀菌剂在牧草病害管理中最主要的应用方式，自21本世纪40年代以来，一直为发达国家广泛地应用于各种牧草及饲料作物。

（2）构建牧草防病害的可持续管理体系

草地生产不同于农作物生产，其不仅包含从日光能及无机物转化为牧草的初级生产过程，也包括从牧草通过多级转化，成为动物产品的次级生产过程。牧草产量的提高，并不简单地意味着畜产品的增多，禾草内生真菌对草地的影响便是一个极好的说明，与未受侵染的禾草相比，带菌植物抗旱、抗虫、耐践踏等特性显著增加，逆境条件下生物量显著增加，但带菌植物同时产生对家畜有毒的生物碱，使采食带菌禾草的家畜生产性能大幅度降低，甚至死亡。因此，牧草病害可持续管理不仅致力于产草量的提高，同时也兼顾病害对牧草的质量及家畜健康的影响等，最终目的是增加草地畜产品。

许多牧草为多年生，草地一旦建植，便要持续利用多年。牧草的病害也会随着寄主的存活而多年延续，从某种意义而言，病害也是多年生，其对寄主植物的影响，具有累积效应。病害每年引致的实际危害，在很大程度上取决于对草地的利用状况及田间管理措施，这些措施从建植的前期准备、播种、建植到放牧、刈割，贯穿于草地的整个生产过程，任何一个环节，都会对病害在当年和以后产生影响。因此，在牧草病害管理中，草地的合理利用、科学管理尤为重要，牧草病害管理体系实际是整个草地管理系统中的一个子系统。

由于草地本身的特点及经济、环境和食品安全等因素，严重制约了杀菌剂的应用。播前种子处理是草地生产中应用杀菌剂的唯一方式。因此，在牧草病害管理中，化学防治居次要与辅助的地位。进行牧草病害可持续管理，需要以草原学、植物病理学、生态学和农业科学领域内相关学科的知识为基础，同时，也需要一个由现代科学技术形成的新的、强大的技术支撑体系。

生物技术：抗病品种一直是牧草病害管理的最主要措施。然而，现代育种技术只能利用有限的种内或种间杂交优势，生物技术则突破了植物、动物和微生物间的物种界限，极大地扩展了对物种间杂交优势的利用，分子标记技术和转基因技术等已在牧草品种改良和病害研究中得以应用，高产优质抗病性强的品种的产生将越来越依赖于生物技术。另一方面，生物技术将推动牧草病害的生物防治进入一个更高级的阶段。

信息技术：草地畜牧业生产的地域性、分散性及时空变异性大等特点，严重制约了工作的开展。计算机和信息技术的发展，为草地资源管理提供了有力的支持。地理信息系统和遥感技术已应用于牧草病理学及相关领域，草地畜牧业的行业弱势已经开始并将继续得到改善。

经济学与社会学：牧草病害可持续管理是一个复杂的自然与社会之间的复合体系，“可持续”的前提之一应是经济上切实可行。因此，牧草病害的管理愈来愈需要经济学家与社会学家的参与，将病原、环境、牧草、人类生产活动、社会发展和市场经济等作为一个整体加以认识与管理，以达到病害可持续管理、生产与社会可持续发展的目的。

人类在共同的环境、资源与人口等问题的压力下，形成的农业与社会可持续发展的共识构成了牧草病害可持续管理的时代背景。以信息技术、空间技术和生物技术等为代表的全球性现代技术革命为牧草病害的可持续管理提供了可能。

（三）构建牧草病害诊断系统的技术研究

除了进行牧草防病害可持续管理技术研究外，对牧草病害诊断系统的技术进行构建也是十分必要的。诊断系统是人工智能的一个重要研究方向，而知识的表示是诊断系统最基础、最重要的问题，知识表示方法的合理与否直接影响着整个诊断系统的运行效率。因此，一个正确、科学的知识表示方法对于诊断系统的诊断、决策的正确性和精确性有着较大的影响。

数据是对客观事物的属性、数量、位置和相互关系的抽象表示。信息是对人有用的，能够影响人们行为的数据和符号的统称，它是通过对数据和符号的处理而产生的。知识是信息经过加工整理、解释、挑选和改造而形成的，是人们进行决策的基础。知识表示是将知识符号化，并用特定的数据结构（包括逻辑与物理结构两方面）进行描述与存储的方法。知识采用一定的表示方式，使得计算机能对其进行处理，并且以一种人类能够理解的方式将处理结果告知人们。它是专家系统解决的首要问题，是专家系统推理决策的基础所在。一个合理的知识表示方法，不仅能够实现数据存储的合理性、科学性，更重要的是它为专家系统后期的诊断决策提供了一个稳定的基础，在一定程度上提高了系统的诊断与决策的效率。

针对牧草产业中病害诊断系统，需要将牧草病害诊断知识和诊断过程的特点，进行领域专家知识不同的层次和类型的划分，采用框架网络数据结构和产生式规则表示诊断的基础数据库和知识库。框架表示法最善于表达结构性的知识，它能够把知识的内部结构关系及知识间的联系表示出来，因此是一种经组织起来的结构化的知识表示方法。框架表示法还能描述出知识间的层次关系，框架的最顶层是固定的一类事物，基于概念的抽象程度表现出自上而下的分层结构，有效地实现了框架之间的继承关系。规则表示法中，知识分为用事实表示的静态知识和用产生式规则表示的推理过程和行为产生式结构接近人类思维和会话的自然形式，不仅可以表达事实，还可以附上可信度因子来表征这些事实的经验可信度。

在牧草病害的诊断的特点中，因为引起植物病害的因素有非生物因素和生物因素，所以根据此因素把病害分为非传染性病害和传染性病害。该诊断专家系统是关于牧草的传染性病害诊断，暂时不考虑非传染性病害。由生物病原物引起的植物病害称为传染性病害，植物在传染后的症状主要表现在两方面：病征和病状。

病状是植物感染病后表现的病态，主要分为变色、斑点、腐烂、萎蔫和畸形。而病征是病组织上出现的病原物，主要有以下几类：粉状物、霉状物、菌核、菌索、粒状物、毡状物及其斑状物和脓状物或胶状物。由于病征表现了病原在质上的特点，并且相当的稳定，而且病状反映了植物在病害发生过程中的内部变化，也是相对稳定的，所以同时结合病征和病状的特点进行诊断，在很大程度上提高了诊断概率。另外，植物被侵染也需要一个从侵染寄主植物开始到病原物产生繁殖体或发病为止的过程。所以，植物在这一过程的不同时期，在病状和病征上的表现会有所差别。

根据牧草诊断和知识方法的特点，在知识表示上要充分体现知识间的层次、级别关系。诊断专家系统的知识表示主要包括：基础库、动态库和媒体库。基础库包括基础数据库和基础知识库。动态库包括动态数据库和动态知识库。基础库中存储的是已经经过专家确定的数据库和知识库，动态库中存储的是诊断过程中产生的中间结果或用户从客户端提交的新的数据和知识。媒体库中存放的是用户或专家存储的植物病害的图片或视频资料，它目前主要是辅助诊断时用的数据。

基础知识库用于存储推理过程所用的专家知识和推理规则，它和基础数据库的重要区别是它是在专家参与或经验的基础上总结的数据，有了专家的思想，是在人的主观意识下形成的数据，可以直接为推理所用。该系统所说的知识库包括牧草病名、诊断部位、诊断期、诊断病状、诊断病征和结论。媒体库用于存储辅助诊断的图片和视频数据。目前，图片数据用户可以通过终端提交给服务器，最终可以存入库中，而视频数据因为存储量大、传输技术的问题暂时只限于专家从服务器端提供。动态库的结构和基础库的一样，也包括数据库和知识库，但只是具有基础库的结构，用于存储诊断过程所用的中间结果，它的存储大小是随着诊断而改变的，如果本次诊断顺利完成，则诊断所使用的中间结果在诊断结束后完全释放，如果本次诊断失败，则把中间结果存储在动态库中，待专家确定后，直到诊断完成才能顺利的存入基础库中。

在提交诊断信息时，为了保证用户对于同一病情描述的一致性，需根据系统提示的结构和内容选择性地一步一步提交诊断信息；同时，为了保证提交信息的完整性，还有一个备注说明的选项，用户可以通过自己的表述来弥补系统中不完整或缺乏的内容。但是备注项的内容目前不能直接参加本次的诊断，它可以存入动态库中，在专家的参与下进行取舍后存入相应的基础库中，为今后的诊断提供更加详细的依据。诊断系统根据用户的信息，在基础知识库中搜索相应的数据存入动态库中，包括媒体库中的数据，为诊断提供依据。具体过程按照表的组合进行并行和串行相结合的方法进行推理。诊断顺利的过程，由牧草病名、诊断部位和诊断期3个表提供的信息初步确定并缩小病害诊断的范围，再在诊断病状和诊断病征2个表的详细描述下，尽可能的具体化诊断结果，结果可能是几个可信度不同的诊断结论。最后在相应媒体库信息的帮助下，使得诊断结果更加具体、明确。诊断有问题或失败，用户提交的数据和诊断的中间结果存入动态库中，待专家诊断后，再做决定。如果诊断顺利，动态库中存储的数据完全释放；如果诊断存在问题或失败，则待专家解决后，把新的结果存入基础知识库和基础数据库中，再释放动态库中的数据。

不断完善的数据库和知识库是诊断专家系统的基础和关键所在，所以内容的更新是个势在必行的工作，同时更新内容的来源和更新的技术也直接影响更新效果。数据的来源决定着内容的准确性和完整性，更新技术的水平决定着数据库更新的速度和安全。