气候变化对坦桑尼亚蔬菜生产中 Phytophthora 病害发生率和严重程度的影响以及可持续管理策略的评估

《Discover Agriculture》：Effect of climate change on the incidence and severity of Phytophthora disease and evaluation of sustainable management strategies in vegetable production in Tanzania

　　摘要：气候变化导致坦桑尼亚蔬菜生产系统中Phytophthora病害的发病率和严重程度增加，威胁到粮食安全和小农户的生计。在四个种植季节（2022-2024年）内，研究人员对五个主要蔬菜生产区域（阿鲁沙、莫罗戈罗、基利曼贾罗、伊林加和坦加）进行了实地评估。记录了番茄（Solanum lycopersicum）、辣椒（Capsicum spp.）和葫芦科植物的病害发生情况和严重程度，并结合气候变量（温度、降雨量和湿度）进行了分析。评估了包括抗性品种、苗圃卫生管理、带覆盖物的高床种植、轮作和综合病害管理在内的多种管理策略的效果。回归分析显示，温度（p < 0.01）和相对湿度（p < 0.05）显著增加了病害的严重程度，而降雨量没有显著影响（p > 0.05）。管理策略显著降低了病害严重程度（p < 0.0001），其中综合病害管理的效果最好。抗性品种使病害发病率降低了40%，苗圃卫生管理降低了30%，轮作降低了25%，而综合策略取得了最大的整体效果。这些结果突显了推广气候适应性综合措施的紧迫性。我们建议提供有针对性的政策支持、培训农民、推广抗性品种以及开发本地化早期预警系统，以提高撒哈拉以南非洲气候脆弱蔬菜种植系统的适应性和可持续性。

1 引言
在坦桑尼亚，蔬菜种植是农村家庭收入的重要来源，也是粮食安全、营养和就业的支柱[1]。在高地和沿海地区，小农户种植多种蔬菜，包括番茄、辣椒和葫芦科植物，这些作物对当地饮食和区域市场贡献巨大[2]。对新鲜农产品需求的增长使蔬菜生产成为农村经济发展的关键驱动力，尤其是对女性和青年的赋权，他们构成了该行业劳动力的大部分[3]。然而，蔬菜生产日益受到植物病害的威胁，其中Phytophthora spp.（尤其是Phytophthora capsici）是最具破坏性的病原体之一。这些通过土壤和水传播的病原体会导致番茄和辣椒等经济重要作物的冠部、根部和果实腐烂[4, 5]。病害爆发在雨季最为频繁，此时高湿度和排水不良的土壤为感染创造了理想条件。一旦病原体建立起来，Phytophthora会迅速传播，导致严重的产量损失并威胁到农民的生计[6]。气候变化通过改变植物-病原体相互作用加剧了这些挑战。在过去二十年里，坦桑尼亚经历了降雨模式的变化、温度上升以及极端天气事件（如山洪暴发和长期干旱）的增多[7]。这些变化增强了病原体的侵袭性、存活能力和地理传播范围。例如，间歇性的强降雨后紧接着高温会增加植物的压力，并促进传染性孢子的传播，从而有利于病害的扩散[8, 9]。

由于抗性品种获取有限、排水系统不足、苗圃管理不善以及技术支持不足，小农户蔬菜种植者极易受到Phytophthora病害的侵袭。非正式的种子和幼苗交换进一步促进了病原体的传播[10]。因此，包括抗性品种、改进的苗圃卫生管理、排水系统、轮作和综合病害管理在内的本地化、气候适应性管理策略对于提高蔬菜生产的韧性至关重要。尽管全球研究表明温度、降雨量和湿度会影响Phytophthora病害的爆发[11,12,13,14,15]，但来自坦桑尼亚不同农业生态区的证据仍然有限。本研究探讨了气候变化对Phytophthora病害发病率和严重程度的影响，并评估了可持续管理策略的有效性，以期为气候智能型农业干预措施提供依据。

2 材料与方法
2.1 研究地点和农场选择
本研究在坦桑尼亚五个主要蔬菜生产区域（阿鲁沙、莫罗戈罗、基利曼贾罗、伊林加和坦加）进行了四个种植季节（2022-2024年）的调研。选择这些地区是基于它们在园艺生产中的历史和当前重要性以及多样的农业气候条件。在每个地区，采用目的性和分层随机抽样的方法选取了种植番茄（Solanum lycopersicum）和辣椒（Capsicum spp.）的代表性农场，这些作物极易受到Phytophthora capsici的影响[16,17,18]。每个地区共选取了10个农场，总共50个农场。表1总结了各农场的关键特征，包括规模、灌溉方法和种植方式。

2.2 实验设计
为了评估气候适应性Phytophthora管理策略的有效性，建立了农场内和对照田间的实验。采用随机完全区组设计（RCBD），每个处理重复三次，以确保统计结果的稳健性并考虑空间变异（表2）。处理措施包括抗性品种、苗圃卫生管理、带覆盖物的高床种植、与非寄主豆科植物的轮作以及结合所有策略的综合病害管理。每个区组内所有处理都是随机分配的。农场内和对照实验均采用相同的设计（图1）。

2.2.1 抗性品种
通过田间实验评估了抗性和易感番茄及甜椒品种的表现。抗性品种包括来自坦桑尼亚农业种子机构（ASA）的Tomato cv. Tanya和来自东非种子公司的Sweet Pepper cv. Yolo Wonder，这两种品种均被证明具有对Phytophthora物种的耐受性[22]。易感对照品种为当地常见的栽培品种，未处理的对照地块则按照传统农民做法进行管理。每个地块面积为3米×4米，植株间距为0.6米×0.75米，以确保作物密度均匀并最小化边缘效应。灌溉制度调整为模拟不同的水分条件：湿润条件下每周灌溉一次，每次15升/平方米；干旱条件下每周灌溉一次，每次10升/平方米。

2.2.2 苗圃管理
苗圃试验评估了种植前的植物保护措施。处理措施包括认证的无病原体种子、经过蒸汽处理的消毒培养基（土壤+堆肥）以及清洁的灌溉水。未处理的对照地块使用未经消毒的种子和普通土壤，并定期浇水。幼苗种植在2米×1米的高床上，采用随机完全区组设计，重复三次。每周监测环境参数（土壤温度、湿度、微生物负荷）。从播种到移栽期间记录幼苗生长和病害症状（猝倒病、茎部病斑、根腐病）。

2.2.3 农艺措施
在四个种植季节（2022-2024年）内进行了田间试验，以评估减少Phytophthora接种量并改善土壤排水的农艺措施。干预措施包括高床种植、有机覆盖物和非寄主豆科植物的轮作。未处理的对照地块为传统的平床，不使用覆盖物或轮作。地块面积为3米×4米，采用随机完全区组设计，标准植株间距和上述灌溉方式。种植日期避开降雨高峰期。每周监测病害发生率、严重程度和植株活力。使用便携式土壤湿度计测量土壤湿度，并通过水分渗透率评估排水情况。

2.3 数据收集
2022-2024年期间，从坦桑尼亚气象局管理的附近气象站获取了天气数据，包括每日温度、降雨量和相对湿度[21]。这些数据集还补充了农场内的环境记录，如使用时域反射率（TDR）传感器测量的土壤湿度、土壤温度和灌溉计划，以监测影响病害发展的微气候条件。

2.4 病害评估
在选定地块上通过观察症状植物进行病害评估。每14天对病害严重程度进行0-5分评分（0=无症状；5=完全倒伏或果实/冠部严重腐烂）[22, 23]。

2.5 数据分析
描述性统计（平均值、标准差和范围）总结了气候变量、幼苗存活率、病害严重程度和作物产量。使用R软件（版本4.5.0）将病害数量转换为百分比值。ANOVA分析了管理策略对病害和产量的影响，显著差异（p < 0.05）通过Tukey的HSD检验进行区分。回归分析量化了气候因素（温度、降雨量、相对湿度和土壤湿度）与病害严重程度之间的关系，确定了关键的环境驱动因素。未来风险根据IPCC第六次评估报告的情景（RCP 4.5和8.5）进行预测[24]，并使用微分方程建立预测模型来模拟未来气候条件下的病害动态[25, 26]。计算了关键效应大小的95%置信区间，并在图表中添加误差条和回归带以表示不确定性。分析使用R（版本4.2.2）和SPSS（版本26）进行，地理空间映射使用QGIS（版本3.28），气候模拟使用DSSAT和CSAT。

3 结果
3.1 气候变化对Phytophthora病害的影响
过去十年中，蔬菜生产系统中的Phytophthora病害发病率有所增加，特别是在降雨不规律和持续高湿度的地区（图2）。平均温度的升高，尤其是超过25°C时，加速了病害的发展并加剧了作物损失，阿鲁沙、莫罗戈罗和基利曼贾罗等主要蔬菜生产区受影响最为严重。

3.2 综合管理策略的有效性
管理策略显著影响了病害严重程度（p < 0.05），但地区间的差异没有统计学意义（p > 0.05；表2）。所有干预措施都比未处理对照组降低了病害程度，其中抗性品种的效果最好，其次是苗圃和农艺措施。

3.3 综合管理策略的效果
在所有地区，抗性品种、苗圃管理和农艺措施的联合应用在降低病害严重程度和提高产量方面始终优于单一干预措施（表3）。

综合管理：在所有地区，抗性品种、苗圃管理和农艺措施的联合应用在降低病害严重程度和提高产量方面始终优于单一干预措施（表3）。这些结果表明，种植抗性品种可以有效缓解多变天气对Phytophthora（致病菌）动态的不利影响，从而在不断变化的天气条件下支持可持续的蔬菜生产。

**苗圃管理措施：** 使用无病原体的种子、经过消毒的培养基和清洁的灌溉系统，可以将疾病发生率降低约30%（图4）。

**栽培措施：** 高床结合有机覆盖物可以减少积水，稳定土壤湿度，并抑制病原体的传播。与非寄主作物进行轮作可以进一步将疾病发生率降低约25%（图5）。

**气候变量对疾病严重程度的影响：** 回归分析显示，在雨季，随着温度的升高，疾病严重程度显著增加（斜率=1.24，R2=0.78，P<0.01；图6）。高降雨量随后伴随高湿度会加速疾病的传播，这证实了气候是Phytophthora动态的关键驱动因素。

**讨论：** 本研究表明，温度上升和降雨模式的不规律性正在显著促进Tanzania蔬菜生产系统中Phytophthora的繁殖。回归分析显示，在雨季，每升高1度温度，疾病严重程度就会增加，而高降雨量加上高湿度会进一步加速疾病的传播。这些结果表明，气候压力不仅为病原体创造了有利条件，还通过热应激和积水效应增加了作物的易感性，这与之前的研究结果一致[27, 28]。在评估的各种干预措施中，抗性作物品种的效果最为显著，能够降低疾病严重程度。例如Tomato cv. Tanya和Sweet pepper cv. Yolo Wonder品种即使在高温和高湿度下也能保持更健康的叶片和较低的果实腐烂率，显示出对气候压力下的抗性。这些发现强调了投资育种计划以开发能够抵御病原体压力和气候变异性的作物品种的重要性，这与之前的研究结果一致[24, 29]。苗圃管理措施也显著减少了疾病的发生。使用无病原体的种子、消毒的培养基和水质监测有助于降低疾病发生率。其中，无病原体的种子效果最为显著，这突显了种子携带的病原体作为早期感染的主要来源的作用。综合应用这些卫生措施表明，采取全面的苗圃管理方法对于限制早期疾病的发生、减少对化学干预的依赖以及在多变气候条件下的增强作物抗性至关重要[30, 31]。田间农艺措施进一步减轻了疾病的影响。高床减少了积水（土壤传播病原体的主要风险因素），而有机覆盖物则稳定了土壤湿度和温度[32]。这些措施共同降低了疾病发生率并提高了作物的整体活力。此外，与非寄主作物进行轮作可以减少土壤中病原体的积累，提供了一种成本效益高且可持续的长期管理策略[33]。总体而言，结合抗性品种、苗圃卫生管理和气候智能型田间措施可以在多变的气候条件下有效减少Phytophthora疾病[34]。抗性品种、减少疾病严重程度的措施以及高床、有机覆盖物和轮作等田间措施进一步减轻了病原体压力[35]。通过将这些结果与特定的气候压力因素（如高温、降雨不规律和积水）联系起来，本研究提出了农民可以采用的实用且基于证据的策略，以建立更具抗性的蔬菜生产系统。实施这些综合方法将有助于限制疾病爆发[36]，提高作物生产力，并为适应Tanzania气候变化带来的挑战提供主动框架。

**结论与建议：** Phytophthora疾病对Tanzania的蔬菜生产构成了日益严重的威胁，这种情况因温度上升、降雨不规律和长期高湿度而加剧。我们的研究结果表明，特定的管理干预措施对疾病抑制和作物抗性具有显著效果。抗性作物品种降低了疾病严重程度，无病原体的苗圃系统减少了早期感染，而高床、有机覆盖物和轮作等田间措施进一步限制了土壤传播病原体的积累。总体而言，这些策略有效减少了疾病压力，并在多变的气候条件下保持了蔬菜的生产力。为了增强这些效果，有必要针对培育抗病原体和气候抗性品种的投资。推广生物安全的苗圃管理措施并加强推广服务，提供针对具体地区的综合疾病管理指导，将进一步提高管理效果。这些基于证据的干预措施为管理Phytophthora提供了实用框架，支持气候适应性强的蔬菜生产，并维持Tanzania农业系统的生产力。