气候变化加剧我国战略资源作物棉花“癌症”黄萎病的流行风险

 中国科学院张天一和欧阳芳合作连发2篇国际Top期刊文章：

从实验室到区域农田，揭示气候变化加剧“棉花癌症”黄萎病流行风险机制，

抬升棉花产业应对成本，为全球主产棉区拉响预警。

   棉花是世界上最主要的天然纤维作物和油料作物，也是我国重要的战略资源作物，具有极高的经济价值和社会价值。目前，我国棉花生产正处在一个关键时期，内部面临着气候变化这一“放大器”所加剧的病虫害和生产不稳定性等生物与非生物胁迫；外部面临着国际贸易战带来的市场不确定性和供应链重塑的挑战。

  近20多年来，由于转基因Bt抗虫棉花的广泛种植应用，我国目前大部分地区基本解决了棉花重大害虫如棉铃虫的危害。相比较而言，棉花病害特别是黄萎病，近年来上升为棉花生产的主要危害之一。导致黄萎病的大丽轮枝菌是土传病菌，在土壤中形成微菌核抵抗不良环境的能力非常强，可存活十几年之久，至今生产上尚无有效杀菌剂。因此，黄萎病一直被认为是棉花的“癌症”。由大丽轮枝菌引致的黄萎病，自1935年传入我国，曾多次全国性爆发，导致棉花减产10%～30%，严重棉田减产80%以上，甚至绝收。目前，我国大部分的棉花种植区面临黄萎病害威胁，每年棉花黄萎病发生面积超过千万亩，造成的直接和间接经济损失累计超100亿元。

  为此，中国科学院大气物理研究所张天一研究员与中国科学院动物研究所欧阳芳团队，联合新疆农垦科学院、中国科学院新疆生态与地理研究所、中国农科院棉花研究所、新疆气象局及澳大利亚联邦科学与工业研究组织等中外学者，聚焦国家战略经济作物——棉花，针对其“癌症”之称的毁灭性病害黄萎病，在Top专业期刊《Pest Management Science》上连续发表两项重要研究成果。

  这一系列研究成果通过构建从实验室到野外田间的气候-病害-产量损失评估模型，预测预警了我国重要经济作物“棉花癌症”黄萎病发生流行和产量损失，系统揭示了温度与湿度耦合效应共同驱动我国重要棉花种植区黄萎病发生流行和产量损失的量化机制，为应对全球气候变化和国际贸易战下我国战略作物病虫害的全国区域性风险预警评估与绿色生态防控提供科学依据和重要技术方法。

第一项研究：温度驱动的棉花黄萎病：从实验室到区域尺度气候情景的Beta模型风险评估  

  本研究针对中国新疆棉花生产中的关键病害——黄萎病，构建了基于温度的、可从实验室推广至区域尺度的风险评估模型，通过室内控制实验，结合新疆棉田调查与监测数据，明确了温度是驱动棉花病害流行的关键因子及其最适阈值。结果显示：25–28.5^oC为最适温度，相对湿度高于82%显著促发流行（图1）。实现了从实验室机理模型到区域田间应用的有效衔接，为植物病害风险评估提供了新方法；并成功将实验室控制的温度阈值模型应用于区域尺度的风险预测（图2）。

图1. 棉花产量的黄萎病脆弱性对温度和湿度的响应

图2. 气候变暖导致的潜在疾病风险变化的模型预测趋势。

第二项研究 温度和湿度对气候变化背景下棉花抗枯萎病产量脆弱性的耦合效应

  基于第一项研究的气候与病害关系机制，研究团队进一步构建了从实验室到野外农田的和以逐日温湿数据为驱动的气候-病害-产量损失评估模型，可准确模拟黄萎病对我国重要棉区产量的潜在影响（图3）。模型预测显示，若不采取防控措施，未来气候情景下我国新疆棉区黄萎病脆弱性指数每增加10%，导致的产量损失率可达8.5–18.4%，其中升温是首要推手（图4）。潜在损失扩大将进一步抬升我国重要棉区的棉花产业应对成本。

图3. 中国新疆地区各县域在 SSP1-2.6 和 SSP5-8.5 情景的气温和相对湿度变化趋势。

图4. 在气候变化情景下预测的棉花因黄萎病造成的产量损失。

 该研究得到国家自然基金面上项目（32171914）和国家重点研发计划（2024YFF0808402）等项目支持。

论文信息：

1. Zhang, T.*, Zheng, B., Xie, Z., Zhang, T., Feng, H., Zhou, J., Ouyang, F.*.  Temperature-driven cotton verticillium wilt: a beta model for risk assessment from laboratory insights to climate scenarios. Pest Management Science. 81, 1571–1578. https://doi.org/10.1002/ps.8560

2. Zhang, T.*, Zheng, B., Xie, Z., Wang, X., Zhang, T.,. Feng, H., Zhou, J., Ouyang, F.*. Joint impact of temperature and humidity impacts on cotton yield vulnerability to Verticillium wilt disease under climate change. Pest Management Science. https://doi.org/10.1002/ps.70409