棉花障礙型冷害的人工模擬試驗研究

鄒　陳，楊明鳳，張　玲，朱惠芝，吉春容*

棉花障礙型冷害的人工模擬試驗研究

鄒陳1，2，楊明鳳2，張玲2，朱惠芝2，吉春容1，2*

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所；新疆維吾爾自治區樹木年輪生態重點實驗室；中國氣象局樹木年輪理化研究重點實驗室，新疆烏魯木齊830002；2.烏蘭烏蘇農業氣象試驗站，新疆石河子832000）

為了確定引起棉花障礙型冷害的主導氣象因子，達到及時預報、減輕損失的目的，2007—2008年在新疆石河子棉區烏蘭烏蘇農業氣象試驗站內，通過智能人工氣候箱對石河子主栽品種297-5實施低溫模擬試驗，研究不同范圍低溫（9~17.5℃和11.5~17.5℃），及低溫持續時間（2~4 d）對棉花生長的影響。結果表明：石河子棉區棉花在遭受不同強度低溫冷害后，其葉片、蕾和幼鈴都出現異常脫落現象，且其減少程度與冷害強度有關，相同最高溫度，最低溫度值越小，持續時間越長其減少率越高；棉花在遭受相同強度的低溫后，其蕾、鈴先于葉片出現異常脫落現象，并且減少率高于葉片15%~40%。但在一定強度范圍內，當環境溫度再次升高到滿足其生長條件后，仍然可以繼續穩定生長。

棉花；低溫模擬；障礙型冷害

鄒陳，楊明鳳，張玲，等.棉花障礙型冷害的人工模擬試驗研究[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（3）：89-94.

新疆是我國最大的產棉省區，其平均單產及總產居全國各省區第一位[1，2]。北疆的石河子綠洲棉區是新疆一個重要的優質商品棉生產基地，對北疆經濟和農業生產有著重大影響。近年來，雖然在全球氣候變暖的背景下，新疆氣候表現出明顯的變暖增濕趨勢[3，4]，但由于石河子棉區地處中緯度，是新疆棉花生產的北界，盛夏易受到北方冷空氣的影響[5]。據統計[6]，盛夏（7月10日—8月15日），天山北部棉花生長易受障礙型冷害的影響，1961—2003年盛夏，沿天山一帶棉區共出現12次持續2 d以上的低溫過程。一些研究[7，8]表明：對新疆棉花生產影響最大的農業氣象災害不是霜凍、風沙等災害，而是生長季低溫所引起的低溫冷害。2001年7月28日—8月1日北疆棉花正處于大量開花、結鈴時期出現的異常低溫連陰雨天氣，使石河子、沙灣等地棉花受害嚴重[9]。因此利用現代化技術科學地研究新疆夏季異常低溫對棉花生長的影響就顯得尤為重要。

國內已有學者[10]通過研究夏季異常低溫天氣發生時的氣象因子與棉花產量的關系，得出低溫對棉花產量的影響，也有學者[11-16]通過分析熱量條件與棉花產量及品質的關系，得到不同熱量條件對棉花產量及其纖維品質的影響，還有學者[17-19]通過分析棉花生長發育觀測資料與其所在棉區內氣象站逐旬氣象觀測資料的相關關系，從而對棉區內棉花生長期延遲型低溫冷害的氣象指標進行了初步探討，還有部分學者[20-21]從天氣學角度分析夏季新疆各棉區棉花障礙型冷害發生前后，其異常低溫天氣的發生成因。本文運用智能人工氣候箱人為控制溫、濕度及光強，模擬石河子棉區異常低溫天氣過程，研究引起石河子棉區棉花障礙型冷害的主導氣象因子對棉花生長的影響，旨在為進一步揭示棉花障礙型低溫冷害的發生機理以及為研究低溫冷害的溫度、濕度及光強指標提供理論依據。

2　材料與方法

2.1供試品種與處理

試驗于2007—2008年在石河子棉區烏蘭烏蘇農業氣象試驗站內（地處44°17＇N，85°49＇E，海拔高度468.2 m）進行，應用智能人工氣候箱（武漢產，HP1000GS型，內膽尺寸：620×1100×1450 mm3）人為控制溫度、濕度和光照強度。以當年石河子主栽品種297-5為供試品種，分5個播期進行分期播種。盆栽試驗花盆規格：上內徑28 cm，下內徑24 cm，深度27 cm），盆缽埋于氣象觀測場東北約30 m的試驗田內，當各播期供試樣品出現2~4個大鈴時，分批次放入智能人工氣候箱中，同一處理每次2盆（2年共8盆），進行不同范圍低溫9℃（日最低溫度，下同）~17.5℃（日最高溫度，下同）和11.5~17.5℃，通過預先設定的程序，把范圍溫度分為24個時段，以08時溫度為一天當中溫度最低值，以15時溫度為一天當中溫度最高值，來模擬一天當中溫度的日變化，溫度在整點時變化；并對樣品做2~4 d不同天數的處理。同時把光照強度分為4個等級，模擬一天當中的日夜變化：22—05時（夜間）光照強度為0 （0 lux），06—07時（凌晨）、19—21時（傍晚）光照強度為1（900 lux），08—10時（上午）、16—18時（下午）光照強度為2（1800 lux），11—15時（中午）光照強度為3（2800 lux）；相對濕度一直控制在85%。供試樣品在低溫處理完之后放回原處，試驗田內供試樣品不使用任何化學調控劑，其它栽培管理措施按高產棉田要求進行，每個處理留2~3個對照樣品。

2.2測定項目

當盆栽棉花樣品長出2~4個大鈴時，選同播期樣品4盆放入智能人工氣候箱中，放入前對供試盆栽棉花樣品進行掛牌觀測，記錄其幼齡數、大鈴數、蕾數、花和葉片數，取出后對上述項目再次進行測定，以后每隔2~4 d觀測、記錄一次，直到第17 d以后停止測定。

2.3減少率計算

為了精確地對比出不同低溫范圍溫度處理后和未做過低溫處理的棉花樣品間的差別，并消除后期某些棉花植株基數較小給計算結果帶來的偏差，采用公式

式中yi為第i次觀測后所計算出的觀測項目減少率，a為供試棉花樣品放入智能人工氣候箱前所測觀測項目的數量，bi為供試棉花樣品搬出智能人工氣候箱后第i次所測的觀測項目的數量。

3　結果與分析

3.1葉片減少率

棉花的花鈴期是對熱量需求最敏感的時期，也是棉花品質與產量形成的關鍵時期。通過人工氣候箱精細地模擬不同范圍溫度、濕度和光照等環境條件，觀測供試樣本對不同氣象條件的響應，不受偶然因素的影響，因而所得冷害指標較準確。

處理結果見圖1，經過相同最高溫度，不同最低溫度的受害范圍低溫、寡照、高濕處理不同天數之后，供試樣品的葉片隨時間有不同程度的異常脫落現象。在不同范圍低溫、持續時間相同的情況下，隨供試樣品搬出時間增加其葉片減少率呈上升趨勢，其葉片減少率：9~17.5℃處理>11.5~17.5℃處理>對照（處理天數相同），說明最高溫度相同，最低溫度越低葉片脫落率越大。經過相同范圍低溫、不同持續時間處理后，從各范圍低溫葉片減少率與對照的對比可以看出：經受低溫時間長其葉片減少率高，并且在兩種范圍低溫處理下的植株葉片減少率隨各處理時間增加，其葉片減少趨勢有較好的一致性，都呈上升趨勢，且其減少率：4 d>3 d>2 d（范圍低溫相同），說明相同受害范圍低溫，低溫持續時間越長葉片脫落率越大。但是從圖1可以看出：供試樣品的葉片數并不是在受害低溫處理完搬出氣候箱后立刻就有明顯的減少，大都是在搬出人工氣候箱后的第3~4 d葉片數較對照開始明顯減少，直至第14 d，處理14 d之后受害植株葉片減少速率下降，其葉片減少率趨向于平穩不再減少。這說明該品種棉花在此發育期進程內具有一定的抵抗低溫能力，在經受一定強度的異常低溫（未致整株死亡）后，棉花植株通過脫落部分葉片減少消耗來抵御低溫帶來的損害，當環境滿足其生長條件后，又能繼續生長，但受害植株對環境的響應速度有一定的滯后性，包括降溫和升溫。

3.2蕾鈴數減少率

處理結果見圖2，經過相同最高溫度，不同最低溫度的受害范圍低溫、寡照、高濕處理不同天數之后，供試樣品的蕾、鈴有不同程度的異常脫落現象。在不同的受害范圍低溫、持續時間相同的情況下，隨供試樣品搬出時間增加其總蕾鈴數減少率上升，總蕾鈴減少率：9~17.5℃處理>11.5~17.5℃處理>對照（低溫處理相同天數），說明最高溫度相同，最低溫度越低蕾鈴脫落越多。經過相同范圍低溫、不同持續時間處理后，從各范圍低溫總蕾鈴數減少率與對照的對比可以看出：經受低溫時間長其總蕾鈴減少率高，并且在兩種范圍低溫處理下植株總蕾鈴的減少率隨各處理時間增加，其總蕾鈴數的減少率都呈上升趨勢，且其減少率：4 d>3 d>2 d（范圍低溫相同），說明相同受害范圍低溫，低溫持續時間越長蕾鈴脫落率越多。并且從圖2可以看出：與對照的樣品相比，供試樣品的總蕾鈴數在受害低溫處理完搬出氣候箱后就明顯減少，除9~17.5℃處理4 d外，其他供試樣品總蕾鈴數持續減少至第14 d后受害植株總蕾鈴數減少速率下降，其總蕾鈴數減少率趨向于平穩，而9~17.5℃處理4 d的供試樣品總蕾鈴數減少率有持續增大的趨勢，說明該品種棉花在此發育期進程內雖然具有一定的抵抗低溫的能力，在經受一定強度的異常低溫（未致整株死亡）后，棉花植株通過脫落部分蕾鈴減少消耗來抵御低溫帶來的損害，當環境滿足其生長條件后，又能持續生長，然而當受害低溫持續時間較長，超出植株的抗低溫能力，會導致受害植株在處于滿足其生長的環境下仍然表現為受害，不再具有可逆性。

圖1　模擬試驗后葉片數減少率

3.3綜合影響比較

綜合分析圖1和圖2得出，經過不同受害范圍低溫和不同天數處理之后，供試棉花樣品的蕾、鈴先于葉片出現異常脫落現象。供試棉花樣品的總蕾鈴數在搬出氣候箱的1~3 d就出現明顯地異常脫落現象，而同一植株的葉片數是在搬出氣候箱的第3 d后才出現異常脫落現象。在經過不同范圍低溫和天數處理之后，供試棉花樣品的蕾、鈴受低溫冷害的影響程度遠大于葉片，供試棉花樣品其總蕾鈴數減少率達45%~95%，而葉片數減少率僅20%~65%。

圖2　模擬試驗后總蕾鈴數減少率

4　結論

本研究結果表明，棉花在遭受不同強度低溫冷害后，其葉片、蕾和幼鈴都出現異常脫落現象，且其減少程度與冷害強度有關，相同的日最高溫（17.5℃），日最低溫度值越小（9℃），持續時間越長（4 d）其減少率高；棉花在遭受相同強度的低溫后，其蕾、鈴先于葉片出現異常脫落現象，并且數量的減少率也高于葉片（15%~40%），但在一定強度范圍內，當環境溫度恢復至滿足其生長條件后，棉珠仍可以繼續穩定生長。這與文獻[22-23]的研究相同最低溫度、不同最高溫度處理不同時間得出的結果一致，但文獻 [23]得出較低的溫度致受害棉株葉片持續減少，本研究發現相同范圍的低溫，持續時間達4 d或以上時，也能導致受害棉株蕾鈴數持續減少，沒有減緩或停止的趨勢，失去抗逆性。

本文結果分析是從兩年試驗結果中得出的，試驗點較單一。由于棉花的耐冷性有品種間的差異，中36品種在范圍溫度達11.5~22.5℃處理2 d以上就表現為持續受害[23]，而297-5品種抗冷性表現優于中36，在范圍溫度達9~17.5℃處理4 d時才表現為持續受害。而且各地品種更新換代速度較快，所以沒有給出明確的障礙型冷害指標。障礙型冷害指標問題還有待進一步的研究和完善。

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Experiments and Studies of Simulating Low Temperatures about Sterile-type Cool Injury of Cotton in Shihezi

ZOU Chen1，2，YANG Mingfeng2，ZHANG Ling2，ZHU Huizhi2，JI Chunrong1，2
（1.Institute of Desert Meteorology,China Meteorological Administration，Urumqi 830002，China；2.Wulanwusu Agro-meteorological Experimental Station，Shihezi 832000，China）

In order to determine the main meteorological factors for sterile-type cool injury of cotton,to achieve the goal of timely forecasting the disaster and making use of suitable and effective measures of its prevention.The simulating experiment of low temperature,applying intelligent artificially climate box,was carried out during 2007-2008 in Wulanwusu Agro-meteorological Experiment Station in Shihezi of Xinjiang.The responses of cotton low temperature and duration of the low temperature were studied using intelligent artificial climate box,and the temperature conditions were controlled artificially.The results showed that:the cotton leaves,buds and bells felled off abnormally after suffering from chilling damage.Moreover,decrease in the number of the cotton leaves,buds and bells was related to increase of chilling damage intensity,and with the same maximum temperature,the lower the minimum temperature was,the longer the duration of low temperature was,the higher reduction ratio was.With the same chilling damage intensity,the responses of buds and bells were more sensitive than the leaves,and the extent of injure was more serious than the leaves.But injury could not be completely.The cotton may have certain vitality and will restore at a certain range.

cotton；low temperature simulate experiments；sterile-type cool injury

S426

B

1002-0799（2016）03-0089-06

10.3969/j.issn.1002-0799.2016.03.014

2015-01-15；

2015-06-16

公益性行業（氣象）科研專項（GYHY（QX）201506001）；國家自然基金（41375122）；公益性行業 （氣象） 科研專項（GYHY201106025）。

鄒陳（1979-），男，副研究員，主要從事農業氣象研究。E-mail：zoucheng@idm.cn

吉春容（1983-），女，副研究員，主要從事農業氣象研究。E-mail：jcr83@163.com