花期冷積溫對油菜結莢結子的影響

李民華，易 永，黃安鳳，張 偉

（湖南懷化市農業氣象試驗站，湖南 懷化 418000）

油菜（Brassica napusL.）是中國南方種植面積最大的油料作物，對國家食用油安全供給具有重要意義［1，2］。開花期低溫或低溫陰雨是制約中國南方油菜產量的主要農業氣象災害之一，開展油菜花期低溫陰雨災害影響機理及災損評估研究，對油菜高產優質栽培與減災防災服務具有重要意義［3-5］。國內有關低溫陰雨對油菜結莢結子影響的研究成果，可概況為以下幾個方面：①影響因子。溫度是影響油菜開花結莢的關鍵因子，低于10℃［6］，油菜開花數顯著減少，5℃以下油菜開花基本停止或少量開花且受精率低，0℃以下低溫使花蕾或幼角受凍致死等［7-9］。還有研究認為，低溫陰雨對油菜結莢結子的影響，是溫度、日照、水分綜合作用的結果［9-11］；②影響機理。低溫陰雨主要對油菜花粉成熟、開花散粉、傳播花粉的昆蟲活動不利。結子率與受精時的溫度關系密切［12］，開花時低溫陰雨影響大于開花后［13-15］。也有研究認為，油菜結莢結子與開花及開花前后臨近幾天的天氣條件有關；③危害癥狀。油菜開花期遇低溫陰雨主要表現為開花數減少，無法受精。幼莢停止生長脫落或受精不良，子粒數減少、莢果變小，或花蕾不開放直接死亡脫落。但是，上述研究以定性描述為主，系統試驗觀測和定量評估較少。

湖南省油菜于3月前后開花，期間霜凍、低溫、低溫陰雨等不利天氣時有發生，為此，本研究通過掛牌標記，獲得不同類型天氣開花的油菜有效莢角數、單莢子粒數等資料，并引進冷積溫概念，綜合表達了低溫強度和低溫陰雨持續時間狀況［16，17］；采用相關和逐步回歸等數理統計方法，篩選影響油菜有效莢果率、莢子粒數的關鍵因子，建立其與油菜不同開花天氣類型的冷積溫關系模型。

1 材料與方法

1.1 開花日掛牌試驗

試驗在湖南省懷化市農業氣象試驗站基地（27°34′N，110°00′E，海拔257.8 m）開展。以湘雜油631為主試驗品種，采用育苗移栽栽培方式，施復合肥525～600 kg/hm2（N-P-K=15-15-15）、15～23 kg/hm2硼砂為基肥，抽苔期噴施硼肥1～2次，并于整個油菜生育期內做好開溝排水防漬害工作。參考油菜品種區域試驗品種考查項目統一調查記載標準（試行），定義低溫陰雨天氣為連續3 d以上，日平均氣溫≤10.0℃且降雨無日照的天氣；低溫天氣指連續3 d以上，日平均氣溫≤10.0℃非連續陰雨天氣過程；當低溫過程有霜凍（或降雪）天氣發生，記為霜凍天氣過程。油菜開花日掛牌標記主要針對低溫、霜凍、低溫陰雨等天氣過程進行，天氣過程開始發生時、結束時分別掛牌，災害天氣過程長時，增加掛牌次數，或采用隔日掛牌或油印標記［17，18］。掛牌標記選擇生長正常植株的主枝和最大一次分枝的中下部花，每次掛牌20個以上，牌線系于油菜已開花的花朵和未開花花蕾之間，成熟期取回掛牌室內考種。由于油菜花一般是前1 d或當天開始張開，張開后3～4 d謝花現出幼莢，對油菜有效莢果率、單莢子粒數的統計，多以持續4 d為一個時段，具體見表1。

表1 油菜開花掛牌時段

1.2 油菜結莢結子的考種與分析

參照農業農村部試行的《油菜品種區域試驗品種考查項目統一調查記載標準（試行）_20870》，定義油菜莢果內正常子粒數達1粒以上為有效莢果，計數油菜有效莢果數及總莢果數、每個有效莢果的子粒數，以正常天氣為對照，正常天氣條件下有效莢角率計為100%，統計有效莢果率（含有效、無子粒、已脫落莢果數）、單莢子粒數，計算公式如下。

1.3 危害積溫的統計

冷積溫計算公式如下。

式中，TC為冷積溫，T0為低溫臨界指標，設為10.0℃（南京農學院，1981），Ti為逐日平均溫度，當Ti＜10.0℃，計算冷積溫值；Ti≥10.0℃時，日冷積溫記為0，n為冷積溫統計時段日序值。

考慮油菜莢果率、子粒數主要受開花前后臨近時段5 d內的天氣影響，一般開花掛牌時段（D）為4 d，所以分別統計了掛牌開花時段（4 d）+時段始終日前后共延續0、1、3、5、7、9 d的冷積溫（表2），并分別計算了不同時段冷積溫與油菜有效莢果率、單莢子粒數的相關系數，以相關系數絕對值最大從各延伸天數中篩選出最佳冷積溫統計時段，以線性、指數、二次拋物線等方法，建立各延伸天數的最佳時段冷積溫與油菜有效莢果率、單莢子粒數關系模型；以模擬誤差絕對值最小為指標，篩選出最佳冷積溫模擬方程。基于冷積溫模型，以有效莢果率、單莢子粒數≤正常天氣的70%為受害指標，得到油菜冷積溫危害指標，并定義冷積溫受害強度指標為冷積溫危害指標值/冷積溫統計天數。

表2 油菜冷積溫計算始日、終日延伸方式 （單位：d）

2 結果與分析

2.1 油菜有效莢果率、單莢子粒數的變化及其天氣條件

不同時段油菜有效莢果率、單莢子粒數見圖1。從圖1可以看出，第29—36段油菜結莢結子受天氣影響較重。研究發現，2012年3月上旬日均氣溫為5.0℃左右且陰雨天氣，油菜開花日掛牌平均每10穗有3穗基本無結莢，如2012年3月5—8日的平均有效結莢率為正常天氣的40%、平均單莢子粒數8.5粒，較正常天氣減少61%；2014年2月18—20日，日均氣溫3.0℃，日最高氣溫5.0℃，油菜植株上有積雪覆蓋，平均每日每穗開1～2朵花，幼角受凍呈水浸狀，出現幼角死亡脫落現象，有效結莢率僅20%、單莢子粒數6.0粒；2014年3月上旬日均氣溫為8.0℃左右且陰雨天氣，有效結莢率為正常天氣的80%，小莢比重大；2017年3月13—19日有效莢果率70%左右，單莢子粒數11.5～12.5粒，較正常天氣減少46%左右。綜述這些時段，油菜開花所遇低溫陰雨持續時間長，均在7 d以上，或有3 d以上的霜凍天氣、累計霜凍時間達40 h以上，油菜有效莢果率為正常天氣的20%～77%（平均61%），單莢子粒數6.0～12.3粒，為正常天氣的27%～56%（平均47%）。

圖1中，其他油菜開花時段（第1—29段），油菜結莢結子正常或相對較輕的波動現象。其中，2011年3月15—18日、3月21—24日、4月3—5日出現3段低溫陰雨，只有第三段低溫陰莢相對明顯，由于是頂部花，不在本試驗分析范圍；前2段低溫陰雨時油菜有效莢果、單莢子粒數均為正常天氣90%左右。2013年3月1—4日和2016年3月9—12日為低溫有霜凍天氣，極端最低氣溫≥-0.5℃，有效莢果率為正常天氣的85%左右，單莢子粒數均為21粒左右，接近正常天氣。2018年3月17—20日、2019年3月1—4日、2020年2月28至3月2日均 為 低溫 陰 雨天氣，油菜有效莢果率在80%以上，單莢子粒數17.0～22.0粒，為正常天氣的75%以上。這些時段油菜開花所遇低溫或低溫陰雨持續時間較短，為3～5 d，或有1～2個霜凍日、日最低氣溫≥-0.5℃，其有效莢果率為正常天氣的80%～99%（平均93%），單莢子粒數為17.0～22.0粒，平均（20.1±1.6）粒，相當于正常天氣的91%。

圖1 油菜不同開花時段的有效結莢率和單莢子粒數

2.2 不同時段冷積溫對油菜結莢結子的影響

利用表1油菜開花時段的有效莢果率、單莢子粒數，與按表2時段統計的冷積溫分別進行相關系數計算（圖2），得到不同時段的冷積溫與油菜開花時段的有效莢果率、單莢子粒數相關系數為-0.757～-0.837、-0.853～-0.925，均達到極顯著水平。

從圖2可見，各延伸天數（0、1、3、5、7、9 d）的不同時段的冷積溫比較，分別以開花時段（D0）、開花時段始日至終日后1 d（D1）、開花時段始日前1 d至終日后2 d（D3）、開花時段始日前2 d至終日后3 d（D5）、開花時段始日前3 d至終日后4 d（D7）、開花時段始日前5 d至終日后4 d（D9）等6種時段的冷積溫與油菜有效莢果率、單莢子粒數的相關系數絕對值較大。

圖2 油菜有效莢果率、單莢子粒數與不同時段冷積溫的相關系數值

若比較利用線性、指數、二次拋物線等不同方法模擬上述相關系數較大的6個時段的冷積溫對有效莢果率、單莢子粒數的影響，發現以二次拋物線效果較好（表3）。按表3公式，以有效莢果率、單莢子粒數≤正常天氣的70%為受害指標時，開花時段D5受害冷積溫強度指標隨統計時段向外延長呈下降趨勢，在冷積溫統計時段延伸到開花時段始日前2 d至終日后3 d后之外時，冷積溫強度指標隨統計天數延長明顯上升，說明開花時段D5的冷積溫對油菜結莢結子作用明顯減弱，開花時段D5為低溫影響油菜結莢結子的關鍵期。

表3 冷積溫對油菜有效莢果率、單莢子粒數的影響

2.3 油菜有效莢果率、單莢子粒數的冷積溫模型與指標

根據上述結論，以開花時段始日前2 d至終日后3 d的冷積溫為關鍵因子，建立有效莢果率和單莢子粒數的二次拋物線模擬模型，按ye=y-yi計算模擬殘差，其中，y為有效莢果率（或單莢子粒數）實測值，yi為有效莢果率（或單莢子粒數）模擬值。結果發現低溫天氣模擬殘差以正值居多，無日照的低溫陰雨天氣模擬殘差以負值居多。為此，分低溫天氣和低溫陰雨天氣，分別建立有效莢果率、單莢子粒數與冷積溫的關系模型，得到純低溫天氣、低溫陰雨天氣下油菜有效莢果率、單莢子粒數冷積溫模型分別見圖3、圖4。

圖3 純低溫天氣下油菜有效莢果率、單莢子粒數冷積溫模型

圖4 低溫陰雨天氣下油菜有效莢果率、單莢子粒數冷積溫模型

以有效莢果率≤正常天氣的70%為受害指標時，低溫天氣、低溫陰雨天氣對應的冷積溫指標值分別為36.0、21.2℃。

以單莢子粒數≤正常天氣70%時（15.4粒）時，低溫天氣、低溫陰雨天氣對應冷積溫指標值分別為29.7、14.3℃。

3 討論

本試驗研究低溫、低溫連陰雨對油菜結莢結子的影響，發現持續3～5 d的低溫陰雨或僅單純性低溫天氣（包括個發性霜凍日天氣，日最低氣溫約為-0.5℃），對油菜結莢結子影響較輕，有效莢果率為正常天氣的80%～99%（平均93%），單莢子粒數為17.0～22.0粒，相當于正常天氣的77%～100%。隨著氣溫降低、低溫陰雨持續時間延長，對油菜結莢結子的影響加重，當持續7 d以上的低溫陰雨或3 d以上霜凍、累計霜凍時間達40 h以上時，油菜有效莢果率為正常天氣的20%～77%（平均61%），單莢子粒數為正常天氣的27%～56%（平均47%）。為此，引進了冷積溫概念，以綜合表達低溫強度和低溫持續時間狀況［16］，以連續4 d為開花時段單元，分析冷積溫對油菜結莢結子的影響可知，開花前2 d至后3 d（D5）為影響油菜結莢結子關鍵期。當有效莢果率為正常天氣70%時，單純性低溫天氣冷積溫≥36.0℃，低溫陰雨天氣冷積溫≥21.2℃。當單莢子粒數為正常天氣70%時，單純性低溫天氣冷積溫≥29.7℃，低溫陰雨天氣冷積溫≥14.3℃。單純性低溫較低溫陰雨天氣受害冷積溫指標相對較高的主要原因，可能是低溫天氣，一般白天天氣狀況較好，并可能有日照，對蜜蜂等花粉傳播昆蟲活動、油菜受精等生理活動影響較小有關；低溫陰雨天氣受低溫、無日照雙重不利影響，特別是長時間低溫陰雨對油菜胚株分化數量和質量不利，又造成授粉受精受阻及合子發育不良等，從而造成陰莢數增加、單莢子粒數減少加重［13］。

本試驗以低溫天氣、低溫陰雨天氣與正常天氣的比較值為參照，分析天氣條件對油菜結莢結子的影響，但對油菜產量的最終影響來說，還與時段內開花數有關。且試驗初步觀測發現某時段內開花數不僅受開花天氣時段制約，還與油菜花在花枝上的所處位置有一定關系。下一步可根據油菜開花的動態數的變化，結合天氣對油菜結莢結子的影響，設計油菜開花適宜天氣指數，建立開花天氣對油菜產量的綜合影響模型，開展相關業務服務。

4 小結

低溫對油菜結莢結子的影響與低溫強度、低溫持續時間、天氣類型有關。冷積溫可較好地表達低溫對油菜結莢結子的影響程度，有效莢果率或單莢子粒數分別達到正常天氣70%時，開花前2 d至后3 d單純低溫天氣冷積溫指標分別為≥36.0℃和≥29.7℃，無日照低溫陰雨天氣冷積溫指標分別為≥21.2℃和≥14.3℃。