李民華，易 永，黃安鳳，張 偉

（湖南懷化市農(nóng)業(yè)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(chǎn)量的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一，開展油菜花期低溫陰雨災(zāi)害影響機理及災(zāi)損評估研究，對油菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培與減災(zāi)防災(zāi)服務(wù)具有重要意義［3-5］。國內(nèi)有關(guān)低溫陰雨對油菜結(jié)莢結(jié)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(jié)莢的關(guān)鍵因子，低于10℃［6］，油菜開花數(shù)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(jié)莢結(jié)子的影響，是溫度、日照、水分綜合作用的結(jié)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(jié)子率與受精時的溫度關(guān)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(jié)莢結(jié)子與開花及開花前后臨近幾天的天氣條件有關(guān)；③危害癥狀。油菜開花期遇低溫陰雨主要表現(xiàn)為開花數(shù)減少，無法受精。幼莢停止生長脫落或受精不良，子粒數(shù)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(tǒng)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(fā)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(shù)、單莢子粒數(shù)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(xù)時間狀況［16，17］；采用相關(guān)和逐步回歸等數(shù)理統(tǒng)計方法，篩選影響油菜有效莢果率、莢子粒數(shù)的關(guān)鍵因子，建立其與油菜不同開花天氣類型的冷積溫關(guān)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(nóng)業(yè)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(fù)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(nèi)做好開溝排水防漬害工作。參考油菜品種區(qū)域試驗品種考查項目統(tǒng)一調(diào)查記載標準（試行），定義低溫陰雨天氣為連續(xù)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(xù)3 d以上，日平均氣溫≤10.0℃非連續(xù)陰雨天氣過程；當(dāng)?shù)蜏剡^程有霜凍（或降雪）天氣發(fā)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(fā)生時、結(jié)束時分別掛牌，災(zāi)害天氣過程長時，增加掛牌次數(shù)，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(nèi)考種。由于油菜花一般是前1 d或當(dāng)天開始張開，張開后3～4 d謝花現(xiàn)出幼莢，對油菜有效莢果率、單莢子粒數(shù)的統(tǒng)計，多以持續(xù)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(jié)莢結(jié)子的考種與分析

參照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部試行的《油菜品種區(qū)域試驗品種考查項目統(tǒng)一調(diào)查記載標準（試行）_20870》，定義油菜莢果內(nèi)正常子粒數(shù)達1粒以上為有效莢果，計數(shù)油菜有效莢果數(shù)及總莢果數(shù)、每個有效莢果的子粒數(shù)，以正常天氣為對照，正常天氣條件下有效莢角率計為100%，統(tǒng)計有效莢果率（含有效、無子粒、已脫落莢果數(shù)）、單莢子粒數(shù)，計算公式如下。

1.3 危害積溫的統(tǒng)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(shè)為10.0℃（南京農(nóng)學(xué)院，1981），Ti為逐日平均溫度，當(dāng)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(tǒng)計時段日序值。

考慮油菜莢果率、子粒數(shù)主要受開花前后臨近時段5 d內(nèi)的天氣影響，一般開花掛牌時段（D）為4 d，所以分別統(tǒng)計了掛牌開花時段（4 d）+時段始終日前后共延續(xù)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(shù)的相關(guān)系數(shù)，以相關(guān)系數(shù)絕對值最大從各延伸天數(shù)中篩選出最佳冷積溫統(tǒng)計時段，以線性、指數(shù)、二次拋物線等方法，建立各延伸天數(shù)的最佳時段冷積溫與油菜有效莢果率、單莢子粒數(shù)關(guān)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?；诶浞e溫模型，以有效莢果率、單莢子粒數(shù)≤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(tǒng)計天數(shù)。

表2 油菜冷積溫計算始日、終日延伸方式 （單位：d）

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜有效莢果率、單莢子粒數(shù)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(shù)見圖1。從圖1可以看出，第29—36段油菜結(jié)莢結(jié)子受天氣影響較重。研究發(fā)現(xiàn)，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(jié)莢，如2012年3月5—8日的平均有效結(jié)莢率為正常天氣的40%、平均單莢子粒數(shù)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(xiàn)幼角死亡脫落現(xiàn)象，有效結(jié)莢率僅20%、單莢子粒數(shù)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(jié)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(shù)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(xù)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(shù)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(jié)莢結(jié)子正常或相對較輕的波動現(xiàn)象。其中，2011年3月15—18日、3月21—24日、4月3—5日出現(xiàn)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(shù)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(shù)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(shù)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(xù)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(shù)為17.0～22.0粒，平均（20.1±1.6）粒，相當(dāng)于正常天氣的91%。

圖1 油菜不同開花時段的有效結(jié)莢率和單莢子粒數(shù)

2.2 不同時段冷積溫對油菜結(jié)莢結(jié)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(shù)，與按表2時段統(tǒng)計的冷積溫分別進行相關(guān)系數(shù)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(shù)相關(guān)系數(shù)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(shù)（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(shù)的相關(guān)系數(shù)絕對值較大。

圖2 油菜有效莢果率、單莢子粒數(shù)與不同時段冷積溫的相關(guān)系數(shù)值

若比較利用線性、指數(shù)、二次拋物線等不同方法模擬上述相關(guān)系數(shù)較大的6個時段的冷積溫對有效莢果率、單莢子粒數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)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(shù)≤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(tǒng)計時段向外延長呈下降趨勢，在冷積溫統(tǒng)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(tǒng)計天數(shù)延長明顯上升，說明開花時段D5的冷積溫對油菜結(jié)莢結(jié)子作用明顯減弱，開花時段D5為低溫影響油菜結(jié)莢結(jié)子的關(guān)鍵期。

表3 冷積溫對油菜有效莢果率、單莢子粒數(shù)的影響

2.3 油菜有效莢果率、單莢子粒數(shù)的冷積溫模型與指標

根據(jù)上述結(jié)論，以開花時段始日前2 d至終日后3 d的冷積溫為關(guān)鍵因子，建立有效莢果率和單莢子粒數(shù)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(shù)）實測值，yi為有效莢果率（或單莢子粒數(shù)）模擬值。結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(shù)與冷積溫的關(guān)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(shù)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(shù)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(shù)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(yīng)的冷積溫指標值分別為36.0、21.2℃。

以單莢子粒數(shù)≤正常天氣70%時（15.4粒）時，低溫天氣、低溫陰雨天氣對應(yīng)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(jié)莢結(jié)子的影響，發(fā)現(xiàn)持續(xù)3～5 d的低溫陰雨或僅單純性低溫天氣（包括個發(fā)性霜凍日天氣，日最低氣溫約為-0.5℃），對油菜結(jié)莢結(jié)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(shù)為17.0～22.0粒，相當(dāng)于正常天氣的77%～100%。隨著氣溫降低、低溫陰雨持續(xù)時間延長，對油菜結(jié)莢結(jié)子的影響加重，當(dāng)持續(xù)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(shù)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(xù)時間狀況［16］，以連續(xù)4 d為開花時段單元，分析冷積溫對油菜結(jié)莢結(jié)子的影響可知，開花前2 d至后3 d（D5）為影響油菜結(jié)莢結(jié)子關(guān)鍵期。當(dāng)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(dāng)單莢子粒數(shù)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(guān)；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(shù)量和質(zhì)量不利，又造成授粉受精受阻及合子發(fā)育不良等，從而造成陰莢數(shù)增加、單莢子粒數(shù)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(jié)莢結(jié)子的影響，但對油菜產(chǎn)量的最終影響來說，還與時段內(nèi)開花數(shù)有關(guān)。且試驗初步觀測發(fā)現(xiàn)某時段內(nèi)開花數(shù)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(guān)系。下一步可根據(jù)油菜開花的動態(tài)數(shù)的變化，結(jié)合天氣對油菜結(jié)莢結(jié)子的影響，設(shè)計油菜開花適宜天氣指數(shù)，建立開花天氣對油菜產(chǎn)量的綜合影響模型，開展相關(guān)業(yè)務(wù)服務(wù)。

4 小結(jié)

低溫對油菜結(jié)莢結(jié)子的影響與低溫強度、低溫持續(xù)時間、天氣類型有關(guān)。冷積溫可較好地表達低溫對油菜結(jié)莢結(jié)子的影響程度，有效莢果率或單莢子粒數(shù)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℃。