季節性降溫對小麥產量的影響及應對措施研究

陸俊梅

（云南省石屏縣寶秀鎮農業綜合服務中心，云南 紅河州 662203）

0 引言

主糧是一個國家經濟發展的基石，若一個國家無法保證穩定的糧食供給，那么其國民經濟發展將面臨巨大的危機［1］。各種極端天氣中的大幅度季節性降溫會對主糧產量帶來顯著負面影響［2］。弄清季節性降溫特別是常見的春季季節性降溫的發生規律及影響對于提高小麥產量、保障小麥生產的穩定性具有重要意義。王瑞霞等［3］通過一系列的田間試驗，研究了黃淮麥區季節性降溫對小麥的產量性狀、光合生理指標、葉片細胞結構等的影響。試驗結果顯示，不同低溫處理對小麥單株穗數影響明顯，而且單株穗粒數和單株產量隨低溫處理時間的推遲呈現顯著的降低趨勢，以孕穗期低溫處理小麥產量的降低幅度最大。劉月蘭等［4］分析了不同小麥品種在季節性低溫環境中的抗寒性能，結果表明，將小麥品種的播種期延遲到10月28日以后，小麥的抗寒性能有明顯提升，但小麥的籽粒產量會有顯著下降。

前人雖然就季節性降溫對小麥產量的影響開展了一些研究，但是提出具有較高可行性且執行成本較低的有效應對措施的研究還較少［5］。鑒于此，筆者創新性地利用融合了人工智能技術的控溫系統環境，開展了模擬春季季節性降溫干預小麥生長的試驗，并提出了一些有利于降低這些影響的應對措施。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 春季季節性降溫對小麥產量影響驗證試驗的材料 供試小麥品種為揚麥23和徐麥35。試驗在國內某農業大學附屬農業試驗室的盆缽試驗種植場開展，試驗土壤為輕壤土［6-7］。試驗土壤的速效鉀、速效磷、速效氮、有機質含量分別為97.88 mg/kg、38.26 mg/kg、51.94 mg/kg、14.87 g/kg。小麥種植方式為盆栽，盆底面直徑、上口直徑、盆高分別為20、28、28 cm，在盆底設有排水孔6個［8］。每個種植盆裝土14 kg，氮、磷、鉀肥分別選用純氮、五氧化二磷、氧化鉀，施用量分別為330、130、130 kg/hm2；在施肥時，施加基礎尿素（0.85 g/盆）和復合肥（含有純氮15%、五氧化二磷15%、氧化鉀15%）3.5 g/盆。每盆播種小麥14粒；在4葉期定苗，每盆保留長勢大致相同的麥苗10株，然后每盆覆蓋1.2 kg大約1.5 cm厚的土壤［9-10］。在4葉期追施壯蘗肥，每盆添加尿素0.35 g、復合肥3.40 g。播種日期為試驗當年的11月5日［11］。將生長有小麥的盆缽放置在試驗種植場中；在試驗種植場里安裝有智能控溫系統，該系統能進行模擬春季降溫現象的溫度調整，控溫誤差為±0.5 ℃［12-13］。

1.1.2 春季季節性降溫下噴灑抗倒酯對小麥產量影響驗證試驗的材料 試驗在加拿大某研究中心開展，應用智能氣溫控制系統模擬春季季節性降溫環境的變化［14］。供試小麥品種為加拿大春季小麥AC Carberry（下文簡稱ACC）；使用盆栽模式種植小麥，盆缽的底面直徑、上口直徑、盆高分別為21、22、22 cm；盆缽裝填的土壤為混合土，其中包含有機質、表層土和砂礫；向每個盆缽中統一裝填3 kg土體，并在拔節期施用氮肥6 g/盆［15-16］。每盆播種小麥10粒；在4葉期定苗，每盆僅保留長勢大體一致的4株小麥［17］。在小麥3.5葉期噴灑植物生長調節劑抗倒酯0.90 L/hm2。除低溫干預時期外，在其他時期盆缽的環境溫度為白天（7：00～19：00）22 ℃，夜晚（19：00～7：00）16 ℃；大氣相對濕度固定為70%。

1.1.3 春季季節性降溫下施氮肥對小麥產量影響驗證試驗的材料 試驗在國內某農業大學附屬農業試驗室的盆缽試驗種植場開展，供試小麥品種為揚麥23；采用盆栽模式種植小麥。試驗土壤類型及其基礎養分含量、施肥種類及其施用量、盆缽尺寸、播種、定苗、智能控溫等均與1.1.1節中的一致。

1.2 試驗方法

1.2.1 春季季節性降溫對小麥產量影響的驗證試驗方法 根據春季季節性降溫時小麥的生長狀態，選擇揚麥23與徐麥35的倒2葉露尖期、打苞期、開花期作為試驗期。先讓盆缽中的小麥在自然環境中生長，當小麥生長到倒2葉露尖期時，進行白天（6：00～18：00）4 ℃恒溫、夜晚（18：00～6：00）-4 ℃恒溫的模擬降溫處理，降溫干預持續2 d，期間盆缽中土壤水分含量保持在田間持水量的65%～75%之間；完成降溫干預后將盆栽小麥轉移回自然環境中，讓其生長至成熟。打苞期、開花期的模擬降溫處理與倒2葉露尖期的類似，只是設置的白天/夜晚的干預恒溫有所不同，打苞期設置為7/-2 ℃，開花期設置為10/2 ℃。以生長全過程不經過低溫處理的小麥作為對照。

1.2.2 春季季節性降溫下噴灑抗倒酯對小麥產量影響的驗證試驗方法 在小麥倒2葉露尖期，選出長勢大體一致且噴灑（或未噴灑）過植物生長調節劑抗倒酯的盆栽小麥進行模擬春季季節性降溫處理，白天恒溫9 ℃，晚上恒溫2 ℃，處理持續2 d。打苞期與開花期盆栽小麥的模擬降溫處理與倒2葉露尖期的類似，只是設置的白天/夜晚的干預恒溫有所不同，打苞期設置為13/3 ℃，開花期設置為16/6 ℃。以生長全過程不經過低溫處理的小麥作為對照。各組小麥在完成降溫干預處理后均轉移至自然條件下，直至其生長成熟。

1.2.3 春季季節性降溫下施氮肥對小麥產量影響的驗證試驗方法 施氮肥的方式分為2種：預防性施加氮肥與補救式施加氮肥。在預防性施加氮肥試驗中，先對拔節期小麥分別進行主莖、分蘗掛牌，然后在倒3葉期施加氮肥，在施加氮肥后的第2天對小麥樣本進行白天恒溫6 ℃、晚上恒溫-4 ℃的干預處理，持續處理2 d；在干預處理結束后將小麥移至自然環境下生長。在補救式施加氮肥試驗中，先進行上述相同方式的掛牌和降溫干預處理，在降溫干預處理結束后再對小麥施加氮肥。以只進行降溫干預處理、不施加氮肥的小麥作為對照。

1.3 相關指標的測定

每項試驗均需測量小麥的產量相關指標。在小麥成熟期的同一天，選擇抽穗與長勢大體一致的5盆小麥，統計每盆小麥的千粒重（按照含水率13.5%計算）、穗數、每穗粒數，以及每穗小麥的退化與結實小穗數量，小麥產量以盆為單位進行計算。在植物生長調節劑干預試驗中，還要在開花期選取麥穗中部的花藥，在顯微鏡下測量統計花粉萌發率，將花粉管伸長長度大于花粉粒半徑的花粉評定其處于萌發狀態。

1.4 數據統計分析

應用SPSS 23.0、Excel 2019軟件對試驗數據進行統計分析，對計量、計數類型數據分別進行F、卡方差異顯著性檢驗，“*”表示處理間的F檢驗輸出P值小于0.05或者2個指標相關顯著。

2 結果與分析

2.1 春季降溫對小麥產量的影響

如表1所示，在各生長期模擬春季降溫處理后，2個小麥品種的產量較對照均明顯下降。具體來說，在倒2葉露尖期、打苞期、開花期經過2 d的模擬降溫處理后，揚麥23的每盆產量較對照分別變化了-40.50%、-35.75%、-36.19%，徐麥35較對照分別變化了-42.20%、-34.30%、-31.41%。

表1 模擬春季季節性降溫對2個小麥品種產量的影響

對供試小麥品種揚麥23的穗粒數、千粒重、穗數與產量的關系進行通徑分析，結果如表2所示，揚麥23的穗數、穗粒數、千粒重與產量均存在顯著的正相關關系。徐麥35的通徑分析結果與揚麥23大體一致，此處不再贅述。

表2 揚麥23穗粒數、千粒重、穗數與產量關系的通徑分析結果

2.2 植物生長調節劑對春季降溫下小麥產量的影響

由表3可知：與未經過春季模擬降溫處理的對照對比，在倒2葉露尖期、打苞期、開花期進行模擬降溫處理后，小麥的產量均有明顯的下降，分別下降了16.29%、13.72%、7.11%；但經過噴灑植物生長調節劑抗倒酯處理后3個低溫處理組小麥的單盆產量均有所上升，比未噴灑抗倒酯的相應低溫處理分別增產1.49%、7.71%、5.86%。

表3 噴灑植物生長調節劑對春季降溫模擬試驗小麥產量的影響

對經過噴灑抗倒酯處理的試驗小麥品種ACC的穗粒數、千粒重、穗數與產量的關系進行通徑分析，結果（表4）顯示：ACC的穗數、穗粒數、千粒重與產量均存在顯著的正相關關系；從直接作用的角度來看，經過抗倒酯處理后，各降溫組小麥的穗粒數是影響產量的最主要因素，其次是千粒重。

表4 噴灑抗倒酯與模擬春季降溫下ACC的穗粒數、千粒重、穗數與產量關系的通徑分析結果

2.3 植物生長調節劑對春季季節性降溫下小麥花粉萌發率的影響

如圖1所示，在小麥倒2葉露尖期、打苞期、開花期進行降溫干預增加了小麥的花粉未萌發率和花粉萌發率，以倒2葉露尖期的降溫干預對花粉活性的影響最明顯。但噴灑抗倒酯后，在倒2葉露尖期、打苞期、開花期受降溫干預小麥的花粉萌發率顯著增加，未萌發率顯著下降，同時破碎率也有一定程度的增加，其中花粉萌發率分別為12.25%、14.73%、17.12%，比未噴灑抗倒酯的對應試驗組分別增加了1.32、3.18、0.32個百分點。

圖1 噴灑抗倒酯與春季降溫干預對小麥開花期花粉 萌發率的影響

2.4 施氮肥對春季季節性降溫下小麥產量的影響

從表5可以看出：低溫干預明顯降低了試驗小麥品種揚麥23的主莖產量和原有效分蘗產量；在主莖部位采用預防方式和補救方式施加氮肥，主莖產量較對照分別降低了15.73%、22.24%；在原有效分蘗部位采用預防方式和補救方式施加氮肥，原有效分蘗產量較對照分別降低了16.96%、21.39%。可見在降溫前施加氮肥或者在降溫后采用補救方式施加氮肥均可以降低春季季節性降溫對小麥產量的不利影響，且以提前施加氮肥的減災效果更好，但要依靠天氣預報進行降溫的預判。

對表5中揚麥23的穗粒數、千粒重、穗數與產量的關系進行通徑分析，結果見表6。在施加氮肥下，揚麥23的穗數、穗粒數、千粒重與小麥產量均存在顯著的正相關關系，且穗粒數對小麥產量的影響最大，千粒重次之；但是三要素對小麥產量的影響程度差異較小，而且不管是預防性施加氮肥還是補救式施加氮肥均不能完全抵消春季季節性降溫造成的小麥產量下降。

表5 施加氮肥對春季降溫模擬試驗小麥產量的影響

表6 施加氮肥與模擬春季降溫下小麥穗粒數、千粒重、穗數與產量關系的通徑分析結果

3 討論

3.1 春季降溫影響小麥產量的機理分析

近年來，全球氣候變化劇烈，各種極端氣候事件頻發，春季“倒春寒”式的季節性大幅度降溫現象出現得越來越頻繁，這種出現在春、冬季節的低溫災害會對小麥的生長和產量帶來負面影響。本研究的結果表明，在倒2葉露尖期、打苞期、開花期接受降溫干預處理后，小麥品種揚麥23和徐麥35的產量比未接受降溫干預的對照下降了31.41%～42.20%，而且降溫干預的時間越早，小麥產量的下降率越高，這是因為小麥幼穗對低溫的耐受能力更弱，低溫極易引起幼穗退化或損傷［18］。本研究的通徑分析結果顯示，倒2葉露尖期、打苞期、開花期小麥受到低溫干預后，穗數和每穗粒數下降是引起小麥產量下降的主要原因。春季降溫影響小麥產量的機理在于，小麥產量的95%以上依賴光合作用，而低溫環境會直接影響小麥的光合作用器官與結構，導致其葉片中的光合作用相關生物酶活性下降，從而降低光合作用的速率，減少淀粉的合成量。李炳軍等［19］發現低溫會降低植物的干物質積累速度，這也從側面支撐了上述機理分析。此外，在倒2葉露尖期、打苞期、開花期進行低溫干預還會降低小麥花粉的萌發率和破損率，從而間接降低小麥的產量。

3.2 春季降溫下小麥產量下降的應對措施

本試驗結果顯示，在拔節期噴灑植物生長調節劑抗倒酯后，低溫干預處理組小麥的產量比未噴灑抗倒酯的相應低溫處理增加了1.49%～7.71%。但馬泉等［20］認為噴灑植物生長調節劑對農作物產量的影響并不顯著，這可能與其噴灑時期不合適有關。本研究進一步的通徑分析結果顯示，噴灑抗倒酯主要是通過抑制小麥穗數和單穗粒數下降幅度的方式來緩解低溫影響的。此外，在倒2葉露尖期、打苞期、開花期接受模擬春季降溫干預的小麥，在被噴灑抗倒酯后，其花粉萌發率會上升0.32～3.18個百分點，說明噴灑抗倒酯能起到提高小麥授粉效率的作用，從而可以減少低溫對小麥產量的不利影響。

本研究還發現，與補救式施加氮肥處理相比，預防式施加氮肥處理能更好地保護小麥的產量。這是因為預防式施加氮肥會給小麥植株帶來應激效應，使其主莖和根的活力增強，在季節性降溫來襲之前吸收更多的養分，從而增強自身的抗凍能力。

綜上所述，春季季節性降溫會導致小麥的產量明顯下降，而在小麥拔節期噴灑抗倒酯或者采用預防與補救方式施加氮肥均能在一定程度上緩解季節性降溫帶來的小麥減產，且在3種應對措施中效果最好的是在降溫前施加氮肥。由于受條件限制，本研究未能對聯合采用植物生長調節劑與施加氮肥措施的效果進行驗證，這有待于今后進一步研究。