高溫熱害對大豆農藝性狀和產量的影響及其灰色關聯度分析

韓昕君，傅豪，李志輝，姚小丹，高杉

（漯河市農業科學院，河南 漯河 462300）

大豆是一種優質植物蛋白食物，其蛋白質含量較谷類和薯類食物高2.5～8 倍，多吃大豆和豆制品有利于人體生長發育和健康。我國是大豆主要生產國，目前生產規模居世界第5 位[1]。由于近幾年短期極端高溫天氣普遍發生[2]，高溫成為導致大豆產量不穩的主要因素之一，給我國大豆安全生產帶來極大風險[3～5]。研究表明，夏大豆在生長中后期若遇高溫高濕（溫度＞32 ℃、相對濕度＞80%）天氣，常會導致花粉敗育，正常的授粉受精無法進行，結莢率降低[6，7]；與營養生長時期相比，大豆在開花結莢期對高溫脅迫更為敏感，更易受到高溫脅迫的影響[8]；不同時期高溫均對大豆品種產生不利影響，其中盛花期影響最大，而花期高溫對大豆生殖器官的傷害是可持續性的，會導致結莢數減少，大豆產量降低[9]。前人研究主要集中在熱害對大豆結莢和產量的影響，均未對熱害脅迫下大豆農藝性狀的變化情況進行分析。前人對熱害脅迫下大豆性狀指標的變化研究主要集中在結莢和產量方面，均未對其他主要農藝性狀進行綜合分析。

灰色關聯分析是灰色系統理論中十分活躍的一個分支，是一種多因素統計分析方法，其是以各因素的樣本數據為依據，采用灰色關聯度來描述因素間關系的強弱、大小和次序。將整理的均值化數據看作是由眾多因素共同影響和作用的結果，最后用較少的數據較直觀、準確地反映問題。目前該方法已廣泛應用于多種農作物產量性狀的關聯分析[10～12]。曹燕燕等[13]對拔節期低溫脅迫下小麥生理生化特性與產量的灰色關聯度進行了分析。

2019 年7 月中下旬河南省漯河市遇高溫天氣，大豆生產遭受嚴重影響[14，15]。本研究通過對2019 年與2020 年的試驗數據進行比較，從而直觀地了解高溫熱害對大豆生殖生長的影響；并利用灰色關聯度分析法研究了高溫熱害下大豆農藝性狀變化與產量變化的關系，尋找與產量性狀密切相關的生理指標。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為2019～2020 年漯河市農業科學院承擔的黃淮海聯合體（南片）試驗的8 個大豆品種，分別為淮豆16、商豆151、徐豆24、皖宿1019、鄭1440、中豆4901、中黃13 和周豆34。

2019 年和2020 年的氣象數據由漯河市氣象站提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 大豆試驗 試驗于2019 年和2020 年連續2 a在漯河市農業科學院試驗基地進行，前茬作物為小麥。試驗地地勢平坦，排灌便利，土壤類型為黏土，肥力中等偏上。采用隨機區組排列，3 次重復，6 行/區，行長6.25 m，行距0.4 m。大豆單株留苗，密度187 500 株/hm2，播種時預留預備苗。

大豆成熟后，每小區隨機選取10 株進行田間考種，測定株高、底莢高、主莖節數、有效分枝數、有效莢數、單株粒數、單株粒重和百粒重。收獲時，每小區均去掉邊行，實收中間4 行，小區計產面積10 m2，測定子粒產量。

1.2.2 灰色關聯度分析 按照灰色關聯性系統理論要求，將8 個大豆品種的農藝性狀作為1 個灰色系統，每個性狀均看作是灰色系統中的1 個因素。設產量性狀為參考數列G0，其他農藝性狀為比較數列Gi，其中株高為G1、底莢高度為G2、主莖節數為G3、有效分枝數為G4、有效莢數為G5、單株粒數為G6、單株粒重為G7、百粒重為G8，構成原始數據。由于各性狀原始數據單位不一致，不利于直接比較，在進行灰色關聯度分析時，需將各數據進行均值化處理。依據關聯度，判斷性狀與產量的影響程度。關聯度越大，該性狀對產量的影響越大；反之，亦然。

1.2.3 數據統計分析 利用Excel 97-2003 軟件進行大豆農藝性狀作圖分析，利用SPSS 17.0 軟件進行數據的方差分析，利用DPS 15.10 軟件進行大豆農藝性狀與產量的灰色關聯度分析。

2 結果與分析

2.1 2019 年與2020 年6～9 月溫度的比較

黃淮海南片夏大豆生育期為6 月中旬至10 月上旬，其中7 月中下旬是夏大豆開花結莢的高峰期，對溫度變化比較敏感。2019 年和2020 年連續2 a 的6～9 月氣溫總和均高于歷年平均值（表1），其中2020 年增高了3.3 ℃，屬于正常波動范圍。2020 年7 月中下旬溫度較歷年同期降低，平均溫度為25 ℃左右，有利于大豆開花結莢。

表1 漯河市2019 年與2020 年的6～9 月氣溫比較Table 1 Comparison of temperature between June and September in 2019 and 2020 in Luohe （℃）

2019 年除9 月中旬外，其他時間平均氣溫均較歷年出現了不同程度的升高，6～9 月氣溫合計較歷年增高13.3 ℃，達到歷史新高。2019 年7 月中旬、7 月下旬、8 月上旬、8 月中旬氣溫超過33 ℃的天氣分別為6、11、6 和7 d，此時正是大豆的開花期結莢期，氣溫遠遠高于開花結莢期要求的最適溫度（20～28 ℃），造成花粉敗育，大豆結實率下降[16]；且氣溫長時間維持在33 ℃以上，也會導致大豆花粉干癟、授粉受精不良，這與肖俊紅等[17]的研究結果一致。

2.2 高溫熱害對大豆產量及農藝性狀指標的影響

與氣溫正常年份相比，熱害脅迫下所有品種的株高均降低，除商豆151 和中豆4901 外，其他品種均降低顯著；底莢高除淮豆16 和中黃13 略有降低外，其他品種均升高，其中商豆151 和周豆34 升高顯著；主莖節數、有效莢數和單株粒數均減少，且大部分品種降低顯著；單株粒重除中豆4901 略有升高外，其他品種均降低，其中半數以上品種降低顯著；有效分枝數除商豆151 略有減少外，其他品種均增多，且大部分品種增加顯著；百粒重均提高，其中半數品種提高顯著；產量均降低，除鄭1440 和周豆34 外，其他品種均降低顯著（表2）。表明熱害脅迫對不同大豆品種的影響程度不同，熱害不敏感的品種受到的影響相對較小。考慮到近年來高溫天氣頻發，因此篩選抗高溫新品種也是大豆育種的重要目標。

表2 2019 年與2020 年大豆主要農藝性狀和產量的比較Table 2 Comparison of main agronomic traits and yield of soybean in 2019 and 2020

熱害脅迫后大豆有效分枝數多數品種增加顯著、百粒重均維持在較高水平，這可能與開花結莢期溫度過高導致植株癥青率升高[18]、開花結莢率降低有關。因為按照源—庫—流理論，“庫”即結莢數減少后，產量三要素的百粒重相應增加，而且，生殖生長受限，水肥主要作用于營養生長，因此大豆有效分枝數增多。受到熱害后，不同大豆品種在農藝性狀和產量上的響應不同，說明大豆對熱害存在一定的抗性，不同品種的抗熱性存在一定差異。

2.3 高溫熱害下大豆農藝性狀與產量的灰色關聯度分析

熱害脅迫后，大豆各農藝性狀指標值變幅與產量降幅的關聯度為0.617 8～0.731 1，指標值順序為株高＞有效莢數＞百粒重＞主莖節數＞單株粒數＞單株粒重＞有效分枝數＞底莢高，其中株高、有效莢數、百粒重和主莖節數與產量的關聯度達到0.72 以上，對大豆產量影響較大（表3）。因此，可以將株高、有效莢數、百粒重和主莖節數作為判斷是否受到熱害的重要指標。

表3 開花結莢期高溫熱害下大豆農藝性狀指標值變幅與產量降幅的關聯度Table 3 Correlation between variation of agronomic traits and yield decline of soybean under high temperature and heat damage during flowering and podding periods

3 結論與討論

大豆受到高溫脅迫后，從營養生長的株高到生殖生長的開花和結莢均會發生不同程度的變化，且熱害對大豆生殖生長的傷害是不可逆的。2019 年高溫條件下，大豆株高均下降，主莖節數、有效莢數和單株粒數均減少，單株粒重除中豆4901 外其他品種均降低，本研究中大豆單株粒數減少和粒重降低與盧城等[9]的研究結果基本一致。大豆開花結莢期受到熱害后開花結莢率低，按照源—庫—流理論是“庫”的減少，使得有效分枝數除商豆151 外其他品種均增多，百粒重較氣溫正常年份也相對增大。大豆受熱害后，隨著植株癥青率的增加，中后期單位面積有效株數減少，最終導致產量降低且大部分品種降低明顯。不同大豆品種在農藝性狀和產量上對熱害的反映不同，說明大豆對熱害存在一定抗性，且不同品種之間抗性存在一定差異，這與李志輝等[19]的研究結果基本一致。

對大豆受熱害后農藝性狀變化幅度與產量降幅進行灰色關聯度分析，結果表明，農藝性狀指標與產量的關聯度順序為株高＞有效莢數＞百粒重＞主莖節數＞單株粒數＞單株粒重＞有效分枝數＞底莢高，其中株高、有效莢數、百粒重和主莖節數與產量的關聯度均達到0.72 以上，對大豆產量影響較大，可以作為判斷大豆是否受到熱害的重要指標。在高溫熱害年份，可以通過采取合理的農藝措施來降低熱害對大豆植株農藝性狀的不利影響，如，及時噴灌水，以水調溫；合理追肥，增強植株抗性；加強病蟲害防治，促進植株健壯生長[15，20]。