陸俊梅

（云南省石屏縣寶秀鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，云南 紅河州 662203）

0 引言

主糧是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，若一個(gè)國(guó)家無(wú)法保證穩(wěn)定的糧食供給，那么其國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展將面臨巨大的危機(jī)［1］。各種極端天氣中的大幅度季節(jié)性降溫會(huì)對(duì)主糧產(chǎn)量帶來(lái)顯著負(fù)面影響［2］。弄清季節(jié)性降溫特別是常見(jiàn)的春季季節(jié)性降溫的發(fā)生規(guī)律及影響對(duì)于提高小麥產(chǎn)量、保障小麥生產(chǎn)的穩(wěn)定性具有重要意義。王瑞霞等［3］通過(guò)一系列的田間試驗(yàn)，研究了黃淮麥區(qū)季節(jié)性降溫對(duì)小麥的產(chǎn)量性狀、光合生理指標(biāo)、葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)等的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，不同低溫處理對(duì)小麥單株穗數(shù)影響明顯，而且單株穗粒數(shù)和單株產(chǎn)量隨低溫處理時(shí)間的推遲呈現(xiàn)顯著的降低趨勢(shì)，以孕穗期低溫處理小麥產(chǎn)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(jié)性低溫環(huán)境中的抗寒性能，結(jié)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(chǎn)量會(huì)有顯著下降。

前人雖然就季節(jié)性降溫對(duì)小麥產(chǎn)量的影響開(kāi)展了一些研究，但是提出具有較高可行性且執(zhí)行成本較低的有效應(yīng)對(duì)措施的研究還較少［5］。鑒于此，筆者創(chuàng)新性地利用融合了人工智能技術(shù)的控溫系統(tǒng)環(huán)境，開(kāi)展了模擬春季季節(jié)性降溫干預(yù)小麥生長(zhǎng)的試驗(yàn)，并提出了一些有利于降低這些影響的應(yīng)對(duì)措施。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 春季季節(jié)性降溫對(duì)小麥產(chǎn)量影響驗(yàn)證試驗(yàn)的材料 供試小麥品種為揚(yáng)麥23和徐麥35。試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)某農(nóng)業(yè)大學(xué)附屬農(nóng)業(yè)試驗(yàn)室的盆缽試驗(yàn)種植場(chǎng)開(kāi)展，試驗(yàn)土壤為輕壤土［6-7］。試驗(yàn)土壤的速效鉀、速效磷、速效氮、有機(jī)質(zhì)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(shè)有排水孔6個(gè)［8］。每個(gè)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(shí)，施加基礎(chǔ)尿素（0.85 g/盆）和復(fù)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(zhǎng)勢(shì)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(fù)合肥3.40 g。播種日期為試驗(yàn)當(dāng)年的11月5日［11］。將生長(zhǎng)有小麥的盆缽放置在試驗(yàn)種植場(chǎng)中；在試驗(yàn)種植場(chǎng)里安裝有智能控溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)能進(jìn)行模擬春季降溫現(xiàn)象的溫度調(diào)整，控溫誤差為±0.5 ℃［12-13］。

1.1.2 春季季節(jié)性降溫下噴灑抗倒酯對(duì)小麥產(chǎn)量影響驗(yàn)證試驗(yàn)的材料 試驗(yàn)在加拿大某研究中心開(kāi)展，應(yīng)用智能氣溫控制系統(tǒng)模擬春季季節(jié)性降溫環(huán)境的變化［14］。供試小麥品種為加拿大春季小麥AC Carberry（下文簡(jiǎn)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(jī)質(zhì)、表層土和砂礫；向每個(gè)盆缽中統(tǒng)一裝填3 kg土體，并在拔節(jié)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(zhǎng)勢(shì)大體一致的4株小麥［17］。在小麥3.5葉期噴灑植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑抗倒酯0.90 L/hm2。除低溫干預(yù)時(shí)期外，在其他時(shí)期盆缽的環(huán)境溫度為白天（7：00～19：00）22 ℃，夜晚（19：00～7：00）16 ℃；大氣相對(duì)濕度固定為70%。

1.1.3 春季季節(jié)性降溫下施氮肥對(duì)小麥產(chǎn)量影響驗(yàn)證試驗(yàn)的材料 試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)某農(nóng)業(yè)大學(xué)附屬農(nóng)業(yè)試驗(yàn)室的盆缽試驗(yàn)種植場(chǎng)開(kāi)展，供試小麥品種為揚(yáng)麥23；采用盆栽模式種植小麥。試驗(yàn)土壤類型及其基礎(chǔ)養(yǎng)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(jié)中的一致。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 春季季節(jié)性降溫對(duì)小麥產(chǎn)量影響的驗(yàn)證試驗(yàn)方法 根據(jù)春季季節(jié)性降溫時(shí)小麥的生長(zhǎng)狀態(tài)，選擇揚(yáng)麥23與徐麥35的倒2葉露尖期、打苞期、開(kāi)花期作為試驗(yàn)期。先讓盆缽中的小麥在自然環(huán)境中生長(zhǎng)，當(dāng)小麥生長(zhǎng)到倒2葉露尖期時(shí)，進(jìn)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(yù)持續(xù)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(yù)后將盆栽小麥轉(zhuǎn)移回自然環(huán)境中，讓其生長(zhǎng)至成熟。打苞期、開(kāi)花期的模擬降溫處理與倒2葉露尖期的類似，只是設(shè)置的白天/夜晚的干預(yù)恒溫有所不同，打苞期設(shè)置為7/-2 ℃，開(kāi)花期設(shè)置為10/2 ℃。以生長(zhǎng)全過(guò)程不經(jīng)過(guò)低溫處理的小麥作為對(duì)照。

1.2.2 春季季節(jié)性降溫下噴灑抗倒酯對(duì)小麥產(chǎn)量影響的驗(yàn)證試驗(yàn)方法 在小麥倒2葉露尖期，選出長(zhǎng)勢(shì)大體一致且噴灑（或未噴灑）過(guò)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑抗倒酯的盆栽小麥進(jìn)行模擬春季季節(jié)性降溫處理，白天恒溫9 ℃，晚上恒溫2 ℃，處理持續(xù)2 d。打苞期與開(kāi)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(shè)置的白天/夜晚的干預(yù)恒溫有所不同，打苞期設(shè)置為13/3 ℃，開(kāi)花期設(shè)置為16/6 ℃。以生長(zhǎng)全過(guò)程不經(jīng)過(guò)低溫處理的小麥作為對(duì)照。各組小麥在完成降溫干預(yù)處理后均轉(zhuǎn)移至自然條件下，直至其生長(zhǎng)成熟。

1.2.3 春季季節(jié)性降溫下施氮肥對(duì)小麥產(chǎn)量影響的驗(yàn)證試驗(yàn)方法 施氮肥的方式分為2種：預(yù)防性施加氮肥與補(bǔ)救式施加氮肥。在預(yù)防性施加氮肥試驗(yàn)中，先對(duì)拔節(jié)期小麥分別進(jìn)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(duì)小麥樣本進(jìn)行白天恒溫6 ℃、晚上恒溫-4 ℃的干預(yù)處理，持續(xù)處理2 d；在干預(yù)處理結(jié)束后將小麥移至自然環(huán)境下生長(zhǎng)。在補(bǔ)救式施加氮肥試驗(yàn)中，先進(jìn)行上述相同方式的掛牌和降溫干預(yù)處理，在降溫干預(yù)處理結(jié)束后再對(duì)小麥?zhǔn)┘拥?。以只進(jìn)行降溫干預(yù)處理、不施加氮肥的小麥作為對(duì)照。

1.3 相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

每項(xiàng)試驗(yàn)均需測(cè)量小麥的產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)。在小麥成熟期的同一天，選擇抽穗與長(zhǎng)勢(shì)大體一致的5盆小麥，統(tǒng)計(jì)每盆小麥的千粒重（按照含水率13.5%計(jì)算）、穗數(shù)、每穗粒數(shù)，以及每穗小麥的退化與結(jié)實(shí)小穗數(shù)量，小麥產(chǎn)量以盆為單位進(jìn)行計(jì)算。在植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑干預(yù)試驗(yàn)中，還要在開(kāi)花期選取麥穗中部的花藥，在顯微鏡下測(cè)量統(tǒng)計(jì)花粉萌發(fā)率，將花粉管伸長(zhǎng)長(zhǎng)度大于花粉粒半徑的花粉評(píng)定其處于萌發(fā)狀態(tài)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用SPSS 23.0、Excel 2019軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)計(jì)量、計(jì)數(shù)類型數(shù)據(jù)分別進(jìn)行F、卡方差異顯著性檢驗(yàn)，“*”表示處理間的F檢驗(yàn)輸出P值小于0.05或者2個(gè)指標(biāo)相關(guān)顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 春季降溫對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

如表1所示，在各生長(zhǎng)期模擬春季降溫處理后，2個(gè)小麥品種的產(chǎn)量較對(duì)照均明顯下降。具體來(lái)說(shuō)，在倒2葉露尖期、打苞期、開(kāi)花期經(jīng)過(guò)2 d的模擬降溫處理后，揚(yáng)麥23的每盆產(chǎn)量較對(duì)照分別變化了-40.50%、-35.75%、-36.19%，徐麥35較對(duì)照分別變化了-42.20%、-34.30%、-31.41%。

表1 模擬春季季節(jié)性降溫對(duì)2個(gè)小麥品種產(chǎn)量的影響

對(duì)供試小麥品種揚(yáng)麥23的穗粒數(shù)、千粒重、穗數(shù)與產(chǎn)量的關(guān)系進(jìn)行通徑分析，結(jié)果如表2所示，揚(yáng)麥23的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重與產(chǎn)量均存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。徐麥35的通徑分析結(jié)果與揚(yáng)麥23大體一致，此處不再贅述。

表2 揚(yáng)麥23穗粒數(shù)、千粒重、穗數(shù)與產(chǎn)量關(guān)系的通徑分析結(jié)果

2.2 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)春季降溫下小麥產(chǎn)量的影響

由表3可知：與未經(jīng)過(guò)春季模擬降溫處理的對(duì)照對(duì)比，在倒2葉露尖期、打苞期、開(kāi)花期進(jìn)行模擬降溫處理后，小麥的產(chǎn)量均有明顯的下降，分別下降了16.29%、13.72%、7.11%；但經(jīng)過(guò)噴灑植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑抗倒酯處理后3個(gè)低溫處理組小麥的單盆產(chǎn)量均有所上升，比未噴灑抗倒酯的相應(yīng)低溫處理分別增產(chǎn)1.49%、7.71%、5.86%。

表3 噴灑植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)春季降溫模擬試驗(yàn)小麥產(chǎn)量的影響

對(duì)經(jīng)過(guò)噴灑抗倒酯處理的試驗(yàn)小麥品種ACC的穗粒數(shù)、千粒重、穗數(shù)與產(chǎn)量的關(guān)系進(jìn)行通徑分析，結(jié)果（表4）顯示：ACC的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重與產(chǎn)量均存在顯著的正相關(guān)關(guān)系；從直接作用的角度來(lái)看，經(jīng)過(guò)抗倒酯處理后，各降溫組小麥的穗粒數(shù)是影響產(chǎn)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(shù)、千粒重、穗數(shù)與產(chǎn)量關(guān)系的通徑分析結(jié)果

2.3 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)春季季節(jié)性降溫下小麥花粉萌發(fā)率的影響

如圖1所示，在小麥倒2葉露尖期、打苞期、開(kāi)花期進(jìn)行降溫干預(yù)增加了小麥的花粉未萌發(fā)率和花粉萌發(fā)率，以倒2葉露尖期的降溫干預(yù)對(duì)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(kāi)花期受降溫干預(yù)小麥的花粉萌發(fā)率顯著增加，未萌發(fā)率顯著下降，同時(shí)破碎率也有一定程度的增加，其中花粉萌發(fā)率分別為12.25%、14.73%、17.12%，比未噴灑抗倒酯的對(duì)應(yīng)試驗(yàn)組分別增加了1.32、3.18、0.32個(gè)百分點(diǎn)。

圖1 噴灑抗倒酯與春季降溫干預(yù)對(duì)小麥開(kāi)花期花粉 萌發(fā)率的影響

2.4 施氮肥對(duì)春季季節(jié)性降溫下小麥產(chǎn)量的影響

從表5可以看出：低溫干預(yù)明顯降低了試驗(yàn)小麥品種揚(yáng)麥23的主莖產(chǎn)量和原有效分蘗產(chǎn)量；在主莖部位采用預(yù)防方式和補(bǔ)救方式施加氮肥，主莖產(chǎn)量較對(duì)照分別降低了15.73%、22.24%；在原有效分蘗部位采用預(yù)防方式和補(bǔ)救方式施加氮肥，原有效分蘗產(chǎn)量較對(duì)照分別降低了16.96%、21.39%?？梢?jiàn)在降溫前施加氮肥或者在降溫后采用補(bǔ)救方式施加氮肥均可以降低春季季節(jié)性降溫對(duì)小麥產(chǎn)量的不利影響，且以提前施加氮肥的減災(zāi)效果更好，但要依靠天氣預(yù)報(bào)進(jìn)行降溫的預(yù)判。

對(duì)表5中揚(yáng)麥23的穗粒數(shù)、千粒重、穗數(shù)與產(chǎn)量的關(guān)系進(jìn)行通徑分析，結(jié)果見(jiàn)表6。在施加氮肥下，揚(yáng)麥23的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重與小麥產(chǎn)量均存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，且穗粒數(shù)對(duì)小麥產(chǎn)量的影響最大，千粒重次之；但是三要素對(duì)小麥產(chǎn)量的影響程度差異較小，而且不管是預(yù)防性施加氮肥還是補(bǔ)救式施加氮肥均不能完全抵消春季季節(jié)性降溫造成的小麥產(chǎn)量下降。

表5 施加氮肥對(duì)春季降溫模擬試驗(yàn)小麥產(chǎn)量的影響

表6 施加氮肥與模擬春季降溫下小麥穗粒數(shù)、千粒重、穗數(shù)與產(chǎn)量關(guān)系的通徑分析結(jié)果

3 討論

3.1 春季降溫影響小麥產(chǎn)量的機(jī)理分析

近年來(lái)，全球氣候變化劇烈，各種極端氣候事件頻發(fā)，春季“倒春寒”式的季節(jié)性大幅度降溫現(xiàn)象出現(xiàn)得越來(lái)越頻繁，這種出現(xiàn)在春、冬季節(jié)的低溫災(zāi)害會(huì)對(duì)小麥的生長(zhǎng)和產(chǎn)量帶來(lái)負(fù)面影響。本研究的結(jié)果表明，在倒2葉露尖期、打苞期、開(kāi)花期接受降溫干預(yù)處理后，小麥品種揚(yáng)麥23和徐麥35的產(chǎn)量比未接受降溫干預(yù)的對(duì)照下降了31.41%～42.20%，而且降溫干預(yù)的時(shí)間越早，小麥產(chǎn)量的下降率越高，這是因?yàn)樾←溣姿雽?duì)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(jié)果顯示，倒2葉露尖期、打苞期、開(kāi)花期小麥?zhǔn)艿降蜏馗深A(yù)后，穗數(shù)和每穗粒數(shù)下降是引起小麥產(chǎn)量下降的主要原因。春季降溫影響小麥產(chǎn)量的機(jī)理在于，小麥產(chǎn)量的95%以上依賴光合作用，而低溫環(huán)境會(huì)直接影響小麥的光合作用器官與結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其葉片中的光合作用相關(guān)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(fā)現(xiàn)低溫會(huì)降低植物的干物質(zhì)積累速度，這也從側(cè)面支撐了上述機(jī)理分析。此外，在倒2葉露尖期、打苞期、開(kāi)花期進(jìn)行低溫干預(yù)還會(huì)降低小麥花粉的萌發(fā)率和破損率，從而間接降低小麥的產(chǎn)量。

3.2 春季降溫下小麥產(chǎn)量下降的應(yīng)對(duì)措施

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，在拔節(jié)期噴灑植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑抗倒酯后，低溫干預(yù)處理組小麥的產(chǎn)量比未噴灑抗倒酯的相應(yīng)低溫處理增加了1.49%～7.71%。但馬泉等［20］認(rèn)為噴灑植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響并不顯著，這可能與其噴灑時(shí)期不合適有關(guān)。本研究進(jìn)一步的通徑分析結(jié)果顯示，噴灑抗倒酯主要是通過(guò)抑制小麥穗數(shù)和單穗粒數(shù)下降幅度的方式來(lái)緩解低溫影響的。此外，在倒2葉露尖期、打苞期、開(kāi)花期接受模擬春季降溫干預(yù)的小麥，在被噴灑抗倒酯后，其花粉萌發(fā)率會(huì)上升0.32～3.18個(gè)百分點(diǎn)，說(shuō)明噴灑抗倒酯能起到提高小麥?zhǔn)诜坌实淖饔?，從而可以減少低溫對(duì)小麥產(chǎn)量的不利影響。

本研究還發(fā)現(xiàn)，與補(bǔ)救式施加氮肥處理相比，預(yù)防式施加氮肥處理能更好地保護(hù)小麥的產(chǎn)量。這是因?yàn)轭A(yù)防式施加氮肥會(huì)給小麥植株帶來(lái)應(yīng)激效應(yīng)，使其主莖和根的活力增強(qiáng)，在季節(jié)性降溫來(lái)襲之前吸收更多的養(yǎng)分，從而增強(qiáng)自身的抗凍能力。

綜上所述，春季季節(jié)性降溫會(huì)導(dǎo)致小麥的產(chǎn)量明顯下降，而在小麥拔節(jié)期噴灑抗倒酯或者采用預(yù)防與補(bǔ)救方式施加氮肥均能在一定程度上緩解季節(jié)性降溫帶來(lái)的小麥減產(chǎn)，且在3種應(yīng)對(duì)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(duì)聯(lián)合采用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑與施加氮肥措施的效果進(jìn)行驗(yàn)證，這有待于今后進(jìn)一步研究。