花期冷积温对油菜结荚结子的影响

李民华，易 永，黄安凤，张 伟

（湖南怀化市农业气象试验站，湖南 怀化 418000）

油菜（Brassica napusL.）是中国南方种植面积最大的油料作物，对国家食用油安全供给具有重要意义［1，2］。开花期低温或低温阴雨是制约中国南方油菜产量的主要农业气象灾害之一，开展油菜花期低温阴雨灾害影响机理及灾损评估研究，对油菜高产优质栽培与减灾防灾服务具有重要意义［3-5］。国内有关低温阴雨对油菜结荚结子影响的研究成果，可概况为以下几个方面：①影响因子。温度是影响油菜开花结荚的关键因子，低于10℃［6］，油菜开花数显著减少，5℃以下油菜开花基本停止或少量开花且受精率低，0℃以下低温使花蕾或幼角受冻致死等［7-9］。还有研究认为，低温阴雨对油菜结荚结子的影响，是温度、日照、水分综合作用的结果［9-11］；②影响机理。低温阴雨主要对油菜花粉成熟、开花散粉、传播花粉的昆虫活动不利。结子率与受精时的温度关系密切［12］，开花时低温阴雨影响大于开花后［13-15］。也有研究认为，油菜结荚结子与开花及开花前后临近几天的天气条件有关；③危害症状。油菜开花期遇低温阴雨主要表现为开花数减少，无法受精。幼荚停止生长脱落或受精不良，子粒数减少、荚果变小，或花蕾不开放直接死亡脱落。但是，上述研究以定性描述为主，系统试验观测和定量评估较少。

湖南省油菜于3月前后开花，期间霜冻、低温、低温阴雨等不利天气时有发生，为此，本研究通过挂牌标记，获得不同类型天气开花的油菜有效荚角数、单荚子粒数等资料，并引进冷积温概念，综合表达了低温强度和低温阴雨持续时间状况［16，17］；采用相关和逐步回归等数理统计方法，筛选影响油菜有效荚果率、荚子粒数的关键因子，建立其与油菜不同开花天气类型的冷积温关系模型。

1 材料与方法

1.1 开花日挂牌试验

试验在湖南省怀化市农业气象试验站基地（27°34′N，110°00′E，海拔257.8 m）开展。以湘杂油631为主试验品种，采用育苗移栽栽培方式，施复合肥525～600 kg/hm2（N-P-K=15-15-15）、15～23 kg/hm2硼砂为基肥，抽苔期喷施硼肥1～2次，并于整个油菜生育期内做好开沟排水防渍害工作。参考油菜品种区域试验品种考查项目统一调查记载标准（试行），定义低温阴雨天气为连续3 d以上，日平均气温≤10.0℃且降雨无日照的天气；低温天气指连续3 d以上，日平均气温≤10.0℃非连续阴雨天气过程；当低温过程有霜冻（或降雪）天气发生，记为霜冻天气过程。油菜开花日挂牌标记主要针对低温、霜冻、低温阴雨等天气过程进行，天气过程开始发生时、结束时分别挂牌，灾害天气过程长时，增加挂牌次数，或采用隔日挂牌或油印标记［17，18］。挂牌标记选择生长正常植株的主枝和最大一次分枝的中下部花，每次挂牌20个以上，牌线系于油菜已开花的花朵和未开花花蕾之间，成熟期取回挂牌室内考种。由于油菜花一般是前1 d或当天开始张开，张开后3～4 d谢花现出幼荚，对油菜有效荚果率、单荚子粒数的统计，多以持续4 d为一个时段，具体见表1。

表1 油菜开花挂牌时段

1.2 油菜结荚结子的考种与分析

参照农业农村部试行的《油菜品种区域试验品种考查项目统一调查记载标准（试行）_20870》，定义油菜荚果内正常子粒数达1粒以上为有效荚果，计数油菜有效荚果数及总荚果数、每个有效荚果的子粒数，以正常天气为对照，正常天气条件下有效荚角率计为100%，统计有效荚果率（含有效、无子粒、已脱落荚果数）、单荚子粒数，计算公式如下。

1.3 危害积温的统计

冷积温计算公式如下。

式中，TC为冷积温，T0为低温临界指标，设为10.0℃（南京农学院，1981），Ti为逐日平均温度，当Ti＜10.0℃，计算冷积温值；Ti≥10.0℃时，日冷积温记为0，n为冷积温统计时段日序值。

考虑油菜荚果率、子粒数主要受开花前后临近时段5 d内的天气影响，一般开花挂牌时段（D）为4 d，所以分别统计了挂牌开花时段（4 d）+时段始终日前后共延续0、1、3、5、7、9 d的冷积温（表2），并分别计算了不同时段冷积温与油菜有效荚果率、单荚子粒数的相关系数，以相关系数绝对值最大从各延伸天数中筛选出最佳冷积温统计时段，以线性、指数、二次抛物线等方法，建立各延伸天数的最佳时段冷积温与油菜有效荚果率、单荚子粒数关系模型；以模拟误差绝对值最小为指标，筛选出最佳冷积温模拟方程。基于冷积温模型，以有效荚果率、单荚子粒数≤正常天气的70%为受害指标，得到油菜冷积温危害指标，并定义冷积温受害强度指标为冷积温危害指标值/冷积温统计天数。

表2 油菜冷积温计算始日、终日延伸方式 （单位：d）

2 结果与分析

2.1 油菜有效荚果率、单荚子粒数的变化及其天气条件

不同时段油菜有效荚果率、单荚子粒数见图1。从图1可以看出，第29—36段油菜结荚结子受天气影响较重。研究发现，2012年3月上旬日均气温为5.0℃左右且阴雨天气，油菜开花日挂牌平均每10穗有3穗基本无结荚，如2012年3月5—8日的平均有效结荚率为正常天气的40%、平均单荚子粒数8.5粒，较正常天气减少61%；2014年2月18—20日，日均气温3.0℃，日最高气温5.0℃，油菜植株上有积雪覆盖，平均每日每穗开1～2朵花，幼角受冻呈水浸状，出现幼角死亡脱落现象，有效结荚率仅20%、单荚子粒数6.0粒；2014年3月上旬日均气温为8.0℃左右且阴雨天气，有效结荚率为正常天气的80%，小荚比重大；2017年3月13—19日有效荚果率70%左右，单荚子粒数11.5～12.5粒，较正常天气减少46%左右。综述这些时段，油菜开花所遇低温阴雨持续时间长，均在7 d以上，或有3 d以上的霜冻天气、累计霜冻时间达40 h以上，油菜有效荚果率为正常天气的20%～77%（平均61%），单荚子粒数6.0～12.3粒，为正常天气的27%～56%（平均47%）。

图1中，其他油菜开花时段（第1—29段），油菜结荚结子正常或相对较轻的波动现象。其中，2011年3月15—18日、3月21—24日、4月3—5日出现3段低温阴雨，只有第三段低温阴荚相对明显，由于是顶部花，不在本试验分析范围；前2段低温阴雨时油菜有效荚果、单荚子粒数均为正常天气90%左右。2013年3月1—4日和2016年3月9—12日为低温有霜冻天气，极端最低气温≥-0.5℃，有效荚果率为正常天气的85%左右，单荚子粒数均为21粒左右，接近正常天气。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 为 低温 阴 雨天气，油菜有效荚果率在80%以上，单荚子粒数17.0～22.0粒，为正常天气的75%以上。这些时段油菜开花所遇低温或低温阴雨持续时间较短，为3～5 d，或有1～2个霜冻日、日最低气温≥-0.5℃，其有效荚果率为正常天气的80%～99%（平均93%），单荚子粒数为17.0～22.0粒，平均（20.1±1.6）粒，相当于正常天气的91%。

图1 油菜不同开花时段的有效结荚率和单荚子粒数

2.2 不同时段冷积温对油菜结荚结子的影响

利用表1油菜开花时段的有效荚果率、单荚子粒数，与按表2时段统计的冷积温分别进行相关系数计算（图2），得到不同时段的冷积温与油菜开花时段的有效荚果率、单荚子粒数相关系数为-0.757～-0.837、-0.853～-0.925，均达到极显著水平。

从图2可见，各延伸天数（0、1、3、5、7、9 d）的不同时段的冷积温比较，分别以开花时段（D0）、开花时段始日至终日后1 d（D1）、开花时段始日前1 d至终日后2 d（D3）、开花时段始日前2 d至终日后3 d（D5）、开花时段始日前3 d至终日后4 d（D7）、开花时段始日前5 d至终日后4 d（D9）等6种时段的冷积温与油菜有效荚果率、单荚子粒数的相关系数绝对值较大。

图2 油菜有效荚果率、单荚子粒数与不同时段冷积温的相关系数值

若比较利用线性、指数、二次抛物线等不同方法模拟上述相关系数较大的6个时段的冷积温对有效荚果率、单荚子粒数的影响，发现以二次抛物线效果较好（表3）。按表3公式，以有效荚果率、单荚子粒数≤正常天气的70%为受害指标时，开花时段D5受害冷积温强度指标随统计时段向外延长呈下降趋势，在冷积温统计时段延伸到开花时段始日前2 d至终日后3 d后之外时，冷积温强度指标随统计天数延长明显上升，说明开花时段D5的冷积温对油菜结荚结子作用明显减弱，开花时段D5为低温影响油菜结荚结子的关键期。

表3 冷积温对油菜有效荚果率、单荚子粒数的影响

2.3 油菜有效荚果率、单荚子粒数的冷积温模型与指标

根据上述结论，以开花时段始日前2 d至终日后3 d的冷积温为关键因子，建立有效荚果率和单荚子粒数的二次抛物线模拟模型，按ye=y-yi计算模拟残差，其中，y为有效荚果率（或单荚子粒数）实测值，yi为有效荚果率（或单荚子粒数）模拟值。结果发现低温天气模拟残差以正值居多，无日照的低温阴雨天气模拟残差以负值居多。为此，分低温天气和低温阴雨天气，分别建立有效荚果率、单荚子粒数与冷积温的关系模型，得到纯低温天气、低温阴雨天气下油菜有效荚果率、单荚子粒数冷积温模型分别见图3、图4。

图3 纯低温天气下油菜有效荚果率、单荚子粒数冷积温模型

图4 低温阴雨天气下油菜有效荚果率、单荚子粒数冷积温模型

以有效荚果率≤正常天气的70%为受害指标时，低温天气、低温阴雨天气对应的冷积温指标值分别为36.0、21.2℃。

以单荚子粒数≤正常天气70%时（15.4粒）时，低温天气、低温阴雨天气对应冷积温指标值分别为29.7、14.3℃。

3 讨论

本试验研究低温、低温连阴雨对油菜结荚结子的影响，发现持续3～5 d的低温阴雨或仅单纯性低温天气（包括个发性霜冻日天气，日最低气温约为-0.5℃），对油菜结荚结子影响较轻，有效荚果率为正常天气的80%～99%（平均93%），单荚子粒数为17.0～22.0粒，相当于正常天气的77%～100%。随着气温降低、低温阴雨持续时间延长，对油菜结荚结子的影响加重，当持续7 d以上的低温阴雨或3 d以上霜冻、累计霜冻时间达40 h以上时，油菜有效荚果率为正常天气的20%～77%（平均61%），单荚子粒数为正常天气的27%～56%（平均47%）。为此，引进了冷积温概念，以综合表达低温强度和低温持续时间状况［16］，以连续4 d为开花时段单元，分析冷积温对油菜结荚结子的影响可知，开花前2 d至后3 d（D5）为影响油菜结荚结子关键期。当有效荚果率为正常天气70%时，单纯性低温天气冷积温≥36.0℃，低温阴雨天气冷积温≥21.2℃。当单荚子粒数为正常天气70%时，单纯性低温天气冷积温≥29.7℃，低温阴雨天气冷积温≥14.3℃。单纯性低温较低温阴雨天气受害冷积温指标相对较高的主要原因，可能是低温天气，一般白天天气状况较好，并可能有日照，对蜜蜂等花粉传播昆虫活动、油菜受精等生理活动影响较小有关；低温阴雨天气受低温、无日照双重不利影响，特别是长时间低温阴雨对油菜胚株分化数量和质量不利，又造成授粉受精受阻及合子发育不良等，从而造成阴荚数增加、单荚子粒数减少加重［13］。

本试验以低温天气、低温阴雨天气与正常天气的比较值为参照，分析天气条件对油菜结荚结子的影响，但对油菜产量的最终影响来说，还与时段内开花数有关。且试验初步观测发现某时段内开花数不仅受开花天气时段制约，还与油菜花在花枝上的所处位置有一定关系。下一步可根据油菜开花的动态数的变化，结合天气对油菜结荚结子的影响，设计油菜开花适宜天气指数，建立开花天气对油菜产量的综合影响模型，开展相关业务服务。

4 小结

低温对油菜结荚结子的影响与低温强度、低温持续时间、天气类型有关。冷积温可较好地表达低温对油菜结荚结子的影响程度，有效荚果率或单荚子粒数分别达到正常天气70%时，开花前2 d至后3 d单纯低温天气冷积温指标分别为≥36.0℃和≥29.7℃，无日照低温阴雨天气冷积温指标分别为≥21.2℃和≥14.3℃。