大豆低温冷害研究进展及防控技术

盖志佳 刘婧琦 蔡丽君 杜佳兴 谷维 张敬涛 吴俊江

摘要：黑龙江省是中国大豆主产区。近年来，低温冷害频发且无法预测，不利于大豆稳产，严重限制了大豆产量的提高和大豆产业持续稳定发展。本研究介绍了大豆冷害研究进展，从合理轮作、耐低温品种选择、种子精选与处理、适期播种、合理中耕、平衡施肥以及适时化控等方面详细介绍了大豆冷害防控的具体措施与方法，旨在为大豆稳产及抗低温冷害提供技术支撑。

关键词：大豆；萌发期；苗期；低温；冷害；防控；栽培措施

中图分类号：S-1文献标志码：A论文编号：cjas20191000248

基金项目：黑龙江省“头雁”团队“作物栽培技术创新研究团队”；黑龙江省博士后基金（LBH-Z18268）；黑龙江省现代农业产业技术协同创新推广体系项目大豆高产栽培岗位；国家大豆产业技术体系佳木斯综合试验站。

Cold Damage to Soybean and Its Prevention and Control Measures： Research Progress

Gai Zhijia1，2， Liu Jingqi2， Cai Lijun2， Du Jiaxing2， Gu Wei3， Zhang Jingtao1，2， Wu Junjiang4

（1Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences Postdoctoral Programme， Harbin 150086， Heilongjiang， China； 2Jiamusi Branch， Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Jiamusi 154007， Heilongjiang， China； 3Crop Protection Institute of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Harbin 150086， Heilongjiang， China； 4Soybean Research Institute of Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences， Key Laboratory of Soybean Cultivation， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Harbin 150086， Heilongjiang， China）

Abstract： Heilongjiang Province is the main soybean production area in China. In recent years， low temperature damage has frequently occurred and could not be predicted， which is not conducive to the stable production of soybean and severely restrict the sustainable development of soybean industry. This paper introduces the research progress of cold damage on soybean production and measures of preventing and controlling the damage， including reasonable rotation， variety selection， seed selection and processing， suitable date of planting， reasonable cultivation， balanced fertilization and proper chemical regulation and control. The objective of the study is to provide technical support for stable soybean production and prevention and control of cold damage.

Keywords： Soybean； Germination Stage； Seedling Stage； Low Temperature； Cold Damage； Prevention and Control； Cultivation Measures

0引言

大豆是人類优质蛋白、畜牧业饲料蛋白以及食用油的重要来源，为人类提供约44%的蛋白质和27%的食用油。1995年以后，随着对大豆的刚性消费需求快速增加，中国由大豆净进口国变为净出口国。据海关总署最新统计，仅2017年就进口大豆约9554万t，已跃居世界最大的大豆进口国。进口主要来源国为阿根廷、美国和巴西，分别约占中国进口总量的7%、34%和53%，国产大豆需求对外国依存度高达87%，已严重威胁中国肉禽蛋奶和粮油等食品安全。为此，提高中国大豆生产力关系到国计民生和国家农业持续发展，是国家重大战略需求。在提高黑龙江省大豆生产力的栽培措施中，应对解决低温冷害问题是关键之一。

黑龙江省冷害主要发生地区包括三江平原北部、黑河地区以及伊春地区，北安市北部区域是大豆冷害发生的严重区域。气候是大豆冷害的发生的重要外因，晚熟高产品种越区种植，土壤肥力下降，少施或不施有机肥减，磷肥施用量不够，播后出苗晚，苗小苗弱以及田间管理粗放等因素会导致大豆抵御低温能力下降，如果遇到低温冷害天气则会导致大豆产质量严重下降[1]。前人在耐低温大豆品种筛选、种子包衣、喷施外源化控剂等方面进行了低温冷害的防控技术研究，但多数是单一低温冷害防控技术的研究，且近几年关于大豆低温冷害的研究较少。农民种豆时关于低温冷害的防控意识不强，且近几年低温冷害频发不利于大豆产业持续发展。特别是2019年黑龙江省连续低温寡照对大豆生长不利，百粒重明显降低，生育期延长，部分地区出现大豆非正常成熟现象。笔者阐述了大豆低温冷害研究进展，并提出了一套防控措施，旨在为黑龙江大豆抗寒应变措施和大豆稳产、高产提供技术支撑和理论依据，对充分发挥黑龙江省大豆在国家大豆产业发展及国际战略中的重要作用具有重大意义。

1大豆低温冷害研究进展

1.1冷害概念与类型

0℃以上的低温对作物的不利影响与危害称之为冷害。冷害会导致植株代谢失调以及细胞膜结构破坏。冷害按照大豆减产原因可分为3种类型，包括生育不良冷害、障碍冷害和延迟冷害，黑龙江省的冷害主要是延迟冷害和苗期生育不良冷害这2种类型[1]。

1.2大豆生长与温度的关系

大豆属于喜温耐冷凉作物。不同品种的最低和最适宜温度不尽相同，通常最低发芽温度范围为6～8℃，最适发芽温度范围为25～30℃范围。一般情况下出苗延迟率随着温度的降低而增加，温度越低，播种至出苗的时间越长[2]。大豆幼苗期的冷害指标是13～15℃，这一时期低温主要是影响幼苗叶片伸长率[3]。大豆开花结荚期是大豆生理上的冷害关键时期，这一时期冷害的指标为17℃[1]。大豆花荚期温度越低，低温持续时间越长，大豆产量降低越严重[3]。

1.3大豆低温冷害的研究进展

作为中国大豆主产区的黑龙江省属于大陆性季风气候，低温冷害等极端天气经常发生。黑龙江的气候为大陆性季风气候，春秋两季气温变化较大，容易发生冷害。黑龙江省冷害类型多为苗期不良型冷害和延迟型冷害。关于大豆低温冷害的研究，前人主要集中在大豆萌发期[4-6]。

大豆耐低溫萌发是一个复杂过程[7-8]，其萌发低温冷害研究前人已做了大量工作[9-11]。研究表明，植物受低温等逆境胁迫时，细胞内氧代谢平衡失调，产生活性氧引发或加剧膜脂过氧化作用，造成细胞膜系统损伤。植物对活性氧胁迫的抗性与活性氧的清除能力密切相关，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）等是植物体内主要的活性氧清除剂，三者协调一致可使活性氧维持在正常水平上，从而防止伤害，因此它们被称为保护酶系统[12]。宋剑陶等[13]对大豆抗冷性生理生化指标进行筛选，指出抗冷性越强的品种SOD酶活性越高，MDA含量越低，且低温导致MDA含量的增加幅度也越小。郝晶等[14]指出耐冷大豆品种在萌发期间的SOD、POD、CAT活性对低温反应灵敏，低温处理后SOD、POD、CAT活性较高或较稳定。张大伟[15]研究指出，通过研究低温胁迫对大豆萌发期电导率、丙二醛、脯氨酸和可溶性糖等生理指标的影响，从12个大豆品种中筛选出‘绥农14’、‘垦丰7号’、‘合丰25’和‘垦农18’等6个耐低温性强的大豆品种。脯氨酸含量是评价品种耐低温能力的重要指标之一，耐低温能力越强的品种，脯氨酸积累的越多[16-18]。许多研究表明，大豆萌发期施用化控剂可提高大豆种子抗低温能力[19-22]。研究发现，浓度为100～200μmol/L的褪黑素可显著提高低温条件下大豆种子的萌发能力及抗低温能力[19]。也有研究表明[23]，高压静电场预处理大豆种子可明显提高大豆种子的抗低温能力。

关于大豆苗期低温冷害研究较少，主要在苗期低温分子生物学[24-25]、野生大豆低温研究[26-27]、低温胁迫下大豆幼苗生长发育[28-30]等方面取得一定进展。大豆苗期的冷害指标为13～15℃，大豆幼苗对低温的反应，主要是叶片伸长率的影响，生长16～17天的大豆幼苗受到10℃处理7天后，转入25℃条件下，发现叶片伸长率，净二氧化碳吸收率和气孔导度在处理期间降低[1]。胡俊杰等[31]研究了低温胁迫对菜用苗期叶片形态生理指标的影响，发现低温胁迫会对降低菜用大豆幼苗生物量，提高保护酶活性。田鑫等[32]研究认为，大豆苗期抗氧化酶活性、光合速率及光响应曲线能够判断耐低温种质，相对电导率、丙二醛含量能够判断不耐低温大豆种质。

在大豆花期对低温反应方面的研究甚少[33-35]。多数研究表明，花期低温冷害会降低大豆结荚数，进而不利于大豆产量形成。王萍等[34]研究发现，花期低温冷害导致大豆二、三粒荚数减少是大豆单株籽粒产量降低的主要原因。王萍等[35]认为，不同品种对花期低温的反应不同，大豆花期连续低温对大豆结荚和籽粒形成影响较大。

一般低温年也就是大豆的低产年，一般减产18.2%～34.8%[1]。减产的主要原因是大豆生育期间积温不足，特别是6月气温低导致营养生长期生理活性减弱，而影响苗期正常发育，推迟了分枝、开花、成熟等发育阶段[36]。研究表明，6月份平均气温每增减1℃，大豆公顷产量增减112.5～150.0 kg[31]。

2大豆低温冷害防控措施

大豆低温冷害的防控原则是预防为主，防控结合，精细管理，综合防控，通过合理轮作、选择抗低温大豆品种、种子精选与包衣处理、适期播种、平衡施肥、合理中耕、适时化控[37-40]等农业技术措施，培育大豆壮苗，促进其生长发育，进而增强大豆抗低温冷害能力。

2.1合理轮作

大豆忌重茬和迎茬，重茬和迎茬不利于培育大豆壮苗以及正常生长发育，特别是长期重茬严重影响大豆产量及品质[41]。一般适宜的上茬作物为玉米、小麦、高粱和烤烟等。

2.2抗低温品种选择

根据大豆对低温冷害的适应性，一般将栽培大豆分为3种类型，分别是敏感型、中间型和耐冷型[42]。选择耐低温大豆品种可有效提高大豆抗低温冷害能力[43]。通常选择熟期比当地有效积温少100℃～150℃的耐低温大豆品种，防止大豆越区种植，提高大豆抵御低温能力，促进大豆早发快生，如‘合农60’、‘黑河43’、‘金源55’等。

2.3种子处理

2.3.1种子精选播种前需要精选大豆种子，剔除虫食粒、病粒以及不完善粒。精选后种子质量达到良种以上，即：净度不低98%，纯度不低于98%，含水量不高于13.5%，发芽率不低于90%。

2.3.2种子包衣化控种衣剂一方面化控种衣剂可有效促进过氧化物酶（POD）和超氧化物歧化酶（SOD）活性、增加可溶糖含量，降低丙二醛（MDA）含量，进而提高大豆幼苗的抗寒性，如黑龙江省八一农垦大学研制的HK化控种衣剂[38]。另外一方面，可通过预防影响大豆正常生长发育的病虫害，确保苗齐、苗壮，如35%多克福种衣剂可有效预防大豆根潜蝇、蛴螬、二条叶甲等地下害虫以及大豆孢囊线虫（俗称火龙秧子）、根腐病等。

2.4适期播种

在0～5 cm地温能够稳定地通过8℃以上时开始播种作业。播种过早容易出现大豆粉籽或大豆发芽延缓而导致苗弱，进而导致大豆生长缓慢以及生育期延后，最终易受晚霜危害。

播深适宜。一般播深范围为3～5 cm，播种过深不利于培育壮苗以及后期生长发育。

2.5平衡施肥

有机肥与无机化肥相结合，应施用腐熟好的优质有机肥，无机化肥做底肥要深施，深度一般为14～ 16 cm；大量元素和中微量元素结合，做到测土配方平衡施肥，特别是要确保磷肥充足。此外，应该根据大豆田的植株生长状态适时叶面喷施肥料，叶面肥主要以植物生长调节剂、磷酸二氢钾、中微量元素及腐殖酸类肥料为主，促进大豆生育进程及安全早熟。

2.6合理中耕

及时中耕，散寒增温。大豆幼苗株高为12～14 cm时实施第一次中耕，耕深范围为6～7 cm；大豆开花之前实行第2次中耕，2次中耕需结合培土进行，一方面可促进大豆根系生长发育，另一方面还可提高大豆抗性。

2.7适时化控

外源化学调节剂可通过维持膜结构和功能或者启动有关抗寒基因表达来提高大豆抗冷性。所以，在大豆生产上施用化学调节剂改善大豆抗低温冷害能力已成为一种行之有效的技术途径[1，44-46]。如外源脱落酸（ABA）有利于大豆抗寒能力的增强[1]。外施脱落酸对大豆抗寒性的诱导作用，在于它起到了冷驯化的生理效应。用0.15 mg/L的脱落酸（ABA）和100 mg/L水杨酸（SA）浸泡大豆种子及根灌处理幼苗均可明显增加大豆幼苗脯氨酸含量以及抗氧化酶POD、SOD和CAT活性，而且脱落酸抗冷效果要好于水杨酸处理。脱落酸和水杨酸改善植物抗冷性方面在茉莉[46]、茶树[47]、番茄[48]、小麦[49]、玉米[50]等均有报道。此外，大豆结荚前期的低温和霜冻在东北大豆生产中需要格外注意，在开花期可喷施浓度为1000×10-6B-995（丁先肼）可有效增加结荚数量、使植株具有明显的抵抗低温和霜冻的作用[1]。

3展望

大豆生产的目标是高产、优质、高效、生态、安全。在大豆实现高产之前，应该确保稳产，对可能的低温冷害进行有效预防和调控。特别是在中美贸易关系不断发展的背景下，如何实现大豆生产目标，确保大豆稳产与防灾减灾，增强中国大豆在国际市场竞争优势迫在眉睫。鉴于此，根据国内外研究现状和进展，今后大豆冷害研究和冷害预防应该从以下几方面进行。

3.1耐低温大豆品种的筛选

品种选择是大豆稳产高产的关键。当前生产中推广应用的多数大豆品种的耐冷性是未知数，出现低温冷害天气将对大豆产量造成不利的影响，特别是大豆花荚期的低温冷害。所以，应该进行耐低温大豆品种的筛选，筛选出耐低温大豆品种用于生产。

3.2完善大豆品种审定程序

大豆品种审定过程中，抗病鉴定是品种审定的必要程序，没有通过抗病鉴定的品种不能在生产中应用与推广。大豆生产中低温冷害频发，所以建议将低温冷害鉴定加入大豆品种审定程序中，进而确保推广应用的品种抗性能力，提高大豆抵御低温冷害的能力，进而确保大豆稳产。

3.3建立低温冷害防控技术体系

目前，关于大豆低温冷害的研究较少，低温冷害防控技术规程和技术体系尚未建立，农业生产中如何有效防控低温冷害缺少参考依据和技术指导。因此，建立操作简单、通俗易懂的低温冷害技术规程。

3.4加强低温冷害防控技术培训

农民是应用低温冷害防御技术的主体，加强技术培训，坚持预防为主，防控结合的技术方针，通过微信、广播、农村路路通、田间展览等方式开展技术培训，使农民真正掌握低温冷害防控技术，并应用于大豆生产。

参考文献

[1]王金陵.中国东北大豆[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1998： 96-99.

[2]李育军，常汝镇，赵玉田，等.大豆抗冷性研究-Ⅱ、萌发期低温处理对生长发育的影响[J].中国油料，1989（4）：43-46.

[3]张德荣，张学君，孟祥盟，等.大豆低温冷害敏感时期试验研究报告[J].吉林农业科学，1987（1）：37-39.

[4]Tyagi S K， Tripathi R P. Effect of temperature on soybean germination[J]. Plant and Soil，1983，74：273-280.

[5]张思河，王萍，马淑英.三个熟期类型大豆种子萌发进程中耐冷性的比较[J].大豆科学，2000，19（3）：218-222.

[6]馬淑英，尹田夫.低温对不同耐冷大豆萌发种子游离脯氨酸变化的影响[J].吉林农业科学，1998（4）：88-90.

[7]胡俊杰，张古文，胡齐赞.低温胁迫对菜用大豆生长、叶片活性氧及多胺代谢的影响[J].浙江农业学报，2011，23（6）：1113-1118.

[8]Sknudlik G， Baczek R， Koscieliak J. The effect of short warm breaks during chilling on photosynthesis and the activity of antioxidant enzymes in plants sensitive to chilling[J]. Journal of Agronomy，2000，184：233.

[9]Hope H J， White P R， Dwyer L M， et al. Low temperature emergence potential of short season soybean hybrids grown under controlled environment and plot conditions[J]. Canadian Journal of Plant Science，1992，72：83-91.

[10]郑光华，徐本美，顾增辉.豆科种子萌发初期对低温反应的三种类型[J]科学通报，1981（9）：564-567

[11]Hodges D M， Hamilton R I， Charest C. A chilling resistant test for soybean[J]. Canadian Journal of Plant Science，1994，74：687-691.

[12]蒋洪蔚，李灿东，刘春燕，等.大豆导入系群体芽期耐低温位点的基因型分析及QTL定位[J].作物学报，2009，35（7）：1268-1273.

[13]宋剑陶，顾增辉.抗冷性不同的大豆品种生理生化差异研究[J].种子，1992（4）：2-7，36.

[14]郝晶，张立军，谢甫绨.低温对大豆不同耐冷性中萌发期保护酶活性的影响[J].大豆科学，2007（2）：171-175.

[15]张大伟，杜翔宇，胡国华.低温胁迫对大豆萌发期生理指标的影响[J].大豆科学，2010，29（2）：228-232.

[16]张美云，钱吉，郑师章.渗透胁迫下野生大豆游离脯氨酸和可溶性糖的变化[J].复旦学报：自然科学版，2001，40（5）：558-561.

[17]Duke S H. Low temperature effects of on the soybean mitchondrial repiration and several dehydrogenascs during imbibition and germination[J]. Plant Physiology.1977，60：716-722.

[18]Bramlage W J. Imbibitional chilling sensitivity among soybean cultivars[J].Crop science.1979，19：811-814.

[19]于奇，曹亮，金喜军，等.低温胁迫下褪黑素对大豆种子萌发的影响[J].大豆科学，2019，38（1）：56-62.

[20]张立军，宋广周，白霜.H2O2对不同大豆品种低温萌发及主要抗氧化酶活性的影响[J].大豆科学，2008（1）：97-100，105.

[21]杨永青，汪晓峰，王淑华.渗透调节对低温伤害敏感大豆种子质膜氧化还原活性的影响[J].植物生理与分子生物学学报，2004（5）： 589-594.

[22]吕桂兰，王庆祥.在低温条件下赤霉素和激动素对大豆种子萌发的影响[J].辽宁农业科学，1999（4）：11-13.

[23]赵剑，马福荣，杨文杰，等.高压静电场（HVEF）预处理种子对大豆幼苗抗冷害的影响[J].生物物理学报，1997（3）：147-152.

[24]胡国玉，赵晋铭，周斌，等.大豆耐低温出苗的遗传分析与分子标记[J].大豆科学，2008，27（6）：905-910.

[25]胡国玉.大豆耐低温出苗的遗传分析与分子标记[D].南京：南京农业大学，2005.

[26]任丽丽，高辉远.低温弱光胁迫对野生大豆和大豆栽培种光系统功能的影响[J].植物生理与分子生物学学报，2007（4）：333-340.

[27]任丽丽，李海雷，高辉远.一年生野生大豆对低温弱光胁迫抗性的研究[J].山东农业科学，2007（4）：50-52.

[28]Pahlavanian A M， Silk W K. Effect of temperature on spatial and temporal aspects of growth in the primary soybean root[J].Plant Physiology，1988，87：529-532.

[29]Hodges D M， Hamilton R I， Charest C A chilling response test for early growth phase[J].Agronomy Journal，1995，87：970-974.

[30]王慶祥，吕桂兰.GA3和kinetin在低温下对玉米和大豆种子萌发及幼苗发育影响的研究[J].作物学报，1999（3）：363-372.

[31]胡俊杰，张古文，胡齐赞.低温胁迫对菜用大豆生长、叶片活性氧及多胺代谢的影响[J].浙江农业学报，2011，23（6）：1113-1118.

[32]田鑫，何小玲，顾卫红，等.5份春大豆苗期耐低温性的鉴定及评价[J].大豆科学，2013，32（6）：755-762.

[33]Hume D J， Jaekson K H.大豆的耐低温性：荚形成期[J].国外农学-大豆，1983（5）：33-36

[34]王萍，陶丹，宋海星，等.大豆品种对花期低温反应的研究[J].作物杂志，2000（2）：5-6.

[35]王萍，宋海星，马淑英，等.花期低温对大豆荚和籽粒形成的影响[J].中国油料作物学报，2000（2）：34-36.

[36]张德荣，张学君.大豆低温冷害试验研究报告[J].大豆科学，1988（2）：125-132.

[37]冯乃杰，祖伟，郑殿峰.化控种衣剂提高大豆幼苗抗寒性的机理研究[J].中国农业科学，2008，41（12）：4281-4286.

[38]冯乃杰，王广军，张玉先.化控种衣剂在低温胁迫下对大豆幼苗内源激素的调控[J].黑龙江八一农垦大学学报，2005（2）：14-17.

[39]冯乃杰，郑殿峰，张玉先.不同种衣剂对大豆幼苗抗低温胁迫能力的影响[J].黑龙江八一农垦大学学报，2003（2）：28-30.

[40]常云霞，徐克东，陈璨.水杨酸对低温胁迫下大豆幼苗生长抑制的缓解效应[J].大豆科学，2012，31（6）：927-931.

[41]盖志佳，范文婷，于敦爽，等.连作大豆化感作用研究进展[J].大豆科学，2012，31（1）：141-144.

[42]盖志佳，张敬涛，刘婧琦，等.耐低温大豆品种（系）的筛选与研究[J].中国种业，2018（6）：57-60.

[43]单彩云.大豆耐低温资源筛选及蛋白质组学研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2008.

[44]简令成.植物抗寒机理研究的新进展[J].植物学通报，1992（3）：17-22，16.

[45]鲍智娟.脱落酸和水杨酸处理大豆对其幼苗抗冷性影响的研究[J].白城师范学院学报，2015，29（11）：37-42.

[46]何丽斯，夏冰，孟祥静，等.水杨酸和脱落酸对低温胁迫下茉莉幼苗生理特性的影响[J].江苏农业学报，2011，27（5）：1083-1088.

[47]张楠，洪永聪，王玉，等.脱落酸和水杨酸对越冬期茶树叶片抗寒生理指标的影响[J].北方园艺，2010（22）：21-24.

[48]于锡宏，蒋欣梅，刁艳，等.脱落酸、水杨酸和氯化钙对番茄幼苗抗冷性的影响[J].东北农业大学学报，2010，41（5）：42-46.

[49]刘丽杰，陈旭，张东向，等.水杨酸和脱落酸对低温下寒地冬小麦种子萌发的影响[J].种子，2016，35（8）：37-41.

[50]杨德光，秦东玲，李钊，等.低温胁迫下外源水杨酸对玉米幼苗生理特性的影响[J].玉米科学，2016，24（4）：122-129.