摘要：為解決新疆北疆地區(qū)棉花播種出苗期低溫冷害問題，筆者利用人工氣候室，對種子低溫脅迫設(shè)計不同溫度進行播種出苗試驗，并結(jié)合1991—2017年農(nóng)業(yè)氣象觀測資料，研究播種—出苗的適宜播種溫度指標(biāo)、積溫指標(biāo)，確定棉花適宜播種期。結(jié)果表明，棉花種子的萌芽率、萌芽天數(shù)、萌芽長度、萌芽鮮重及出苗率等各項參數(shù)隨溫度呈非線性有規(guī)律變化。

　　棉花種子低溫脅迫時間越長出苗越滯后，所需的積溫較多。北疆地區(qū)棉花主栽品種播種出苗下限溫度為12℃，需要活動積溫在160℃·d以上，≥12℃有效積溫在55℃·d以上。通過人工氣候室試驗結(jié)合大田實際監(jiān)測研究，新疆北疆地區(qū)穩(wěn)定通過12℃應(yīng)作為棉花主栽品種播種的初始期;播種期確定在4月下旬，出苗期可免受春季低溫冷害的威脅。

　　關(guān)鍵詞：棉花;種子;播種;出苗期;低溫;溫度指標(biāo);適宜播種期

　　0引言

　　棉花是世界性經(jīng)濟作物，也是中國重要的經(jīng)濟作物和戰(zhàn)略物資。在輕工業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、國防工業(yè)等方面應(yīng)用廣泛[1-3]。新疆自治區(qū)的北疆地區(qū)是中國重要棉花生產(chǎn)基地，總產(chǎn)量占新疆地區(qū)的40%以上[4-5]，北疆地區(qū)棉花產(chǎn)量的豐欠狀況直接影響到全國棉花使用行業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展。一直以來，北疆棉花生產(chǎn)受氣候環(huán)境變化的制約，播種期受低溫冷害氣候的影響、棉花生長期的熱量供應(yīng)與發(fā)育期的不匹配，造成生產(chǎn)管理的不協(xié)調(diào)，使棉花產(chǎn)量出現(xiàn)不穩(wěn)定[6-8]。

　　因此，進行北疆棉花種子發(fā)芽至出苗的人工氣候干預(yù)，并結(jié)合1991—2017年棉花農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測資料，研究棉花播種至出苗的溫度指標(biāo)和適宜播種期非常必要。棉花屬于喜溫植物，播種期氣候變化對棉花生長及產(chǎn)量形成影響顯著[9-11]。張翠英[12]、狄桂春[13]、張榮霞[14]、杜軍[15]等對魯西南、長江流域、新疆等地進行研究，氣溫、降水、日照等變化對棉花生長發(fā)育、產(chǎn)量形成及棉花質(zhì)量均構(gòu)成顯著的影響，并在地域上存在較大差異性。為了探索新疆北疆地區(qū)春播期氣溫變化對棉花播種至出苗的影響。

　　本研究采用1991—2017年田間農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測資料，通過人工氣候室對棉花種子進行不同溫度處理試驗，研究低溫脅迫對棉花種子萌發(fā)及出苗的影響，旨在探求北疆地區(qū)棉花主栽品種萌芽、出苗的溫度指標(biāo)、研究確定北疆地區(qū)棉花適宜播種期，為該地區(qū)制定棉花豐產(chǎn)栽培、技術(shù)管理、防災(zāi)減災(zāi)等提供氣象實用技術(shù)。

　　1材料與方法

　　1.1試驗時間、地點

　　試驗于2017年4月在新疆石河子烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗站人工氣候室進行。

　　1.2試驗材料

　　1.2.1供試品種

　　棉花品種分別為‘新陸早45’‘、新陸早64’‘、新陸早74’，均為近幾年石河子墾區(qū)機采棉主推品種。

　　1.2.2試驗儀器

　　以人工氣候室、植物生長室、培養(yǎng)皿(口徑16cm)、沙土、紗布、剪刀以及分析天平等作為試驗條件和用具。

　　1.2.3資料來源

　　1991—2017年氣象資料與棉花物候觀測資料來自新疆石河子烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗站平行觀測。

　　1.3試驗方法

　　1.3.1萌芽試驗

　　利用人工氣候室進行棉花種子萌芽試驗，設(shè)定5個不同溫度處理，分別為10、11、12、13、14℃，每個處理3次重復(fù)。挑選飽滿的種子均勻放在培養(yǎng)皿里，每皿30粒種子，培養(yǎng)皿底部墊有3層經(jīng)蒸餾水潤濕的紗布，試驗過程保持紗布濕潤，置入光照培養(yǎng)箱內(nèi)。發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)為胚根伸出的長度達到種子長度的1/2，每隔24h記錄1次種子萌芽情況，連續(xù)3天無新增萌芽或萌芽率為100%時記為萌芽結(jié)束。萌芽結(jié)束后測量其胚根長、胚根重、總鮮重，計算萌芽率。

　　1.3.2恒溫出苗試驗

　　與萌芽試驗同步，設(shè)定10、11、12、13、14℃5個不同溫度處理，每個處理3次重復(fù)。將種子種植塑料盆中，塑料盆內(nèi)裝7cm深的沙土，每盆均勻點播30粒飽滿的種子，播后覆蓋1cm。培養(yǎng)基土壤含水量保持在田間持水量的75%。以子葉露出沙土表面并且完全展開作為出苗標(biāo)準(zhǔn)[16]，每隔24h記錄1次出苗情況，連續(xù)3天無新增出苗或出苗率為100%時記為出苗結(jié)束，計算出苗率。

　　1.3.3種子低溫處理出苗試驗

　　利用人工氣候室進行出苗試驗，首先將種子在5℃低溫環(huán)境下，進行2、4、6、8、10天的不同天數(shù)的低溫脅迫，然后種植于塑料盆中，再置于25℃的人工氣候室內(nèi)進行出苗試驗。種植方法、觀測標(biāo)準(zhǔn)同1.3.2。

　　1.3.4萌芽率與出苗率

　　計算分別見公式(1)~(2)[16]。萌芽率=(發(fā)芽試驗?zāi)┢谝?guī)定日期內(nèi)正常的發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%…………………………(1)出苗率=(規(guī)定時間內(nèi)出苗數(shù)/播種種子數(shù))×100%………………………………………………………(2)

　　1.3.5最小二乘法[17-18]

　　最小二乘法是一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)，利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數(shù)據(jù)，并使得這些求得的數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之間誤差的平方和為最小，最小化誤差的平方和尋找最佳函數(shù)擬合。通過y=ax+b一元直線回歸，求算出棉花播種出苗的下限溫度指標(biāo)和最低積溫指標(biāo)。

　　1.3.6統(tǒng)計分析

　　采用Excel應(yīng)用程序進行數(shù)據(jù)處理與分析。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1不同溫度對萌芽參數(shù)及出苗的影響

　　2.1.1溫度對萌芽參數(shù)的影響

　　隨著溫度的升高棉花種子萌芽率逐漸增加，試驗設(shè)計溫度10~14℃并不在棉花種子發(fā)芽適宜溫度22~26℃范圍之內(nèi)[19]，14℃比10℃萌發(fā)率提高17.1%，在試驗溫度范圍內(nèi)萌芽率的速率為3.4%/℃。顯示種子萌芽天數(shù)隨著溫度的升高而減少，14℃比10℃減少6天，萌芽速率為1.2d/℃。

　　顯示種子芽長隨溫度升高而增長，在較低溫10℃環(huán)境下芽長對比較高溫14℃環(huán)境下短3.5mm。顯示種子萌芽平均鮮重隨著溫度升高而增加，當(dāng)溫度10~12℃時，芽鮮重增加明顯，當(dāng)溫度在12~14℃以上時，芽鮮重只微弱的變化。棉花種子各個測定的參數(shù)隨著溫度升高存在非線性有規(guī)律的變化。

　　2.1.2不同溫度對出苗的影響

　　棉花種子在人工干預(yù)下，設(shè)定不同恒定溫度脅迫，從浸種到出苗呈現(xiàn)出特有的規(guī)律性。顯示出溫度環(huán)境對出苗率的影響，在不同的溫度環(huán)境下出苗率也存在差別，當(dāng)10、11℃較低溫環(huán)境出苗率不足60%，當(dāng)12℃時出苗率驟然提高到80%以上，12℃成為提高出苗率的拐點，亦是棉花種子發(fā)芽出苗的敏感溫度。

　　顯示出溫度與棉花出苗天數(shù)的關(guān)系，在一定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高天數(shù)縮短[20]是不爭的事實。在試驗中，當(dāng)10℃較低溫環(huán)境時，出苗需要26天;當(dāng)溫度14℃時，出苗需要13天;2個處理相比縮短13天，其出苗速率為2.6d/℃，即每升高1℃出苗提前2.6天。5個溫度處理，出苗天數(shù)在7~26天，需要活動積溫182~260℃·d，出苗越緩慢需要的積溫越多。

　　2.2種子低溫處理對出苗的影響

　　棉花種子在5℃低溫環(huán)境下，經(jīng)過0、2、4、6、8、10天不同天數(shù)低溫脅迫之后，再播種移入25℃人工氣候室進行出苗試驗，其結(jié)果表現(xiàn)出一定的差異和規(guī)律性。通過對篩選的3個棉花品種綜合分析，低溫脅迫過程對出苗率影響不明顯，在6個處理中出苗率在90%~92%之間，不存在規(guī)律性。

　　低溫脅迫對出苗指數(shù)有明顯的影響，隨著低溫脅迫天數(shù)的增加而減小，即種子低溫脅迫天數(shù)越少出苗指數(shù)越高，變化速率為-0.25/d，每增加一天出苗指數(shù)減小0.25。低溫脅迫處理明顯影響出苗天數(shù)，隨著低溫處理天數(shù)的增加出苗天數(shù)也增加，當(dāng)?shù)蜏靥幚?天時，平均出苗需要6.4天;當(dāng)?shù)蜏靥幚?0天時，平均出苗則需要8.2天，延長約2天。

　　也就是說棉花種子低溫脅迫處理后，出苗速率減緩，用時增加。在人工氣候室恒溫25℃條件下，未經(jīng)處理的棉花種子需要6.4天時間完成出苗，活動積溫為160℃·d，經(jīng)過低溫處理的棉花種子隨著處理天數(shù)的增加，活動積溫也增加，低溫處理10天播種出苗需要活動積溫205.0℃·d。

　　2.3播種出苗期溫度分析

　　1991—2017年棉花播種至出苗天數(shù)與活動積溫分析，呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.8667(P<0.01)，正相關(guān)達到極顯著水平，體現(xiàn)出播種時溫度低，則需要長時間的溫度積累，播種至出苗溫度高活動積溫快速積累，則所用時間短的基本特征。

　　如：1992年4月24日播種，5月20日出苗，用時27天，平均氣溫為15.9℃，由于播種后在4月28日—5月3日連續(xù)6天低于10℃的低溫天氣，累積活動積溫達到430.7℃·d;2003年4月17日播種，5月10日出苗，用時24天，平均氣溫為13.2℃，由于播種之后4月19—23日連續(xù)5天的低于10℃的低溫天氣，累積活動積溫為317.6℃·d。

　　1992年、2003年因春季低溫苗情較差，最終是減產(chǎn)年。1996年5月1日播種，5月9日出苗，用時10天，平均氣溫為16.3℃，由于播種后氣溫較高，活動積溫迅速達到163.1℃·d，完成了播種出苗生育過程。由此可見，在播種出苗階段出現(xiàn)低溫障礙延緩出苗速度延長出苗時間，最終影響到棉花產(chǎn)量。

　　溫度低種子在土壤里被低溫脅迫，出苗滯后，所用活動積溫增加，這與2.2低溫脅迫試驗具有相同的分析結(jié)果。經(jīng)最小二乘法分析，從y=12.067x+55.233式中得出，斜率a=12.067℃為棉花播種下限溫度，約為12℃，此結(jié)果與2.1.2分析的12℃是種子發(fā)芽出苗的敏感溫度相吻合;式中b=55.233℃·d則為播種出苗期間的≥12℃的有效積溫;從1991—2017年實際棉花播種出苗積溫統(tǒng)計結(jié)果看，此期間需要活動積溫163.1~430.7℃·d，也就是說，大田棉花播種出苗階段需要≥12℃的積溫在163℃·d以上。

　　3結(jié)論

　　(1)溫度變化對棉花種子的萌芽率、萌芽天數(shù)、萌芽長度、萌芽鮮重等各項參數(shù)均有非線性有規(guī)律的影響，且在12℃出現(xiàn)明顯的波動，表現(xiàn)出溫度的敏感性。在試驗設(shè)計的較低溫溫度范圍內(nèi)，播種至出苗需要13~26天，活動積溫在182~260℃·d之間，較低溫環(huán)境下需要積溫更多。

　　(2)棉花種子經(jīng)過低溫脅迫后在適宜溫度25℃環(huán)境下播種，出苗指數(shù)下降，出苗天數(shù)延長，低溫處理時間越長出苗越滯后，所需的積溫越多。經(jīng)過0~10天不同天數(shù)的低溫處理，棉花種子播種出苗活動積溫在160~205℃·d之間。

　　(3)通過大田實際監(jiān)測資料，棉花播種至出苗要10~27天，需要最低活動積溫163℃·d，播種期最低溫度12℃，≥12℃的有效積溫在55℃·d以上。

　　(4)綜合以上分析，北疆地區(qū)棉花播種出苗初始溫度為12℃，需要活動積溫在160℃·d以上，需要≥12℃有效積溫為55℃·d。

　　4討論

　　(1)棉花種子經(jīng)過低溫脅迫處理，再播種時延長出苗時間，是本次試驗得出的結(jié)果，但這一結(jié)果的內(nèi)在機制及對棉花種子產(chǎn)生的變化，低溫脅迫對棉花種子出苗具有明顯的影響，但對棉花產(chǎn)量構(gòu)成的影響，還需進一步研究。

　　(2)人工氣候室試驗設(shè)計結(jié)合大田實際監(jiān)測資料，新疆北部地區(qū)棉花主栽品種播種最低溫度為12℃，經(jīng)歷年資料統(tǒng)計12℃初日集中在4月中下旬，終霜80%保證率結(jié)束于4月28日，按大田棉花播種出苗最短時間(10天)計算，出苗時間可在終霜日之后，因此，適宜播種期應(yīng)確定在4月20日之后。

　　(3)大田播種出苗階段出現(xiàn)低溫障礙與種子低溫脅迫處理同樣延緩出苗速度，延長出苗時間，所用活動積溫量增加。延長出苗時間將使出苗率下降、弱苗增加，勢必會影響到最終的產(chǎn)量。因此，選擇棉花適宜播種期是棉花生產(chǎn)的關(guān)鍵。經(jīng)過2年的試驗室研究和1991—2017年的大田監(jiān)測研究，基本確定了棉花種子萌芽、出苗溫度指標(biāo)和所需活動積溫指標(biāo)，這一研究成果對指導(dǎo)北疆地區(qū)棉花生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)作用。

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　　農(nóng)業(yè)方向刊物推薦：《中國棉花》于1958年創(chuàng)刊，中國農(nóng)科院棉花研究所主辦，中國棉花雜志社編輯出版。《中國棉花》獲中文核心期刊(2008);中文核心期刊(2004);中文核心期刊(2000);中文核心期刊(1992)。