季节性降温对小麦产量的影响及应对措施研究

陆俊梅

（云南省石屏县宝秀镇农业综合服务中心，云南 红河州 662203）

0 引言

主粮是一个国家经济发展的基石，若一个国家无法保证稳定的粮食供给，那么其国民经济发展将面临巨大的危机［1］。各种极端天气中的大幅度季节性降温会对主粮产量带来显著负面影响［2］。弄清季节性降温特别是常见的春季季节性降温的发生规律及影响对于提高小麦产量、保障小麦生产的稳定性具有重要意义。王瑞霞等［3］通过一系列的田间试验，研究了黄淮麦区季节性降温对小麦的产量性状、光合生理指标、叶片细胞结构等的影响。试验结果显示，不同低温处理对小麦单株穗数影响明显，而且单株穗粒数和单株产量随低温处理时间的推迟呈现显著的降低趋势，以孕穗期低温处理小麦产量的降低幅度最大。刘月兰等［4］分析了不同小麦品种在季节性低温环境中的抗寒性能，结果表明，将小麦品种的播种期延迟到10月28日以后，小麦的抗寒性能有明显提升，但小麦的籽粒产量会有显著下降。

前人虽然就季节性降温对小麦产量的影响开展了一些研究，但是提出具有较高可行性且执行成本较低的有效应对措施的研究还较少［5］。鉴于此，笔者创新性地利用融合了人工智能技术的控温系统环境，开展了模拟春季季节性降温干预小麦生长的试验，并提出了一些有利于降低这些影响的应对措施。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 春季季节性降温对小麦产量影响验证试验的材料 供试小麦品种为扬麦23和徐麦35。试验在国内某农业大学附属农业试验室的盆钵试验种植场开展，试验土壤为轻壤土［6-7］。试验土壤的速效钾、速效磷、速效氮、有机质含量分别为97.88 mg/kg、38.26 mg/kg、51.94 mg/kg、14.87 g/kg。小麦种植方式为盆栽，盆底面直径、上口直径、盆高分别为20、28、28 cm，在盆底设有排水孔6个［8］。每个种植盆装土14 kg，氮、磷、钾肥分别选用纯氮、五氧化二磷、氧化钾，施用量分别为330、130、130 kg/hm2；在施肥时，施加基础尿素（0.85 g/盆）和复合肥（含有纯氮15%、五氧化二磷15%、氧化钾15%）3.5 g/盆。每盆播种小麦14粒；在4叶期定苗，每盆保留长势大致相同的麦苗10株，然后每盆覆盖1.2 kg大约1.5 cm厚的土壤［9-10］。在4叶期追施壮蘖肥，每盆添加尿素0.35 g、复合肥3.40 g。播种日期为试验当年的11月5日［11］。将生长有小麦的盆钵放置在试验种植场中；在试验种植场里安装有智能控温系统，该系统能进行模拟春季降温现象的温度调整，控温误差为±0.5 ℃［12-13］。

1.1.2 春季季节性降温下喷洒抗倒酯对小麦产量影响验证试验的材料 试验在加拿大某研究中心开展，应用智能气温控制系统模拟春季季节性降温环境的变化［14］。供试小麦品种为加拿大春季小麦AC Carberry（下文简称ACC）；使用盆栽模式种植小麦，盆钵的底面直径、上口直径、盆高分别为21、22、22 cm；盆钵装填的土壤为混合土，其中包含有机质、表层土和砂砾；向每个盆钵中统一装填3 kg土体，并在拔节期施用氮肥6 g/盆［15-16］。每盆播种小麦10粒；在4叶期定苗，每盆仅保留长势大体一致的4株小麦［17］。在小麦3.5叶期喷洒植物生长调节剂抗倒酯0.90 L/hm2。除低温干预时期外，在其他时期盆钵的环境温度为白天（7：00～19：00）22 ℃，夜晚（19：00～7：00）16 ℃；大气相对湿度固定为70%。

1.1.3 春季季节性降温下施氮肥对小麦产量影响验证试验的材料 试验在国内某农业大学附属农业试验室的盆钵试验种植场开展，供试小麦品种为扬麦23；采用盆栽模式种植小麦。试验土壤类型及其基础养分含量、施肥种类及其施用量、盆钵尺寸、播种、定苗、智能控温等均与1.1.1节中的一致。

1.2 试验方法

1.2.1 春季季节性降温对小麦产量影响的验证试验方法 根据春季季节性降温时小麦的生长状态，选择扬麦23与徐麦35的倒2叶露尖期、打苞期、开花期作为试验期。先让盆钵中的小麦在自然环境中生长，当小麦生长到倒2叶露尖期时，进行白天（6：00～18：00）4 ℃恒温、夜晚（18：00～6：00）-4 ℃恒温的模拟降温处理，降温干预持续2 d，期间盆钵中土壤水分含量保持在田间持水量的65%～75%之间；完成降温干预后将盆栽小麦转移回自然环境中，让其生长至成熟。打苞期、开花期的模拟降温处理与倒2叶露尖期的类似，只是设置的白天/夜晚的干预恒温有所不同，打苞期设置为7/-2 ℃，开花期设置为10/2 ℃。以生长全过程不经过低温处理的小麦作为对照。

1.2.2 春季季节性降温下喷洒抗倒酯对小麦产量影响的验证试验方法 在小麦倒2叶露尖期，选出长势大体一致且喷洒（或未喷洒）过植物生长调节剂抗倒酯的盆栽小麦进行模拟春季季节性降温处理，白天恒温9 ℃，晚上恒温2 ℃，处理持续2 d。打苞期与开花期盆栽小麦的模拟降温处理与倒2叶露尖期的类似，只是设置的白天/夜晚的干预恒温有所不同，打苞期设置为13/3 ℃，开花期设置为16/6 ℃。以生长全过程不经过低温处理的小麦作为对照。各组小麦在完成降温干预处理后均转移至自然条件下，直至其生长成熟。

1.2.3 春季季节性降温下施氮肥对小麦产量影响的验证试验方法 施氮肥的方式分为2种：预防性施加氮肥与补救式施加氮肥。在预防性施加氮肥试验中，先对拔节期小麦分别进行主茎、分蘖挂牌，然后在倒3叶期施加氮肥，在施加氮肥后的第2天对小麦样本进行白天恒温6 ℃、晚上恒温-4 ℃的干预处理，持续处理2 d；在干预处理结束后将小麦移至自然环境下生长。在补救式施加氮肥试验中，先进行上述相同方式的挂牌和降温干预处理，在降温干预处理结束后再对小麦施加氮肥。以只进行降温干预处理、不施加氮肥的小麦作为对照。

1.3 相关指标的测定

每项试验均需测量小麦的产量相关指标。在小麦成熟期的同一天，选择抽穗与长势大体一致的5盆小麦，统计每盆小麦的千粒重（按照含水率13.5%计算）、穗数、每穗粒数，以及每穗小麦的退化与结实小穗数量，小麦产量以盆为单位进行计算。在植物生长调节剂干预试验中，还要在开花期选取麦穗中部的花药，在显微镜下测量统计花粉萌发率，将花粉管伸长长度大于花粉粒半径的花粉评定其处于萌发状态。

1.4 数据统计分析

应用SPSS 23.0、Excel 2019软件对试验数据进行统计分析，对计量、计数类型数据分别进行F、卡方差异显著性检验，“*”表示处理间的F检验输出P值小于0.05或者2个指标相关显著。

2 结果与分析

2.1 春季降温对小麦产量的影响

如表1所示，在各生长期模拟春季降温处理后，2个小麦品种的产量较对照均明显下降。具体来说，在倒2叶露尖期、打苞期、开花期经过2 d的模拟降温处理后，扬麦23的每盆产量较对照分别变化了-40.50%、-35.75%、-36.19%，徐麦35较对照分别变化了-42.20%、-34.30%、-31.41%。

表1 模拟春季季节性降温对2个小麦品种产量的影响

对供试小麦品种扬麦23的穗粒数、千粒重、穗数与产量的关系进行通径分析，结果如表2所示，扬麦23的穗数、穗粒数、千粒重与产量均存在显著的正相关关系。徐麦35的通径分析结果与扬麦23大体一致，此处不再赘述。

表2 扬麦23穗粒数、千粒重、穗数与产量关系的通径分析结果

2.2 植物生长调节剂对春季降温下小麦产量的影响

由表3可知：与未经过春季模拟降温处理的对照对比，在倒2叶露尖期、打苞期、开花期进行模拟降温处理后，小麦的产量均有明显的下降，分别下降了16.29%、13.72%、7.11%；但经过喷洒植物生长调节剂抗倒酯处理后3个低温处理组小麦的单盆产量均有所上升，比未喷洒抗倒酯的相应低温处理分别增产1.49%、7.71%、5.86%。

表3 喷洒植物生长调节剂对春季降温模拟试验小麦产量的影响

对经过喷洒抗倒酯处理的试验小麦品种ACC的穗粒数、千粒重、穗数与产量的关系进行通径分析，结果（表4）显示：ACC的穗数、穗粒数、千粒重与产量均存在显著的正相关关系；从直接作用的角度来看，经过抗倒酯处理后，各降温组小麦的穗粒数是影响产量的最主要因素，其次是千粒重。

表4 喷洒抗倒酯与模拟春季降温下ACC的穗粒数、千粒重、穗数与产量关系的通径分析结果

2.3 植物生长调节剂对春季季节性降温下小麦花粉萌发率的影响

如图1所示，在小麦倒2叶露尖期、打苞期、开花期进行降温干预增加了小麦的花粉未萌发率和花粉萌发率，以倒2叶露尖期的降温干预对花粉活性的影响最明显。但喷洒抗倒酯后，在倒2叶露尖期、打苞期、开花期受降温干预小麦的花粉萌发率显著增加，未萌发率显著下降，同时破碎率也有一定程度的增加，其中花粉萌发率分别为12.25%、14.73%、17.12%，比未喷洒抗倒酯的对应试验组分别增加了1.32、3.18、0.32个百分点。

图1 喷洒抗倒酯与春季降温干预对小麦开花期花粉 萌发率的影响

2.4 施氮肥对春季季节性降温下小麦产量的影响

从表5可以看出：低温干预明显降低了试验小麦品种扬麦23的主茎产量和原有效分蘖产量；在主茎部位采用预防方式和补救方式施加氮肥，主茎产量较对照分别降低了15.73%、22.24%；在原有效分蘖部位采用预防方式和补救方式施加氮肥，原有效分蘖产量较对照分别降低了16.96%、21.39%。可见在降温前施加氮肥或者在降温后采用补救方式施加氮肥均可以降低春季季节性降温对小麦产量的不利影响，且以提前施加氮肥的减灾效果更好，但要依靠天气预报进行降温的预判。

对表5中扬麦23的穗粒数、千粒重、穗数与产量的关系进行通径分析，结果见表6。在施加氮肥下，扬麦23的穗数、穗粒数、千粒重与小麦产量均存在显著的正相关关系，且穗粒数对小麦产量的影响最大，千粒重次之；但是三要素对小麦产量的影响程度差异较小，而且不管是预防性施加氮肥还是补救式施加氮肥均不能完全抵消春季季节性降温造成的小麦产量下降。

表5 施加氮肥对春季降温模拟试验小麦产量的影响

表6 施加氮肥与模拟春季降温下小麦穗粒数、千粒重、穗数与产量关系的通径分析结果

3 讨论

3.1 春季降温影响小麦产量的机理分析

近年来，全球气候变化剧烈，各种极端气候事件频发，春季“倒春寒”式的季节性大幅度降温现象出现得越来越频繁，这种出现在春、冬季节的低温灾害会对小麦的生长和产量带来负面影响。本研究的结果表明，在倒2叶露尖期、打苞期、开花期接受降温干预处理后，小麦品种扬麦23和徐麦35的产量比未接受降温干预的对照下降了31.41%～42.20%，而且降温干预的时间越早，小麦产量的下降率越高，这是因为小麦幼穗对低温的耐受能力更弱，低温极易引起幼穗退化或损伤［18］。本研究的通径分析结果显示，倒2叶露尖期、打苞期、开花期小麦受到低温干预后，穗数和每穗粒数下降是引起小麦产量下降的主要原因。春季降温影响小麦产量的机理在于，小麦产量的95%以上依赖光合作用，而低温环境会直接影响小麦的光合作用器官与结构，导致其叶片中的光合作用相关生物酶活性下降，从而降低光合作用的速率，减少淀粉的合成量。李炳军等［19］发现低温会降低植物的干物质积累速度，这也从侧面支撑了上述机理分析。此外，在倒2叶露尖期、打苞期、开花期进行低温干预还会降低小麦花粉的萌发率和破损率，从而间接降低小麦的产量。

3.2 春季降温下小麦产量下降的应对措施

本试验结果显示，在拔节期喷洒植物生长调节剂抗倒酯后，低温干预处理组小麦的产量比未喷洒抗倒酯的相应低温处理增加了1.49%～7.71%。但马泉等［20］认为喷洒植物生长调节剂对农作物产量的影响并不显著，这可能与其喷洒时期不合适有关。本研究进一步的通径分析结果显示，喷洒抗倒酯主要是通过抑制小麦穗数和单穗粒数下降幅度的方式来缓解低温影响的。此外，在倒2叶露尖期、打苞期、开花期接受模拟春季降温干预的小麦，在被喷洒抗倒酯后，其花粉萌发率会上升0.32～3.18个百分点，说明喷洒抗倒酯能起到提高小麦授粉效率的作用，从而可以减少低温对小麦产量的不利影响。

本研究还发现，与补救式施加氮肥处理相比，预防式施加氮肥处理能更好地保护小麦的产量。这是因为预防式施加氮肥会给小麦植株带来应激效应，使其主茎和根的活力增强，在季节性降温来袭之前吸收更多的养分，从而增强自身的抗冻能力。

综上所述，春季季节性降温会导致小麦的产量明显下降，而在小麦拔节期喷洒抗倒酯或者采用预防与补救方式施加氮肥均能在一定程度上缓解季节性降温带来的小麦减产，且在3种应对措施中效果最好的是在降温前施加氮肥。由于受条件限制，本研究未能对联合采用植物生长调节剂与施加氮肥措施的效果进行验证，这有待于今后进一步研究。