北疆棉花出苗的低温胁迫影响及适宜播种期研究

　　摘要：为解决新疆北疆地区棉花播种出苗期低温冷害问题，笔者利用人工气候室，对种子低温胁迫设计不同温度进行播种出苗试验，并结合1991—2017年农业气象观测资料，研究播种—出苗的适宜播种温度指标、积温指标，确定棉花适宜播种期。结果表明，棉花种子的萌芽率、萌芽天数、萌芽长度、萌芽鲜重及出苗率等各项参数随温度呈非线性有规律变化。

　　棉花种子低温胁迫时间越长出苗越滞后，所需的积温较多。北疆地区棉花主栽品种播种出苗下限温度为12℃，需要活动积温在160℃·d以上，≥12℃有效积温在55℃·d以上。通过人工气候室试验结合大田实际监测研究，新疆北疆地区稳定通过12℃应作为棉花主栽品种播种的初始期;播种期确定在4月下旬，出苗期可免受春季低温冷害的威胁。

　　关键词：棉花;种子;播种;出苗期;低温;温度指标;适宜播种期

　　0引言

　　棉花是世界性经济作物，也是中国重要的经济作物和战略物资。在轻工业、医药卫生、国防工业等方面应用广泛[1-3]。新疆自治区的北疆地区是中国重要棉花生产基地，总产量占新疆地区的40%以上[4-5]，北疆地区棉花产量的丰欠状况直接影响到全国棉花使用行业的经济发展。一直以来，北疆棉花生产受气候环境变化的制约，播种期受低温冷害气候的影响、棉花生长期的热量供应与发育期的不匹配，造成生产管理的不协调，使棉花产量出现不稳定[6-8]。

　　因此，进行北疆棉花种子发芽至出苗的人工气候干预，并结合1991—2017年棉花农业气象监测资料，研究棉花播种至出苗的温度指标和适宜播种期非常必要。棉花属于喜温植物，播种期气候变化对棉花生长及产量形成影响显著[9-11]。张翠英[12]、狄桂春[13]、张荣霞[14]、杜军[15]等对鲁西南、长江流域、新疆等地进行研究，气温、降水、日照等变化对棉花生长发育、产量形成及棉花质量均构成显著的影响，并在地域上存在较大差异性。为了探索新疆北疆地区春播期气温变化对棉花播种至出苗的影响。

　　本研究采用1991—2017年田间农业气象监测资料，通过人工气候室对棉花种子进行不同温度处理试验，研究低温胁迫对棉花种子萌发及出苗的影响，旨在探求北疆地区棉花主栽品种萌芽、出苗的温度指标、研究确定北疆地区棉花适宜播种期，为该地区制定棉花丰产栽培、技术管理、防灾减灾等提供气象实用技术。

　　1材料与方法

　　1.1试验时间、地点

　　试验于2017年4月在新疆石河子乌兰乌苏农业气象试验站人工气候室进行。

　　1.2试验材料

　　1.2.1供试品种

　　棉花品种分别为‘新陆早45’‘、新陆早64’‘、新陆早74’，均为近几年石河子垦区机采棉主推品种。

　　1.2.2试验仪器

　　以人工气候室、植物生长室、培养皿(口径16cm)、沙土、纱布、剪刀以及分析天平等作为试验条件和用具。

　　1.2.3资料来源

　　1991—2017年气象资料与棉花物候观测资料来自新疆石河子乌兰乌苏农业气象试验站平行观测。

　　1.3试验方法

　　1.3.1萌芽试验

　　利用人工气候室进行棉花种子萌芽试验，设定5个不同温度处理，分别为10、11、12、13、14℃，每个处理3次重复。挑选饱满的种子均匀放在培养皿里，每皿30粒种子，培养皿底部垫有3层经蒸馏水润湿的纱布，试验过程保持纱布湿润，置入光照培养箱内。发芽标准为胚根伸出的长度达到种子长度的1/2，每隔24h记录1次种子萌芽情况，连续3天无新增萌芽或萌芽率为100%时记为萌芽结束。萌芽结束后测量其胚根长、胚根重、总鲜重，计算萌芽率。

　　1.3.2恒温出苗试验

　　与萌芽试验同步，设定10、11、12、13、14℃5个不同温度处理，每个处理3次重复。将种子种植塑料盆中，塑料盆内装7cm深的沙土，每盆均匀点播30粒饱满的种子，播后覆盖1cm。培养基土壤含水量保持在田间持水量的75%。以子叶露出沙土表面并且完全展开作为出苗标准[16]，每隔24h记录1次出苗情况，连续3天无新增出苗或出苗率为100%时记为出苗结束，计算出苗率。

　　1.3.3种子低温处理出苗试验

　　利用人工气候室进行出苗试验，首先将种子在5℃低温环境下，进行2、4、6、8、10天的不同天数的低温胁迫，然后种植于塑料盆中，再置于25℃的人工气候室内进行出苗试验。种植方法、观测标准同1.3.2。

　　1.3.4萌芽率与出苗率

　　计算分别见公式(1)~(2)[16]。萌芽率=(发芽试验末期规定日期内正常的发芽种子数/供试种子数)×100%…………………………(1)出苗率=(规定时间内出苗数/播种种子数)×100%………………………………………………………(2)

　　1.3.5最小二乘法[17-18]

　　最小二乘法是一种数学优化技术，利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小，最小化误差的平方和寻找最佳函数拟合。通过y=ax+b一元直线回归，求算出棉花播种出苗的下限温度指标和最低积温指标。

　　1.3.6统计分析

　　采用Excel应用程序进行数据处理与分析。

　　2结果与分析

　　2.1不同温度对萌芽参数及出苗的影响

　　2.1.1温度对萌芽参数的影响

　　随着温度的升高棉花种子萌芽率逐渐增加，试验设计温度10~14℃并不在棉花种子发芽适宜温度22~26℃范围之内[19]，14℃比10℃萌发率提高17.1%，在试验温度范围内萌芽率的速率为3.4%/℃。显示种子萌芽天数随着温度的升高而减少，14℃比10℃减少6天，萌芽速率为1.2d/℃。

　　显示种子芽长随温度升高而增长，在较低温10℃环境下芽长对比较高温14℃环境下短3.5mm。显示种子萌芽平均鲜重随着温度升高而增加，当温度10~12℃时，芽鲜重增加明显，当温度在12~14℃以上时，芽鲜重只微弱的变化。棉花种子各个测定的参数随着温度升高存在非线性有规律的变化。

　　2.1.2不同温度对出苗的影响

　　棉花种子在人工干预下，设定不同恒定温度胁迫，从浸种到出苗呈现出特有的规律性。显示出温度环境对出苗率的影响，在不同的温度环境下出苗率也存在差别，当10、11℃较低温环境出苗率不足60%，当12℃时出苗率骤然提高到80%以上，12℃成为提高出苗率的拐点，亦是棉花种子发芽出苗的敏感温度。

　　显示出温度与棉花出苗天数的关系，在一定温度范围内，随着温度的升高天数缩短[20]是不争的事实。在试验中，当10℃较低温环境时，出苗需要26天;当温度14℃时，出苗需要13天;2个处理相比缩短13天，其出苗速率为2.6d/℃，即每升高1℃出苗提前2.6天。5个温度处理，出苗天数在7~26天，需要活动积温182~260℃·d，出苗越缓慢需要的积温越多。

　　2.2种子低温处理对出苗的影响

　　棉花种子在5℃低温环境下，经过0、2、4、6、8、10天不同天数低温胁迫之后，再播种移入25℃人工气候室进行出苗试验，其结果表现出一定的差异和规律性。通过对筛选的3个棉花品种综合分析，低温胁迫过程对出苗率影响不明显，在6个处理中出苗率在90%~92%之间，不存在规律性。

　　低温胁迫对出苗指数有明显的影响，随着低温胁迫天数的增加而减小，即种子低温胁迫天数越少出苗指数越高，变化速率为-0.25/d，每增加一天出苗指数减小0.25。低温胁迫处理明显影响出苗天数，随着低温处理天数的增加出苗天数也增加，当低温处理0天时，平均出苗需要6.4天;当低温处理10天时，平均出苗则需要8.2天，延长约2天。

　　也就是说棉花种子低温胁迫处理后，出苗速率减缓，用时增加。在人工气候室恒温25℃条件下，未经处理的棉花种子需要6.4天时间完成出苗，活动积温为160℃·d，经过低温处理的棉花种子随着处理天数的增加，活动积温也增加，低温处理10天播种出苗需要活动积温205.0℃·d。

　　2.3播种出苗期温度分析

　　1991—2017年棉花播种至出苗天数与活动积温分析，呈线性关系，相关系数为0.8667(P<0.01)，正相关达到极显著水平，体现出播种时温度低，则需要长时间的温度积累，播种至出苗温度高活动积温快速积累，则所用时间短的基本特征。

　　如：1992年4月24日播种，5月20日出苗，用时27天，平均气温为15.9℃，由于播种后在4月28日—5月3日连续6天低于10℃的低温天气，累积活动积温达到430.7℃·d;2003年4月17日播种，5月10日出苗，用时24天，平均气温为13.2℃，由于播种之后4月19—23日连续5天的低于10℃的低温天气，累积活动积温为317.6℃·d。

　　1992年、2003年因春季低温苗情较差，最终是减产年。1996年5月1日播种，5月9日出苗，用时10天，平均气温为16.3℃，由于播种后气温较高，活动积温迅速达到163.1℃·d，完成了播种出苗生育过程。由此可见，在播种出苗阶段出现低温障碍延缓出苗速度延长出苗时间，最终影响到棉花产量。

　　温度低种子在土壤里被低温胁迫，出苗滞后，所用活动积温增加，这与2.2低温胁迫试验具有相同的分析结果。经最小二乘法分析，从y=12.067x+55.233式中得出，斜率a=12.067℃为棉花播种下限温度，约为12℃，此结果与2.1.2分析的12℃是种子发芽出苗的敏感温度相吻合;式中b=55.233℃·d则为播种出苗期间的≥12℃的有效积温;从1991—2017年实际棉花播种出苗积温统计结果看，此期间需要活动积温163.1~430.7℃·d，也就是说，大田棉花播种出苗阶段需要≥12℃的积温在163℃·d以上。

　　3结论

　　(1)温度变化对棉花种子的萌芽率、萌芽天数、萌芽长度、萌芽鲜重等各项参数均有非线性有规律的影响，且在12℃出现明显的波动，表现出温度的敏感性。在试验设计的较低温温度范围内，播种至出苗需要13~26天，活动积温在182~260℃·d之间，较低温环境下需要积温更多。

　　(2)棉花种子经过低温胁迫后在适宜温度25℃环境下播种，出苗指数下降，出苗天数延长，低温处理时间越长出苗越滞后，所需的积温越多。经过0~10天不同天数的低温处理，棉花种子播种出苗活动积温在160~205℃·d之间。

　　(3)通过大田实际监测资料，棉花播种至出苗要10~27天，需要最低活动积温163℃·d，播种期最低温度12℃，≥12℃的有效积温在55℃·d以上。

　　(4)综合以上分析，北疆地区棉花播种出苗初始温度为12℃，需要活动积温在160℃·d以上，需要≥12℃有效积温为55℃·d。

　　4讨论

　　(1)棉花种子经过低温胁迫处理，再播种时延长出苗时间，是本次试验得出的结果，但这一结果的内在机制及对棉花种子产生的变化，低温胁迫对棉花种子出苗具有明显的影响，但对棉花产量构成的影响，还需进一步研究。

　　(2)人工气候室试验设计结合大田实际监测资料，新疆北部地区棉花主栽品种播种最低温度为12℃，经历年资料统计12℃初日集中在4月中下旬，终霜80%保证率结束于4月28日，按大田棉花播种出苗最短时间(10天)计算，出苗时间可在终霜日之后，因此，适宜播种期应确定在4月20日之后。

　　(3)大田播种出苗阶段出现低温障碍与种子低温胁迫处理同样延缓出苗速度，延长出苗时间，所用活动积温量增加。延长出苗时间将使出苗率下降、弱苗增加，势必会影响到最终的产量。因此，选择棉花适宜播种期是棉花生产的关键。经过2年的试验室研究和1991—2017年的大田监测研究，基本确定了棉花种子萌芽、出苗温度指标和所需活动积温指标，这一研究成果对指导北疆地区棉花生产具有重要的指导作用。

　　参考文献

　　[1]楚跃辉.从我国棉花产业的现状看棉花机械化的发展前景[J].中国纤检,2011,30(19):23.

　　[2]韩根.新疆棉花产业发展的现状及可持续发展思路[J].安徽农业科学,2012,40(14):8343-8344.

　　[3]李彦斌,程相儒,杨建民,等.准格尔盆地南缘棉花高产气象条件分析[J].中国棉花,2012,39(10):19-21.

　　[4]左文龙,汪寿阳,晨曦,等.新疆水资源开发利用现状及其应对跨越式发展的战略对策[J].新疆师范大学,2013,23(1):33-39.

　　[5]2016年新疆棉花产业发展趋势[EB/OL].

　　[6]王建刚,王建林,徐建春,等.气候变化对北疆北部棉花生产的影响及对策[J].中国农业气象,2009,30(增1):103-106.

　　农业方向刊物推荐：《中国棉花》于1958年创刊，中国农科院棉花研究所主办，中国棉花杂志社编辑出版。《中国棉花》获中文核心期刊(2008);中文核心期刊(2004);中文核心期刊(2000);中文核心期刊(1992)。