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高温热害对棉花蕾铃脱落的影响分析

2022-12-30杨明凤王雪姣

湖北农业科学 2022年21期
关键词:蕾铃石河子垦区

向 导,杨明凤,张 玲,张 明,王雪姣

(1.乌兰乌苏农业气象试验站,新疆 石河子 832000;2.石河子气象局,新疆 石河子 832000;3.新疆农业气象台,乌鲁木齐 830002)

新疆维吾尔自治区(以下简称新疆)属于典型的温带大陆性干旱气候区,具有丰富的光热资源,已成为中国最大的优质棉生产基地,棉花(Gossypiumspp.)种植面积占全国80%以上。适宜的温度是作物生长发育的必需条件,而过高的环境温度会导致光合速率下降、呼吸作用增强,引起生理性早衰;高温天气影响棉花器官的发育,使柱头上花粉量及萌发花粉量减少,畸形花药增多、花粉活力降低、棉铃较小、僵小铃增多[1-6],致使蕾铃脱落,产量和品质降低[7,8]。赵鸿等[9]、王苗苗[10]、宋桂成等[11]认为棉花花铃期适宜温度为25~30℃,当日平均温度≥30℃时,开花期间蕾铃脱落数量增加,≥33℃以上的持续高温,棉花的花器官柱头发生异变,变为长柱头花,花粉粒败育,影响正常授粉,最终影响棉花产量[12-14]。在高温胁迫下,日最高温度每升高1℃,棉花减产110 kg∕hm2[15,16]。在棉花实际生产中,受不稳定气候因素和棉花生理机制的影响,蕾铃脱落十分普遍,严重的高达60%~70%[17-20]。近年来,全球气候变化异常,高温热浪事件愈来愈频繁,棉花产量形成的关键期(6—8月),也是一年中极端高温天气发生最为频繁的季节,花铃期高温胁迫导致棉花减产的现象在新疆区域频繁发生[21-23]。

本研究通过人工气候室模拟高温试验,分析石河子垦区高温热害对棉花叶蕾铃脱落的影响,并通过历史气象资料分析,明确该地区高温变化规律,为当地棉花高产栽培和防灾减灾提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点在乌兰乌苏国家一级农业气象试验站(图1),N44°17′—E85°49′,海拔468.5 m,位于准噶尔盆地南缘,处于天山北坡中心位置,气候属于典型的温带大陆性气候,冬季长而严寒,夏季短而炎热,年平均气温7.4℃,日照时间约2 862.1 h,无霜期约180 d,年降水量230.8 mm,年蒸发量1 604.9 mm。

图1 研究区域

1.2 试验设计

棉花高温胁迫蕾铃脱落试验于2019年在乌兰乌苏农业气象试验站人工气候室进行。品种为当地主栽品种新陆早64号,4月中旬于盆钵(长、宽、深分别为58、18、27 cm)中播种,每盆2株。将盆钵埋于气象观测场东北约30 m处棉花试验田中,使盆钵上沿与地面持平,始终保持其土壤有效含水量为(70±5)%。现蕾中期(7月21日)移至人工气候箱进行高温模拟试验,处理完后移回自然环境中生长至吐絮成熟。整个试验过程中棉花田间管理措施与高产栽培要求一致。试验设置2个温度梯度(35、38℃)、3个持续时间(3、6、9 d),共6个处理,每个处理3次重复。对照(CK)盆钵置于棉花试验田内,植株始终在自然环境中生长,3次重复。盆栽均是7月21日放入人工气候箱,处理3、6、9 d分别是从7月24日、7月27号、7月30号开始试验调查,共调查7次。

1.3 试验期间气象资料

1964—2019年气象资料来自于乌兰乌苏农业气象试验站。试验期间气象条件见表1。

表1 2019年7月24日至8月16日 气象 资料

2 结果与分析

2.1 高温对棉花叶片脱落的影响

棉花存在自然落叶的生理现象,CK 21 d内叶片脱落率(落叶率)为7.9%。不同高温处理后,供试植株叶片出现不同程度的异常脱落现象,落叶率大幅上升。在相同处理时间下,不同高温处理的落叶率随着时间推移呈上升趋势,且处理的温度越高落叶率越高;在相同高温处理下,高温处理的时间越长,其落叶率越高。在2个高温处理下(35、38℃),植株落叶率随时间推移呈上升趋势,最后趋于平稳。

由图2所示,经过3 d高温处理,35℃高温处理后21 d的落叶率为27.7%,比CK增加19.8个百分点;38℃高温处理后的落叶率为32.6%,落叶率比CK增加24.7个百分点。经过6 d高温处理,35℃高温处理后21 d的落叶率为35.9%,比CK增加28.0个百分点;38℃高温处理21 d的落叶率为40.3%,落叶率比CK增加32.4个百分点。经过9 d高温处理,35℃高温处理21 d的落叶率为58.6%,比CK增加50.7个百分点;38℃高温处理落叶率为60.2%,落叶率比CK增加52.3个百分点。高温处理6、9 d后,供试样品搬出人工气候箱,落叶率迅速下降,观测9 d后的叶片落叶率逐渐趋于平稳。在经受一定强度的异常高温后,植株通过脱落叶片减少能量消耗,当环境适宜时,植株又能继续生长。

图2 高温处理3、6、9 d后落叶率

2.2 高温对蕾铃脱落的影响

棉花存在自然蕾铃脱落的生理现象,通过试验监测,CK 21 d的蕾铃自然脱落率为22.7%。经过不同高温处理,供试棉株的蕾铃随时间推移有不同程度的异常脱落现象,高温热害使蕾铃脱落率大幅上升。在不同高温胁迫下,供试棉株随着高温胁迫时间的推移,其蕾铃脱落率均呈上升趋势。温度越高蕾铃脱落率也越高,即38℃>35℃>CK;在相同高温胁迫下,经受高温时间越长其蕾铃脱落率越高,即9 d>6 d>3 d。

由图3所示,经过3 d高温处理,35℃高温处理后21 d的蕾铃脱落率为40.4%,比CK增加17.7个百分点;38℃蕾铃脱落率为46.1%,比照CK增加23.4个百分点。经6 d高温处理,35℃高温处理后21 d的蕾铃脱落率为42.5%,比CK增加19.8个百分点;38℃蕾铃脱落率为49.6%,比CK增加26.9个百分点。经过9 d高温处理,35℃高温处理后21 d的蕾铃脱落率为56.4%,比CK增加33.7个百分点;38℃蕾铃脱落率为60.2%,比CK增加37.5个百分点。高温处理6、9 d后,供试样品搬出人工气候箱后蕾铃脱落率迅速变缓,说明在高温下,蕾铃脱落增多,回到正常温度后脱落减缓。棉花高温热害胁迫后,棉花生殖器官受到影响,花粉量减少,畸形花药增多、棉铃缩小、僵小铃增多,与龚照龙等[7]、金桂红等[8]研究结果一致。

图3 高温处理3、6、9 d后蕾铃脱落率

2.3 石河子垦区近56年高温的变化规律

2.3.1 高温日数发生特征石河子垦区1964—2019年高温日数及极端高温情况见表2。1964—2019年平均≥35℃高温日数为13.2 d,超过3 d的集中在6—8月,占全年的76.3%,其中7月最多,占33.0%;≥38℃高温日数年平均为5.8 d,分布在5—8月,7月最多,占全年的32.8%;≥40℃高温1964—2019年共出现3次,分别出现在1965、1974、1975年。

表2 石河子垦区1964—2019年高温日数及极端高温统计

2.3.2 ≥35℃高温初、终日年际变化石河子垦区1964—2019年≥35℃高温的初日、终日年际变化见图4。从≥35℃的高温初日来看,主要集中在6、7月,最早出现在4月30日(1997年),最晚出现在8月2日(1972年);≥35℃初日年际变化提前趋势不明显,倾向率为-1.3 d∕(10 a)(r≈0.117,P>0.5);其中1964—1970年、2011—2019年接近平均值,在6月11—14日;1981—1990年偏 晚,平均在6月22日;1990—2010年明显提前,平均在6月3—4日。≥35℃的高温终日,平均结束在8月17日,最早结束于7月3日(1993年),最晚结束于9月29日(1985年);≥35℃终日年际变化趋势平稳,倾向率为-0.087 d∕(10 a)(r≈0.0,P>0.5)。

图4 ≥35℃高温初日、终日年际变化趋势

2.3.3 ≥35℃高温日数年际间变化1964—2019年石河子垦区极端最高气温41.6℃出现在1975年,≥35℃高温日数平均为17.6 d,56年间,≥35℃高温日数≥10 d有40年,概率为71.4%;≥15 d有21年,概率为37.5%;≥20 d有9年,概率为16.1%;≥25 d有4年,概率为7.1%;超过30 d的有2年,概率为3.6%。由图5所示,≥35℃高温日数年际变化呈微弱上升趋势,倾向率为0.009 d∕(10 a)(r=0.022,P>0.5),不显著;1964—1974年、1993—2008年高温日数变化幅度较大,而1975—1992、2009—2019年高温日数变化幅度相对较小。≥35℃高温日数标准偏差为6.3 d,即石河子垦区≥35℃高温日数正常变化在7~20 d。

图5 ≥35℃高温日数年际间变化

统计分析得出,新疆石河子垦区≥35℃高温日年年存在,出现连续3 d高温以上的年份占76.3%。1981年以来最长连续高温日为10 d,出现在1998年和2015年的7月份。2008年5—8月出现6个连续3 d以上高温日。这些连续高温日主要分布在6、7、8月内,并以7月居多,占75.9%。连续4 d以上高温日概率为56.4%,连续5 d以上高温日概率为35.9%,连续6~10 d的概率为28.2%。以上分析结果可以看出,石河子垦区高温热害十分严重。

3 小结与讨论

棉花遭受高温热害后,其叶片、蕾和幼铃均出现异常脱落现象。在35、38℃高温试验处理情况下,高温持续时间越长,其落叶率、蕾铃脱落率越高;温度越高,棉花叶片、蕾和幼铃脱落率越高。试验中发现当棉花受热害之后蕾铃先于叶片出现异常脱落,并且脱落的数量也高于叶片。石河子垦区≥35℃高温主要出现在6—8月,并以7月最多,连续3 d以上高温日出现概率高达76.3%,基本上3年两遇。棉花6月现蕾,7月开花[24],生育期与石河子垦区高温出现时段相吻合,所以也使棉花受热害最为严重。

棉花受高温热害之后,直接影响棉花器官的发育,光合作用减弱,呼吸作用增强,蒸腾的提高,引起花粉活力降低,蕾铃脱落[4-6]。受高温胁迫,棉花柱头上花粉量及萌发花粉量减少,畸形花药增多、棉铃较小、僵小铃增多[7,8],叶片、蕾和幼铃脱落,最终导致棉花减产。高温是石河子垦区棉花栽培的主要气象灾害之一,因此,深入开展高温防御方法研究,减少高温热害对棉花生长的不利影响很有必要。

4 高温热害防御措施

4.1 适时早播

石河子垦区棉花播种多集中在4月下旬,从近年春播期气温变化分析,日平均气温≥10℃初日在4月上旬,终霜提前至4月中旬,采用覆膜技术,播种期可提前至4月中旬。促进棉花早发,棉花的生育进程加快,使其早现蕾、早开花,提前进入花铃期,以增强抗逆性。

4.2 平衡施肥精细管理

深施基肥、轻苗肥,稳蕾肥、重施花铃肥[7],适时打顶整枝,塑造合理株型,控制顶端营养生长,调节棉株内部物质循环,促进营养向蕾铃输送。培育壮苗强株,提高棉株的抗逆性。使棉株“壮而不旺,稳健生长”。

4.3 滴灌、喷灌相结合降低高温伤害

石河子垦区作物生长季降水量只有150 mm左右,棉花灌溉用水主要来于地下水。为了节水,目前棉花以膜下滴灌为主,为降低高温灾害风险,可安装膜下滴灌与喷灌系统相结合的水利设施,遇高温天气可采用空中喷雾降低棉田温度,避免高温伤害,减少蕾铃脱落。

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