棉花障碍型冷害的人工模拟试验研究

邹　陈，杨明凤，张　玲，朱惠芝，吉春容*

棉花障碍型冷害的人工模拟试验研究

邹陈1，2，杨明凤2，张玲2，朱惠芝2，吉春容1，2*

（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所；新疆维吾尔自治区树木年轮生态重点实验室；中国气象局树木年轮理化研究重点实验室，新疆乌鲁木齐830002；2.乌兰乌苏农业气象试验站，新疆石河子832000）

为了确定引起棉花障碍型冷害的主导气象因子，达到及时预报、减轻损失的目的，2007—2008年在新疆石河子棉区乌兰乌苏农业气象试验站内，通过智能人工气候箱对石河子主栽品种297-5实施低温模拟试验，研究不同范围低温（9~17.5℃和11.5~17.5℃），及低温持续时间（2~4 d）对棉花生长的影响。结果表明：石河子棉区棉花在遭受不同强度低温冷害后，其叶片、蕾和幼铃都出现异常脱落现象，且其减少程度与冷害强度有关，相同最高温度，最低温度值越小，持续时间越长其减少率越高；棉花在遭受相同强度的低温后，其蕾、铃先于叶片出现异常脱落现象，并且减少率高于叶片15%~40%。但在一定强度范围内，当环境温度再次升高到满足其生长条件后，仍然可以继续稳定生长。

棉花；低温模拟；障碍型冷害

邹陈，杨明凤，张玲，等.棉花障碍型冷害的人工模拟试验研究[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（3）：89-94.

新疆是我国最大的产棉省区，其平均单产及总产居全国各省区第一位[1，2]。北疆的石河子绿洲棉区是新疆一个重要的优质商品棉生产基地，对北疆经济和农业生产有着重大影响。近年来，虽然在全球气候变暖的背景下，新疆气候表现出明显的变暖增湿趋势[3，4]，但由于石河子棉区地处中纬度，是新疆棉花生产的北界，盛夏易受到北方冷空气的影响[5]。据统计[6]，盛夏（7月10日—8月15日），天山北部棉花生长易受障碍型冷害的影响，1961—2003年盛夏，沿天山一带棉区共出现12次持续2 d以上的低温过程。一些研究[7，8]表明：对新疆棉花生产影响最大的农业气象灾害不是霜冻、风沙等灾害，而是生长季低温所引起的低温冷害。2001年7月28日—8月1日北疆棉花正处于大量开花、结铃时期出现的异常低温连阴雨天气，使石河子、沙湾等地棉花受害严重[9]。因此利用现代化技术科学地研究新疆夏季异常低温对棉花生长的影响就显得尤为重要。

国内已有学者[10]通过研究夏季异常低温天气发生时的气象因子与棉花产量的关系，得出低温对棉花产量的影响，也有学者[11-16]通过分析热量条件与棉花产量及品质的关系，得到不同热量条件对棉花产量及其纤维品质的影响，还有学者[17-19]通过分析棉花生长发育观测资料与其所在棉区内气象站逐旬气象观测资料的相关关系，从而对棉区内棉花生长期延迟型低温冷害的气象指标进行了初步探讨，还有部分学者[20-21]从天气学角度分析夏季新疆各棉区棉花障碍型冷害发生前后，其异常低温天气的发生成因。本文运用智能人工气候箱人为控制温、湿度及光强，模拟石河子棉区异常低温天气过程，研究引起石河子棉区棉花障碍型冷害的主导气象因子对棉花生长的影响，旨在为进一步揭示棉花障碍型低温冷害的发生机理以及为研究低温冷害的温度、湿度及光强指标提供理论依据。

2　材料与方法

2.1供试品种与处理

试验于2007—2008年在石河子棉区乌兰乌苏农业气象试验站内（地处44°17＇N，85°49＇E，海拔高度468.2 m）进行，应用智能人工气候箱（武汉产，HP1000GS型，内胆尺寸：620×1100×1450 mm3）人为控制温度、湿度和光照强度。以当年石河子主栽品种297-5为供试品种，分5个播期进行分期播种。盆栽试验花盆规格：上内径28 cm，下内径24 cm，深度27 cm），盆钵埋于气象观测场东北约30 m的试验田内，当各播期供试样品出现2~4个大铃时，分批次放入智能人工气候箱中，同一处理每次2盆（2年共8盆），进行不同范围低温9℃（日最低温度，下同）~17.5℃（日最高温度，下同）和11.5~17.5℃，通过预先设定的程序，把范围温度分为24个时段，以08时温度为一天当中温度最低值，以15时温度为一天当中温度最高值，来模拟一天当中温度的日变化，温度在整点时变化；并对样品做2~4 d不同天数的处理。同时把光照强度分为4个等级，模拟一天当中的日夜变化：22—05时（夜间）光照强度为0 （0 lux），06—07时（凌晨）、19—21时（傍晚）光照强度为1（900 lux），08—10时（上午）、16—18时（下午）光照强度为2（1800 lux），11—15时（中午）光照强度为3（2800 lux）；相对湿度一直控制在85%。供试样品在低温处理完之后放回原处，试验田内供试样品不使用任何化学调控剂，其它栽培管理措施按高产棉田要求进行，每个处理留2~3个对照样品。

2.2测定项目

当盆栽棉花样品长出2~4个大铃时，选同播期样品4盆放入智能人工气候箱中，放入前对供试盆栽棉花样品进行挂牌观测，记录其幼龄数、大铃数、蕾数、花和叶片数，取出后对上述项目再次进行测定，以后每隔2~4 d观测、记录一次，直到第17 d以后停止测定。

2.3减少率计算

为了精确地对比出不同低温范围温度处理后和未做过低温处理的棉花样品间的差别，并消除后期某些棉花植株基数较小给计算结果带来的偏差，采用公式

式中yi为第i次观测后所计算出的观测项目减少率，a为供试棉花样品放入智能人工气候箱前所测观测项目的数量，bi为供试棉花样品搬出智能人工气候箱后第i次所测的观测项目的数量。

3　结果与分析

3.1叶片减少率

棉花的花铃期是对热量需求最敏感的时期，也是棉花品质与产量形成的关键时期。通过人工气候箱精细地模拟不同范围温度、湿度和光照等环境条件，观测供试样本对不同气象条件的响应，不受偶然因素的影响，因而所得冷害指标较准确。

处理结果见图1，经过相同最高温度，不同最低温度的受害范围低温、寡照、高湿处理不同天数之后，供试样品的叶片随时间有不同程度的异常脱落现象。在不同范围低温、持续时间相同的情况下，随供试样品搬出时间增加其叶片减少率呈上升趋势，其叶片减少率：9~17.5℃处理>11.5~17.5℃处理>对照（处理天数相同），说明最高温度相同，最低温度越低叶片脱落率越大。经过相同范围低温、不同持续时间处理后，从各范围低温叶片减少率与对照的对比可以看出：经受低温时间长其叶片减少率高，并且在两种范围低温处理下的植株叶片减少率随各处理时间增加，其叶片减少趋势有较好的一致性，都呈上升趋势，且其减少率：4 d>3 d>2 d（范围低温相同），说明相同受害范围低温，低温持续时间越长叶片脱落率越大。但是从图1可以看出：供试样品的叶片数并不是在受害低温处理完搬出气候箱后立刻就有明显的减少，大都是在搬出人工气候箱后的第3~4 d叶片数较对照开始明显减少，直至第14 d，处理14 d之后受害植株叶片减少速率下降，其叶片减少率趋向于平稳不再减少。这说明该品种棉花在此发育期进程内具有一定的抵抗低温能力，在经受一定强度的异常低温（未致整株死亡）后，棉花植株通过脱落部分叶片减少消耗来抵御低温带来的损害，当环境满足其生长条件后，又能继续生长，但受害植株对环境的响应速度有一定的滞后性，包括降温和升温。

3.2蕾铃数减少率

处理结果见图2，经过相同最高温度，不同最低温度的受害范围低温、寡照、高湿处理不同天数之后，供试样品的蕾、铃有不同程度的异常脱落现象。在不同的受害范围低温、持续时间相同的情况下，随供试样品搬出时间增加其总蕾铃数减少率上升，总蕾铃减少率：9~17.5℃处理>11.5~17.5℃处理>对照（低温处理相同天数），说明最高温度相同，最低温度越低蕾铃脱落越多。经过相同范围低温、不同持续时间处理后，从各范围低温总蕾铃数减少率与对照的对比可以看出：经受低温时间长其总蕾铃减少率高，并且在两种范围低温处理下植株总蕾铃的减少率随各处理时间增加，其总蕾铃数的减少率都呈上升趋势，且其减少率：4 d>3 d>2 d（范围低温相同），说明相同受害范围低温，低温持续时间越长蕾铃脱落率越多。并且从图2可以看出：与对照的样品相比，供试样品的总蕾铃数在受害低温处理完搬出气候箱后就明显减少，除9~17.5℃处理4 d外，其他供试样品总蕾铃数持续减少至第14 d后受害植株总蕾铃数减少速率下降，其总蕾铃数减少率趋向于平稳，而9~17.5℃处理4 d的供试样品总蕾铃数减少率有持续增大的趋势，说明该品种棉花在此发育期进程内虽然具有一定的抵抗低温的能力，在经受一定强度的异常低温（未致整株死亡）后，棉花植株通过脱落部分蕾铃减少消耗来抵御低温带来的损害，当环境满足其生长条件后，又能持续生长，然而当受害低温持续时间较长，超出植株的抗低温能力，会导致受害植株在处于满足其生长的环境下仍然表现为受害，不再具有可逆性。

图1　模拟试验后叶片数减少率

3.3综合影响比较

综合分析图1和图2得出，经过不同受害范围低温和不同天数处理之后，供试棉花样品的蕾、铃先于叶片出现异常脱落现象。供试棉花样品的总蕾铃数在搬出气候箱的1~3 d就出现明显地异常脱落现象，而同一植株的叶片数是在搬出气候箱的第3 d后才出现异常脱落现象。在经过不同范围低温和天数处理之后，供试棉花样品的蕾、铃受低温冷害的影响程度远大于叶片，供试棉花样品其总蕾铃数减少率达45%~95%，而叶片数减少率仅20%~65%。

图2　模拟试验后总蕾铃数减少率

4　结论

本研究结果表明，棉花在遭受不同强度低温冷害后，其叶片、蕾和幼铃都出现异常脱落现象，且其减少程度与冷害强度有关，相同的日最高温（17.5℃），日最低温度值越小（9℃），持续时间越长（4 d）其减少率高；棉花在遭受相同强度的低温后，其蕾、铃先于叶片出现异常脱落现象，并且数量的减少率也高于叶片（15%~40%），但在一定强度范围内，当环境温度恢复至满足其生长条件后，棉珠仍可以继续稳定生长。这与文献[22-23]的研究相同最低温度、不同最高温度处理不同时间得出的结果一致，但文献 [23]得出较低的温度致受害棉株叶片持续减少，本研究发现相同范围的低温，持续时间达4 d或以上时，也能导致受害棉株蕾铃数持续减少，没有减缓或停止的趋势，失去抗逆性。

本文结果分析是从两年试验结果中得出的，试验点较单一。由于棉花的耐冷性有品种间的差异，中36品种在范围温度达11.5~22.5℃处理2 d以上就表现为持续受害[23]，而297-5品种抗冷性表现优于中36，在范围温度达9~17.5℃处理4 d时才表现为持续受害。而且各地品种更新换代速度较快，所以没有给出明确的障碍型冷害指标。障碍型冷害指标问题还有待进一步的研究和完善。

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Experiments and Studies of Simulating Low Temperatures about Sterile-type Cool Injury of Cotton in Shihezi

ZOU Chen1，2，YANG Mingfeng2，ZHANG Ling2，ZHU Huizhi2，JI Chunrong1，2
（1.Institute of Desert Meteorology,China Meteorological Administration，Urumqi 830002，China；2.Wulanwusu Agro-meteorological Experimental Station，Shihezi 832000，China）

In order to determine the main meteorological factors for sterile-type cool injury of cotton,to achieve the goal of timely forecasting the disaster and making use of suitable and effective measures of its prevention.The simulating experiment of low temperature,applying intelligent artificially climate box,was carried out during 2007-2008 in Wulanwusu Agro-meteorological Experiment Station in Shihezi of Xinjiang.The responses of cotton low temperature and duration of the low temperature were studied using intelligent artificial climate box,and the temperature conditions were controlled artificially.The results showed that:the cotton leaves,buds and bells felled off abnormally after suffering from chilling damage.Moreover,decrease in the number of the cotton leaves,buds and bells was related to increase of chilling damage intensity,and with the same maximum temperature,the lower the minimum temperature was,the longer the duration of low temperature was,the higher reduction ratio was.With the same chilling damage intensity,the responses of buds and bells were more sensitive than the leaves,and the extent of injure was more serious than the leaves.But injury could not be completely.The cotton may have certain vitality and will restore at a certain range.

cotton；low temperature simulate experiments；sterile-type cool injury

S426

B

1002-0799（2016）03-0089-06

10.3969/j.issn.1002-0799.2016.03.014

2015-01-15；

2015-06-16

公益性行业（气象）科研专项（GYHY（QX）201506001）；国家自然基金（41375122）；公益性行业 （气象） 科研专项（GYHY201106025）。

邹陈（1979-），男，副研究员，主要从事农业气象研究。E-mail：zoucheng@idm.cn

吉春容（1983-），女，副研究员，主要从事农业气象研究。E-mail：jcr83@163.com