收斂式有效積溫與馬鈴薯植株性狀變化的相關(guān)性

徐 寧，張洪亮，張榮華，許亞坤

（黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，黑龍江 哈爾濱 150030）

溫度對(duì)植物生長(zhǎng)至關(guān)重要，不僅直接作用于植物，還間接對(duì)光、水、土壤等的利用效率產(chǎn)生影響[1]。一般情況，溫度、光照、降水等條件的數(shù)量變化被稱為農(nóng)作物氣候適宜度的影響因子[2]。但由于多因素互作中可變因子多，所以研究單因素影響的可行性和實(shí)用性更高。在水分和養(yǎng)分充足、管理合理的前提下，同溫度相比其他因素的影響相對(duì)較小[3]，因此積溫的重要性更加明顯。國(guó)內(nèi)外以溫度對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)影響的研究較多，積溫方面的研究相對(duì)較少。有效積溫可反映氣候條件對(duì)作物生長(zhǎng)的綜合影響，并且能作為分析作物的熱量條件依據(jù)，可用于確定一定氣候條件下作物的適宜播期、生育期以及對(duì)應(yīng)的生理生長(zhǎng)特征[4-8]。馬鈴薯生長(zhǎng)與溫度相關(guān)度高，溫度過(guò)低、過(guò)高都不利于生長(zhǎng)。多數(shù)研究表明，決定馬鈴薯生長(zhǎng)主要有3個(gè)溫度參數(shù)：最低生長(zhǎng)溫度（Tb），取值在5～7℃；最適宜生長(zhǎng)溫度（T0），取值在18～20℃；最高生長(zhǎng)溫度（Tm），取值在29～30℃[9,10]。采用非收斂性函數(shù)是現(xiàn)今最為普遍的有效積溫計(jì)算方法，即排除低溫對(duì)數(shù)據(jù)的影響，有效積溫（非收斂式）和相應(yīng)關(guān)鍵生物物理參數(shù)不會(huì)因地理位置的差異而產(chǎn)生變化，所以通過(guò)了解有效積溫值（非收斂式），基本可以預(yù)判作物物候期。然而，對(duì)馬鈴薯而言該計(jì)算方法存在明顯缺陷，即溫度越高有效積溫值就越高，這與實(shí)際情況不符，馬鈴薯是喜冷涼作物，生長(zhǎng)過(guò)程中并非溫度越高越好。收斂式有效溫度正好彌補(bǔ)了這一缺陷，可同時(shí)排除低溫和高溫的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯品種‘延薯4 號(hào)’，由北大荒薯業(yè)集團(tuán)有限公司供種。試驗(yàn)地位于黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所阿城試驗(yàn)基地（E 126°58′16″，N 46°31′37″），屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均日照24 421 h，年均活動(dòng)積溫2 946℃，年均降水量553.2 mm，無(wú)霜期162 d，土壤為暗棕壤。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2020 年進(jìn)行，常規(guī)種植管理，壟寬65 cm，株距25 cm，壟長(zhǎng)5 m，5 壟區(qū)。苗出齊后，每隔7 d在不同小區(qū)順序進(jìn)行一次采樣，采樣20 株。分別測(cè)定株高、莖粗、葉片數(shù)和塊莖數(shù)，并記錄每日最高溫度和最低溫度。計(jì)算收斂式有效積溫，具體計(jì)算方法為：

式中，ET：收斂式有效積溫，Tx：日平均溫度，Tb：生長(zhǎng)最低溫度，T0：生長(zhǎng)最佳溫度，Tm：生長(zhǎng)最高溫度。采用收斂性函數(shù)計(jì)算馬鈴薯有效積溫[9]。并根據(jù)周岑岑[11]研究把馬鈴薯生長(zhǎng)的最低溫度、最佳溫度、最高溫度設(shè)定為5，19 和30℃。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及相關(guān)性分析，DPS 7.05 進(jìn)行方差分析，處理間差異顯著性分析采用Duncan’s新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 株高隨收斂式有效積溫變化

收斂式有效積溫值在1 576.62℃時(shí)，株高最高（116.42 cm），該積溫點(diǎn)與其他積溫點(diǎn)間（除了1 448.65 和1 836.27℃積溫點(diǎn)外）差異均達(dá)到顯著水平。并且收斂式有效積溫與株高呈二次函數(shù)變化，對(duì)應(yīng)函數(shù)公式為：y= -1.362 9x2+ 22.793x+21.321，R2為0.926 8，說(shuō)明y變量（株高）92.68%的變異可由x變量（收斂式有效積溫）變化來(lái)預(yù)測(cè)和解釋。從預(yù)測(cè)曲線變化得出，株高在整個(gè)生育期呈先增長(zhǎng)后下降的變化趨勢(shì)，理論分界點(diǎn)為1 494.97℃。說(shuō)明該積溫點(diǎn)后馬鈴薯開(kāi)始進(jìn)入成熟期（圖1）。

圖1 不同收斂式有效積溫條件下株高及變化趨勢(shì)Figure 1 Plant height and variation trend under different convergent effective accumulated temperature conditions

2.2 莖粗隨收斂式有效積溫變化

收斂式有效積溫值在1 836.27℃時(shí)，莖粗達(dá)到最大（13.63 mm），該積溫點(diǎn)與其他積溫點(diǎn)間（除973.23℃積溫點(diǎn)外）差異均達(dá)到顯著水平。并且收斂式有效積溫與植株莖粗呈四次函數(shù)變化，對(duì)應(yīng)函數(shù)公式為：y=-0.003 5x4+ 0.110 5x3- 1.125 6x2+4.381 9x+ 5.951 4，R2為0.758 6，說(shuō)明y變量（莖粗）75.86%的變異可由x變量（收斂式有效積溫）變化來(lái)預(yù)測(cè)和解釋。從預(yù)測(cè)曲線變化可以看出，莖粗變化出現(xiàn)“增平增”的變化趨勢(shì)，收斂式有效積溫在973.23～1 448.65℃有一個(gè)穩(wěn)定時(shí)期，從變化趨勢(shì)分析出，莖粗在整個(gè)生育期有2個(gè)增長(zhǎng)時(shí)期，分別在整個(gè)生育期的兩端。生長(zhǎng)前期莖粗不斷變粗，到達(dá)852.63℃后保持平緩，在1 576.62℃后又開(kāi)始變粗，前期增幅大于后期（圖2）。

圖2 不同收斂式有效積溫條件下莖粗及變化趨勢(shì)Figure 2 Stem diameter and variation trend under different convergent effective accumulated temperature conditions

2.3 葉片數(shù)隨收斂式有效積溫變化

收斂式有效積溫值在1 348.57℃時(shí)，葉片數(shù)最多（673.65 個(gè)），該積溫點(diǎn)與其他積溫點(diǎn)間（除了1 111.40、1 221.14 和1 448.65℃3 點(diǎn)外）差異均達(dá)到顯著水平。并且收斂式有效積溫與葉片數(shù)呈二次函數(shù)變化，對(duì)應(yīng)函數(shù)公式為：y=-15.612x2+201.39x- 71.609，R2為0.841 9，說(shuō)明y變量（葉片數(shù)）84.19%的變異由x變量（收斂式有效積溫）變化來(lái)預(yù)測(cè)和解釋。預(yù)測(cè)曲線變化可看出，呈拋物線變化趨勢(shì)。從變化趨勢(shì)得出，葉片數(shù)先增加后減少，理論上在1 278.46℃達(dá)到最大值。說(shuō)明該積溫點(diǎn)馬鈴薯開(kāi)始進(jìn)入衰老期（圖3）。

圖3 不同收斂式有效積溫條件下葉片數(shù)及變化趨勢(shì)Figure 3 Leaf number and variation trend under different convergent effective accumulated temperature conditions

2.4 塊莖數(shù)隨收斂式有效積溫變化

收斂式有效積溫值在1 836.27℃時(shí)，塊莖數(shù)達(dá)到最多（15.33個(gè)），且該積溫點(diǎn)與其他積溫點(diǎn)間（除1 448.65和1 576.62℃積溫點(diǎn)外）差異均達(dá)到顯著水平。并且收斂式有效積溫與塊莖數(shù)呈對(duì)數(shù)變化，對(duì)應(yīng)函數(shù)公式為：y=5.601 7ln(x)+ 0.767 3，R2為0.866 7，說(shuō)明y變量（塊莖數(shù)）86.67%的變異可由x變量（收斂式有效積溫）變化來(lái)預(yù)測(cè)和解釋。從預(yù)測(cè)曲線分析出，塊莖數(shù)在整個(gè)生育期一直處于增長(zhǎng)狀態(tài)，增長(zhǎng)速率呈現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì)，從曲線可以看出分界點(diǎn)為1 111.40℃，該分界點(diǎn)前為結(jié)薯的高峰期（圖4）。

圖4 不同收斂式有效積溫條件下塊莖數(shù)及變化趨勢(shì)Figure 4 Tuber number and variation trend under different convergent effective accumulated temperature conditions

3 討 論

收斂式有效積溫與馬鈴薯植株性狀相關(guān)性較高，決定系數(shù)均在75%以上，其中四分之三的測(cè)定項(xiàng)目的決定系數(shù)在84%以上，所以初步判定可通過(guò)收斂式有效積溫變化規(guī)律對(duì)馬鈴薯植株性狀變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，并確定相應(yīng)的物候期。這符合何英彬等[9]提出的收斂式有效積溫可預(yù)測(cè)作物物候期的理論。也間接證明了采用收斂式有效積溫預(yù)測(cè)植株長(zhǎng)勢(shì)和物候期的可行性。

試驗(yàn)得出莖粗增長(zhǎng)有2個(gè)時(shí)期，分別在生育期的兩端，生長(zhǎng)前期隨著植株向成熟轉(zhuǎn)變，莖粗不斷變粗，且增長(zhǎng)較快。當(dāng)收斂式有效積溫到達(dá)852.63℃后長(zhǎng)勢(shì)停止，在1 576.62℃后期隨著莖部纖維化的開(kāi)始，莖粗又開(kāi)始繼續(xù)變粗。此變化符合正常的馬鈴薯生理變化，并證明可通過(guò)收斂式有效積溫判定莖部生長(zhǎng)的活躍期和纖維化時(shí)期。

馬鈴薯塊莖數(shù)在整個(gè)生育期一直處于增長(zhǎng)狀態(tài)，增長(zhǎng)速率呈現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì)，快慢變化的分界點(diǎn)為1 111.40℃。說(shuō)明收斂式有效積溫在1 111.40℃之前是馬鈴薯生長(zhǎng)的活躍期，從該收斂式有效積溫點(diǎn)開(kāi)始，馬鈴薯進(jìn)入成熟期。

葉片數(shù)和株高呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，并分別在1 278.46 和1 494.97℃達(dá)到最大值。說(shuō)明收斂式有效積溫在1 278.46～1 494.97℃是馬鈴薯生長(zhǎng)最旺盛時(shí)期，之后開(kāi)始逐步進(jìn)入衰老期。