摘要：為解決新疆北疆地區棉花播種出苗期低溫冷害問題，筆者利用人工氣候室，對種子低溫脅迫設計不同溫度進行播種出苗試驗，并結合1991—2017年農業氣象觀測資料，研究播種—出苗的適宜播種溫度指標、積溫指標，確定棉花適宜播種期。結果表明，棉花種子的萌芽率、萌芽天數、萌芽長度、萌芽鮮重及出苗率等各項參數隨溫度呈非線性有規律變化。

　　棉花種子低溫脅迫時間越長出苗越滯后，所需的積溫較多。北疆地區棉花主栽品種播種出苗下限溫度為12℃，需要活動積溫在160℃·d以上，≥12℃有效積溫在55℃·d以上。通過人工氣候室試驗結合大田實際監測研究，新疆北疆地區穩定通過12℃應作為棉花主栽品種播種的初始期;播種期確定在4月下旬，出苗期可免受春季低溫冷害的威脅。

　　關鍵詞：棉花;種子;播種;出苗期;低溫;溫度指標;適宜播種期

　　0引言

　　棉花是世界性經濟作物，也是中國重要的經濟作物和戰略物資。在輕工業、醫藥衛生、國防工業等方面應用廣泛[1-3]。新疆自治區的北疆地區是中國重要棉花生產基地，總產量占新疆地區的40%以上[4-5]，北疆地區棉花產量的豐欠狀況直接影響到全國棉花使用行業的經濟發展。一直以來，北疆棉花生產受氣候環境變化的制約，播種期受低溫冷害氣候的影響、棉花生長期的熱量供應與發育期的不匹配，造成生產管理的不協調，使棉花產量出現不穩定[6-8]。

　　因此，進行北疆棉花種子發芽至出苗的人工氣候干預，并結合1991—2017年棉花農業氣象監測資料，研究棉花播種至出苗的溫度指標和適宜播種期非常必要。棉花屬于喜溫植物，播種期氣候變化對棉花生長及產量形成影響顯著[9-11]。張翠英[12]、狄桂春[13]、張榮霞[14]、杜軍[15]等對魯西南、長江流域、新疆等地進行研究，氣溫、降水、日照等變化對棉花生長發育、產量形成及棉花質量均構成顯著的影響，并在地域上存在較大差異性。為了探索新疆北疆地區春播期氣溫變化對棉花播種至出苗的影響。

　　本研究采用1991—2017年田間農業氣象監測資料，通過人工氣候室對棉花種子進行不同溫度處理試驗，研究低溫脅迫對棉花種子萌發及出苗的影響，旨在探求北疆地區棉花主栽品種萌芽、出苗的溫度指標、研究確定北疆地區棉花適宜播種期，為該地區制定棉花豐產栽培、技術管理、防災減災等提供氣象實用技術。

　　1材料與方法

　　1.1試驗時間、地點

　　試驗于2017年4月在新疆石河子烏蘭烏蘇農業氣象試驗站人工氣候室進行。

　　1.2試驗材料

　　1.2.1供試品種

　　棉花品種分別為‘新陸早45’‘、新陸早64’‘、新陸早74’，均為近幾年石河子墾區機采棉主推品種。

　　1.2.2試驗儀器

　　以人工氣候室、植物生長室、培養皿(口徑16cm)、沙土、紗布、剪刀以及分析天平等作為試驗條件和用具。

　　1.2.3資料來源

　　1991—2017年氣象資料與棉花物候觀測資料來自新疆石河子烏蘭烏蘇農業氣象試驗站平行觀測。

　　1.3試驗方法

　　1.3.1萌芽試驗

　　利用人工氣候室進行棉花種子萌芽試驗，設定5個不同溫度處理，分別為10、11、12、13、14℃，每個處理3次重復。挑選飽滿的種子均勻放在培養皿里，每皿30粒種子，培養皿底部墊有3層經蒸餾水潤濕的紗布，試驗過程保持紗布濕潤，置入光照培養箱內。發芽標準為胚根伸出的長度達到種子長度的1/2，每隔24h記錄1次種子萌芽情況，連續3天無新增萌芽或萌芽率為100%時記為萌芽結束。萌芽結束后測量其胚根長、胚根重、總鮮重，計算萌芽率。

　　1.3.2恒溫出苗試驗

　　與萌芽試驗同步，設定10、11、12、13、14℃5個不同溫度處理，每個處理3次重復。將種子種植塑料盆中，塑料盆內裝7cm深的沙土，每盆均勻點播30粒飽滿的種子，播后覆蓋1cm。培養基土壤含水量保持在田間持水量的75%。以子葉露出沙土表面并且完全展開作為出苗標準[16]，每隔24h記錄1次出苗情況，連續3天無新增出苗或出苗率為100%時記為出苗結束，計算出苗率。

　　1.3.3種子低溫處理出苗試驗

　　利用人工氣候室進行出苗試驗，首先將種子在5℃低溫環境下，進行2、4、6、8、10天的不同天數的低溫脅迫，然后種植于塑料盆中，再置于25℃的人工氣候室內進行出苗試驗。種植方法、觀測標準同1.3.2。

　　1.3.4萌芽率與出苗率

　　計算分別見公式(1)~(2)[16]。萌芽率=(發芽試驗末期規定日期內正常的發芽種子數/供試種子數)×100%…………………………(1)出苗率=(規定時間內出苗數/播種種子數)×100%………………………………………………………(2)

　　1.3.5最小二乘法[17-18]

　　最小二乘法是一種數學優化技術，利用最小二乘法可以簡便地求得未知的數據，并使得這些求得的數據與實際數據之間誤差的平方和為最小，最小化誤差的平方和尋找最佳函數擬合。通過y=ax+b一元直線回歸，求算出棉花播種出苗的下限溫度指標和最低積溫指標。

　　1.3.6統計分析

　　采用Excel應用程序進行數據處理與分析。

　　2結果與分析

　　2.1不同溫度對萌芽參數及出苗的影響

　　2.1.1溫度對萌芽參數的影響

　　隨著溫度的升高棉花種子萌芽率逐漸增加，試驗設計溫度10~14℃并不在棉花種子發芽適宜溫度22~26℃范圍之內[19]，14℃比10℃萌發率提高17.1%，在試驗溫度范圍內萌芽率的速率為3.4%/℃。顯示種子萌芽天數隨著溫度的升高而減少，14℃比10℃減少6天，萌芽速率為1.2d/℃。

　　顯示種子芽長隨溫度升高而增長，在較低溫10℃環境下芽長對比較高溫14℃環境下短3.5mm。顯示種子萌芽平均鮮重隨著溫度升高而增加，當溫度10~12℃時，芽鮮重增加明顯，當溫度在12~14℃以上時，芽鮮重只微弱的變化。棉花種子各個測定的參數隨著溫度升高存在非線性有規律的變化。

　　2.1.2不同溫度對出苗的影響

　　棉花種子在人工干預下，設定不同恒定溫度脅迫，從浸種到出苗呈現出特有的規律性。顯示出溫度環境對出苗率的影響，在不同的溫度環境下出苗率也存在差別，當10、11℃較低溫環境出苗率不足60%，當12℃時出苗率驟然提高到80%以上，12℃成為提高出苗率的拐點，亦是棉花種子發芽出苗的敏感溫度。

　　顯示出溫度與棉花出苗天數的關系，在一定溫度范圍內，隨著溫度的升高天數縮短[20]是不爭的事實。在試驗中，當10℃較低溫環境時，出苗需要26天;當溫度14℃時，出苗需要13天;2個處理相比縮短13天，其出苗速率為2.6d/℃，即每升高1℃出苗提前2.6天。5個溫度處理，出苗天數在7~26天，需要活動積溫182~260℃·d，出苗越緩慢需要的積溫越多。

　　2.2種子低溫處理對出苗的影響

　　棉花種子在5℃低溫環境下，經過0、2、4、6、8、10天不同天數低溫脅迫之后，再播種移入25℃人工氣候室進行出苗試驗，其結果表現出一定的差異和規律性。通過對篩選的3個棉花品種綜合分析，低溫脅迫過程對出苗率影響不明顯，在6個處理中出苗率在90%~92%之間，不存在規律性。

　　低溫脅迫對出苗指數有明顯的影響，隨著低溫脅迫天數的增加而減小，即種子低溫脅迫天數越少出苗指數越高，變化速率為-0.25/d，每增加一天出苗指數減小0.25。低溫脅迫處理明顯影響出苗天數，隨著低溫處理天數的增加出苗天數也增加，當低溫處理0天時，平均出苗需要6.4天;當低溫處理10天時，平均出苗則需要8.2天，延長約2天。

　　也就是說棉花種子低溫脅迫處理后，出苗速率減緩，用時增加。在人工氣候室恒溫25℃條件下，未經處理的棉花種子需要6.4天時間完成出苗，活動積溫為160℃·d，經過低溫處理的棉花種子隨著處理天數的增加，活動積溫也增加，低溫處理10天播種出苗需要活動積溫205.0℃·d。

　　2.3播種出苗期溫度分析

　　1991—2017年棉花播種至出苗天數與活動積溫分析，呈線性關系，相關系數為0.8667(P<0.01)，正相關達到極顯著水平，體現出播種時溫度低，則需要長時間的溫度積累，播種至出苗溫度高活動積溫快速積累，則所用時間短的基本特征。

　　如：1992年4月24日播種，5月20日出苗，用時27天，平均氣溫為15.9℃，由于播種后在4月28日—5月3日連續6天低于10℃的低溫天氣，累積活動積溫達到430.7℃·d;2003年4月17日播種，5月10日出苗，用時24天，平均氣溫為13.2℃，由于播種之后4月19—23日連續5天的低于10℃的低溫天氣，累積活動積溫為317.6℃·d。

　　1992年、2003年因春季低溫苗情較差，最終是減產年。1996年5月1日播種，5月9日出苗，用時10天，平均氣溫為16.3℃，由于播種后氣溫較高，活動積溫迅速達到163.1℃·d，完成了播種出苗生育過程。由此可見，在播種出苗階段出現低溫障礙延緩出苗速度延長出苗時間，最終影響到棉花產量。

　　溫度低種子在土壤里被低溫脅迫，出苗滯后，所用活動積溫增加，這與2.2低溫脅迫試驗具有相同的分析結果。經最小二乘法分析，從y=12.067x+55.233式中得出，斜率a=12.067℃為棉花播種下限溫度，約為12℃，此結果與2.1.2分析的12℃是種子發芽出苗的敏感溫度相吻合;式中b=55.233℃·d則為播種出苗期間的≥12℃的有效積溫;從1991—2017年實際棉花播種出苗積溫統計結果看，此期間需要活動積溫163.1~430.7℃·d，也就是說，大田棉花播種出苗階段需要≥12℃的積溫在163℃·d以上。

　　3結論

　　(1)溫度變化對棉花種子的萌芽率、萌芽天數、萌芽長度、萌芽鮮重等各項參數均有非線性有規律的影響，且在12℃出現明顯的波動，表現出溫度的敏感性。在試驗設計的較低溫溫度范圍內，播種至出苗需要13~26天，活動積溫在182~260℃·d之間，較低溫環境下需要積溫更多。

　　(2)棉花種子經過低溫脅迫后在適宜溫度25℃環境下播種，出苗指數下降，出苗天數延長，低溫處理時間越長出苗越滯后，所需的積溫越多。經過0~10天不同天數的低溫處理，棉花種子播種出苗活動積溫在160~205℃·d之間。

　　(3)通過大田實際監測資料，棉花播種至出苗要10~27天，需要最低活動積溫163℃·d，播種期最低溫度12℃，≥12℃的有效積溫在55℃·d以上。

　　(4)綜合以上分析，北疆地區棉花播種出苗初始溫度為12℃，需要活動積溫在160℃·d以上，需要≥12℃有效積溫為55℃·d。

　　4討論

　　(1)棉花種子經過低溫脅迫處理，再播種時延長出苗時間，是本次試驗得出的結果，但這一結果的內在機制及對棉花種子產生的變化，低溫脅迫對棉花種子出苗具有明顯的影響，但對棉花產量構成的影響，還需進一步研究。

　　(2)人工氣候室試驗設計結合大田實際監測資料，新疆北部地區棉花主栽品種播種最低溫度為12℃，經歷年資料統計12℃初日集中在4月中下旬，終霜80%保證率結束于4月28日，按大田棉花播種出苗最短時間(10天)計算，出苗時間可在終霜日之后，因此，適宜播種期應確定在4月20日之后。

　　(3)大田播種出苗階段出現低溫障礙與種子低溫脅迫處理同樣延緩出苗速度，延長出苗時間，所用活動積溫量增加。延長出苗時間將使出苗率下降、弱苗增加，勢必會影響到最終的產量。因此，選擇棉花適宜播種期是棉花生產的關鍵。經過2年的試驗室研究和1991—2017年的大田監測研究，基本確定了棉花種子萌芽、出苗溫度指標和所需活動積溫指標，這一研究成果對指導北疆地區棉花生產具有重要的指導作用。

　　參考文獻

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　　農業方向刊物推薦：《中國棉花》于1958年創刊，中國農科院棉花研究所主辦，中國棉花雜志社編輯出版�！吨袊�棉花》獲中文核心期刊(2008);中文核心期刊(2004);中文核心期刊(2000);中文核心期刊(1992)。