收敛式有效积温与马铃薯植株性状变化的相关性

徐 宁，张洪亮，张荣华，许亚坤

（黑龙江省农垦科学院经济作物研究所，黑龙江 哈尔滨 150030）

温度对植物生长至关重要，不仅直接作用于植物，还间接对光、水、土壤等的利用效率产生影响[1]。一般情况，温度、光照、降水等条件的数量变化被称为农作物气候适宜度的影响因子[2]。但由于多因素互作中可变因子多，所以研究单因素影响的可行性和实用性更高。在水分和养分充足、管理合理的前提下，同温度相比其他因素的影响相对较小[3]，因此积温的重要性更加明显。国内外以温度对马铃薯生长影响的研究较多，积温方面的研究相对较少。有效积温可反映气候条件对作物生长的综合影响，并且能作为分析作物的热量条件依据，可用于确定一定气候条件下作物的适宜播期、生育期以及对应的生理生长特征[4-8]。马铃薯生长与温度相关度高，温度过低、过高都不利于生长。多数研究表明，决定马铃薯生长主要有3个温度参数：最低生长温度（Tb），取值在5～7℃；最适宜生长温度（T0），取值在18～20℃；最高生长温度（Tm），取值在29～30℃[9,10]。采用非收敛性函数是现今最为普遍的有效积温计算方法，即排除低温对数据的影响，有效积温（非收敛式）和相应关键生物物理参数不会因地理位置的差异而产生变化，所以通过了解有效积温值（非收敛式），基本可以预判作物物候期。然而，对马铃薯而言该计算方法存在明显缺陷，即温度越高有效积温值就越高，这与实际情况不符，马铃薯是喜冷凉作物，生长过程中并非温度越高越好。收敛式有效温度正好弥补了这一缺陷，可同时排除低温和高温的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试马铃薯品种‘延薯4 号’，由北大荒薯业集团有限公司供种。试验地位于黑龙江省农垦科学院经济作物研究所阿城试验基地（E 126°58′16″，N 46°31′37″），属寒温带大陆性季风气候，年均日照24 421 h，年均活动积温2 946℃，年均降水量553.2 mm，无霜期162 d，土壤为暗棕壤。

1.2 试验方法

试验于2020 年进行，常规种植管理，垄宽65 cm，株距25 cm，垄长5 m，5 垄区。苗出齐后，每隔7 d在不同小区顺序进行一次采样，采样20 株。分别测定株高、茎粗、叶片数和块茎数，并记录每日最高温度和最低温度。计算收敛式有效积温，具体计算方法为：

式中，ET：收敛式有效积温，Tx：日平均温度，Tb：生长最低温度，T0：生长最佳温度，Tm：生长最高温度。采用收敛性函数计算马铃薯有效积温[9]。并根据周岑岑[11]研究把马铃薯生长的最低温度、最佳温度、最高温度设定为5，19 和30℃。

1.3 数据处理

利用Excel 2019 进行数据整理及相关性分析，DPS 7.05 进行方差分析，处理间差异显著性分析采用Duncan’s新复极差法。

2 结果与分析

2.1 株高随收敛式有效积温变化

收敛式有效积温值在1 576.62℃时，株高最高（116.42 cm），该积温点与其他积温点间（除了1 448.65 和1 836.27℃积温点外）差异均达到显著水平。并且收敛式有效积温与株高呈二次函数变化，对应函数公式为：y= -1.362 9x2+ 22.793x+21.321，R2为0.926 8，说明y变量（株高）92.68%的变异可由x变量（收敛式有效积温）变化来预测和解释。从预测曲线变化得出，株高在整个生育期呈先增长后下降的变化趋势，理论分界点为1 494.97℃。说明该积温点后马铃薯开始进入成熟期（图1）。

图1 不同收敛式有效积温条件下株高及变化趋势Figure 1 Plant height and variation trend under different convergent effective accumulated temperature conditions

2.2 茎粗随收敛式有效积温变化

收敛式有效积温值在1 836.27℃时，茎粗达到最大（13.63 mm），该积温点与其他积温点间（除973.23℃积温点外）差异均达到显著水平。并且收敛式有效积温与植株茎粗呈四次函数变化，对应函数公式为：y=-0.003 5x4+ 0.110 5x3- 1.125 6x2+4.381 9x+ 5.951 4，R2为0.758 6，说明y变量（茎粗）75.86%的变异可由x变量（收敛式有效积温）变化来预测和解释。从预测曲线变化可以看出，茎粗变化出现“增平增”的变化趋势，收敛式有效积温在973.23～1 448.65℃有一个稳定时期，从变化趋势分析出，茎粗在整个生育期有2个增长时期，分别在整个生育期的两端。生长前期茎粗不断变粗，到达852.63℃后保持平缓，在1 576.62℃后又开始变粗，前期增幅大于后期（图2）。

图2 不同收敛式有效积温条件下茎粗及变化趋势Figure 2 Stem diameter and variation trend under different convergent effective accumulated temperature conditions

2.3 叶片数随收敛式有效积温变化

收敛式有效积温值在1 348.57℃时，叶片数最多（673.65 个），该积温点与其他积温点间（除了1 111.40、1 221.14 和1 448.65℃3 点外）差异均达到显著水平。并且收敛式有效积温与叶片数呈二次函数变化，对应函数公式为：y=-15.612x2+201.39x- 71.609，R2为0.841 9，说明y变量（叶片数）84.19%的变异由x变量（收敛式有效积温）变化来预测和解释。预测曲线变化可看出，呈抛物线变化趋势。从变化趋势得出，叶片数先增加后减少，理论上在1 278.46℃达到最大值。说明该积温点马铃薯开始进入衰老期（图3）。

图3 不同收敛式有效积温条件下叶片数及变化趋势Figure 3 Leaf number and variation trend under different convergent effective accumulated temperature conditions

2.4 块茎数随收敛式有效积温变化

收敛式有效积温值在1 836.27℃时，块茎数达到最多（15.33个），且该积温点与其他积温点间（除1 448.65和1 576.62℃积温点外）差异均达到显著水平。并且收敛式有效积温与块茎数呈对数变化，对应函数公式为：y=5.601 7ln(x)+ 0.767 3，R2为0.866 7，说明y变量（块茎数）86.67%的变异可由x变量（收敛式有效积温）变化来预测和解释。从预测曲线分析出，块茎数在整个生育期一直处于增长状态，增长速率呈现先快后慢的趋势，从曲线可以看出分界点为1 111.40℃，该分界点前为结薯的高峰期（图4）。

图4 不同收敛式有效积温条件下块茎数及变化趋势Figure 4 Tuber number and variation trend under different convergent effective accumulated temperature conditions

3 讨 论

收敛式有效积温与马铃薯植株性状相关性较高，决定系数均在75%以上，其中四分之三的测定项目的决定系数在84%以上，所以初步判定可通过收敛式有效积温变化规律对马铃薯植株性状变化进行预测，并确定相应的物候期。这符合何英彬等[9]提出的收敛式有效积温可预测作物物候期的理论。也间接证明了采用收敛式有效积温预测植株长势和物候期的可行性。

试验得出茎粗增长有2个时期，分别在生育期的两端，生长前期随着植株向成熟转变，茎粗不断变粗，且增长较快。当收敛式有效积温到达852.63℃后长势停止，在1 576.62℃后期随着茎部纤维化的开始，茎粗又开始继续变粗。此变化符合正常的马铃薯生理变化，并证明可通过收敛式有效积温判定茎部生长的活跃期和纤维化时期。

马铃薯块茎数在整个生育期一直处于增长状态，增长速率呈现先快后慢的趋势，快慢变化的分界点为1 111.40℃。说明收敛式有效积温在1 111.40℃之前是马铃薯生长的活跃期，从该收敛式有效积温点开始，马铃薯进入成熟期。

叶片数和株高呈现先增加后减少的趋势，并分别在1 278.46 和1 494.97℃达到最大值。说明收敛式有效积温在1 278.46～1 494.97℃是马铃薯生长最旺盛时期，之后开始逐步进入衰老期。