开花期气象因子对油菜结实的影响

李民华，帅细强，谢佰承，黄安凤，张 伟

（1湖南怀化市农业气象试验站，湖南怀化 418000；2气象防灾减灾湖南省重点实验室，长沙 410118）

0 引言

开花期间的连续低温阴雨是中国南方春油菜产量的主要制约因素之一[1-5]。低温阴雨一是造成油菜开花减少、开花不畅，散粉受阻，花粉传播的媒介昆虫活动少，甚至死蕾、落花和落荚，表现为阴果率增加或二段结实[6-9]；其次是对油菜胚珠发育不利，胚珠数减少，胚珠萎缩率提高，单角果子粒数减少，小角果数增加，产量下降[10-13]。低温阴雨对油菜结实的影响，大多涉及温度、日照、水分等多个因素的综合作用，冷锁虎等[10]认为，温度是影响油菜结子率的主要因素，以开花后第一天温度最显著；高金成[12]认为，相对湿度、日照是决定油菜每角粒数的重要因素；涂玉琴[6]认为开花时低温阴雨的影响大于开花后；何指南[13]认为，油菜在10℃以上开花时，受精率高，在7℃左右时开花散粉不畅，5℃以下油菜开花基本停止或少量开花且受精率低，0℃以下低温使花蕾或幼角受冻致死，但是，气象要素对油菜结实的影响定量分析研究不够，不能满足精细化气象为农服务的需要。

笔者基于怀化农业气象试验站多年的试验观测，分析不同时期的低温天气对油菜结实的影响，建立温湿因子对油菜子粒损失率的综合影响模型，及不同类型低温的冷积温指标，以期为油菜生产安排、灾害影响预警评估和减灾防灾农业气象服务提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 挂牌试验概况

试验在怀化农业气象试验站进行，试验站位于湖南怀化市鹤城区石门；试验观测从2011年至2018年连续观测标记。观测试验每年选定一定数量长势正常的代表株，每次从中选20个以上主枝或最大一次分枝上进行挂牌或点油印，标记于油菜已开花的花朵和未开花花蕾之间，记下日期。试验标记以低温、低温阴雨过程开始时、结束时分别挂牌，当不利天气持续期间以间日挂牌为主，2次挂牌间隔日不超过5天。成熟期取回挂牌穗，室内考种，计有效角果数、无籽粒角果数、已脱落角果数及每角果子粒数。以与不利天气过程临近的正常天气油菜挂牌考种资料为对照。

试验每年观测2个品种，‘湘杂油631’为主要品种，每年保持不变。试验油菜栽培田间管理每年尽可能保持一致，9月中下旬播种，试验田施复合肥(15-15-15)525～600 kg/hm2、硼砂15～22.5 kg/hm2作基肥，抽苔期前后喷施硼肥1～2次。

1.2 资料处理

定义油菜角果内正常子粒数达1粒以上为有效角果，无籽粒角和已脱落角果统称为阴果；油菜考种项目及计算方法如式(1)～(3)所示。

1.3 数据统计与分析

气象资料来自怀化市鹤城区国家气象站，结冰现象以田间实际观测为准。将油菜开花期低温天气分为有日照低温、无日照低温阴雨。前者按霜冻是否出现分成霜冻低温(FW)和一般低温(LTW)；后者按持续时间长短分为短低温阴雨(SLTR)和长低温阴雨(LLTR)，连续3～5天为短低温阴雨，连续6天或以上为长低温阴雨。

利用SPSS软件，通过逐步回归等方法，建立油菜子粒损失率与气象因子的回归方程，并以模拟值-实际观测值为残差，分析模拟残差与气象因子的关系，建立残差回归模型。

2 结果与分析

2.1 不同时期的低温对油菜结实的影响

以1月1日为1、1月2日为2、1月3日为3…，依此类推，将每年的油菜开花日转换为日序值，制作油菜阴果率、子粒损失率与日序值的关系图，见图1。

由图1a可知，在湖南怀化海拔250 m处，2月25日之前油菜开花时低温类天气以霜冻低温(FW)和长低温阴雨(LLTR)为主，油菜阴角率在11.3%～85.0%之间，平均(46.3±32.6)%；子粒损失率在22.6%～98.0%之间，平均(68.5±30.1)%。2月26日—3月10日油菜开花时低温类天气，以长低温阴雨(LLTR)、一般低温(LTW)、短低温阴雨(SSTR)为主，个别年份霜冻，油菜阴荚率在0.0%～56.5%之间，平均21.9%±25.0%；子粒损失率在0.0%～79.3%之间，平均36.1%±35.8%。3月中下旬油菜开花时，以短低温阴雨(SLTR)、低温(LTW)为主，个别年份霜冻(FW)和长低温阴雨(LLTR)，阴荚率在0.7%～31.0%之间，平均11.8%±10.1%；子粒损失率在3.0%～61.5%之间，平均24.9%±19.9%。

图1 不同时期开花的低温天气类型对油菜结实的影响

若以子粒损失率≤29.9%为轻度受害，30.0%～69.9%为中度受害，≥70.1%为重度受害，低温类天气对油菜结实的影响2月25日前以中重度为主，3月中下旬以轻度为主，2月26日—3月10日以轻度和中度为主。

2.2 温湿因子对油菜结实的影响

分析子粒损失率与开花时平均气温、日最高气温平均值、日最低气温平均值、日平均降雨量、日平均日照时数、日平均相对湿度的相关系数，选取相关系数较大的为主要气象因子进行分析。结果表明，受开花时低温影响，油菜子粒损失率与开花时日最低气温平均值、日平均降雨量相关不显著，与开花时平均气温、日最高气温平均值、日平均日照时数、日平均相对湿度相关显著，相关系数分别为-0.784、-0.852、0.586、-0.500，前两者达0.001显著水平，后两者通过0.05显著水平。再从上面子粒损失率样本中去掉第1大、2个大子粒损失率样本，或第1小、2小子粒损失率样本后，重复计算的子粒损失率与气象因子的相关系数，发现开花时日最高气温平均值、日平均气温、日平均空气相对湿度与子粒损失率稳定显著相关（表1）。

表1 油菜子粒损失率与开花时气象因子相关及相关稳定性

2.2.1 开花时气温与子粒损失率的关系 建立油菜子粒损失率与开花时平均气温的关系模型如图2a，方程式如式(4)所示。

图2 气温对油菜子粒损失率的影响

式中，y为油菜子粒损失率，T为开花时平均气温，模型通过0.01显著性水平检验。在日平均气温3.5～10.0℃之间，子粒损失率随油菜开花平均气温下降而升高；当油菜开花平均气温为9.6℃时，子粒损失率为10%；当油菜开花平均气温为8.0℃时，子粒损失率为30%；当油菜开花平均气温为4.8℃时，子粒损失率达到70%。

建立油菜子粒损失率与开花时日最高气温平均值的关系模型如图2b，方程式如式(5)所示。

式中，y为子粒损失率，Tm为开花时最高气温均值。

当油菜开花日最高气温平均值在4.0～14.0℃之间时，子粒损失率随温度下降而升高；当油菜开花日最高气温平均值为13.2℃时，子粒损失率为10%；当油菜开花日最高气温平均值为11.1℃时，子粒损失率为30%；当油菜开花日最高气温平均值为7.0℃时，子粒损失率达到70%。

2.2.2 开花时空气相对湿度与子粒损失率的关系 油菜子粒损失率与开花时空气相对湿度的关系如图3，y=1.809U-106.21(R2=0.343)。在空气相对湿度85%以下，油菜子粒损失率随开花时空气相对湿度升高，呈增加趋势，但相对于气温，其模拟偏差相对偏大。当空气相对湿度为≤75%时，子粒损失率30%以下；当空气相对湿度升高到85%时左右，油菜子粒损失率达到最高。

图3 子粒损失率与相对湿度关系

2.2.3 温湿因子对油菜子粒损失率的共同作用 采用逐步回归方法，建立油菜子粒损失率(y)与开花时平均气温(T1)、平均空气相对湿度(R1)的二元回归模型，如式(6)所示。

当子粒损失率为10%时，若开花时空气相对湿度为70%，则日平均气温为8.8℃；若空气相对湿度为80%时，则开花时日平均气温为9.9℃。当子粒损失率为30%时，若空气相对湿度为70%，则开花时日平均气温为6.9℃；空气相对湿度为80%时，则开花时日平均气温为8.0℃。当子粒损失率达70%时，若空气相对湿度在80%，则日平均气温为4.3℃；空气相对湿度为85%时，则日平均气温为4.8℃。表明开花时温度越低，空气相对湿度越高，油菜子粒损失率越高，见图4。

图4 子粒损失率与温湿度组合因子影响

2.3 不同天气类型下油菜结实冷积温指标分析

根据危害积温定义[16]，按照式(7)进行分析。

其中，Tc为冷积温，T0为低温临界指标为10.0℃，Ti为某低温危害过程的逐日平均温度，Ti＜10.0℃。从开花时段前4天到后4天内不同天数的冷积温，发现油菜子粒损失率与开花至开花后3天冷积温的相关系数最大，达0.876，通过0.001显著水平，如式(8)、图5所示。

图5 子粒损失率与开花时至后3天冷积温

式中，y为子粒损失率，Tc为冷积温。中度受害冷积温指标为≥10.7℃，重度受害冷积温指标为≥26.0℃，进一步分析冷积温对子粒损失率的模拟误差，发现有日照低温下模拟误差多为正值，即子粒损失率的模拟值高于实际观测值；无日照低温阴雨天气下，子粒损失率模拟误差多为负值，即子粒损失率的模拟值低于实际观测值。设有日照低温天气类型为1、无日照低温阴雨天气类型为0，参与逐步回归计算，得到子粒损失率与天气类型(W)、冷积温(Tc)的二元回归模型，如式(9)所示。

利用式(9)计算得当油菜子粒损失率达30%时，有日照低温天气的冷积温指标为16.5℃，无日照低温阴雨天气的冷积温指标为5.0℃；当油菜子粒损失率达70%时，有日照低温天气的冷积温指标为37.5℃，无日照低温阴雨天气的冷积温指标为26.0℃。

3 结论与讨论

分析结果表明，以子粒损失率≤29.9%为轻度受害，30%～69.9%为中度受害，≥70%为重度受害，2月25日前的低温对油菜结实的影响以中度、重度为主，3月中下旬的低温对油菜结实的影响以轻度为主，2月26日—3月10日的低温对油菜结实的影响以轻度和中度为主。

油菜结实受温湿因子的共同影响，子粒损失率随油菜开花平均气温下降、日最高气温平均值下降和空气相对湿度升高而升高。当开花时空气相对湿度为70%，且日平均气温≤6.9℃，或开花时空气相对湿度为80%，日平均气温≤8.0℃，油菜中度受害；当空气相对湿度在80%，且日平均气温≤4.3℃，或空气相对湿度为85%，日平均气温为≤4.8℃，油菜重度受害。不同低温天气类型对油菜开花结实的冷积温指标不同。有日照的低温天气，夜晚辐射强气温低，白天有日照气温高，空气湿度小，中度受害冷积温指标为≥16.5℃，重度受害冷积温指标为≥37.5℃；无日照的低温阴雨天气，白天气温低，空气相对湿度大多在85%以上，昆虫活动少，中度受害冷积温指标为≥5.0℃，重度受害冷积温指标为≥26.0℃。

本研究中油菜子粒损失率是一个开花时段所有角果的实际总子粒数占正常天气条件下油菜潜在子粒数的百分率，由阴角率与平均单角子粒数决定。试验发现持续长时间低温阴雨过程，更容易出现小角和单角子粒数明显偏少的现象，如2012、2014年春季升温慢，这2年3月10日前的油菜开花的荚角均明显短小，统计2012年3月6—9日平均单角子粒数10粒，相当于正常角果的50%，2014年3月6—9日平均单角子粒数为14.0粒，相当于正常子粒数的2/3。相比而言，较短时间的低温或低温阴雨，如2011年3月21—24日、2016年3月9—12日、2018年3月6—8日、2018年3月17—20等，往往只有个别角果短小，这可能是由于长时间低温阴雨既影响油菜胚株分化数量和质量，又造成授粉受精受阻及合子发育不良等，从而减少了每角粒数[11,14]。

0℃以下的低温使油菜花蕾或幼角受冻致死[2,13]。本试验发现，如2016年3月10日、2013年3月2日，包括2007年3月6日，这些油菜枝叶上有结冰现象，对油菜的影响主要表现为幼角发黄脱落、无花蕾死亡现象，花蕾死亡的天气指标有待进一步探讨。