高温热害对大豆农艺性状和产量的影响及其灰色关联度分析

韩昕君，傅豪，李志辉，姚小丹，高杉

（漯河市农业科学院，河南 漯河 462300）

大豆是一种优质植物蛋白食物，其蛋白质含量较谷类和薯类食物高2.5～8 倍，多吃大豆和豆制品有利于人体生长发育和健康。我国是大豆主要生产国，目前生产规模居世界第5 位[1]。由于近几年短期极端高温天气普遍发生[2]，高温成为导致大豆产量不稳的主要因素之一，给我国大豆安全生产带来极大风险[3～5]。研究表明，夏大豆在生长中后期若遇高温高湿（温度＞32 ℃、相对湿度＞80%）天气，常会导致花粉败育，正常的授粉受精无法进行，结荚率降低[6，7]；与营养生长时期相比，大豆在开花结荚期对高温胁迫更为敏感，更易受到高温胁迫的影响[8]；不同时期高温均对大豆品种产生不利影响，其中盛花期影响最大，而花期高温对大豆生殖器官的伤害是可持续性的，会导致结荚数减少，大豆产量降低[9]。前人研究主要集中在热害对大豆结荚和产量的影响，均未对热害胁迫下大豆农艺性状的变化情况进行分析。前人对热害胁迫下大豆性状指标的变化研究主要集中在结荚和产量方面，均未对其他主要农艺性状进行综合分析。

灰色关联分析是灰色系统理论中十分活跃的一个分支，是一种多因素统计分析方法，其是以各因素的样本数据为依据，采用灰色关联度来描述因素间关系的强弱、大小和次序。将整理的均值化数据看作是由众多因素共同影响和作用的结果，最后用较少的数据较直观、准确地反映问题。目前该方法已广泛应用于多种农作物产量性状的关联分析[10～12]。曹燕燕等[13]对拔节期低温胁迫下小麦生理生化特性与产量的灰色关联度进行了分析。

2019 年7 月中下旬河南省漯河市遇高温天气，大豆生产遭受严重影响[14，15]。本研究通过对2019 年与2020 年的试验数据进行比较，从而直观地了解高温热害对大豆生殖生长的影响；并利用灰色关联度分析法研究了高温热害下大豆农艺性状变化与产量变化的关系，寻找与产量性状密切相关的生理指标。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为2019～2020 年漯河市农业科学院承担的黄淮海联合体（南片）试验的8 个大豆品种，分别为淮豆16、商豆151、徐豆24、皖宿1019、郑1440、中豆4901、中黄13 和周豆34。

2019 年和2020 年的气象数据由漯河市气象站提供。

1.2 试验方法

1.2.1 大豆试验 试验于2019 年和2020 年连续2 a在漯河市农业科学院试验基地进行，前茬作物为小麦。试验地地势平坦，排灌便利，土壤类型为黏土，肥力中等偏上。采用随机区组排列，3 次重复，6 行/区，行长6.25 m，行距0.4 m。大豆单株留苗，密度187 500 株/hm2，播种时预留预备苗。

大豆成熟后，每小区随机选取10 株进行田间考种，测定株高、底荚高、主茎节数、有效分枝数、有效荚数、单株粒数、单株粒重和百粒重。收获时，每小区均去掉边行，实收中间4 行，小区计产面积10 m2，测定子粒产量。

1.2.2 灰色关联度分析 按照灰色关联性系统理论要求，将8 个大豆品种的农艺性状作为1 个灰色系统，每个性状均看作是灰色系统中的1 个因素。设产量性状为参考数列G0，其他农艺性状为比较数列Gi，其中株高为G1、底荚高度为G2、主茎节数为G3、有效分枝数为G4、有效荚数为G5、单株粒数为G6、单株粒重为G7、百粒重为G8，构成原始数据。由于各性状原始数据单位不一致，不利于直接比较，在进行灰色关联度分析时，需将各数据进行均值化处理。依据关联度，判断性状与产量的影响程度。关联度越大，该性状对产量的影响越大；反之，亦然。

1.2.3 数据统计分析 利用Excel 97-2003 软件进行大豆农艺性状作图分析，利用SPSS 17.0 软件进行数据的方差分析，利用DPS 15.10 软件进行大豆农艺性状与产量的灰色关联度分析。

2 结果与分析

2.1 2019 年与2020 年6～9 月温度的比较

黄淮海南片夏大豆生育期为6 月中旬至10 月上旬，其中7 月中下旬是夏大豆开花结荚的高峰期，对温度变化比较敏感。2019 年和2020 年连续2 a 的6～9 月气温总和均高于历年平均值（表1），其中2020 年增高了3.3 ℃，属于正常波动范围。2020 年7 月中下旬温度较历年同期降低，平均温度为25 ℃左右，有利于大豆开花结荚。

表1 漯河市2019 年与2020 年的6～9 月气温比较Table 1 Comparison of temperature between June and September in 2019 and 2020 in Luohe （℃）

2019 年除9 月中旬外，其他时间平均气温均较历年出现了不同程度的升高，6～9 月气温合计较历年增高13.3 ℃，达到历史新高。2019 年7 月中旬、7 月下旬、8 月上旬、8 月中旬气温超过33 ℃的天气分别为6、11、6 和7 d，此时正是大豆的开花期结荚期，气温远远高于开花结荚期要求的最适温度（20～28 ℃），造成花粉败育，大豆结实率下降[16]；且气温长时间维持在33 ℃以上，也会导致大豆花粉干瘪、授粉受精不良，这与肖俊红等[17]的研究结果一致。

2.2 高温热害对大豆产量及农艺性状指标的影响

与气温正常年份相比，热害胁迫下所有品种的株高均降低，除商豆151 和中豆4901 外，其他品种均降低显著；底荚高除淮豆16 和中黄13 略有降低外，其他品种均升高，其中商豆151 和周豆34 升高显著；主茎节数、有效荚数和单株粒数均减少，且大部分品种降低显著；单株粒重除中豆4901 略有升高外，其他品种均降低，其中半数以上品种降低显著；有效分枝数除商豆151 略有减少外，其他品种均增多，且大部分品种增加显著；百粒重均提高，其中半数品种提高显著；产量均降低，除郑1440 和周豆34 外，其他品种均降低显著（表2）。表明热害胁迫对不同大豆品种的影响程度不同，热害不敏感的品种受到的影响相对较小。考虑到近年来高温天气频发，因此筛选抗高温新品种也是大豆育种的重要目标。

表2 2019 年与2020 年大豆主要农艺性状和产量的比较Table 2 Comparison of main agronomic traits and yield of soybean in 2019 and 2020

热害胁迫后大豆有效分枝数多数品种增加显著、百粒重均维持在较高水平，这可能与开花结荚期温度过高导致植株症青率升高[18]、开花结荚率降低有关。因为按照源—库—流理论，“库”即结荚数减少后，产量三要素的百粒重相应增加，而且，生殖生长受限，水肥主要作用于营养生长，因此大豆有效分枝数增多。受到热害后，不同大豆品种在农艺性状和产量上的响应不同，说明大豆对热害存在一定的抗性，不同品种的抗热性存在一定差异。

2.3 高温热害下大豆农艺性状与产量的灰色关联度分析

热害胁迫后，大豆各农艺性状指标值变幅与产量降幅的关联度为0.617 8～0.731 1，指标值顺序为株高＞有效荚数＞百粒重＞主茎节数＞单株粒数＞单株粒重＞有效分枝数＞底荚高，其中株高、有效荚数、百粒重和主茎节数与产量的关联度达到0.72 以上，对大豆产量影响较大（表3）。因此，可以将株高、有效荚数、百粒重和主茎节数作为判断是否受到热害的重要指标。

表3 开花结荚期高温热害下大豆农艺性状指标值变幅与产量降幅的关联度Table 3 Correlation between variation of agronomic traits and yield decline of soybean under high temperature and heat damage during flowering and podding periods

3 结论与讨论

大豆受到高温胁迫后，从营养生长的株高到生殖生长的开花和结荚均会发生不同程度的变化，且热害对大豆生殖生长的伤害是不可逆的。2019 年高温条件下，大豆株高均下降，主茎节数、有效荚数和单株粒数均减少，单株粒重除中豆4901 外其他品种均降低，本研究中大豆单株粒数减少和粒重降低与卢城等[9]的研究结果基本一致。大豆开花结荚期受到热害后开花结荚率低，按照源—库—流理论是“库”的减少，使得有效分枝数除商豆151 外其他品种均增多，百粒重较气温正常年份也相对增大。大豆受热害后，随着植株症青率的增加，中后期单位面积有效株数减少，最终导致产量降低且大部分品种降低明显。不同大豆品种在农艺性状和产量上对热害的反映不同，说明大豆对热害存在一定抗性，且不同品种之间抗性存在一定差异，这与李志辉等[19]的研究结果基本一致。

对大豆受热害后农艺性状变化幅度与产量降幅进行灰色关联度分析，结果表明，农艺性状指标与产量的关联度顺序为株高＞有效荚数＞百粒重＞主茎节数＞单株粒数＞单株粒重＞有效分枝数＞底荚高，其中株高、有效荚数、百粒重和主茎节数与产量的关联度均达到0.72 以上，对大豆产量影响较大，可以作为判断大豆是否受到热害的重要指标。在高温热害年份，可以通过采取合理的农艺措施来降低热害对大豆植株农艺性状的不利影响，如，及时喷灌水，以水调温；合理追肥，增强植株抗性；加强病虫害防治，促进植株健壮生长[15，20]。