收斂式有效積溫與馬鈴薯植株性狀變化的相關性

徐 寧，張洪亮，張榮華，許亞坤

（黑龍江省農墾科學院經濟作物研究所，黑龍江 哈爾濱 150030）

溫度對植物生長至關重要，不僅直接作用于植物，還間接對光、水、土壤等的利用效率產生影響[1]。一般情況，溫度、光照、降水等條件的數量變化被稱為農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用性更高。在水分和養分充足、管理合理的前提下，同溫度相比其他因素的影響相對較小[3]，因此積溫的重要性更加明顯。國內外以溫度對馬鈴薯生長影響的研究較多，積溫方面的研究相對較少。有效積溫可反映氣候條件對作物生長的綜合影響，并且能作為分析作物的熱量條件依據，可用于確定一定氣候條件下作物的適宜播期、生育期以及對應的生理生長特征[4-8]。馬鈴薯生長與溫度相關度高，溫度過低、過高都不利于生長。多數研究表明，決定馬鈴薯生長主要有3個溫度參數：最低生長溫度（Tb），取值在5～7℃；最適宜生長溫度（T0），取值在18～20℃；最高生長溫度（Tm），取值在29～30℃[9,10]。采用非收斂性函數是現今最為普遍的有效積溫計算方法，即排除低溫對數據的影響，有效積溫（非收斂式）和相應關鍵生物物理參數不會因地理位置的差異而產生變化，所以通過了解有效積溫值（非收斂式），基本可以預判作物物候期。然而，對馬鈴薯而言該計算方法存在明顯缺陷，即溫度越高有效積溫值就越高，這與實際情況不符，馬鈴薯是喜冷涼作物，生長過程中并非溫度越高越好。收斂式有效溫度正好彌補了這一缺陷，可同時排除低溫和高溫的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試馬鈴薯品種‘延薯4 號’，由北大荒薯業集團有限公司供種。試驗地位于黑龍江省農墾科學院經濟作物研究所阿城試驗基地（E 126°58′16″，N 46°31′37″），屬寒溫帶大陸性季風氣候，年均日照24 421 h，年均活動積溫2 946℃，年均降水量553.2 mm，無霜期162 d，土壤為暗棕壤。

1.2 試驗方法

試驗于2020 年進行，常規種植管理，壟寬65 cm，株距25 cm，壟長5 m，5 壟區。苗出齊后，每隔7 d在不同小區順序進行一次采樣，采樣20 株。分別測定株高、莖粗、葉片數和塊莖數，并記錄每日最高溫度和最低溫度。計算收斂式有效積溫，具體計算方法為：

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

1.3 數據處理

利用Excel 2019 進行數據整理及相關性分析，DPS 7.05 進行方差分析，處理間差異顯著性分析采用Duncan’s新復極差法。

2 結果與分析

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，株高最高（116.42 cm），該積溫點與其他積溫點間（除了1 448.65 和1 836.27℃積溫點外）差異均達到顯著水平。并且收斂式有效積溫與株高呈二次函數變化，對應函數公式為：y= -1.362 9x2+ 22.793x+21.321，R2為0.926 8，說明y變量（株高）92.68%的變異可由x變量（收斂式有效積溫）變化來預測和解釋。從預測曲線變化得出，株高在整個生育期呈先增長后下降的變化趨勢，理論分界點為1 494.97℃。說明該積溫點后馬鈴薯開始進入成熟期（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，莖粗達到最大（13.63 mm），該積溫點與其他積溫點間（除973.23℃積溫點外）差異均達到顯著水平。并且收斂式有效積溫與植株莖粗呈四次函數變化，對應函數公式為：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）變化來預測和解釋。從預測曲線變化可以看出，莖粗變化出現“增平增”的變化趨勢，收斂式有效積溫在973.23～1 448.65℃有一個穩定時期，從變化趨勢分析出，莖粗在整個生育期有2個增長時期，分別在整個生育期的兩端。生長前期莖粗不斷變粗，到達852.63℃后保持平緩，在1 576.62℃后又開始變粗，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Figure 2 Stem diameter and variation trend under different convergent effective accumulated temperature conditions

2.3 葉片數隨收斂式有效積溫變化

收斂式有效積溫值在1 348.57℃時，葉片數最多（673.65 個），該積溫點與其他積溫點間（除了1 111.40、1 221.14 和1 448.65℃3 點外）差異均達到顯著水平。并且收斂式有效積溫與葉片數呈二次函數變化，對應函數公式為：y=-15.612x2+201.39x- 71.609，R2為0.841 9，說明y變量（葉片數）84.19%的變異由x變量（收斂式有效積溫）變化來預測和解釋。預測曲線變化可看出，呈拋物線變化趨勢。從變化趨勢得出，葉片數先增加后減少，理論上在1 278.46℃達到最大值。說明該積溫點馬鈴薯開始進入衰老期（圖3）。

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

2.4 塊莖數隨收斂式有效積溫變化

收斂式有效積溫值在1 836.27℃時，塊莖數達到最多（15.33個），且該積溫點與其他積溫點間（除1 448.65和1 576.62℃積溫點外）差異均達到顯著水平。并且收斂式有效積溫與塊莖數呈對數變化，對應函數公式為：y=5.601 7ln(x)+ 0.767 3，R2為0.866 7，說明y變量（塊莖數）86.67%的變異可由x變量（收斂式有效積溫）變化來預測和解釋。從預測曲線分析出，塊莖數在整個生育期一直處于增長狀態，增長速率呈現先快后慢的趨勢，從曲線可以看出分界點為1 111.40℃，該分界點前為結薯的高峰期（圖4）。

圖4 不同收斂式有效積溫條件下塊莖數及變化趨勢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性較高，決定系數均在75%以上，其中四分之三的測定項目的決定系數在84%以上，所以初步判定可通過收斂式有效積溫變化規律對馬鈴薯植株性狀變化進行預測，并確定相應的物候期。這符合何英彬等[9]提出的收斂式有效積溫可預測作物物候期的理論。也間接證明了采用收斂式有效積溫預測植株長勢和物候期的可行性。

試驗得出莖粗增長有2個時期，分別在生育期的兩端，生長前期隨著植株向成熟轉變，莖粗不斷變粗，且增長較快。當收斂式有效積溫到達852.63℃后長勢停止，在1 576.62℃后期隨著莖部纖維化的開始，莖粗又開始繼續變粗。此變化符合正常的馬鈴薯生理變化，并證明可通過收斂式有效積溫判定莖部生長的活躍期和纖維化時期。

馬鈴薯塊莖數在整個生育期一直處于增長狀態，增長速率呈現先快后慢的趨勢，快慢變化的分界點為1 111.40℃。說明收斂式有效積溫在1 111.40℃之前是馬鈴薯生長的活躍期，從該收斂式有效積溫點開始，馬鈴薯進入成熟期。

葉片數和株高呈現先增加后減少的趨勢，并分別在1 278.46 和1 494.97℃達到最大值。說明收斂式有效積溫在1 278.46～1 494.97℃是馬鈴薯生長最旺盛時期，之后開始逐步進入衰老期。