棉花低温灾害调控技术研究进展.docx

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棉花低温灾害调控技术研究进展

棉花低温灾害调控技术研究进展

张建诚史俊东姚景珍董哲生

（山西省农业科学院棉花研究所山西运城044000）

低温冷害与霜冻是威胁棉花的重要灾害之一（孙忠富，2001）。

棉花是喜温热作物，我国种植区域辽阔，但各地热量条件差异很大，尤其是北方棉区和西北内陆棉区热量条件较差，经常由于春、秋季气温很不稳定，以致棉花苗期（4月中下旬～5月中旬）和吐絮期（9月～10月）常常遭受晚霜冻和早霜冻的危害，其中苗期晚霜冻发生较频繁，受害地区包括天山以北棉区、河西走廊、关中平原、晋南、辽西和华北大平原。

如1975年5月15～18日河西走廊最低气温降到2～l0℃，棉苗受到严重霜冻危害，敦煌县棉花受害面积达80%～90%，靖远县的棉花全部冻死，只得重新播种。

1984年4月下旬，河北、山东发生霜冻，棉苗受到严重伤害，邹平县平均死苗率达40%。

1991年5月2日，山西省受到冷空气影响，南部最低气温降到3～0℃，棉苗受冻733km2，占棉花生产面积的50%以上，严重受灾棉田达167km2，运城地区最严重，稷山县有23.3km2棉苗死苗率在50%以上（冯玉香，何维勋，1996）。

1999年4月22～26日，寒潮席卷南、北疆，低温天气持续半个月，大面积降雨雪、霜冻，使刚出土的棉苗冻死、干萎，据阿克苏地区不完全统计，受灾棉田1.53x105hm2，其中重新播种1.26x105hm2，补种2.73x104hm2，棉花有效积温减少300℃，估计减产2～3成。

2010年4月12～14日，山西运城市受较强冷空气影响，最低气温均降至0℃以下，持续时间达到9个小时以上，最低气温达-5℃，最低地面温度降到-8.2℃，出现了霜冻和降雪，3月下旬播种的棉田受害率90%以上，4月2日、3日播种的棉田，棉苗受害率达到50%左右，受害棉苗表现为子叶受冻、颜色变褐，部分棉苗生长点冻死，4月6日以后播种棉苗，由于尚未出苗，受影响较小。

受害棉田占运城市棉花总面积的37.5%。

棉花生育后期遇到早霜冻，未吐絮的棉铃成为霜后花，产量和品质等级降低。

黄河流域棉区早霜冻一般在10月下旬，特早熟棉区一般在10月上旬，新疆棉区一般在9月下旬。

早霜冻迟早，年际间差异很大，若来得早，棉花大多数铃未成熟不能吐絮，造成很大损失。

l958年10月16～28日，华北大平原和长江下游以北地区最低气温降到O℃以下，许多棉区出现霜冻比常年平均日期提早10～17天，造成比较大的损失。

又如1966年10月26～28日，河南、安微、江苏大部分地区发生霜冻，很多地方比常年平均初霜日提早了半个月左右，棉苗受害枯死，产量、品质下降。

河西走廊、辽宁西部在1972年9月1～3日最低气温降到2℃左右，初霜日比常年平均提早了20天以上，棉花受到严重伤害（冯玉香，何维勋，1996）。

因此，低温灾害是棉花的重大灾害之一，各主要棉区在棉花生产上必须考虑其危害。

通过研究棉花低温灾害发生规律与特点、农艺调控技术、化学调控技术及其各种技术集成等措施，尽可能避免和减小低温灾害对棉花生产造成的损失。

1棉花低温灾害发生特点

棉花低温灾害发生有以下4个特点：

第一是偶发性，棉花低温灾害发生不是年年都发生，也不是年年都在一个时间段发生。

史俊东、张建诚等（2010）研究，山西运城市4月份在最低温度10℃稳定通过3d后，又出现10℃以下低温3d左右的概率66.6%；杨廷奎（2001）报道北疆棉区10年有5年4月22～26日发生低温强度很大的霜冻，地面最低气温降至-7℃～-4℃，即发生严重霜冻年份概率接近50%。

第二是突发性，与其他气象灾害相比，低温灾害的发生往往是瞬间和突发性的，由于这个特点使防灾技术难度大大增加。

对预测预报精度的要求更高，对技术的时效性要求更加严格。

第三是普遍性，棉花低温灾害几乎在全国各个棉区都有发生。

黄河流域棉区，春季常有冷空气入侵，棉花播种出苗期易遭受低温冷害，甚至霜冻；秋季降温较快，秋桃常成霜后花；与北部特早熟棉区相邻过渡带，霜后花比列偏高，尤其秋季低温冷害年份为甚。

北部特早熟棉区，春季来临迟，气温回升快，且干旱多风；秋季气温下降迅速，易遭受早霜冷害；该区低温冷害影响范围最大，危害最重，一般正常年份，霜后花比列30％，个别低温冷害年，霜后花比列高达70％。

西北内陆棉区，气候干旱，全靠灌溉，本区河西走廊至北疆亚区特点与北部特早熟棉区相似，南疆亚区，虽然无霜期长（200～230天），但秋季降温过快，易使部分伏桃和秋桃的纤维成熟不足，强度偏低。

长江流域棉区，常因春雨低温多湿影响全苗早发。

华南棉区，热量资源充足，雨水相当多，日照条件差，终年少霜雪，可以生长多年生木棉，但由于湿热多雨，病虫害严重，棉田面积一再萎缩，面积只有数万亩，该区低温灾害发生很少。

第四是各个生育期都有可能发生，且常发生兼发型低温灾害。

一般播种到苗期，冷空气活动频繁，晚霜冻发生比较频繁，发生频率较高；生育后期受早霜冻影响发生频率次之，但由于近年来棉花促早栽培技术的应用，正常发生的年份对棉花产量影响不大,早霜冻若发生的较早,出现异常的早霜,使未吐絮的棉桃成为霜后花，产量和品质等级降低；花铃期低温冷害也有发生，但发生频率较低。

2棉花播种出苗阶段低温敏感期

棉花播种后经历吸涨期、露白期、弯钩期、子叶期、子叶展平期等几个发育阶段，这几个阶段中，露白期对低温最为敏感。

据龚双军、李国英等（2005）对8个棉花品种（系）在露白期、弯钩期、子叶期、子叶展平期3天4个时期用0℃低温处理36h试验报道，参试材料露白期低温出苗率基本都低于弯钩期出苗率，特别是15021、新陆早10号、夏9在供试期内，烂种、烂芽最多，出苗率也最低，新陆早13号、中棉所36、系9、新陆早1和229出苗率高，对低温有一定的抗性，表现出发芽前后到出苗对低温反应的一致性。

故播种后种子刚刚露白遇到低温对出苗影响较大，因此露白期可以作为棉花抗低温鉴定的关键时期。

表1棉苗不同发育时期对低温的反应（龚双军等，2005）

品种

露白期出苗率/%

弯钩期出苗率/%

子叶期死苗率/%

子叶展平后3d死苗率/%

处理

对照

处理

对照

处理

对照

处理

对照

新陆早1号

70.0

86.7

86.7

90.0

20.0

0.0

13.3

0.0

229

80.0

96.7

86.7

86.7

26.7

0.0

16.7

0.0

新陆早13号

86.6

100.0

90.0

90.0

6.7

0.0

10.0

0.0

中棉所36

76.7

80.0

83.3

90.0

10.0

0.0

0.0

0.0

系9

76.7

93.3

83.3

90.0

3.3

0.0

6.7

0.0

夏9

30.0

76.6

63.3

90.0

26.7

0.0

23.3

0.0

新陆早10号

33.3

80.0

60.0

90.0

33.3

0.0

46.7

0.0

15021

56.7

70.0

50.0

70.0

43.3

0.0

36.7

0.0

3棉花低温灾害温度指标

棉花在不同生育期对低温反应不一。

在苗期，最低气温3℃以下，开始受冻，若持续时间长会冻死，若气温在-1℃，只需持续10min，棉花全部冻死。

若在吐絮成熟期，最低气温在1～3℃，部分叶片受轻微冻害，个别棉铃有受冻现象，在-1～1℃时，叶全都受冻，枯干脱落，大部分棉桃受害严重，甚至有的棉株死亡。

棉花生长中期（夏季）一般不会出现伤害型低温灾害，而常常发生的是障碍型低温冷害，因此不能用与持续时间短的低温作灾害评价指标，而应用1～2月的平均气温作指标。

傅玮东，李新建等（2007）报道，当夏季月平均气温距平≤-0.5℃，棉花的开花日期滞后，出现一般低温气候减产年；或当6～8月中至少有2个月的月气温为负距平、且6～8月的平均气温距平在0～-0.4℃之间时，近70%的年份可能出现一般气候减产年；而当6～8月的温度距平为负值，且其平均气温距平≤-0.5℃时，约70%以上的年份可能出现严重的低温气候减产年。

棉苗抗冻能力随不同叶龄的变化对低温的反应也不相同，随叶龄的增加，抗冻能力减弱。

郑之龙（2000）报道，经过适应锻炼的棉苗，0片真叶（即子叶期）时可耐-3～-4℃低温2小时，死苗率只有1%～2%；1片真叶时可耐-1～-2.5℃的低温2小时；2片真叶时只能耐-0.5～-1℃低温2小时。

另外棉苗的适应锻炼可提高抗冻性，膜下未放苗或放苗后当天晚上有霜冻时，-0.5℃低温2小时可使其死亡，放苗后经1天以上的适应自然环境锻炼的棉苗可忍耐-3.9℃低温2小时,死亡率只有1%～2%。

4棉花抗冻性生理生化指标

为了弄清低温灾害机理、为低温灾害防御技术研究提供理论依据及评价指标，许多学者对棉花低温灾害生理生化指标作了大量研究，比较成熟的有以下指标：

（1）保护酶系统

低温使植物体内活性氧增多，而活性氧能促进脂膜过氧化作用，从而破坏膜结构。

超氧物歧化酶（SOD）是生物中最重要的清除活性氧的酶之一,它的主要功能是歧化O-2产生H2O2和O2，过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）具有分解H2O2的作用，三种酶配合，通过清除活性氧和过氧化物自由基的活动，对生物膜起保护作用,因此,Fridovich等把SOD、CAT和POD等3种酶统称为细胞保护酶系统。

其活性越高，植物抵抗低温的逆境胁迫性能越强。

据范月仙（1995年）对不同抗冻性品棉花品种低温胁迫处理结果表明，不同品种POD活性的高低与品种的抗冻性呈明显的正相关，品种的抗冻性依次为:

特早熟＞中熟＞晚熟，其相应的POD活性的平均值分别为19.16、15.77和12.15，王冀川、李志军等（2001）研究低温胁迫对海岛棉幼苗生理生化特性的影响也得出一致的结果；李锐、李生泉等（2007）报道，抗冷性强的棉花品种新S29在不同低温胁迫下SOD、CAT活性均高于抗冷性弱的品种晋6，随着温度降低，同一品种SOD、CAT活性均提高；因此，低温条件下保护酶的活性可作为棉花抗低温的一个生理指标。

（2）脯氨酸（Pro）

脯氨酸主要存在于细胞质中,与可溶性糖都是冰冻保护物质，以它的疏水部分与生物聚合体疏水侧链通过氢键结合,使生物聚合体通过脯氨酸羟基和亚胺基增加了对水的亲和力,防止蛋白质沉淀,亦能改善膜功能。

低温胁迫下其含量的增加有助于细胞持水和生物大分子结构的稳定，王冀川、黄琪等（2001）对棉花抗冷性指标的灰色关联度分析结果表明，脯氨酸对棉花抗冷性的影响近次于内源保护酶类。

其含量越高，抵抗低温能力越强。

可以作为棉花抗低温的一个生理指标。

（3）可溶性糖

糖是植物体内代谢和细胞渗透调节的一种重要物质，在植物中也是一种冰冻保护物质。

糖通过戊糖磷酸途径提供ATP和NADPH2，并通过它在细胞内的区隔化分布,对质膜、液泡膜和细胞器有一定的保护作用。

同时在低温胁迫下，可溶性糖含量的提高可增加细胞液浓度，降低冰点，稳定细胞膜结构。

据范月仙（1995）报道，不同抗冷性品种低温（4℃）48h锻炼后，所有品种的可溶性糖含量都增加，而且提高幅度与品种的抗冷性呈明显正相关，即品种的抗冷性依次是特早熟＞中熟＞晚熟，相应的可溶性糖的平均提高率分别为172.64%，65.47%和16.65%。

因此，可将低温处理后可溶性糖含量的提高率作为棉花抗低温的一个生理生化指标。

（4）丙二醛（MDA）

丙二醛是在低温胁迫下，大量活性氧积累，超出保护酶类的消除能力时，导致膜脂发生过氧化作用或脱脂作用而产生的。

他的含量越高，棉花抗低温能力就越差。

反之，他的含量越低，棉花抗低温能力越强。

王冀川、黄琪等（2001）在对棉花抗冷性指标的灰色关联度分析时，6个生化指标中其与棉花抗冷性的关联度最小，因此丙二醛可作为棉花抗低温的一个辅助生理指标。

（5）电导率

不同棉花品种幼苗经低