黑龙江省高粱籽粒形成时期的气象条件研究
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摘 要:目的:对黑龙江高粱籽粒形成时期的气象条件进行研究。方法:统计分析试验观测与调查资料。结果: 8、9月份平均气温对高粱籽粒的形成关系密切。
关键词:高粱籽粒形成 气象条件研究
中图分类号:Q81文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 03-056-03
高粱产量的高低与各生育时期的气象条件有密切的关系。通过二年的分期播种试验及对庆安县1981一2006年高梁产量与各时期气象条件关系的统计分析,初步明确高粱籽粒形成时期的气象条件对产量影响最大。故了解高粱籽粒形成的特点,对气象条件,特别是对温度条件的反应有一定的意义。
1资料处理方法
产量变动是多因子共同作用的结果。为了排除由于农业技术措施的改进造成产量逐年上升这一人为影响,单独分析作物与气象条件之间的关系,为此需要对实际产量进行订正。从庆安县历年产量来看1996―2006年产量逐年上升显著,故需进行回归订正,计算结果以指数函数曲线为好,方程式y=150.8*1.11t(图1)。求得的产量y为社会趋势产量,实际产量与社会趋势产量之差称为气象产量,气象产量为我们分析的对象。
图1庆安县历年高粱产量图2高粱籽粒干物重
增长、灌浆速度曲线
2高梁产量与温度的关系
计算了庆安县1981一2006年高粱产量与各生育期日平均气温的单相关系数。计算结果表明高梁产量与生育期间(5―9月)日平均气温呈极显著的正相关,相关系数0.8876;与抽穗到成热阶段(8―9月)日平均气温相关性也很显著;与8月份日平均气温相关系数为0.5479;与9月份日平均气温相关系数为0.492,由此可见8月份为气候生态上的高梁低温冷害关键期。
3高梁籽粒形成时期的气象条件分析
庆安县生产上高粱冷害属延迟型,表现为前期(5、6月)低温,延迟抽穗;后期(89月份)低温,影响开花灌浆,延迟成熟,遭受早霜而大幅度减产。籽粒形成时期的气象条件对高粱产量的影响很大。此期平均气温高、光照充足、降水适当,灌浆成熟的好,千粒重高。对前期遇到的低温有补偿作用。
在温度适宜的情况下(日平均气温>20℃)高梁抽穗后,便开始开花,当温度低于20℃,抽穗后开花日期推迟,温度越低开花越晚,花期持续时间越长。抽穗到成熟一般需经40-50天,在温度适宜的范围内,历时越长,则灌浆成熟愈好,千粒重越高。
有的年份,八月上旬日平均气温出现低于20℃的天数达2-3天,对正处在开花、灌浆初期的影响较大。
3.1籽粒灌浆的一般规律
3.1.1籽粒干物重增长
高粱开花受精后,灌浆便开始,籽粒干重增长曲线呈S形(图2),其方程式为:
如将此方程对时间(t)进行微分,便得出灌浆速度方程式:
式中y:籽粒干重(克),t:灌浆经历天数。从图2看出,高粱灌浆分为三个阶段:
⑴缓慢增长阶段:灌浆后的最初10天,千粒重最大日增量等于0.53克,此阶段粒干重仅为总干重的10%左右。
⑵快速增长阶段:灌浆后的第1125天,籽粒干重急聚增加,千粒干重日增加量在0.531.14克之间。籽粒含水率由77%下降到35%。此阶段粒干重增加量占总干重的60%左右。由图看出千粒重日增量最大值,即灌浆速度曲线的顶点,为灌浆后的第20天,这和茎鞘中贮藏的养分的输出一般在开花后的20天左右达最大值是符合的。
⑶缓慢增重阶段
灌浆后26―50天,籽粒增长又减慢,日增量由0.92克逐渐下降到0.01克,此阶段子粒干重增加量占总干重的30%左右。此时含水率下降到35%以下。
3.1.2高粱籽粒含水量的变化
正常播期(5月2日)灌浆后第5天测得其含水量79.4%,随着灌浆天数的增加,含水量迅速下降,到灌浆后的第31天,含水率下降到35%,以后含水量下降的较缓慢,到第45天含水量为20%左右。晚播5月20日)籽粒灌浆处在相对低温情况下,籽粒含水率下降的缓慢(图3)。
图3高粱不同播期 图4高粱不同抽穗期积温、
籽粒含水率变化 千粒重比较
不同品种脱水快慢有差异,松杂1号较龙杂2脱水快,尤其乳熟后期 (图4)。
3.2气象条件对灌浆速度的影晌
高粱籽粒形成的不同阶段,对气象条件的要求有差异,低温对灌浆的不同阶段,影响程度不一样,高粱籽粒灌浆初期对温度较敏感。
从不同抽穗期,粒重达到同一值时所经历的天数可看出,平均气温低,所需天数要多(3-7天)(图5)。
从产量和抽穗――成熟阶段(8月、9月)日平均气温的关系也可说明,平均气温低,灌浆时间长,遇早霜受害而减产。此阶段平均气温高产量高。其中与8月份日平均气温呈明显的正相关,其相关系数为0.5479,线性回归方程式(图6):y=752.7 +34.497x。
图5不同品种籽粒图6高粱产量与8月份
含水量变化平均气温关系
由此得出高粱产量随着8月份的日平均气温升高而增多,温度每升高1℃,每亩地增产34kg。
粒重的增长除与积温多少、日平均气温高低有关外,与光温系数大小关系更为密切,成很好的线性关系(图7),其方程式为:
y=11.78+0.667K
y一千粒重,K:日光温系数和,日光温系数=
表明高粱的千粒重,随K值增加而增加,即K增加1,千粒重增加0.667克。
图7千粒重与光温系数图8出苗到拔节日数与平均气温
3.2.1气象条件对前期灌浆速度的影响
灌浆初期的低温,使灌浆速度减慢显著,在生产上却有此例,所说“高粱灌浆遇低温不
睁眼。
低温条件下,生理活性减弱,茎杆中贮有的碳水化合物,向穗部运转受到阻碍。茎鞘中
贮有的碳水化合物,在开花后急剧向穗部运转,对于防止灌浆初期出现不实粒、籽粒能达到
应有的大小具有重要作用。籽粒灌浆时的“拉力”决定于最初的物质供应,如果开始物质供
不上,即使以后有充足的物质,籽粒的大小也不能增加,给粒重的增加造成障碍。
如第七期9月19日开花,日平均气温较低(表1、2),灌浆极缓慢,直到10月5日降霜共16天,千粒重增长1.7克,正常条件下灌浆初期16天千粒重可达9.2克。而第六期8月19日开花,9月19日―10月5日处在灌浆后期,千粒重共增加5.9克。
表1日平均气温(19/9―3/10)2009年
表2 不同时期开始灌浆,气温,千粒重
从表2可看出,高粱灌浆前期对温度敏感,平均气温高,籽粒增长快,平均气温低,籽粒增长慢,灌浆最初几天较后几天要求温度要高,灌浆后四天日平均气温大于25℃、灌浆后8天日平均气温大于24℃、灌浆后16天日平均气温大于23度为宜。灌浆前18天是籽粒大小增长阶段,要求温度高,日平均气温小于20度连续出现23天,对籽粒大小就有影响。
籽粒灌浆的前二个阶段,和温度关系极为密切。以(龙杂2)26/7、19/8,两个日期开始灌浆的千粒重的增长和积温的关系作对比(图5),粒重达到同一个标准,积温多较积温少快,积温多100℃快5天。即日平均气温高较日平均气温低者千粒重增长快。
3.2.2气象条件对后期灌浆速度的影响
乳熟后期温度不宜太高,温度太高穗的物质收容停止较早,易造成早衰,灌浆时间缩短、
千粒重低,不充实谷粒增加。
后期要求充足的日照、多晴天,有较大的日较差、降水适当,有利于干物质的积累。从第三、第六两期灌浆后期;籽粒达到21.7克后所遇到的气象条件不同(表3)。
表3松杂1号粒重达到21.7克后的气象条件与粒增重
看出三期8月26日后干物重增长很慢,11天仅增加0.6克/千粒,原因:8月26日后的11天里阴天多,总日照时数少,日较差小,特别是8月26至28日连续三天阴雨,造成光合作用受到抑制、机体内部新陈代谢受阻,呼吸作用反而加强,增加物质消牦,造成早衰。
而第六期后期,晴天多,有较大的日较差,籽粒干物质积累大于三期为3.3克/千粒。所说高粱晒红米,喜秋高气爽的天气就是这个道理。
3.3影响籽粒形成的其他因素
3.3.1抽穗期的延迟
出苗――拔节期间的气温低,幼穗开始分化的日期推迟,抽穗期要延迟。出苗――拔节期间的日数与温度呈显著的负相关 (图8),相关系数为0.9751,回归方程式为:
y=91.7642.99x
由此得出:出苗――拔节随平均气温高,所需日数短,平均气温增高l℃,所需天数减
少3天。我地区出苗――拔节平均为五月十五日前后――六月二十日前后,此阶段气温波动
大 (表4)。
表4 日平均气温(1981─2009年)
拔节――抽穗处在6月下旬―7月下旬高温季节,温度对生长期长短的影响不如苗期
显著。此阶段气温稍低些,幼穗分化时间长,小穗和小花分化数增多,构成穗大、粒多。
3.3.2孕穗期障碍
对生产上出现的燕脖,有不同看法,有的认为低温影响、有的认为是干旱影响,还有的认为是淹水影响。从去年分期播种来看,第五期燕脖最长,孕穗期正值高温干旱,也就是平
时说的“掐脖旱”。从对颖花的观察,护颖为粉色,根本没开裂,里面的花药没达到正常大小、干瘪、可见是在孕穗阶段遇到了不利条件。
3.3.3抽穗开花期的障碍
高粱穗抽出后,在温度适宜的情况下(日平均气温>20℃)1-2天顶部开始开花,经4―5天外部开完,再过2―3天内部花开完。
当温度低于20℃抽穗后迟迟不开花,第七期9月12日抽穗,9月12日至21日日平均气温为15.2℃,7一10天才开始开花,开花后第13天穗里面还在开花,直到10月5日下霜,花期大于13天。
第七期开花当日(19/9),取花镜检,雌蕊二叉柱头瘦小,花药也细,色泽不是鲜艳的黄绿色,有些发灰,花粉粒少,进行花粉培养,观察到有生活力,取花药时温度15.2℃,由此可见大于15℃,能开花。发育的不好是开花前孕穗阶段(28/8―11/9)气温低,日平均气温为16.9℃,可见日平均气温小于17℃对颖花的发育是有影响的。
3.3.4成熟期障碍
高粱灌浆初期对温度较敏感,灌浆前期18天内,日平均气温高于23℃灌浆速度快,若低于20℃,灌浆速度减慢,影响籽粒大小的增长。8月上、中旬日平均气温低,出现低于20℃持续3天以上,对前期灌浆就有影响。例如1994、2000、2001、2009l几个减产的年份,8月上、中旬就出现了日平均气温低于20℃的天数持续3天以上。
从高粱几个减产比较严重的年份(1994、1995、2007),除2007年5、6月、8月下旬气温低,其他几年均为8月上、中旬日平均气温低,主要是影响前期灌浆。
灌浆后期,9月份日平均气温低,秋霜来得早,会使籽粒因达不到正常成熟而减产。
1989、1996年9月份日平均气温为26年最低,分别为13.7℃、13.2℃。比多年平均分别低1.7℃、2.2℃。这两年也是减产比较严重的年分。
后期高温干旱,或多雨寡照,都易造成早衰,灌浆期缩短,从而减产。
4小结
⑴高粱籽粒形成时期的气象条件对产量影响较大。高粱产量与抽穗――成熟阶段的日平均气温关系显著,与8月份日平均气温相关系数为0.548,与9月份日平均气温相关系数为0.492。由此可见,8月份为高梁气候生态上的低温冷害关键期。
⑵高粱籽粒干物重增长曲线呈S形,其方程式为。按其灌浆速度快慢,分为三个阶段,其方程式:,灌浆后的最初10天为缓慢增长阶段,千粒重最大日增量等于0.53克。灌浆后的第11-25天为快速增长阶段,千粒重日增量在0.53-1.14克,千粒重日增量最大值为灌浆后的第20天。灌浆后26-50天,为缓慢增重阶段,日增量由0.92逐渐下降到0.01。
⑶高粱粒重增长,特别是前二个阶段和温度关系极为密切,积温多100℃快5天。高梁千粒重多少和光温系数总合(K)关系密切,即K值增加1千粒重增加0.667克。
⑷高粱籽粒形成的不同阶段,对气象条件的要求不同,灌浆前期对低温敏感。灌浆前期(18天)大于23℃灌浆速度快,低于20℃灌浆速度显著减慢,影响籽粒增重。
8月上、中旬的日平均气温低,或日平均气温低于20℃连续出现3天以上,对籽粒形成不利。
乳熟后期,温度不宜太高。充足日照,降水适中,有较大的日较差,有利于干物质积累;后期高温干旱、多雨寡照,易早衰。
⑸庆安县高梁冷害属延迟型,表现为前期(5、6月)低温延迟抽穗。出苗――拔节平均气温低1℃延迟抽穗3天。
籽粒形成时期的气象条件,对高粱产量的影响较大,8―9月份的日平均气温高,光照充足,降水适当,灌浆成熟的好,对前期遇到的低温有补偿作用。
参考文献:
[1]冯秀藻,陶炳炎.农业气象学原理[M].气象出版社,1994.