第 6 期 王 海 梅 等 : 基 于 生 理 指 标 确 定 河 套 灌 区 玉 米 春 霜 冻 的 气 象 指 标 173 Keywords:frost;lowtreatment;maizeseedlings;physiologicalindexes;photosynthesis;meteoro

干 旱 地 区 农 业 研 究 第 Ｖ Ｎ 卷第 期 Ａ Ｒ Ａ Ａ Ｎ 年 月 文章编号 ｊ ９ 基于生理指标确定河套灌区玉米 春霜冻的气象指标 王海梅 侯 琼 杨钦宇 韩经纬 金迎春 内蒙古自治区生态与农业气象中心 内蒙古 呼和浩特 巴彦淖尔市临河区气象局 巴彦淖尔 临河 内蒙古自治区气象台 内蒙古 呼和浩特 摘 要 霜冻是河套灌区发生频率较高的农业气象灾害之一 本文以河套灌区广泛种植的玉米中晚熟品种 科河 ８号为试验材料 以常温 左右 为对照 设置 的低温环境 对玉米幼苗分别进行 处 理 对比观测试验前后玉米各项生理指标的变化情况 逆境生理研究能更好地理解不同程度的低温胁迫下植物的 生理生化变化 可基于此确定霜冻预报的气温指标 研究结果表明 随着处理温度的降低和低温胁迫时间的延长 玉米幼苗叶绿素含量呈稳定下降的趋势 可溶性糖含量 Ｓ ＯＤ活性 丙二醛含量先升高后下降 最高值出现在 和 通过对以上 个指标变化特点的分析表明 ４叶玉米幼苗比 叶的抗寒性更强 可溶性蛋白含量先下降 后上升 最低值出现在 各低温处理均导致玉米幼苗的净光合作用速率 气孔导度 单叶水分利用率下降 参 照本文及过冷却点的试验结果 制定河套地区玉米春霜冻的最低气温指标如下 轻霜冻 中霜冻 重霜冻 关键词 霜冻 低温胁迫 玉米幼苗 生理指标 光合作用 气象指标 河套灌区 中图分类号 Ｓ Ｓ ４ 文献标志码 Ａ Ｄ ｍ ｍ Ｈ ｂ ｍ ＨＯＵＱ ＹＡＮＧＱ ＨＡＮＪ Ｊ ｗ Ｉ ＮＹ ＷＡＮＧＨ ｍ Ｈ Ｉ Ｃ Ｉ Ｍ Ｅ Ａ Ｍ Ｃ Ｍ Ｌ Ｉ Ｃ Ｌ Ａ ｍ Ｏｂ Ｍ Ｈ Ｉ Ｃ Ｉ Ｍ Ｍ Ｏｂ Ｍ Ｆ Ａｂ ｍ ｑ Ｈ ｍ Ｗ Ｋ Ｎ ８ｍ ｍ ｗ Ｈ ｍ ｗ ｍ ｍ ｗ ｗ ｍ ｍ Ｃ ｍ ｂ ｗ ｂ ｍ ｗ Ｐ ｂ ｍ ｗ ｗ ｍ ｍ ｂ ｍ ｍ Ｔ ｗ ｗ ｍ ｍ ｗ ｍ ｍ Ｓ ｍ ｗ ｗ ｗ Ｗ ｂ ＯＤ ＭＤＡ ｂ ｍ ｗ Ｔ ｗ ｂ ４ ｍ ｗ Ｓ ｂ ｗ ｂ ｍ ｗ Ａ ｗ ｍ ｍ ｍ ｗ ｍ Ａ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ ｍ Ｈ ｗ ｗ 收稿日期 基金项目 公益性行业 气象 科研专项 ＧＹＨＹ 作者简介 王海梅 博士 高级工程师 主要从事农业气象 生态气象科研工作 Ｅ ｗ ９ ｍ ｍ ｍ 通信作者 韩经纬 研究员 从事短期天气预报工作 Ｅ ９ ｍ ｊ ｗ ｍ

第 6 期 王 海 梅 等 : 基 于 生 理 指 标 确 定 河 套 灌 区 玉 米 春 霜 冻 的 气 象 指 标 173 Keywords:frost;lowtreatment;maizeseedlings;physiologicalindexes;photosynthesis;meteorologi calindexes;hetaoirigationdistrict 河 套 灌 区 是 内 蒙 古 重 要 的 粮 食 主 产 区, 玉 米 和 向 日 葵 是 该 区 的 主 要 作 物 由 于 地 处 干 旱 与 半 干 旱 气 候 区 荒 漠 与 草 原 的 过 渡 地 带, 降 水 量 少, 蒸 发 强 烈, 气 候 干 旱 多 风, 霜 冻 低 温 冷 害 干 热 风 和 潮 塌 等 农 业 气 象 灾 害 危 害 严 重, 其 中, 霜 冻 是 河 套 灌 区 发 生 频 率 较 高 的 农 业 气 象 灾 害 之 一, 对 当 地 农 业 生 产 影 响 较 大 [1-3] 低 温 胁 迫 是 世 界 范 围 内 影 响 植 物 产 量 和 品 质 的 主 要 非 生 物 胁 迫, 低 温 会 影 响 植 物 生 长 发 育 生 理 和 光 合 特 性 [4] 植 物 的 遗 传 学 基 础 生 长 时 期 发 育 水 平 以 及 低 温 胁 迫 下 细 胞 的 抗 氧 化 能 力 等 自 身 因 素, 影 响 植 物 的 抗 寒 性, 植 物 本 身 具 有 一 定 的 抗 逆 性, 在 低 温 胁 迫 环 境 中, 会 进 行 一 系 列 的 生 理 生 化 特 性 调 整, 例 如 叶 绿 素 含 量 抗 氧 化 酶 系 统 光 合 特 性 等 因 此, 生 理 和 光 合 指 标 成 为 评 价 植 物 抗 寒 性 的 重 要 指 标 [5-6] 轻 霜 冻 对 作 物 的 影 响 仅 通 过 外 观 不 容 易 被 发 现, 本 文 进 行 了 一 系 列 低 温 胁 迫 试 验, 通 过 各 项 生 理 指 标 光 合 指 标 试 验 前 后 的 对 比 分 析, 明 确 低 温 胁 迫 强 度 和 持 续 时 间 对 玉 米 幼 苗 的 影 响, 为 确 定 内 蒙 古 河 套 灌 区 玉 米 春 霜 冻 灾 害 的 气 象 预 警 指 标 奠 定 基 础 1 试 验 方 法 与 数 据 室 内 培 育 玉 米 幼 苗, 待 幼 苗 长 至 3~4 叶 时, 试 验 前 3 天 移 栽 到 花 盆, 放 置 到 室 外 自 然 环 境 炼 苗 人 工 气 候 箱 PRX-1500B 采 用 先 进 的 微 电 脑 技 术, 可 编 程 控 制 温 度 (0 ~50 ) 共 设 6 个 温 度 梯 度 T i :-4-3 -2-1 0 5 ( 试 验 过 程 根 据 幼 苗 低 温 胁 迫 后 的 受 损 情 况, 叶 绿 素 观 测 试 验 补 充 了 -5 1h 处 理 ),3 个 处 理 时 段 H i :1 3 5h, 每 个 处 理 各 苗 龄 幼 苗 4 次 重 复, 每 次 处 理 完 成 后 置 于 常 温 下 12h, 观 测 供 试 材 料 受 损 情 况, 并 取 样 品 置 于 液 氮 罐 内, 供 室 内 生 理 指 标 的 测 定 ( 生 理 指 标 测 定 取 1 3 5h 处 理 的 平 均 值 ) 光 合 作 用 的 测 定 : 试 验 前 后 利 用 LI-6400 仪 器 对 比 观 测 每 个 植 株 第 二 片 叶 片 中 间 部 位 的 光 合 指 标 : 净 光 合 速 率 (Pn) 蒸 腾 速 率 (Tr) 气 孔 导 度 (Gs) 胞 间 CO 2 浓 度 (Ci) 叶 片 水 分 利 用 率 的 计 算 公 式 : WUE = Pn/Tr 式 中,Pn 为 净 光 合 速 率 ;Tr 为 蒸 腾 速 率, 其 单 位 是 μ mol mol-1, 即 消 耗 单 位 水 所 吸 收 的 CO 2 的 摩 尔 数 叶 绿 素 在 蓝 色 区 域 (400~500nm) 和 红 色 区 域 (600~700nm) 范 围 内 吸 收 达 到 了 峰 值, 但 在 近 红 外 区 域 却 没 有 吸 收 SPAD-502 养 分 速 测 仪 利 用 叶 绿 素 的 这 种 吸 收 特 性, 测 量 叶 子 在 红 色 区 域 和 近 红 外 区 域 的 吸 收 率, 通 过 这 两 部 分 区 域 的 吸 收 率, 来 计 算 出 一 种 SPAD 值, 用 数 字 来 表 示 目 前 叶 子 中 叶 绿 素 含 量 相 对 应 的 参 数 试 验 采 用 植 株 养 分 测 定 仪 (SPAD-502), 选 取 每 天 当 中 的 相 同 时 段 进 行 试 验 前 后 定 株 定 叶 ( 测 第 二 片 叶 子, 叶 子 上 中 下 部 位 3 次 重 复, 取 平 均 值 ) 的 对 比 观 测, 低 温 处 理 后 冻 死 的 幼 苗 放 弃 观 测 可 溶 性 糖 含 量 的 测 定 采 用 蒽 酮 法 ; 可 溶 性 蛋 白 含 量 的 测 定 采 用 考 马 斯 亮 蓝 法 ;SOD 活 性 的 测 定 采 用 NBT 法 ; 丙 二 醛 含 量 的 测 定 采 用 硫 代 巴 比 妥 法 2 结 果 分 析 2.1 叶 绿 素 含 量 从 图 1 的 分 析 来 看, 除 了 -1 下 1h 5h 处 理 叶 绿 素 含 量 略 有 上 升 ( 分 别 上 升 了 0.23 和 0.74 SPAD) 之 外, 低 温 胁 迫 会 导 致 玉 米 幼 苗 叶 绿 素 含 量 下 降, 且 处 理 温 度 越 低, 叶 绿 素 含 量 下 降 越 明 显 : 随 着 处 理 温 度 的 升 高, 叶 绿 素 含 量 呈 现 降 低 的 趋 势, 线 性 回 归 关 系 :y=-0.309x+6.2947(n=18),r 2 = 0.4775, 通 过 显 著 性 检 验 ( 显 著 性 水 平 0.05);5 处 理,50% 的 玉 米 幼 苗 叶 绿 素 含 量 下 降,0 处 理,83% 的 玉 米 幼 苗 叶 绿 素 含 量 下 降, 说 明 5 的 低 温 处 理 开 始 对 部 分 玉 米 幼 苗 叶 绿 素 含 量 产 生 影 响, 依 此 可 确 定 轻 霜 冻 的 上 限 温 度 在 0 ~5 之 间 2.2 生 理 指 标 分 析 2.2.1 可 溶 性 糖 含 量 可 溶 性 糖 是 理 想 的 渗 透 调 节 物 质, 可 以 缓 解 逆 境 对 膜 系 统 的 伤 害 在 一 定 范 围 内 的 胁 迫 环 境 中, 部 分 植 物 可 以 通 过 增 加 可 溶 性 糖 含 量, 加 大 细 胞 原 生 质 浓 度, 增 强 细 胞 液 的 流 动 性 以 起 到 抗 脱 水 的 作 用, 增 加 机 体 抗 寒 性, 是 植 物 对 不 利 环 境 的 生 理 反 应 [7-9] 由 图 2 的 分 析 可 见, 随 着 处 理 温 度 的 降 低, 玉 米 幼 苗 可 溶 性 糖 含 量 先 升 后 降, 在 -3 处 理 时 达 到 最 大 值, 之 后 可 溶 性 糖 含 量 下 降, 表 明 -3 是 玉 米 幼 苗 可 溶 性 糖 含 量 进 行 自 身 抗 逆 反 应 的 低 温 下 限 ;0 处 理 玉 米 的 可 溶 性 糖 含 量 略 低 于 与 常 温 对 照 由 图 3 的 分 析 可 见, 随 着 处 理 温 度 的 降 低,4 叶 玉 米 幼 苗 的 可 溶 性 糖 含 量 均 低 于 常 温 对 照, 呈 波 动 变 化, 在 -3 处 理 达 到 最 大 值 ;3 叶 玉 米 幼 苗 的 可 溶 性 糖 含 量 先 升 后 降, 也 在 -3 达 到 最 大 值,3 叶

174 干 旱 地 区 农 业 研 究 第 33 卷 幼 苗 可 溶 性 糖 含 量 变 化 幅 度 比 4 叶 大 得 多, 也 表 明 4 叶 幼 苗 对 低 温 胁 迫 的 耐 受 能 力 更 高 由 图 4 的 分 析 可 见, 随 着 处 理 温 度 的 降 低, 玉 米 幼 苗 可 溶 性 蛋 白 质 含 量 均 表 现 为 先 下 降 后 上 升 的 趋 势, 在 -2 处 理 时 达 到 最 低 值 表 明 -2 是 玉 米 幼 苗 蛋 白 含 量 自 身 调 节 的 转 折 温 度 ; 在 -2 低 温 胁 迫 时, 玉 米 幼 苗 可 通 过 降 解 自 身 蛋 白 来 保 护 机 体 免 受 伤 害, 但 当 温 度 进 一 步 下 降 时, 诱 导 玉 米 幼 苗 产 生 新 的 蛋 白, 使 机 体 的 可 溶 性 蛋 白 含 量 增 加, 有 利 于 提 高 抗 寒 性 3 叶 4 叶 玉 米 幼 苗 可 溶 性 蛋 白 质 含 量 的 变 化 趋 势 一 致, 均 表 现 为 先 下 降 后 上 升 的 趋 势, 都 在 -2 处 理 时 达 到 最 低 值 ( 见 图 5) 图 1 低 温 胁 迫 对 玉 米 幼 苗 叶 绿 素 含 量 的 影 响 Fig.1 Efectsoflowtreatmentsonthe chlorophylcontentsinmaizespringseedlings 图 2 低 温 胁 迫 对 玉 米 幼 苗 可 溶 性 糖 含 量 的 影 响 Fig.2 Efectsoflowtreatmentsonsoluble sugarcontentsinmaizespringseedlings(theaverage valuesof3-leafand4-leafmaizespringseedlings) 图 4 低 温 胁 迫 对 玉 米 幼 苗 可 溶 性 蛋 白 含 量 的 影 响 Fig.4 Efectsoflowtreatmentsonsolubleprotein contentsinmaizespringseedlings(theaveragevalues of3-leafand4-leafmaizespringseedlings) 图 5 低 温 胁 迫 对 3 叶 4 叶 玉 米 幼 苗 可 溶 性 蛋 白 含 量 的 影 响 Fig.5 Efectsoflowtreatmentsonsolubleprotein contentsin3-leafand4-leafmaizespringseedlings 图 3 低 温 胁 迫 对 3 叶 4 叶 玉 米 幼 苗 可 溶 性 糖 含 量 的 影 响 Fig.3 Efectsoflowtreatmentsonsolublesugar contentsof3-leafand4-leafinmaizespringseedlings 2.2.2 可 溶 性 蛋 白 质 含 量 低 温 胁 迫 对 植 物 细 胞 蛋 白 质 的 影 响 主 要 表 现 在 可 溶 性 蛋 白 和 酶 类 的 变 化 以 及 产 生 抗 寒 性 蛋 白 可 溶 性 蛋 白 亲 水 性 较 强, 可 溶 性 蛋 白 含 量 的 增 加 可 以 束 缚 更 多 的 水 分, 能 明 显 增 强 细 胞 的 持 水 力, 从 而 减 少 低 温 条 件 下 原 生 质 因 结 冰 而 受 伤 害 致 死 的 可 能 性 [10-12] 2.2.3 SOD 活 性 SOD 是 植 物 重 要 的 耐 冷 保 护 酶 系 统 由 图 6 的 分 析 表 明 : 随 着 处 理 温 度 的 降 低, 玉 米 幼 苗 SOD 活 性 表 现 为 先 升 高 后 降 低 的 趋 势, 在 -2 时 达 到 最 高 值, 表 明 -2 的 低 温 胁 迫 会 导 致 植 物 细 胞 内 活 性 氧 含 量 超 出 正 常 水 平, 促 发 细 胞 内 SOD 活 性 增 强, 可 以 诱 导 SOD 的 再 合 成, 减 少 细 胞 内 多 余 的 自 由 基 对 细 胞 伤 害 的 速 度 与 程 度, 是 植 物 对 低 温 的 防 御 反 应 但 随 着 低 温 胁 迫 强 度 的 加 大, 植 物 体 防 御 系 统 受 到 的 损 害 加 剧, 又 导 致 SOD 活 性 开 始 下 降 [13-15], 表 明 -2 是 玉 米 幼 苗 体 内 SOD 活 性 进 行 自 我 调 节 的 转 折 点 温 度

第 6 期 王 海 梅 等 : 基 于 生 理 指 标 确 定 河 套 灌 区 玉 米 春 霜 冻 的 气 象 指 标 175 图 6 低 温 胁 迫 对 玉 米 幼 苗 SOD 活 性 的 影 响 Fig.6 EfectsoflowtreatmentsonSODactivities ofmaizespringseedlings(theaveragevaluesof3-leaf and4-leafmaizespringseedlings) 图 8 低 温 胁 迫 对 玉 米 幼 苗 丙 二 醛 含 量 的 影 响 Fig.8 EfectsoflowtreatmentsonMDAcontents ofmaizespringseedlings(theaveragevaluesof3-leaf and4-leafmaizespringseedlings) 3 叶 4 叶 玉 米 幼 苗 SOD 活 性 均 表 现 为 先 升 高 后 降 低 的 趋 势,3 叶 玉 米 幼 苗 SOD 活 性 在 -3 达 到 最 大 值,4 叶 幼 苗 SOD 活 性 在 -2 达 到 最 大 值 ( 见 图 7),4 叶 玉 米 幼 苗 SOD 活 性 波 动 幅 度 小 于 3 叶 玉 米 幼 苗, 也 表 明 4 叶 玉 米 幼 苗 抗 寒 性 更 高 图 9 低 温 胁 迫 对 3 叶 4 叶 玉 米 幼 苗 丙 二 醛 含 量 的 影 响 Fig.9 EfectsoflowtreatmentsonMDAcontents in3-leafand4-leafmaizespringseedlings 图 7 低 温 胁 迫 对 3 叶 4 叶 玉 米 幼 苗 SOD 活 性 的 影 响 Fig.7 EfectsoflowtreatmentsonSODactivities in3-leafand4-leafmaizespringseedlings 2.2.4 丙 二 醛 含 量 低 温 胁 迫 破 坏 细 胞 内 活 性 氧 代 谢 平 衡, 产 生 的 活 性 氧 造 成 细 胞 膜 系 统 的 损 害, 引 发 或 加 剧 膜 质 过 氧 化 作 用, 其 最 终 产 物 主 要 为 丙 二 醛 [13-15] 图 8 的 分 析 表 明, 随 着 处 理 温 度 的 降 低, 玉 米 幼 苗 的 丙 二 醛 含 量 均 表 现 为 先 升 后 降 的 趋 势, 在 -2 处 理 时 达 到 最 大 值 ( 但 均 低 于 对 照 值 ), 之 后 显 著 下 降, 表 明 -2 时 丙 二 醛 含 量 已 经 达 到 极 限, 这 是 植 物 受 冻 害 的 重 要 信 号 之 一 随 着 处 理 温 度 的 降 低,3 叶 4 叶 玉 米 幼 苗 的 丙 二 醛 含 量 均 表 现 为 先 升 后 降 的 趋 势, 在 -2 处 理 时 达 到 最 大 值 ( 但 均 低 于 对 照 值 ), 之 后 显 著 下 降 ( 见 图 9),4 叶 玉 米 幼 苗 丙 二 醛 含 量 的 波 动 幅 度 小 于 3 叶 玉 米 幼 苗, 说 明 4 叶 玉 米 幼 苗 的 膜 脂 过 氧 化 程 度 弱, 抗 寒 性 比 3 叶 幼 苗 更 高 2.3 光 合 作 用 植 物 光 合 作 用 是 将 太 阳 能 转 换 为 化 学 能 的 过 程 低 温 对 植 物 生 理 代 谢 的 影 响 是 多 方 面 的, 其 中, 光 合 作 用 对 低 温 尤 为 敏 感, 容 易 发 生 低 温 光 抑 制, 严 重 的 低 温 光 抑 制 还 会 导 致 光 氧 化 现 象 [16-17] 本 文 利 用 LI-6400 仪 器, 进 行 玉 米 幼 苗 光 合 作 用 低 温 处 理 前 后 的 对 比 观 测, 通 过 分 析 光 合 作 用 速 率 气 孔 导 度 胞 间 CO 2 浓 度 蒸 腾 速 率 等 指 标, 来 分 析 低 温 胁 迫 对 玉 米 幼 苗 光 合 作 用 的 影 响 对 表 1 分 析 可 见, 低 温 处 理 导 致 所 有 玉 米 幼 苗 的 净 光 合 作 用 速 率 (Pn) 下 降,85.71% 的 玉 米 幼 苗 的 气 孔 导 度 (Gs) 单 叶 水 分 利 用 率 下 降 (WUE), 71.43% 的 玉 米 幼 苗 蒸 腾 速 率 升 高 ;71.43% 左 右 玉 米 幼 苗 的 胞 间 CO 2 浓 度 升 高 但 光 合 作 用 各 项 指 标 并 未 表 现 出 随 低 温 处 理 程 度 加 大 而 递 变 的 规 律 2.4 霜 冻 气 象 预 警 指 标 的 确 定 植 物 叶 片 的 日 最 低 温 度 和 日 最 低 气 温 日 最 低 地 温 之 间 的 关 系 没 有 普 适 性 的 规 律, 往 往 随 着 地 区 季 节 而 变 化 [18] 为 了 明 确 河 套 灌 区 春 季 植 物 叶 片 温 度 和 气 象 观 测 温 度 之 间 的 关 系, 本 研 究 于 2014 年

176 干 旱 地 区 农 业 研 究 第 33 卷 春 季, 利 用 红 外 测 温 仪, 进 行 玉 米 幼 苗 叶 片 温 度 的 测 定, 结 果 表 明 : 一 天 当 中, 玉 米 幼 苗 叶 片 的 日 最 低 温 度 和 地 面 日 最 低 温 度 最 接 近, 因 此, 在 春 霜 冻 的 分 析 过 程 中, 认 为 两 者 温 度 相 同 处 理 温 度 / Procesing 表 1 低 温 处 理 对 玉 米 幼 苗 各 光 合 作 用 的 影 响 Table1 Efectsoflowtreatmentsonphotosynthesisofmaizespringseedlings 净 光 合 作 用 速 率 Netphotosynthetic rate /( μ mol m -2 s -1 ) 气 孔 导 度 Stomatal conductance /(mol m -2 s -1 ) 胞 间 CO 2 浓 度 IntercelularCO 2 concentration /( μ mol mol -1 ) 蒸 腾 速 率 Transpiration rate /(mmol m -2 s -1 ) 单 叶 水 分 利 用 率 Leafwater userate 5 3.085 0.015-9.965 0.220 1.425 0 3.155 0.055 54.820 0.265 1.350-1 5.315 0.025-8.720 0.830 4.160-2 0.325-0.005 38.355-2.065 7.240-3 2.455 0.050 59.135 0 1.730-4 1.305 0.015-22.255 1.090-1.685-5 1.970 0.010-6.180-0.080 2.830 注 : 数 据 为 处 理 前 测 定 值 与 处 理 后 测 定 值 之 差 Note:Dataforthecomparisionbetweenthemeasuredvaluesbeforeandafterthetreatment. 通 过 分 析 河 套 灌 区 历 史 上 出 现 的 116112 个 明 显 的 春 霜 冻 过 程 发 现 日 地 面 最 低 温 度 和 日 最 低 气 温 之 间 存 在 极 好 的 线 性 回 归 关 系 :y=1.0334x- 3.1357(R 2 =0.7612)( 见 图 10); 而 秋 霜 冻 发 生 时, 日 地 面 最 低 温 度 和 日 最 低 气 温 之 间 的 线 性 回 归 关 系 : y=1.0075x-3.5948(r 2 =0.82)( 见 图 11) 地 面 温 度 低 于 过 冷 却 点 上 限 温 度 的 -3.5 算 起, 可 确 定 中 度 霜 冻 的 最 低 气 温 指 标 范 围 为 -2.5 ~ 0 ; 重 霜 冻 指 标 则 从 日 最 低 地 面 温 度 低 于 过 冷 却 点 下 限 温 度 的 -5.5 算 起, 最 低 气 温 指 标 为 低 于 -2.5 具 体 指 标 如 表 2 所 示 图 10 春 霜 冻 发 生 时 日 地 面 最 低 温 度 与 日 最 低 气 温 之 间 的 关 系 Fig.10 Regresioncorelationbetweenthedailyminimum groundsanddailyminimumairs duringthespringfrostdays 基 于 本 文 的 试 验 结 果 及 过 冷 却 点 的 试 验 结 果 [2], 参 考 中 华 人 民 共 和 国 气 象 行 业 标 准 QX/T88-2008: 作 物 霜 冻 害 等 级 中 玉 米 春 霜 冻 的 日 最 低 气 温 指 标 [18], 并 考 虑 实 际 工 作 中 气 温 预 报 的 精 度, 将 内 蒙 古 河 套 灌 区 玉 米 春 霜 冻 气 温 指 标 精 度 确 定 为 0.5 为 单 位, 确 定 过 程 如 下 :0 是 水 的 结 冰 点 温 度, 因 此 轻 霜 冻 最 低 气 温 指 标 下 限 温 度 定 为 0, 根 据 叶 绿 素 含 量 的 变 化 情 况, 将 轻 霜 冻 最 低 气 温 指 标 上 限 温 度 定 为 3.0 ; 玉 米 幼 苗 的 过 冷 却 点 温 度 范 围 为 -5.5 ~-3.5, 根 据 日 地 面 最 低 温 度 和 日 最 低 气 温 之 间 的 回 归 方 程, 中 度 霜 冻 指 标 从 日 最 低 图 11 秋 霜 冻 发 生 时 日 地 面 最 低 温 度 与 日 最 低 气 温 之 间 的 关 系 Fig.11 Regresioncorelationbetweenthedailyminimum groundsanddailyminimumairs duringtheautumnfrostdays 表 2 内 蒙 古 河 套 灌 区 玉 米 春 霜 冻 最 低 气 温 指 标 / Table2 Thelowestspringfrostindicatorsof maizeinhetaoirigationarea,innermongolia 春 霜 冻 Springfrost 霜 冻 等 级 Frostlevel 日 最 低 气 温 / Minimumair 轻 霜 冻 Lightfrost 0~3.0 中 霜 冻 Moderatefrost -2.5~0 重 霜 冻 Severefrost <-2.5 2.5 霜 冻 预 报 指 标 在 决 策 服 务 中 的 应 用 实 例 2014 年 4 月 26 27 日, 河 套 灌 区 临 河 气 象 站 出 现 明 显 的 降 温 天 气 过 程, 日 最 低 气 温 和 地 面 最 低 温 度 分 别 降 到 -2.5 和 -4.1, 试 验 早 播 的 第 Ⅰ 期 玉 米 幼 苗 普 遍 处 于 2~4 叶 龄, 根 据 27 日 的 调 查 统

第 6 期 王 海 梅 等 : 基 于 生 理 指 标 确 定 河 套 灌 区 玉 米 春 霜 冻 的 气 象 指 标 177 计,94% 的 幼 苗 叶 片 冻 伤,5 月 2 日 又 出 现 地 面 最 低 温 度 零 度 以 下 的 低 温, 加 重 了 叶 片 冻 伤 率 但 由 于 玉 米 生 长 点 没 有 冻 死, 根 据 5 月 16 日 调 查 结 果, 两 次 过 程 过 后 约 4% 的 幼 苗 死 亡 表 3 是 利 用 本 文 制 定 的 霜 冻 指 标 和 作 物 霜 冻 等 级 气 象 行 业 标 准 判 断 的 霜 冻 程 度 对 比 情 况, 根 据 对 田 间 调 查 情 况 的 分 析, 本 文 制 定 的 霜 冻 指 标 判 断 的 霜 冻 等 级 更 符 合 当 地 实 际 情 况 日 期 ( 月 - 日 ) Date(m-d) 预 报 Forecast 最 低 气 温 / Minimumair 表 3 利 用 霜 冻 指 标 判 断 的 霜 冻 程 度 Table3 Asesmentoffrostdegreesbythefrostindexes 用 本 指 标 预 报 霜 冻 程 度 Usingthisindex toforecastthe frostdegree 实 况 Livesituation 最 低 气 温 / Minimumair 最 低 地 温 / Minimumground 本 指 标 判 断 霜 冻 程 度 Usingthisindex tojudgethe frostdegree 霜 冻 行 业 标 准 判 断 霜 冻 程 度 UsingIndustrystandard indextojudge thefrostdegree 04-26 -2 中 霜 冻 Moderatefrost -2.5-4.1 中 霜 冻 Moderatefrost 中 霜 冻 Moderatefrost 04-27 1 轻 霜 冻 Lightfrost 0.6-2.1 轻 霜 冻 Lightfrost 无 Nofrost 05-02 2 轻 霜 冻 Lightfrost 0.8-0.4 轻 霜 冻 Lightfrost 无 Nofrost 3 结 论 与 讨 论 植 物 霜 冻 害 是 我 国 主 要 农 业 气 象 灾 害 之 一, 它 发 生 的 范 围 广, 涉 及 诸 多 粮 食 作 物 和 经 济 植 物, 因 此, 植 物 霜 冻 的 防 御 是 农 业 生 产 中 的 一 项 重 要 任 务, 霜 冻 灾 害 的 气 象 预 报 也 是 气 象 服 务 的 重 要 任 务 之 一 [19-20] 但 不 同 作 物 或 同 一 作 物 的 不 同 发 育 期 对 低 温 的 敏 感 性 也 不 一 样, 所 以 确 定 霜 冻 气 象 指 标 时 必 须 同 时 考 虑 当 地 不 同 作 物 及 其 所 处 的 发 育 期 本 文 通 过 设 置 不 同 程 度 及 处 理 时 间 的 低 温 胁 迫 环 境, 分 析 处 理 前 后 植 物 体 内 各 项 生 理 指 标 及 光 合 作 用 各 指 标 的 变 化 情 况, 确 定 植 物 体 受 霜 冻 危 害 的 关 键 温 度 在 实 际 生 产 中, 轻 霜 冻 很 难 用 肉 眼 观 察 到 植 物 组 织 内 部 的 变 化, 光 通 过 植 物 外 形 往 往 发 现 不 了 植 物 所 受 到 的 影 响, 从 生 理 生 化 的 角 度 能 更 好 地 解 释 不 同 程 度 低 温 对 作 物 的 影 响 根 据 不 同 低 温 胁 迫 处 理 后 幼 苗 叶 绿 素 含 量 的 变 化 情 况, 本 文 将 轻 霜 冻 的 最 低 气 温 指 标 确 定 为 0 ~3 0 是 水 的 结 冰 点, 低 于 0 的 低 温, 多 数 植 株 会 有 受 霜 冻 害 的 外 形 表 现, 结 合 现 有 的 霜 冻 气 象 指 标 及 试 验 结 果, 并 参 考 河 套 地 区 历 史 霜 冻 发 生 日 的 最 低 气 温 实 况 资 料 分 析, 将 轻 霜 冻 的 最 低 气 温 指 标 上 限 温 度 确 定 为 3 ; 中 霜 冻 和 重 霜 冻 的 最 低 气 温 指 标 则 根 据 过 冷 却 点 温 度 范 围 来 确 定 该 指 标 将 通 过 在 实 际 预 报 应 用 中 得 到 检 验, 必 要 时 进 行 适 当 的 修 订 在 利 用 LI-6400 仪 器 测 定 低 温 胁 迫 试 验 前 后 的 各 项 光 合 指 标 时, 由 于 植 株 个 体 差 异 及 试 验 前 后 的 天 气 条 件 等 不 可 能 完 全 一 致, 导 致 部 分 试 验 结 果 不 稳 定, 尤 其 胞 间 CO 2 浓 度 蒸 腾 速 率 两 个 指 标, 并 没 有 表 现 出 稳 定 的 变 化 规 律 参 考 文 献 : [1] 何 跃 君, 薛 立, 任 向 荣, 等. 低 温 胁 迫 对 六 种 幼 苗 生 理 特 性 的 影 响 [J]. 生 态 学 杂 志,2008,27(4):524 531. [2] 王 海 梅, 侯 琼, 云 文 丽, 等. 内 蒙 古 河 套 灌 区 玉 米 向 日 葵 霜 冻 关 键 温 度 分 析 [J]. 生 态 学 报,2014,34(11):1 6. [3] 张 晓 煜, 马 玉 平, 苏 占 胜, 等. 宁 夏 主 要 作 物 霜 冻 试 验 研 究 [J]. 干 旱 区 资 源 与 环 境,2001,15(2):50 54. [4] 郭 淑 红, 薛 立, 张 柔, 等.4 种 幼 苗 对 低 温 胁 迫 的 光 合 生 理 响 应 [J]. 华 南 农 业 大 学 学 报,2012,33(3):373 377. [5] 徐 呈 祥. 提 高 植 物 抗 寒 性 的 机 理 研 究 进 展 [J]. 生 态 学 报,2012, 32(24):7966 7980. [6] 吕 优 伟, 贺 佳 圆, 白 小 明, 等.9 个 野 生 早 熟 禾 对 低 温 胁 迫 的 生 理 响 应 及 苗 期 抗 寒 性 评 价 [J]. 草 地 学 报,2014,22(2):326 333. [7] 尹 彩 霞, 尧 瑞 霞, 乔 爱 民.5 个 木 薯 品 种 对 低 温 胁 迫 的 响 应 及 其 抗 寒 性 评 价 [J]. 广 东 农 业 科 学,2012,(11):30 33. [8] 康 俊 梅, 李 燕, 沈 静, 等. 低 温 胁 迫 对 野 牛 草 幼 苗 渗 透 调 节 物 与 根 系 活 力 的 影 响 [J]. 中 国 畜 牧 兽 医,2010,(12):18 22. [9] 邵 怡 若, 徐 建 新, 薛 立, 等. 低 温 胁 迫 对 4 种 幼 苗 生 理 生 化 及 光 合 特 性 的 影 响 [J]. 生 态 学 报,2013,33(14):4237 4247. [10] 王 毅, 杨 宏 福, 李 树 德. 园 艺 植 物 冷 害 和 抗 冷 性 的 研 究 [J]. 园 艺 学 报,1994,21(3):239 244. [11] 沙 伟, 刘 焕 婷, 谭 大 海, 等. 低 温 胁 迫 对 扎 龙 芦 苇 SOD POD 活 性 和 可 溶 性 蛋 白 含 量 的 影 响 [J]. 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报,2008, 24(2):1 4. [12] 朱 政, 蒋 家 月, 江 昌 俊, 等. 低 温 胁 迫 对 茶 树 叶 片 SOD 可 溶 性 蛋 白 和 可 溶 性 糖 含 量 的 影 响 [J]. 安 徽 农 业 大 学 学 报,2011, 38(1):24 26. [13] 刘 慧 英, 朱 祝 军, 吕 国 华. 低 温 胁 迫 对 嫁 接 西 瓜 耐 冷 性 和 活 性 氧 清 除 系 统 的 影 响 应 用 [J]. 应 用 生 态 学 报,2004,15(4):659 662. [14] 陈 少 裕. 膜 脂 过 氧 化 对 植 物 细 胞 的 伤 害 [J]. 植 物 生 理 学 通 讯, 1991,27(2):84 90. [15] 贺 奇. 低 温 胁 迫 对 核 桃 抗 寒 性 指 标 的 影 响 [J]. 山 西 林 业 科 技,2014,43(1):31 33. [16] 刘 晓 龙, 徐 晨, 徐 克 章, 等. 盐 胁 迫 对 水 稻 叶 片 光 合 作 用 和 叶 绿 素 荧 光 特 性 的 影 响 [J]. 作 物 杂 志,2014,(2):88 92. [17] 张 广 华. 弱 光 低 温 胁 迫 对 草 莓 光 合 作 用 的 影 响 [D]. 保 定 : 河 北 农 业 大 学,2004:13 20. [18] 袁 学 所. 凤 阳 2009 年 1 月 草 面 温 度 与 地 温 气 温 的 对 比 分 析 [C]//2009 第 五 届 苏 皖 两 省 大 气 探 测 环 境 遥 感 与 电 子 技 术 学 术 研 讨 会 专 辑,2009. [19] 马 树 庆, 刘 铮, 刘 实, 等.QX/T88 2008 作 物 霜 冻 害 等 级 [S]. 中 国 气 象 局,2008. [20] 全 炳 旭. 北 五 味 子 霜 冻 指 标 的 生 理 鉴 定 [J]. 吉 林 农 业,2012, (2):55 56.