Experimental Research on Frost Indexes for Lycium Barbarum Flowering Phase

Duan Xiaofeng; Zhu Yongning; Zhang Lei; Wang Jing; Xu Rui; Wang Jingmei

doi:10.11898/1001-7313.20200404

Vol.31, NO.4, 2020

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Duan Xiaofeng, Zhu Yongning, Zhang Lei, et al. Experimental research on frost indexes for Lycium barbarum flowering phase. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(4): 417-426. DOI: 10.11898/1001-7313.20200404.

Citation:

Duan Xiaofeng, Zhu Yongning, Zhang Lei, et al. Experimental research on frost indexes for Lycium barbarum flowering phase. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(4): 417-426. DOI: 10.11898/1001-7313.20200404.

Duan Xiaofeng, Zhu Yongning, Zhang Lei, et al. Experimental research on frost indexes for Lycium barbarum flowering phase. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(4): 417-426. DOI: 10.11898/1001-7313.20200404.

Citation:

Duan Xiaofeng, Zhu Yongning, Zhang Lei, et al. Experimental research on frost indexes for Lycium barbarum flowering phase. J Appl Meteor Sci, 2020, 31(4): 417-426. DOI: 10.11898/1001-7313.20200404.

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Experimental Research on Frost Indexes for Lycium Barbarum Flowering Phase

DOI: 10.11898/1001-7313.20200404

Duan Xiaofeng^1,2,
Zhu Yongning^2,3,4,
Zhang Lei^{2,3,4
,
,},
Wang Jing^2,3,4,
Xu Rui^2,3,4,
Wang Jingmei^2,5

1.
Ecological and Agricultural Meteorological Center of Inner Mongolia, Hohhot 010051
2.
Key Laboratory for Meteorological Disaster Monitoring and Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions, Yinchuan 750002
3.
Ningxia Key Laboratory for Meteorological Disaster Prevention and Reduction, Yinchuan 750002
4.
Ningxia Institute of Meteorological Sciences, Yinchuan 750002
5.
Zhongning Meteorological Bureau of Ningxia, Zhongwei 755100

Received Date: 2020-01-02
Rev Recd Date: 2020-05-11
Publish Date: 2020-07-31

Abstract

Abstract

Based on researches of frost indexes of Lycium barbarum during 2016-2018, tests of frost index are performed using an artificial frost box in 2019, focusing on flower bud, early flowering and full flowering periods. The temperature of treatment is -8—-1℃, and time duration is 1-6 h, which forms 32 combinations of low temperature and time. Frozen symptoms of Lycium barbarum are divided into 3 degrees (P₁, P₂, P₃) according to observation after freezing. The mild frost is defined as 0≤P₁≤50%, 0≤P₂ < 50% and 0≤P₃ < 10% (P₁, P₂, P₃ not to be zero at the same time). The medium frost is defined as 0≤P₁ < 50%, P₂≥50% and 0≤P₃ < 10%, or 0≤P₁ < 50%, 0≤P₂ < 50% and 10%≤P₃ < 50%. The severe frost is defined as 0≤P₁ < 50%, 0≤P₂ < 50% and P₃≥50%. P₂ and P₃ are decisive for confirming frost levels. The frozen rate of each frozen degree is counted and the judgment standard of frost are formulated. In terms of these studies, frost indexes are established based on low temperature, time of duration, cold level, and rate of cold. Frost indexes are verified by using results of field experiments at 13 sites and investigations into natural frost disaster at 25 Lycium barbarum planting regions. Results indicate that frosts of Lycium barbarum are closely related to the low temperature and its duration. Lower temperature and longer duration lead to more seriously frost disasters. The frost resistance of flower bud period is the strongest, which is significantly stronger than that of early flowering period. The frost resistance of full flowering period is weaker than early flowering to some degree. The result of judgment with frost indexes and the situation of actual disaster have high compliance, coincidence rates are 92.9%, 81.8% and 91.7%, respectively. The indexes have strong practicability which can be used as basics for forecast and assessment of frost damage at different stages of Lycium barbarum flowering phase.
- Lycium barbarum;
- flowering phase;
- frost index;
- experimental research

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References(38)

Figures and Tables

Table 1 Symptoms of each cold level for Lycium barbarum flowering phase

花期	受冻级别	受冻症状
现蕾期	一级	花蕾外皮颜色变深, 有皱状；雄蕊梢部变浅褐色或1~2个雄蕊明显褐变且变形萎缩，雄蕊花药背面凹陷处稍褐变；花梗稍微变软，但切面颜色不变
	二级	花蕾全部雄蕊明显褐变，子房切面轻微褐变或子房芯明显褐变，花梗呈黑绿色、变软且切面褐变
	三级	花蕾子房颜色变深或变黑；柱头全部或部分褐变、变形；花梗根部变黑、明显变软、变细，有些触碰即落
初花期	一级	1~2个雄蕊明显褐变或变形萎缩，切开雄蕊花药背面凹陷处稍褐变；花梗稍微变软，但切面颜色不变
	二级	雄蕊全部明显褐变，子房与花梗连接处轻微褐变或子房芯明显褐变，雏形花瓣下部变深褐色，花梗呈黑绿色、变软且切面褐变
	三级	柱头变干、变深褐色；子房中部或全部变深褐色甚至变黑且子房明显水渍；花梗全部变深褐色或变黑明显变软、变细，有些触碰即落
盛花期	一级	子房褐变，花梗呈黑绿色，稍微变软且切面褐变
	二级	紫色花瓣下部明显褐变，子房稍褐变；花梗变软，但切面颜色不变
	三级	将近凋谢的黄色花子房变黑，紫色花子房明显水渍；花梗根部变黑、明显变软、变细，有些触碰即落

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Table 2 Frost rate of Lycium barbarum at flower bud period for each treatment of low temperature and duration

低温/℃	持续时间/h	P₁/%	P₂/%	P₃/%
-1	4	0	0	0
-2	1	0	0	0
-2	2	21	0	0
-2	3	27	1	1
-2	4	13	13	6
-2	5	32	0	0
-2	6	25	11	0
-3	1	18	2	0
-3	2	25	1	0
-3	3	13	15	4
-3	4	34	2	0
-3	5	29	3	6
-3	6	30	5	7
-4	1	22	3	4
-4	2	22	1	7
-4	3	3	0	27
-4	4	10	9	12
-4	5	25	11	12
-5	1	3	4	23
-5	2	2	0	27
-5	3	1	2	30
-5	4	0	0	33
-5	5	2	1	47
-5	6	36	8	22
-6	1	10	1	35
-6	2	1	3	43
-6	3	15	7	23
-6	4	1	1	74
-7	1	6	1	32
-7	2	10	1	42
-7	3	0	2	54
-8	1	10	0	90
-8	2	6	0	94

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Table 3 Frost level index of Lycium barbarum at flower bud period for each treatment of low temperature and duration

霜冻等级	温度t/℃	持续时间D/h	霜冻症状描述
轻度	t=-2	2≤D≤6	花蕾外皮颜色变深且有皱状，雄蕊梢部变浅褐色或1~2个雄蕊明显褐变且变形萎缩，雄蕊花药背面凹陷处稍褐变，花梗稍微变软，但切面颜色不变；半数以下花蕾全部雄蕊明显褐变，子房切面轻微褐变或子房芯明显褐变，花梗呈黑绿色且变软，切面褐变
	-3℃≤t＜-2	1≤D≤6
	-4≤t＜-3	1≤D≤2
中度	-4≤t＜-3	2＜D≤6	半数以上花蕾全部雄蕊明显褐变，子房切面轻微褐变或子房芯明显褐变，花梗呈黑绿色且变软，切面褐变；半数以下花蕾子房颜色变深或变黑；柱头全部或部分褐变、变形；花梗根部变黑、明显变软、变细，有些触碰即落
	-5≤t＜-4	1≤D≤6
	-6≤t＜-5	1≤D≤3
	-7≤t＜-6	1≤D≤2
重度	-6≤t＜-5	D＞3	半数以上花蕾子房颜色变深或变黑；柱头全部或部分褐变、变形；花梗根部变黑、明显变软、变细，有些触碰即落
	-7≤t＜-6	D＞2
	-8≤t＜-7	D≥1

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Table 4 Frost rate of Lycium barbarum at early flowering period for each treatment of low temperature and duration

低温/℃	持续时间/h	P₁/%	P₂/%	P₃/%
-1	4	0	0	0
-2	1	16	6	5
-2	2	29	0	0
-2	3	32	0	0
-2	4	36	0	0
-2	5	36	4	6
-2	6	34	8	5
-3	1	23	3	5
-3	2	26	7	0
-3	3	33	0	0
-3	4	19	7	9
-3	5	36	10	3
-3	6	30	11	21
-4	1	17	4	13
-4	2	18	7	11
-4	3	23	0	23
-4	4	3	3	48
-4	5	0	58	5
-5	1	9	7	23
-5	2	6	14	21
-5	3	5	16	27
-5	4	5	16	37
-5	5	12	20	38
-5	6	33	16	38
-6	1	6	12	31
-6	2	0	2	52
-6	3	2	6	59
-6	4	1	2	67
-7	1	8	10	46
-7	2	28	12	52
-7	3	0	0	94
-8	1	0	0	100
-8	2	2	0	98

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Table 5 Frost level index of Lycium barbarum at early flowering period for each treatment of low temperature and duration

霜冻等级	温度t/℃	持续时间D/h	霜冻症状描述
轻度	t=-2	1≤D≤6	每个花的1~2个雄蕊明显褐变或变形萎缩；切开雄蕊花药背面凹陷处稍褐变；花梗稍微变软，但切面颜色不变
轻度	-3≤t＜-2	1≤D≤5	每个花的1~2个雄蕊明显褐变或变形萎缩；切开雄蕊花药背面凹陷处稍褐变；花梗稍微变软，但切面颜色不变
中度	-3≤t＜-2 -5≤t＜-3 -7≤t＜-5	5＜D≤6 1≤D≤6 1≤D＜2	半数以下花的柱头变干、变深褐色；子房中部或全部变深褐色甚至变黑且子房明显水渍；花梗全部变深褐色或变黑，明显变软、变细，有些触碰即落；或者半数以上雄蕊全部明显褐变；子房与花梗连接处轻微褐变或子房芯明显褐变；雏形花瓣下部变深褐色；花梗呈黑绿色且变软，切面褐变
重度	-7≤t＜-5	D≥2	半数以上初花的柱头变干、变深褐色；子房中部或全部变深褐色甚至变黑且子房明显水渍；花梗全部变深褐色或变黑，明显变软、变细，有些触碰即落
重度	t＜-7	D≥1

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Table 6 Frost rate of Lycium barbarum at full flowering period for each treatment of low temperature and duration

低温/℃	持续时间/h	P₁/%	P₂/%	P₃/%
-1	4	0	0	0
-2	1	21	5	3
-2	2	21	4	6
-2	3	25	7	4
-2	4	21	9	9
-2	5	23	15	6
-2	6	13	17	25
-3	1	24	5	8
-3	2	38	4	0
-3	3	9	41	0
-3	4	16	7	36
-3	5	23	3	35
-3	6	13	23	38
-4	1	28	5	11
-4	2	0	0	41
-4	3	8	12	35
-4	4	18	8	32
-4	5	18	9	36
-5	1	20	11	15
-5	2	19	9	21
-5	3	0	22	30
-5	4	6	18	33
-5	5	12	14	41
-5	6	14	12	42
-6	1	19	7	35
-6	2	7	0	58
-6	3	2	16	60
-6	4	2	13	80
-7	1	10	12	46
-7	2	1	4	58
-7	3	0	0	71
-8	1	0	0	100
-8	2	8	0	92

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Table 7 Frost level index of Lycium barbarum at full flowering period for each treatment of low temperature and duration

霜冻等级	温度t/℃	持续时间D/h	霜冻症状描述
轻度	t=-2	1≤D≤5	紫色花瓣下部明显褐变，子房稍褐变；花梗稍微变软，但切面颜色不变；子房褐变；花梗呈黑绿色且变软，切面褐变的不超过一半
轻度	-3≤t＜-2	1≤D≤3	紫色花瓣下部明显褐变，子房稍褐变；花梗稍微变软，但切面颜色不变；子房褐变；花梗呈黑绿色且变软，切面褐变的不超过一半
中度	t=-2	5＜D≤6	半数以上花的子房褐变；花梗呈黑绿色且变软，切面褐变；半数以下将近凋谢的黄色花子房变黑，紫色花子房明显水渍；花梗根部变黑、明显变软、变细，有触碰即落症状的占10%~50%
	-3≤t＜-2	3＜D≤6
	-5≤t＜-3	1≤D≤6
	-7≤t＜-5	1≤D＜2
重度	-7≤t＜-5	D≥2	半数以上将近凋谢的黄色花子房变黑，紫色花子房明显水渍；花梗根部变黑、明显变软、变细，有些触碰即落
重度	t＜-7	D≥1	半数以上将近凋谢的黄色花子房变黑，紫色花子房明显水渍；花梗根部变黑、明显变软、变细，有些触碰即落

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Table 8 Verification for frost level of Lycium barbarum at flower bud and full flowering periods in Mar and Apr of 2018

试验日期	试验地点	低温/℃	持续时间/h	现蕾期		盛花期
试验日期	试验地点	低温/℃	持续时间/h	实况	霜冻指标判断	实况	霜冻指标判断
2018-03-21	芦花台1	-2.0~-1.0	2	轻度	轻度	轻度	轻度
2018-03-21	芦花台2	-2.0~-1.0	2	轻度	轻度	轻度	轻度
2018-03-21	观兰基地	-4.0~-3.0	2~3	中度	中度	中度	中度
2018-03-22	芦花台1	-2.0~-1.0	3~4	轻度	轻度	轻度	轻度
2018-03-22	观兰基地	-2.0~-1.0	1~2	轻度	轻度	轻度	轻度
2018-03-23	河东基地	-4.0~-3.0	2~3	中度	中度	中度	中度
2018-03-24	河东基地	-4.0~-3.0	2~3	中度	中度	中度	中度
2018-04-06	芦花台1	-5.0~-4.0	5~6	中度	中度	中度	中度
2018-04-06	河东基地	-5.0~-4.0	5~6	中度	中度	中度	中度
2018-04-06	灵武园艺场	-6.0~-5.0	3~4	轻度	中度	中度	重度
2018-04-07	芦花台1	-6.0~-5.0	4~5	重度	重度	重度	重度
2018-04-07	河东基地	-6.0~-5.0	2~3	中度	中度	重度	重度
2018-04-07	灵武园艺场	-7.0~-6.0	1~2	中度	中度	重度	重度
注：盆栽枸杞初花期样本量较少，因此只验证现蕾期及盛花期霜冻指标。

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Table 9 Verification for natural frost of Lycium barbarum at flower bud period on 7 Apr 2018

调查地点	低温/℃	持续时间/h	实况	霜冻指标判断
中卫宣和镇	-4.0~-3.0	2~3	轻度	轻度
中卫路桥村	-7.0~-6.0	1~2	中度	中度
中宁百瑞源枸杞基地	-6.0~-5.0	2~3	中度	中度
中宁舟塔乡田滩村	-7.0~-6.0	3~4	重度	重度
中宁大地枸杞基地	-6.0~-5.0	2~3	中度	中度
中宁上渠枸杞基地	-6.0~-5.0	2~3	中度	中度
中宁中杞枸杞基地	-6.0~-5.0	2~3	重度	中度
中宁渠口太阳梁乡	-5.0~-4.0	4~5	中度	中度
青铜峡曲靖乡	-4.0~-3.0	2~3	轻度	轻度
罗山中药材示范基地	-3.0~-2.0	3~4	轻度	轻度
罗山大道	-5.0~-4.0	3~4	中度	中度
同心下马关五里墩村	-2.0~-1.0	2~3	轻度	轻度
同心下马关驿站枸杞基地	3.0~4.0	1~2	无	无
海原七营乡	-2.0~-1.0	2~3	轻度	轻度
原州区蒋河村	-2.0~-1.0	1~2	轻度	轻度

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Table 10 Verification for natural frost of Lycium barbarum at early flowering and full flowering periods on 2 May 2018

调查地点	低温/℃	持续时间/h	初花期		盛花期
调查地点	低温/℃	持续时间/h	实况	霜冻指标判断	实况	霜冻指标判断
中卫宣和镇	-2.0~-1.0	0~1	轻度	轻度	无	无
中卫路桥村	3.0~4.0	5~6	无	无	无	无
中宁百瑞源枸杞基地	-2.0~-1.0	0~1	轻度	轻度	轻度	轻度
中宁舟塔乡田滩村	-2.0~-1.0	0~1	中度	轻度	轻度	轻度
中宁大地枸杞基地	1.0~2.0	4~5	无	无	轻度	无
中宁上渠枸杞基地	1.0~2.0	4~5	无	无	无	无
中宁中杞枸杞基地	-2.0~-1.0	0~1	轻度	轻度	轻度	轻度
中宁渠口太阳梁乡	2.0~3.0	3~4	轻度	无	无	无
青铜峡曲靖乡	2.0~3.0	3~4	无	无	无	无
罗山中药材示范基地	-2.0~-1.0	0~1	轻度	轻度	轻度	轻度
罗山大道	-2.0~-1.0	0~1	轻度	轻度	轻度	轻度

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References

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