新疆烏蘇市近20a氣候變化及其對棉花生育期的影響

謝芳 ，童忠 ，劉靜

（1.新疆維吾爾自治區(qū)氣象局，烏魯木齊830001；2.塔城地區(qū)氣象局，新疆 塔城834700）

我國棉花種植以新疆、黃河流域、長江流域為主,其中新疆棉花產(chǎn)量占全國產(chǎn)量的67%，已形成規(guī)?；蜋C(jī)械化種植[1]。據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，目前新疆的棉花單產(chǎn)及總產(chǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全國平均水平[2]。新疆有適于植棉的自然環(huán)境條件[3]——熱量豐富，日照充足，降水稀少，空氣干燥，晝夜溫差大和利用雪水人工灌溉，為棉花的生長提供了我國其他棉區(qū)所不及的良好條件[4-5]。棉花生育期對光熱條件要求較高，這些研究明確指出制約新疆棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的主要氣象要素是熱量條件[6]。目前比較一致地認(rèn)為，棉花產(chǎn)量與年平均氣溫呈正相關(guān)，氣溫偏高有利于棉花產(chǎn)量形成，生育中后期降水過多，日照時間少，將會引起蕾鈴大量脫落，直接影響棉花產(chǎn)量[7-14]。烏蘇是新疆優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地之一，分析烏蘇近20 a光熱資源變化特征及其對棉花生育期的影響，以期為當(dāng)?shù)乜茖W(xué)植棉提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 資料來源

使用烏蘇國家基本氣象站1998―2017年共20 a的逐日氣象資料；棉花生育期資料來自該站農(nóng)業(yè)氣象觀測報表。

1.2 研究方法

利用線性回歸方法分析烏蘇市平均氣溫、最高氣溫、日照時間、初霜日、終霜日、無霜期、≥10℃界限溫度的初日、終日和積溫及棉花生育期的變化特征。通過t檢驗方法分析其變化特征的顯著性?！?0℃界限溫度的初日、終日，初霜日、終霜日和棉花生育期均采用Julian日換算方法，即距1月1日的時間（d），如 2月 20日為 51（日序）。

2 結(jié)果與分析

2.1 烏蘇氣候變化特征

2.1.1氣溫變化特征。烏蘇市棉花4月上旬播種，10月中旬停止生長，因此，本文將4月至10月作為烏蘇市棉花生長季。由圖1可以看出，1998―2017年烏蘇市棉花生長季（4―10月）平均氣溫以0.017 9℃·a－1的速率呈不顯著上升趨勢，20 a來已上升了0.358℃；生長季各月平均氣溫中除8月呈顯著下降趨勢外 （通過α=0.05的顯著性檢驗），其他月份變化趨勢均不顯著，其中4、6、7和9月均呈不顯著上升趨勢，而5、8、10月則均呈下降趨勢。

2.1.2無霜期、≥10℃界限溫度的初日及積溫變化特征?！?0℃積溫是棉花生長的基本熱量條件，而無霜期是喜溫作物的生長期。烏蘇市植棉廣泛采用地膜栽培，因此日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃初日是春季地膜棉花適播期的起始日，終日大致和初霜期相當(dāng)，也是棉花的停止生長期。由圖2、圖3可知，1998―2017年日平均氣溫穩(wěn)定通過10℃的初日、終日分別以 0.611 3 d·a－1、0.272 9 d·a－1的速率呈不顯著提前趨勢；受初日、終日的綜合影響，≥10℃積溫以 7.776 7℃·a－1的速率呈不顯著增多趨勢。初霜日、終霜日均表現(xiàn)為不顯著提前趨勢，提前速率分別為 0.298 5 d·a－1、0.469 2 d·a－1（圖4），無霜期以 0.185 d·a－1的速率呈不顯著增多趨勢（圖5）。

圖1 烏蘇市1998―2017年棉花生長季 （4―10月）和各月平均氣溫變化特征

圖3 烏蘇市1998―2017年≥10℃積溫變化特征

終霜日提前、≥10℃積溫增多和無霜期延長則對棉花生產(chǎn)產(chǎn)生積極的作用，這些都有利于棉花提早播種，為后期的生長提供時間上的保障，從而達(dá)到較高的產(chǎn)量和品質(zhì)。但本地秋季降溫較快，為應(yīng)對初霜期提前，在生產(chǎn)管理上，對貪青晚熟或晚發(fā)棉田可通過乙烯利適時催熟。

圖4 烏蘇市1998―2017年初霜日、終霜日變化特征

圖5 烏蘇市1998―2017年無霜期變化特征

2.1.3高溫日數(shù)變化特征。日最高氣溫≥35℃的天氣對棉花開花結(jié)鈴非常不利[15-17]。烏蘇市棉花生長季≥35℃高溫日數(shù)歷年平均為19 d。由圖6可知，1988―2017年烏蘇市≥35℃高溫日數(shù)以0.105 d·a－1呈不顯著增多趨勢，近20 a增多了2.1 d。

圖6 烏蘇市1998―2017年≥35℃高溫日數(shù)變化特征

2.1.4日照時間變化特征。烏蘇市棉花生長季（4―10月）歷年平均日照時間為1 934.5 h，由圖7可以看出，1998―2017 年日照時間以 0.014 2 h·a－1的速率呈不顯著增多趨勢，20 a來已增加0.284 h。歷年棉花生育期日照時間以2010年最少，為1 843.7 h；2012年最多，為2 113.1 h。棉花生育期日照時間增多，光照充足利于棉株的光合作用，積極促進(jìn)棉花生長。

圖7 1998―2017年烏蘇市棉花生長季日照時間變化特征

2.2 光熱條件變化對棉花生育期的影響

圖8 烏蘇市1998―2017年棉花生育期變化

由棉花生育時期變化（圖8）可見，氣候變暖使棉花生育進(jìn)程加快，近20 a烏蘇市棉花播種期、出苗期、現(xiàn)蕾期和停止生長期均表現(xiàn)出不同程度的提前趨勢，除停止生長期外，其他呈提前趨勢的時期主要集中在春季，其中出苗期提前顯著，速率為0.538 3 d·a－1（P＜0.05）； 開花期和吐絮期分別以0.115 8 d·a－1和 0.091 0 d·a－1的速率呈不顯著延后趨勢。按1998―2007年和2008―2017年2個時段分析，后者較前者棉花播種期、出苗期、現(xiàn)蕾期和停止生長期分別提早了2、4、1和6 d，而開花期和吐絮期分別推遲了2 d和1 d。

從棉花各生育階段變化（表1）可以看出，苗期和蕾期呈延長趨勢，其中蕾期通過了顯著性檢驗（P＜0.05）。這些變化與生育期間氣象條件密切相關(guān)，2000―2007年8 a中有4 a棉花出苗后出現(xiàn)了低溫陰雨和強(qiáng)霜凍天氣，氣溫低致使苗期棉花生育減緩。由此說明，雖然氣候變暖，使熱量條件得到了改善，對棉花生產(chǎn)整體有利；但由于春季冷空氣活動頻繁，氣溫的波動性加大，增加了棉花生產(chǎn)的風(fēng)險?；ㄢ徠诤屯滦跗诔什伙@著縮短趨勢，這對棉花霜前花率和產(chǎn)量的提高產(chǎn)生不利影響。

熱量條件是影響烏蘇市棉花生產(chǎn)的主要氣象因子，近20 a棉花生長季平均氣溫升高、≥10℃積溫增加、無霜期延長、光照增加，熱量條件整體趨好，這些熱量條件的改善有利于棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。但高溫日數(shù)增加對棉花生長不利，烏蘇市高溫天氣主要出現(xiàn)在棉花蕾期及花鈴期 （6―8月），高溫天氣增多，會導(dǎo)致棉花蕾鈴脫落率增加，從而影響產(chǎn)量。8月平均氣溫的下降會對棉花花鈴生長產(chǎn)生不利影響，個別年份棉花會遭受低溫抑制，引起花鈴脫落。對比圖8和表1的變化趨勢來看，在氣候變暖的背景下，烏蘇市棉花播種期、出苗期、現(xiàn)蕾期提前，可充分利用春季熱量條件，利于棉苗早發(fā)快長，促進(jìn)根系發(fā)育，形成壯苗，增強(qiáng)棉苗抗逆性。現(xiàn)蕾至開花期延長，有利于生殖器官的形成，提高產(chǎn)量。而吐絮期縮短對提高霜前花不利，同時縮短了后期棉鈴發(fā)育時間，不利于增產(chǎn)。

表1 烏蘇市棉花各發(fā)育階段變化

3 結(jié)論

在全球氣候變暖的大背景下，近20 a來烏蘇市棉花生長期（4―10月）總體氣候呈現(xiàn)平均氣溫升高，≥10℃的初日、終日提前，積溫增多，初霜日、終霜日提前，無霜期增多，日最高氣溫≥35℃的高溫日數(shù)和日照時間增多的趨勢特征。棉花播種期、出苗期、現(xiàn)蕾期和停止生長期均表現(xiàn)出不同程度的提前趨勢，開花期和吐絮期則呈不顯著延后趨勢。苗期和蕾期呈延長趨勢，而花鈴期和吐絮期則呈不顯著縮短趨勢。

在整個棉花生長季（4―10月）中，雖然整體氣溫有所增加，氣候條件的變化對棉花生長發(fā)育的影響以利為主，但各生育時期熱量分布不均，春季氣溫波動性大，加大了早播棉花苗期遭遇低溫冷害的概率。8月氣溫顯著下降對棉花產(chǎn)生不利影響，此時正處于棉鈴生長的關(guān)鍵時期，個別年份可能會遭受低溫抑制，引起花鈴脫落。在生產(chǎn)栽培上應(yīng)特別注意前期、后期的熱量條件，根據(jù)氣象部門的氣候預(yù)測科學(xué)安排生產(chǎn)，做到趨利避害，保障棉花穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。