新疆麥蓋提墾區(qū)氣象因素對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

李慧琴 ，胡寶 ，馬麗 ，彭小峰 ，郝全有 ，李克福

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆圖木舒克843900）

作物產(chǎn)量是由自然環(huán)境條件與基因型共同決定的，氣候的任何變化都會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)造成不同程度的影響[1]。溫度是最重要的氣象要素之一，也是熱量資源分析中常用的指標(biāo)之一，它決定植物生長(zhǎng)、發(fā)展和收益[2-3]。如何適應(yīng)和充分利用氣候資源、趨利避害是近年來(lái)作物生產(chǎn)研究的熱點(diǎn)[4]。棉花是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物[5]，其種植面積居我國(guó)經(jīng)濟(jì)作物之首[6]；同時(shí)棉花也是一種喜溫喜光作物，其產(chǎn)量形成除與品種、管理水平等有關(guān)外，氣象條件也是重要的影響因素[7-11]。影響棉花生育期、產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蜃佑袣鉁睾徒邓甗12]，有關(guān)棉花產(chǎn)量與氣象條件的分析國(guó)內(nèi)外已有大量報(bào)道，重點(diǎn)探討了各地作物受氣象條件影響的關(guān)鍵因子和關(guān)鍵時(shí)段，孫佩[13]通過(guò)分析影響棉花產(chǎn)量的氣象因素得出棉花生育期對(duì)產(chǎn)量影響最大的氣象要素是氣溫，其次是日照時(shí)間，降水量的影響相對(duì)較弱。朱紅霞等[14]分析氣象條件對(duì)南通地區(qū)棉花生長(zhǎng)的影響得出，在適宜的溫度范圍內(nèi)，溫度越高棉花的生長(zhǎng)發(fā)育越好，最終產(chǎn)量也越高。楊華等[15]對(duì)新疆昌吉州主要植棉區(qū)的氣溫、降水和日照等氣象資料進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)分析，得出昌吉州主要植棉區(qū)影響棉花生長(zhǎng)發(fā)育的主要?dú)庀笠蛩厥遣シN期的霜凍、苗期的低溫、花鈴期的高溫、吐絮期的低溫和全生育期的熱量，并指出在棉花幼苗生長(zhǎng)期間必須密切注意低溫、霜凍的危害。阿布都克日木·阿巴司等[16]通過(guò)分析喀什氣候變化認(rèn)為棉花生產(chǎn)受多種因素制約，年際產(chǎn)量波動(dòng)較大，其中以氣候條件對(duì)棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響最為重要。尹忠?guī)X等[17]研究表明焉耆盆地植棉的主要問(wèn)題是7月熱量不足，影響產(chǎn)量和品質(zhì)。由于各棉區(qū)棉花栽培方式不同，氣候類型不同，得到的結(jié)果也不盡相同。

麥蓋提墾區(qū)位于新疆喀什地區(qū)東部、塔克拉瑪干沙漠邊緣，具有良好的光熱資源，4—10月是棉花的生長(zhǎng)期。本文在不考慮土壤、播期、栽培措施等因素的前提下，分析了2010－2016年各年度4—10月的氣象資料 （月平均氣溫、≥20℃活動(dòng)積溫、降水量），以及這7年內(nèi)的棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素 （密度、單株成鈴、鈴重、衣分和皮棉產(chǎn)量），研究氣候變化對(duì)棉花產(chǎn)量構(gòu)成的影響，為麥蓋提墾區(qū)應(yīng)對(duì)氣候變化提供參考。

1 材料與方法

1.1 氣象資料來(lái)源與分類

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于2010—2016年麥蓋提墾區(qū)新疆建設(shè)兵團(tuán)第三師45團(tuán)氣象站，根據(jù)棉花的生育期取每年4—10月的數(shù)據(jù)，包括平均氣溫、≥20℃活動(dòng)積溫、降水量。

1.2 棉花產(chǎn)量構(gòu)成數(shù)據(jù)來(lái)源與分析

棉花產(chǎn)量構(gòu)成數(shù)據(jù)同樣來(lái)源于2009—2016年麥蓋提墾區(qū)新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第三師45團(tuán)，包括密度、單株成鈴、鈴重、衣分和皮棉產(chǎn)量，其中皮棉產(chǎn)量為實(shí)收產(chǎn)量。為了更準(zhǔn)確的反映氣象因素對(duì)棉花產(chǎn)量的影響，本文將皮棉產(chǎn)量分解為趨勢(shì)產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量和隨機(jī)波動(dòng)產(chǎn)量3部分，而在實(shí)際應(yīng)用中由隨機(jī)因素引起的棉花產(chǎn)量的波動(dòng)很小，一般忽略不計(jì)，因此可以得到：

式中：y為皮棉單產(chǎn)，yt為趨勢(shì)產(chǎn)量，yw為氣象產(chǎn)量。

本文采用一元回歸的方法來(lái)模擬時(shí)間趨勢(shì)產(chǎn)量，再將皮棉產(chǎn)量減去趨勢(shì)產(chǎn)量，得出受氣象因素影響的氣象產(chǎn)量(表1)。

表1 2010—2016年麥蓋提墾區(qū)棉花皮棉產(chǎn)量統(tǒng)計(jì) kg·hm－2

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、作圖和數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥蓋提墾區(qū)棉花生育期的氣象情況

2.1.1月平均氣溫變化。麥蓋提墾區(qū)棉花歷年各生育期平均氣溫如圖1所示。各年份4月平均氣溫16.1～18.5℃，其中2013年和2016年4月平均氣溫較高且高于其他年份0.4～2.4℃；5月的平均氣溫相差較小在20.4～22.7℃之間，其中2015年5月平均氣溫較高且高于其他年份0.2～2.3℃；6月的平均氣溫在23.3～27.4℃之間，其中2016年6月平均氣溫較高且高于其他年份1.4～4.1℃；7月份的平均氣溫在25.1～29.2℃之間，其中2015年7月平均氣溫較高且高于其他年份2.0～4.1℃；8月平均氣溫在22.7～26.3℃之間，其中2011年8月平均氣溫較高且高于其他年份0.2～3.6℃；9月平均氣溫相差較小，介于19.4～21.6℃之間；10月的平均氣溫介于12.1～14.8℃之間，其中2013年10月平均氣溫較高且高于其他年份0.7～2.7℃。

圖1 2010—2016年麥蓋提墾區(qū)棉花生育期月平均氣溫

2.1.2 ≥20℃活動(dòng)積溫變化。活動(dòng)積溫即作物某時(shí)段或某生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)逐日活動(dòng)溫度的總和，是作物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)熱量要求的主要指標(biāo)。麥蓋提墾區(qū)2010 —2016年棉花生育期≥20℃活動(dòng)積溫變化如圖2所示。各年份4月≥20℃活動(dòng)積溫介于41.1～290.8℃之間，其中2011年≥20℃活動(dòng)積溫較其他年份高59.1～249.7℃；5月≥20℃活動(dòng)積溫介于404.1～612.6℃之間，其中2015年5月≥20℃活動(dòng)積溫較其他年份高 42.7～208.5℃；6月≥20℃活動(dòng)積溫介于649.0～822.9℃之間，其中2016年6月≥20℃活動(dòng)積溫較其他年份高71.3～173.9℃；7月≥20℃活動(dòng)積溫介于772.4～906.6℃之間，其中2015年7月≥20℃活動(dòng)積溫較其他年份高63.7～134.3℃；8月≥20℃活動(dòng)積溫介于553.2～815.2℃，其中2011年8月≥20℃活動(dòng)積溫較其他年份高6.1～262.0℃；9月≥20℃活動(dòng)積溫介于251.0～519.6℃，2016年9月≥20℃活動(dòng)積溫較其他年份高42.9～268.6℃；2010—2012年和2015年10月份均沒(méi)有≥20℃的活動(dòng)積溫，2014年10月≥20℃活動(dòng)積溫較2013年高61.8℃，較2016年高61.6℃。

圖2 2010—2016麥蓋提墾區(qū)年棉花生育期≥20℃活動(dòng)積溫

2.1.3降水量變化。麥蓋提墾區(qū)棉花生育期降水量見(jiàn)圖3。在棉花各生育期中，2012年4月降水量20.7 mm，5月的降水量除2016年為1.2 mm外其他年份有逐漸減少的趨勢(shì)；2014年5月未出現(xiàn)降水天氣，6月降水量介于3.9～174.0 mm之間；2015年6月降水量較其他年份多128.7～170.1 mm，7月降水量介于9.7～77.8 mm之間，8月降水量介于1.1～281.0 mm之間，2015年8月降水量較其他年份多224.1～279.9 mm，10月除2010年、2012年和2015年有少量降水外其他年份均沒(méi)有出現(xiàn)降水。

圖3 2010—2016麥蓋提墾區(qū)年棉花生育期月降水量

2.2 棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素

由表2可知，各年份棉花密度差異較大，其中2012年密度較其他年份高0.5萬(wàn)～3.6萬(wàn)株·hm－2；2010年棉花單株成鈴與其它年份有極顯著差異，較其他年份少0.5～1.4個(gè)；2010年鈴重與其它年份有極顯著差異，低于其他年份0.4～0.8 g；各年份衣分無(wú)顯著差異；2010年皮棉產(chǎn)量與其他年份有極顯著差異，低于其他年份 280.5～561.0 kg·hm－2。

表2 2010—2016年麥蓋提墾區(qū)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.3 棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素與各月氣象因素的相關(guān)性分析

相關(guān)系數(shù)是反應(yīng)變量之間關(guān)系密切程度的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。為了探明棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素和氣象因素之間的定量關(guān)系，分別取2010—2016年各月有關(guān)氣象因素的平均值為自變量，以單株成鈴、鈴重、衣分和皮棉產(chǎn)量為因變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。麥蓋提墾區(qū)2010—2016年棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素與各月氣象因素的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表3。

月平均氣溫對(duì)棉花單株成鈴和皮棉產(chǎn)量均有較大影響，對(duì)鈴重和衣分影響較小。其中6月平均氣溫與單株成鈴呈極顯著正相關(guān)(r＝0.904)，與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(r＝0.783)；9月平均氣溫與單株成鈴呈顯著正相關(guān)(r＝0.831)，與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(r＝0.943)；7月平均氣溫與皮棉產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)；8月平均氣溫與單株成鈴、鈴重和皮棉產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)；全生育期平均溫度與單株成鈴呈顯著正相關(guān)(r＝0.853)，全生育期平均氣溫越高單株成鈴越多。

≥20℃活動(dòng)積溫對(duì)棉花單株成鈴和皮棉產(chǎn)量均有較大影響，對(duì)鈴重和衣分影響較小。6月≥20℃活動(dòng)積溫與單株成鈴呈顯著正相關(guān) (r＝0.817)，9月≥20℃活動(dòng)積溫與單株成鈴成極顯著正相關(guān)(r＝0.946)，與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(r＝0.813)；全生育期≥20℃活動(dòng)積溫與單株成鈴呈極顯著正相關(guān)(r＝0.934)，與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(r＝0.811)，全生育期≥20℃活動(dòng)積溫越高皮棉產(chǎn)量越高。月降水量對(duì)棉花單株成鈴有較大影響，對(duì)鈴重、衣分和皮棉產(chǎn)量影響較小，其中降水量與單株成鈴呈負(fù)相關(guān)，7月降水量與單株成鈴呈顯著負(fù)相關(guān)(r＝－0.860)。

3 討論

麥蓋提墾區(qū)4月很少出現(xiàn)降水天氣，整體對(duì)播種出苗有利。5月正式進(jìn)入棉花苗期，此時(shí)期是形成壯苗的關(guān)鍵期，適宜的氣溫不但有利于棉花地上部分莖葉的生長(zhǎng)，還有利于地下部分棉花根系的下扎。6月棉花陸續(xù)進(jìn)入現(xiàn)蕾期，此時(shí)期適宜的溫度能夠促進(jìn)棉花生長(zhǎng)發(fā)育，為棉花豐產(chǎn)做好準(zhǔn)備?，F(xiàn)蕾的最低臨界溫度為19～20℃，且溫度升高，現(xiàn)蕾速度加快。一般而言，現(xiàn)蕾的適宜溫度為25～30℃，蕾期溫度越高，棉鈴發(fā)育越快，單株成鈴越多，皮棉產(chǎn)量也越高，這與孫佩[13]的研究結(jié)果基本一致。7月和8月棉花處于開(kāi)花結(jié)鈴期，是棉花產(chǎn)量形成的關(guān)鍵期，此時(shí)的天氣情況對(duì)產(chǎn)量形成尤為重要，花鈴期氣溫超過(guò)35℃不僅會(huì)使花粉喪失活性，不能正常授粉，還會(huì)延緩棉花正常的生長(zhǎng)發(fā)育，因此7月和8月積溫越高單株成鈴越少、皮棉產(chǎn)量越低，此時(shí)期出現(xiàn)降水天氣總體而言能緩解極端高溫天氣的出現(xiàn)，同時(shí)能夠不同程度改善麥蓋提墾區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠邊緣特殊的干燥氣候，促進(jìn)棉花生長(zhǎng)。但并非降水量越多越好，相反7月降水量越多單株成鈴越少，這是由于7月正值棉花開(kāi)花盛期，較多的雨水天氣會(huì)使花粉喪失活性不利于開(kāi)花授粉。9月是棉花吐絮的關(guān)鍵時(shí)期，較高的氣溫更有利于棉花鈴殼開(kāi)裂，氣溫高于20℃時(shí)，有利于棉花發(fā)育、吐絮，溫度較低抑制了棉花的生長(zhǎng)發(fā)育，延緩?fù)滦酰藭r(shí)如遇大量降水不僅不利于棉花吐絮還易形成僵瓣花，整體而言墾區(qū)9月的氣象條件對(duì)棉花吐絮有利。

表3 麥蓋提墾區(qū)棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素與各月氣象因素的相關(guān)系數(shù)

此外由于本研究氣象站點(diǎn)的局限性，缺乏連續(xù)性的日照時(shí)間數(shù)據(jù)，只針對(duì)7年的溫度和降水量對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因子進(jìn)行分析，因此在忽略日照時(shí)間的情況下本文對(duì)今后麥蓋提墾區(qū)的棉花種植具有指導(dǎo)價(jià)值。

4 結(jié)論

氣象因素對(duì)棉花產(chǎn)量構(gòu)成因子有不同程度的影響，其中對(duì)單株成鈴和皮棉產(chǎn)量的影響較大，對(duì)鈴重和衣分的影響較小，溫度是影響棉花產(chǎn)量構(gòu)成的重要?dú)庀笠蛩?，其次是降水量，這與史偉等[18]的研究結(jié)果基本一致。