1961―2022年新疆棉花花鈴期高溫熱害時空變化規(guī)律研究

收稿日期：2023-12-27" " "第一作者簡介：孫帥（1997―），研究實習員，1987509853@qq.com。" " *通信作者：王森，wang_sen90@126.com；火勛國：275598255@qq.com

基金項目：國家自然科學基金（42105172）；2022年度新疆維吾爾自治區(qū)“天山英才”——“三農”骨干人才項目（2022SNGGNT067）；新疆維吾爾自治區(qū)自然科學基金（2022D01A295）

摘要：【目的】高溫熱害是新疆棉花花鈴期最主要的氣象災害，嚴重制約著棉花的安全生產。明確該地區(qū)高溫熱害的演變特征，為科學制定防災減災措施提供參考依據(jù)?！痉椒ā炕谛陆裁迏^(qū)55個國家基本氣象站1961―2022年日最高氣溫資料以及24個棉花氣象觀測站1991―2022年棉花開花期、吐絮期觀測資料，結合棉花花鈴期高溫熱害監(jiān)測指標，利用氣候傾向率、Mann-Kendall突變檢驗等分析方法，揭示新疆棉花花鈴期不同等級高溫熱害的時間和空間變化規(guī)律?！窘Y果】1961―2022年新疆植棉區(qū)花鈴期日最高氣溫、極端高溫（日最高氣溫≥38.0 ℃）和極端高溫累計日數(shù)呈極顯著上升趨勢，氣候傾向率分別為0.16 ℃·（10 a）－1、0.07 ℃·（10 a）－1和0.45 d·（10 a）－1。新疆各植棉區(qū)棉花花鈴期高溫熱害發(fā)生的頻率和強度均呈增加趨勢。1961―2022年東疆亞區(qū)96.0%以上的年份發(fā)生了不同等級的花鈴期高溫熱害，南疆亞區(qū)花鈴期輕度和中度熱害發(fā)生頻率分別為88.7%和51.6%，北疆亞區(qū)花鈴期輕度熱害發(fā)生頻率為64.5%?！窘Y論】新疆植棉區(qū)花鈴期高溫熱害發(fā)生的頻率和強度呈現(xiàn)出“東強西弱，南多北少”的區(qū)域性特征。新疆植棉區(qū)應注重耐高溫棉花品種的選育與應用推廣，合理調整棉花種植布局，加強氣象災害監(jiān)測與預警工作，保障新疆棉花生產安全穩(wěn)定發(fā)展。

關鍵詞：棉花；花鈴期；高溫；熱害；氣候變化；新疆

The temporal and spatial variation of high temperature and heat damage during flowering and boll setting stage of cotton in Xinjiang from 1961 to 2022

Sun Shuai1， 2， Wang Xuejiao2， 3， Li Shun’ao1， 2， Wang Sen2， 3*， Huo Xunguo2， 3*， Guo Yanyun2， 3， Lei Bin4

（1. Institute of Desert Meteorology， China Meteorological Administration， Urumqi 830002， China; 2. Wulanwusu Ecology and Agrometeorology Observation and Research Station of Xinjiang， Shihezi， Xinjiang 832000， China; 3. Xinjiang Agrometeoro-

logical Observatory/Information Centre of Xinjiang Xingnong Net， Urumqi 830002， China; 4. Institute of Nuclear Technology and Biotechnology， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences/Xinjiang Key Laboratory of Crop Biotechnology， Urumqi 830091， China）

Abstract： [Objective] Heat damage is the most important meteorological disaster during the flowering and boll setting stage of cotton， which severely limits the safe production of cotton in Xinjiang. The evolution characteristics of heat damage in this area are clarified， which provides a reference for the scientific formulation of disaster prevention and mitigation measures. [Methods] This research used the daily maximum air temperature of 55 national basic meteorological stations in Xinjiang cotton planting areas from 1961 to 2022， and the observation data during the flowering stage and boll opening stage of 24 cotton meteorological observation stations from 1991 to 2022. Combined with the monitoring indices of high temperature and heat damage during flowering and boll setting stage of cotton， this research revealed the temporal and spatial variation of high temperature and heat damage with different grades during cotton flowering and boll setting stage by climate tendency rate and Mann-Kendall mutation test. [Results] The results showed that the maximum air temperature， extreme high temperature（daily maximum temperature ≥38.0 ℃） and cumulative days of the extreme high temperature during the flowering and boll setting stage of cotton in Xinjiang showed a significant upward trend from 1961 to 2022， with trend rates of 0.16 ℃·（10 a）－1， 0.07 ℃·（10 a）－1 and 0.45 d·（10 a）－1， respectively. The frequency and intensity of high temperature and heat damage during the flowering and boll setting stage of cotton in Xinjiang have increased. From 1961 to 2022， the years of high temperature and heat damage during flowering and boll setting stage with different intensities in the cotton planting area of eastern Xinjiang subregion accounted for more than 96.0%， and the mild and moderate heat damage in the cotton planting area of southern Xinjiang subregion accounted for 88.7% and 51.6%， respectively. And the frequency of mild heat damage during the flowering and boll setting stage of cotton in the northern Xinjiang subregion was 64.5%. [Conclusion] The frequency and intensity of heat damage during flowering and boll setting stage in Xinjiang cotton planting area showed the regional characteristics of \"strong in the east and weak in the west， more in the south and less in the north\". Therefore， more attention should be paid in Xinjiang cotton planting areas to the breeding and application of high temperature resistant varieties， rationally adjustment of the cotton planting layout， strengthening the monitoring and early warning of meteorological disasters， and ensuring the safe and stable development of cotton production.

Keywords： cotton; flowering and boll setting stage; high temperature; heat damage; climate change; Xinjiang

棉花（Gossypium spp.）是全球重要的經(jīng)濟作物和戰(zhàn)略物資。隨著我國棉花產業(yè)布局的調整，新疆已成為我國最大的優(yōu)質棉生產及出口基地[1-2]。以氣候變暖為主要特征的全球氣候變化加劇了極端天氣對作物的危害，而新疆是對氣候變化最為敏感的地區(qū)之一[3-4]。受氣候變暖影響，新疆地區(qū)的熱量資源增多，全疆宜棉區(qū)不斷擴大，但新疆極端高溫天氣事件頻發(fā)，嚴重制約新疆棉花產量和纖維品質的協(xié)同提高[5]。因此探究該地區(qū)棉花生產中高溫熱害災害的演變特征，對優(yōu)化產業(yè)布局、制定科學的防災減災措施，保障我國棉花產業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展有重要意義。

花鈴期是棉花產量和纖維品質形成的關鍵時期[6-7] ，對溫度高度敏感?；ㄢ徠诟邷責岷κ侵该藁ㄩ_花結鈴階段遭受高溫（日最高氣溫≥35 ℃）和極端高溫（日最高氣溫≥38 ℃）危害[8]。研究表明，20世紀90年代后新疆地區(qū)增溫趨勢明顯，極端高溫天氣增多且等級增強，年際變化劇烈[9-10]。如2015年7－8月新疆遭受罕見的極端高溫天氣，全疆85.0%的氣象站出現(xiàn)高溫現(xiàn)象，52.0%的棉花氣象觀測站高溫持續(xù)日數(shù)居歷史第1位；2017年7月全疆發(fā)生大范圍的持續(xù)高溫天氣，托克遜等10個氣象站日最高氣溫突破歷史極值，吐魯番市最高氣溫達49.0 ℃[10-11]。國內外學者對棉花高溫熱害開展了廣泛研究，主要包括熱害的時空特征[12-13]、災害影響[14-15]、等級指標[16]、風險評估[17]等。周妍等[12]對1970―2021年江西省棉花花鈴期高溫熱害的研究表明，花鈴期高溫熱害持續(xù)時間延長且發(fā)生次數(shù)呈增加趨勢。Zahid等[18]探究了高溫脅迫對棉花蕾鈴脫落的影響，發(fā)現(xiàn)高溫脅迫通過影響棉株生理過程造成蕾鈴脫落，過高的溫度會降低棉花葉片的光合作用。胡啟瑞等[19]利用花藥離體培養(yǎng)法研究不同溫度對棉花花粉萌發(fā)及棉鈴發(fā)育的影響，結果表明，30 ℃是花粉萌發(fā)的最適溫度，35 ℃以上的高溫脅迫會降低花粉活性，影響結鈴率，導致鈴重和產量下降。陳振等[14]的研究表明，花鈴期連續(xù)3 d以上的高溫脅迫會限制海島棉（G. barbadense）棉鈴干物質積累與成鈴數(shù)。高溫熱害加劇棉蚜和紅蜘蛛的擴散蔓延，但也明顯抑制枯萎病和黃萎病發(fā)生[20-21]。但目前針對氣候變暖背景下新疆植棉區(qū)花鈴期高溫熱害時空變化規(guī)律的相關研究鮮有報道。本研究旨在以新疆不同植棉區(qū)花鈴期的高溫熱害為研究對象，分析1961―2022年不同區(qū)域、不同等級花鈴期高溫熱害的時空變化規(guī)律，為新疆植棉區(qū)科學制定防災減災措施提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

新疆（34°15′～49°10′N，73°20′～96°25′E）位于中國西北地區(qū)，屬于溫帶大陸性氣候區(qū)，具有“三山夾兩盆”的復雜地貌。以天山山脈為界，將天山以北稱為“北疆”，天山以南稱為“南疆”，吐魯番盆地和哈密盆地稱為“東疆”[22-24]。新疆隸屬于西北內陸棉區(qū)，同樣可劃分為北疆亞區(qū)、南疆亞區(qū)和東疆亞區(qū)[25-26]。

新疆植棉區(qū)24個棉花氣象觀測站1991―2022年棉花開花期、吐絮期觀測資料，55個國家基本氣象站1961―2022年逐日最高氣溫資料以及新疆國家基本氣象站和棉花氣象觀測站分布數(shù)據(jù)（附表1）均由新疆維吾爾自治區(qū)氣象信息中心提供。

1.2 研究方法

1.2.1 不同植棉區(qū)棉花花鈴期。根據(jù)北疆亞區(qū)（7個棉花氣象觀測站）、南疆亞區(qū)（14個棉花氣象觀測站）和東疆亞區(qū)（3個棉花氣象觀測站）1991―2022年棉花開花期、吐絮期的觀測資料。利用RStudio（R4.3.1）軟件中的as.Date（）函數(shù)計算出新疆各植棉區(qū)的棉花開花期和吐絮期的平均日期。經(jīng)計算，北疆亞區(qū)、南疆亞區(qū)和東疆亞區(qū)的花鈴期分別為7月7日－9月11日、7月3日－9月6日和6月30日－9月2日。

通過filter（）函數(shù)篩選出新疆不同植棉區(qū)1961―2022年花鈴期日最高氣溫資料。最高氣溫計算方法：通過RStudio（R4.3.1）軟件計算出每個站點花鈴期日最高氣溫的年均值Xd，根據(jù)附表1計算出各植棉區(qū)棉花花鈴期Xd的年均值記為最高氣溫；極端高溫計算方法與此相同。

1.2.2 棉花花鈴期高溫熱害指標。選取日最高氣溫≥38 ℃及其累計日數(shù)作為新疆植棉區(qū)棉花花鈴期高溫熱害指標，將棉花花鈴期高溫熱害劃分為1級（輕度：累計日數(shù)3～4 d）、2級（中度：累計日數(shù)5～6 d）和3級（重度：累計日數(shù)7 d及以上）[12-13，20]。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析方法。氣候傾向率可判斷檢驗對象的變化趨勢[27-28]。通過RStudio（R4.3.1）軟件利用lm函數(shù)以最小二乘法計算檢驗對象隨時間的變化速率，利用cor.test函數(shù)進行顯著性檢驗。即

Y＝ax＋b" " " " " " （1）

式中，Y為氣象要素檢驗對象；x為年份；b為回歸常數(shù)；a為傾向值。當a＜0，表示隨x的增加，Y呈下降趨勢；當a＞0，表示隨x的增加，Y呈上升趨勢，a的大小表示下降或上升的速率。本研究選取花鈴期日最高氣溫和極端高溫作為檢驗對象。

某一年區(qū)域內發(fā)生高溫熱害的站點數(shù)與該區(qū)域總站點數(shù)的比值（incidence over count， IOC）[29-30]可判斷該區(qū)域高溫熱害發(fā)生范圍，即

IOC＝n/N×100%" " " " " " （2）

式中，IOC為高溫熱害發(fā)生率（%）；n為區(qū)域內發(fā)生熱害站點數(shù)；N為區(qū)域內總站點數(shù)，其中南疆亞區(qū)為30，北疆亞區(qū)為19，東疆亞區(qū)為6。

區(qū)域內某一站點某時段發(fā)生高溫熱害的年數(shù)與該時段總年數(shù)的百分比[31]可表示該站點該時段高溫熱害的發(fā)生頻率，即

P＝y(tǒng)/Y×100%" " " " " " " "（3）

式中，P為高溫熱害發(fā)生頻率（%）；y為熱害發(fā)生年數(shù)；Y為1961―2022年總年數(shù)，Y＝62。

采用Mann-Kendall 突變檢驗（下文稱M-K檢驗）確定檢驗要素的突變開始時間及突變區(qū)域，顯著性水平α＝0.05，臨界值u0.05＝±1.96[32-33]。若統(tǒng)計量UF的值大于0，則可判定該序列呈上升趨勢，反之呈下降趨勢。當UF曲線超過臨界直線范圍時，表示上升或下降趨勢顯著，超過臨界直線的范圍為出現(xiàn)突變的時間區(qū)域。而當曲線UF和UB在臨界線之間出現(xiàn)交點時，這個交點所對應的時刻標志著突變過程的起始時間[32]。根據(jù)新疆棉花花鈴期最高氣溫的突變特征，以突變年為節(jié)點，將總研究時段分為1961年至突變前1年和突變年至2022年2個時段，對比分析高溫熱害的時空變化規(guī)律。

本研究通過氣候傾向率和M-K檢驗分析新疆植棉區(qū)棉花花鈴期最高氣溫的變化趨勢。利用IOC研究1961―2022年北疆亞區(qū)、南疆亞區(qū)和東疆亞區(qū)花鈴期高溫熱害的時間變化規(guī)律，通過氣泡圖分析棉花花鈴期高溫熱害的空間分布。數(shù)據(jù)處理與繪圖均在RStudio（R4.3.1）軟件中完成。

2 結果與分析

2.1 棉花花鈴期日最高氣溫變化規(guī)律

由圖1可知，1961―2022年新疆全疆、北疆亞區(qū)、東疆亞區(qū)棉花花鈴期日最高氣溫均呈極顯著上升趨勢（P＜0.01），南疆亞區(qū)棉花花鈴期日最高氣溫呈顯著上升趨勢（P＜0.05）。全疆植棉區(qū)棉花花鈴期日平均最高氣溫為32.1 ℃，氣候傾向率為0.16 ℃·（10 a）－1（圖1A）。北疆亞區(qū)花鈴期日平均最高氣溫為30.7 ℃，氣候傾向率為0.18 ℃·（10 a）－1（圖1B）。南疆亞區(qū)花鈴期日平均最高氣溫為31.9 ℃，氣候傾向率為0.12 ℃·（10 a）－1（圖1C）。東疆亞區(qū)花鈴期日平均最高氣溫為37.3 ℃，氣候傾向率為0.32 ℃·（10 a）－1（圖1D）。全疆不同地區(qū)棉花花鈴期日最高氣溫呈區(qū)域性變化，東疆亞區(qū)上升趨勢最明顯。

2.2 棉花花鈴期極端高溫變化規(guī)律

從圖2可知，1961―2022年新疆全疆、南疆亞區(qū)和東疆亞區(qū)棉花花鈴期極端高溫呈極顯著上升趨勢（P＜0.01）。全疆植棉區(qū)棉花花鈴期平均極端高溫為40.1 ℃，氣候傾向率為0.07 ℃·（10 a）－1（圖2A）。北疆亞區(qū)棉花花鈴期平均極端高溫為38.9 ℃，氣候傾向率為－0.02 ℃·（10 a）－1，但無顯著變化趨勢（P＞0.05）（圖2B）。南疆亞區(qū)棉花花鈴期平均極端高溫為39.0 ℃，氣候傾向率為0.06 ℃·（10 a）－1（圖2C）。東疆亞區(qū)棉花花鈴期平均極端高溫為40.6 ℃，氣候傾向率為0.12 ℃·

（10 a）－1（圖2D）。

2.3 棉花花鈴期極端高溫累計日數(shù)變化規(guī)律

由圖3可知，1961―2022年新疆全疆、南疆亞區(qū)和東疆亞區(qū)棉花花鈴期極端高溫累計日數(shù)呈極顯著上升趨勢（P＜0.01）。全疆植棉區(qū)棉花花鈴期平均極端高溫累計日數(shù)為5.1 d，氣候傾向率為0.45 d·（10 a）－1（圖3A）。北疆亞區(qū)棉花花鈴期平均極端高溫累計日數(shù)為2.1 d，氣候傾向率為0.04 d·（10 a）－1，但無顯著變化趨勢（P＞0.05）（圖3B）。南疆亞區(qū)棉花花鈴期平均極端高溫累計日數(shù)為2.2 d，氣候傾向率為0.37 d·（10 a）－1（圖3C）。東疆亞區(qū)棉花花鈴期平均極端高溫累計日數(shù)為29.3 d，氣候傾向率為1.99 d·（10 a）－1（圖3D）。全疆、北疆亞區(qū)和南疆亞區(qū)最長的極端高溫累計時間均出現(xiàn)在2015年，分別為12.1 d、9.2 d和8.5 d，東疆亞區(qū)出現(xiàn)在2019年，為43.3 d。

2.4 棉花花鈴期最高氣溫突變分析

1961―2022年新疆棉花花鈴期最高氣溫的M-K檢驗結果見圖4。由UF與UB曲線的交點位置可見，自2004年以來，新疆植棉區(qū)棉花花鈴期最高氣溫呈上升趨勢，突變前最高氣溫為31.6 ℃，突變后為32.0 ℃，上升了0.4 ℃。2011年UF曲線超過了0.05顯著水平的臨界值上限（u0.05＝1.96），自2013年UF曲線甚至超過0.001顯著水平的臨界值上限（u0.001＝2.56），表明新疆棉區(qū)自2011年起，棉花花鈴期最高氣溫呈現(xiàn)顯著上升趨勢，2013―2022年呈現(xiàn)極顯著上升趨勢。

2.5 棉花花鈴期高溫熱害變化

棉花花鈴期輕度熱害分析結果顯示，1961―2022年北疆亞區(qū)IOC平均值為16.0%，其中IOC≥50.0%的有5 a，即62 a中有5 a 超過50.0%的站點都遭受了花鈴期輕度熱害（圖5A）。南疆亞區(qū)棉花花鈴期輕度熱害相對較少，IOC平均值為16.1%，僅在1983年IOC＞50.0%，即僅1983年50%以上站點遭受了花鈴期輕度熱害（圖5B）。東疆亞區(qū)棉花花鈴期輕度熱害相對較多，IOC平均值為75.5%，1961―2022年IOC≥50.0%的有57 a，即62 a中有57 a 50.0%以上的站點遭受了花鈴期輕度熱害，IOC＞80.0%的有35 a，即62 a中有35 a 80.0%以上的站點都遭受了花鈴期輕度熱害（圖5C）。1961―2022年，北疆亞區(qū)有 22 a、南疆亞區(qū)有7 a所有站點均未發(fā)生花鈴期輕度熱害，即北疆亞區(qū)64.5%、南疆亞區(qū)88.7%、東疆亞區(qū)100%的年份都發(fā)生了不同范圍的花鈴期輕度熱害。

棉花花鈴期中度熱害分析結果顯示，1961―2022年，北疆亞區(qū)和南疆亞區(qū)中度熱害發(fā)生率較低，其IOC平均值分別為1.7%和4.1%，而東疆亞區(qū)發(fā)生率較高，IOC平均值為50.5%。北疆亞區(qū)，僅1964年、1975年、1987年、2000年、2004年、2005年和2015年IOC＞10.0%，即62 a中有7 a 10%以上的站點遭受了花鈴期中度熱害（圖5D）。62 a中，南疆亞區(qū)IOC≥10.0%的有11 a，即11 a超過10%的站點都遭受了花鈴期中度熱害（圖5E）。1961―2022年，東疆亞區(qū)中度熱害相對較多，IOC≥50.0%的有42 a，即62 a中有42 a 50.0%以上的站點遭受了花鈴期中度熱害，其中IOC＞80.0%的有10 a，即其中10 a 80.0%以上的站點遭受了花鈴期中度熱害（圖5F）。1961―2022年，北疆亞區(qū)有 53 a、南疆亞區(qū)有30 a、東疆亞區(qū)有2 a所有站點均未發(fā)生花鈴期中度熱害，即北疆亞區(qū)14.5% 、南疆亞區(qū)51.6%、東疆亞區(qū)96.8%的年份發(fā)生了不同范圍的花鈴期中度熱害。

棉花花鈴期重度熱害分析結果顯示，1961―2022年，僅東疆亞區(qū)發(fā)生率較高，其IOC平均值為50.5%，北疆亞區(qū)和南疆亞區(qū)發(fā)生率較低，其IOC平均值分別為1.3%和2.3%。北疆亞區(qū)僅在1974年和2015年IOC值超過10.0%，即62 a中僅有2 a 10.0%以上的站點遭受了花鈴期重度熱害（圖5G）。南疆亞區(qū)在1973年、1975年、2015年、2021年和2022年IOC值超過10.0%，即62 a中僅有5 a 10.0%以上的站點遭受了重度熱害（圖5H）。東疆亞區(qū)重度熱害相對較多，IOC≥50.0%的有59 a，即62 a中有59 a 50.0%以上的站點遭受了花鈴期重度熱害，其中IOC＞80.0%的有19 a（圖5I）。1961―2022年，北疆亞區(qū)有 56 a、南疆亞區(qū)有45 a、東疆亞區(qū)有0 a所有站點均未發(fā)生花鈴期重度熱害，即北疆亞區(qū)9.7%、南疆亞區(qū)27.4%、東疆亞區(qū)100%的年份都發(fā)生了不同范圍的花鈴期重度熱害。

2.6 棉花花鈴期高溫熱害空間分布變化

新疆植棉區(qū)花鈴期最高氣溫突變年份為2004年，因此將總研究時段分為1961―2003年和2004―2022年。1961―2003年北疆亞區(qū)棉花花鈴期遭受輕度熱害相對較少，僅有6個站點熱害發(fā)生頻率超過20.0%。而南疆亞區(qū)棉花花鈴期遭受輕度熱害的頻率超過20.0%的有8個站點，其中，若羌縣花鈴期輕度熱害發(fā)生頻率超過60.0%。東疆亞區(qū)所有站點均發(fā)生輕度熱害且頻率超過20.0%，其中，鄯善縣和托克遜縣花鈴期輕度熱害發(fā)生頻率超過80.0%（圖6A）。2004―2022年，隨著新疆植棉區(qū)花鈴期最高氣溫的顯著上升，不同植棉區(qū)輕度熱害的發(fā)生具有區(qū)域性差異。北疆亞區(qū)僅有5個站點的輕度熱害發(fā)生頻率超過20.0%；南疆亞區(qū)有15個站點的輕度熱害發(fā)生頻率超過20.0%，其中，鐵干里克鎮(zhèn)和若羌縣的花鈴期輕度熱害發(fā)生頻率分別超過60.0%和80.0%。而東疆亞區(qū)棉花花鈴期普遍遭受輕度熱害，6個站點的發(fā)生頻率均超過60.0%，其中，淖毛湖鎮(zhèn)、鄯善縣和托克遜縣的輕度熱害發(fā)生頻率均超過80.0%（圖6B）。通過空間分布分析，1961―2022年，新疆植棉區(qū)花鈴期輕度熱害發(fā)生整體呈增加趨勢，東疆亞區(qū)為主要發(fā)生區(qū)域，其次是南疆亞區(qū)，北疆亞區(qū)相對較少發(fā)生（圖6A～B）。

1961―2003年北疆亞區(qū)和南疆亞區(qū)的棉花花鈴期遭受中度熱害相對較少。其中，北疆亞區(qū)有0個站點，南疆亞區(qū)僅有1個站點的中度熱害發(fā)生頻率超過20.0%。而東疆亞區(qū)所有站點的中度熱害發(fā)生頻率均超過20.0%，有4個站點的發(fā)生頻率超過40.0%，其中托克遜縣和吐魯番市花鈴期中度熱害發(fā)生頻率超過60.0%（圖6C）。2004―2022年，隨著新疆氣候暖濕化現(xiàn)象的影響，新疆各植棉區(qū)花鈴期熱害發(fā)生均有所增加。北疆亞區(qū)中度熱害發(fā)生頻率超過20.0%的站點有0個。南疆亞區(qū)有4個站點中度熱害發(fā)生頻率超過20.0%。東疆亞區(qū)普遍發(fā)生中度熱害且頻率均超過20.0%，有5個站點的發(fā)生頻率均超過40.0%，托克遜縣和吐魯番市花鈴期中度熱害發(fā)生頻率均超過60.0%（圖6D）。1961―2022年，新疆植棉區(qū)花鈴期中度熱害的發(fā)生頻率和站點數(shù)呈增加趨勢，東疆亞區(qū)為主要發(fā)生區(qū)域，南疆亞區(qū)和北疆亞區(qū)相對較少發(fā)生（圖6C～D）。

1961―2003年棉花花鈴期遭受重度熱害的區(qū)域主要為東疆亞區(qū)，重度熱害發(fā)生頻率超過20.0%的站點有5個，其中吐魯番市、托克遜縣和東坎兒村的熱害發(fā)生頻率均超過80.0%。北疆亞區(qū)和南疆亞區(qū)遭受重度熱害的頻率均低于20.0%（圖6E）。2004―2022年，雖全疆各植棉區(qū)棉花花鈴期重度熱害發(fā)生頻率均呈增加趨勢，但北疆亞區(qū)重度熱害發(fā)生頻率均未超過20.0%，而南疆亞區(qū)重度熱害發(fā)生頻率超過20.0%的站點有2個。東疆亞區(qū)重度熱害發(fā)生頻率超過20.0%的站點有5個，其中吐魯番市、托克遜縣、鄯善縣和東坎兒村的重度熱害發(fā)生頻率均超過60.0%（圖6F）。1961―2022年，新疆植棉區(qū)花鈴期重度熱害的發(fā)生頻率和站點數(shù)呈不同程度的增加趨勢，東疆亞區(qū)為主要發(fā)生區(qū)域，南疆亞區(qū)和北疆亞區(qū)相對較少發(fā)生（圖6E～F）。

3 討論

新疆高溫天氣的變化呈現(xiàn)出持續(xù)時間長（春季高溫提前，秋季高溫推遲）、范圍廣的特征[7-8]。在全球氣候變暖及水資源循環(huán)加快的背景下，新疆夏季極端高溫事件增加[34-35]?；ㄢ徠谑敲藁ㄉL的關鍵期，高溫天氣發(fā)生的強度和頻率直接影響到棉花產量和纖維品質。2021年7月全疆植棉區(qū)相繼出現(xiàn)2次大范圍的高溫天氣過程，阻礙了棉花開花授粉，影響了纖維的發(fā)育[36]。2022年6月下旬新疆大部分植棉區(qū)高溫日數(shù)多于常年，持續(xù)性高溫造成伏桃數(shù)量下降[37]。受氣候變暖和地膜覆蓋植棉技術的影響，棉花生長季熱量顯著增加，適宜植棉區(qū)擴大，部分種植者為追求高產而選擇生育期更長的棉花品種，但導致花鈴期延長，棉花遭受高溫熱害的風險增加[22， 38]。

本研究結果表明，新疆植棉區(qū)花鈴期日最高氣溫、極端高溫、極端高溫累計日數(shù)呈顯著上升趨勢，這與董弟文等[39]的研究結果相符。本研究發(fā)現(xiàn)，2004年后，新疆植棉區(qū)花鈴期高溫熱害呈現(xiàn)發(fā)生頻率增加、等級增強的趨勢，與許婷婷等[9]對1981―2019年新疆區(qū)域性高溫天氣過程時空特征的研究結果相一致。張?zhí)鞯萚10]對1961―2018年新疆區(qū)域高溫變化和海溫關系的研究表明，赤道大西洋海表溫度上升是造成新疆區(qū)域高溫日數(shù)偏多的主要原因。隨著緯度的增加，溫度降低，高溫熱害也逐漸減少，同時沙漠、戈壁以及鹽堿地的增溫效應也影響高溫熱害發(fā)生的強度和持續(xù)時間[17]。高溫對棉花生產造成較大危害[35]，而棉花生殖生長階段的日最高氣溫對棉花纖維品質的影響較大，高溫常常伴隨著干旱，持續(xù)性高溫天氣易影響棉花授粉受精過程，造成蕾鈴脫落，有利于棉蚜、紅蜘蛛等蟲害的發(fā)生和擴散，加大了棉花蟲害的防控難度[40]。本研究結果顯示，1961―2022年，北疆亞區(qū)以輕度熱害為主，南疆亞區(qū)多發(fā)生輕度和中度熱害，東疆亞區(qū)不同等級熱害均多發(fā)。新疆地區(qū)高溫熱害的發(fā)生頻率和強度呈“東強西弱，南多北少”的區(qū)域性特征。在高溫熱害多發(fā)的東疆亞區(qū)與南疆亞區(qū)，可選擇耐高溫棉花品種，并通過灌溉降溫改善農田小氣候。另有研究表明，對萌動棉花種子進行42 ℃的熱處理，可以激活種子內部一些蛋白的活性，從而增強其耐受高溫的能力，有效減少高溫脅迫下蕾鈴脫落現(xiàn)象[41]。高溫期間還需關注蟲害監(jiān)測預報工作，加強對高溫災害的預測與預警，強化棉田管理，提高棉田通風透光性，降低棉田溫度。同時，政府部門應制定科學合理的棉花生產應急預案，針對氣候變暖對新疆植棉區(qū)開展精細化氣候適宜性種植區(qū)劃[42]，構建不同植棉區(qū)的棉花氣象災害監(jiān)測、預警和防控系統(tǒng)，提高新疆植棉區(qū)的農業(yè)抗災減災能力。

本研究揭示了新疆不同區(qū)域（南疆亞區(qū)、北疆亞區(qū)和東疆亞區(qū)）、不同強度（輕度、中度和重度）的棉花花鈴期高溫熱害變化規(guī)律，可為新疆棉花生產制定科學的防災減災措施提供理論依據(jù)。但隨著耐高溫、抗旱棉花品種的推廣，且受極端天氣成因復雜性以及地理因素的影響，棉花花鈴期高溫熱害指標的選擇與驗證需進一步完善。

4 結論

1961―2022年，新疆植棉區(qū)棉花花鈴期日最高氣溫、極端高溫和極端高溫累計日數(shù)均呈顯著上升趨勢，并于2004年出現(xiàn)突變。東疆亞區(qū)棉花花鈴期日最高氣溫、極端高溫和極端高溫累計日數(shù)的上升趨勢比北疆亞區(qū)和南疆亞區(qū)更為明顯。1961―2022年，北疆亞區(qū)棉花花鈴期多遭受輕度熱害，發(fā)生頻率（發(fā)生年份數(shù)占總年份數(shù)的比例）為64.5%，南疆亞區(qū)棉花花鈴期多遭受輕度和中度熱害，發(fā)生頻率分別為88.7%和51.6%，而東疆亞區(qū)棉花花鈴期不同強度的熱害發(fā)生頻率均在96.0%以上。新疆棉花花鈴期高溫熱害發(fā)生頻率和強度呈現(xiàn)出“東強西弱，南多北少”的區(qū)域性分布特征。1961―2022年棉花花鈴期熱害主要發(fā)生于東疆亞區(qū)，其次為南疆亞區(qū)，東疆亞區(qū)的吐魯番市、托克遜縣、鄯善縣以及南疆亞區(qū)的若羌縣棉花花鈴期高溫熱害發(fā)生頻率最高，主要以輕度與中度高溫熱害為主，而北疆亞區(qū)高溫熱害發(fā)生較少。

附表：

詳見本刊網(wǎng)站（https：//journal.cricaas.com.cn）本文網(wǎng)頁版。

附表1 研究區(qū)域國家基本氣象站和棉花氣象觀測站的分布

Table S1 The distribution of national basic meteorological stations and cotton meteorological observation stations in the survey region

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（責任編輯：王小璐 責任校對：王國鑫）

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