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

我國棉花種植以新疆、黃河流域、長江流域為主,其中新疆棉花產量占全國產量的67%，已形成規?；蜋C械化種植[1]。據國家統計局數據，目前新疆的棉花單產及總產遠遠高于全國平均水平[2]。新疆有適于植棉的自然環境條件[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量和品質的主要氣象要素是熱量條件[6]。目前比較一致地認為，棉花產量與年平均氣溫呈正相關，氣溫偏高有利于棉花產量形成，生育中后期降水過多，日照時間少，將會引起蕾鈴大量脫落，直接影響棉花產量[7-14]。烏蘇是新疆優質棉生產基地之一，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，以期為當地科學植棉提供理論支持。

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業氣象觀測報表。

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，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產生積極的作用，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，從而達到較高的產量和品質。但本地秋季降溫較快，為應對初霜期提前，在生產管理上，對貪青晚熟或晚發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高溫日數變化特征。日最高氣溫≥35℃的天氣對棉花開花結鈴非常不利[15-17]。烏蘇市棉花生長季≥35℃高溫日數歷年平均為19 d。由圖6可知，1988―2017年烏蘇市≥35℃高溫日數以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程加快，近20 a烏蘇市棉花播種期、出苗期、現蕾期和停止生長期均表現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，2000―2007年8 a中有4 a棉花出苗后出現了低溫陰雨和強霜凍天氣，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，增加了棉花生產的風險?；ㄢ徠诤屯滦跗诔什伙@著縮短趨勢，這對棉花霜前花率和產量的提高產生不利影響。

熱量條件是影響烏蘇市棉花生產的主要氣象因子，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量和品質的提高。但高溫日數增加對棉花生長不利，烏蘇市高溫天氣主要出現在棉花蕾期及花鈴期 （6―8月），高溫天氣增多，會導致棉花蕾鈴脫落率增加，從而影響產量。8月平均氣溫的下降會對棉花花鈴生長產生不利影響，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、現蕾期提前，可充分利用春季熱量條件，利于棉苗早發快長，促進根系發育，形成壯苗，增強棉苗抗逆性?，F蕾至開花期延長，有利于生殖器官的形成，提高產量。而吐絮期縮短對提高霜前花不利，同時縮短了后期棉鈴發育時間，不利于增產。

表1 烏蘇市棉花各發育階段變化

3 結論

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℃的高溫日數和日照時間增多的趨勢特征。棉花播種期、出苗期、現蕾期和停止生長期均表現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生不利影響，此時正處于棉鈴生長的關鍵時期，個別年份可能會遭受低溫抑制，引起花鈴脫落。在生產栽培上應特別注意前期、后期的熱量條件，根據氣象部門的氣候預測科學安排生產，做到趨利避害，保障棉花穩產高產。