唐河县31年温度的变化特征及其对棉花生产的影响

吕少洋，石兆勇＊，王发园，吴姗薇，李 民

（1.河南科技大学农学院，河南洛阳471023；2.河南省南阳市农业科学院，河南南阳473000）

唐河县31年温度的变化特征及其对棉花生产的影响

吕少洋1，石兆勇1＊，王发园1，吴姗薇1，李 民2

（1.河南科技大学农学院，河南洛阳471023；2.河南省南阳市农业科学院，河南南阳473000）

为了促进唐河县优质棉花生产，采用线性回归分析法研究小尺度范围气候的变化规律及棉花生产对其变化的响应。结果表明：1983—2013年唐河县的年均气温呈显著升高趋势，增速为0.389℃/10a；但其增长存在较大的不平衡性。其中，1983—1998年气温升高迅速，增速达0.766℃/10a，而1999—2013年温度则几乎没有变化。从季节看，春季和夏季升温显著，秋季和冬季则不显著。1999—2013年，棉花产量呈显著增长趋势，温度每升高1℃，棉花增产151.68kg/hm2；其中，2003—2013年棉花产量随春季和夏季温度、7月均温、极端最高温和棉花生长季均温的增加而升高。可见，唐河县31年温度的变化较敏感，并且温度对棉花的增产作用在整体上较为显著，且不同时间段的温度变化及其对棉花的影响存在明显的时间变异性。

温度；气候变化；变化特征；棉花；唐河县

目前，气候变化现象已为人们普遍关注［1-5］。IPCC第五次评估报告第一工作组报告指出，与1986—2005年相比，预计2016—2035年全球平均地表温度将升高0.3～0.7℃，2081—2100年将升高0.3～4.8℃［6］。除IPCC对全球每年的评估外，区域尺度上的研究也受到关注。王少鹏等［7］的研究表明，我国近40年的年均温升高不均衡且存在明显的转折点，从全国范围看，转折点出现在1984年。周伟东等［8］研究表明，1951—2007年我国110°E以东地区温度明显上升，且温带地区的上升趋势最大，为0.5℃/10a，热带地区最小，为0.2℃/10a。曾婷等［9］对安徽省近53年气温的研究结果显示，气温以0.2℃/10a的速率增加。张一驰等［10］的研究表明，河南省气温呈上升趋势，年均温序列在1993年前后有一个突变点，以平均每10年降低1.3%。各研究虽然均表明年均温有不同程度的变化，但其变化存在时间和空间的不均衡性。气候变化可造成一系列的环境问题。Urban［11］研究表明，如果气候变化仍然以目前的进程发展，地球上多达1/6的物种将消失，且不同的区域受到的影响存在差异。Nemani等［12］基于全球尺度研究1982—1999年的气候变化对植被初级生产力的影响发现，18年内植被的初级生产力增加显著。Zhao等［13］采用2000—2009年的数据进行类似研究的结论却与之相反，并指出水分是限制植被生产力增加的因子。可见，气候变化对生态系统的影响存在时间和空间的变异。

目前，气候变化对农作物的影响已引起广泛关注，其对小麦［14］、玉米［15］及农牧作物［16］等的影响已有报道，关于棉花对温度响应的研究也很多。黄建等［17］认为，新疆乌兰乌苏棉区气温对棉花产量的影响大于降水的影响，而且对棉花的影响波动不稳定。李毅等［18］认为，未来新疆棉花对水的需求降低，遭受干旱的风险降低，对干旱半干旱作物区棉花种植有重要意义。李景林等［19］研究北疆近52年的气象资料发现，北疆地区7月均温等气候要素呈显著上升趋势，使得北疆地区宜棉区面积扩大。吴立峰等［20］研究了不同灌溉水平新棉花品种的敏感性和不确定性。张晓洁等［21］则在气候变化下研究简化整枝对棉花的生育以及纤维品质的影响。岳伟等［22］有关安徽省近50年棉花生长的研究表明，生长季均温以及日照时数对棉花产量有极显著增产效应。姚树然等［23］对河北地区的分析则表明，降水和气温是影响北部棉区的关键气候因子，东部棉区则以气温为关键因子，中部棉区光、温和水对产量作用均衡，降水对南部平原和南部丘陵棉区影响较大。张德汴等［24］研究结果表明，温度是影响棉花产量的主要气象因素，日照时数虽然对棉花的品质和产量影响最大，但不起决定作用。这与岳伟等［22］的研究结果存在差异。彭维英等［25］研究陕西大荔县域棉花对气候变化的响应发现，大荔县温度显著上升影响棉花的物候期，有利于棉花种植。

河南省唐河县地处北亚热带向暖温带过渡地区（北纬32°21′～32°55′，东经112°28′～112°16′），是河南省农业大县之一，也是全国著名的商品粮、棉基地，棉花是唐河县主要的经济作物之一，其种植历史悠久。唐河县位于南阳盆地东部，东邻桐柏山脉，地理位置比较特殊，受盆地和山地气候相互作用的影响较大。截止目前，我国现有关于气候对棉花产量影响的研究大部分集中在新疆等西北干旱地区，虽然也有针对其他地区的研究报道，但是研究的时间和结果存在较大差异，而县域尺度上棉花对温度响应的报道很少，未见关于唐河县温度变化对棉花影响的研究报道。为此，笔者采用线性回归的分析方法研究小尺度范围（唐河县域）气候变化及其对棉花生产的影响，验证唐河县域尺度上气候变化是否存在较大时间变异，旨在为促进唐河县优质棉花生产提供参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

采用唐河县1983—2013年的气温及相关棉花产量指标进行研究，数据来源于唐河县气象局和统计局。

1.2 研究方法

1.2.1 数据处理 采用线性回归处理方法对唐河县1983—2013年气温以及相关棉花产量的数据进行处理。

1.2.2 研究内容与分析方法 参考Nemani等［12-13，7］的研究结果，结合本研究中温度的分布特点，对唐河县31年的温度变化总趋势进行分析；分析不同季节温度的变化特点，年均温、四季温度、1月、7月、极端最高和最低温对棉花生产的影响，以及棉花生长季（4—10月）均温对棉花生产的影响；在此基础上进一步查找是否存在明显的变化转折点及其可能出现的年份。

季节的划分：3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12—2月为冬季。棉花生长季温度为4—10月均温。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2003和SPESS 19.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 年均温度的变化特征

从图1和图2可见，唐河县1983—2013年年平均气温呈明显上升趋势，每10年平均温度增加0.389℃。总体看，虽然31年温度变化呈持续增加趋势，但进一步分析不同时间段的温度变化发现，该变化存在明显的转折点，位于1998年前后。分析转折点前后的温度变化发现，1983—1998年的气温升高速度更明显，为0.766℃/10a；而1999—2013年的气温几乎没有任何变化（0.011℃/10a）。表明，虽然唐河县近31年气温呈总体升高趋势，但不同的时间段温度的变化特征存在很大差异，即存在明显的时间变异，并具有明显的转折点。

图1 1983—2013年唐河县年均气温的整体变化趋势Fig.1 Overall change trend of annual average temperature in Tanghe County from 1983to 2013

图2 1983—2013年唐河县年均气温不同时间段（1983—1998，1999—2013）的变化趋势Fig.2 Change trend of annual average temperature in Tanghe County from 1983to 1998and from 1999 to 2013

图3 1983—2013年唐河县不同季节温度的年度变化趋势Fig.3 Change trend of annual temperature in different season in Tanghe County from 1983to 2013

图4 1999—2013年唐河县温度变化与棉花产量的相关性Fig.4 Correlation between temperature change and cotton yield in Tanghe County from 1999to 2013

2.2 不同季节气温的变化趋势

从图3可见，唐河县近31年四季的年平均气温均呈上升趋势。其中，春季表现极为显著，平均温度升高速度为0.731℃/10a，呈极显著上升趋势；夏季以0.388℃/10a的速度呈显著上升趋势。秋季和冬季虽然总体看温度也呈持续升高趋势，但增速不明显，其增温速度分别为0.206℃/10a和0.208℃/10a，秋季与冬季的增温速度相差仅0.002℃/10a。表明，唐河县近31年四季气温总体呈升高趋势，但不同季节平均气温的变化值及变化率均不相同，其温度变化特征存在很大差异。

2.3 温度变化对唐河县棉花产量的影响

2.3.1 温度变化与唐河县棉花产量的相关性 从图4可见，1999—2013年温度与棉花产量之间存在显著正相关。即温度每上升 1℃，棉花增产151.68kg/hm2。说明，温度对棉花增产十分有益。

2.3.2 不同季节温度变化对唐河县棉花产量的影响 从图5可见，对四季温度而言，棉花产量均随着春、夏和秋季温度的升高呈不同程度的正效应，而随着冬季温度的升高则呈显著的负效应。其中，2003—2013年随着春季温度每上升1℃，棉花产量显著增长，增产77.339kg/hm2；1999—2013年随着夏季温度每上升1℃，棉花产量呈显著增加趋势，增产63.204kg/hm2；1999—2013年随着秋季温度每上升1℃，棉花增产24.488kg/hm2，但未达显著水平；2006—2013年随着冬季温度每上升1℃，棉花产量却显著降低，减产43.385kg/hm2。表明，温度变化对棉花产量的影响存在显著的时间差异，并且影响程度也存在显著的差异，其影响程度依次为春季＞夏季＞冬季＞秋季。

图5 1999—2013年唐河县不同季节温度变化与棉花产量的相关性Fig.5 Correlation between temperature change in different season and cotton yield in Tanghe County from 1999to 2013

图6 1999—2013年唐河县1月和7月温度变化与棉花产量的相关性Fig.6 Correlation between temperature change in January and July and cotton yield in Tanghe County from 1999to 2013

2.3.3 1月和7月温度变化对唐河县棉花产量的影响 从图6可见，1月均温每升高1℃，棉花减产3.302 6kg/hm2，二者间呈负相关但未达显著水平；相反，随着7月均温每升高 1℃，棉花增产49.865kg/hm2，二者间呈显著正相关。表明，1月均温升高对棉花生产存在不利影响，而7月均温升高有利棉花生产。说明，棉花生产对温度变化的响应存在显著的时间差异。

2.3.4 极端最低温与极端最高温变化对唐河县棉花产量的影响 从图7可知，极端最低温与极端最高温对棉花生产的影响与1月和7月均温对棉花生产的影响基本一致。随着极端最低温每升高1℃，棉花减产10.579kg/hm2，但是未达显著水平；反之，极端最高温度与棉花生产呈显著正相关，即温度每升高1℃，棉花增产48.715kg/hm2。棉花生长季的温度（图8）与棉花产量之间呈显著正相关，即随着棉花生长季温度每升高1℃，棉花增产96.003kg/hm2。表明，温度对棉花产量的影响存在显著的时间差异，年均温对棉花产量的影响最大，其次是棉花生长季温度和春季温度的影响。

图7 1999—2013年唐河县极端最低和最高温度变化与棉花产量的相关性Fig.7 Correlation between change in extreme maximum and minimum temperature and cotton yield in Tanghe County from 1999to 2013

图8 1999—2013年唐河县棉花生长季温度变化与棉花产量的相关性Fig.8 Correlation between temperature change during cotton growth period and cotton yield in Tanghe County from 1999to 2013

3 结论与讨论

总体上唐河县的温度变化与全国［7］和省域［26］的变化趋势一致，温度均呈升高趋势；但就时间尺度上的变化而言，则与前人的研究结果不一致。该研究表明，唐河县31年年均温的变化存在转折点，转折点出现在1998年；且在全球气候变化背景下，温度的升高存在阶段性的不均衡性。张一驰等［10］研究发现，华北地区1951—2009年气温变化转折点出现在1993年。王少鹏等［7］通过分段线性回归方法研究发现，我国近40年的年均温变化存在显著的转折点，转折点出现在1984年。温度变化转折点存在时期差异的可能原因：1）各研究的区域尺度存在差异所致。即在全国尺度（大尺度）上研究可能掩盖了小尺度上的规律，这也说明，进行小区域的研究非常有必要。2）研究的时间尺度不同所致。本研究的时间段为1983—2013年，而张一驰等［10］和王少鹏等［7］的研究范围分别是1951—2009年和1961—2004年，时间段的不同可能导致转折点的差异，但张一驰等［10］的结论与本研究的结果更为接近。通过比较进一步佐证了本研究的假设和最初的推测，即小区域尺度上与较大尺度上的温度变化模式可能存在不同。

唐河县不同季节温度变化以春季（0.731℃/10a）和夏季（0.388℃/10a）增温最显著，秋季（0.206℃/10a）和冬季（0.208℃/10a）增温不明显。这与王峰等［27］春季和冬季增温更明显，吴春德等［28］冬季（0.608℃/10a）增温最为突出的结论不同。说明，不同季节的增温存在很大的地域差异。

1999—2013年唐河县温度变化对棉花的影响呈显著增长趋势，即温度每上升1℃，棉花增产151.68kg/hm2，该增长趋势与黄健等［17-19］的研究结论基本一致，说明温度升高对棉花增产有利。2003—2013年春季和夏季温度、7月均温、极端最高温和棉花生长季均温升高对棉花产量有显著的增产作用，温度每上升1℃，棉花分别增产77.339kg/hm2、63.204kg/hm2、49.865kg/hm2、48.715kg/hm2和96.003kg/hm2，秋季均温的增产效果不显著。说明，温度对棉花产量的影响存在显著的时间差异，其中棉花生长季温度的增产作用最显著，这与岳伟［22］的研究结果一致。温度有增产作用也有减产效应。其中，2006—2013年冬季温度、1月均温和极端最低均温对棉花产量有减产作用，但是只有2006—2013年冬季均温的影响达显著水平，温度每上升1℃，棉花减产43.385kg/hm2。棉花生长季基本是4—10月，冬季、1月和极端最低均温按常理说对棉花的生长可能不存在影响，但是2006—2013年冬季温度的减产作用达显著水平，产生该现象的原因可能是当年冬季的温度很低，使来年春季温度回升较慢，棉花属喜温作物，所以在一定程度上造成棉花减产。但是具体原因还有待进一步研究。

综上所述，唐河县31年温度的变化比较敏感，温度对棉花的增产作用整体上较为显著，且不同时间段的温度变化及其对棉花的影响存在明显的时间变异性。

致谢：感谢唐河县气象和统计局提供相关的数据资料。

［参 考 文 献］

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（责任编辑：王 海）

Change Characteristics of Temperature and its Effect on Cotton production in Tanghe County during 1983-2013

LU Shaoyang1，SHI Zhaoyong1＊，WANG Fayuan1，WU Shanwei1，LI Min2
（1.Colegeof.Agriculture，HenanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang，Henan471003；2.NanyangAcademyofAgriculturalSciences，Nanyang，Henan473000，China）

The climatic change regulation in small scale range and its effect on cotton production were studied by linear regression analysis to promote production of quality cotton in Tanghe County.Results：The annual average temperature presents an obvious increasing trend with a growth rate of 0.389℃/10ain Tanghe County from 1983to 2013but there is a greater unbalance in temperature growth.The annual temperature increases rapidly with a growth rate of 0.766℃/10afrom 1983to 1998but annual temperature has little change from 1999to 2013.Temperature increases significantly in Spring and Summer but insignificantly in Autumn and Winter.The cotton yield shows an obvious rising trend from 1999to 2013 and cotton yield increased by 151.68kg/hm2when the temperature increases 1℃.Cotton yield increases with temperature increase in Spring and Summer and increase of average temperature in July，extreme maximum temperature and average temperature during cotton growth period from 2003to 2013.In conclusion，Annual average temperature is sensitive to climatic change during 1983-2013and has the significant yield-increase effect on cotton overall.The temperature variation during different time period has obvious temporal variation for cotton yield.

temperature；climatic change；change characteristics；cotton；Tanghe County

S16

A

2015-12-10；2016-09-04修回

河南科技大学“环境生物与土壤生态”创新团队建设（2015TTD002）

吕少洋（1989-），女，硕士，研究方向：区域环境变化与作物生产的关系。E-mail：1456755623＠qq.com

＊通讯作者：石兆勇（1975-），男，副教授，从事土壤生态方面的研究。E-mail：shizy1116＠126.com

1001-3601（2016）09-0407-0157-06