气候变化对山东棉花品种选育的影响

王家宝 ，高明伟 ，张超 ，王秀丽 ，姜辉 ，柴启超 ，陈莹 ，王永翠 ，郑锦秀 ，赵军胜 ，*

（1.山东棉花研究中心，济南250100；2.山东师范大学生命科学学院，济南250014）

全球气候正在经历以变暖为主要特征的变化过程。气候变化对农业生产影响巨大，而且难以预测。棉花品种的选育就是适应自然环境和气候变化的过程。棉花虽然喜温、喜光、耗水量大，但花铃期的阴雨高温，吐絮期的阴雨寡照等不利气象条件，对棉花高产、稳产、优质有较大的影响。本文探讨了在气候变暖条件下山东植棉区对棉花品种的需求，为山东棉区棉花新品种的选育提供参考。

1 山东省棉花生长季节气候变化分析

1.1 温度升高

20世纪60―90年代，山东省各年代的年平均气温分别为12.51℃、12.81℃、12.86℃、13.46℃，其中80―90年代气温升幅最大，为0.60℃，是这40年平均升温幅度的2倍。进入21世纪，温度升高趋势仍持续，前8年的年平均气温已高达13.9℃。由于受地形因素的影响，全省各地的变暖程度也不一致，中部、胶东半岛北部和胶莱河流域气温升高最明显，1987―2004年年均气温与1961―1986年相比升高1.0～1.5℃；南部的部分地区升温幅度较小，1987―2004年年均气温与 1961―1986年相比升高0.6℃以下，其他地区大多升高0.6～1.0℃[1]。徐宗学等[2]通过分析山东省1985―2009年气温，也得出年平均气温有逐年升高的趋势，全省平均每10年上升0.106℃，但西南的莘县、兖州有下降趋势。马丽娜等[3]对山东省1960―2008年19个站点的气温资料分析结果表明，自20世纪80年代开始变暖趋势明显加快，90年代后，相对较低的年平均温度与1960―1980年的较高值相当；山东省植棉的温度适宜度总体呈现增加趋势，各生育期差别较大，播种期、吐絮期都呈现增加趋势，特别是吐絮的关键期，气温升高并且较稳定。

1.2 降水量减少

1960―1998年，除济南降水量呈略微上升趋势外，山东省其余地区的降水倾向率均为负值，全省的降水倾向率为每年－3.05 mm，减少幅度为东南部大于西北部，以东南沿海平均减少幅度最大[2]。董旭光等[4]对山东省1961―2010年的降水观测数据分析发现，年际降水日数和强度存在明显的振荡，降水日数总体呈极显著减少趋势；降水日数和强度呈明显的带状分布，由东南向西北逐渐减少。

不同季节降水的变化趋势也有所不同，其中夏季降水减幅最大，而冬季降水略增加[1]。自1986年以后的25年中，降水量较历年降水量偏少的年份达15年，降水量分布极为不均，夏季、秋季降水量均呈下降趋势，且夏季下降最为明显，以每10年20.9 mm递减，容易造成秋旱[3-6]。以上研究结果表明，山东省年降水量的减少主要是由于夏季降水量减少所致。

1.3 极端气候现象增多

极端气候现象指一些在特定地区和时间发生的罕见气候事件，其罕见程度一般相当于观察到的概率密度函数小于第10个百分位点。极端气候现象包括干旱、洪涝、低温暴雪、飓风、致命热浪等。在20世纪80年代中期以来全球气候明显变暖的背景下，山东省“极端暖”事件的线性增长趋势明显，大部分地区的极端低温日数的变化趋于平缓，极端冷日数以迅速减少为主要趋势[7]。曹洁等[8]通过分析山东省1961―2010年夏季日最高气温和冬季日最低气温数据，发现山东省大部分地区夏季极端高温偏态指数和冬季极端低温偏态指数均处于不断升高的状态，这表明大部分地区夏季出现异常高温的概率处在增加的趋势中，而冬季出现异常低温的概率处在减少的趋势中。李胜利等[9]利用山东省117个气象站1961―2013年逐日降水观测数据，分析了区域内各极端降水指数的时间变化趋势和空间分布规律，结果表明：长时段 （1961―2013年）中1 d最大降水量、最大连续5 d降水量、降水强度、最长连续无雨日数增大趋势均不明显，其他各指数均有减小趋势；短时段（1991―2013年）除1 d最大降水量、最长连续无雨日数呈减小趋势外，其他各指数均有增大趋势；不同地区2个时段各极端降水指数变化趋势并不相同，短时段变幅更大，变化显著的站点更多。

2 气候变化对山东棉花品种选育的影响

2.1 对棉花生育期的影响

在棉花田间管理措施和栽培品种相对稳定的情况下，气候变暖可延长适宜棉花生长的时期，增加干物质积累和提高产量，减小皮棉产量和霜前花率的变异系数，大大降低种植风险，有利于提高棉花丰产性和稳产性[10]。从棉花的各生育时期来说，气候变化对出苗期的影响并不明显，而对于现蕾期、开花期和吐絮期的影响较大[11]。相应的气温上升可减轻冷害，使棉花品种的适宜种植区域进一步扩大，特别是在山东黄河三角洲植棉区，播种期、吐絮期的温度升高趋势更加明显，在吐絮的关键期，气温升高并且较稳定，这对生产上的棉花品种有了新的要求，尽量选择生育期较长、产量潜力高的品种[12]。

山东省目前推广的棉花品种大部分为中早熟品种，随着植棉区多数年份无霜期延长，生育期积温增加，虽然可使棉花发棵提前、伏桃比例升高、霜前花率增加，但是也容易引起棉花早衰。因此，在山东棉花品种的选育过程中，也要注重增强抵御早衰的能力。同时，山东棉花品种的熟性也将趋于多样化，在鲁西南套种地区和鲁西北春棉种植区内的中早熟品种逐渐被相对中晚熟的棉花品种取代。

2.2 对棉花产量的影响

棉花的产量、品质形成对光照、辐射、积温等环境变化较其他作物更为敏感。气候变暖使得棉花生长期间的热资源增加，适宜生育期延长，棉花的干物质积累量、株高增加；同时，气温及CO2浓度的升高在一定程度上增强了光合作用，使棉花的生产潜力增加，尤其是10月份最低气温的升高使棉花停止生长期推迟，提高霜前花的产量，在一定程度上促进棉花的稳产高产，对棉花生产的增产提质带来积极影响[15-18]。因此，应注重棉花株型的选择，选育冠层好的品种，以充分利用有效的光能，提高棉花产量。

2.3 对耕作制度的影响

气温升高增加了各地的农业热资源，促进了复种指数的增加和农业气候带向北向西推移[17]。温度的增高和积温的增加，使棉花的适播期延长。山东春播棉花的播种期可以从4月中旬开始一直持续到5月上旬；短季棉的播种期则有可能延迟到6月上旬，在蒜、马铃薯收获后直播。延后播种使棉花的节位增高，结铃期延后，到吐絮期时可以避开雨季，减少烂铃的发生，提高皮棉的等级，也有利于棉花机械采摘。研究发现，根据适播期的延长推迟播种日期对黄河流域棉花纤维品质的影响很小[10]。因此，可以选育适宜晚春播、夏直播和机械采摘的棉花品种，增加复种指数，提高植棉效益。

2.4 对棉花抗逆性的影响

山东省处于季风气候区，年内、年际降水量变化大，旱涝灾害是主要自然灾害。棉花生长期中，每年的7―9月为产量品质形成关键期，极易遭受多种极端天气的影响[2]。干旱严重影响棉花的生长发育，造成株高、总干物质量和叶面积的降低，而且开花期干旱对果枝数、果节数影响大；降水偏多，易造成棉花成铃率降低、棉田遮阴郁闭，烂铃增加；高温易造成棉花育性的降低，结铃减少[11-13]。近几年来冬季气温偏高，造成越冬虫卵死亡率降低，造成虫害大面积发生，为害时间延长，且程度及范围增大，增大了防治难度[18-20]。

灾害性天气频发和农业生产不稳定性增加，这就要求棉花品种对极端天气的耐受能力要强。因此，要加强棉花的抗逆性选择，包括耐高温、耐干旱、抗病虫害等以应对气候变暖和极端天气的影响。可以选用耐干旱、耐阴雨、耐高温的亲本对棉花的相应性状进行改良，适当增加选择压力。同时，可以在高度一致的前提下筛选多个适应性的棉花品系，从而提高品种的抗逆能力，使之在生育期缩短的情况下也能达到稳产。

3 结论与讨论

温度的增高和积温的增加，带来的是棉花生育期和适播期的延长，有利于提高棉花的品质和经济产量；同时，极端天气的增加，也要求棉花品种具有广泛的、较强的抗逆性。虽然这种气候变化普遍使棉花的生产潜力得到提高，但也存在区域间的差异。近年来山东的棉花品种熟性趋于多样化，在鲁西南套种地区和鲁西北春棉种植区内的中早熟品种逐渐被相对晚熟的品种类型取代。因此，山东棉花品种的选育应适应气候的变化：一是注重棉花熟性、株型和抗逆性的选择，选育冠层好、能充分利用有效光能的棉花品种；二是要选育适宜晚春播、夏直播和机械采摘的棉花品种，增加复种指数，提高植棉效益；三是棉花品种最好由多个高度一致的气候适应性品系构成，以增强棉花品种对各种逆境的适应能力，利于稳产。