新疆乌苏市近20a气候变化及其对棉花生育期的影响

谢芳 ，童忠 ，刘静

（1.新疆维吾尔自治区气象局，乌鲁木齐830001；2.塔城地区气象局，新疆 塔城834700）

我国棉花种植以新疆、黄河流域、长江流域为主,其中新疆棉花产量占全国产量的67%，已形成规模化和机械化种植[1]。据国家统计局数据，目前新疆的棉花单产及总产远远高于全国平均水平[2]。新疆有适于植棉的自然环境条件[3]——热量丰富，日照充足，降水稀少，空气干燥，昼夜温差大和利用雪水人工灌溉，为棉花的生长提供了我国其他棉区所不及的良好条件[4-5]。棉花生育期对光热条件要求较高，这些研究明确指出制约新疆棉花产量和品质的主要气象要素是热量条件[6]。目前比较一致地认为，棉花产量与年平均气温呈正相关，气温偏高有利于棉花产量形成，生育中后期降水过多，日照时间少，将会引起蕾铃大量脱落，直接影响棉花产量[7-14]。乌苏是新疆优质棉生产基地之一，分析乌苏近20 a光热资源变化特征及其对棉花生育期的影响，以期为当地科学植棉提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 资料来源

使用乌苏国家基本气象站1998―2017年共20 a的逐日气象资料；棉花生育期资料来自该站农业气象观测报表。

1.2 研究方法

利用线性回归方法分析乌苏市平均气温、最高气温、日照时间、初霜日、终霜日、无霜期、≥10℃界限温度的初日、终日和积温及棉花生育期的变化特征。通过t检验方法分析其变化特征的显著性。≥10℃界限温度的初日、终日，初霜日、终霜日和棉花生育期均采用Julian日换算方法，即距1月1日的时间（d），如 2月 20日为 51（日序）。

2 结果与分析

2.1 乌苏气候变化特征

2.1.1气温变化特征。乌苏市棉花4月上旬播种，10月中旬停止生长，因此，本文将4月至10月作为乌苏市棉花生长季。由图1可以看出，1998―2017年乌苏市棉花生长季（4―10月）平均气温以0.017 9℃·a－1的速率呈不显著上升趋势，20 a来已上升了0.358℃；生长季各月平均气温中除8月呈显著下降趋势外 （通过α=0.05的显著性检验），其他月份变化趋势均不显著，其中4、6、7和9月均呈不显著上升趋势，而5、8、10月则均呈下降趋势。

2.1.2无霜期、≥10℃界限温度的初日及积温变化特征。≥10℃积温是棉花生长的基本热量条件，而无霜期是喜温作物的生长期。乌苏市植棉广泛采用地膜栽培，因此日平均气温稳定≥10℃初日是春季地膜棉花适播期的起始日，终日大致和初霜期相当，也是棉花的停止生长期。由图2、图3可知，1998―2017年日平均气温稳定通过10℃的初日、终日分别以 0.611 3 d·a－1、0.272 9 d·a－1的速率呈不显著提前趋势；受初日、终日的综合影响，≥10℃积温以 7.776 7℃·a－1的速率呈不显著增多趋势。初霜日、终霜日均表现为不显著提前趋势，提前速率分别为 0.298 5 d·a－1、0.469 2 d·a－1（图4），无霜期以 0.185 d·a－1的速率呈不显著增多趋势（图5）。

图1 乌苏市1998―2017年棉花生长季 （4―10月）和各月平均气温变化特征

图3 乌苏市1998―2017年≥10℃积温变化特征

终霜日提前、≥10℃积温增多和无霜期延长则对棉花生产产生积极的作用，这些都有利于棉花提早播种，为后期的生长提供时间上的保障，从而达到较高的产量和品质。但本地秋季降温较快，为应对初霜期提前，在生产管理上，对贪青晚熟或晚发棉田可通过乙烯利适时催熟。

图4 乌苏市1998―2017年初霜日、终霜日变化特征

图5 乌苏市1998―2017年无霜期变化特征

2.1.3高温日数变化特征。日最高气温≥35℃的天气对棉花开花结铃非常不利[15-17]。乌苏市棉花生长季≥35℃高温日数历年平均为19 d。由图6可知，1988―2017年乌苏市≥35℃高温日数以0.105 d·a－1呈不显著增多趋势，近20 a增多了2.1 d。

图6 乌苏市1998―2017年≥35℃高温日数变化特征

2.1.4日照时间变化特征。乌苏市棉花生长季（4―10月）历年平均日照时间为1 934.5 h，由图7可以看出，1998―2017 年日照时间以 0.014 2 h·a－1的速率呈不显著增多趋势，20 a来已增加0.284 h。历年棉花生育期日照时间以2010年最少，为1 843.7 h；2012年最多，为2 113.1 h。棉花生育期日照时间增多，光照充足利于棉株的光合作用，积极促进棉花生长。

图7 1998―2017年乌苏市棉花生长季日照时间变化特征

2.2 光热条件变化对棉花生育期的影响

图8 乌苏市1998―2017年棉花生育期变化

由棉花生育时期变化（图8）可见，气候变暖使棉花生育进程加快，近20 a乌苏市棉花播种期、出苗期、现蕾期和停止生长期均表现出不同程度的提前趋势，除停止生长期外，其他呈提前趋势的时期主要集中在春季，其中出苗期提前显著，速率为0.538 3 d·a－1（P＜0.05）； 开花期和吐絮期分别以0.115 8 d·a－1和 0.091 0 d·a－1的速率呈不显著延后趋势。按1998―2007年和2008―2017年2个时段分析，后者较前者棉花播种期、出苗期、现蕾期和停止生长期分别提早了2、4、1和6 d，而开花期和吐絮期分别推迟了2 d和1 d。

从棉花各生育阶段变化（表1）可以看出，苗期和蕾期呈延长趋势，其中蕾期通过了显著性检验（P＜0.05）。这些变化与生育期间气象条件密切相关，2000―2007年8 a中有4 a棉花出苗后出现了低温阴雨和强霜冻天气，气温低致使苗期棉花生育减缓。由此说明，虽然气候变暖，使热量条件得到了改善，对棉花生产整体有利；但由于春季冷空气活动频繁，气温的波动性加大，增加了棉花生产的风险。花铃期和吐絮期呈不显著缩短趋势，这对棉花霜前花率和产量的提高产生不利影响。

热量条件是影响乌苏市棉花生产的主要气象因子，近20 a棉花生长季平均气温升高、≥10℃积温增加、无霜期延长、光照增加，热量条件整体趋好，这些热量条件的改善有利于棉花产量和品质的提高。但高温日数增加对棉花生长不利，乌苏市高温天气主要出现在棉花蕾期及花铃期 （6―8月），高温天气增多，会导致棉花蕾铃脱落率增加，从而影响产量。8月平均气温的下降会对棉花花铃生长产生不利影响，个别年份棉花会遭受低温抑制，引起花铃脱落。对比图8和表1的变化趋势来看，在气候变暖的背景下，乌苏市棉花播种期、出苗期、现蕾期提前，可充分利用春季热量条件，利于棉苗早发快长，促进根系发育，形成壮苗，增强棉苗抗逆性。现蕾至开花期延长，有利于生殖器官的形成，提高产量。而吐絮期缩短对提高霜前花不利，同时缩短了后期棉铃发育时间，不利于增产。

表1 乌苏市棉花各发育阶段变化

3 结论

在全球气候变暖的大背景下，近20 a来乌苏市棉花生长期（4―10月）总体气候呈现平均气温升高，≥10℃的初日、终日提前，积温增多，初霜日、终霜日提前，无霜期增多，日最高气温≥35℃的高温日数和日照时间增多的趋势特征。棉花播种期、出苗期、现蕾期和停止生长期均表现出不同程度的提前趋势，开花期和吐絮期则呈不显著延后趋势。苗期和蕾期呈延长趋势，而花铃期和吐絮期则呈不显著缩短趋势。

在整个棉花生长季（4―10月）中，虽然整体气温有所增加，气候条件的变化对棉花生长发育的影响以利为主，但各生育时期热量分布不均，春季气温波动性大，加大了早播棉花苗期遭遇低温冷害的概率。8月气温显著下降对棉花产生不利影响，此时正处于棉铃生长的关键时期，个别年份可能会遭受低温抑制，引起花铃脱落。在生产栽培上应特别注意前期、后期的热量条件，根据气象部门的气候预测科学安排生产，做到趋利避害，保障棉花稳产高产。