新疆麦盖提垦区气象因素对棉花产量的影响

2018-12-05李慧琴胡宝马丽彭小峰郝全有李克福

中国棉花 2018年11期

李慧琴，胡宝，马丽，彭小峰，郝全有，李克福

（新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所，新疆图木舒克843900）

作物产量是由自然环境条件与基因型共同决定的，气候的任何变化都会对农业生产活动造成不同程度的影响[1]。温度是最重要的气象要素之一，也是热量资源分析中常用的指标之一，它决定植物生长、发展和收益[2-3]。如何适应和充分利用气候资源、趋利避害是近年来作物生产研究的热点[4]。棉花是我国重要的经济作物[5]，其种植面积居我国经济作物之首[6]；同时棉花也是一种喜温喜光作物，其产量形成除与品种、管理水平等有关外，气象条件也是重要的影响因素[7-11]。影响棉花生育期、产量的主要气候因子有气温和降水[12]，有关棉花产量与气象条件的分析国内外已有大量报道，重点探讨了各地作物受气象条件影响的关键因子和关键时段，孙佩[13]通过分析影响棉花产量的气象因素得出棉花生育期对产量影响最大的气象要素是气温，其次是日照时间，降水量的影响相对较弱。朱红霞等[14]分析气象条件对南通地区棉花生长的影响得出，在适宜的温度范围内，温度越高棉花的生长发育越好，最终产量也越高。杨华等[15]对新疆昌吉州主要植棉区的气温、降水和日照等气象资料进行了全面的统计分析，得出昌吉州主要植棉区影响棉花生长发育的主要气象因素是播种期的霜冻、苗期的低温、花铃期的高温、吐絮期的低温和全生育期的热量，并指出在棉花幼苗生长期间必须密切注意低温、霜冻的危害。阿布都克日木·阿巴司等[16]通过分析喀什气候变化认为棉花生产受多种因素制约，年际产量波动较大，其中以气候条件对棉花产量和品质的影响最为重要。尹忠岭等[17]研究表明焉耆盆地植棉的主要问题是7月热量不足，影响产量和品质。由于各棉区棉花栽培方式不同，气候类型不同，得到的结果也不尽相同。

麦盖提垦区位于新疆喀什地区东部、塔克拉玛干沙漠边缘，具有良好的光热资源，4—10月是棉花的生长期。本文在不考虑土壤、播期、栽培措施等因素的前提下，分析了2010－2016年各年度4—10月的气象资料（月平均气温、≥20℃活动积温、降水量），以及这7年内的棉花产量构成因素（密度、单株成铃、铃重、衣分和皮棉产量），研究气候变化对棉花产量构成的影响，为麦盖提垦区应对气候变化提供参考。

1 材料与方法

1.1 气象资料来源与分类

气象数据来源于2010—2016年麦盖提垦区新疆建设兵团第三师45团气象站，根据棉花的生育期取每年4—10月的数据，包括平均气温、≥20℃活动积温、降水量。

1.2 棉花产量构成数据来源与分析

棉花产量构成数据同样来源于2009—2016年麦盖提垦区新疆生产建设兵团第三师45团，包括密度、单株成铃、铃重、衣分和皮棉产量，其中皮棉产量为实收产量。为了更准确的反映气象因素对棉花产量的影响，本文将皮棉产量分解为趋势产量、气象产量和随机波动产量3部分，而在实际应用中由随机因素引起的棉花产量的波动很小，一般忽略不计，因此可以得到：

式中：y为皮棉单产，yt为趋势产量，yw为气象产量。

本文采用一元回归的方法来模拟时间趋势产量，再将皮棉产量减去趋势产量，得出受气象因素影响的气象产量(表1)。

表1 2010—2016年麦盖提垦区棉花皮棉产量统计 kg·hm－2

1.3 数据分析

用Microsoft Excel 2010软件进行数据计算、作图和数据分析。

2 结果与分析

2.1 麦盖提垦区棉花生育期的气象情况

2.1.1月平均气温变化。麦盖提垦区棉花历年各生育期平均气温如图1所示。各年份4月平均气温16.1～18.5℃，其中2013年和2016年4月平均气温较高且高于其他年份0.4～2.4℃；5月的平均气温相差较小在20.4～22.7℃之间，其中2015年5月平均气温较高且高于其他年份0.2～2.3℃；6月的平均气温在23.3～27.4℃之间，其中2016年6月平均气温较高且高于其他年份1.4～4.1℃；7月份的平均气温在25.1～29.2℃之间，其中2015年7月平均气温较高且高于其他年份2.0～4.1℃；8月平均气温在22.7～26.3℃之间，其中2011年8月平均气温较高且高于其他年份0.2～3.6℃；9月平均气温相差较小，介于19.4～21.6℃之间；10月的平均气温介于12.1～14.8℃之间，其中2013年10月平均气温较高且高于其他年份0.7～2.7℃。

图1 2010—2016年麦盖提垦区棉花生育期月平均气温

2.1.2 ≥20℃活动积温变化。活动积温即作物某时段或某生长季节内逐日活动温度的总和，是作物生长发育对热量要求的主要指标。麦盖提垦区2010 —2016年棉花生育期≥20℃活动积温变化如图2所示。各年份4月≥20℃活动积温介于41.1～290.8℃之间，其中2011年≥20℃活动积温较其他年份高59.1～249.7℃；5月≥20℃活动积温介于404.1～612.6℃之间，其中2015年5月≥20℃活动积温较其他年份高 42.7～208.5℃；6月≥20℃活动积温介于649.0～822.9℃之间，其中2016年6月≥20℃活动积温较其他年份高71.3～173.9℃；7月≥20℃活动积温介于772.4～906.6℃之间，其中2015年7月≥20℃活动积温较其他年份高63.7～134.3℃；8月≥20℃活动积温介于553.2～815.2℃，其中2011年8月≥20℃活动积温较其他年份高6.1～262.0℃；9月≥20℃活动积温介于251.0～519.6℃，2016年9月≥20℃活动积温较其他年份高42.9～268.6℃；2010—2012年和2015年10月份均没有≥20℃的活动积温，2014年10月≥20℃活动积温较2013年高61.8℃，较2016年高61.6℃。

图2 2010—2016麦盖提垦区年棉花生育期≥20℃活动积温

2.1.3降水量变化。麦盖提垦区棉花生育期降水量见图3。在棉花各生育期中，2012年4月降水量20.7 mm，5月的降水量除2016年为1.2 mm外其他年份有逐渐减少的趋势；2014年5月未出现降水天气，6月降水量介于3.9～174.0 mm之间；2015年6月降水量较其他年份多128.7～170.1 mm，7月降水量介于9.7～77.8 mm之间，8月降水量介于1.1～281.0 mm之间，2015年8月降水量较其他年份多224.1～279.9 mm，10月除2010年、2012年和2015年有少量降水外其他年份均没有出现降水。

图3 2010—2016麦盖提垦区年棉花生育期月降水量

2.2 棉花产量构成因素

由表2可知，各年份棉花密度差异较大，其中2012年密度较其他年份高0.5万～3.6万株·hm－2；2010年棉花单株成铃与其它年份有极显著差异，较其他年份少0.5～1.4个；2010年铃重与其它年份有极显著差异，低于其他年份0.4～0.8 g；各年份衣分无显著差异；2010年皮棉产量与其他年份有极显著差异，低于其他年份 280.5～561.0 kg·hm－2。

表2 2010—2016年麦盖提垦区棉花产量及其构成因素

2.3 棉花产量构成因素与各月气象因素的相关性分析

相关系数是反应变量之间关系密切程度的统计指标。为了探明棉花产量构成因素和气象因素之间的定量关系，分别取2010—2016年各月有关气象因素的平均值为自变量，以单株成铃、铃重、衣分和皮棉产量为因变量进行统计分析。麦盖提垦区2010—2016年棉花产量构成因素与各月气象因素的相关系数见表3。

月平均气温对棉花单株成铃和皮棉产量均有较大影响，对铃重和衣分影响较小。其中6月平均气温与单株成铃呈极显著正相关(r＝0.904)，与皮棉产量呈显著正相关(r＝0.783)；9月平均气温与单株成铃呈显著正相关(r＝0.831)，与皮棉产量呈显著正相关(r＝0.943)；7月平均气温与皮棉产量呈负相关；8月平均气温与单株成铃、铃重和皮棉产量呈负相关；全生育期平均温度与单株成铃呈显著正相关(r＝0.853)，全生育期平均气温越高单株成铃越多。

≥20℃活动积温对棉花单株成铃和皮棉产量均有较大影响，对铃重和衣分影响较小。6月≥20℃活动积温与单株成铃呈显著正相关 (r＝0.817)，9月≥20℃活动积温与单株成铃成极显著正相关(r＝0.946)，与皮棉产量呈显著正相关(r＝0.813)；全生育期≥20℃活动积温与单株成铃呈极显著正相关(r＝0.934)，与皮棉产量呈显著正相关(r＝0.811)，全生育期≥20℃活动积温越高皮棉产量越高。月降水量对棉花单株成铃有较大影响，对铃重、衣分和皮棉产量影响较小，其中降水量与单株成铃呈负相关，7月降水量与单株成铃呈显著负相关(r＝－0.860)。

3 讨论

麦盖提垦区4月很少出现降水天气，整体对播种出苗有利。5月正式进入棉花苗期，此时期是形成壮苗的关键期，适宜的气温不但有利于棉花地上部分茎叶的生长，还有利于地下部分棉花根系的下扎。6月棉花陆续进入现蕾期，此时期适宜的温度能够促进棉花生长发育，为棉花丰产做好准备。现蕾的最低临界温度为19～20℃，且温度升高，现蕾速度加快。一般而言，现蕾的适宜温度为25～30℃，蕾期温度越高，棉铃发育越快，单株成铃越多，皮棉产量也越高，这与孙佩[13]的研究结果基本一致。7月和8月棉花处于开花结铃期，是棉花产量形成的关键期，此时的天气情况对产量形成尤为重要，花铃期气温超过35℃不仅会使花粉丧失活性，不能正常授粉，还会延缓棉花正常的生长发育，因此7月和8月积温越高单株成铃越少、皮棉产量越低，此时期出现降水天气总体而言能缓解极端高温天气的出现，同时能够不同程度改善麦盖提垦区位于塔克拉玛干沙漠边缘特殊的干燥气候，促进棉花生长。但并非降水量越多越好，相反7月降水量越多单株成铃越少，这是由于7月正值棉花开花盛期，较多的雨水天气会使花粉丧失活性不利于开花授粉。9月是棉花吐絮的关键时期，较高的气温更有利于棉花铃壳开裂，气温高于20℃时，有利于棉花发育、吐絮，温度较低抑制了棉花的生长发育，延缓吐絮，此时如遇大量降水不仅不利于棉花吐絮还易形成僵瓣花，整体而言垦区9月的气象条件对棉花吐絮有利。