气候变化对湖北省棉花物候期的影响

孙桂兰，雷亚平，熊世武，张正贵，王占彪，李亚兵

（中国农业科学院棉花研究所/ 棉花生物学国家重点实验室，河南 安阳 455000）

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次气候变化评估报告指出，1880―2012年，地球平均地表温度上升了0.85 ℃[1]。农业是对气候变化最敏感的领域。气候变化通过光照、热量和水分等资源的变化影响作物的生长发育进程，从而影响作物的产量[2-5]。充分理解气候变化对作物的影响，在农业生产中探寻高效利用气候资源、提高作物产量的措施，成为气候变化研究的重要内容之一[6]。

物候期是进行农业生产的重要依据，也是作物对气候变化响应的最敏感的指标之一[7]。因此，研究气候变化对物候期的影响，也是气候变化研究的焦点之一[8]。近年来，国内外学者基于气象数据、农业气象站点的物候期观测数据、卫星资料数据和作物模型等分别研究了小麦、玉米、水稻等大宗作物物候期变化及其对气候变化的响应[9-12]，但关于气候变化对棉花物候期影响的研究相对较少。

棉花是我国主要经济作物之一，种植历史悠久，全国有三大优势产区，即长江流域、黄河流域和西北内陆棉区[13]。湖北省是长江流域棉区重要的棉花种植省份。近50年来，湖北省年平均气温和年降水量呈逐渐增加趋势[14-15]。气候变化势必对湖北省棉花生产产生重要的影响。因此，研究气候变化背景下湖北省棉花各生育阶段水热资源的变化趋势及其对棉花物候期的影响，可为指导湖北省棉花生产、有效利用气候资源和提高棉花产量提供重要的理论基础。

1 材料和方法

1.1 数据来源

棉花物候期数据和气象数据均来源于中国气象局。由于数据限制，物候期数据仅包括1994―2013年湖北省3 个农业气象试验站的棉花播种、出苗、现蕾、开花、吐絮和收获日期。3 个气象站点与农业气象试验站对应或相邻，气象数据包括3 个站点的逐日平均气温和降水量数据（表1）。

1.2 测定指标和方法

1.2.1棉花物候期及生育阶段的划分。选取了6 个棉花重要的物候期，分别为播种、出苗、现蕾、开花、吐絮和收获； 选取了6 个棉花重要的生育阶段，即播种―出苗、出苗―现蕾、现蕾―开花、开花―吐絮、吐絮―收获以及播种―收获。其中，物候期以日序计算。各农业气象试验站点的棉花物候期以1994―2013年平均值计算（表2）。

表1 气象站点和农业气象试验站点信息

表2 1994—2013年湖北省农业气象试验站点物候期的平均日序

1.2.2生育期/气候的倾向率。生育期/ 气候的倾向率是指生育期/ 气候要素多年变化趋势，在计算过程中采用最小二乘法拟合一元线性方程[16]。线性方程为：X＝ a＋bt（X 为气象要素值，t为年份，a 为常数项，b 为回归系数）。一次方程中的回归系数即为生育期/气候的倾向率。

1.2.3数据分析。数据处理和作图均采用Microsoft Excel 2013 完成。

2 结果与分析

2.1 棉花各生育阶段气候变化特征

由表3可知，各生育阶段≥0 ℃积温和平均温度除播种―出苗和开花―吐絮2 个生育阶段呈降低趋势外，其他各生育阶段大致表现为升高趋势。3个站点播种―收获阶段≥0 ℃积温倾向率平均值为 1.204 ℃·d·a－1，平均温度倾向率平均值为 0.006℃·a－1。各生育阶段的降水量除出苗—现蕾阶段呈升高趋势，其他各生育阶段大致呈降低趋势。

2.2 棉花物候期变化特征

由图1可知，3 个农业气象试验站点的播种期和收获期均呈延后趋势。除襄阳驿外，其他站点的出苗期、现蕾期、开花期和吐絮期均呈提前趋势。其中，襄阳驿的播种期和现蕾期呈极显著延后趋势（P＜0.01），倾向率分别为 0.823 d·a－1、0.635 d·a－1；江陵的吐絮期呈显著提前趋势，倾向率为－0.653 d·a－1。

表3 1994—2013年棉花生长季温度、降水量变化倾向率

2.3 棉花各生育阶段长短变化特征

由图2可知，湖北省3 个农业气象站点棉花播种―出苗和现蕾―开花2 个生育阶段均缩短，出苗―现蕾阶段均延长。其他生育阶段，均有2 个站点表现为开花―吐絮和播种—收获延长，吐絮―收获缩短。另外，襄阳驿、江陵和天门3 个站点的播种―出苗均极显著缩短 （P＜0.01），倾向率分别为－0.350 d·a－1、－0.401 d·a－1和－0.248 d·a－1。江陵的现蕾―开花阶段表现为显著缩短 （P＜0.05），倾向率为－0.316 d·a－1；吐絮―收获阶段表现为极显著延长（P＜0.01），倾向率为 0.950 d·a－1。

2.4 棉花各生育阶段长短与气候变化的相关系数

由表4可知，棉花各生育阶段≥0 ℃积温和平均温度与该生育时期长短大致呈负相关，而降水量与该生育时期长短除播种—出苗阶段呈负相关外，其他生育阶段大致呈正相关。

图1 1994—2013年湖北省棉花物候期倾向率

图2 1994—2013年湖北省棉花各生育阶段长短倾向率

3 讨论与结论

气候变化背景下，作物生长季水热资源发生了显著的变化[17-18]。本研究发现，湖北省棉花各生育阶段≥0 ℃积温和平均温度除播种—出苗和开花—吐絮阶段呈降低趋势，其他各生育阶段大致呈升高趋势； 而降水量除出苗—现蕾阶段呈升高趋势，其他各生育阶段大致呈降低趋势。这与前人研究结果有所差异，主要原因在于本文是针对棉花各生育阶段水热资源变化趋势进行研究，而并非针对年平均降水量进行研究[15]。细化的结果对指导湖北省棉花生产具有更具体的帮助。

王占彪等[19-20]研究发现，河北省棉花除收获期呈延后趋势，其他物候期均呈提前趋势。各生育阶段变化表现为开花之前各生育阶段缩短，开花之后各生育阶段延长，整个生育期延长。而本研究发现，湖北省棉花播种期呈延后趋势，这与王占彪等[19]研究结果不一致，主要原因是湖北省与河北省的气候变化有所差异，本研究中湖北省棉花播种期≥0 ℃积温和平均温度呈下降趋势，所以播种期要推迟；而黄河流域棉花播种期温度升高，所以播种期提前。另外，本研究中各生育阶段长短的变化规律不是很一致，中间有升高有降低，而整个生育期呈延长趋势。造成这一结果的主要原因是由气温、降水变化、品种更替和栽培措施演变等多种因素共同造成了物候期变化，因而不能将气候变化作为物候期变化的唯一因素[6]，未来也应考虑多个气象因素、品种等因素，并利用模型进一步分析物候期变化。

本研究发现，气候变化会造成棉花物候期提前或延后，而物候期的变化可能会造成花期等对于极端高温、干旱、涝害等较为敏感的水分临界期发生变化，这就使得棉花生产产生了极大的不确定性，未来应对此进行深入研究，以降低减产风险。

表4 1994—2013年棉花各生育阶段气象变化与该生育阶段长短的相关系数