2022 年吐鲁番盆地气温对棉花“三桃”的影响

陈永川，朱冰雨，张江明，班海峰，李茂春，王雪姣

（1.吐鲁番农业气象试验站，新疆 吐鲁番 838000;2.吐鲁番市高昌区气象局，新疆 吐鲁番 838000；3.新疆阿拉尔市气象局，新疆 阿拉尔 843300；4.新疆农业气象台，乌鲁木齐 830002）

棉花“三桃”是指伏前桃、伏桃和秋桃，分别在7 月15 日之前、7 月16 日至8 月15 日、8 月16 日至9 月10 日之间开花授粉所结的直径≥2 cm 的成铃数，是棉花产量的重要构成因素和衡量棉花产量高低的重要指标[1-2]。吐鲁番盆地位于新疆东部、天山支脉博格达山南麓，农业生产历史悠久，气候酷热，光热资源特别丰富，具有得天独厚的植棉优势，棉花品质在我国名列前茅。虽然近几年吐鲁番市棉花种植面积有所萎缩，但从当地统计局与农业农村局的最新资料来看，2022 年吐鲁番盆地的棉花种植面积仍达5 193 hm2，棉花是当地农民除了葡萄之外最主要的经济来源。多年来，吐鲁番盆地因受气候变暖的影响，极端气象灾害日益增多，农业气象灾害和病虫害日益严重，每年因气象灾害造成的棉花经济损失呈现日益上升的趋势，尤其是2022 年，棉花伏桃、秋桃异常偏少，严重影响了棉花的产量与农民的经济收入。极端气象灾害是当前和今后一段时间制约本地棉花高产、稳产和农民增收的重要因素。因此，笔者团队基于2022 年农业气象观测中棉花“三桃”普查数据，对吐鲁番盆地棉花生长发育期间气温实况进行统计分析，研究气温变化对棉花生长发育及产量的影响，为充分利用气候资源、趋利避害、推进棉花生产可持续发展提供参考。

1 资料来源与研究方法

1.1 作物资料

依据吐鲁番盆地的地形特征，以火焰山为界，将吐鲁番盆地划分为山南与山北，根据资料站点的代表性和完整性，选取火焰山以南的吐鲁番农业气象试验站代表山南，火焰山以北的鄯善县气象局观测站代表山北。

2022 年，在山南和山北，按照《农业气象观测规范》[1]的要求，分别选取0.3 hm2以上，品种相同、田间管理一致的具有代表性的高产、中产、低产3类棉田。其中，高产田是本地段产量水平比当地近5 年平均产量高20%以上的地块，中产田是本地段产量水平比当地近5 年平均产量高10%～20%或相当于平均产量的地块，低产田是本地段产量水平比当地近5 年平均产量低20%以上的地块。在每种类型的棉田随机选择4 个测试点，每个测试点连续固定10 株棉株，分别在7 月15 日、8 月15 日和9月10 日进行定时挂牌调查记录伏前桃、伏桃和秋桃数量，计算其单株平均值；单株伏前桃、伏桃和秋桃的历年数据均来源于1993—2021 年吐鲁番农业气象试验站与鄯善县气象局农业气象观测资料。

1.2 气候资料

选取吐鲁番农业气象试验站与鄯善县气象局2 个国家级气象站棉花生长期间对棉花生长有较大影响的2022 年6－9 月各旬平均气温、月平均最高气温、≥40 ℃的高温日数等主要气象因素资料，连同吐鲁番农业气象试验站与鄯善县气象局1991—2020 年的历年气候统计数据进行对比分析。

2 结果与分析

2.1 2022 年棉花“三桃”构成分析

由表1 可以看出，与历年同期均值相比，2022年吐鲁番盆地除了山南中产田伏前桃数量略偏少、山北中产田秋桃数量无变化外，其他地段的伏前桃、伏桃、秋桃数量变化趋势完全一致，都是伏前桃增加，伏桃、秋桃减少。其中：高产田伏前桃增幅最大，在1.3～4.6 个；伏桃降幅最大，在3.5～5.7 个；变化幅度都是山南大于山北。伏前桃、伏桃增减幅度都是高产田＞中产田。山南秋桃数量变化幅度是中产田＞高产田、低产田。2022 年伏桃、秋桃这种异常偏少的现象在吐鲁番盆地的棉花生产中是十分少见的。

表1 吐鲁番盆地2022 年棉花“三桃”数量和历年平均值比较

2.2 2022 年气温条件对“三桃”构成的影响

2.2.1平均气温。棉花是喜温作物，在适宜的温度条件下，其发育速率随温度的升高而加快[3]。从表2可以看出：2022 年在6－9 月 （吐鲁番盆地棉花开花结铃的关键时期）棉花产量形成关键期内，吐鲁番盆地各旬平均气温在24.2～37.2 ℃；与历年同期均值相比，除了8 月下旬山南、山北各旬平均气温略偏低外，其他各旬均比历年偏高，且整体呈现出山北比山南温度距平大。与棉花开花、结铃要求的温度25～35 ℃[3]相比，在7 月中旬之前，山北的各旬平均气温基本没有超过棉花开花、结铃要求上限温度，而山南6 月中、下旬平均气温较棉花开花、结铃要求的上限温度偏高了0.7～2.2 ℃，但此时山南棉花的伏前桃已基本形成，平均气温的偏高对山南棉花伏前桃的形成没有产生明显的不利影响。7 月中旬－8 月上旬是棉花伏桃形成的主要阶段，而7月下旬－8 月上旬的平均气温在35.1～37.0 ℃，平均气温持续偏高且超出棉花开花、结铃要求温度上限，特别是7 月下旬山南、山北的平均气温均比历年同期高近4 ℃，严重影响了棉花伏桃的形成，造成结铃数明显减少。

表2 吐鲁番盆地2022 年6－9 月各旬平均气温及历年均值 ℃

2.2.2平均最高气温。棉花虽然是喜温植物，但在开花、结铃过程中对温度的反应极为敏感，当温度过高时，会导致光合速率下降、呼吸强度上升，使花粉粒败育，严重影响棉花授粉和蕾铃的形成、生长；同时因蒸腾作用加强，造成棉花水分供需失调，生长发育受阻，进而导致棉铃的脱落率严重升高[4-10]。6－9 月是吐鲁番盆地棉铃形成的重要阶段。从表3可知：2022 年6 月、7 月平均最高气温都在40 ℃以上，但此阶段棉花的伏前桃已基本形成，故此期的高温对棉花伏前桃的形成未产生较大影响；综观6－9 月，山南和山北各月平均最高气温均不低于33.6 ℃，除了8 月平均最高气温比历年同期均值略偏低外，其余各月都比历年同期均值偏高，尤其9月整个盆地的平均最高气温比历年同期均值偏高近3.0 ℃。因此推断，平均最高气温升高是造成吐鲁番盆地棉花伏桃数和秋桃数明显减少的主要原因之一。

表3 吐鲁番盆地2022 年6－9 月各月平均最高气温与历年均值 ℃

2.2.3≥40 ℃高温日数。棉花在现蕾、结铃时期遇到较长时间的高温天气，会导致光合速率下降，同时会使棉株呼吸作用加强，增大营养的消耗，导致消耗大于合成，引起植株体内光合产物亏缺，易引起棉株蕾铃因生长发育所需的营养得不到充分供应而大量脱落[11]，尤其是持续≥40 ℃的高温[4]。从表4 可以看出，2022 年吐鲁番盆地自6 月份开始，高温天气频发，≥40 ℃高温日数增多。除了8 月份的≥40 ℃高温日数较历年同期偏少近1 d 外，其他各月都比历年同期偏多；其中在6 月9－16 日、6月21 日－7 月6 日、7 月21 日－8 月1 日、8 月3－11日接连出现了4 次≥40 ℃的连续高温天气过程，连续最长达16 d，更为少见的是9 月≥40 ℃的高温日数比历年同期平均偏多0.9～4.9 d。其中，全盆地范围内，极端最高气温在44.2～47.7 ℃，出现在7 月23 日。综上可知：当地6 月中旬至7 月上旬出现了≥40 ℃高温天气过程，但此时棉花伏前桃的现蕾、开花和结铃已基本完成，因此对伏前桃未造成明显影响。综合≥40 ℃高温日数、持续时间和结铃情况推断，7 月上旬以后≥40 ℃的高温日数增多与连续性的高温天气是导致吐鲁番盆地2022年伏桃和秋桃减少的重要因子之一。

表4 吐鲁番盆地2022 年6－9 月≥40 ℃的高温日数 d

3 结论

利用气温资料与植物生态学原理，在吐鲁番盆地棉花棉桃形成的关键时期，对棉花“三桃”的形成、生长进行了分析，得出：吐鲁番盆地6 月上旬至7 月上旬的平均气温、月平均最高气温、≥40 ℃的高温日数及连续性高温天气未对棉花的伏前桃产生较大影响，导致伏桃数、秋桃数严重减少的主要气候因子是7 月上旬以后平均最高气温升高、≥40 ℃的高温日数增多与连续性的高温天气。

本研究只是从气温条件结合生态学知识对“三桃”生长、形成等的影响因素进行了分析，导致棉花生长受抑制、棉铃形成减少的因素是多方面的，诸如病虫害、田间管理措施、水肥供给等，对这些因素还有待进一步的研究与探讨。