低温冷害对新疆沙湾棉花生长发育的影响---以2023年为例

高婧毛荣井立红井立军高永健

(1.沙湾市气象局，新疆 沙湾 832100；2.塔城地区气象局，新疆 塔城 834700；3.沙湾市农业农村局，新疆 沙湾 832100)

引言

棉花是一种喜温、喜光作物，具有很强的抗旱、耐盐碱能力和环境适应性[1]，一生要经历播种出苗期、苗期、蕾期、花铃期、吐絮期等5个主要生育时期，棉花各生长发育阶段的生长中心不同，每个时期要求的最高、最低及适宜温度有所不同。棉花产量潜力及纤维品质优劣与温度、日照时数及日照百分率、降水等密切相关[1]。棉花苗期长根、长茎、长叶，以增长营养体为主，并开始花芽分化，要求光照充足和温度适宜才有利棉苗生长，是形成棉花优质高产的基础；蕾期是营养生长和生殖生长并进时期，是棉花产量和品质形成的敏感阶段；花铃期是棉花一生中发育最旺的时期，是决定棉花产量构成因子中铃数、铃重以及纤维品质的关键时期。进入盛花期后，营养生长明显减弱，生殖生长逐渐转为优势；吐絮期是棉花产量与品质形成的巩固、增强阶段，良好的温、光条件是棉花获得优质高产的保证。

在全球气候变暖背景下，新疆沙湾地处气候变化敏感区域，近60年来呈现显著增暖增湿，气温增暖、积温增加对棉花生长发育十分有利。与此同时，气候变化造成天气、气候不稳定、不确定性因素增加，极端天气事件，灾害性高影响天气事件也日趋增多，如春季大风、低温冷害、持续高温、暴雨洪水、冰雹等。其中冷害是影响新疆棉花生产最主要的灾害[2]。针对低温冷害对棉花生产影响的诸多研究表明，由于气温增暖和新疆普遍采用地膜植棉，使播种期逐渐提前，棉花播种及苗期常因冷空气入侵，遭遇霜冻、低温冷害，造成棉花缺苗、断垄及毁种重播[3]，或是出现烂种、烂芽、烂根，保苗率降低，出土棉苗生长缓慢，影响棉花正常生长、成熟[4，5]。傅玮东等[6]指出，对北疆棉花单产影响较大的气象因子为≥10℃积温、平均气温、发育期间隔日数和日照时数。张永红[7]研究发现，温度对棉花生育有直接影响，低于18℃对棉花蕾铃脱落有影响，日极端最低气温≤18℃的天数越多，蕾铃脱落越明显。李铁山[8]指出，棉花铃期遇到低于15℃以下温度，低温会影响棉株体内有机物质的运转与干物质的积累，对棉花的生长发育和产量的形成十分不利；李新建等[9，10]通过热量指数作为指标来定量评估新疆棉花冷害等级。

1 研究区概况

沙湾市位于新疆维吾尔自治区塔城地区南部，地处新疆天山北麓中段，准噶尔盆地南缘，属大陆性中温带干旱气候。沙湾辖区主要河流，自西向东分别为巴音沟河、金沟河、宁家河、玛纳斯河、大小南沟河，均发源于南部天山山脉高山及中低山区，由冰川融水、雨、雪水混合补给汇流而成，是棉花灌溉的重要水源。沙湾行政区域面积为13110km2，棉花种植主要在山前冲击-洪积平原区，积温条件好，日照时间长，具有得天独厚种植棉花的光热资源和气候条件，是全国第1批60个优质棉花生产县之一。自2016年开始，沙湾市连续多年承担新疆维吾尔自治区棉花供给侧结构性改革试点，先后荣获全国重要农产品(棉花)生产保护区、国家优质商品棉生产基地、国家主要农作物(棉花)生产全程机械化示范县。沙湾棉花经历稀—密—高密的发展过程，棉花品质优、产量高，是全国产棉大县。2023年棉花种植面积达116667hm2，占耕地面积的71.4%，是沙湾农业的支柱产业。沙湾植棉区以种植早熟陆地棉为主，采用地膜覆盖(宽膜或超宽膜)，膜上点播，适度密植，节水滴灌，化学调控，耕种收全程机械化等一系列综合措施。随着种植制度模式化和规范化程度的不断推进，目前正向生产动态管理程序化、规范化和科学化迈进。

2 数据来源

气象要素日值数据来源于2023年沙湾、乌兰乌苏、炮台3个国家基本站和安集海、金沟河、老沙湾镇、柳毛湾镇、四道河子镇、沙北区等6个区域自动站，主要包括逐日气温、降水、日照、地表温度、草面温度、5cm地温等，国家站历年平均值时段为1991—2020年；棉花生育期数据来源于沙湾、乌兰乌苏、炮台等3个农业气象观测站，主要有播种期、出苗期、三真叶期、五真叶期、现蕾期、开花期、裂铃期、吐絮期、停止生长期等9个物候期。区域划分：中部棉区(沙湾、安集海、金沟河、乌兰乌苏)，北部棉区(炮台、老沙湾镇、柳毛湾镇、四道河子镇、沙北区)。

3 2023年棉花冷害

3.1 苗前冷害

4月上旬沙湾植棉区平均气温6.1～7.2℃，比历年同期偏低2.6～4.2℃，比2022年同期偏低8.8～9.2℃。降水较历年同期偏少，日照时数比历年同期略偏多。4月7日开始出现持续升温，日平均气温升至12℃以上，持续7d后，部分棉农开始播种，至17日沙湾市棉花播种面积达8%左右。

4月17—19日沙湾棉区遭遇明显降水、寒潮及局地大风天气，中部棉区出现大到暴雨，降水量在16.5～21.5mm，是历年同期的3倍左右；北部棉区出现中量的雨，降水量在8.0mm左右，是历年同期的1.5倍左右。4月18—22日，中部棉区日平均气温在7.3～8.2℃，比历年同期偏低5.9～7.5℃，日最低气温降至0.9～2.1℃；北部棉区日平均气温在8.5～10.0℃，比历年同期偏低5.5～6.5℃，日最低气温降至-0.5～0.8℃。受此次强降水、降温天气影响，沙湾棉区4月18—22日持续5d日平均气温≤10℃，低于种子萌发的最低温度10.5～12.0℃，对棉种萌芽、出苗十分不利。播种至出苗期间，棉花处于最不抗冷害的发芽期，发芽到胚轴显著伸长这段时间，是棉花苗期冷害敏感期。根据实地调查情况显示：沙湾植棉区受此次寒潮和大降水影响，造成沙湾棉区已播棉花出苗困难，甚至出现烂种、烂芽。17日前播种的棉花，在4月28—29日出苗，出苗率不足70%。同时，大降水使田间持水量大，大型机械无法进地，播种进度受滞。

3.2 苗期持续低温冷害

5月2—6日出现持续低温阴雨寡照及局地大风天气，对棉花出苗和幼苗生长造成危害。通常情况下，棉花出苗7d内，若气温降至4℃，地面温度降为0℃左右时，幼苗叶片将会发生轻微受冻；当气温降至3℃，地面最低温度降到-1.5～-0.5℃时，幼苗严重受冻。沙湾棉区气象监测显示：5月2—6日沙湾植棉区出现断续降水，以微到小量为主，5月2日、4日和5日，沙湾棉区出现6～7级偏西阵风，瞬间极大风速19.4m·s-1。

由图1可知，受天气影响，5月2—6日沙湾中部棉区日平均气温在8.2～9.1℃，比历年同期偏低7.5～7.7℃，比2022年同期偏低13.1～14.0℃，日最低气温降至0.4～3.5℃；北部棉区日平均气温在9.7～10.1℃，比历年同期偏低6.5～7.9℃，比2022年同期偏低13～14℃，日最低气温降至1.1～2.0℃。由图2可知，地面最低温度从5月2日开始明显下降并维持较低，5月5日中部棉区降至-0.3～0.1℃，北部棉区降至-1.5～-0.8℃。由图3可知，5月3—6日，沙湾棉区草面最低温度降至-5～0℃，其中5月5日降至最低，中部棉区为-4.7℃，北部棉区为-2.7℃。对于在4月中旬—下旬初播种的棉花，在4月末—5月初已出苗，低温霜冻天气对已出苗棉花造成严重危害。由图4可知，5月2—6日中部棉区日照时数为27.6h，比历年同期偏少38.1%，比2022年同期偏少23.2%；北部棉区日照时数31.7h，比历年同期偏少31.0%，比2022年同期偏少19.7%。光照时间减少，光合作用降低，不利于有机物质的合成，影响棉苗的生长发育。

图1 5月上旬逐日平均气温

图2 5月上旬逐日地面草面最低温度

图3 5月上旬逐日地面最低温度

图4 5月上旬逐日日照时数

新疆维吾尔自治区农业气象台综合前人研究成果，结合棉花不同生长发育阶段对光温条件的需求，制定了棉花不同生育时期低温冷害分级判别指标(下文中冷害指标均参照新疆维吾尔自治区农业气象台业务体系标准)。依据北疆棉区苗期低温冷害指标，5月2—6日沙湾棉区日平均气温≤12℃，持续时间为5d，判定为出现苗期中度冷害，棉花出苗缓慢和困难，部分棉田出现了烂种、烂芽、僵苗、死苗等现象。特别是4月末—5月初出苗的棉田，抗冻抗病能力弱，受冷害影响严重，北部棉区的部分棉田缺苗、死苗严重，只能进行重播或改播其他作物。

受持续低温天气影响，5月上旬，沙湾植棉区气温特低，比历年同期偏低4.0℃左右，比2022年同期偏低约9.0℃，为2006年以来最低值；日照时数在70.9～80.3h，较历年同期偏少15.7%～22.9%，比2022年同期偏少17.3%～23.5%。根据5月5—13日对棉田苗情调查显示，此次持续低温天气对已出土的幼苗危害较大，造成棉苗烂根、枯萎。中部、北部棉区棉花每667m2株数明显少于2022年，比近10年平均值也偏少。5月气温持续偏低，棉苗生长迟缓，发育进程晚于常年和2022年。对采取人工补种措施的棉田则出现了大小苗情况，增加棉花中后期管理难度。

3.3 延迟性冷害

2023年沙湾植棉区早播棉花受4月17—19日寒潮、降水天气影响严重，进行了补种或重播，大部分棉花在4月下旬—5月初播种，较历年同期偏晚5～8d。5月上旬又遭遇持续低温天气影响，棉花出苗晚、棉苗生长缓慢，棉花生育期推迟。从播种以来的温度条件来看，4月下旬气温偏低0.9～1.5℃，5月上旬偏低3.7～4.3℃，5月中旬偏高2.2～2.7℃，5月下旬偏低0.9～1.7℃。4月中旬—6月上旬≥10℃积温比历年同期偏少207.5℃，比2022年同期偏少326.9℃。总体上来看，苗期气温偏低，积温偏少，棉苗生长迟缓。沙湾植棉区大部分棉花在6月中旬初期进入现蕾期，比历年同期偏晚5～6d，出现蕾期轻度延迟性冷害。

3.4 障碍型冷害

北疆棉区障碍型冷害是指在棉花花铃盛期(7月15日—8月15日)，遇到持续3d以上的日平均气温≤20℃(或日最低气温≤15℃)的强降温天气，属中度障碍型冷害。受冷空气活动影响，8月14日，沙湾棉区普遍有小到中量的雨，全天阴雨无日照。8月14—16日，中部棉区日平均气温在17.3～19.8℃，北部棉区在16.7～19.5℃；8月14—17日，中部棉区最低气温降至13.7～14.4℃，北部棉区降至12.0～14.7℃。由于2023年春季出现明显回寒天气，气温不稳定，沙湾棉区大部分区域棉花播种期推迟，5月上旬受持续低温影响，发生苗期中度低温冷害。受其影响，积温条件差于常年和2022年，棉花生育期延迟5～7d。所以，8月14—16日可以判定为出现了障碍型冷害，只是影响程度略偏轻。

4 低温冷害影响及防御技术措施

棉花苗期遇持续低温阴雨天气，棉籽发芽迟缓，出苗困难，易受病菌侵染，导致烂籽、烂芽。在采用“干播湿出”精量播种技术的前提下，根据天气情况，尽量避免在低温时段滴出苗水，以酌情减少滴水量，提高滴水频率的方式进行出苗水，同时随水滴施黄腐酸钾，增加抗病性，提高营养吸收，促进发芽生长。

出苗后受低温影响，棉苗抗病力降低，棉苗弱小迟发、生长缓慢，甚至出现烂根、死苗。需及时开展田间查苗，及时补种。对于严重缺苗、烂种、烂根的棉田，果断进行重播或改播其他作物。重播棉花需适度密植，狠抓“水肥控”管理，提高群体优势。

勤中耕，深中耕，提高土壤温度，促进棉苗生长，减轻低温危害。

在低温时段采用烟熏法，在棉田上风口燃放烟雾，形成烟雾隔离层，放烟持续时间应以能覆盖最低温度发生时段为宜。

受低温冷害影响，棉花生育进程停滞或延缓，棉田普遍存在大小苗情况，根据苗情适当轻控，采取“以促为主，合理化控”的方式进行化学调控。

苗期遭受低温冷害影响，棉花植株个体生长量低，可利用棉花再生能力强和无限生长的特性，适时增加施肥量，及时补充营养，施肥量要比平常年景增加10%左右，施肥次数也要增加1～2次。