新疆阿克苏地区1991―2023年终霜日变化对棉花播种出苗的影响

2024-06-24刘海蓉张仕明严建昌李徐翘楚卢建国朱虹李瑞

中国棉花 2024年5期

刘海蓉张仕明严建昌李徐翘楚卢建国朱虹李瑞

收稿日期：2023-11-29 第一作者简介：刘海蓉，高级工程师，主要从事农业气象服务研究，1120367336@qq.com。*通信作者：张仕明，高级工程师，主要从事农业气象服务研究，zsm911@163.com；严建昌，高级工程师，从事农业防灾减灾工作，1487503689@qq.com

基金项目：新疆气象局引导性计划项目（YD202224）

Influence of the final frost day change from 1991 to 2023 on cotton seeding and seedling in the Aksu Prefecture of Xinjiang

Liu Hairong， Zhang Shiming*， Yan Jianchang*， Li Xuqiaochu， Lu Jianguo， Zhu Hong， Li Rui

摘要：春季终霜冻害和低温冷害及其引发的病害是造成新疆阿克苏植棉区棉田大面积严重缺苗断垄、毁种重播的主要原因。2023年4－5月新疆阿克苏地区棉花播种出苗期遭遇异常低温灾害天气，致使棉花补种和重播面积创历史之最。根据历史气象数据，应用统计方法分析了1991―2023年阿克苏地区4个主产棉县市（库车市、阿拉尔市、阿瓦提县和阿克苏市）终霜日变化特征，及其对棉花播种出苗的影响；结合2023年当地气象条件，分析了当年苗期棉花冻害的成因、过程和影响。结果表明：终霜冻害风险，中部阿克苏市植棉区最小，靠沙漠南部的阿拉尔市以及东部库车市植棉区较大；4月终霜冻害发生概率，中部阿克苏市植棉区最低，南部阿拉尔市植棉区最高，南部阿瓦提县植棉区较高；阿拉尔市、阿瓦提县和阿克苏市的终霜日呈提前趋势，但偏晚年份时有发生，对棉花安全出苗构成威胁。结合2023年苗期棉花冻害发生情况分析，建议当地不能因早春气温高就盲目过早播种棉花，而应根据气候变化规律及土壤特点趋利避害，在气象条件达到要求且较稳定时再播种。

关键词：终霜日；低温冷害；棉花；播种出苗期；阿克苏地区；气象灾害

在全球气候变暖背景下，极端性气候事件增多[1]，农业气象灾害的发生呈频次高、强度大、影响广等特征。随着气候变暖背景下终霜冻日提前，个别年份霜冻日波动较大的极端天气成为农业生产中须加强防范的灾害性天气之一[2-3]。同时，随着气候变暖，春季低温冷害日数呈现总体缓慢减少的趋势，但是随着21世纪气候不稳定性的加剧，气候波动更为明显，出现极端气候事件和灾害的概率增加[4]。新疆棉花的播种出苗长期以来受到低温冷害、终霜冻害、大风沙尘、冰雹等多种类型气象灾害的影响[5]。其中低温冷害、终霜冻害致灾范围广、灾害重，因此，当地棉花生产中更加关注气候变化对棉花播种出苗的不利影响[6-8]。

阿克苏地区是新疆最大的产棉区，棉花产业是当地经济发展的重要支柱产业和农民增收的主要来源。棉花播种出苗期正值春季强冷空气活动最频繁的时期，棉苗易遭遇霜冻或低温冷害，造成缺苗断垄甚至毁种重播[9-10]，对棉花优质高产造成严重影响。2023年4－5月阿克苏地区棉花播种出苗期频繁出现低温、霜冻、寒潮天气，造成当地棉花补种和重播面积均创20世纪80年代地膜植棉以来历史之最。目前，关于新疆北疆植棉区低温冷害类型和防御措施的研究报道较多[3-4]，但关于低温冷害和霜冻灾害对南疆阿克苏植棉区棉花出苗的影响鲜有报道。随着气候变化的极端性增强，阿克苏地区棉花苗期遭受终霜冻害和低温冷害的频次增加。鉴于此，本研究利用阿克苏地区历史气象数据和棉花播种出苗期资料，应用统计分析方法，探讨在气候变化背景下，阿克苏地区棉花播种出苗期终霜日的时空变化特征及低温灾害的影响，为制定棉花低温危害防御对策提供依据。

1 资料获取与研究方法

1.1 资料来源

选取阿克苏地区东部植棉区库车市（82.97°E，41.72°N）、南部植棉区阿拉尔市（81.26°E，40.61°N）和阿瓦提县（80.39°E，40.64°N）、中部植棉区阿克苏市（80.38°E，41.12°N）这4个有代表性的主产棉区。收集上述4个植棉市（县）气象局1991―2023年3－5月的日最低气温、日平均气温、终霜日和棉花的播种期、出苗期农业气象观测资料。

1.2 研究方法

通过线性回归方法分析4个植棉区终霜日年际变化特征和气候倾向率a，气候倾向率由回归分析方程y＝ax＋b得出。其中：y为终霜日，以日序做回归分析；x为时间序列，是从0（1991年）开始；b为常数项。

1.3 数据处理与分析

低温对棉花出苗的影响可分为霜冻灾害和冷害。霜冻灾害指温度短时间内降至0 ℃或0 ℃以下造成棉苗受害，棉花叶片呈水烫状，甚至全株死亡；冷害指0 ℃以上低温给棉花生长发育带来不利影响，冷害持续时间一般较长[11-13]。棉花苗期冷害包括出苗期和出苗后2个阶段。棉种萌发的临界下限温度为12 ℃，幼苗生长的临界下限温度为16 ℃[14]。本研究以日最低气温≤0 ℃作为霜冻指标；以日平均气温＞0～≤12 ℃且持续3 d以上作为出苗冷害指标[13]；以日平均气温＞0～≤16 ℃作为幼苗生长的冷害温度指标[14]。

数据整理、气候特征分析和棉花生育期变化特征分析均采用Microsoft Excel 2010软件。棉花播种期、出苗期的历年平均值为1991―2020年的30年平均日期；主产棉区3月上旬－5月上旬的霜冻概率为1991―2023年各旬出现霜冻的次数占总霜冻次数的比例。

2 结果与分析

2.1 终霜冻害分布

2.1.1 终霜日分布。阿克苏地区4个主产棉区（库车市、阿拉尔市、阿瓦提县和阿克苏市）的终霜日集中（67%～70%）出现在3月中旬中期至3月下旬（3月16－30日）。由表1可见，1991―2023年4个主产棉区的平均终霜日最晚（3月23日）出现在阿拉尔市植棉区，阿拉尔市的最早、最晚终霜日均相对偏晚，分别为3月8日（2004年）和4月21日（2003年）；平均终霜日最早（3月16日）出现在阿克苏市植棉区，该植棉区的最早终霜日为3月2日（2008年、2023年），最晚终霜日为4月12日（1996年）；阿瓦提县植棉区的平均终霜日为3月20日，其最早、最晚终霜日分别为3月5日（2004年）和4月11日（1996年）；库车市植棉区的最早、最晚终霜日均为4个主产棉区的极值，分别为3月1日（2018年）和5月7日（2023年），说明该植棉区终霜日极端性强。

在气候变暖背景下，总体来看终霜日明显提前，但部分年份终霜日出现在4月及以后的情况也时有发生，一旦延迟，终霜日与棉花播种出苗期重叠，会对棉花生产造成巨大损失。如2023年库车市创阿克苏地区有气象数据记录以来最晚终霜日（5月7日），对棉花生产造成严重影响。4月出现霜冻概率：阿克苏市最小，为9%；阿拉尔市最高，为21%，发生霜冻低温灾害的风险相对较高（表1）。

2.1.2 终霜日年际变化。1991―2023年阿克苏地区3个主产棉区（阿拉尔市、阿瓦提县和阿克苏市）的平均终霜日总体呈提前趋势，库车市植棉区的平均终霜日总体呈延迟趋势（图1）。其中，阿瓦提县植棉区终霜日提前幅度最大，提前速率约为6.06 d·（10 a）－1；其次为阿克苏市植棉区，提前速率约为5.10 d·（10 a）－1；终霜日变化最小的为库车市植棉区，每10 a延迟约0.32 d。2021―2023年阿克苏市和阿瓦提县植棉区的终霜日呈提前变化趋势，阿拉尔市和库车市植棉区的终霜日呈延迟变化趋势，2023年阿拉尔市和库车市植棉区终霜日分别为4月5日和5月7日，库车市最晚终霜日突破当地历史极值。各植棉区终霜日年代际变化均达到差异显著水平（P＜0.05）。

2.2 棉花播种期和出苗期

2023年阿克苏市棉花播种期最早，为4月12日，出苗期也最早，为4月23日，且播种期和出苗期较历年（1991―2020年平均值）均偏早1 d。阿克苏市棉花播种期正好错过4月上旬低温时段，气象条件对棉花播种和出苗影响不大；其余3个植棉区2023年棉花播种期和出苗期均晚于历年平均值，其中阿拉尔市植棉区棉花播种期（4月21日）最晚，较历年偏晚7 d，出苗期（5月2日）也最晚，较历年偏晚4 d。2023年库车市棉花播种期至出苗期的间隔时间最长，为15 d（表2）。

2.3 2023年阿克苏地区霜冻灾害及低温冷害对棉花播种出苗的影响

播种至出苗期是棉花对温度最敏感的时期之一。棉籽萌发时处于明显的冷害敏感期，冷冻处理后的棉花种子出苗率降低26%[15-16]。棉花出苗前遇低温冷害时表现为烂种烂芽，出苗后遇低温阴雨天气则表现为烂根、死苗和立枯病暴发，造成缺苗断垄，甚至毁种重播[12]。

2023年3月气温偏高，阿克苏地区棉花于3月底左右开始播种。东部库车市植棉区4月2日出现寒潮（24 h内气温降低幅度≥8 ℃，且日最低气温下降到4 ℃或以下），日最低气温降至1.9 ℃，之后气温持续下降，至4月5日日最低气温降至

－2.4 ℃，出现霜冻，同日南部阿拉尔市植棉区也出现霜冻，日最低气温为－0.9 ℃。4月4－7日，阿克苏地区东部植棉区连续4 d、南部和中部植棉区连续3 d的日平均气温低于10 ℃，达到棉花出苗冷害指标[14]，造成早播棉花出苗困难，出现烂种现象，致使部分早播棉田重播。4月8日后气温有所回升，对棉花播种有利，但气温回升缓慢，棉花出苗进程缓慢。4月19－22日东部植棉区断续出现小雨，库车市植棉区4月22日再次出现寒潮降温天气，日平均气温持续6 d低于16 ℃，低温高湿环境造成刚出苗的棉花立枯病大发生[17]，在未出苗棉田，因降水造成播种孔内土壤板结而烂种，不得不重播、补种。5月4－7日阿克苏地区再次出现降温天气，日平均气温持续在10 ℃以下，其中东部库车市植棉区再次出现寒潮和霜冻降温天气，5月6日和7日库车市日最低气温分别为－1 ℃和－0.5 ℃，创阿克苏地区最晚终霜日记录，造成棉花严重受灾，部分棉田反复重播3～4次。4月至5月上旬，东部库车市植棉区出现2次霜冻和3次寒潮及降水天气，造成当地播种出苗期棉花受灾程度最重。2023年棉花播种、出苗关键期（4－5月）连续或迭次出现大风沙尘、降水、冰雹、霜冻、寒潮、低温等多种灾害天气[18]，造成气温明显偏低且持续低于棉花出苗和幼苗生长的下限温度，造成棉花出现僵苗、死苗、烂根等受灾现象[19]，创棉花补种和重播面积历史之最。

3 讨论与结论

利用阿克苏地区4个植棉区（库车市、阿拉尔市、阿瓦提县和阿克苏市）终霜日和棉花播种出苗期资料，分析终霜日的时空分布特征及低温冷害对棉花播种出苗的影响，研究发现：4个植棉区的终霜日集中在3月中下旬，在气候变暖背景下阿拉尔市、阿瓦提县和阿克苏市植棉区的终霜日显著提前，但极端性增强，危害加重，库车市植棉区的终霜日呈延迟趋势。阿克苏市植棉区4月出现霜冻的概率最小（9%），且平均终霜日出现最早；阿拉尔市植棉区4月出现霜冻的概率最高（21%），霜冻低温灾害发生风险相对较高，且终霜日相对偏晚。建议阿克苏地区4个主要植棉区春季棉花播种顺序为：中部阿克苏市最早，其次为南部阿瓦提县和东部库车市植棉区，最晚为南部阿拉尔市植棉区，但具体播种时间仍需要参考当地当年的天气预测结果。

在气候变暖背景下，终霜日明显提前，不能因早春气温高就盲目过早播种棉花，而应根据当地的气候变化规律及土壤特点趋利避害，当气象条件达到要求且较稳定时再播种。目前，在机械化程度较高且采用干播湿出播种技术的条件下，在预测有晚霜、低温等不利天气时，可适当推迟棉花播种时间，避开低温天气，抓住“冷尾暖头”播种，减轻不利天气影响。同时，须重视选择种植苗期耐低温能力强的棉花品种。此外，应加强研究，筛选出既能反映问题、又便于监测的本地化的致灾气象指标，提高精细化、精准化服务水平和预测预警能力，实现多部门联防联控、互动联动，共同应对气象灾害，将气象灾害对棉花造成的损失降至最低。

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