新疆博州氣象條件對棉花產(chǎn)量的影響分析

周守華，劉忠禮，韓歡慶，王翔，方雯

（1.荊州農(nóng)業(yè)氣象試驗站，湖北荊州 434100；2.新疆博州氣象局，新疆博州 833400）

新疆博州氣象條件對棉花產(chǎn)量的影響分析

周守華1，2，劉忠禮2，韓歡慶2，王翔2，方雯2

（1.荊州農(nóng)業(yè)氣象試驗站，湖北荊州 434100；2.新疆博州氣象局，新疆博州 833400）

氣象條件對棉花產(chǎn)量有著明顯的影響，分析總結(jié)博州棉花生產(chǎn)受氣象條件影響的關(guān)鍵因子和關(guān)鍵時段，將為保證博州棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。本文利用新疆博州1997—2012年的棉花產(chǎn)量、生育期、和氣象資料，采用直線回歸擬合方法分離出氣象產(chǎn)量，并與棉花全生育期內(nèi)各時段的氣象要素進行相關(guān)分析，總結(jié)出博州棉花生產(chǎn)受氣象條件影響的關(guān)鍵因子和關(guān)鍵時段。結(jié)果表明，4月中、下旬播種出苗期，降水和日照是影響博州棉花產(chǎn)量的主要影響因子；5月幼苗期，降雨日數(shù)和日照時數(shù)是影響棉花產(chǎn)量的關(guān)鍵因子；6月處于五葉和現(xiàn)蕾期，氣溫和日照是影響棉花產(chǎn)量的關(guān)鍵因子；7月是博州最熱的季節(jié)，棉花處于開花期，并開始結(jié)鈴，降水和氣溫是影響棉花生長的關(guān)鍵因素；8—9月棉花裂鈴和吐絮期，博州出現(xiàn)影響棉鈴生長的高溫干旱和低溫寡照天氣不明顯。最后針對博州棉花生產(chǎn)提出了氣象服務(wù)重點工作建議，為搞好氣象為農(nóng)服務(wù)，為博州棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。

博州；氣象條件；棉花；產(chǎn)量；分析

我國是產(chǎn)棉大國，新疆是我國最大的棉產(chǎn)區(qū)，2012年新疆棉花種植面積達165×104hm2，總產(chǎn)量達到318×104t，同比增長9.7%，連續(xù)20年實現(xiàn)棉花面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)和調(diào)出量全國第一[1]。在全球氣候變暖的背景下，新疆棉花生產(chǎn)受霜凍危害的機率在減小，對棉花種植有利[2]。博州已有60多年的植棉史，20世紀80年代以來，棉花一直是本州的最大經(jīng)濟作物。棉花對本州農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)村穩(wěn)定、農(nóng)民增收具有舉足輕重的地位，因此，搞好棉花氣象服務(wù)也就成為博州氣象工作的重要一環(huán)。博州棉花產(chǎn)量序列表現(xiàn)出明顯的波動，這與品種、栽培技術(shù)、天氣氣候條件等要素關(guān)系密切，而天氣氣候條件是影響棉花產(chǎn)量波動的重要原因[5]。近幾年，隨著高密度栽培技術(shù)和滴灌技術(shù)的推廣應(yīng)用，博州棉花單產(chǎn)也有逐年提高的趨勢。及時、準確地掌握氣象條件對棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的利弊關(guān)系，可以更好地為地方政府的棉花生產(chǎn)決策提供科學(xué)依據(jù)。

近年來，我國很多學(xué)者對全國各地影響棉花產(chǎn)量的氣象條件進行研究和分析[7-13]，探討各地棉花受氣象條件影響的關(guān)鍵因子和關(guān)鍵時段，如嚴彩虹等[6]采用灰色關(guān)聯(lián)分析表明，年日照時數(shù)對新疆棉花產(chǎn)量具有最高的綜合關(guān)聯(lián)度；尹忠?guī)X等[7]研究表明焉耆盆地植棉的主要問題是7月熱量不足,特別是缺乏高溫,影響產(chǎn)量和品質(zhì)；楊霞等[8]從天氣學(xué)角度揭示北疆棉花嚴重障礙型冷害的致災(zāi)特點和成因；傅瑋東等[9]分析了不同棉區(qū)嚴重氣候減產(chǎn)年的地膜棉花中期發(fā)育進程、氣象條件以及夏季冷害年對新疆棉花產(chǎn)量的影響；杜紅等[10]利用石河子氣象站日照資料，用最小二乘法進行線性擬合，得出作物單產(chǎn)隨日照時數(shù)增加而增加的結(jié)果；程相儒等[11]評述了不同兵團農(nóng)六師棉花種植區(qū)域影響棉花生產(chǎn)的主要氣象要素；鄒陳等[12]通過智能人工氣候箱實施低溫處理試驗，研究低溫和低溫持續(xù)時間對花鈴期棉花生長的影響。而博州地處準噶爾盆地西南邊緣、天山西段北麓，北部為阿拉套山，地理環(huán)境和氣候條件特殊，本州的棉花生產(chǎn)主要受哪些氣象因子影響以及其影響的關(guān)鍵時段是什么，尚無人專門研究報道。本文運用作物與氣象平行觀測資料，采用數(shù)理統(tǒng)計方法[4]探討了博州棉花產(chǎn)量與各個時段氣象要素之間的關(guān)系，分析總結(jié)出影響棉花產(chǎn)量的各個關(guān)鍵時段的關(guān)鍵氣象因子，最終提出應(yīng)該采取的趨利避害措施，以保證棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

棉花產(chǎn)量取自1997—2012年博州統(tǒng)計局的統(tǒng)計資料；棉花生育期采用博州氣象臺觀測的1981—2010年發(fā)育期多年平均資料；氣象資料采用1997—2012年的博州氣象臺地面觀測資料，氣象因子主要有旬月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、降水量、降水日數(shù)、日照時數(shù)等，時段選擇博州棉花生長期4月到9月。

1.2 資料處理和分析方法

棉花是大田種植作物，在自然環(huán)境條件下生長發(fā)育，影響實際產(chǎn)量（Y）的因素很多[5]，一般分為主要受社會發(fā)展、生產(chǎn)技術(shù)水平提高等影響的時間趨勢產(chǎn)量（Yt）和主要受氣象因素影響的氣象影響產(chǎn)量（Yw）以及隨機產(chǎn)量（Yc），而實際應(yīng)用中一般將隨機產(chǎn)量忽略不計。它們之間的關(guān)系是：

Y=Yt+Yw。（1）

要研究棉花產(chǎn)量受氣象因素的影響情況，就要從實際產(chǎn)量中分離出氣象影響產(chǎn)量，分離的方法有很多種，考慮到博州1997—2012年棉花實際產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢（圖1），采用一元回歸的方法來模擬時間趨勢產(chǎn)量，再將實際產(chǎn)量減去趨勢產(chǎn)量，得出受氣象因素影響的氣象影響產(chǎn)量，其統(tǒng)計結(jié)果見表1和圖1、圖2。然后統(tǒng)計分析棉花生育期內(nèi)各月及旬氣象要素與氣象產(chǎn)量之間的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果見表2、表3，為分析各時段各氣象要素對棉花產(chǎn)量的影響提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。博州棉花生育期多年平均資料見表4。

圖1 實際產(chǎn)量與趨勢產(chǎn)量折線圖

圖2 氣象產(chǎn)量折線圖

表1 棉花實際產(chǎn)量分解為時間趨勢項和氣象產(chǎn)量（kg/hm2）

表2 氣象影響產(chǎn)量與各月氣象要素之間的相關(guān)系數(shù)

2 結(jié)果與分析

從表2和表3可以看到，氣象影響產(chǎn)量與4月份雨量及雨日呈正相關(guān)，特別是與4月中下旬的雨量及雨日有著顯著的正相關(guān)，同時與4月下旬的日照時數(shù)有著顯著的負相關(guān)；而從表4可看出，4月中下旬博州的棉花正處于播種出苗期，此期平均氣溫達到10～12℃即可開始發(fā)芽出苗[3]，而博州4月下旬的旬平均氣溫在這16 a中有14 a都遠高于此界限溫度，即使在4月上旬播種，大多數(shù)年份旬平均溫度也都在10℃以上（表5），加之博州棉花現(xiàn)在都采用了地膜覆蓋技術(shù)，因此，溫度條件基本是滿足棉花發(fā)芽出苗的要求的，而土壤濕度就成了影響棉花發(fā)芽出苗的主要影響因子了，土壤濕度達60%～65%是棉花發(fā)芽出苗的最低要求，鹽堿地則要求70%～95%為宜[3]，雖然博州棉花在播種后必須灌溉以保證棉花發(fā)芽的水份供應(yīng)，但降水的多少仍然會對出苗造成很大的影響，降水多，晴天少，則土壤濕度大，種子可以充分地吸收土壤中的水份，有利于順利出苗，反之，降水少，日照長，土壤易干旱，水分不足成為影響棉花出苗的主要問題，會造成出苗不齊、苗不壯，不能形成豐產(chǎn)苗架，特別是無灌溉條件的棉田干旱時將無法播種或造成播種推遲導(dǎo)致生育期縮短，嚴重影響產(chǎn)量。

表3 氣象影響產(chǎn)量與各旬氣象要素之間的相關(guān)系數(shù)

表4 博州棉花生育期多年平均出現(xiàn)日期（1981—2010年）（單位：月.日）

氣象影響產(chǎn)量與5月雨日呈顯著的負相關(guān)，與5月中旬的雨日呈顯著的負相關(guān)，而與5月中旬日照時數(shù)則呈顯著的正相關(guān)；博州棉花在5月中下旬是處于出苗—五葉的營養(yǎng)生長期，幼苗的需水量較小，雨日過多，日照偏少易造成土壤板結(jié)[3]，減緩其苗期的營養(yǎng)生長，不利于形成壯苗，從而影響早發(fā)。

表5 博州4月中下旬旬平均氣溫（單位：℃）

氣象影響產(chǎn)量與6月上旬的平均氣溫和平均最高氣溫呈顯著的負相關(guān)，博州棉花在6月處于五葉和現(xiàn)蕾期，即營養(yǎng)生長與生殖生長并進期，博州棉農(nóng)一般在此期灌第一水，因此水份已經(jīng)不是主要矛盾，氣溫過高導(dǎo)致棉花瘋長而影響產(chǎn)量。

氣象影響產(chǎn)量與7月平均氣溫、平均最高氣溫呈負相關(guān)，而與7月降水量呈正相關(guān)，特別是與7月上旬的降水量呈顯著的正相關(guān)，此時是博州最熱的季節(jié)，棉花處于開花期，并開始結(jié)鈴，高溫干旱容易導(dǎo)致棉花蕾鈴脫落，花鈴期是棉花生理活動最強的時期，耗水量也處于全生育期高峰，適量降水不僅能滿足其生理需求，而且能使棉田高溫得以緩和，從而減少高溫干旱的危害。

氣象影響產(chǎn)量與8月和9月的各個氣象要素沒有達到顯著相關(guān)。此時棉花處于鈴期和吐絮期，說明博州出現(xiàn)影響棉鈴生長的高溫干旱和低溫寡照天氣不明顯。

選擇與氣象影響產(chǎn)量達到顯著相關(guān)水平的有代表性的3個關(guān)鍵因子：4月下旬雨量，6月平均氣溫，7月降水量建立多元回歸方程：

式中x1為4月下旬雨量，x2為6月平均氣溫，x3為7月降水量。

F檢驗達到極顯著水平（擬合結(jié)果見圖3），這表明這3個因子的確是影響棉花產(chǎn)量的關(guān)鍵因子。

圖3 氣象影響產(chǎn)量模擬圖

3 結(jié)論與討論

4月博州棉花處于苗期，降水及雨日增加、日照減少將提高土壤濕度有利于順利出苗，此期的溫度條件基本是滿足棉花發(fā)芽出苗的要求的，而土壤濕度是影響棉花發(fā)芽出苗的關(guān)鍵，因此，此期間降水和日照是影響棉花產(chǎn)量的主要影響因子；5月幼苗期，降雨日數(shù)和日照時數(shù)是影響棉花產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，雨日減少、日照增加和利于棉苗生長；6月處于五葉和現(xiàn)蕾期，需水量增加，博州棉農(nóng)一般在此期灌第一水，因此水份已經(jīng)不是主要矛盾，氣溫和日照是影響棉花產(chǎn)量的關(guān)鍵因素；7月是博州最熱的季節(jié)，棉花處于開花期，并開始結(jié)鈴，降水和氣溫是影響棉花生長的關(guān)鍵因素，高溫干旱及日照不足會導(dǎo)致花鈴脫落而減產(chǎn)；8—9月棉花裂鈴和吐絮期，博州出現(xiàn)影響棉鈴生長的高溫干旱和低溫寡照天氣不明顯，日照充裕，最低氣溫較低，晝夜溫差較大，利于光合積累，促進棉花裂鈴、吐絮和收曬。

根據(jù)以上分析，博州針對棉花生產(chǎn)要做好的氣象服務(wù)重點：一是做好4月溫度預(yù)報，特別是在預(yù)報出4月回暖較早時，應(yīng)該建議農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門適當(dāng)早播，有利于棉花延長生育期，提高產(chǎn)量。就博州目前氣象資料統(tǒng)計結(jié)果看，博州棉花近9成的年份可以將播種期提前到4月上旬。二是做好6月的氣溫預(yù)報，并借鑒土壤濕度觀測資料，指導(dǎo)棉農(nóng)適時適量灌第一水，氣溫較高時可以適當(dāng)早澆水，相反氣溫低時澆水要推遲，采取隔溝灌溉或控制灌水量來實現(xiàn)輕灌，防止棉株瘋長，并適時中耕，避免棉田龜裂，損害根系，保證蕾期穩(wěn)長。三是做好7月的高溫和降水預(yù)報，在高溫干旱年份，要提醒農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門增加灌水次數(shù)，同時注意中耕，促進棉花根系生長，增加抗旱能力，而在沒有高溫危害的年份，應(yīng)建議農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門早打頂，適當(dāng)減少灌水次數(shù)和水量，多中耕，控制株高、封壟程度，爭取早熟。

總之，博州棉區(qū)日照時數(shù)多、氣溫日較差大，光合產(chǎn)物生產(chǎn)與累積多，既有利于棉株個體發(fā)育，又有利于光合產(chǎn)物在棉鈴中的積累，有了這些棉花獲得高產(chǎn)的重要生理生態(tài)基礎(chǔ)，現(xiàn)在又逐步推廣了先進的滴灌技術(shù)，加上氣象部門在以上所述的幾個關(guān)鍵生育期進行認真的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)，多數(shù)年份都將奪取高產(chǎn)。

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Influence Analysis of Meteorological Condition on Cotton Yield in Bortala Mongol Autonomous Prefecture of Xinjiang

ZHOU Shouhua1，2，LIU Zhongli2，HAN Huanqing2，WANG Xiang2，F(xiàn)ANG Wen2
（1.Jingzhou Agrometeorological Experiment Station of Hubei Province,Jingzhou，434100 China；2.Bortala Mongol Autonomous Prefecture Meteorological Bureau,Bortala，833400 China）

The relationship between cotton yield,cotton growth period and meteorological data from 1997 to 2012 were statistically analyzed in Bortala,and screened out several kinds of critical periods and the key factors of meteorological conditions which were significantly impacted on cotton yield.The results show that，at the sowing stage-from middle to late April-rainfall and sunshine played a decisive role in high cotton yield；in May,the seedling stage,the number of rainy days and the hours of sunshine were key factors of yield formation；June was the 5-leaf stage to squaring stage of cotton,cotton growth was more affected by air temperature and sunshine；in July and August,hot and dry weather or low temperature and weak light were common,though cotton boll split and open were not obviously affected.Furthermore,4 key factors inclnding rainfall of late April,number of rainy days in May,monthly mean temperature of June and rainfall in July,which were significantly influenced on meteorological yield,were found out,and could be described with the multivariate linear regression equation.

Bortala；meteorological conditions；cotton；yield；anglysis

S162.5

B

1002-0799（2014）02-0070-05

10.3969/j.issn.1002-0799.2014.02.010

2013-07- 12；

2014-02-07

周守華（1961-），男，高級工程師，現(xiàn)從事農(nóng)業(yè)氣象研究工作。

周守華，劉忠禮，韓歡慶，等.新疆博州氣象條件對棉花產(chǎn)量的影響分析[J].沙漠與綠洲氣象，2014，8（2）：70-74.