2013年北疆墾區(qū)不同棉區(qū)棉花產(chǎn)量波動的氣候因素對比分析

張燕 賴軍臣 傅瑋東

摘要

2013年北疆墾區(qū)棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)出現(xiàn)下滑，明顯不如2012年。通過對宜棉區(qū)、次宜棉區(qū)棉花各生育階段的氣象條件分析及氣候指標判斷得出，宜棉區(qū)是低溫陰雨寡照造成棉花一般延遲性冷害;次宜棉區(qū)是各生育階段熱量條件持續(xù)不足和夏季嚴重冷害造成棉花嚴重的延遲性冷害，加之兩地區(qū)初霜凍均明顯偏早，造成了棉花氣候減產(chǎn)。建議今后應(yīng)根據(jù)不同年份的氣候波動調(diào)整品種結(jié)構(gòu)和品種布局，確保棉花持續(xù)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞 不同棉區(qū);產(chǎn)量波動;氣候減產(chǎn); 氣候指標;北疆墾區(qū)

中圖分類號 S161 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2014）34-12177-03

Analysis on Climatic Factors of Cotton Yield Fluctuation in Northern Xinjiang Reclamation Area in 2013

ZHANG Yan1，2， LAI Juncheng3， FU Weidong4

（1. School of Atmospheric Sciences， Lanzhou University， Lanzhou， Gansu 730000; 2. Wujiaqu Meteorological Bureau， The Six Division of the Corps， Wujiaqu， Xinjiang 831300; 3. Wujiaqu Agricultural Bureau， The Six Division of the Corps， Wujiaqu， Xinjiang 831300; 4. Xinjiang Agricultural Meteorological Station， Urumqi， Xinjiang 830002）

Abstract The yield and qualty of cotton in reclamation area of northern Xinjiang declined in 2013， significantly worse than the previous year. Through analysis of meteorological conditions in each growth period of cotton in appropriate area and climate index judgement， it can be concluded that in appropriate cotton area， low temperature， rain and less sunshine caused general delayed chilling injury; in less appropriate cotton area， continuing lack of heat in each growth period and serious chilling injury in summer caused severe delayed chilling injury， and at the first frost of two areas were significantly biased early， causing the reduction of cotton climatic yield. It was suggested that cotton variety structure and layout should be adjusted according to climate fluctuation in different years， so as to guarantee cotton sustainable development.

Key words ?Different cotton regions; Yield fluctuation; Climate production decline; Climate index; Reclamation area in northern Xinjiang

棉花是重要的經(jīng)濟作物，低溫冷害是影響北疆墾區(qū)棉花最大的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一，有研究表明，延遲性低溫冷害是造成新疆棉花產(chǎn)量和品質(zhì)大幅下降的最重要的氣象災(zāi)害，20世紀60年代以來每個逢3、9的年份為棉花氣候減產(chǎn)關(guān)鍵年[1]。長期以來科研工作者在低溫冷害對農(nóng)作物的影響方面做了大量的研究工作[1-6]，如傅瑋東等初步研究了新疆不同棉區(qū)棉花播種～開花期低溫冷害判別的氣象指標，得出可能出現(xiàn)一般氣候減產(chǎn)年和嚴重氣候減產(chǎn)年的氣象判斷指標[5];李新建等對2001年盛夏發(fā)生的低溫冷害進行了分析，指出蟲害的猖獗、嚴重的障礙性冷害和天晴后的快速升溫是造成棉花大面積受災(zāi)的主要原因[7];趙強等對2006年5月上旬的低溫危害分析指出連續(xù)陰雨天氣、沙漠增溫效應(yīng)喪失、氣溫驟降，導(dǎo)致棉花冷害[8]。可見，低溫冷害在不同季節(jié)、不同地域均會發(fā)生，加之其他因素的共同影響，對農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)均會造成較大影響。

兵團第六師是北疆墾區(qū)重要的植棉區(qū)，根據(jù)氣候區(qū)劃，所屬西線（新湖農(nóng)場、芳草湖農(nóng)場等）是適宜棉區(qū);所屬中線（102團、103團、101團等）是次宜棉區(qū)[9]，受氣候變暖影響，2000年以來，中線地區(qū)氣候資源變化較大，各氣候指標值均已達到宜棉區(qū)所需條件，熱量差異在中、西線地區(qū)趨于減小[10]，但在遭遇低溫冷害時，兩地區(qū)棉花品質(zhì)和產(chǎn)量受影響的程度卻是不同的。 2013年受氣候影響，北疆墾區(qū)棉花的長勢和產(chǎn)量明顯不如2012年，筆者借鑒上述研究成果，選取第六師西線新湖農(nóng)場、中線102團，分析了兩植棉區(qū)域棉花全生育期和各生育階段的氣象條件，并對兩地區(qū)造成氣候減產(chǎn)的原因進行了指標診斷分析，以期為今后指導(dǎo)棉花生產(chǎn)提供更好的氣象服務(wù)和決策依據(jù)。

1 ? 資料與方法

所用氣象資料宜棉區(qū)選取西線新湖農(nóng)場氣象站資料，次宜棉區(qū)選取中線102團氣象站資料（兩站歷史資料序列均較長），氣象要素均值采用1981～2010年30年氣候均值。各界限積溫是指5 d滑動平均氣溫穩(wěn)定通過該溫度界限最長一段時間內(nèi)日平均氣溫的總和。棉花苗期至吐絮期氣象條件分析是以棉花生物學(xué)三基點溫度[11]中各發(fā)育階段適宜溫度和最低溫度為指標。利用統(tǒng)計方法對中西線棉花各生育時期氣象條件進行對比分析，指出2013年受低溫冷害及早霜凍的共同影響，北疆墾區(qū)不同棉區(qū)棉花遭受了不同程度的影響，并對兩地區(qū)造成氣候減產(chǎn)的原因進行了指標診斷分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 2013年棉花生長季總的氣候特點

2013年春季氣象條件較好，主要生長季（5～9月）總的來講，氣象條件對棉花生長不利，但西線熱量條件略好于中線（表1）。

2.2 2013年棉花各生育時期氣象條件分析

2.2.1

播種～出苗期（4月中、下旬）。與常年相比，西線、中線這一階段平均氣溫均偏高2.6 ℃（圖1），氣象條件對播種、出苗十分有利。

2.2.2

出苗～現(xiàn)蕾期（4月下旬～5月下旬）。即苗期，與常年相比，這一階段平均氣溫西線偏高0.6 ℃、中線偏高0.4 ℃，氣溫逐旬由高轉(zhuǎn)低（圖1）。5月份日平均氣溫低于或接近苗期適宜生長的下限溫度（18 ℃）西線有12 d、中線有16 d;日平均氣溫低于或接近苗期生長最低溫度（15 ℃）西線有4 d、中線有6 d;在此生長階段熱量條件不足，現(xiàn)蕾偏晚。

2.2.3

現(xiàn)蕾～開花期（5月下旬～6月下旬）。即蕾期，與常年相比，此階段平均氣溫西線偏低0.3 ℃、中線偏低0.7 ℃，氣溫逐旬由低轉(zhuǎn)高又轉(zhuǎn)更低（圖1），旬平均氣溫累積距平西線-1.2 ℃、中線-2.9 ℃，生長期內(nèi)大部分時間的日平均氣溫均低于蕾期適宜生長的下限溫度（24 ℃），其中6月19日日平均氣溫西線16.2 ℃、中線17.7 ℃，遠遠低于蕾期生長所需的最低溫度（19 ℃）;同時降水量西線偏多1.1倍、中線偏多6成;可見蕾期熱量條件明顯欠缺，使得生育期延長了7 d以上。

2.2.4

開花～裂鈴期（7月上旬～8月下旬）。即花鈴期，與常年相比，此階段平均氣溫西線偏高0.3 ℃、中線偏低0.5 ℃，旬平均氣溫累積距平西線1.9 ℃、中線-2.8 ℃;7月份各旬平均氣溫中、西線均表現(xiàn)為由低轉(zhuǎn)略高（圖1），但中線升幅低于西線，月降水量西線偏多9成、中線偏少4成，月日照時數(shù)西線偏少11.7 h、中線偏多12.1 h;8月份各旬平均氣溫中、西線均表現(xiàn)為由高轉(zhuǎn)低又轉(zhuǎn)高，但中線升幅小于西線、降幅大于西線，月降水量西線偏多2成、中線偏多5成，月日照時數(shù)西線偏少24.3 h、中線偏少30.5 h。日平均氣溫低于花鈴生長下限溫度（24 ℃）西線有20 d、中線有23 d， 8月31日～9月2日一場中到大雨之后，日平均氣溫西線降至16.5～18.2 ℃、中線降至15.6～16.5 ℃，接近棉鈴生長的最低溫度值（15 ℃）?；ㄢ徠诘纳L繼續(xù)遭受低溫陰雨寡照的影響，吐絮推遲7 d以上。

花鈴期是棉花纖維品質(zhì)形成、鈴重增加的關(guān)鍵期，與氣溫的關(guān)系非常密切，低溫陰雨寡照會造成棉鈴生長緩慢、鈴重下降、品質(zhì)下降，王士紅等研究了棉花中后期降雨和日照對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明多雨寡照天氣降低了棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)[12]。

2.2.5

裂鈴～停止生長期（9月上旬～10月上旬）。即吐絮期，與常年相比，這一時期平均氣溫西線偏高1.8 ℃、中線偏高1.0 ℃。進入9月份，旬平均氣溫中、西線均由高轉(zhuǎn)低，且下降迅速，但西線仍維持正距平，中線則降至-1.3 ℃，兩地區(qū) 9月中下旬平均氣溫基本均是在20 ℃以下（圖1），遠低于棉桃吐絮所需的適宜溫度（25～30 ℃），使得棉桃成熟度不夠，特別是初霜凍于9月22日提前來臨，導(dǎo)致棉花提早10 d以上停止生長，水桃和僵瓣桃增多，霜前花比例下降。

從上述分析可見，在棉花的各生育階段熱量條件均表現(xiàn)不足，不利氣象條件西線表現(xiàn)是多低溫陰雨寡照過程，中線表現(xiàn)是長時間且強度強于西線的低溫，再者，兩地區(qū)初霜凍均提前15 d以上，又進一步加重了減產(chǎn)的程度。從氣象條件來看，中線差于西線。

圖1 中西線2013年4月中旬～10月上旬平均氣溫距平

2.3 2013年氣候減產(chǎn)的指標判定

傅瑋東等對地膜棉花播種～開花期間低溫冷害指標的研究表明，當北疆棉區(qū)6月平均氣溫距平≤-0.5 ℃或開花期偏晚3 d以上或當6～8月至少有2個月氣溫為負距平，且6～8月平均氣溫距平在0～-0.4 ℃，就可能出現(xiàn)一般氣候減產(chǎn)年，而當6～8月各月的平均氣溫距平均為負值，且其平均氣溫距平≤-0.5 ℃時，就可能出現(xiàn)嚴重的氣候減產(chǎn)年[5]。

李新建等通過研究棉花產(chǎn)量、霜前花率和棉花不同階段熱量指數(shù)之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，以減產(chǎn)幅度為標準，在棉花開花期以前熱量充足的情況下，一般延遲型冷害年對應(yīng)的棉花全生育期的熱量指數(shù)指標為75.3，生長后期的生長熱量指數(shù)指標為64.0;嚴重延遲型冷害年對應(yīng)的棉花全生育期熱量指數(shù)指標為74.5，生長后期的熱量指數(shù)指標為61.8;若不論產(chǎn)量如何，僅以霜前花率在50%以下、棉花不能充分自然成熟造成品質(zhì)下降認為是一般延遲型冷害的結(jié)果，對應(yīng)的棉花全生育期熱量指數(shù)指標為78.1，生長后期熱量指數(shù)指標為70.9;霜前花率在30%以下認為是嚴重延遲型冷害年，對應(yīng)的棉花全生育期熱量指數(shù)指標為75.0，棉花生長后期熱量指數(shù)指標為63.2[13]。

圖2 中西線2013年4～9月月平均氣溫距平

2.3.1

棉花生長前期氣溫判斷。

由圖2可見，西線6月月平均氣溫距平為負距平，中線5～6月2個月距平均為負值、且6月距平為-0.4 ℃，接近指標值，表明中線在棉花生長前期已出現(xiàn)一般氣候減產(chǎn)年的特征。兩地的開花期偏晚5 d以上，說明西線也可能出現(xiàn)一般氣候減產(chǎn)。

2.3.2

夏季冷害年的判定。2013年夏季偏涼，夏季平均氣溫西線較常年略偏高0.2 ℃、中線偏低0.5 ℃，為此采用夏季（6～8月）平均氣溫相對均方差的方法求算低溫冷害指標LH[14]，

即

LH=∑ΔT6-8（1n∑（ΔT6-8）2）12，

式中，ΔT6-8為6～8月平均氣溫與多年平均值之差， n=3。當LH≤-1，為一般冷害年;LH≤-2，為嚴重冷害年。經(jīng)計算，西線LH=1.5、中線LH=-2.8，表明夏季中線冷害指標達到嚴重冷害年，冷害程度明顯大于西線。

從圖2可以看出，西線6～8月中僅6月平均氣溫距平為負，其他2個月溫度距平略偏高，而中線3個月的平均氣溫距平均為負值，且其平均氣溫距平為-0.5 ℃，指標判斷中線可能為嚴重氣候減產(chǎn)年。在5～9月棉花的主要生長季節(jié)，西線溫度雖以偏高為主，但偏高幅度沒有超過1.0 ℃，中線則持續(xù)偏低，因此無論是在營養(yǎng)生長階段還是生殖生長階段，棉花始終均是處于“熱量饑餓”狀態(tài)，長時間的低溫天氣、陰雨寡照，致使棉花生長緩慢，有相當多的棉鈴不能正常成熟，造成棉花的品質(zhì)和產(chǎn)量出現(xiàn)下滑。

2.3.3

熱量指數(shù)判斷。李新建等根據(jù)公式（1）、（2）、（3）計算熱量指數(shù)對棉花延遲性冷害程度進行定量判斷，這里分別計算中、西線各生育期熱量指數(shù)，北疆棉區(qū)平均值見文獻[15]。

式（1）中，i（i=1，2，3，...，36）表示旬序列數(shù)，Ti表示棉花某生長階段的旬平均氣溫，T1表示棉花某生長階段的下限溫度，T2表示棉花某生長階段的適宜溫度，F(xiàn)i（T）則表示每一旬的熱量指數(shù)，計算棉花的5個生長階段內(nèi)各旬的平均值作為該生長階段熱量指數(shù)，每個生長階段的F（T）值越大，說明熱量條件越能滿足該階段棉花生長的需要。式（2）中，F(xiàn)i（T）為各生育期的熱量指數(shù)，ai為權(quán)重系數(shù)，i=1、2、3、4、5，分別表示棉花播種～出苗、出苗～現(xiàn)蕾、現(xiàn)蕾～開花、開花～裂鈴、裂鈴～停止生長5個生長階段;當n1=1、n2=5時，則計算的F0（T）是棉花全生育期熱量指數(shù);當n1=1、n2=2時，F(xiàn)0（T）是棉花生長前期的熱量指數(shù);當 n1=3、n2=4時，F(xiàn)0（T）是棉花生長中期蕾鈴期（現(xiàn)蕾～裂鈴）的熱量指數(shù);當n1=4、n2=5時，F(xiàn)0（T）是棉花生長后期的熱量指數(shù)。式（3）中，分子ti是指棉花生長的第i個階段的時間（旬數(shù)），分母是所計算時段的所有生長階段的旬數(shù)之和。

與李新建等研究得出的北疆棉區(qū)棉花平均生育期[15]相比，2013年六師棉花現(xiàn)蕾～開花期偏長一旬，開花～裂鈴期偏少一旬，這都是由于溫度偏低所致，與前面各生育階段分析是一致的。由表2可見，在出苗～現(xiàn)蕾、現(xiàn)蕾～開花這2個階段，熱量指數(shù)中西線均較北疆棉區(qū)平均值偏低，說明在棉花營養(yǎng)生長階段，中西線熱量條件是欠缺的;中線在全生育期熱量指數(shù)低于北疆棉區(qū)，說明中線棉花整個生長發(fā)育期熱量條件均是欠缺的，且棉花生長的各個時段熱量指數(shù)均低于西線，說明中線熱量條件差于西線，這與前面的分析是一致的。

根據(jù)計算結(jié)果和前述中的指標對比可以得到，不論是以減產(chǎn)幅度為標準還是以霜前花率為標準，西線全生育期熱量指數(shù)均低于一般延遲性冷害指標值，生長后期熱量指數(shù)低于霜前花率為標準的一般延遲性冷害指標值;中線全生育期熱量指數(shù)均低于嚴重延遲性冷害指標值（表3）。

2.3.4

霜凍分析。董華祥等研究了吐絮期氣象條件對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明如果初霜凍偏早15 d以上，將造成棉花減產(chǎn)8%～10%[16]。2013年初霜凍是9月22日，較常年明顯偏早，偏早幅度位列歷史同期第三位，僅次于1985和1998年，其中西線偏早18 d、中線偏早15 d，因此霜凍危害又進一步加重了棉花產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低的程度。

因此，根據(jù)棉花各生育期氣象條件分析和指標診斷表明，2013年中線棉花遭受了嚴重的延遲性冷害，是嚴重氣候減產(chǎn)年，而西線棉花遭受了一般的延遲性冷害，是一般氣候減產(chǎn)年，中線因氣候原因減產(chǎn)幅度大于西線，由于初霜凍提前15 d以上，中西線減產(chǎn)程度均進一步加重。

2.4 ?積溫分析

實際業(yè)務(wù)工作中，熱量資源的多少主要是用積溫來表征，對2013年全年≥10 ℃、≥15 ℃、≥20 ℃、≥25 ℃各界限活動積溫分析發(fā)現(xiàn)，與常年相比，≥10 ℃、≥15 ℃、≥20 ℃積溫中、西線均偏多，但≥25 ℃積溫西線偏多46.8 ℃·d、中線偏少146.7 ℃·d，中線偏少程度位列歷史同期第六位，說明≥25 ℃積溫明顯偏少，這與李新建等研究得出嚴重氣候減產(chǎn)年若其他積溫較常年偏多，那必有一個積溫異常偏少的結(jié)論[13]基本是一致的?！?5 ℃積溫偏少，這將使得棉纖維成熟度降低、馬克隆值降低，導(dǎo)致鈴重下降，棉花產(chǎn)量和品質(zhì)下降。

3 ?結(jié)論

（1） 對于西線宜棉區(qū)，2013年是一般氣候減產(chǎn)年，低溫、陰雨、寡照在棉花主要生長發(fā)育時段（5～9月）均有出現(xiàn)，對