唐河縣31年溫度的變化特征及其對棉花生產(chǎn)的影響

呂少洋，石兆勇＊，王發(fā)園，吳姍薇，李 民

（1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南洛陽471023；2.河南省南陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南南陽473000）

唐河縣31年溫度的變化特征及其對棉花生產(chǎn)的影響

呂少洋1，石兆勇1＊，王發(fā)園1，吳姍薇1，李 民2

（1.河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南洛陽471023；2.河南省南陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南南陽473000）

為了促進(jìn)唐河縣優(yōu)質(zhì)棉花生產(chǎn)，采用線性回歸分析法研究小尺度范圍氣候的變化規(guī)律及棉花生產(chǎn)對其變化的響應(yīng)。結(jié)果表明：1983—2013年唐河縣的年均氣溫呈顯著升高趨勢，增速為0.389℃/10a；但其增長存在較大的不平衡性。其中，1983—1998年氣溫升高迅速，增速達(dá)0.766℃/10a，而1999—2013年溫度則幾乎沒有變化。從季節(jié)看，春季和夏季升溫顯著，秋季和冬季則不顯著。1999—2013年，棉花產(chǎn)量呈顯著增長趨勢，溫度每升高1℃，棉花增產(chǎn)151.68kg/hm2；其中，2003—2013年棉花產(chǎn)量隨春季和夏季溫度、7月均溫、極端最高溫和棉花生長季均溫的增加而升高?？梢?，唐河縣31年溫度的變化較敏感，并且溫度對棉花的增產(chǎn)作用在整體上較為顯著，且不同時(shí)間段的溫度變化及其對棉花的影響存在明顯的時(shí)間變異性。

溫度；氣候變化；變化特征；棉花；唐河縣

目前，氣候變化現(xiàn)象已為人們普遍關(guān)注［1-5］。IPCC第五次評估報(bào)告第一工作組報(bào)告指出，與1986—2005年相比，預(yù)計(jì)2016—2035年全球平均地表溫度將升高0.3～0.7℃，2081—2100年將升高0.3～4.8℃［6］。除IPCC對全球每年的評估外，區(qū)域尺度上的研究也受到關(guān)注。王少鵬等［7］的研究表明，我國近40年的年均溫升高不均衡且存在明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，從全國范圍看，轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在1984年。周偉東等［8］研究表明，1951—2007年我國110°E以東地區(qū)溫度明顯上升，且溫帶地區(qū)的上升趨勢最大，為0.5℃/10a，熱帶地區(qū)最小，為0.2℃/10a。曾婷等［9］對安徽省近53年氣溫的研究結(jié)果顯示，氣溫以0.2℃/10a的速率增加。張一馳等［10］的研究表明，河南省氣溫呈上升趨勢，年均溫序列在1993年前后有一個(gè)突變點(diǎn)，以平均每10年降低1.3%。各研究雖然均表明年均溫有不同程度的變化，但其變化存在時(shí)間和空間的不均衡性。氣候變化可造成一系列的環(huán)境問題。Urban［11］研究表明，如果氣候變化仍然以目前的進(jìn)程發(fā)展，地球上多達(dá)1/6的物種將消失，且不同的區(qū)域受到的影響存在差異。Nemani等［12］基于全球尺度研究1982—1999年的氣候變化對植被初級(jí)生產(chǎn)力的影響發(fā)現(xiàn)，18年內(nèi)植被的初級(jí)生產(chǎn)力增加顯著。Zhao等［13］采用2000—2009年的數(shù)據(jù)進(jìn)行類似研究的結(jié)論卻與之相反，并指出水分是限制植被生產(chǎn)力增加的因子。可見，氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響存在時(shí)間和空間的變異。

目前，氣候變化對農(nóng)作物的影響已引起廣泛關(guān)注，其對小麥［14］、玉米［15］及農(nóng)牧作物［16］等的影響已有報(bào)道，關(guān)于棉花對溫度響應(yīng)的研究也很多。黃建等［17］認(rèn)為，新疆烏蘭烏蘇棉區(qū)氣溫對棉花產(chǎn)量的影響大于降水的影響，而且對棉花的影響波動(dòng)不穩(wěn)定。李毅等［18］認(rèn)為，未來新疆棉花對水的需求降低，遭受干旱的風(fēng)險(xiǎn)降低，對干旱半干旱作物區(qū)棉花種植有重要意義。李景林等［19］研究北疆近52年的氣象資料發(fā)現(xiàn)，北疆地區(qū)7月均溫等氣候要素呈顯著上升趨勢，使得北疆地區(qū)宜棉區(qū)面積擴(kuò)大。吳立峰等［20］研究了不同灌溉水平新棉花品種的敏感性和不確定性。張曉潔等［21］則在氣候變化下研究簡化整枝對棉花的生育以及纖維品質(zhì)的影響。岳偉等［22］有關(guān)安徽省近50年棉花生長的研究表明，生長季均溫以及日照時(shí)數(shù)對棉花產(chǎn)量有極顯著增產(chǎn)效應(yīng)。姚樹然等［23］對河北地區(qū)的分析則表明，降水和氣溫是影響北部棉區(qū)的關(guān)鍵氣候因子，東部棉區(qū)則以氣溫為關(guān)鍵因子，中部棉區(qū)光、溫和水對產(chǎn)量作用均衡，降水對南部平原和南部丘陵棉區(qū)影響較大。張德汴等［24］研究結(jié)果表明，溫度是影響棉花產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蛩兀照諘r(shí)數(shù)雖然對棉花的品質(zhì)和產(chǎn)量影響最大，但不起決定作用。這與岳偉等［22］的研究結(jié)果存在差異。彭維英等［25］研究陜西大荔縣域棉花對氣候變化的響應(yīng)發(fā)現(xiàn)，大荔縣溫度顯著上升影響棉花的物候期，有利于棉花種植。

河南省唐河縣地處北亞熱帶向暖溫帶過渡地區(qū)（北緯32°21′～32°55′，東經(jīng)112°28′～112°16′），是河南省農(nóng)業(yè)大縣之一，也是全國著名的商品糧、棉基地，棉花是唐河縣主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其種植歷史悠久。唐河縣位于南陽盆地東部，東鄰?fù)┌厣矫}，地理位置比較特殊，受盆地和山地氣候相互作用的影響較大。截止目前，我國現(xiàn)有關(guān)于氣候?qū)γ藁óa(chǎn)量影響的研究大部分集中在新疆等西北干旱地區(qū)，雖然也有針對其他地區(qū)的研究報(bào)道，但是研究的時(shí)間和結(jié)果存在較大差異，而縣域尺度上棉花對溫度響應(yīng)的報(bào)道很少，未見關(guān)于唐河縣溫度變化對棉花影響的研究報(bào)道。為此，筆者采用線性回歸的分析方法研究小尺度范圍（唐河縣域）氣候變化及其對棉花生產(chǎn)的影響，驗(yàn)證唐河縣域尺度上氣候變化是否存在較大時(shí)間變異，旨在為促進(jìn)唐河縣優(yōu)質(zhì)棉花生產(chǎn)提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

采用唐河縣1983—2013年的氣溫及相關(guān)棉花產(chǎn)量指標(biāo)進(jìn)行研究，數(shù)據(jù)來源于唐河縣氣象局和統(tǒng)計(jì)局。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)處理 采用線性回歸處理方法對唐河縣1983—2013年氣溫以及相關(guān)棉花產(chǎn)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

1.2.2 研究內(nèi)容與分析方法 參考Nemani等［12-13，7］的研究結(jié)果，結(jié)合本研究中溫度的分布特點(diǎn)，對唐河縣31年的溫度變化總趨勢進(jìn)行分析；分析不同季節(jié)溫度的變化特點(diǎn)，年均溫、四季溫度、1月、7月、極端最高和最低溫對棉花生產(chǎn)的影響，以及棉花生長季（4—10月）均溫對棉花生產(chǎn)的影響；在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步查找是否存在明顯的變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)及其可能出現(xiàn)的年份。

季節(jié)的劃分：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12—2月為冬季。棉花生長季溫度為4—10月均溫。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2003和SPESS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 年均溫度的變化特征

從圖1和圖2可見，唐河縣1983—2013年年平均氣溫呈明顯上升趨勢，每10年平均溫度增加0.389℃。總體看，雖然31年溫度變化呈持續(xù)增加趨勢，但進(jìn)一步分析不同時(shí)間段的溫度變化發(fā)現(xiàn)，該變化存在明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，位于1998年前后。分析轉(zhuǎn)折點(diǎn)前后的溫度變化發(fā)現(xiàn)，1983—1998年的氣溫升高速度更明顯，為0.766℃/10a；而1999—2013年的氣溫幾乎沒有任何變化（0.011℃/10a）。表明，雖然唐河縣近31年氣溫呈總體升高趨勢，但不同的時(shí)間段溫度的變化特征存在很大差異，即存在明顯的時(shí)間變異，并具有明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

圖1 1983—2013年唐河縣年均氣溫的整體變化趨勢Fig.1 Overall change trend of annual average temperature in Tanghe County from 1983to 2013

圖2 1983—2013年唐河縣年均氣溫不同時(shí)間段（1983—1998，1999—2013）的變化趨勢Fig.2 Change trend of annual average temperature in Tanghe County from 1983to 1998and from 1999 to 2013

圖3 1983—2013年唐河縣不同季節(jié)溫度的年度變化趨勢Fig.3 Change trend of annual temperature in different season in Tanghe County from 1983to 2013

圖4 1999—2013年唐河縣溫度變化與棉花產(chǎn)量的相關(guān)性Fig.4 Correlation between temperature change and cotton yield in Tanghe County from 1999to 2013

2.2 不同季節(jié)氣溫的變化趨勢

從圖3可見，唐河縣近31年四季的年平均氣溫均呈上升趨勢。其中，春季表現(xiàn)極為顯著，平均溫度升高速度為0.731℃/10a，呈極顯著上升趨勢；夏季以0.388℃/10a的速度呈顯著上升趨勢。秋季和冬季雖然總體看溫度也呈持續(xù)升高趨勢，但增速不明顯，其增溫速度分別為0.206℃/10a和0.208℃/10a，秋季與冬季的增溫速度相差僅0.002℃/10a。表明，唐河縣近31年四季氣溫總體呈升高趨勢，但不同季節(jié)平均氣溫的變化值及變化率均不相同，其溫度變化特征存在很大差異。

2.3 溫度變化對唐河縣棉花產(chǎn)量的影響

2.3.1 溫度變化與唐河縣棉花產(chǎn)量的相關(guān)性 從圖4可見，1999—2013年溫度與棉花產(chǎn)量之間存在顯著正相關(guān)。即溫度每上升 1℃，棉花增產(chǎn)151.68kg/hm2。說明，溫度對棉花增產(chǎn)十分有益。

2.3.2 不同季節(jié)溫度變化對唐河縣棉花產(chǎn)量的影響 從圖5可見，對四季溫度而言，棉花產(chǎn)量均隨著春、夏和秋季溫度的升高呈不同程度的正效應(yīng)，而隨著冬季溫度的升高則呈顯著的負(fù)效應(yīng)。其中，2003—2013年隨著春季溫度每上升1℃，棉花產(chǎn)量顯著增長，增產(chǎn)77.339kg/hm2；1999—2013年隨著夏季溫度每上升1℃，棉花產(chǎn)量呈顯著增加趨勢，增產(chǎn)63.204kg/hm2；1999—2013年隨著秋季溫度每上升1℃，棉花增產(chǎn)24.488kg/hm2，但未達(dá)顯著水平；2006—2013年隨著冬季溫度每上升1℃，棉花產(chǎn)量卻顯著降低，減產(chǎn)43.385kg/hm2。表明，溫度變化對棉花產(chǎn)量的影響存在顯著的時(shí)間差異，并且影響程度也存在顯著的差異，其影響程度依次為春季＞夏季＞冬季＞秋季。

圖5 1999—2013年唐河縣不同季節(jié)溫度變化與棉花產(chǎn)量的相關(guān)性Fig.5 Correlation between temperature change in different season and cotton yield in Tanghe County from 1999to 2013

圖6 1999—2013年唐河縣1月和7月溫度變化與棉花產(chǎn)量的相關(guān)性Fig.6 Correlation between temperature change in January and July and cotton yield in Tanghe County from 1999to 2013

2.3.3 1月和7月溫度變化對唐河縣棉花產(chǎn)量的影響 從圖6可見，1月均溫每升高1℃，棉花減產(chǎn)3.302 6kg/hm2，二者間呈負(fù)相關(guān)但未達(dá)顯著水平；相反，隨著7月均溫每升高 1℃，棉花增產(chǎn)49.865kg/hm2，二者間呈顯著正相關(guān)。表明，1月均溫升高對棉花生產(chǎn)存在不利影響，而7月均溫升高有利棉花生產(chǎn)。說明，棉花生產(chǎn)對溫度變化的響應(yīng)存在顯著的時(shí)間差異。

2.3.4 極端最低溫與極端最高溫變化對唐河縣棉花產(chǎn)量的影響 從圖7可知，極端最低溫與極端最高溫對棉花生產(chǎn)的影響與1月和7月均溫對棉花生產(chǎn)的影響基本一致。隨著極端最低溫每升高1℃，棉花減產(chǎn)10.579kg/hm2，但是未達(dá)顯著水平；反之，極端最高溫度與棉花生產(chǎn)呈顯著正相關(guān)，即溫度每升高1℃，棉花增產(chǎn)48.715kg/hm2。棉花生長季的溫度（圖8）與棉花產(chǎn)量之間呈顯著正相關(guān)，即隨著棉花生長季溫度每升高1℃，棉花增產(chǎn)96.003kg/hm2。表明，溫度對棉花產(chǎn)量的影響存在顯著的時(shí)間差異，年均溫對棉花產(chǎn)量的影響最大，其次是棉花生長季溫度和春季溫度的影響。

圖7 1999—2013年唐河縣極端最低和最高溫度變化與棉花產(chǎn)量的相關(guān)性Fig.7 Correlation between change in extreme maximum and minimum temperature and cotton yield in Tanghe County from 1999to 2013

圖8 1999—2013年唐河縣棉花生長季溫度變化與棉花產(chǎn)量的相關(guān)性Fig.8 Correlation between temperature change during cotton growth period and cotton yield in Tanghe County from 1999to 2013

3 結(jié)論與討論

總體上唐河縣的溫度變化與全國［7］和省域［26］的變化趨勢一致，溫度均呈升高趨勢；但就時(shí)間尺度上的變化而言，則與前人的研究結(jié)果不一致。該研究表明，唐河縣31年年均溫的變化存在轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在1998年；且在全球氣候變化背景下，溫度的升高存在階段性的不均衡性。張一馳等［10］研究發(fā)現(xiàn)，華北地區(qū)1951—2009年氣溫變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在1993年。王少鵬等［7］通過分段線性回歸方法研究發(fā)現(xiàn)，我國近40年的年均溫變化存在顯著的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在1984年。溫度變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)存在時(shí)期差異的可能原因：1）各研究的區(qū)域尺度存在差異所致。即在全國尺度（大尺度）上研究可能掩蓋了小尺度上的規(guī)律，這也說明，進(jìn)行小區(qū)域的研究非常有必要。2）研究的時(shí)間尺度不同所致。本研究的時(shí)間段為1983—2013年，而張一馳等［10］和王少鵬等［7］的研究范圍分別是1951—2009年和1961—2004年，時(shí)間段的不同可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)折點(diǎn)的差異，但張一馳等［10］的結(jié)論與本研究的結(jié)果更為接近。通過比較進(jìn)一步佐證了本研究的假設(shè)和最初的推測，即小區(qū)域尺度上與較大尺度上的溫度變化模式可能存在不同。

唐河縣不同季節(jié)溫度變化以春季（0.731℃/10a）和夏季（0.388℃/10a）增溫最顯著，秋季（0.206℃/10a）和冬季（0.208℃/10a）增溫不明顯。這與王峰等［27］春季和冬季增溫更明顯，吳春德等［28］冬季（0.608℃/10a）增溫最為突出的結(jié)論不同。說明，不同季節(jié)的增溫存在很大的地域差異。

1999—2013年唐河縣溫度變化對棉花的影響呈顯著增長趨勢，即溫度每上升1℃，棉花增產(chǎn)151.68kg/hm2，該增長趨勢與黃健等［17-19］的研究結(jié)論基本一致，說明溫度升高對棉花增產(chǎn)有利。2003—2013年春季和夏季溫度、7月均溫、極端最高溫和棉花生長季均溫升高對棉花產(chǎn)量有顯著的增產(chǎn)作用，溫度每上升1℃，棉花分別增產(chǎn)77.339kg/hm2、63.204kg/hm2、49.865kg/hm2、48.715kg/hm2和96.003kg/hm2，秋季均溫的增產(chǎn)效果不顯著。說明，溫度對棉花產(chǎn)量的影響存在顯著的時(shí)間差異，其中棉花生長季溫度的增產(chǎn)作用最顯著，這與岳偉［22］的研究結(jié)果一致。溫度有增產(chǎn)作用也有減產(chǎn)效應(yīng)。其中，2006—2013年冬季溫度、1月均溫和極端最低均溫對棉花產(chǎn)量有減產(chǎn)作用，但是只有2006—2013年冬季均溫的影響達(dá)顯著水平，溫度每上升1℃，棉花減產(chǎn)43.385kg/hm2。棉花生長季基本是4—10月，冬季、1月和極端最低均溫按常理說對棉花的生長可能不存在影響，但是2006—2013年冬季溫度的減產(chǎn)作用達(dá)顯著水平，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可能是當(dāng)年冬季的溫度很低，使來年春季溫度回升較慢，棉花屬喜溫作物，所以在一定程度上造成棉花減產(chǎn)。但是具體原因還有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，唐河縣31年溫度的變化比較敏感，溫度對棉花的增產(chǎn)作用整體上較為顯著，且不同時(shí)間段的溫度變化及其對棉花的影響存在明顯的時(shí)間變異性。

致謝：感謝唐河縣氣象和統(tǒng)計(jì)局提供相關(guān)的數(shù)據(jù)資料。

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（責(zé)任編輯：王 海）

Change Characteristics of Temperature and its Effect on Cotton production in Tanghe County during 1983-2013

LU Shaoyang1，SHI Zhaoyong1＊，WANG Fayuan1，WU Shanwei1，LI Min2
（1.Colegeof.Agriculture，HenanUniversityofScienceandTechnology，Luoyang，Henan471003；2.NanyangAcademyofAgriculturalSciences，Nanyang，Henan473000，China）

The climatic change regulation in small scale range and its effect on cotton production were studied by linear regression analysis to promote production of quality cotton in Tanghe County.Results：The annual average temperature presents an obvious increasing trend with a growth rate of 0.389℃/10ain Tanghe County from 1983to 2013but there is a greater unbalance in temperature growth.The annual temperature increases rapidly with a growth rate of 0.766℃/10afrom 1983to 1998but annual temperature has little change from 1999to 2013.Temperature increases significantly in Spring and Summer but insignificantly in Autumn and Winter.The cotton yield shows an obvious rising trend from 1999to 2013 and cotton yield increased by 151.68kg/hm2when the temperature increases 1℃.Cotton yield increases with temperature increase in Spring and Summer and increase of average temperature in July，extreme maximum temperature and average temperature during cotton growth period from 2003to 2013.In conclusion，Annual average temperature is sensitive to climatic change during 1983-2013and has the significant yield-increase effect on cotton overall.The temperature variation during different time period has obvious temporal variation for cotton yield.

temperature；climatic change；change characteristics；cotton；Tanghe County

S16

A

2015-12-10；2016-09-04修回

河南科技大學(xué)“環(huán)境生物與土壤生態(tài)”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)（2015TTD002）

呂少洋（1989-），女，碩士，研究方向：區(qū)域環(huán)境變化與作物生產(chǎn)的關(guān)系。E-mail：1456755623＠qq.com

＊通訊作者：石兆勇（1975-），男，副教授，從事土壤生態(tài)方面的研究。E-mail：shizy1116＠126.com

1001-3601（2016）09-0407-0157-06