氣候變化對棉花產(chǎn)量影響的實證分析

曾曉紅 馮麗紅 劉國昊 王鵬程

摘要 為了研究氣候變化對新疆昆玉市棉花產(chǎn)量的影響，根據(jù)2000—2016年的氣象資料，并選取年均以及棉花生長期的最低氣溫、平均氣溫、最高氣溫、日照時數(shù)、降水量以及若干年的棉花產(chǎn)量數(shù)據(jù)，運用相關(guān)分析和逐步回歸方法分析了氣候變化趨勢及其對棉花產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，最低氣溫、平均氣溫、最高氣溫、日照時數(shù)、降水量對棉花產(chǎn)量都具有一定的影響，其中最重要的是平均氣溫，與棉花產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞 氣候變化;棉花產(chǎn)量;影響;昆玉市

中圖分類號 S162? 文獻標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）20-0234-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.20.061

Analysis of the Effects of Climate Change on Cotton Yield—Taking Kunyu City as an Example

ZENG Xiao-hong，F(xiàn)ENG Li-hong，LIU Guo-hao et al （School of Economics and Management，Tarim University，Alar，Xinjiang 843300）

Abstract In order to study the effect of climate change on cotton yield in Kunyu City， Xinjiang， according to the meteorological data from 2000 to 2016， and select the minimum temperature， average temperature， maximum temperature， sunshine duration， precipitation and cotton yield data of several years， the trend of climate change and its effect on cotton yield were analyzed by using correlation analysis and stepwise regression method. The results showed that the minimum temperature， average temperature， maximum temperature， sunshine duration and precipitation all had a certain effect on cotton yield.The most important one was the average temperature， which had a very significant positive correlation with cotton yield.

Key words Climate change;Cotton yield;Effect;Kunyu City

氣候變暖問題是當(dāng)前人類社會所面臨的重大環(huán)境問題之一。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（intergovernmental panel on climate change，IPCC）在第五次評估報告中指出，氣候變化有95%以上的可能是人類活動造成的 [1-3]，目前大氣中CO2、CH4和N2O 3種最主要的溫室氣體濃度比工業(yè)化前的 1750 年分別升高了 40%、150%和 20%，1880—2012年全球海陸表面平均溫度呈上升趨勢，升高了0.85 ℃，預(yù)計到2100年大氣增溫達4.8 ℃ [4]。近年來，隨著全球的氣候變暖，氣溫升高對于各行各業(yè)都有不同程度的影響，尤其是對氣候變化最為敏感的農(nóng)業(yè)。氣候變化對于作物產(chǎn)量有著舉足輕重的作用，尤其在新疆地區(qū)，由于特殊的干旱缺水地理環(huán)境以及獨一無二的氣候特點，對于種植選擇極為重要，棉花成為了當(dāng)?shù)氐囊粋€重要種植產(chǎn)品 [5-6]。

該研究選取的研究地點為新疆第十四師生產(chǎn)建設(shè)兵團昆玉市，地處昆侖山北麓，位于和田地區(qū)塔里木盆地的西南部，屬于塔克拉瑪干沙漠腹地，境內(nèi)地形地貌以沙丘型地貌為主。全市現(xiàn)轄5個農(nóng)牧場，其中包括四十七團、皮山農(nóng)場、一牧場、二二四團以及新成立的二二五團。由于地區(qū)偏遠，身居內(nèi)陸，自然條件惡劣，棉花這種既能獲得收益又能防風(fēng)固沙的植物得到當(dāng)?shù)厝说那嗖A。當(dāng)?shù)厝杲邓枯^少，蒸發(fā)量較大，日照時間長，光熱條件充足，且種植棉花已有多年，研究氣候變化對棉花產(chǎn)量的影響對當(dāng)?shù)鼐用窬哂幸欢ǖ?價值。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

使用的氣象數(shù)據(jù)來源于和田地區(qū)統(tǒng)計年鑒氣象部分 [7]，選取了昆玉市2000—2016年逐年的最低氣溫、平均氣溫、最高氣溫、日照時數(shù)、降水量和棉花生長期4—8月份的最低氣溫、平均氣溫、最高氣溫、日照時數(shù)、降水量等共2組數(shù)據(jù) [8]。棉花產(chǎn)量的相關(guān)數(shù)據(jù)來自于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第十四師昆玉市統(tǒng)計年鑒2000—2016年 [9]。

1.2 分析方法 采用EXCEL軟件，對新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第十四師昆玉市的年最低氣溫、年平均氣溫、年最高氣溫、總降水量及日照時數(shù)進行了數(shù)據(jù)的整理，同時提取出昆玉市的棉花生長期（4—8月）同樣的因素數(shù)據(jù)進行了歸納和整理。采用DPS數(shù)據(jù)處理軟件，對2組數(shù)據(jù)分別利用逐步回歸法對各因子與棉花產(chǎn)量之間的關(guān)系進行相關(guān)分析和回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫變化特征 對2000—2016年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第十四師昆玉市棉花產(chǎn)區(qū)的逐年和生長期的最低氣溫、平均氣溫、最高氣溫進行趨勢分析，從圖 1可以看出，近17年來昆玉市年平均氣溫有較小的上升趨勢，平均增幅為 0.441 ℃/10 a;最高氣溫有明顯的下降趨勢，下降幅度較大;最低氣溫的年際波動幅度較大，整體上也有微小的下降趨勢，變化不是很明顯。當(dāng)?shù)刈罡邭鉁靥幱谙陆第厔?，最低氣溫也是略有下降，說明近幾年新疆昆玉市的天氣狀況有所改善，而近些年的年溫差變小，更有利于植物的生長，溫度對棉花的生長應(yīng)存在著一定的影響。2000—2008年年平均氣溫有明顯的上升趨勢，而2009—2016 年平均氣溫有下降的趨勢，但年平均氣溫波動幅度變化不大，幅度在2 ℃上下;年平均氣溫與棉花生長期平均氣溫比較，棉花生長期的平均氣溫與年平均氣溫增幅基本持平，但生長期平均氣溫的變化幅度較大。年最高氣溫多數(shù)出現(xiàn)在6、7、8月，正屬于生長期所取月份，所以全年和生長期最高氣溫的變化趨勢幾乎一樣，均呈現(xiàn)下降的趨勢;生長期的最低氣溫，由于2004—2006年出現(xiàn)了較為嚴重的低溫，其整體呈現(xiàn)下降趨勢。從最低氣溫幅度變化來看，2000—2005年棉花生長期最低氣溫的波動幅度變化較大，且持續(xù)在降低，到2006年之后，最低氣溫的波動幅度明顯變小，且有上升的趨勢。在極端低氣溫出現(xiàn)時，棉花生長周期縮短，可能會對棉花生產(chǎn)產(chǎn)生一定的影響。

2.2 降水量變化特征

由于新疆昆玉市地處內(nèi)陸地區(qū)，總降水量不大，但年降水量變化的年際變化波動很大，如圖2所示，波動幅度可達120 mm，其中年降水量超過100 mm的年份有2000和2007年，降水量少于10 mm的年份為2009年，除去這3個特殊年份外，其他年份較為平均，多數(shù)在60 mm上下，但總體降水量趨于下降趨勢。生長期降水量與年降水量的波動幅度相比更加平穩(wěn)，棉花生長期的總降水量占年總降水量的 68.4%左右。由于降水具有時間的不確定性，當(dāng)采摘期的降水過大時會導(dǎo)致棉花產(chǎn)量的下降，所以生長期的降水量也是影響棉花生產(chǎn)的重要因素之一。

2.3 日照時數(shù)變化特征 從圖3可以看出，2000—2016年昆玉市年日照時數(shù)的變化幅度總體波動不大，其中最大的年日照時數(shù)約8.1 h/d左右，最低年份也有7.2 h/d左右，整體呈略微降低的趨勢。而近17年棉花生長期的日照時數(shù)變化則恰恰相反，趨勢呈遞增性，與降水量的擬合趨勢正好相反，呈負相關(guān)性，可見生長期日照時數(shù)通過降水量可能對于棉花生產(chǎn)存在著一定的影響或間接影響。

2.4 不同氣候因子對棉花產(chǎn)量的可能影響

選取2000—2016年昆玉市年均及棉花生長期的最低氣溫（X1）、平均氣溫（X2）、最高氣溫（X3）、日照時數(shù)（X4）、降水量（X5），利用DPS 分析軟件對兩組數(shù)據(jù)分別與棉花產(chǎn)量（Y，kg/hm2）進行逐步回歸分析。

第一組，年均氣候因子與棉花產(chǎn)量進行逐步回歸分析，得到回歸方程為Y=-1 004.08-43.15X1+302.24X2-35.32X3+34.58X4-4.66X5。

分析年均氣候因子與棉花產(chǎn)量之間的相關(guān)關(guān)系（表1）發(fā)現(xiàn)，在年最低氣溫、年平均氣溫、年最高氣溫、日照時數(shù)、降水量5個氣候因子中，年最低氣溫、年平均氣溫和降水量與棉花產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)，而日照時數(shù)和年最高氣溫與棉花產(chǎn)量的相關(guān)性并不顯著。在年均氣候因子與棉花產(chǎn)量的偏相關(guān)關(guān)系（表2）中，年最低氣溫、年平均氣溫、年最高氣溫、日照時數(shù)、降水量與棉花產(chǎn)量的偏相關(guān)關(guān)系均不顯著，但這并不能說明各因子就與棉花產(chǎn)量無關(guān)。

第二組，棉花生長期的氣候因子與棉花產(chǎn)量進行逐步回歸，得到的回歸方程為Y=2 004.08-115.32X1+196.89X2- 31.11X3-343.49X4-2.20X5。

分析棉花生長期各氣候因子與棉花產(chǎn)量之間的相關(guān)關(guān)系（表1）發(fā)現(xiàn)，棉花生長期的最低氣溫和平均氣溫與棉花產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)，降水量與棉花產(chǎn)量呈顯著相關(guān)，最高氣溫和日照時數(shù)與棉花產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系不顯著，可見棉花生長期與年均氣候因子的相關(guān)關(guān)系結(jié)果大致相同，只有降水量由極顯著變?yōu)轱@著。在棉花生長期氣候因子與棉花產(chǎn)量的偏相關(guān)關(guān)系（表2）中，棉花生長期平均氣溫與棉花產(chǎn)量的偏相關(guān)關(guān)系呈現(xiàn)極顯著，最低氣溫和日照時數(shù)與棉花產(chǎn)量的偏相關(guān)關(guān)系呈顯著，降水量和最高氣溫與棉花產(chǎn)量的偏相關(guān)關(guān)系均不顯著。最低氣溫與棉花產(chǎn)量的偏相關(guān)性由不顯著變?yōu)轱@著，且相關(guān)系數(shù)比日照時數(shù)更為顯著，說明棉花生長期最低氣溫是影響棉花產(chǎn)量增長的一個重要因素，并且日照時數(shù)對棉花產(chǎn)量也產(chǎn)生了一定的影響，但最為顯著且影響最大的因素還是平均氣溫，與棉花產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)。

3 討論

2000—2016年昆玉市年平均氣溫年際之間存在一定的波動幅度，但總體波動幅度不大，在接受范圍內(nèi)呈現(xiàn)出增加的趨勢，全年平均氣溫的增幅為0.441 ℃/10 a。而棉花生長期的增溫幅度為0.360 ℃/10 a，由于小于年平均氣溫增幅溫度，說明在4—8月份平均溫度正在下降。年最高氣溫和年最低氣溫都呈現(xiàn)出一定程度的下降趨勢，且波動幅度變化較大，在一些年份易出現(xiàn)極端天氣，影響棉花產(chǎn)量。最近幾年新疆昆玉地區(qū)的增溫幅度有放緩的趨勢，通過大面積的植樹造林、植被保護等措施，在大環(huán)境下整體的溫差縮小了，氣候條件有所改善。從相關(guān)性中可以看出，最低氣溫對棉花產(chǎn)量也有一定的影響，從早幾年數(shù)據(jù)中可以看出存在著一定的極端低氣溫情況，從近幾年的數(shù)據(jù)來看極端低溫情況有了很大的改善，并且存在著一定的上升趨勢。氣候變化條件下氣溫是導(dǎo)致棉花產(chǎn)量增加的最主要因子，偏相關(guān)結(jié)果進一步揭示了影響棉花產(chǎn)量最密切的是溫度 [10]。

2000—2016年昆玉市年降水量較少，平均年降水量僅有60.5 mm，且年際波動幅度較大，年降水量的變化除幾個特殊年份的降水量相對較多或較少以外，多數(shù)年份的降水量處于40～80 mm。從長遠的周期來看，降水量呈現(xiàn)出較大的周期性波動。2000—2009年降水量呈下降趨勢，而2010—2016年降水量呈上升趨勢，2個時間段形成了一個周期。降水量整體增加或減少的趨勢并不是特別明顯，從年降水量的線性分析看，年降水量整體上還是有略微的下降。在棉花生長期的降水量，約占全年降水量的60%，生長期降水量與棉花產(chǎn)量呈現(xiàn)出顯著的負相關(guān)關(guān)系。棉花在采摘季節(jié)時突發(fā)降水對棉花產(chǎn)量會產(chǎn)生很大的影響。

昆玉市年日照時數(shù)較高，平均日照時數(shù)7.7 h/d，棉花生長期更是達8.3 h/d。日照時數(shù)與棉花產(chǎn)量的偏相關(guān)性結(jié)果顯示，棉花生長期日照時數(shù)與棉花產(chǎn)量呈負相關(guān)關(guān)系，其與棉花生產(chǎn)所形成的氣象條件有關(guān)。由于降水量與日照時數(shù)是一對大體上此消彼長的氣候因子，棉花生長期的水分脅迫會造成棉花產(chǎn)量的下降，日照時數(shù)的增加意味著降水量會相對減少，并且棉花喜陽，日照時數(shù)的增加意味著棉花生長受降水量脅迫的可能性就會減少，但是卻會加劇田間蒸發(fā)，加劇水分脅迫，造成產(chǎn)量的下降，這可能是造成其與產(chǎn)量負相關(guān)的一個原因。

4 結(jié)論

年平均氣溫是影響新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第十四師昆玉市棉花產(chǎn)量最重要的氣候因素，與棉花產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，昆玉市的最低氣溫與棉花產(chǎn)量呈顯著相關(guān)，低溫冷害在春、夏、秋各個季節(jié)均會發(fā)生，需要合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu)和布局，確保棉花持續(xù)健康發(fā)展，及早預(yù)防 [11]。

（2）降水量與棉花產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān)，其對棉花產(chǎn)量的影響主要是在氣溫增加的前提下才能發(fā)揮作用，并且在采摘月份的降水對棉花產(chǎn)量也具有一定的影響。

（3）日照時數(shù)對昆玉市棉花產(chǎn)量會產(chǎn)生一定的負面影響，由于不同生長期對日照的需求也會不同，適量的日照時數(shù)才是棉花生長的重要因素之一，所以日照時數(shù)的增加并不是棉花生長的重要因素，但總體的影響并不是很大。

參考文獻

[1]

萬運帆，李玉娥，高清竹，等.西藏氣候變化趨勢及其對青稞產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報，2018，35（4）：374-380.

[2] IPCC.Climate change 2013：The physical science basis[M].Cambridge：Cambridge University Press， 2013.

[3] 艾爾肯江·阿布力提甫，石勇，曲藝.資源型城市主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)選擇方法研究：以新疆巴州為例[J].科技促進發(fā)展，2018，14（3）：175-181.

[4] 黃遠山.基于Mann-Kendall法的壽縣氣溫變化趨勢和突變分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2016（10）：228-231，237.

[5] 阿布都克日木·阿巴司，胡素琴，努爾帕提曼·買買提熱依木.新疆喀什氣候變化對棉花發(fā)育期及產(chǎn)量的影響分析[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，23（7）：919-930.

[6] 王雪姣.氣候變化對新疆棉花物候、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響與適應(yīng)措施[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[7] 和田地區(qū)統(tǒng)計局.和田統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2018.

[8] 楊福成.第十四師昆玉市經(jīng)濟發(fā)展問題研究[J].兵團黨校學(xué)報，2017（4）：20-23.

[9] 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第十四師統(tǒng)計局，國家統(tǒng)計局新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第十四師調(diào)查隊.新疆兵團第十四師昆玉市統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2018.

[10] 王太祥，董舒婷.氣候變化對我國棉花產(chǎn)量的影響：基于C-D-C模型的實證分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（24）：383-386.

[11] 張燕，賴軍臣，傅瑋東.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[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（34）：12177-12179，12183.