氣候變化下新疆棉花調(diào)虧灌溉的節(jié)水效果評(píng)估

王靈猛，周澤羽，劉 健，金繼明

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西楊凌712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌712100）

0 引言

我國(guó)是世界上第2 大棉花生產(chǎn)國(guó)，據(jù)統(tǒng)計(jì)2017年我國(guó)棉花皮棉產(chǎn)量占世界棉花皮棉產(chǎn)量的1/5 以上[1]。而新疆是我國(guó)最大的優(yōu)質(zhì)棉產(chǎn)區(qū)[2,3]，2017年新疆棉花的播種面積和皮棉產(chǎn)量分別占全國(guó)棉花播種面積和皮棉產(chǎn)量的70%和80%[4]。此外，棉花也是新疆播種面積最大的農(nóng)作物，2018年新疆棉花播種面積占全疆農(nóng)作物播種面積的38%[5]。所以實(shí)現(xiàn)新疆棉花的可持續(xù)生產(chǎn)對(duì)維持新疆棉農(nóng)經(jīng)濟(jì)收入以及我國(guó)乃至世界棉花生產(chǎn)都具有重要意義。

新疆地處歐亞大陸腹地，光照充足、熱量豐富、降水稀少、空氣干燥，是典型的內(nèi)陸干旱半干旱區(qū)[6]。廣袤的土地資源、豐富的光熱資源以及較穩(wěn)定的降水和冰川積雪融水為新疆棉花種植提供了得天獨(dú)厚的自然條件[2,6]。然而干旱少雨而蒸發(fā)強(qiáng)烈的特征使新疆農(nóng)業(yè)以綠洲灌溉農(nóng)業(yè)為主，素有“無灌不植”之說，所以灌溉在新疆棉花生產(chǎn)中具有十分重要的地位和作用[7-9]。近年來由于新疆農(nóng)作物種植面積和農(nóng)業(yè)用水增加，地下水超采和農(nóng)業(yè)用水?dāng)D占生態(tài)用水等問題日益凸顯，這些問題制約著新疆棉花的可持續(xù)生產(chǎn)[4,10,11]。

緩減新疆棉花生產(chǎn)所面臨的水資源短缺問題，需要大力推廣節(jié)水灌溉技術(shù)、提高水資源利用效率[12-14]。而調(diào)虧灌溉是在水資源有限的情況下減少作物耗水量但不顯著減少作物產(chǎn)量，通過提高水資源利用效率以達(dá)到節(jié)約水資源目的一種生物節(jié)水灌溉方法[15,16]。其原理是作物在不同的生長(zhǎng)階段對(duì)水分脅迫的敏感度不同，所以生產(chǎn)中可在作物需水關(guān)鍵期進(jìn)行充分灌溉，而在作物需水不敏感期減少灌溉量[1617]。這一方法在新疆棉花生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景，所以近年來在與新疆棉花生產(chǎn)相關(guān)的研究中不斷受到關(guān)注[18-22]。然而這些研究主要是歷史階段的試驗(yàn)研究，調(diào)虧灌溉在氣候變化背景下的節(jié)水效果尚有待評(píng)估。本研究評(píng)估氣候變化下新疆棉花調(diào)虧灌溉的節(jié)水效果，研究結(jié)果可為實(shí)現(xiàn)新疆棉花可持續(xù)生產(chǎn)提供科學(xué)參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域

新疆植棉區(qū)廣泛分布于南疆和北疆地區(qū)，棉田主要位于盆地和山腳邊緣，由于緯度和海拔跨度大，植棉區(qū)氣候條件尤其是熱量條件差異大，不同地區(qū)適宜種植不同熟性的棉花。根據(jù)姚源松[23,24]的研究，新疆植棉區(qū)主要種植早熟和早中熟陸地棉，早熟和早中熟陸地棉種植區(qū)棉田面積和棉花產(chǎn)量均占全疆98%左右，所以本研究在早熟和早中熟棉種植區(qū)各選一個(gè)代表站進(jìn)行研究（見圖1）。研究站點(diǎn)選擇中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站“阿克蘇站”（80°45'E，40°37'N）和“阜康站”（87°55'E，44°17'N）?！鞍⒖颂K站”位于南疆地區(qū)，適宜種植新陸中系列早中熟陸地棉，而“阜康站”位于北疆地區(qū)，適宜種植新陸早系列早熟陸地棉[23,24]。站點(diǎn)所在區(qū)域代表了暖溫帶干旱區(qū)綠洲農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)類型，是研究節(jié)水灌溉理論及綠洲農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的理想場(chǎng)所[25,26]。

圖1 研究站點(diǎn)位置Fig.1 The location of research sites

1.2 模型介紹

本文采用隨 DSSAT （Decision support system for agrotechnology transfer）模型[27,28]發(fā)布的棉花模型Crop Growth(CROPGRO)-Cotton 模擬歷史和未來新疆棉花生產(chǎn)。模型以日為步長(zhǎng)進(jìn)行模擬，需要的輸入數(shù)據(jù)包括氣象數(shù)據(jù)、土壤剖面數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)和品種參數(shù)[29]。棉花發(fā)育進(jìn)程通過生理日的方法模擬，該方法考慮了溫度和水分脅迫對(duì)棉花發(fā)育進(jìn)程的影響。光合作用基于綠籬光截獲并以小時(shí)為單位進(jìn)行模擬[30]，然后以日為單位進(jìn)行整合。模型通過不同的溫度響應(yīng)函數(shù)模擬溫度對(duì)棉花光合作用、蕾鈴脫落的影響，通過Priestley-Taylor公式計(jì)算潛在蒸散發(fā)，并考慮了二氧化碳（CO2）濃度升高對(duì)氣孔阻力和植株蒸騰的影響。

CROPGRO-Cotton 模型在新疆地區(qū)的適用性已通過大田試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到評(píng)估。王興鵬等[31,32]用3 個(gè)灌溉水平下的棉花田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)估了該模型對(duì)南疆地區(qū)棉花生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量模擬的適用性，結(jié)果表明模型能很好地模擬棉花開花期、成熟期和籽棉產(chǎn)量，其模擬值與實(shí)測(cè)值的絕對(duì)相對(duì)誤差（absolute relative error，ARE）在校正處理中分別為0%、2.74% 和9.02%，在驗(yàn)證處理中分別為4.88%、2.30%和12.88%；模型也能精確反映不同灌溉策略對(duì)棉花物候和籽棉產(chǎn)量的影響。譚紅等[33]評(píng)價(jià)了該模型在石河子地區(qū)的適用性，結(jié)果顯示模型能很好地模擬花鈴期、吐絮期和產(chǎn)量，其模擬值與實(shí)測(cè)值的歸一化均方根誤差（The normalized root mean square error，n-RMSE）在模型校正時(shí)均小于10%，在模型驗(yàn)證時(shí)分別為3.5%、1.46%和8.94%。此外，Himanshu 等[34]運(yùn)用該模型模擬了美國(guó)南部高原區(qū)調(diào)虧灌溉對(duì)棉花籽棉產(chǎn)量和灌溉水利用率的影響，結(jié)果表明模型可以有效模擬調(diào)虧灌溉的作用。因此，CROPGRO-Cotton 模型可用于評(píng)估氣候變化背景下新疆棉花調(diào)虧灌溉的節(jié)水效果。

1.3 數(shù)據(jù)

1.3.1 歷史氣象數(shù)據(jù)

輸入作物模型的歷史氣象數(shù)據(jù)來自中國(guó)區(qū)域高時(shí)空分辨率地面氣象要素驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)集[35]，此數(shù)據(jù)集由中國(guó)科學(xué)院青藏高原所（Institute of Tibetan Plateau Research，Chinese Academy of Sciences，ITPCAS）開發(fā)，以下簡(jiǎn)稱ITPCAS 數(shù)據(jù)集。作物模型所需的逐日太陽輻射、日最高氣溫、日最低氣溫和日降水量均由此數(shù)據(jù)集提取。

1.3.2 未來氣象數(shù)據(jù)

研究使用的未來氣象數(shù)據(jù)來自第5階段全球耦合模式相互比較計(jì)劃中的3 個(gè)大氣環(huán)流模式（General Circulation Models，GCMs）[36]。這3 個(gè)GCMs 代表不同的升溫強(qiáng)度，其中IPSLCM5A-MR 升溫最強(qiáng)，MIROC5 升溫中等，GFDL-ESM2G 升溫最弱[37]。2 種代表濃度路徑（RCP 4.5 和RCP 8.5）的數(shù)據(jù)被用來預(yù)測(cè)未來新疆棉花生產(chǎn)，其中RCP 4.5 為中等濃度溫室氣體排放情景，而RCP 8.5 為較高濃度溫室氣體排放情景[4]。輸入作物模型的未來氣候數(shù)據(jù)主要包括日最高氣溫、日最低氣溫、降水量和日太陽輻射，未來CO2濃度數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[38]。為了減少GCMs 數(shù)據(jù)的不確定性，研究中將粗分辨率（1.3°～2.5°）的未來氣候數(shù)據(jù)通過統(tǒng)計(jì)降尺度變換為0.1°×0.1°分辨率的數(shù)據(jù)，降尺度過程中使用的觀測(cè)數(shù)據(jù)為ITPCAS數(shù)據(jù)集。

1.3.3 土壤數(shù)據(jù)

模型所需的土壤剖面數(shù)據(jù)主要來自中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)阿克蘇站[25]和阜康站[26]、中國(guó)土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（http：//vdb3.soil.csdb.cn/）的實(shí)測(cè)資料，涉及的土壤參數(shù)主要包括分層的黏粒含量、粉粒含量、凋萎含水量、田間持水量、飽和含水量、土壤容重、有機(jī)質(zhì)、全氮含量和作物根系生長(zhǎng)參數(shù)等，部分參數(shù)直接來源于實(shí)測(cè)資料（見表1），沒有觀測(cè)的土壤參數(shù)主要依據(jù)實(shí)測(cè)土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)（即土壤黏粒含量、粉粒含量等），經(jīng)DSSAT模型的SBuild模塊計(jì)算得到。

表1 土壤參數(shù)實(shí)測(cè)資料Tab.1 The measured data for soil parameters

1.3.4 栽培管理資料

棉花栽培管理資料主要包括棉花品種、播種日期、種植密度等數(shù)據(jù)。本文采用的早中熟陸地棉品種是南疆主栽品種“新陸中46號(hào)”，品種對(duì)應(yīng)的模型品種參數(shù)來自王興鵬等[31,32]的研究，采用的早熟陸地棉品種是“新陸早45號(hào)”，品種對(duì)應(yīng)的模型品種參數(shù)來自譚紅等[33]的研究（見表2）。相關(guān)研究表明CROPGRO-Cotton 模型能較好地模擬新疆棉花開花期、成熟期和籽棉產(chǎn)量[31-33]。根據(jù)中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)阿克蘇站[25]和阜康站[26]、相關(guān)文獻(xiàn)[32,33]的棉花栽培管理資料，阿克蘇站棉花的播種日期設(shè)置為4月23日，種植密度設(shè)置為30 株/m2，而阜康站棉花的播種日期設(shè)置為4月24日，種植密度設(shè)置為19株/m2。

表2 CROPGRO-Cotton模型棉花品種參數(shù)Tab.2 Genetic coefficients of cotton in the CROPGRO-Cotton model

1.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.4.1 棉花生長(zhǎng)階段劃分

根據(jù)Himanshu 等[34]的研究將棉花生育期劃分為出苗期、現(xiàn)蕾期、開花期、開花盛期和成熟期，并將播種期至出苗期、出苗期至現(xiàn)蕾期、開花盛期至成熟期3個(gè)階段確定為棉花生長(zhǎng)需水不敏感期[34]。棉花現(xiàn)蕾期至開花期、開花期至開花盛期一般均需要30 d 左右[34,39]，由于CROPGRO-Cotton 模型不能模擬棉花現(xiàn)蕾期和開花盛期，棉花現(xiàn)蕾期通過開花期減去30 d 確定，棉花開花盛期通過開花期加上30 d確定。

1.4.2 充分和調(diào)虧灌溉試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了評(píng)估氣候變化背景下新疆棉花調(diào)虧灌溉的節(jié)水效果，本文設(shè)置充分灌溉（FullIRR）和調(diào)虧灌溉（IRR**）2 組試驗(yàn)?zāi)M歷史和未來新疆棉花生產(chǎn)（見表3）。充分灌溉通過模型自動(dòng)灌溉程序?qū)崿F(xiàn)，當(dāng)模擬的土壤水分消耗至有效土壤含水量的50%時(shí)開始灌溉，當(dāng)剖面土壤水分達(dá)到有效土壤含水量的85%時(shí)結(jié)束灌溉。調(diào)虧灌溉只在對(duì)水分脅迫不敏感的生長(zhǎng)階段進(jìn)行，而在其他生長(zhǎng)階段調(diào)虧灌溉與充分灌溉采取相同的灌溉量。調(diào)虧灌溉共設(shè)置6個(gè)處理，其中IRR90表示在對(duì)水分脅迫不敏感的生長(zhǎng)階段調(diào)虧灌溉用水量為充分灌溉的90%，而在其他生長(zhǎng)階段調(diào)虧灌溉與充分灌溉采取相同的灌溉量，其他調(diào)虧灌溉處理與該處理采用類似的表示方法。

表3 充分和調(diào)虧灌溉處理Tab.3 The treatments for full and regulated deficit irrigation

1.4.3 充分和調(diào)虧灌溉試驗(yàn)設(shè)計(jì)

棉花水分生產(chǎn)力通過籽棉產(chǎn)量除以棉花生育期實(shí)際蒸散發(fā)計(jì)算得到。為了優(yōu)化調(diào)虧灌溉策略和評(píng)價(jià)調(diào)虧灌溉節(jié)水效果，本文通過公式（1）計(jì)算調(diào)虧灌溉下各變量較充分灌溉下各變量的相對(duì)變化。優(yōu)化調(diào)虧灌溉策略的方法與Himanshu等[34]的研究相似，當(dāng)調(diào)虧灌溉籽棉產(chǎn)量較充分灌溉減產(chǎn)少于5%時(shí)認(rèn)為調(diào)虧灌溉對(duì)籽棉產(chǎn)量沒有顯著影響，這時(shí)將多個(gè)調(diào)虧灌溉處理中水分生產(chǎn)力最高的處理作為最優(yōu)調(diào)虧灌溉策略。結(jié)果分析時(shí)用GFDL、MIROC5 和IPSL 分別代表GFDLESM2G、MIROC5和IPSL-CM5A-MR 3個(gè)GCMs；用BL 代表基準(zhǔn)期1999-2018年，P1、P2 分別代表2041-2060年和2081-2100年2 個(gè)時(shí)段；GFDL-P1 代表GFDL-ESM2G 在P1 時(shí)段對(duì)應(yīng)結(jié)果，其他GCMs和時(shí)段的組合采用類似表示方法。

式中：△IRR代表調(diào)虧灌溉下各變量較充分灌溉下各變量的相對(duì)變化；IRR**代表各調(diào)虧灌溉處理下模擬的籽棉產(chǎn)量、生育期實(shí)際蒸散發(fā)和水分生產(chǎn)力；FullIRR代表充分灌溉下模擬的籽棉產(chǎn)量、生育期實(shí)際蒸散發(fā)和水分生產(chǎn)力。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花生長(zhǎng)季氣候條件變化

與BL 期間相比，P1、P2 時(shí)段2 個(gè)站點(diǎn)棉花生長(zhǎng)季（4–11月）日平均氣溫平均值呈上升趨勢(shì)，但日太陽輻射平均值和總降水量沒有明顯的變化趨勢(shì)（見圖2）。阿克蘇BL 期間棉花生長(zhǎng)季日太陽輻射平均值、日平均氣溫平均值和總降水量分別為18.5 MJ/m2、17.8°C 和78.7 mm，阜康BL 期間棉花生長(zhǎng)季日太陽輻射平均值、日平均氣溫平均值和總降水量分別為18.7 MJ/m2、16.5°C 和155.5 mm。與BL 期間相比，在RCP 4.5情景下阿克蘇P1、P2 時(shí)段棉花生長(zhǎng)季日平均太陽輻射分別增加-1.3%～-1.1%和-1.3%～0.3%，日平均氣溫分別增加1%～10.8%和0.8%～17.3%，總降水量分別增加3.4%～14.8%和-3.1%～17.2%；在RCP 8.5 情景下阿克蘇P1、P2 時(shí)段這些變量分別增加-2.5%～-1.7% 和-2.7%～-0.5%、3.5%～15.4% 和15.5%～38.2%、-18.9%～21.7%和-47.3%～13.1%。與BL 期間相比，在RCP 4.5 情景下阜康P1、P2 時(shí)段棉花生長(zhǎng)季日平均太陽輻射分別增加0.2%～0.7%和0.4%～1.3%，日平均氣溫分別增加0.6%～10.5% 和0.6%～18.5%，總降水量分別增加-2.8%～33.5%和-14.4%～28.7%；在RCP 8.5 情景下阜康P1、P2 時(shí)段這些變量分別增加-0.4%～1.2%和-0.8%～1.3%、5.1%～15.3%和21.5%～43.7%、-7.7%～22.4%和-14.6%～22.6%。與BL 期間相比，2 個(gè)站點(diǎn)和2 種情景下模式IPSL-CM5A-MR 升溫均最強(qiáng)，MIROC5升溫中等，而GFDL-ESM2G升溫均最少。

圖2 未來氣候條件下棉花生長(zhǎng)季氣候變量較基準(zhǔn)期變化Fig.2 The changes of climate variables during the cotton growing season under future climate conditions relative to the baseline period

2.2 優(yōu)化棉花調(diào)虧灌溉策略

隨著調(diào)虧灌溉用水量減少，棉花籽棉產(chǎn)量和生育期實(shí)際蒸散發(fā)減少（見圖3和圖4）。但在一定范圍內(nèi)，調(diào)虧灌溉下籽棉產(chǎn)量較充分灌溉減產(chǎn)少于5%。當(dāng)BL期間對(duì)應(yīng)的調(diào)虧灌溉弱于IRR70，RCP 4.5 和RCP 8.5 情景下GFDL-P1、GFDL-P2、MIROC5-P1、MIROC5-P2、IPSL-P1、IPSL-P2 對(duì)應(yīng)的調(diào)虧灌溉分別弱于IRR60、IRR60、IRR60、IRR70、IRR70、IRR80和IRR60、IRR70、IRR70、IRR70、IRR70、IRR80 時(shí)，阿克蘇調(diào)虧灌溉下籽棉產(chǎn)量較充分灌溉減產(chǎn)少于5%；同理，阜康調(diào)虧灌溉下籽棉產(chǎn)量較充分灌溉變化也符合此規(guī)律。這主要是由于輕度調(diào)虧灌溉對(duì)棉花生長(zhǎng)造成的水分脅迫較小，并且播種至現(xiàn)蕾期調(diào)虧灌溉能促進(jìn)棉花根系生長(zhǎng)，有助于根系從土壤中吸取更多水分來維持棉花生長(zhǎng)。與充分灌溉相比，輕度調(diào)虧灌溉對(duì)棉花葉面積指數(shù)和生育期植株蒸騰造成的影響也較小，所以輕度調(diào)虧灌溉下棉花生育期實(shí)際蒸散發(fā)減少主要由土壤蒸發(fā)減少造成。

圖3 RCP 4.5和RCP 8.5情景阿克蘇調(diào)虧灌溉籽棉產(chǎn)量、實(shí)際蒸散發(fā)和水分生產(chǎn)力較充分灌溉變化Fig.3 The changes of seed cotton yield，actual evapotranspiration，and water productivity under regulated deficit irrigation relative to full irrigation for RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios at Aksu

圖4 RCP 4.5和RCP 8.5情景阜康調(diào)虧灌溉籽棉產(chǎn)量、實(shí)際蒸散發(fā)和水分生產(chǎn)力較充分灌溉變化Fig.4 The changes of seed cotton yield，actual evapotranspiration，and water productivity under regulated deficit irrigation relative to full irrigation for RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios at Fukang

隨著調(diào)虧灌溉用水量減少，棉花水分生產(chǎn)力呈先增加后減少趨勢(shì)（見圖3和圖4）。在一定范圍內(nèi)，調(diào)虧灌溉對(duì)籽棉產(chǎn)量造成的影響很小，實(shí)際蒸散發(fā)隨灌溉量減少而減小，棉花水分生產(chǎn)力呈增加趨勢(shì)，而當(dāng)灌溉量繼續(xù)減少，調(diào)虧灌溉對(duì)籽棉產(chǎn)量的影響增加，產(chǎn)量減少嚴(yán)重，棉花水分生產(chǎn)力呈減少趨勢(shì)，因此棉花水分生產(chǎn)力存在一個(gè)最大值。當(dāng)BL 期間對(duì)應(yīng)的調(diào)虧灌溉為IRR70，RCP 4.5 和RCP 8.5 情景下GFDL-P1、GFDL-P2、MIROC5-P1、MIROC5-P2、IPSL-P1、IPSL-P2 對(duì)應(yīng)的調(diào)虧灌溉分別為IRR60、IRR60、IRR60、IRR70、IRR70、IRR80 和IRR60、IRR70、IRR70、IRR80、IRR80、IRR90時(shí)，阿克蘇棉花水分生產(chǎn)力達(dá)到最大值。同理，阜康棉花水分生產(chǎn)力變化也符合此規(guī)律。

根據(jù)棉花籽棉產(chǎn)量和水分生產(chǎn)力隨灌溉量減少所呈現(xiàn)的變化規(guī)律，為了在不顯著減少籽棉產(chǎn)量的情況下盡量減少棉花生產(chǎn)耗水量，當(dāng)調(diào)虧灌溉對(duì)籽棉產(chǎn)量的影響小于5%時(shí)，將多個(gè)調(diào)虧灌溉處理中棉花水分生產(chǎn)力最高的處理作為最優(yōu)調(diào)虧灌溉策略，據(jù)此可優(yōu)化出2 個(gè)站點(diǎn)BL 和P1、P2 時(shí)段棉花生產(chǎn)的最優(yōu)調(diào)虧灌溉策略（見表4和表5）。

表4 阿克蘇基準(zhǔn)期和未來氣候條件下的最優(yōu)調(diào)虧灌溉策略Tab.4 The optimal strategies of regulated deficit irrigation at Aksu under the baseline period and future climate conditions

表5 阜康基準(zhǔn)期和未來氣候條件下的最優(yōu)調(diào)虧灌溉策略Tab.5 The optimal strategies of regulated deficit irrigation at Fukang under the baseline period and future climate conditions

2.3 調(diào)虧灌溉節(jié)水效果評(píng)估

根據(jù)2 個(gè)站點(diǎn)BL 和P1、P2 時(shí)段棉花生產(chǎn)調(diào)虧灌溉策略優(yōu)化結(jié)果，調(diào)虧灌溉可提高新疆棉花水分生產(chǎn)力并節(jié)省灌溉量（見表4和表5）。BL期間調(diào)虧灌溉可使阿克蘇棉花水分生產(chǎn)力提高2.24%、節(jié)省灌溉量88 mm，使阜康棉花水分生產(chǎn)力提高3.54%、節(jié)省灌溉量124 mm。RCP 4.5 情景下，調(diào)虧灌溉可使阿克蘇P1、P2 時(shí)段棉花水分生產(chǎn)力分別提高1.78%～2.97%和0.73%～2.88%，分別節(jié)省灌溉量84～120 mm 和59～117 mm；可使阜康P1、P2 時(shí)段棉花水分生產(chǎn)力分別提高1.06%～2.52%和0.58%～1.81%，分別節(jié)省灌溉量99～113 mm 和68～118 mm。RCP 8.5情景下，調(diào)虧灌溉可使阿克蘇P1、P2時(shí)段棉花水分生產(chǎn)力分別提高0.87%～2.58%和0.23%～1.89%，分別節(jié)省灌溉量59～114 mm 和38～83 mm；可使阜康P1、P2 時(shí)段棉花水分生產(chǎn)力分別提高0.31%～0.83%和0.04%～0.19%，分別節(jié)省灌溉量75～76 mm 和29～57 mm?？傮w來說，調(diào)虧灌溉可以有效提高新疆棉花水分生產(chǎn)力，節(jié)省灌溉用水量，其最優(yōu)灌溉用水量較充分灌溉可節(jié)約5%～28%的灌溉量。

新疆棉花生產(chǎn)最優(yōu)調(diào)虧灌溉的調(diào)虧程度隨溫度升高呈減弱趨勢(shì)，但CO2濃度升高可能影響這種趨勢(shì)。最優(yōu)調(diào)虧灌溉策略是不顯著影響籽棉產(chǎn)量的多個(gè)調(diào)虧灌溉處理中棉花水分生產(chǎn)力最高的處理。棉花水分生產(chǎn)力通過籽棉產(chǎn)量和生育期實(shí)際蒸散發(fā)計(jì)算，而籽棉產(chǎn)量和生育期實(shí)際蒸散發(fā)主要受溫度和CO2濃度影響，因此最優(yōu)調(diào)虧灌溉策略與溫度和CO2濃度密切相關(guān)。CO2濃度相同的情況下，兩個(gè)站點(diǎn)和兩種情景下P1、P2 時(shí)段最優(yōu)調(diào)虧灌溉的調(diào)虧程度均滿足GFDL-ESM2G 最強(qiáng)、MIROC5次之、IPSL-CM5A-MR最弱的規(guī)律，這主要是由于溫度升高后需要更多灌溉量來維持蒸散發(fā)耗水。大多數(shù)情況下氣候變暖使最優(yōu)調(diào)虧灌溉的調(diào)虧程度減弱，但CO2濃度升高會(huì)減少植株蒸騰和加強(qiáng)光合作用，進(jìn)而影響這種趨勢(shì)。阿克蘇RCP 4.5 情景下GFDL-P1、GFDL-P2、MIROC5-P1 和RCP 8.5情景下GFDL-P1對(duì)應(yīng)最優(yōu)調(diào)虧灌溉的調(diào)虧程度較BL對(duì)應(yīng)最優(yōu)調(diào)虧灌溉的調(diào)虧程度強(qiáng)，這主要是由于CO2濃度升高使氣孔導(dǎo)度減小，導(dǎo)致實(shí)際蒸散發(fā)減少[40]，升溫較弱的情況下這種影響可能超過溫度升高導(dǎo)致的實(shí)際蒸散發(fā)增加。此外，CO2濃度升高會(huì)加強(qiáng)光合作用，這種影響可能減弱調(diào)虧灌溉對(duì)籽棉產(chǎn)量形成造成的影響[41]。因此，為了在不顯著減少籽棉產(chǎn)量的情況下盡量減少新疆棉花生產(chǎn)耗水量，需要不斷優(yōu)化調(diào)虧灌溉策略以適應(yīng)氣候變化。

3 結(jié)語

（1）與BL 相比，P1、P2 時(shí)段2 個(gè)站點(diǎn)棉花生長(zhǎng)季日平均氣溫平均值呈上升趨勢(shì)，但日太陽輻射平均值和總降水量沒有明顯的變化趨勢(shì)；2 個(gè)站點(diǎn)和2 種情景下模式IPSL-CM5AMR 升溫均最強(qiáng)，MIROC5 升溫中等，而GFDL-ESM2G 升溫均最少。

（2）在一定程度的調(diào)虧灌溉下籽棉產(chǎn)量較充分灌溉減產(chǎn)少于5%，而且水分生產(chǎn)力隨調(diào)虧灌溉用水量減少呈先增加后減少的趨勢(shì)，據(jù)此可優(yōu)化新疆棉花生產(chǎn)的調(diào)虧灌溉策略。調(diào)虧灌溉可以有效提高新疆棉花水分生產(chǎn)力，節(jié)省灌溉用水量，其最優(yōu)灌溉用水量較充分灌溉可節(jié)約5%～28%的灌溉量。

（3）新疆棉花生產(chǎn)最優(yōu)調(diào)虧灌溉調(diào)虧程度隨溫度升高呈減弱趨勢(shì)，但CO2濃度升高可能影響這種趨勢(shì)。為了在不顯著減少籽棉產(chǎn)量的情況下盡量減少新疆棉花生產(chǎn)耗水量，需要不斷優(yōu)化調(diào)虧灌溉策略以適應(yīng)氣候變化。