日照時(shí)間、積溫和降水量對籽棉產(chǎn)量的影響

李鵬程，張思平，鄭蒼松，孫淼，邵晶晶，馮衛(wèi)娜，董合林

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽 455000）

溫度、光照、降水是影響棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的重要?dú)夂蛞蜃?，國?nèi)不同棉區(qū)均開展了相關(guān)研究。日照時(shí)間、積溫和平均氣溫是影響新疆棉花產(chǎn)量的重要?dú)夂蛞蜃?。?yán)彩虹等[1]報(bào)道年日照時(shí)間與新疆棉花單產(chǎn)之間相關(guān)性最強(qiáng)，對棉花產(chǎn)量貢獻(xiàn)最大。賈超等[2]研究發(fā)現(xiàn)新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師墾區(qū)棉花生長季總熱量、苗期低溫冷害以及秋季初霜日期是影響棉花產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蜃?，?0℃積溫、5月極端最低氣溫、生長季（4月至9月）平均氣溫、播種至出苗期積溫及初霜日期與棉花產(chǎn)量極顯著相關(guān)。向?qū)У萚3]報(bào)道石河子墾區(qū)開花至吐絮階段是棉花生長的氣候關(guān)鍵期，平均氣溫是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因子，平均氣溫每上升1℃，相對氣象產(chǎn)量將增加10.7%，平均氣溫≤23℃時(shí)棉花減產(chǎn)，占減產(chǎn)年概率的67.0%；全生育期正積溫也對棉花產(chǎn)量具有重要影響，正積溫每變化100℃，相對氣象產(chǎn)量將變化8.3%，當(dāng)正積溫≤3600℃時(shí)棉花減產(chǎn)，占減產(chǎn)年概率的72.7%。唐湘玲等[4]發(fā)現(xiàn)石河子地區(qū)氣候變暖、降水量增加、日照時(shí)間增加均有利于棉花產(chǎn)量的提高。阿布都克日木·阿巴司等[5]提出影響新疆喀什棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蜃佑袣鉁亍⑷照諘r(shí)間、降水、初霜日、終霜日、無霜期。其中，初霜日、終霜日及無霜期與棉花產(chǎn)量總體呈正相關(guān)，即初霜日延后，終霜日提前，無霜期延長，則棉花產(chǎn)量增多。曾曉紅等[6]研究表明最低氣溫、平均氣溫、最高氣溫、日照時(shí)間、降水量對新疆昆玉市棉花產(chǎn)量都具有一定的影響，其中最重要的因子是平均氣溫，與棉花產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。長江流域棉區(qū)降水量偏多，對棉花產(chǎn)量有不利影響。孫燁琳等[7]報(bào)道氣溫、降水量和有效灌溉面積是影響湖北省大部分地級市棉花單產(chǎn)的主導(dǎo)因子，氣溫和太陽輻射量對這些地區(qū)的棉花單產(chǎn)呈正影響，降水量對這些地區(qū)的棉花單產(chǎn)呈負(fù)影響；有效灌溉面積、農(nóng)用化肥施用量和棉花品種都對這些地區(qū)的棉花單產(chǎn)呈正影響。陳金湘等[8]提出對湖南棉花皮棉單產(chǎn)和纖維品質(zhì)影響最大的氣候因子是降雨日數(shù)和日照時(shí)間，影響最小的是日平均溫度。韓迎春等[9]報(bào)道積溫是影響黃河流域棉區(qū)麥棉兩熟棉花產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蜃?，且為正效?yīng)，而降水量對棉花產(chǎn)量的影響為負(fù)效應(yīng)。本研究采用灰色關(guān)聯(lián)分析和逐步回歸分析法，對河南安陽試驗(yàn)區(qū)2010-2020年棉花籽棉產(chǎn)量和氣象因子進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，以尋求影響籽棉產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子，建立籽棉產(chǎn)量與關(guān)鍵氣象因子的回歸模型，為棉花持續(xù)高產(chǎn)管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

氣象資料由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所（以下簡稱“中棉所”）東場試驗(yàn)地氣象站獲取，以2010-2020年棉花生長季4-10月的≥10℃積溫、≥15℃積溫、≥20℃積溫、降水量和日照時(shí)間為主要?dú)夂蛞蜃?，以中棉所南場試?yàn)地2010-2020年一熟制籽棉單產(chǎn)為相關(guān)因子，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析和多元逐步回歸分析。棉花品種選用該區(qū)主推品種。4月下旬播種，籽棉產(chǎn)量均為實(shí)收產(chǎn)量。全生育期肥料用量和用法：純氮270kg·hm－2，分基肥和初花期追肥共2次等量施入；磷鉀肥P2O5、K2O用量均為120kg·hm－2，采用一次性基施。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理：按照灰色系統(tǒng)理論的要求[10-11]，先列出各年度各氣候因子和籽棉產(chǎn)量（表1），對數(shù)據(jù)進(jìn)行均值標(biāo)準(zhǔn)化處理。均值標(biāo)準(zhǔn)化處理方法是先分別求出各氣候因子的平均值，再用平均值去除各氣候因子原始數(shù)據(jù)，得出均值化序列。

表1 2010-2020年4-10月主要?dú)夂蛞蜃优c籽棉產(chǎn)量

采用DPS軟件進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析[12]。同時(shí)以各氣候因子為自變量，以籽棉產(chǎn)量為因變量采用DPS系統(tǒng)進(jìn)行逐步回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 4-10月氣候因子與籽棉產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)分析

由表2可知，與籽棉產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度較大的分別是4-10月日照時(shí)間、≥15℃積溫、≥20℃積溫，關(guān)聯(lián)度分別為0.4 307、0.3 864、0.3 483，而籽棉產(chǎn)量與≥10℃積溫、降水量關(guān)聯(lián)度分別為0.3 220、0.2 230。由表1可知，2019年籽棉產(chǎn)量最高，當(dāng)年4-10月日照時(shí)間在所有年度中最多，≥15℃積溫和≥20℃積溫也較高，說明日照時(shí)間和溫度對籽棉產(chǎn)量形成的重要性。2015年籽棉產(chǎn)量最低，當(dāng)年的4-10月降水量最低，且當(dāng)年≥15℃積溫和≥20℃積溫均較低。

表2 2010-2020年4-10月氣候因子與籽棉產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)分析

2.2 不同生育時(shí)期氣候因子與籽棉產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)分析

不同月份氣候因子與籽棉產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)分析結(jié)果見表3。不同月份中，同一氣候因子相比，4月、6月、10月的日照時(shí)間與籽棉產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)較強(qiáng)，4月、7月、10月的降水量與籽棉產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)較強(qiáng)，4月、9月、10月的≥10℃積溫、≥15℃積溫、≥20℃積溫與籽棉產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)較強(qiáng)。4-6月、7-9月總氣候因子與籽棉產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，4-6月、7-9月總?cè)照諘r(shí)間、降水量、≥10℃積溫與籽棉產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)均強(qiáng)于≥15℃積溫、≥20℃積溫。

表3 棉花不同生育期氣候因子與籽棉產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)分析（2010-2020年）

2.3 主要?dú)夂蛞蜃优c籽棉產(chǎn)量的多元逐步回歸分析

以4-10月的5個(gè)氣候因子（≥10℃積溫、≥15℃積溫、≥20℃積溫、降水量、日照時(shí)間）與籽棉產(chǎn)量進(jìn)行多元逐步回歸分析，得到回歸方程y＝－7495.5 55＋2.1 20x1＋0.8 52x4＋0.8 70x5（P＝0.0 092，R2＝0.7 889，Durbin-Watson統(tǒng) 計(jì) 量d＝3.0 882），方 程 中y為 籽 棉 產(chǎn) 量，x1、x4、x5分 別為≥10℃積溫、降水量、日照時(shí)間。結(jié)果表明，對籽棉產(chǎn)量影響最大的氣候因子是4-10月≥10℃積溫，其次是日照時(shí)間和降水量。

以4-6月份的5個(gè)氣候因子（≥10℃積溫、≥15℃積溫、≥20℃積溫、降水量、日照時(shí)間）與籽棉產(chǎn)量進(jìn)行多元逐步回歸分析，得到回歸方程y＝7160.0 33－0.8 94x2＋3.8 33x4－3.9 59x5（P＝0.0 156，R2＝0.7 533，Durbin-Watson統(tǒng) 計(jì) 量d＝1.9 235），方 程 中y為 籽 棉 產(chǎn) 量，x2、x4、x5分 別為≥15℃積溫、降水量、日照時(shí)間。結(jié)果表明，4-6月降水量是影響籽棉產(chǎn)量的正效應(yīng)氣候因子，日照時(shí)間和≥15℃積溫是影響籽棉產(chǎn)量的負(fù)效應(yīng)氣候因子。

以7-10月的5個(gè)氣候因子（≥10℃積溫、≥15℃積溫、≥20℃積溫、降水量、日照時(shí)間）與籽棉產(chǎn)量進(jìn)行多元逐步回歸分析，得到回歸方程y＝－6107.2 08＋13.5 04x1－9.3 04x2＋0.4 80x4（P＝0.0 151，R2＝0.7 554，Durbin-Watson統(tǒng) 計(jì) 量d＝1.4 15），方程中y為籽棉產(chǎn)量，x1、x2、x4分別為≥10℃積溫、≥15℃積溫、降水量。結(jié)果表明，7-10月≥10℃積溫和降水量是影響籽棉產(chǎn)量的正效應(yīng)氣候因子，≥15℃積溫是影響籽棉產(chǎn)量的負(fù)效應(yīng)氣候因子。

6-8月是棉花產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，將6-8月的15個(gè)氣候因子（6月、7月、8月的≥10℃積溫、≥15℃積溫、≥20℃積溫、降水量、日照時(shí)間按月份逐月編號）與籽棉產(chǎn)量進(jìn)行多元逐步回歸分析，得到氣候因子與籽棉產(chǎn)量的回歸方程y＝－1684.3 80＋10.3 04x4＋9.4 77x6－5.1 04x13＋5.5 51x15（P＝0.0 000，R2＝0.9 872，Durbin-Watson統(tǒng)計(jì)量d＝3.2 655），方程中y為籽棉產(chǎn) 量，x4、x6、x13、x15分別為6月降 水量、7月≥10℃積溫、8月≥20℃積溫、8月日照時(shí)間，其中6月降水量、7月≥10℃積溫、8月日照時(shí)間均為影響籽棉產(chǎn)量的正效應(yīng)因子，8月≥20℃積溫為負(fù)效應(yīng)因子。

3 討論和結(jié)論

2010-2020年4-10月氣候因子與籽棉產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，與籽棉產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度較大的分別是4-10月日照時(shí)間、≥15℃積溫、≥20℃積溫，說明了日照時(shí)間和積溫對籽棉產(chǎn)量的重要性，這一結(jié)果與前人結(jié)論[1-2,13-15]一致。韓迎春等[9]報(bào)道1993-2010年4-10月≥20℃積溫是對麥棉兩熟栽培下籽棉產(chǎn)量影響最大的氣候因子，且為正效應(yīng)因子，降水量對籽棉產(chǎn)量的影響為負(fù)效應(yīng)（降水量平均值為486.5 mm）。該研究與本研究結(jié)果不一致的原因可能是二者氣候因子年度平均值差異較大。本研究多元逐步回歸分析的結(jié)果表明，4-10月≥10℃積溫是對籽棉產(chǎn)量影響最大的氣候因子，其次是日照時(shí)間和降水量，對籽棉產(chǎn)量均為正效應(yīng)。本研究中2種分析方法結(jié)論不一致可能與數(shù)據(jù)處理方法不一樣有關(guān)，灰色關(guān)聯(lián)分析對數(shù)據(jù)進(jìn)行了均值標(biāo)準(zhǔn)化處理，而多元逐步回歸分析則采用的是原始數(shù)據(jù)，另外本研究年份較少、數(shù)據(jù)（李鵬程，等）日照時(shí)間、積溫和降水量對籽棉產(chǎn)量的影響量不夠大也可能是結(jié)論不一致的原因。本研究中4-6月、7-10月降水量是影響籽棉產(chǎn)量的正效應(yīng)因子，而4-6月、7-10月≥15℃積溫是影響籽棉產(chǎn)量的負(fù)效應(yīng)因子，可能與本研究中降水量（平均值413.8 mm）較低有關(guān)。

總之，本研究條件下，棉花生長季4-10月日照時(shí)間、≥15℃積溫、≥20℃積溫是影響籽棉產(chǎn)量的重要?dú)夂蛞蜃樱邓繉ψ衙蕻a(chǎn)量的影響為正效應(yīng)。在棉花產(chǎn)量形成關(guān)鍵期6-8月，6月降水量、7月≥10℃積溫、8月日照時(shí)間為影響籽棉產(chǎn)量的主要正效應(yīng)因子，而8月≥20℃積溫為負(fù)效應(yīng)因子。