江漢平原棉花關(guān)鍵生育期氣候變化與棉花產(chǎn)量的關(guān)系

成　道，韓　杳，張忠云，帥文衛(wèi)

(天門市氣象局，湖北天門　431700)

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江漢平原棉花關(guān)鍵生育期氣候變化與棉花產(chǎn)量的關(guān)系

成道，韓杳，張忠云，帥文衛(wèi)

(天門市氣象局，湖北天門431700)

摘要：利用天門市1979—2010年棉花蕾期至吐絮期的平均氣溫、最高氣溫、降水量、日照等氣象資料和棉花產(chǎn)量資料，采用線性趨勢、滑動t檢驗、回歸分析等方法，分析了天門棉花關(guān)鍵生育期氣候變化和棉花產(chǎn)量變化特征及其相關(guān)性。結(jié)果表明：(1)棉花蕾期至花鈴期、吐絮期兩個時期的平均氣溫均呈升高趨勢，蕾期至花鈴期平均氣溫與吐絮期最高氣溫與棉花產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān)。(2)棉花蕾期至花鈴期、吐絮期兩個時期的降水量變化波動較明顯，前期變化較平緩，后期波動頻繁，振幅增大。兩段時期降水量與棉花產(chǎn)量均呈顯著負(fù)相關(guān)。(3)棉花蕾期至花鈴期、吐絮期兩個時期的日照時數(shù)均呈明顯減少趨勢，日照時數(shù)對棉花產(chǎn)量影響不大。(4)棉花產(chǎn)量呈明顯增長的趨勢，平均每10 a產(chǎn)量增加99.0 kg/hm2。(5)棉花產(chǎn)量可以與棉花蕾期至花鈴期和吐絮期降水量、蕾期至花鈴期平均氣溫以及吐絮期最高氣溫建立極顯著的多元回歸方程。

關(guān)鍵詞：氣候變化；棉花產(chǎn)量；江漢平原；關(guān)鍵生育期；天門

近年來，全球氣候變暖導(dǎo)致氣候異常現(xiàn)象和災(zāi)害性天氣頻繁發(fā)生。農(nóng)業(yè)作為對氣候反應(yīng)較為敏感的產(chǎn)業(yè)之一，氣候變化對其存在非常明顯的影響[1]。近年來，有關(guān)專家對我國氣候變化進行了較多研究。謝云通過定義敏感指數(shù)和氣候影響程度指數(shù)，探討了我國糧食生產(chǎn)對氣候資源被動響應(yīng)的敏感性以及氣候?qū)ζ涞挠绊懗潭萚2]。各地農(nóng)作物對氣候變化的響應(yīng)有共性也有個性[3]。有關(guān)棉花生產(chǎn)與氣候因素的關(guān)系已有許多研究，研究方法也較多[4-8]，但對江漢平原地區(qū)氣候因素與棉花生產(chǎn)的關(guān)系研究較少。

江漢平原是全國著名的糧棉油生產(chǎn)基地之一，棉花種植是該地區(qū)的主要支柱產(chǎn)業(yè)，在當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟中占有非常重要的地位。而地處江漢平原腹地的天門市是江漢平原種植棉花面積最大的縣市，棉花種植面積占全市耕地的近1/3，植棉歷史悠久，年總產(chǎn)有16次超過5萬t，素有百里棉鄉(xiāng)之稱。以天門市為代表來分析江漢平原棉花關(guān)鍵生育期氣候變化與棉花產(chǎn)量的關(guān)系，希望對改進當(dāng)?shù)孛藁ǚN植技術(shù)，提升棉花種植抗災(zāi)能力提供科學(xué)依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料

棉花各生育期與氣象條件密切相關(guān)，例如棉花在蕾期、花鈴期對水分非常敏感，而在吐絮期氣溫高低將直接影響棉花產(chǎn)量。為此，利用天門市1979—2010年棉花蕾期至花鈴期(6—8月)及吐絮期(9—10月)兩段時期的平均氣溫、最高氣溫、降水量、日照等氣象資料，以及相應(yīng)年份天門市棉花產(chǎn)量資料(資料來源于天門市統(tǒng)計局)。

1.2研究方法

采取線性趨勢分析、滑動t檢驗、多元線性回歸分析等方法。

2結(jié)果與分析

2.1棉花蕾期—花鈴期氣候變化特征

2.1.1氣溫棉花為喜溫作物，較高的氣溫和較好的生長期時間是實現(xiàn)棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基本條件[9]。采用線性趨勢法和3 a滑動平均趨勢分析來分析1979—2010年天門市氣溫變化趨勢(見圖1)。從圖1可以看出，近32 a天門6—8月平均氣溫在波動中呈升高趨勢，氣溫變化傾向率為0.5 ℃/10 a。6—8月平均氣溫為27.4 ℃，最高為28.9 ℃(2006年)，最低為25.5 ℃(1980年)。通過3 a滑動平均氣溫變化趨勢線可以看到，天門在1995年以前基本處于偏冷時期，1995年以來一直處于偏暖時期。

圖1　1979—2010年天門棉花關(guān)鍵生育期平均氣溫變化趨勢

2.1.2降水量棉花生長期需要350～460 mm降水量[10]。如果降水過多，尤其是在棉花蕾期至花鈴期降水過多，會影響棉花開花授粉，造成蕾鈴大量脫離；降水超過一定限度，造成棉花旺長，群體過大，發(fā)生爛鈴，影響吐絮，導(dǎo)致減產(chǎn)降質(zhì)；降水過少，影響棉株的正常發(fā)育，使棉株變矮，棉鈴變小，產(chǎn)量下降[11]。1979—2010年6—8月天門市降水量變化趨勢分析見圖2。由圖2可知，近32 a天門6—8月降水量波動較明顯，但線性趨勢變化不明顯(R2=0.002)，1984、1990、2001年出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的干旱，而1978、1983、2004年降水明顯偏多。從3 a滑動平均曲線來看，1986—1995、2001—2003年、2007—2009年這幾個時段內(nèi)降水低于或接近平均值，在1979—1985、1996—2000、2004—2006年及2010年這幾個時段內(nèi)降水明顯高于平均值，且從1993年起降水波動較為頻繁，振幅增大。

圖2　1979—2010年天門棉花關(guān)鍵生育期降水量變化趨勢

2.1.3日照時數(shù)1979—2010年6—8月天門市日照時數(shù)分析見圖3。由圖3可知，近32 a天門6—8月日照時數(shù)呈明顯減少趨勢，減少幅度為74.6 h/10 a。從3 a滑動平均變化趨勢可以看出，1995年前，6—8月日照時數(shù)高于平均值，1979、1981、1990年明顯高于平均值；1995后日照時數(shù)明顯低于平均值，其中2008年最低。

圖3　1979—2010年天門棉花關(guān)鍵生育期日照時數(shù)變化趨勢

2.2棉花吐絮期氣候變化特征

2.2.1氣溫1979—2010年9—10月天門市氣溫分析見圖1。由圖1可知，近32 a天門9—10月平均氣溫在波動中呈升高趨勢，氣溫變化傾向率為0.8 ℃/10 a。近32 a 9—10月平均氣溫為20.8 ℃，最高為23.0 ℃(2009年)，最低為18.4 ℃(1981年)。通過3 a滑動平均氣溫變化趨勢線可以看到，天門在1997年以前基本處于偏冷時期，1997年以來一直處于偏暖時期。

2.2.2降水量1979—2010年9—10月天門市降水量分析見圖2。由圖2可知，近32 a天門9—10月降水量波動較明顯，線性趨勢變化不明顯(R2=0.079)。1991、2007、2009年出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的干旱，而1983、2000年降水明顯偏多，出現(xiàn)明顯的秋汛。從3 a滑動平均曲線來看，1991—1993、1996—1999、2003—2010年這幾個時段內(nèi)降水量低于或接近平均值，1979—1990、2000—2002年這幾個時段內(nèi)降水量明顯高于平均值。

2.2.3日照時數(shù)1979—2010年9—10月天門市日照時數(shù)分析見圖3。由圖3可知，近32 a天門9—10月日照時數(shù)呈減少趨勢，減少幅度為31.6 h/10 a。從3 a滑動平均變化趨勢可以看出，2000年前，除1983、1985、1989—1990及1996年日照時數(shù)略低于平均值外，其他時段均高于平均值，其中，1979、1980年偏多明顯；2000年以后除2004年略高外，其他年份日照時數(shù)均低于平均值，其中2008年最低。

2.3棉花年產(chǎn)量變化特征

采用線性傾向分析和3 a滑動平均趨勢分析的方法分析棉花年產(chǎn)量，分析結(jié)果見圖4。從圖4可以看出，近32 a棉花產(chǎn)量呈上升趨勢，平均每10 a增加99.0 kg/hm2。產(chǎn)量最高值出現(xiàn)在1995年，最低值出現(xiàn)在1998年。從3 a滑動平均變化趨勢來看，1979—1985、1989—1990和1998—2000年三個時段內(nèi)產(chǎn)量低于平均值，1986—1988、1991—1997和2001年以后產(chǎn)量高于平均值。

圖4　1979—2010年天門棉花產(chǎn)量變化趨勢

2.4氣候變化對棉花年產(chǎn)量的影響

2.4.1棉花產(chǎn)量與氣候因子的相關(guān)關(guān)系將天門棉花產(chǎn)量與棉花蕾期至花鈴期和吐絮期兩個不同時期的降水量、平均氣溫、最高氣溫、日照時數(shù)等氣候因子進行Pearson相關(guān)性分析。從表1可見，天門棉花產(chǎn)量與棉花蕾期至花鈴期平均氣溫、日照時數(shù)及吐絮期平均氣溫、最高氣溫正相關(guān)，與棉花蕾期至花鈴期降水量和吐絮期降水量、日照時數(shù)負(fù)相關(guān)，其中與兩個時期的降水量呈顯著負(fù)相關(guān)，與蕾期至花鈴期平均氣溫及吐絮期最高氣溫極其顯著正相關(guān)，其他氣象因子沒有通過0.05的顯著性水平檢驗。上述分析說明：①蕾期至花鈴期，平均氣溫和降水量對天門棉花產(chǎn)量的影響較大。其中，平均氣溫偏低時，對棉花高產(chǎn)不利；而平均氣溫較高時，非常有利于棉花生長，對促進棉花高產(chǎn)有積極作用，如1990、1995、2006年平均氣溫較高，相應(yīng)年份棉花產(chǎn)量也較高；降水偏多時，對棉花蕾期和花鈴期影響較大，從而導(dǎo)致棉花減產(chǎn)，如1996、2004年等降水較多，相應(yīng)年份棉花產(chǎn)量也較低。②棉花吐絮期，最高氣溫和降水量對產(chǎn)量影響也較大。其中，在吐絮期如遇秋季高溫天氣，最高氣溫偏高時，對棉花吐絮非常有利，如1995、2008年氣溫較高，相應(yīng)年份棉花產(chǎn)量也較高；相反，如遇秋季低溫天氣則影響棉花吐絮成熟，導(dǎo)致減產(chǎn)。若吐絮期降水若偏多，將不利棉花吐絮成熟，產(chǎn)量下降，如1983、1989、2000年降水較多，相應(yīng)年份棉花產(chǎn)量也較低。

表1　天門棉花產(chǎn)量與氣候因子的相關(guān)分析

注：*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

2.4.2建立棉花產(chǎn)量與氣候因子的回歸模型通過相關(guān)性分析，挑取顯著相關(guān)的氣象因子進行多元線性回歸分析，假設(shè)棉花產(chǎn)量(Y)與6—8月降水量(XP1)、9—10月降水量(XP2)、6—8月平均氣溫(XT1)和9—10月最高氣溫(XT2)存在線性關(guān)系

Y=a0+a1XP1+a2XP2+a3XT1+a4XT2，

(1)

其中，a0為常數(shù)項，a1、a2、a3、a4為Y對XP1、XP2、XT1、 XT2的回歸系數(shù)。根據(jù)最小二乘法原理計算求出回歸系數(shù)及常數(shù)項。利用天門近32 a的棉花產(chǎn)量與6—8月、9—10月降水量，6—8月平均氣溫和9—10月最高氣溫等資料進行標(biāo)準(zhǔn)化處理及回歸模型的求解，得出回歸方程

Y=-73.819-0.023XP1-

0.030XP2+1.237XT1+3.838XT2，

(2)

其中，Y為標(biāo)準(zhǔn)化后的棉花產(chǎn)量。該回歸方程R2=0.415，表明所建立的回歸方程可以對棉花產(chǎn)量與6—8月、9—10月降水量，6—8月平均氣溫和9—10月最高氣溫之間的關(guān)系進行擬合。

3結(jié)論與討論

通過分析天門市棉花蕾期至花鈴期、吐絮期兩個不同時期各主要氣象因子的變化特征及棉花產(chǎn)量變化特征，并將各時期氣象因子和棉花產(chǎn)量進行相關(guān)性分析，得出結(jié)論。

(1)棉花蕾期至花鈴期、吐絮期兩個時期的平均氣溫均呈升高趨勢，變化傾向率分別為0.5 ℃/10 a、0.8 ℃/10 a。蕾期至花鈴期平均氣溫與吐絮期最高氣溫與棉花產(chǎn)量均呈極顯著正相關(guān)，即一定的高溫天氣對棉花增產(chǎn)有利。

(2)棉花蕾期至花鈴期、吐絮期兩個時期的降水量變化波動較明顯，前期變化較平緩，后期波動頻繁，振幅增大。兩時期降水量與棉花產(chǎn)量均呈顯著負(fù)相關(guān)，即降水量增多將導(dǎo)致棉花減產(chǎn)。

(3)棉花蕾期至花鈴期、吐絮期兩個時期的日照時數(shù)均呈明顯減少趨勢，減少幅度分別為74.6 h/10 a、31.6 h/10 a。日照時數(shù)對棉花產(chǎn)量影響不大。

(4)棉花產(chǎn)量呈明顯增長的趨勢，平均每10 a增加99.0 kg/hm2。

(5)棉花產(chǎn)量可以與棉花蕾期至花鈴期和吐絮期降水量、蕾期至花鈴期平均氣溫以及吐絮期最高氣溫建立極顯著的多元回歸方程。

(6)研究僅選取了對棉花產(chǎn)量影響較大的幾個關(guān)鍵生育期的氣象條件進行了分析，在今后的研究中還可以考慮全生育期和種植管理、品種、環(huán)境等因素對產(chǎn)量的影響。研究結(jié)果可供江漢平原地區(qū)進行棉花產(chǎn)量預(yù)測，并為調(diào)整種植技術(shù)和提升棉花抗災(zāi)能力提供科學(xué)依據(jù)。

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基金項目：陜西省氣象局預(yù)報員專項(2015Y-9)

作者簡介：王丹(1986—)，女，陜西渭南人，碩士，工程師，從事氣象預(yù)報服務(wù)工作。

收稿日期：2015-07-16

文章編號：1006-4354(2015)06-0018-04

中圖分類號：S162.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A