伽師瓜生長季氣候變化特征及其對發育期和產量的影響

胡啟瑞 李錦虎 王森 郭燕云 吉春容

摘? ? 要：為探明新疆伽師瓜生長季氣候變化特征及其對發育期和產量的影響，選取喀什地區伽師縣1981—2019年氣溫、降水、日照和發育期及產量資料，采用Mann-Kendall突變檢測、氣候傾向率和相關性檢驗等方法，分析伽師瓜生育期氣候變化特征及其影響。結果表明，近39年來，伽師瓜生育期平均氣溫和≥10℃積溫明顯增加，降水和日照時數呈不顯著增加趨勢。平均氣溫在2000年發生突變，突變后上升了1.0 ℃。≥10 ℃積溫在2002年發生突變，突變后升高了333.75 ℃·d。伽師瓜生育期內氣溫、日照時數、降水量和平均地溫呈上升趨勢，平均相對濕度呈減少趨勢，其中最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫和平均地溫（5 cm）上升顯著（P<0.05）。伽師瓜出苗期和坐果期與5月最低氣溫呈顯著正相關，成熟期分別與7、8月的5 cm地面溫度呈顯著負相關，全生育期與7、8月日照時數呈顯著負相關。溫度是影響伽師瓜發育期的關鍵因子，伽師瓜從播種到坐果期提前，成熟期推遲，全生育期延長。伽師瓜氣象產量與≥10 ℃積溫呈顯著正相關，與4月降水量呈顯著負相關。近39年來伽師縣的氣象條件基本滿足伽師瓜的需求，但是生長季內日照時數偏少，對伽師瓜產量有不利影響，建議當地合理選擇種植早、中熟品種。

關鍵詞：氣候變化;伽師瓜;發育期;氣象產量

中圖分類號：S652.1;S162.5+5? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.05.015

Abstract： In order to clarify the characteristics of climate change and its influence on development period and yield of Jiashi melon， the development period and yield data of Jiashi melon from 1981 to 2019 were selected. The variation characteristics of climatic factors during the growth season of Jiashi melon were revealed， such as temperature， precipitation， and sunshine hours.The Mann-Kendall mutation detection， climate tendency rate and correlation test were used to analyze the characteristics and its influence on development period and yield of Jiashi melon. The results showed that in the past 39 years， the average temperature and≥10 ℃ accumulative temperature increased significantly. The average temperature had a sudden change in 2000 and it rose by 1.0 ℃ before and after the sudden change.The≥10 ℃ accumulated temperature had a sudden change in 2002， and it increased by 333.75 ℃·d before and after the sudden change. During the growth period of Jiashi melon， the temperature， sunshine hours， precipitation and average ground temperature showed an upward trend， and the average relative humidity showed a decreasing trend. The maximum temperature， minimum temperature， average temperature and average ground temperature （5 cm） increased significantly （P<0.05）.The seedling period and fruit setting period of Jiashi melon were significantly positively correlated with the lowest temperature of May， the maturity period was significantly negatively correlated with the 5 cm ground temperature of July and August， the full growth period was significantly negatively correlated with the sunshine hours of July and August. Temperature was a important factor affecting the growth period of Jiashi melon. The period of Jiashi melon from seeding to fruit setting was advanced， the maturity period was delayed， and the whole growth period was extended. The meteorological production of Jiashi melon was significantly positively correlated with the≥10℃accumulated temperature， and was significantly negatively correlated with the precipitation of April. In the past 39 years， the climate conditions in Jiashi have meet the growth needs of Jiashi melons， but the sunshine hours during the growing period are relatively small， which has an negative effect on the growth of Jiashi melons. It is suggested that the early and mid-maturing varieties should be selected reasonably.

Key words： climate change; Jiashi melon; development period; meteorological yield

全球氣候變暖背景下，近百年來中國年平均地表氣溫明顯上升，氣候呈暖干化趨勢[1-2]。新疆從20世紀80年代中后期開始氣候逐漸向增溫、增濕方向發展[3-4]，南疆環塔里木盆地林果基地在2000年以后增溫、增濕趨勢顯著。氣候變暖背景下新疆極端天氣、氣候事件頻發，對新疆的生態環境[5-7]、水文[8]以及種植結構[9-10]等方面產生了深遠影響。研究發現，全疆氣候暖濕化的變化趨勢有利于林果產品產量的提高，但是氣候出現異常波動變化時（急劇增溫、增濕和減溫、減濕）會造成林果產品產量降低[11]。前人[12-15]針對氣候變化對農作物的影響做了大量工作，主要以小麥、水稻、玉米等大作物以及紅棗、釀酒、蘋果等林果為主。伽師瓜（Jiashi muskmelon）屬于葫蘆科（Cutrbitaceae）黃瓜屬（Cucumis L.）甜瓜亞屬（MeloJeffrey）的一個甜瓜品種[16]，是新疆甜瓜中的晚熟厚皮脆肉類型的農家品種，因源于新疆塔克拉瑪干沙漠西沿的伽師縣而得名，現已成為當地農民持續增收的支柱產業。目前，對伽師瓜的研究主要集中在高產栽培、節水灌溉、儲藏保鮮、病蟲害防治和生長氣象條件分析等方面[17-20]，氣候變化對伽師瓜生長發育影響的研究較少。因此，有必要分析當前氣候變化背景下，伽師瓜生長季氣候變化特征及對發育期和產量的影響。本文以伽師瓜為研究對象，在分析氣候變化的基礎上，探討伽師瓜生長發育期及產量與氣候要素的關系，旨在闡明伽師瓜生育期氣候變化的特征及其對伽師瓜生長的影響，以期為決策部門合理利用農業氣候資源、制定適應氣候變化的對策等提供有力的科技支撐。

1 材料和方法

1.1 研究區概況及數據來源

氣候要素數據選取1981—2019年新疆伽師縣逐年4—8月的氣溫、降水量、日照時數等資料，數據來源于新疆氣象信息中心。發育期來源于伽師縣氣象局和新疆農業科學院2005—2019年伽師瓜發育期觀測資料。為便于日期的統計計算，以1月1日為起點，轉化為日序資料，得到發育期的時間序列。產量數據選取1999—2018年，數據來源于新疆統計年鑒。

1.2 研究方法

通過采用線性回歸法分析發育期、產量的年際變化趨勢及其與各氣候因子的相關性[21-22]，采用曼-肯德爾（Mann-Kendall）突變檢測法進行氣象要素變化的突變特征分析[23-24]。伽師瓜的氣象產量等于實際產量減去時間趨勢產量，時間趨勢產量用的是5年滑動平均值[25]。

1.3 數據處理

利用Microsoft Excel進行數據處理，利用SPSS 16.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 氣候因子年際變化

2.1.1 氣溫 伽師瓜一般從4月中旬開始播種，8月中旬左右成熟，其生長季為為4下旬—8月中旬。近39 年伽師瓜生長季（4—8月）內平均氣溫22.09 ℃，氣溫雖有波動，但整體呈增加趨勢，氣候傾向率為0.44 ℃·（10 a）-1且通過了0.001顯著性水平檢驗（圖1-A）。利用Mann-Kendall突變檢驗法（以下簡稱M-K法）計算各氣象要素的正序列曲線（UF）、反序列曲線（UB），若UF和UB出現交叉點，且交叉點位于信度線之間，這點對應的時間點便是突變開始的時刻。從圖1-B看出，伽師瓜生育期平均氣溫M-K突變檢驗結果中UF曲線從20世紀90年代末開始大于0，說明從20世紀90年代末年平均氣溫呈上升趨勢，且20世紀90年代末以來，這種增暖趨勢均超過顯著性水平0.05臨界線（U0.05=±1.96），甚至超過0.001顯著性水平（U0.001=±2.56），表明氣溫上升趨勢十分顯著。根據UF和UB曲線交點位置，確定伽師瓜生育期平均氣溫在20世紀90年代末發生突變，突變年是2000年，2001—2019年與1981—2000年相比，平均氣溫升高1.05 ℃。

2.1.2 ≥10 ℃積溫 近39年伽師瓜生長季≥10 ℃積溫平均為4 347.85 ℃·d，整體呈增加趨勢，氣候傾向率為156.4 ℃·d·（10 a）-1，最高年（2008年）和最低年（1991年）相差1 106.4 ℃·d（圖2-A）。從積溫的M-K突變檢驗結果看出圖2-B，UF曲線從20世紀90年代末后期呈上升趨勢，2014年后，這種增暖趨勢均超過顯著性水平0.05臨界線甚至超過0.001顯著性水平，表明≥10 ℃積溫上升趨勢極顯著。根據UF和UB曲線交點的位置確定≥10 ℃積溫在2002年發生突變，2003—2019年與1981—2002年相比，≥10 ℃積溫升高333.75 ℃·d。

2.1.3 日照時數 近39年伽師瓜生長季多年平均日照時數為1 448.4 h，增加趨勢不顯著，氣候傾向率為2.15 h·（10 a）-1，最高年（1964年）和最低年（1982年）相差434.2 h（圖3-A）。從圖3-B看出，UF曲線從21世紀開始出現波動上升趨勢，UF和UB有多個交點，計算日照時數累計距平發現日照時數在20世紀80年代后期日照時數增加，對1986年前后日照時數均值做t檢驗，未通過限顯著性檢驗，說明日照時數在1981—2019年期間未現出顯著性變化趨勢。

2.1.4 降水量 近39年伽師瓜生長季多年降水量40.16 mm，整體呈增加趨勢，氣候傾向率為1.4 mm·（10 a）-1，最高年（2005年）和最低年（2001年）相差85.7 mm（圖4-A）。從降水量M-K突變檢驗結果表明（圖4-B），UF與UB有多個交叉點且未通過顯著性水平0.05臨界線，說明1981—2019年期間降水量未現出顯著性變化趨勢。

2.2 氣候因子月際變化特征

伽師瓜一般在4月下旬播種，8月中旬左右成熟。從表1可以看出，伽師瓜生長季內最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、日照時數、降水量和平均地溫呈增加趨勢，平均相對濕度總體呈減少趨勢，其中最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫和平均地溫（5 cm）上升顯著（P<0.05）。伽師瓜生長后期（7—8月），最高、最低氣溫變化顯著，收獲期（8月）最高氣溫、平均氣溫、降水量和日照時數呈減少趨勢。

2.3 伽師瓜發育期變化特征

從發育期變化的趨勢來看，近15年來伽師瓜在4月中下旬播種，8月上旬收獲。播種期、出苗期、伸蔓期和坐果期都有不同程度的提前趨勢，但變化未通過顯著性檢驗，收獲期呈不顯著延遲趨勢，延遲幅度為1～2 d·（10 a）-1（表2）。伽師瓜全生育平均為110 d，且以2.1 d·（10 a）-1的傾向率延遲。不同生育期間隔日數呈增加趨勢，年際間變化率較大的是坐果期-收獲期為2.3 d·（10 a）-1（表3）。

2.4 伽師瓜產量變化特征

從圖5可以看出，近20年來（1999—2018年），伽師瓜實際單產呈增加趨勢，每年增速為946 kg·hm-2，但變化趨勢不顯著。氣象產量用實際產量減去趨勢產量可以得到。伽師瓜的氣象產量年際變化-19 427～17 392 kg·hm-2，平均值為-1 434.55 kg·hm-2，多年來變化趨勢不顯著。氣象產量為正值的年份有5年，2011年為負值，氣候條件對伽師瓜總體上有不利影響。

2.5 氣象因子對伽師瓜發育期的影響

從表4可以看出，伽師瓜發育期受溫度的影響比較明顯。播種期與平均地面溫度呈負相關關系。出苗期和坐果期與5月最低氣溫呈顯著正相關關系（P<0.01）。成熟期與5月平均氣溫呈顯著正相關關系（P<0.01），與7—8月平均5 cm地溫呈顯著負相關關系。全生育期與7—8月的日照時數呈顯著負相關關系（P<0.05）。近39年來，伽師瓜生長季內各月氣溫、日照、降水呈增加趨勢，春季氣溫回升較快、積溫增加、熱量條件好，會促使各發育期均表現出提前趨勢。全生育期的變化趨勢與生長后期日照時數呈負相關關系，日照增加，生育期會縮短。

2.6 氣象因子對伽師瓜產量的影響

統計伽師瓜氣象產量與生長季內溫度、降水、日照時數、積溫等的相關關系，結果表明各月氣溫與伽師瓜氣象產量總體呈正相關關系，但未通過顯著性檢驗。4月的降水對伽師瓜氣象產量的影響比較明顯，4月正處于伽師瓜播種期，降水過多會造成出苗困難。6—7月的日照時數與伽師瓜氣象產量的相關系數為0.445，0.397，6—7月正值伽師瓜坐果期及果實膨大期，光照充足、光合作用強利于有機質的積累，但伽師瓜生長季6、7月日照時數增加不顯著，對伽師瓜增產略有影響（表5）。≥10 ℃的積溫與氣象產量呈顯著正相關關系，近39年來，伽師瓜生長季≥10 ℃的積溫顯著增加，積溫條件有利于伽師瓜氣象產量形成。

3 結論與討論

（1）近39年來（1981—2019年）伽師瓜生長季氣溫、降水、日照和≥10 ℃積溫均呈不同程度增加趨勢，其中氣溫增加顯著，降水和日照變化趨勢不明顯。伽師瓜生長期內各月最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫、日照時數、降水量和平均地溫呈上升趨勢，平均相對濕度呈減少趨勢，其中最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫和平均地溫（5 cm）上升顯著。

（2）近14年來（2005—2019年）伽師瓜播種期到坐果期各發育期均有不同程度的提前趨勢，成熟期延遲趨勢不顯著，全生育期不顯著延長。溫度和日照對伽師瓜發育期影響明顯，降水和平均濕度對發育期影響較小。

（3）近20年來（1999—2018年），伽師瓜實際產量和氣象產量呈不顯著增加，氣象產量為正值的年份有5年，11年為負值，氣候條件對晚熟伽師瓜總體上有不利影響。≥10 ℃積溫與6月日照時數對伽師瓜產量影響顯著。

伽師瓜屬于喜光作物，生長期最適宜溫度在20～30 ℃，整個生育期要求日照時數在1 500 h以上，15 ℃有效積溫在2 500 ℃·d以上[26]。本研究表明，近39年來伽師縣的氣溫和積溫條件滿足伽師瓜的需求，但是生長季內的日照時數偏少，多年平均為1 448.36 h，對伽師瓜生長發育有不利影響。伽師瓜苗期光照不足，植株莖蔓細長，瘦弱，葉片薄，色淡，易徒長，易感染病害。花期光照不足，會使植株徒長，坐果受障礙[27]。坐果期和果實膨大期光照時間不足，會造成光合產物減少，坐瓜困難，果實生長緩慢，單瓜重減少，含糖量降低[28]。鑒于近39年來伽師縣氣候變化特征，建議當地合理選擇種植早中、熟品種。此外，氣候變化與伽師瓜品質的關系及其影響尚不清楚，有待于進一步研究。

對比本研究中年尺度、月尺度氣候因子和伽師瓜發育期的相關分析結果，熱量條件中溫度對發育期的影響顯著。但本研究發現了平均地溫對發育期的提前或推遲效應，表明干旱區伽師瓜主產地應重視地溫對伽師瓜發育期的影響。

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