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气候变化对新疆棉花种植布局和生长发育的影响
摘 要：气候资源是农业生产的基本环境条件,气候因素中的温度、日照时数及降水量变化,对农作物种植区划和生长发育具有重要影响.本文通过收集统计年鉴数据资料及梳理相关研究文献,对近50年新疆植棉区气候因子与棉花种植区划和生长发育进行相关性分析,探明气候变化对新疆棉花种植布局与生长发育的影响,提出应对气候变化的新疆棉花生产管理建议.
关键词：温度；湿度；降雨量；棉花；种植区划；生长发育
气候变暖成为全球气候变化的主要特点,世界气象组织认为,极端天气频发与温室气体排放导致的气候变暖紧密相关 .农业对气候因子的响应最为敏感,气候变化改变了农业气候资源的时空分布格局[1-2],不仅影响着作物结构布局、播种与田管等农事活动,更是与作物生长发育及产量品质紧密相关.以棉花为例,在春播阶段,气温的快速回升且持续稳定,有利于提前棉花播种期,缩短整个生育进程.但是,在作物生育中后期,如果出现持续的高温高湿天气,就会为病虫害的发生和杂草的蔓延提供有利条件,从而对农业生产构成严重威胁[3].据不完全统计,新疆地区每年因病虫灾害损失棉花10万t,成为当前制约棉花生产的主要障碍因素[4].在全球气候日趋变暖的大背景下,新疆地区气温也呈现回暖特点,同时频繁出现极端天气现象,如2015年8月40 ℃以上天气持续10 d,2016年12月-35 ℃极寒天气持续15 d左右,最高最低气温刷新了历史同期极值.这些异常的气象因素对农业生产造成不同程度的危害.如何依据气候变化合理安排农业生产活动,深受社会各界的广泛关注.
棉花是新疆重要的经济作物,棉花产值占全疆农业总产值的45%,农牧民收入的1/3来源于棉花生产,棉花经济在新疆经济发展中占据十分重要的地位[5].棉花属C3作物,生长期需要充足的光热和合适的温湿度条件,对光温因子较为敏感.近年来,受极端天气如倒春寒、冰雹、大风、持续的高温及降雨的影响,新疆覆膜滴灌棉田病虫害日趋严重,对棉花产量和品质造成极大影响.据统计,每年由于枯、黄萎病害造成的棉花经济损失达到 15%左右[6],这也深深影响了棉农收益和种植积极性.本文通过收集1967—2017年新疆自治区统计年鉴 - 自然资源数据资料（年度平均气温、降水量和日照时数）,同时梳理分析相关领域研究文献,研究探明气候变化对新疆棉花种植区划与生长发育的影响效应,旨在为新疆棉花生产决策和应对气候变化提供理论依据.
1
新疆地区气候特点及其变化趋势
1.1
总体气候特征
新疆地处中纬度地区,属典型大陆性气候.不同季节温差较大,年均气温2 ~ 14 ℃；降水稀少,平均降水量不到200 mm,蒸发强烈；光热资源丰富,年平均日照时数到达 2 500 ~ 3 400 h.由于特殊的气候及地理条件,新疆已发展成为我国最大的优质商品棉种植区.棉花种植面积占新疆总耕地面积的1/3.据统计,新疆棉花产量达到350.3万t,占全国比重为62.5%,占全球产量的8%左右 .
新疆地处我国西北边陲,具有“三山夹两盆”的特殊地貌格局.依据地形的切割程度与海拔高度,新疆地理区域划分为南疆、北疆和天山山区三大板块,天山山脉是新疆重要的地理分界线,使得南、北疆气候分布也呈现明显的区域特点.北疆年均温为-4 ~ 9 ℃,南疆年均温为10 ~ 13 ℃,南疆气温明显高于北疆.降水量北疆显著高于南疆,北疆多在200 mm 左右,南疆在50 ~ 100 mm[7].
1.2
气候变化趋势
统计资料显示,近50 年以来新疆地区气候发生较大变化,总体表现为：气温升高,降水量增多,呈现由暖干向暖湿变化特点.气温表现为波动上升趋势,气温变化倾向率为0.36 ℃/10 a,极端低温升高趋势明显,无霜期显著延长,50年全地区平均无霜期延长了16 d.年降水量呈现增多趋势,多年降水量为34.20 ~ 261.00 mm,平均气候倾向率为8.23 mm/10 a,南、北疆的年均降水量分别增加了16 mm、30 mm,整体上表现为由南向北增多的趋势,天山山区降水量最多,其次为北疆,南疆的降水量最少. 在空间分布格局上南、北疆差异显著,其中,在天山中部、伊犁河流域、天山南部和塔里木河下游的年平均气温的增长要比准噶尔盆地、帕米尔高原和昆仑山北坡的小,年降水量在南疆呈现出轻微的下降趋势,但是在昌吉、吐鲁番、哈密和阿尔金山北部呈现出增长趋势.与降水量增加相一致,新疆地区的相对湿度也呈增加趋势,以北疆地区的增加最为明显.日照时数总体呈明显下降趋势,气候倾向率为-5.4 h/10 a,南疆下降趋势相对较缓.南、北疆和天山山区气候变化特征具体见表1.
2
气候变化对棉花种植区划和生长发育的影响
2.1
对棉花种植布局的影响
棉花属纤维类经济作物,喜热,需水量较少,宜棉区主要分布在海拔低于500 m地带.新疆棉花种植区主要分布在南疆和北疆,南疆植棉区主要分布在塔里木河流域,北疆主要分布在奎屯河流域、博尔塔拉河流域、玛河流域,以及伊犁哈萨克自治州等地[8].根据新疆2015年统计公报数据显示,北疆棉花种植面积62.94万hm2,南疆植棉区棉花种植面积达到123.05万hm2,新疆生产建设兵团植棉面积达到61.62万hm2.
随着气候变暖,新疆地区≥ 10 ℃积温明显增多,无霜期有不同程度的延长,尤其是2000年之后这种变化趋势更为显著,这使得棉花适宜种植区域在不断扩大.塔克拉玛干大沙漠的增温效应使得南疆南部各县的年平均气温偏高,因而在拜城、沙雅,阿瓦提、温宿县棉花种植区域较多；东部的吉木萨尔、奇台县北部平原、木垒县北部平原棉花种植区域均有明显扩大趋势；热量资源的不断丰富,使得北疆地区宜棉区面积增至10.31万hm2, 占北疆总面积的比例增大到21.2%,察布查尔锡伯自治县、霍城县部分区域逐步试种长绒棉,阿勒泰地区、塔城等次宜棉区海拔高度有上移趋势[9].
根据南、北疆气候变化特点,为了合理利用光、热、水资源,不同区域棉花种植品种也进行了调整.当前,南疆地区主要种植中棉所和新陆中系列,北疆地区的昌吉、石河子、沙湾、博乐等地主要种植新陆早系列,而奎屯、五家渠等地种植鲁棉研和冀棉系列.南、北疆主要植棉区分布及主栽品种年代变化见表2.
2.2
对棉花生长发育的影响
国内外学者对气候因子与棉花产量和品质的影响开展了大量调查研究[10-15],回归分析发现,温度、降水和日照时数3个气候因子对棉花种植布局和生长发育具有显著影响,既有积极的促进作用,同时也有不利影响.
2.2.1
温度的影响效应
棉花是喜温作物,全生育期最适宜的温度为25 ～ 30 ℃,棉花种子萌发要求的最低温度为10 ～ 12 ℃.随着气候变暖,新疆地区1967—2017年 ≥ 10 ℃积温和无霜期分别以每10年53.2 ℃·d和3.3 d的速率增多,10 ℃的起始日期与终霜日均不同程度提前,使得棉花播期明显提前,平均提前2.0 ～ 7.5 d/10 a,南疆播种期提前到3月20日左右,北疆开春相对较晚,播种期一般在4月15日前后.另外,气温升高使得新疆地区初霜日推迟,因而棉花生育期相对延长,减少了延迟型冷害以及霜冻对棉花幼苗的危害,同时较好的热量条件和土壤墒情利于棉花开花结铃及吐絮采摘.数据统计显示,在≥ 10 ℃积温 ＞ 3 600℃·d,7 ～ 8月平均气温在25 ~ 30 ℃, 无霜期＞ 170 d的宜棉区,棉花熟期提前2 ～ 5 d,霜前花达到80% ～ 90%.有学者对气温变化对南疆棉花产量形成的影响进行调查和评估,研究发现6 ～ 7月低温对阿克苏地区棉花产量的形成有一约作用,使得棉花开花期和吐絮期略有后延.通过对近50年来新疆地区棉花产量变化进行动力学评估,20世纪90年代以来,南疆、北疆棉花产量分别比20年代增产26.4 kg/hm2和25.4 kg/hm2.
气温升高对农作物生产也存在不利影响.气候变暖,气温升高,使得新疆各大山雪线上升,冰川面积缩小,靠冰川调节和补给河流径流的作用减弱,干旱灾害的发生概率将会增大,如果棉花主要生长发育期遭遇干旱灾害,将会造成严重减产减质.气候变暖同时增加了强对流天气的发生概率,局部地区暴雨、冰雹等灾害天气强度大、危害重,是棉花生长发育期危害较重的灾害性天气.而且,冬春季气温升高,使得一些有害虫卵安全越冬,来年棉花病虫害的发生面积和程度加大.
2.2.2
日照时数的影响效应
研究显示,日照时数与棉花的成铃率和单铃重呈显著的正相关关系,同时,日照时数也是影响棉花纤维品级的主要气候因子之一[16].阿克苏地区近50年来,受沙尘天气的影响,日照时数呈降低趋势,下降率为-3.1 h/10 a,成为造成该植棉区棉花产量减产的重要影响因子[17].韩春丽[13]等通过设置不同的播期,研究了不同光温条件对棉花纤维品质的影响效应,结果显示,棉花纤维长度和伸长率受铃期总日照时数影响显著,且呈正相关关系.
2.2.3
降水量的影响效应
据生产统计,新疆地区皮棉单产50 kg/667 m2,要求生长期降水量为450 ~ 600 mm,在棉花蕾期,如果出现持续的强降雨夹冰雹天气,容易造成铃蕾脱落,导致严重减产.棉花皮棉单产和纤维品级影响最大的气候因子是降雨量.王立永[16]等采用灰色关联度法对石河子地棉花品质受气候因子影响程度进行分析,结果显示,在棉花生育期4 ~ 10月降雨量与棉花品质显著相关,播种期（4月15日左右）田间持水量保持在65% ~ 80%,利于出苗,降水过多容易造成土壤板结；在棉花蕾期需水量较少,适宜的温度和光照利于棉花根系生长及地上植株现蕾,若阴雨连绵则可导致根系发育不良,且容易造成土传病害的频发；而在花铃期需水量增加,但降水不宜过多,降水过多会造成植株间空气湿度增大,易引起蕾铃脱落；棉花吐絮及收获期,需要充足的温度和光照,若此时雨水多,容易造成僵铃和烂铃,延缓吐絮,降低棉花产量和品质.10月之后新疆地区温度逐渐降低,这一阶段降雪对于棉田土壤保墒十分有利.因此,降水量对棉花生产的影响较为复杂,需合理安排田间灌水,以弥补降水的不足或过量.
3
小结与建议
明确气象因素对棉花生产的影响,有效利用气象变化中的积极因素,合理规避异常气候带来的不利影响,科学安排农业生产活动,对于指导棉花种植管理和提高棉花产出收益十分关键.依据新疆地区气候变化特点,结合农业专家咨询意见,提出应对一些气候变化的建议：（1）各级气象部门要加强区域气候变化研究,加强对农业气象动态监测,建立农业气象灾害防御机制,根据气象预警做好农业生产的积极防护.（2）针对不同区域气候因子变化特点,加大适应气候变化棉花品种的育种研究工作.近年来,受极端天气的影响,加上高密度覆膜栽培、病秆还田等因素,使得新疆棉花枯、黄萎病害日趋加重,50%以上的滴灌棉田均发生不同程度的黄萎病害.因此,在棉花育种工作方面,加强特早熟、抗寒抗旱、抗病虫棉品种的选育,同时研究建立配套的栽培管理技术,针对不同区域气候特点种植适应性品种.（3）针对强风沙天气,建议加大农田防护林建设,不仅可以降低风速、防风固沙,同时可提高棉田空间湿度.针对出苗期的“倒春寒”,建议加强棉田中耕松土,提高地温,有利于幼苗根系下扎 ,增强幼苗对低温抵抗力.（4）针对因高温高湿环境引起的棉田杂草病害,建议通过滴灌管道以随水施药的方式,将生物药剂或是生物菌肥施入棉花根部,不仅可以降低棉田土传病害,同时也可起到改善土壤生态环境的作用.（5）借鉴FAO提出的气候智慧型农业（Climate - art agriculture）理念,在棉花生产中大力推广固碳减排技术,提高农田应对气候变化的弹性与适应性,增强棉花对气候变化的适应能力.
农业生产为人们的衣、食、住、行提供最根本的保障,关乎人类生存安全.同时,农业又是最为脆弱的产业,深受人类活动、气候变迁等客观因素的影响.如何确保农业产业持续健康的发展,没有一个完全定论的标准答案,这是一个随着人类社会的发展而不断发展的命题,需要我们根据客观环境变化不断思考和探索的课题.
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