孫桂蘭，雷亞平，熊世武，張正貴，王占彪，李亞兵

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

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)（IPCC）第五次氣候變化評(píng)估報(bào)告指出，1880―2012年，地球平均地表溫度上升了0.85 ℃[1]。農(nóng)業(yè)是對(duì)氣候變化最敏感的領(lǐng)域。氣候變化通過(guò)光照、熱量和水分等資源的變化影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，從而影響作物的產(chǎn)量[2-5]。充分理解氣候變化對(duì)作物的影響，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中探尋高效利用氣候資源、提高作物產(chǎn)量的措施，成為氣候變化研究的重要內(nèi)容之一[6]。

物候期是進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要依據(jù)，也是作物對(duì)氣候變化響應(yīng)的最敏感的指標(biāo)之一[7]。因此，研究氣候變化對(duì)物候期的影響，也是氣候變化研究的焦點(diǎn)之一[8]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者基于氣象數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)氣象站點(diǎn)的物候期觀測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星資料數(shù)據(jù)和作物模型等分別研究了小麥、玉米、水稻等大宗作物物候期變化及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)[9-12]，但關(guān)于氣候變化對(duì)棉花物候期影響的研究相對(duì)較少。

棉花是我國(guó)主要經(jīng)濟(jì)作物之一，種植歷史悠久，全國(guó)有三大優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)，即長(zhǎng)江流域、黃河流域和西北內(nèi)陸棉區(qū)[13]。湖北省是長(zhǎng)江流域棉區(qū)重要的棉花種植省份。近50年來(lái)，湖北省年平均氣溫和年降水量呈逐漸增加趨勢(shì)[14-15]。氣候變化勢(shì)必對(duì)湖北省棉花生產(chǎn)產(chǎn)生重要的影響。因此，研究氣候變化背景下湖北省棉花各生育階段水熱資源的變化趨勢(shì)及其對(duì)棉花物候期的影響，可為指導(dǎo)湖北省棉花生產(chǎn)、有效利用氣候資源和提高棉花產(chǎn)量提供重要的理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

棉花物候期數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)均來(lái)源于中國(guó)氣象局。由于數(shù)據(jù)限制，物候期數(shù)據(jù)僅包括1994―2013年湖北省3 個(gè)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站的棉花播種、出苗、現(xiàn)蕾、開(kāi)花、吐絮和收獲日期。3 個(gè)氣象站點(diǎn)與農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站對(duì)應(yīng)或相鄰，氣象數(shù)據(jù)包括3 個(gè)站點(diǎn)的逐日平均氣溫和降水量數(shù)據(jù)（表1）。

1.2 測(cè)定指標(biāo)和方法

1.2.1棉花物候期及生育階段的劃分。選取了6 個(gè)棉花重要的物候期，分別為播種、出苗、現(xiàn)蕾、開(kāi)花、吐絮和收獲； 選取了6 個(gè)棉花重要的生育階段，即播種―出苗、出苗―現(xiàn)蕾、現(xiàn)蕾―開(kāi)花、開(kāi)花―吐絮、吐絮―收獲以及播種―收獲。其中，物候期以日序計(jì)算。各農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站點(diǎn)的棉花物候期以1994―2013年平均值計(jì)算（表2）。

表1 氣象站點(diǎn)和農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站點(diǎn)信息

表2 1994—2013年湖北省農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站點(diǎn)物候期的平均日序

1.2.2生育期/氣候的傾向率。生育期/ 氣候的傾向率是指生育期/ 氣候要素多年變化趨勢(shì)，在計(jì)算過(guò)程中采用最小二乘法擬合一元線性方程[16]。線性方程為：X＝ a＋bt（X 為氣象要素值，t為年份，a 為常數(shù)項(xiàng)，b 為回歸系數(shù)）。一次方程中的回歸系數(shù)即為生育期/氣候的傾向率。

1.2.3數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)處理和作圖均采用Microsoft Excel 2013 完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花各生育階段氣候變化特征

由表3可知，各生育階段≥0 ℃積溫和平均溫度除播種―出苗和開(kāi)花―吐絮2 個(gè)生育階段呈降低趨勢(shì)外，其他各生育階段大致表現(xiàn)為升高趨勢(shì)。3個(gè)站點(diǎn)播種―收獲階段≥0 ℃積溫傾向率平均值為 1.204 ℃·d·a－1，平均溫度傾向率平均值為 0.006℃·a－1。各生育階段的降水量除出苗—現(xiàn)蕾階段呈升高趨勢(shì)，其他各生育階段大致呈降低趨勢(shì)。

2.2 棉花物候期變化特征

由圖1可知，3 個(gè)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站點(diǎn)的播種期和收獲期均呈延后趨勢(shì)。除襄陽(yáng)驛外，其他站點(diǎn)的出苗期、現(xiàn)蕾期、開(kāi)花期和吐絮期均呈提前趨勢(shì)。其中，襄陽(yáng)驛的播種期和現(xiàn)蕾期呈極顯著延后趨勢(shì)（P＜0.01），傾向率分別為 0.823 d·a－1、0.635 d·a－1；江陵的吐絮期呈顯著提前趨勢(shì)，傾向率為－0.653 d·a－1。

表3 1994—2013年棉花生長(zhǎng)季溫度、降水量變化傾向率

2.3 棉花各生育階段長(zhǎng)短變化特征

由圖2可知，湖北省3 個(gè)農(nóng)業(yè)氣象站點(diǎn)棉花播種―出苗和現(xiàn)蕾―開(kāi)花2 個(gè)生育階段均縮短，出苗―現(xiàn)蕾階段均延長(zhǎng)。其他生育階段，均有2 個(gè)站點(diǎn)表現(xiàn)為開(kāi)花―吐絮和播種—收獲延長(zhǎng)，吐絮―收獲縮短。另外，襄陽(yáng)驛、江陵和天門(mén)3 個(gè)站點(diǎn)的播種―出苗均極顯著縮短 （P＜0.01），傾向率分別為－0.350 d·a－1、－0.401 d·a－1和－0.248 d·a－1。江陵的現(xiàn)蕾―開(kāi)花階段表現(xiàn)為顯著縮短 （P＜0.05），傾向率為－0.316 d·a－1；吐絮―收獲階段表現(xiàn)為極顯著延長(zhǎng)（P＜0.01），傾向率為 0.950 d·a－1。

2.4 棉花各生育階段長(zhǎng)短與氣候變化的相關(guān)系數(shù)

由表4可知，棉花各生育階段≥0 ℃積溫和平均溫度與該生育時(shí)期長(zhǎng)短大致呈負(fù)相關(guān)，而降水量與該生育時(shí)期長(zhǎng)短除播種—出苗階段呈負(fù)相關(guān)外，其他生育階段大致呈正相關(guān)。

圖1 1994—2013年湖北省棉花物候期傾向率

圖2 1994—2013年湖北省棉花各生育階段長(zhǎng)短傾向率

3 討論與結(jié)論

氣候變化背景下，作物生長(zhǎng)季水熱資源發(fā)生了顯著的變化[17-18]。本研究發(fā)現(xiàn)，湖北省棉花各生育階段≥0 ℃積溫和平均溫度除播種—出苗和開(kāi)花—吐絮階段呈降低趨勢(shì)，其他各生育階段大致呈升高趨勢(shì)； 而降水量除出苗—現(xiàn)蕾階段呈升高趨勢(shì)，其他各生育階段大致呈降低趨勢(shì)。這與前人研究結(jié)果有所差異，主要原因在于本文是針對(duì)棉花各生育階段水熱資源變化趨勢(shì)進(jìn)行研究，而并非針對(duì)年平均降水量進(jìn)行研究[15]。細(xì)化的結(jié)果對(duì)指導(dǎo)湖北省棉花生產(chǎn)具有更具體的幫助。

王占彪等[19-20]研究發(fā)現(xiàn)，河北省棉花除收獲期呈延后趨勢(shì)，其他物候期均呈提前趨勢(shì)。各生育階段變化表現(xiàn)為開(kāi)花之前各生育階段縮短，開(kāi)花之后各生育階段延長(zhǎng)，整個(gè)生育期延長(zhǎng)。而本研究發(fā)現(xiàn)，湖北省棉花播種期呈延后趨勢(shì)，這與王占彪等[19]研究結(jié)果不一致，主要原因是湖北省與河北省的氣候變化有所差異，本研究中湖北省棉花播種期≥0 ℃積溫和平均溫度呈下降趨勢(shì)，所以播種期要推遲；而黃河流域棉花播種期溫度升高，所以播種期提前。另外，本研究中各生育階段長(zhǎng)短的變化規(guī)律不是很一致，中間有升高有降低，而整個(gè)生育期呈延長(zhǎng)趨勢(shì)。造成這一結(jié)果的主要原因是由氣溫、降水變化、品種更替和栽培措施演變等多種因素共同造成了物候期變化，因而不能將氣候變化作為物候期變化的唯一因素[6]，未來(lái)也應(yīng)考慮多個(gè)氣象因素、品種等因素，并利用模型進(jìn)一步分析物候期變化。

本研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化會(huì)造成棉花物候期提前或延后，而物候期的變化可能會(huì)造成花期等對(duì)于極端高溫、干旱、澇害等較為敏感的水分臨界期發(fā)生變化，這就使得棉花生產(chǎn)產(chǎn)生了極大的不確定性，未來(lái)應(yīng)對(duì)此進(jìn)行深入研究，以降低減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

表4 1994—2013年棉花各生育階段氣象變化與該生育階段長(zhǎng)短的相關(guān)系數(shù)