何 穎, 馬松梅, 楊明鳳, 馬 新, 聶迎彬

(1.石河子大學(xué)理學(xué)院, 新疆 石河子 832000; 2. 烏蘭烏蘇農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站, 新疆 石河子 832000; 3. 兵團(tuán)種子管理總站,烏魯木齊 830000; 4. 新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所, 新疆 石河子 832000)

【研究意義】全球氣候變化已經(jīng)對(duì)自然與農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛影響，且可能改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[1-2]。IPCC指出，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化非常敏感，氣候變化將增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定性、改變農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和布局、加劇農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害[3]。遵循農(nóng)作物生長(zhǎng)生理特點(diǎn)、改變種植結(jié)構(gòu)、調(diào)整種植方式，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適應(yīng)氣候變化的重要手段，也是人類積極響應(yīng)全球變暖的具體表現(xiàn)。棉花是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的戰(zhàn)略物資，也是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，安全穩(wěn)定的棉花生產(chǎn)是確保國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展的基礎(chǔ)。相關(guān)研究表明，氣候變化過(guò)程中西北地區(qū)增溫趨勢(shì)高于全國(guó)平均水平，氣候變暖可能使棉花生育期縮短、籽棉產(chǎn)量減少，也可能使蒸散發(fā)強(qiáng)度和灌溉用水量增加，進(jìn)而可能增加新疆棉花可持續(xù)生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)[4]?，敿{斯河流域是新疆主要的棉區(qū)之一，因此研究瑪納斯河流域光熱條件對(duì)棉花的生長(zhǎng)發(fā)育和高產(chǎn)具有極其重要的指導(dǎo)意義。【前人研究進(jìn)展】學(xué)者們圍繞農(nóng)作物適宜種植區(qū)與氣候變化的響應(yīng)開展了相關(guān)研究：嚴(yán)志丹等[5]基于氣候資料和DTOPSIS法分析塔里木河流域棉花種植適宜性區(qū)劃；陳彥等[6]基于GIS技術(shù)和小網(wǎng)格推算模型分析福州市馬鈴薯種植的氣候適宜性區(qū)劃；李景林等[7]基于線性趨勢(shì)分析北疆1961—2012年棉花種植的氣候適宜分區(qū)及面積變化。上述研究定量分析了我國(guó)不同地區(qū)作物種植區(qū)的氣候適宜性，對(duì)于科學(xué)規(guī)劃農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。另外，近些年，在氣候變化背景下，基于物種分布模型方法對(duì)我國(guó)農(nóng)作物分布適宜性模擬預(yù)測(cè)研究為我國(guó)農(nóng)作物的種植與科學(xué)布局提供了數(shù)據(jù)支撐。其中，最大熵(MaxEnt)模型是目前使用范圍最廣、精準(zhǔn)度較高的建模方法之一，其采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，相對(duì)其他物種分布模型，該方法已經(jīng)被許多研究證實(shí)具有準(zhǔn)確性高、運(yùn)算速度快、操作方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[8-9]。近年來(lái)，MaxEnt模型廣泛用于我國(guó)農(nóng)作物適宜分布的模擬研究，主要體現(xiàn)在對(duì)我國(guó)糧食作物小麥、玉米、馬鈴薯和水稻等[10-12]，以及對(duì)我國(guó)雜糧作物裸燕麥和谷子進(jìn)行種植氣候適宜性的評(píng)價(jià)方面，研究均表明MaxEnt模型具有較好的模擬效果[13-14]。新疆是全國(guó)最大的商品棉生產(chǎn)基地，棉花的種植面積、調(diào)出量及總產(chǎn)量連續(xù)多年全國(guó)第一[15-16]。近年來(lái)，新疆棉花生產(chǎn)在中國(guó)的主產(chǎn)區(qū)地位進(jìn)一步加強(qiáng)?，敿{斯河流域是新疆最大的綠洲農(nóng)耕區(qū)，同時(shí)也是我國(guó)第四大灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)以及全國(guó)作物高產(chǎn)區(qū)，是中國(guó)著名的棉花和糧食產(chǎn)地[17]，行政區(qū)域包括石河子市、沙灣縣和瑪納斯縣，以及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第六師和第八師農(nóng)牧團(tuán)場(chǎng)，屬于典型的干旱與半干旱區(qū)山地-綠洲-荒漠生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)環(huán)境脆弱敏感。近幾十年，瑪納斯河流域棉花的播種面積占農(nóng)作物播種總面積的80%以上，產(chǎn)量占新疆棉花總產(chǎn)量的20%左右[18]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】瑪納斯河流域棉花適宜分布的范圍、適宜性分布等級(jí)如何？未來(lái)氣候情景下，流域棉花適宜分布的變化趨勢(shì)如何？哪些環(huán)境因子主要影響了流域棉花的分布適宜性？這一系列問(wèn)題成為了解瑪納斯河流域棉花種植適宜性及其環(huán)境影響因素的瓶頸?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究基于瑪納斯河流域的棉花種植記錄及流域的環(huán)境數(shù)據(jù)資料，利用R軟件Hmisc程序包、GIS技術(shù)和MaxEnt模型開展瑪納斯河流域棉花分布適宜性模擬與預(yù)測(cè)研究。旨在達(dá)到以下目標(biāo)：①瑪納斯河流域棉花的適宜分布范圍、分布面積及其空間適宜性特征；②影響瑪納斯河流域棉花分布適宜性的關(guān)鍵環(huán)境因子及其數(shù)值范圍；③瑪納斯河流域棉花的適宜分布對(duì)未來(lái)氣候變化的響應(yīng)。本研究在氣候變化情景下，定量開展干旱區(qū)流域棉花的分布適宜性評(píng)價(jià)，是發(fā)揮區(qū)域自然環(huán)境資源優(yōu)勢(shì)、挖掘耕地潛力、實(shí)現(xiàn)流域棉花種植區(qū)域和規(guī)模科學(xué)調(diào)整的重要途徑。

1 材料與方法

1.1 分布數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

瑪納斯河流域棉花種植數(shù)據(jù)來(lái)源于1992—2018年《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》、2013—2020年《石河子統(tǒng)計(jì)年鑒》，并參考相關(guān)文獻(xiàn)[16,19-23]，共獲得85條棉花的種植記錄。首先，通過(guò)BIGMAP地圖下載器和新疆地名錄確定詳細(xì)地理坐標(biāo)，然后利用R軟件Hmisc程序包進(jìn)一步剔除重復(fù)和模糊的分布點(diǎn)，并利用GIS分布點(diǎn)制圖以及與研究區(qū)遙感影像疊合分析，進(jìn)一步矯正分布點(diǎn)偏差，最終獲得61條準(zhǔn)確有效的種植記錄用于模型的模擬。

1.2 環(huán)境數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本研究選取7類環(huán)境數(shù)據(jù)，包括環(huán)境能量(1970—2000年，空間分辨率30 s，WorldClim)：潛在蒸散量、年均溫、平均氣溫日較差、最暖月最高溫、最冷月最低溫、最干季平均氣溫、最低氣溫、平均氣溫；逐月氣候(1970—2000年，空間分辨率30 s，WorldClim)：最高氣溫、降水、太陽(yáng)輻射、風(fēng)速、水蒸氣壓、溫度季節(jié)性變化標(biāo)準(zhǔn)差；氣候季節(jié)性(1970—2000年，空間分辨率30 s，WorldClim)：溫度年較差、降雨量季節(jié)性變異系數(shù)、年平均降雨量、最濕月降雨量；水分可獲得性(1970—2000年，空間分辨率30 s，WorldClim)：最干月降雨量、干旱指數(shù)、實(shí)際蒸散量；土壤(1971—1981年，空間分辨率約5 km，SRIC-World土壤信息數(shù)據(jù)庫(kù))：土壤酸堿度、陽(yáng)離子交換量、土壤有機(jī)碳含量；歷史氣候變化(1970—2000年，空間分辨率約5 km，WorldClim)：歷史溫度變化、歷史降雨變化；人類活動(dòng)(2000年，SEDAC-社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)用中心)：人類影響因子、人類足跡指數(shù)，共28個(gè)環(huán)境因子，所有環(huán)境因子的空間分辨率重采樣約為1 km，對(duì)基準(zhǔn)氣候下瑪納斯河流域棉花的適宜分布進(jìn)行模擬分析。未來(lái)氣候:選取2040時(shí)段MIROC全球氣候模型數(shù)據(jù)。共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑(Shared socio-economic pathways，SSPs)是IPCC描述未來(lái)不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況假設(shè)驅(qū)動(dòng)下的新一代排放情景，本研究選擇SSP3代表的溫室氣體排放中間路徑。研究區(qū)行政區(qū)劃底圖來(lái)源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)網(wǎng)站。

構(gòu)建模型前，考慮到環(huán)境因子間的空間自相關(guān)性對(duì)模型模擬的影響，利用R軟件Hmisc程序包中的cor函數(shù)對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析[24]，剔除相關(guān)性高(大于80%)的變量，最終獲得8個(gè)環(huán)境因子(圖1)：平均氣溫日較差(Bio2)、土壤酸堿度(pH)、太陽(yáng)輻射(Srad)、最干月降雨量(Bio14)、陽(yáng)離子交換量(CEC)、最干季平均氣溫(Bio9)、最冷月最低溫(Bio6)、土壤有機(jī)碳含量(Soc)。

圖1 R軟件篩選后用于瑪納斯河流域棉花分布適宜性模擬的環(huán)境因子相關(guān)性Fig.1 The correlation of environmental factors screened by R software used in simulation of cotton distribution suitability in Manas River basin

1.3 模型構(gòu)建及環(huán)境因子分析

利用最大熵模型MaxEnt 3.4.1對(duì)瑪納斯河流域棉花的適宜性分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。隨機(jī)選取75%的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練模型，剩余25%的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)用于驗(yàn)證模型，設(shè)置10次重復(fù)。采用AUC值評(píng)價(jià)模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，AUC取值范圍為[0,1]，值為0.8～0.9，表示模型模擬精度較高；值為0.9～1.0，表示模型模擬精度極高[22]。

未來(lái)氣候情景僅有WorldClim數(shù)據(jù)庫(kù)提供的氣候數(shù)據(jù)，考慮到模型模擬時(shí)需要不同時(shí)段的環(huán)境因子相對(duì)應(yīng)，本研究假設(shè)篩選的環(huán)境因子(土壤酸堿度、太陽(yáng)輻射、陽(yáng)離子交換量和土壤有機(jī)碳含量)在未來(lái)氣候時(shí)段不變，利用8個(gè)環(huán)境因子進(jìn)行2040時(shí)段流域棉花的適宜分布區(qū)預(yù)測(cè)。為方便模型模擬結(jié)果的可視化，利用GIS自然斷點(diǎn)法將模型模擬結(jié)果劃分為高度適生區(qū)、中度適生區(qū)、低度適生區(qū)及不適生區(qū)。

基于MaxEnt模型生成的環(huán)境因子貢獻(xiàn)率和置換重要值分析各環(huán)境因子對(duì)模型模擬的貢獻(xiàn)；利用刀切法(Jackknife)分析各環(huán)境因子在建立模型時(shí)的重要性，并量化分析環(huán)境因子的生態(tài)位參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 瑪納斯河流域棉花的分布適宜性分析

基準(zhǔn)氣候及2040時(shí)段，最大熵模型的AUC均值分別為0.928和0.904，且模型模擬的適宜區(qū)與流域棉花的種植記錄具有較好的吻合(圖 2)，表明模型模擬精度較高，模擬效果較好?；鶞?zhǔn)氣候下，流域棉花的高度、中度和低度適宜分布區(qū)分別占流域總面積的9.64%、12.19%和16.80%，主要集中于流域44°～45°N的中部綠洲區(qū)(圖2)。其中，棉花的高度適生區(qū)主要分布于沙灣縣121團(tuán)、132團(tuán)、133團(tuán)、141團(tuán)和144團(tuán)，瑪納斯縣149團(tuán)、150團(tuán)以及夾河子水庫(kù)和躍進(jìn)水庫(kù)，石河子市北部、石總場(chǎng)以及和布克賽爾蒙古自治縣西部。中度適生區(qū)表現(xiàn)出依附高度適生區(qū)周圍分布的特點(diǎn)，集中分布于沙灣縣綠洲區(qū)南緣及西北部，瑪納斯縣的147團(tuán)、148團(tuán)和克拉瑪依市東北部。低度適生區(qū)主要分布于綠洲區(qū)南部，瑪納斯縣莫索灣西南部和布克賽爾蒙古自治縣的高度破碎化斑塊。

圖2 瑪納斯河流域基于MaxEnt模型的基準(zhǔn)氣候下的棉花適宜分布Fig.2 Suitable distribution of cotton simulated by MaxEnt model in reference climate in Manas River basin

從流域行政區(qū)劃看，沙灣縣棉花的高度、中度、低度適宜分布區(qū)面積占比最大，分別占流域總面積的57.09%、40.17%和34.94%；其次為瑪納斯縣，分別占流域總面積的21.04%、27.32%和24.21%；隨后為和布克賽爾蒙古自治縣，占比分別為8.01%、20.45%和27.76%(表1)。

表1 基準(zhǔn)氣候和2040時(shí)段瑪納斯河流域行政區(qū)的棉花適宜分布區(qū)面積及其占比

2.2 影響瑪納斯河流域棉花適宜分布區(qū)分布的主導(dǎo)環(huán)境因素分析

MaxEnt模型的模擬結(jié)果顯示，用于模型模擬的8個(gè)因子中，平均氣溫日較差、土壤酸堿度、太陽(yáng)輻射對(duì)流域棉花適宜分布影響較大，累積貢獻(xiàn)率達(dá)74.4%(表2)。置換重要性值的結(jié)果表明，模擬模型對(duì)平均氣溫日較差(39.6%)的依賴性最強(qiáng)(表2)。正規(guī)化訓(xùn)練增益、測(cè)試增益及受試者工作特征曲線下面積的檢驗(yàn)結(jié)果也表明，平均氣溫日較差、土壤酸堿度、太陽(yáng)輻射的貢獻(xiàn)率較高，對(duì)模型的模擬結(jié)果影響較大(圖3)。

表2 最大熵模型模擬的環(huán)境因子貢獻(xiàn)率、置換重要性值和適宜分布區(qū)環(huán)境因子的數(shù)值范圍

圖3 用于MaxEnt模型模擬的8個(gè)環(huán)境因子的刀切法檢驗(yàn)Fig.3 Jackknife test for 8 environmental factors simulated by the MaxEnt model

2.3 未來(lái)氣候變化對(duì)瑪納斯河流域棉花適宜分布的影響

2040時(shí)段，瑪納斯河流域棉花的適宜分布區(qū)共占流域總面積的37.13%，高度、中度和低度適宜分布區(qū)占流域面積的8.42%、13.12%和15.59%。與基準(zhǔn)氣候相比，2040時(shí)段流域棉花的適宜分布呈明顯的破碎化減少和破碎化增加趨勢(shì)，且新增和減少的適宜分布總體呈相間分布的特點(diǎn)，但增減抵消后，流域棉花適宜區(qū)減少面積占流域總面積的1.5%，向沙灣縣綠洲區(qū)南部與西北部、瑪納斯縣綠洲區(qū)南緣、奎屯市綠洲區(qū)南緣和克拉瑪依市東北部縮減(圖4)。

圖4 瑪納斯河流域2040時(shí)段棉花適宜分布及其與基準(zhǔn)氣候相比的變化Fig.4 Suitable distribution of cotton in Manas River basin during 2040 compared with reference climate

3 討 論

3.1 瑪納斯河流域棉花的適宜分布及其環(huán)境驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析

目前，農(nóng)作物的種植適宜性方面的研究大多僅考慮氣候要素[25]，從環(huán)境能量、逐月氣候、氣候季節(jié)性、水分可獲得性、土壤、人為活動(dòng)、歷史氣候變化要素進(jìn)行較全面考慮的研究較少。本研究利用最大熵模型模擬瑪納斯河流域棉花的適宜分布，從7類環(huán)境因子入手，包含絕大多數(shù)主導(dǎo)因子的綜合影響，模型模擬結(jié)果較準(zhǔn)確(AUC>0.9)，且較精細(xì)化地模擬流域棉花的適宜分布范圍與空間適宜性特征，量化分析干旱區(qū)流域棉花分布的環(huán)境適宜性。根據(jù)新疆棉花種植分區(qū)的氣候指標(biāo)，結(jié)合研究區(qū)≥10 ℃積溫、≥20 ℃積溫、7月平均氣溫≥24 ℃數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[26]，本研究中模型模擬的高度和中度適宜分布區(qū)均為宜棉區(qū)和次宜棉區(qū)，而模型識(shí)別的低度適宜區(qū)范圍被劃分為高風(fēng)險(xiǎn)棉區(qū)，說(shuō)明模型模擬結(jié)果合理，建議降低流域風(fēng)險(xiǎn)棉區(qū)和低度適宜區(qū)的棉花種植面積。因此，本研究結(jié)果可為干旱區(qū)流域棉花的區(qū)域布局調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。

MaxEnt模型識(shí)別的棉花適宜分布區(qū)主要集中于流域44°～45°N的中部綠洲區(qū)，包括沙灣縣中部，瑪納斯縣44°N以北，石河子市北部、石總場(chǎng)，奎屯市南部及克拉瑪依市東北部，這些區(qū)域都是流域年均溫相對(duì)較高的地區(qū)，這也與棉花喜溫、喜光照習(xí)性相符。本研究模擬的棉花高度適生區(qū)范圍與流域綠洲棉花的種植區(qū)也具有較高的吻合，模型識(shí)別到流域棉花的高度適宜分布區(qū)一半以上集中于沙灣縣中部，瑪納斯縣149團(tuán)、150團(tuán)、夾河子水庫(kù)和躍進(jìn)水庫(kù)。本研究所用的83%已知分布記錄也來(lái)源于沙灣縣和瑪納斯縣的團(tuán)場(chǎng)，尤其是121團(tuán)、132團(tuán)、147團(tuán)和149團(tuán)。相關(guān)研究也指出，北疆棉區(qū)的棉花種植集中在昌吉州瑪納斯縣和塔城地區(qū)沙灣縣，面積約占全疆的30%，且該地州棉花產(chǎn)量位居北疆第一[27]。另外，棉花在石河子市中部和北部存在高度適宜分布區(qū)，棉花在這些區(qū)域的種植也較集中。然而，流域也有部分棉花種植區(qū)位于模型識(shí)別的低度適生區(qū)，如瑪納斯縣綠洲區(qū)142團(tuán)以南和石河子市152團(tuán)。棉花生產(chǎn)是自然環(huán)境與人文社會(huì)經(jīng)濟(jì)的有機(jī)結(jié)合，不僅受溫度、降水、日照時(shí)間、土壤等自然因素的制約，同時(shí)也會(huì)受機(jī)械化技術(shù)、種植技術(shù)、土地利用、人口遷移、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)水平及農(nóng)業(yè)政策等因素的影響[28]。由于棉花較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，以及人們對(duì)其需求量的增加，近年來(lái)在瑪納斯縣綠洲區(qū)西南部、烏蘇市北部的種植范圍擴(kuò)大，但從氣候適宜性角度分析，這些區(qū)域并不是較適宜棉花種植的區(qū)域，而氣候的適宜性降低可能導(dǎo)致農(nóng)作物的產(chǎn)量下降。

本研究從多角度定量分析平均氣溫日較差、土壤酸堿度、太陽(yáng)輻射對(duì)流域棉花適宜性分布的影響。其中，平均氣溫日較差對(duì)流域棉花分布的影響最大，累計(jì)貢獻(xiàn)率為33.9%，相關(guān)研究也表明新疆棉花生育期受溫度的影響較明顯[24]。在春播階段，氣溫的快速回升且持續(xù)穩(wěn)定，有利于棉花播種期提前，棉花生育進(jìn)程縮短。新疆棉花種植區(qū)采用地膜提高種植區(qū)溫度，縮小晝夜溫差，從側(cè)面印證了平均氣溫日較差對(duì)棉花種植的影響。另外，本研究結(jié)果顯示，土壤酸堿度對(duì)流域棉花的分布范圍也存在較高限制，流域棉花適宜分布區(qū)的土壤酸堿度呈中性。棉田土壤的理化性質(zhì)、生物屬性很大程度上制約著棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)。近50年西北地區(qū)增溫趨勢(shì)高于全國(guó)平均水平[4]，氣候變暖可能使棉花生育期縮短、籽棉產(chǎn)量減少，也可能使蒸散發(fā)強(qiáng)度和灌溉用水量增加，從而增加新疆棉花可持續(xù)生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 未來(lái)氣候變化對(duì)瑪納斯河流域棉花分布的影響

考慮未來(lái)氣候變化情景，本研究基于干旱區(qū)流域現(xiàn)有的棉花種植記錄，預(yù)測(cè)了2040時(shí)段瑪納斯河流域的棉花適生區(qū)的分布范圍變化，未來(lái)氣候下流域棉花的適宜分布區(qū)范圍在整個(gè)綠洲區(qū)呈顯著破碎化減少和破碎化增加相間分布，尤其是綠洲區(qū)東南部、西北部以破碎化減少為主，而綠洲區(qū)東北部和南部以破碎化增加為主，說(shuō)明流域棉花的分布適宜性對(duì)未來(lái)氣候變化響應(yīng)靈敏。2040時(shí)段，流域棉花的適宜分布區(qū)總體呈略微減少趨勢(shì)，減少的分布區(qū)集中于沙灣縣綠洲區(qū)南部與西北部、瑪納斯縣綠洲區(qū)南緣、奎屯市綠洲區(qū)南緣和克拉瑪依市東北部。相關(guān)研究也表明，隨著全球氣候變暖，新疆氣候呈顯著暖干化的變化趨勢(shì)，新疆地區(qū)無(wú)霜期有不同程度的延長(zhǎng)，尤其是2000年之后變化趨勢(shì)更為顯著，但是新疆主要為灌溉農(nóng)業(yè)，可能將造成未來(lái)瑪納斯河流域棉花種植的不穩(wěn)定性增加，不利于流域棉花種植區(qū)域的擴(kuò)大[29]。而且，氣候變化對(duì)棉花生產(chǎn)的影響具有兩面性，一方面，氣候變暖可能會(huì)增加棉花生育期極端高溫頻率的發(fā)生，導(dǎo)致棉花生長(zhǎng)季蒸散發(fā)和耗水量增加，棉花生產(chǎn)中的水資源短缺加劇從而對(duì)棉花可持續(xù)生產(chǎn)造成不利影響[30]；另一方面，氣候變暖會(huì)降低棉花生育期極端低溫頻率的發(fā)生、減少低溫延遲冷害[31]，這些因素都有利于棉花的生產(chǎn)。

未來(lái)氣候變化可能使高緯度地區(qū)熱量資源得到改善，喜溫作物的種植界限將北移，促使作物種植結(jié)構(gòu)和品種布局的科學(xué)調(diào)整。例如，我國(guó)春玉米潛在種植北界呈波動(dòng)式北移，最大上升1.4個(gè)緯度[11]。溫度是影響作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和發(fā)育速度的最重要?dú)庀笠蜃?，?duì)棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)等都具有重要的影響。IPCC[32]第六次評(píng)估報(bào)告顯示，近60年來(lái)，我國(guó)平均地表溫度每10年平均上升0.23 ℃，本世紀(jì)末將上升1.3～5.0 ℃，而且隨著氣溫上升，高溫出現(xiàn)的頻率將更高，時(shí)間也會(huì)更長(zhǎng)，這將對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)。因此，利用模型預(yù)測(cè)干旱區(qū)流域棉花在氣候變化下的潛在分布范圍變化，可為實(shí)現(xiàn)新疆棉花種植結(jié)構(gòu)和品種布局調(diào)整及可持續(xù)生產(chǎn)提供科學(xué)參考。

4 結(jié) 論

本研究從基準(zhǔn)氣候和2040時(shí)段，對(duì)瑪納斯河流域棉花的適宜分布范圍、分布面積及其空間適宜性特征進(jìn)行分析，明確了影響棉花適宜性分布的主要環(huán)境因子，揭示了瑪納斯河流域棉花的適宜分布對(duì)未來(lái)氣候變化的響應(yīng)。其中，棉花適宜分布區(qū)主要集中在流域44°～45°N的中部綠洲區(qū)；平均氣溫日較差、土壤酸堿度和太陽(yáng)輻射的累積貢獻(xiàn)率達(dá)74.4%，是影響棉花適宜分布的主要環(huán)境因子；2040時(shí)段，瑪納斯河流域棉花的適宜分布范圍總體呈減少趨勢(shì)，且沙灣縣、瑪納斯縣、奎屯市和克拉瑪依市減少明顯。另外，新疆棉花處于我國(guó)重要的戰(zhàn)略資源，開展新疆棉花的適宜分布對(duì)未來(lái)氣候變化的響應(yīng)方面的重點(diǎn)研究具有重大意義。