高婧毛榮井立紅井立軍高永健

(1.沙灣市氣象局，新疆 沙灣 832100；2.塔城地區(qū)氣象局，新疆 塔城 834700；3.沙灣市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，新疆 沙灣 832100)

引言

棉花是一種喜溫、喜光作物，具有很強(qiáng)的抗旱、耐鹽堿能力和環(huán)境適應(yīng)性[1]，一生要經(jīng)歷播種出苗期、苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期等5個主要生育時期，棉花各生長發(fā)育階段的生長中心不同，每個時期要求的最高、最低及適宜溫度有所不同。棉花產(chǎn)量潛力及纖維品質(zhì)優(yōu)劣與溫度、日照時數(shù)及日照百分率、降水等密切相關(guān)[1]。棉花苗期長根、長莖、長葉，以增長營養(yǎng)體為主，并開始花芽分化，要求光照充足和溫度適宜才有利棉苗生長，是形成棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)；蕾期是營養(yǎng)生長和生殖生長并進(jìn)時期，是棉花產(chǎn)量和品質(zhì)形成的敏感階段；花鈴期是棉花一生中發(fā)育最旺的時期，是決定棉花產(chǎn)量構(gòu)成因子中鈴數(shù)、鈴重以及纖維品質(zhì)的關(guān)鍵時期。進(jìn)入盛花期后，營養(yǎng)生長明顯減弱，生殖生長逐漸轉(zhuǎn)為優(yōu)勢；吐絮期是棉花產(chǎn)量與品質(zhì)形成的鞏固、增強(qiáng)階段，良好的溫、光條件是棉花獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的保證。

在全球氣候變暖背景下，新疆沙灣地處氣候變化敏感區(qū)域，近60年來呈現(xiàn)顯著增暖增濕，氣溫增暖、積溫增加對棉花生長發(fā)育十分有利。與此同時，氣候變化造成天氣、氣候不穩(wěn)定、不確定性因素增加，極端天氣事件，災(zāi)害性高影響天氣事件也日趨增多，如春季大風(fēng)、低溫冷害、持續(xù)高溫、暴雨洪水、冰雹等。其中冷害是影響新疆棉花生產(chǎn)最主要的災(zāi)害[2]。針對低溫冷害對棉花生產(chǎn)影響的諸多研究表明，由于氣溫增暖和新疆普遍采用地膜植棉，使播種期逐漸提前，棉花播種及苗期常因冷空氣入侵，遭遇霜凍、低溫冷害，造成棉花缺苗、斷壟及毀種重播[3]，或是出現(xiàn)爛種、爛芽、爛根，保苗率降低，出土棉苗生長緩慢，影響棉花正常生長、成熟[4，5]。傅瑋東等[6]指出，對北疆棉花單產(chǎn)影響較大的氣象因子為≥10℃積溫、平均氣溫、發(fā)育期間隔日數(shù)和日照時數(shù)。張永紅[7]研究發(fā)現(xiàn)，溫度對棉花生育有直接影響，低于18℃對棉花蕾鈴脫落有影響，日極端最低氣溫≤18℃的天數(shù)越多，蕾鈴脫落越明顯。李鐵山[8]指出，棉花鈴期遇到低于15℃以下溫度，低溫會影響棉株體內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)與干物質(zhì)的積累，對棉花的生長發(fā)育和產(chǎn)量的形成十分不利；李新建等[9，10]通過熱量指數(shù)作為指標(biāo)來定量評估新疆棉花冷害等級。

1 研究區(qū)概況

沙灣市位于新疆維吾爾自治區(qū)塔城地區(qū)南部，地處新疆天山北麓中段，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，屬大陸性中溫帶干旱氣候。沙灣轄區(qū)主要河流，自西向東分別為巴音溝河、金溝河、寧家河、瑪納斯河、大小南溝河，均發(fā)源于南部天山山脈高山及中低山區(qū)，由冰川融水、雨、雪水混合補(bǔ)給匯流而成，是棉花灌溉的重要水源。沙灣行政區(qū)域面積為13110km2，棉花種植主要在山前沖擊-洪積平原區(qū)，積溫條件好，日照時間長，具有得天獨(dú)厚種植棉花的光熱資源和氣候條件，是全國第1批60個優(yōu)質(zhì)棉花生產(chǎn)縣之一。自2016年開始，沙灣市連續(xù)多年承擔(dān)新疆維吾爾自治區(qū)棉花供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革試點(diǎn)，先后榮獲全國重要農(nóng)產(chǎn)品(棉花)生產(chǎn)保護(hù)區(qū)、國家優(yōu)質(zhì)商品棉生產(chǎn)基地、國家主要農(nóng)作物(棉花)生產(chǎn)全程機(jī)械化示范縣。沙灣棉花經(jīng)歷稀—密—高密的發(fā)展過程，棉花品質(zhì)優(yōu)、產(chǎn)量高，是全國產(chǎn)棉大縣。2023年棉花種植面積達(dá)116667hm2，占耕地面積的71.4%，是沙灣農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。沙灣植棉區(qū)以種植早熟陸地棉為主，采用地膜覆蓋(寬膜或超寬膜)，膜上點(diǎn)播，適度密植，節(jié)水滴灌，化學(xué)調(diào)控，耕種收全程機(jī)械化等一系列綜合措施。隨著種植制度模式化和規(guī)范化程度的不斷推進(jìn)，目前正向生產(chǎn)動態(tài)管理程序化、規(guī)范化和科學(xué)化邁進(jìn)。

2 數(shù)據(jù)來源

氣象要素日值數(shù)據(jù)來源于2023年沙灣、烏蘭烏蘇、炮臺3個國家基本站和安集海、金溝河、老沙灣鎮(zhèn)、柳毛灣鎮(zhèn)、四道河子鎮(zhèn)、沙北區(qū)等6個區(qū)域自動站，主要包括逐日氣溫、降水、日照、地表溫度、草面溫度、5cm地溫等，國家站歷年平均值時段為1991—2020年；棉花生育期數(shù)據(jù)來源于沙灣、烏蘭烏蘇、炮臺等3個農(nóng)業(yè)氣象觀測站，主要有播種期、出苗期、三真葉期、五真葉期、現(xiàn)蕾期、開花期、裂鈴期、吐絮期、停止生長期等9個物候期。區(qū)域劃分：中部棉區(qū)(沙灣、安集海、金溝河、烏蘭烏蘇)，北部棉區(qū)(炮臺、老沙灣鎮(zhèn)、柳毛灣鎮(zhèn)、四道河子鎮(zhèn)、沙北區(qū))。

3 2023年棉花冷害

3.1 苗前冷害

4月上旬沙灣植棉區(qū)平均氣溫6.1～7.2℃，比歷年同期偏低2.6～4.2℃，比2022年同期偏低8.8～9.2℃。降水較歷年同期偏少，日照時數(shù)比歷年同期略偏多。4月7日開始出現(xiàn)持續(xù)升溫，日平均氣溫升至12℃以上，持續(xù)7d后，部分棉農(nóng)開始播種，至17日沙灣市棉花播種面積達(dá)8%左右。

4月17—19日沙灣棉區(qū)遭遇明顯降水、寒潮及局地大風(fēng)天氣，中部棉區(qū)出現(xiàn)大到暴雨，降水量在16.5～21.5mm，是歷年同期的3倍左右；北部棉區(qū)出現(xiàn)中量的雨，降水量在8.0mm左右，是歷年同期的1.5倍左右。4月18—22日，中部棉區(qū)日平均氣溫在7.3～8.2℃，比歷年同期偏低5.9～7.5℃，日最低氣溫降至0.9～2.1℃；北部棉區(qū)日平均氣溫在8.5～10.0℃，比歷年同期偏低5.5～6.5℃，日最低氣溫降至-0.5～0.8℃。受此次強(qiáng)降水、降溫天氣影響，沙灣棉區(qū)4月18—22日持續(xù)5d日平均氣溫≤10℃，低于種子萌發(fā)的最低溫度10.5～12.0℃，對棉種萌芽、出苗十分不利。播種至出苗期間，棉花處于最不抗冷害的發(fā)芽期，發(fā)芽到胚軸顯著伸長這段時間，是棉花苗期冷害敏感期。根據(jù)實(shí)地調(diào)查情況顯示：沙灣植棉區(qū)受此次寒潮和大降水影響，造成沙灣棉區(qū)已播棉花出苗困難，甚至出現(xiàn)爛種、爛芽。17日前播種的棉花，在4月28—29日出苗，出苗率不足70%。同時，大降水使田間持水量大，大型機(jī)械無法進(jìn)地，播種進(jìn)度受滯。

3.2 苗期持續(xù)低溫冷害

5月2—6日出現(xiàn)持續(xù)低溫陰雨寡照及局地大風(fēng)天氣，對棉花出苗和幼苗生長造成危害。通常情況下，棉花出苗7d內(nèi)，若氣溫降至4℃，地面溫度降為0℃左右時，幼苗葉片將會發(fā)生輕微受凍；當(dāng)氣溫降至3℃，地面最低溫度降到-1.5～-0.5℃時，幼苗嚴(yán)重受凍。沙灣棉區(qū)氣象監(jiān)測顯示：5月2—6日沙灣植棉區(qū)出現(xiàn)斷續(xù)降水，以微到小量為主，5月2日、4日和5日，沙灣棉區(qū)出現(xiàn)6～7級偏西陣風(fēng)，瞬間極大風(fēng)速19.4m·s-1。

由圖1可知，受天氣影響，5月2—6日沙灣中部棉區(qū)日平均氣溫在8.2～9.1℃，比歷年同期偏低7.5～7.7℃，比2022年同期偏低13.1～14.0℃，日最低氣溫降至0.4～3.5℃；北部棉區(qū)日平均氣溫在9.7～10.1℃，比歷年同期偏低6.5～7.9℃，比2022年同期偏低13～14℃，日最低氣溫降至1.1～2.0℃。由圖2可知，地面最低溫度從5月2日開始明顯下降并維持較低，5月5日中部棉區(qū)降至-0.3～0.1℃，北部棉區(qū)降至-1.5～-0.8℃。由圖3可知，5月3—6日，沙灣棉區(qū)草面最低溫度降至-5～0℃，其中5月5日降至最低，中部棉區(qū)為-4.7℃，北部棉區(qū)為-2.7℃。對于在4月中旬—下旬初播種的棉花，在4月末—5月初已出苗，低溫霜凍天氣對已出苗棉花造成嚴(yán)重危害。由圖4可知，5月2—6日中部棉區(qū)日照時數(shù)為27.6h，比歷年同期偏少38.1%，比2022年同期偏少23.2%；北部棉區(qū)日照時數(shù)31.7h，比歷年同期偏少31.0%，比2022年同期偏少19.7%。光照時間減少，光合作用降低，不利于有機(jī)物質(zhì)的合成，影響棉苗的生長發(fā)育。

圖1 5月上旬逐日平均氣溫

圖2 5月上旬逐日地面草面最低溫度

圖3 5月上旬逐日地面最低溫度

圖4 5月上旬逐日日照時數(shù)

新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺綜合前人研究成果，結(jié)合棉花不同生長發(fā)育階段對光溫條件的需求，制定了棉花不同生育時期低溫冷害分級判別指標(biāo)(下文中冷害指標(biāo)均參照新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺業(yè)務(wù)體系標(biāo)準(zhǔn))。依據(jù)北疆棉區(qū)苗期低溫冷害指標(biāo)，5月2—6日沙灣棉區(qū)日平均氣溫≤12℃，持續(xù)時間為5d，判定為出現(xiàn)苗期中度冷害，棉花出苗緩慢和困難，部分棉田出現(xiàn)了爛種、爛芽、僵苗、死苗等現(xiàn)象。特別是4月末—5月初出苗的棉田，抗凍抗病能力弱，受冷害影響嚴(yán)重，北部棉區(qū)的部分棉田缺苗、死苗嚴(yán)重，只能進(jìn)行重播或改播其他作物。

受持續(xù)低溫天氣影響，5月上旬，沙灣植棉區(qū)氣溫特低，比歷年同期偏低4.0℃左右，比2022年同期偏低約9.0℃，為2006年以來最低值；日照時數(shù)在70.9～80.3h，較歷年同期偏少15.7%～22.9%，比2022年同期偏少17.3%～23.5%。根據(jù)5月5—13日對棉田苗情調(diào)查顯示，此次持續(xù)低溫天氣對已出土的幼苗危害較大，造成棉苗爛根、枯萎。中部、北部棉區(qū)棉花每667m2株數(shù)明顯少于2022年，比近10年平均值也偏少。5月氣溫持續(xù)偏低，棉苗生長遲緩，發(fā)育進(jìn)程晚于常年和2022年。對采取人工補(bǔ)種措施的棉田則出現(xiàn)了大小苗情況，增加棉花中后期管理難度。

3.3 延遲性冷害

2023年沙灣植棉區(qū)早播棉花受4月17—19日寒潮、降水天氣影響嚴(yán)重，進(jìn)行了補(bǔ)種或重播，大部分棉花在4月下旬—5月初播種，較歷年同期偏晚5～8d。5月上旬又遭遇持續(xù)低溫天氣影響，棉花出苗晚、棉苗生長緩慢，棉花生育期推遲。從播種以來的溫度條件來看，4月下旬氣溫偏低0.9～1.5℃，5月上旬偏低3.7～4.3℃，5月中旬偏高2.2～2.7℃，5月下旬偏低0.9～1.7℃。4月中旬—6月上旬≥10℃積溫比歷年同期偏少207.5℃，比2022年同期偏少326.9℃?？傮w上來看，苗期氣溫偏低，積溫偏少，棉苗生長遲緩。沙灣植棉區(qū)大部分棉花在6月中旬初期進(jìn)入現(xiàn)蕾期，比歷年同期偏晚5～6d，出現(xiàn)蕾期輕度延遲性冷害。

3.4 障礙型冷害

北疆棉區(qū)障礙型冷害是指在棉花花鈴盛期(7月15日—8月15日)，遇到持續(xù)3d以上的日平均氣溫≤20℃(或日最低氣溫≤15℃)的強(qiáng)降溫天氣，屬中度障礙型冷害。受冷空氣活動影響，8月14日，沙灣棉區(qū)普遍有小到中量的雨，全天陰雨無日照。8月14—16日，中部棉區(qū)日平均氣溫在17.3～19.8℃，北部棉區(qū)在16.7～19.5℃；8月14—17日，中部棉區(qū)最低氣溫降至13.7～14.4℃，北部棉區(qū)降至12.0～14.7℃。由于2023年春季出現(xiàn)明顯回寒天氣，氣溫不穩(wěn)定，沙灣棉區(qū)大部分區(qū)域棉花播種期推遲，5月上旬受持續(xù)低溫影響，發(fā)生苗期中度低溫冷害。受其影響，積溫條件差于常年和2022年，棉花生育期延遲5～7d。所以，8月14—16日可以判定為出現(xiàn)了障礙型冷害，只是影響程度略偏輕。

4 低溫冷害影響及防御技術(shù)措施

棉花苗期遇持續(xù)低溫陰雨天氣，棉籽發(fā)芽遲緩，出苗困難，易受病菌侵染，導(dǎo)致爛籽、爛芽。在采用“干播濕出”精量播種技術(shù)的前提下，根據(jù)天氣情況，盡量避免在低溫時段滴出苗水，以酌情減少滴水量，提高滴水頻率的方式進(jìn)行出苗水，同時隨水滴施黃腐酸鉀，增加抗病性，提高營養(yǎng)吸收，促進(jìn)發(fā)芽生長。

出苗后受低溫影響，棉苗抗病力降低，棉苗弱小遲發(fā)、生長緩慢，甚至出現(xiàn)爛根、死苗。需及時開展田間查苗，及時補(bǔ)種。對于嚴(yán)重缺苗、爛種、爛根的棉田，果斷進(jìn)行重播或改播其他作物。重播棉花需適度密植，狠抓“水肥控”管理，提高群體優(yōu)勢。

勤中耕，深中耕，提高土壤溫度，促進(jìn)棉苗生長，減輕低溫危害。

在低溫時段采用煙熏法，在棉田上風(fēng)口燃放煙霧，形成煙霧隔離層，放煙持續(xù)時間應(yīng)以能覆蓋最低溫度發(fā)生時段為宜。

受低溫冷害影響，棉花生育進(jìn)程停滯或延緩，棉田普遍存在大小苗情況，根據(jù)苗情適當(dāng)輕控，采取“以促為主，合理化控”的方式進(jìn)行化學(xué)調(diào)控。

苗期遭受低溫冷害影響，棉花植株個體生長量低，可利用棉花再生能力強(qiáng)和無限生長的特性，適時增加施肥量，及時補(bǔ)充營養(yǎng)，施肥量要比平常年景增加10%左右，施肥次數(shù)也要增加1～2次。