劉海蓉 張仕明 嚴建昌 李徐翹楚 盧建國 朱虹 李瑞

收稿日期：2023-11-29? ? ? ? ?第一作者簡介：劉海蓉，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)研究，1120367336@qq.com。*通信作者：張仕明，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)研究，zsm911@163.com；嚴建昌，高級工程師，從事農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)工作，1487503689@qq.com

基金項目：新疆氣象局引導(dǎo)性計劃項目（YD202224）

Influence of the final frost day change from 1991 to 2023 on cotton seeding and seedling in the Aksu Prefecture of Xinjiang

Liu Hairong， Zhang Shiming*， Yan Jianchang*， Li Xuqiaochu， Lu Jianguo， Zhu Hong， Li Rui

摘要：春季終霜凍害和低溫冷害及其引發(fā)的病害是造成新疆阿克蘇植棉區(qū)棉田大面積嚴重缺苗斷壟、毀種重播的主要原因。2023年4－5月新疆阿克蘇地區(qū)棉花播種出苗期遭遇異常低溫災(zāi)害天氣，致使棉花補種和重播面積創(chuàng)歷史之最。根據(jù)歷史氣象數(shù)據(jù)，應(yīng)用統(tǒng)計方法分析了1991―2023年阿克蘇地區(qū)4個主產(chǎn)棉縣市（庫車市、阿拉爾市、阿瓦提縣和阿克蘇市）終霜日變化特征，及其對棉花播種出苗的影響；結(jié)合2023年當?shù)貧庀髼l件，分析了當年苗期棉花凍害的成因、過程和影響。結(jié)果表明：終霜凍害風險，中部阿克蘇市植棉區(qū)最小，靠沙漠南部的阿拉爾市以及東部庫車市植棉區(qū)較大；4月終霜凍害發(fā)生概率，中部阿克蘇市植棉區(qū)最低，南部阿拉爾市植棉區(qū)最高，南部阿瓦提縣植棉區(qū)較高；阿拉爾市、阿瓦提縣和阿克蘇市的終霜日呈提前趨勢，但偏晚年份時有發(fā)生，對棉花安全出苗構(gòu)成威脅。結(jié)合2023年苗期棉花凍害發(fā)生情況分析，建議當?shù)夭荒芤蛟绱簹鉁馗呔兔つ窟^早播種棉花，而應(yīng)根據(jù)氣候變化規(guī)律及土壤特點趨利避害，在氣象條件達到要求且較穩(wěn)定時再播種。

關(guān)鍵詞：終霜日；低溫冷害；棉花；播種出苗期；阿克蘇地區(qū)；氣象災(zāi)害

在全球氣候變暖背景下，極端性氣候事件增多[1]，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生呈頻次高、強度大、影響廣等特征。隨著氣候變暖背景下終霜凍日提前，個別年份霜凍日波動較大的極端天氣成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中須加強防范的災(zāi)害性天氣之一[2-3]。同時，隨著氣候變暖，春季低溫冷害日數(shù)呈現(xiàn)總體緩慢減少的趨勢，但是隨著21世紀氣候不穩(wěn)定性的加劇，氣候波動更為明顯，出現(xiàn)極端氣候事件和災(zāi)害的概率增加[4]。新疆棉花的播種出苗長期以來受到低溫冷害、終霜凍害、大風沙塵、冰雹等多種類型氣象災(zāi)害的影響[5]。其中低溫冷害、終霜凍害致災(zāi)范圍廣、災(zāi)害重，因此，當?shù)孛藁ㄉa(chǎn)中更加關(guān)注氣候變化對棉花播種出苗的不利影響[6-8]。

阿克蘇地區(qū)是新疆最大的產(chǎn)棉區(qū)，棉花產(chǎn)業(yè)是當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民增收的主要來源。棉花播種出苗期正值春季強冷空氣活動最頻繁的時期，棉苗易遭遇霜凍或低溫冷害，造成缺苗斷壟甚至毀種重播[9-10]，對棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)造成嚴重影響。2023年4－5月阿克蘇地區(qū)棉花播種出苗期頻繁出現(xiàn)低溫、霜凍、寒潮天氣，造成當?shù)孛藁ㄑa種和重播面積均創(chuàng)20世紀80年代地膜植棉以來歷史之最。目前，關(guān)于新疆北疆植棉區(qū)低溫冷害類型和防御措施的研究報道較多[3-4]，但關(guān)于低溫冷害和霜凍災(zāi)害對南疆阿克蘇植棉區(qū)棉花出苗的影響鮮有報道。隨著氣候變化的極端性增強，阿克蘇地區(qū)棉花苗期遭受終霜凍害和低溫冷害的頻次增加。鑒于此，本研究利用阿克蘇地區(qū)歷史氣象數(shù)據(jù)和棉花播種出苗期資料，應(yīng)用統(tǒng)計分析方法，探討在氣候變化背景下，阿克蘇地區(qū)棉花播種出苗期終霜日的時空變化特征及低溫災(zāi)害的影響，為制定棉花低溫危害防御對策提供依據(jù)。

1 資料獲取與研究方法

1.1 資料來源

選取阿克蘇地區(qū)東部植棉區(qū)庫車市（82.97°E，41.72°N）、南部植棉區(qū)阿拉爾市（81.26°E，40.61°N）和阿瓦提縣（80.39°E，40.64°N）、中部植棉區(qū)阿克蘇市（80.38°E，41.12°N）這4個有代表性的主產(chǎn)棉區(qū)。收集上述4個植棉市（縣）氣象局1991―2023年3－5月的日最低氣溫、日平均氣溫、終霜日和棉花的播種期、出苗期農(nóng)業(yè)氣象觀測資料。

1.2 研究方法

通過線性回歸方法分析4個植棉區(qū)終霜日年際變化特征和氣候傾向率a，氣候傾向率由回歸分析方程y＝ax＋b得出。其中：y為終霜日，以日序做回歸分析；x為時間序列，是從0（1991年）開始；b為常數(shù)項。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

低溫對棉花出苗的影響可分為霜凍災(zāi)害和冷害。霜凍災(zāi)害指溫度短時間內(nèi)降至0 ℃或0 ℃以下造成棉苗受害，棉花葉片呈水燙狀，甚至全株死亡；冷害指0 ℃以上低溫給棉花生長發(fā)育帶來不利影響，冷害持續(xù)時間一般較長[11-13]。棉花苗期冷害包括出苗期和出苗后2個階段。棉種萌發(fā)的臨界下限溫度為12 ℃，幼苗生長的臨界下限溫度為16 ℃[14]。本研究以日最低氣溫≤0 ℃作為霜凍指標；以日平均氣溫＞0～≤12 ℃且持續(xù)3 d以上作為出苗冷害指標[13]；以日平均氣溫＞0～≤16 ℃作為幼苗生長的冷害溫度指標[14]。

數(shù)據(jù)整理、氣候特征分析和棉花生育期變化特征分析均采用Microsoft Excel 2010軟件。棉花播種期、出苗期的歷年平均值為1991―2020年的30年平均日期；主產(chǎn)棉區(qū)3月上旬－5月上旬的霜凍概率為1991―2023年各旬出現(xiàn)霜凍的次數(shù)占總霜凍次數(shù)的比例。

2 結(jié)果與分析

2.1 終霜凍害分布

2.1.1 終霜日分布。阿克蘇地區(qū)4個主產(chǎn)棉區(qū)（庫車市、阿拉爾市、阿瓦提縣和阿克蘇市）的終霜日集中（67%～70%）出現(xiàn)在3月中旬中期至3月下旬（3月16－30日）。由表1可見，1991―2023年4個主產(chǎn)棉區(qū)的平均終霜日最晚（3月23日）出現(xiàn)在阿拉爾市植棉區(qū)，阿拉爾市的最早、最晚終霜日均相對偏晚，分別為3月8日（2004年）和4月21日（2003年）；平均終霜日最早（3月16日）出現(xiàn)在阿克蘇市植棉區(qū)，該植棉區(qū)的最早終霜日為3月2日（2008年、2023年），最晚終霜日為4月12日（1996年）；阿瓦提縣植棉區(qū)的平均終霜日為3月20日，其最早、最晚終霜日分別為3月5日（2004年）和4月11日（1996年）；庫車市植棉區(qū)的最早、最晚終霜日均為4個主產(chǎn)棉區(qū)的極值，分別為3月1日（2018年）和5月7日（2023年），說明該植棉區(qū)終霜日極端性強。

在氣候變暖背景下，總體來看終霜日明顯提前，但部分年份終霜日出現(xiàn)在4月及以后的情況也時有發(fā)生，一旦延遲，終霜日與棉花播種出苗期重疊，會對棉花生產(chǎn)造成巨大損失。如2023年庫車市創(chuàng)阿克蘇地區(qū)有氣象數(shù)據(jù)記錄以來最晚終霜日（5月7日），對棉花生產(chǎn)造成嚴重影響。4月出現(xiàn)霜凍概率：阿克蘇市最小，為9%；阿拉爾市最高，為21%，發(fā)生霜凍低溫災(zāi)害的風險相對較高（表1）。

2.1.2 終霜日年際變化。1991―2023年阿克蘇地區(qū)3個主產(chǎn)棉區(qū)（阿拉爾市、阿瓦提縣和阿克蘇市）的平均終霜日總體呈提前趨勢，庫車市植棉區(qū)的平均終霜日總體呈延遲趨勢（圖1）。其中，阿瓦提縣植棉區(qū)終霜日提前幅度最大，提前速率約為6.06 d·（10 a）－1；其次為阿克蘇市植棉區(qū)，提前速率約為5.10 d·（10 a）－1；終霜日變化最小的為庫車市植棉區(qū)，每10 a延遲約0.32 d。2021―2023年阿克蘇市和阿瓦提縣植棉區(qū)的終霜日呈提前變化趨勢，阿拉爾市和庫車市植棉區(qū)的終霜日呈延遲變化趨勢，2023年阿拉爾市和庫車市植棉區(qū)終霜日分別為4月5日和5月7日，庫車市最晚終霜日突破當?shù)貧v史極值。各植棉區(qū)終霜日年代際變化均達到差異顯著水平（P＜0.05）。

2.2 棉花播種期和出苗期

2023年阿克蘇市棉花播種期最早，為4月12日，出苗期也最早，為4月23日，且播種期和出苗期較歷年（1991―2020年平均值）均偏早1 d。阿克蘇市棉花播種期正好錯過4月上旬低溫時段，氣象條件對棉花播種和出苗影響不大；其余3個植棉區(qū)2023年棉花播種期和出苗期均晚于歷年平均值，其中阿拉爾市植棉區(qū)棉花播種期（4月21日）最晚，較歷年偏晚7 d，出苗期（5月2日）也最晚，較歷年偏晚4 d。2023年庫車市棉花播種期至出苗期的間隔時間最長，為15 d（表2）。

2.3 2023年阿克蘇地區(qū)霜凍災(zāi)害及低溫冷害對棉花播種出苗的影響

播種至出苗期是棉花對溫度最敏感的時期之一。棉籽萌發(fā)時處于明顯的冷害敏感期，冷凍處理后的棉花種子出苗率降低26%[15-16]。棉花出苗前遇低溫冷害時表現(xiàn)為爛種爛芽，出苗后遇低溫陰雨天氣則表現(xiàn)為爛根、死苗和立枯病暴發(fā)，造成缺苗斷壟，甚至毀種重播[12]。

2023年3月氣溫偏高，阿克蘇地區(qū)棉花于3月底左右開始播種。東部庫車市植棉區(qū)4月2日出現(xiàn)寒潮（24 h內(nèi)氣溫降低幅度≥8 ℃，且日最低氣溫下降到4 ℃或以下），日最低氣溫降至1.9 ℃，之后氣溫持續(xù)下降，至4月5日日最低氣溫降至

－2.4 ℃，出現(xiàn)霜凍，同日南部阿拉爾市植棉區(qū)也出現(xiàn)霜凍，日最低氣溫為－0.9 ℃。4月4－7日，阿克蘇地區(qū)東部植棉區(qū)連續(xù)4 d、南部和中部植棉區(qū)連續(xù)3 d的日平均氣溫低于10 ℃，達到棉花出苗冷害指標[14]，造成早播棉花出苗困難，出現(xiàn)爛種現(xiàn)象，致使部分早播棉田重播。4月8日后氣溫有所回升，對棉花播種有利，但氣溫回升緩慢，棉花出苗進程緩慢。4月19－22日東部植棉區(qū)斷續(xù)出現(xiàn)小雨，庫車市植棉區(qū)4月22日再次出現(xiàn)寒潮降溫天氣，日平均氣溫持續(xù)6 d低于16 ℃，低溫高濕環(huán)境造成剛出苗的棉花立枯病大發(fā)生[17]，在未出苗棉田，因降水造成播種孔內(nèi)土壤板結(jié)而爛種，不得不重播、補種。5月4－7日阿克蘇地區(qū)再次出現(xiàn)降溫天氣，日平均氣溫持續(xù)在10 ℃以下，其中東部庫車市植棉區(qū)再次出現(xiàn)寒潮和霜凍降溫天氣，5月6日和7日庫車市日最低氣溫分別為－1 ℃和－0.5 ℃，創(chuàng)阿克蘇地區(qū)最晚終霜日記錄，造成棉花嚴重受災(zāi)，部分棉田反復(fù)重播3～4次。4月至5月上旬，東部庫車市植棉區(qū)出現(xiàn)2次霜凍和3次寒潮及降水天氣，造成當?shù)夭シN出苗期棉花受災(zāi)程度最重。2023年棉花播種、出苗關(guān)鍵期（4－5月）連續(xù)或迭次出現(xiàn)大風沙塵、降水、冰雹、霜凍、寒潮、低溫等多種災(zāi)害天氣[18]，造成氣溫明顯偏低且持續(xù)低于棉花出苗和幼苗生長的下限溫度，造成棉花出現(xiàn)僵苗、死苗、爛根等受災(zāi)現(xiàn)象[19]，創(chuàng)棉花補種和重播面積歷史之最。

3 討論與結(jié)論

利用阿克蘇地區(qū)4個植棉區(qū)（庫車市、阿拉爾市、阿瓦提縣和阿克蘇市）終霜日和棉花播種出苗期資料，分析終霜日的時空分布特征及低溫冷害對棉花播種出苗的影響，研究發(fā)現(xiàn)：4個植棉區(qū)的終霜日集中在3月中下旬，在氣候變暖背景下阿拉爾市、阿瓦提縣和阿克蘇市植棉區(qū)的終霜日顯著提前，但極端性增強，危害加重，庫車市植棉區(qū)的終霜日呈延遲趨勢。阿克蘇市植棉區(qū)4月出現(xiàn)霜凍的概率最?。?%），且平均終霜日出現(xiàn)最早；阿拉爾市植棉區(qū)4月出現(xiàn)霜凍的概率最高（21%），霜凍低溫災(zāi)害發(fā)生風險相對較高，且終霜日相對偏晚。建議阿克蘇地區(qū)4個主要植棉區(qū)春季棉花播種順序為：中部阿克蘇市最早，其次為南部阿瓦提縣和東部庫車市植棉區(qū)，最晚為南部阿拉爾市植棉區(qū)，但具體播種時間仍需要參考當?shù)禺斈甑奶鞖忸A(yù)測結(jié)果。

在氣候變暖背景下，終霜日明顯提前，不能因早春氣溫高就盲目過早播種棉花，而應(yīng)根據(jù)當?shù)氐臍夂蜃兓?guī)律及土壤特點趨利避害，當氣象條件達到要求且較穩(wěn)定時再播種。目前，在機械化程度較高且采用干播濕出播種技術(shù)的條件下，在預(yù)測有晚霜、低溫等不利天氣時，可適當推遲棉花播種時間，避開低溫天氣，抓住“冷尾暖頭”播種，減輕不利天氣影響。同時，須重視選擇種植苗期耐低溫能力強的棉花品種。此外，應(yīng)加強研究，篩選出既能反映問題、又便于監(jiān)測的本地化的致災(zāi)氣象指標，提高精細化、精準化服務(wù)水平和預(yù)測預(yù)警能力，實現(xiàn)多部門聯(lián)防聯(lián)控、互動聯(lián)動，共同應(yīng)對氣象災(zāi)害，將氣象災(zāi)害對棉花造成的損失降至最低。

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（責任編輯：王小璐 責任校對：秦凡）

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