新疆阿克蘇地區1991―2023年終霜日變化對棉花播種出苗的影響

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，主要從事農業氣象服務研究，1120367336@qq.com。*通信作者：張仕明，高級工程師，主要從事農業氣象服務研究，zsm911@163.com；嚴建昌，高級工程師，從事農業防災減災工作，1487503689@qq.com

基金項目：新疆氣象局引導性計劃項目（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的病害是造成新疆阿克蘇植棉區棉田大面積嚴重缺苗斷壟、毀種重播的主要原因。2023年4－5月新疆阿克蘇地區棉花播種出苗期遭遇異常低溫災害天氣，致使棉花補種和重播面積創歷史之最。根據歷史氣象數據，應用統計方法分析了1991―2023年阿克蘇地區4個主產棉縣市（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；結合2023年當地氣象條件，分析了當年苗期棉花凍害的成因、過程和影響。結果表明：終霜凍害風險，中部阿克蘇市植棉區最小，靠沙漠南部的阿拉爾市以及東部庫車市植棉區較大；4月終霜凍害發生概率，中部阿克蘇市植棉區最低，南部阿拉爾市植棉區最高，南部阿瓦提縣植棉區較高；阿拉爾市、阿瓦提縣和阿克蘇市的終霜日呈提前趨勢，但偏晚年份時有發生，對棉花安全出苗構成威脅。結合2023年苗期棉花凍害發生情況分析，建議當地不能因早春氣溫高就盲目過早播種棉花，而應根據氣候變化規律及土壤特點趨利避害，在氣象條件達到要求且較穩定時再播種。

關鍵詞：終霜日；低溫冷害；棉花；播種出苗期；阿克蘇地區；氣象災害

在全球氣候變暖背景下，極端性氣候事件增多[1]，農業氣象災害的發生呈頻次高、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業生產中須加強防范的災害性天氣之一[2-3]。同時，隨著氣候變暖，春季低溫冷害日數呈現總體緩慢減少的趨勢，但是隨著21世紀氣候不穩定性的加劇，氣候波動更為明顯，出現極端氣候事件和災害的概率增加[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害的影響[5]。其中低溫冷害、終霜凍害致災范圍廣、災害重，因此，當地棉花生產中更加關注氣候變化對棉花播種出苗的不利影響[6-8]。

阿克蘇地區是新疆最大的產棉區，棉花產業是當地經濟發展的重要支柱產業和農民增收的主要來源。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]，對棉花優質高產造成嚴重影響。2023年4－5月阿克蘇地區棉花播種出苗期頻繁出現低溫、霜凍、寒潮天氣，造成當地棉花補種和重播面積均創20世紀80年代地膜植棉以來歷史之最。目前，關于新疆北疆植棉區低溫冷害類型和防御措施的研究報道較多[3-4]，但關于低溫冷害和霜凍災害對南疆阿克蘇植棉區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歷史氣象數據和棉花播種出苗期資料，應用統計分析方法，探討在氣候變化背景下，阿克蘇地區棉花播種出苗期終霜日的時空變化特征及低溫災害的影響，為制定棉花低溫危害防御對策提供依據。

1 資料獲取與研究方法

1.1 資料來源

選取阿克蘇地區東部植棉區庫車市（82.97°E，41.72°N）、南部植棉區阿拉爾市（81.26°E，40.61°N）和阿瓦提縣（80.39°E，40.64°N）、中部植棉區阿克蘇市（80.38°E，41.12°N）這4個有代表性的主產棉區。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、出苗期農業氣象觀測資料。

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為常數項。

1.3 數據處理與分析

低溫對棉花出苗的影響可分為霜凍災害和冷害。霜凍災害指溫度短時間內降至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育帶來不利影響，冷害持續時間一般較長[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]。

數據整理、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；主產棉區3月上旬－5月上旬的霜凍概率為1991―2023年各旬出現霜凍的次數占總霜凍次數的比例。

2 結果與分析

2.1 終霜凍害分布

2.1.1 終霜日分布。阿克蘇地區4個主產棉區（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個主產棉區的平均終霜日最晚（3月23日）出現在阿拉爾市植棉區，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）出現在阿克蘇市植棉區，該植棉區的最早終霜日為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）；庫車市植棉區的最早、最晚終霜日均為4個主產棉區的極值，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在4月及以后的情況也時有發生，一旦延遲，終霜日與棉花播種出苗期重疊，會對棉花生產造成巨大損失。如2023年庫車市創阿克蘇地區有氣象數據記錄以來最晚終霜日（5月7日），對棉花生產造成嚴重影響。4月出現霜凍概率：阿克蘇市最小，為9%；阿拉爾市最高，為21%，發生霜凍低溫災害的風險相對較高（表1）。

2.1.2 終霜日年際變化。1991―2023年阿克蘇地區3個主產棉區（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，庫車市植棉區的平均終霜日總體呈延遲趨勢（圖1）。其中，阿瓦提縣植棉區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，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，每10 a延遲約0.32 d。2021―2023年阿克蘇市和阿瓦提縣植棉區的終霜日呈提前變化趨勢，阿拉爾市和庫車市植棉區的終霜日呈延遲變化趨勢，2023年阿拉爾市和庫車市植棉區終霜日分別為4月5日和5月7日，庫車市最晚終霜日突破當地歷史極值。各植棉區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年阿克蘇地區霜凍災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為爛種爛芽，出苗后遇低溫陰雨天氣則表現為爛根、死苗和立枯病暴發，造成缺苗斷壟，甚至毀種重播[12]。

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

－2.4 ℃，出現霜凍，同日南部阿拉爾市植棉區也出現霜凍，日最低氣溫為－0.9 ℃。4月4－7日，阿克蘇地區東部植棉區連續4 d、南部和中部植棉區連續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，出現爛種現象，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日東部植棉區斷續出現小雨，庫車市植棉區4月22日再次出現寒潮降溫天氣，日平均氣溫持續6 d低于16 ℃，低溫高濕環境造成剛出苗的棉花立枯病大發生[17]，在未出苗棉田，因降水造成播種孔內土壤板結而爛種，不得不重播、補種。5月4－7日阿克蘇地區再次出現降溫天氣，日平均氣溫持續在10 ℃以下，其中東部庫車市植棉區再次出現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 ℃，創阿克蘇地區最晚終霜日記錄，造成棉花嚴重受災，部分棉田反復重播3～4次。4月至5月上旬，東部庫車市植棉區出現2次霜凍和3次寒潮及降水天氣，造成當地播種出苗期棉花受災程度最重。2023年棉花播種、出苗關鍵期（4－5月）連續或迭次出現大風沙塵、降水、冰雹、霜凍、寒潮、低溫等多種災害天氣[18]，造成氣溫明顯偏低且持續低于棉花出苗和幼苗生長的下限溫度，造成棉花出現僵苗、死苗、爛根等受災現象[19]，創棉花補種和重播面積歷史之最。

3 討論與結論

利用阿克蘇地區4個植棉區（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，研究發現：4個植棉區的終霜日集中在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的終霜日顯著提前，但極端性增強，危害加重，庫車市植棉區的終霜日呈延遲趨勢。阿克蘇市植棉區4月出現霜凍的概率最小（9%），且平均終霜日出現最早；阿拉爾市植棉區4月出現霜凍的概率最高（21%），霜凍低溫災害發生風險相對較高，且終霜日相對偏晚。建議阿克蘇地區4個主要植棉區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，最晚為南部阿拉爾市植棉區，但具體播種時間仍需要參考當地當年的天氣預測結果。

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，而應根據當地的氣候變化規律及土壤特點趨利避害，當氣象條件達到要求且較穩定時再播種。目前，在機械化程度較高且采用干播濕出播種技術的條件下，在預測有晚霜、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，應加強研究，篩選出既能反映問題、又便于監測的本地化的致災氣象指標，提高精細化、精準化服務水平和預測預警能力，實現多部門聯防聯控、互動聯動，共同應對氣象災害，將氣象災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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