北疆地区棉花生育期需水量变化特征及成因分析

宋雪峰

摘要：探讨了北疆棉花生育期需水量和灌溉需水量的变化趋势，分析了变化趋势与气象因素的关系。基于北疆26个气象站1961-2016年的日气象资料，参考作物腾发量和相关作物系数的计算方法，计算了北疆棉花近56年的作物需水量和灌溉需水量，并分析了其对气候变化的响应。结果表明，近56年来，北疆棉花需水量和灌溉需水量呈下降趋势，尤其是开花期和铃期，气候趋势率分别为-0.635mm/a和-0.643mm/a305.02mm，平均灌溉需水量289.95mm。气象因素与棉花各生育期作物需水量和灌溉需水量有关，其中降雨量对灌溉需水量影响最大。从气候变化的角度来看，北疆棉花作物需水量在减少，随着降雨量的增加，灌溉需水量也在减少。

关键词:气候变化；棉花；作物需水量；灌溉需水量；气象因素；北疆地区

1材料和方法

1.1研究区域概述

北疆位于新疆维吾尔自治区北部，新疆的地理特征是“三山两盆”，最北端是阿尔泰山，中部是天山，最南端是昆仑山。准噶尔盆地位于阿尔泰山和天山之间。北

新疆是温带干旱半干旱地区，年降雨量150~200毫米以上；无霜期140~185天。四季分明是北疆的一大特色。

1.2数据源

利用中国气象局国家信息中心在北疆26个气象站提供的棉花生育期56年的日平均气温、平均水汽压、平均风速、相对湿度、降雨量、日照时数等气象数据，对数据进行了严格的质量检验，以保证数据的准确性。

1.3研究方法

1.3.1棉花需水量

根据粮农组织推荐的彭曼-蒙蒂思公式[16]，计算棉花需水量

(ETc)的公式为:

ETc=KcET0 (1)

其中:ETc为作物需水量，mm；Kc为作物系数，随作物生长期变化，是计算棉花需水量的重要参数，ET0为参考作物蒸散量，mm..

北疆棉花属于干旱气候类型区，本文利用已有的研究成果[17]划分了北疆棉花的生育期，并给出了各生育期的作物系数。

1.3.2棉花灌溉需水量

灌溉需水量IR由作物需水量与有效降雨量之差定义，计算公式如下[18]:

IR=ETc-Pe (2)

式中:IR为农作物灌溉需水量，mm；Pe是有效降雨量，mm..

利用Excel和SPSS计算分析了1961-2016年作物需水量、灌溉需水量与气象因子的相关性。

2结果和分析

2.1棉花不同生育期作物需水量的变化特征

56年来，北疆棉花各生育期需水量的变化规律不同。从变化趋势来看，棉花整个生育期的下降趋势最为明显，气候趋势率为-0.935mm/a，从1961年到1974年呈上升趋势，之后呈下降趋势，2016年最低值为428.9mm，最高值为549.1mm1974年；其次，开花结实期的气候趋势率为-0.635毫米/年，1968年达到最高值342.85毫米，最低值260.61毫米；2016年；萌芽期和苗期的气候趋势率分别为-0.167毫米/年和-0.122毫米/年，1974年分别达到最高值95.26毫米和86.7毫米，最低值71.62毫米和67.08毫米；分别为2016年，开放期气候趋势率为-0.065毫米/年；最高值为1977年的35.51毫米，最低值为27.72毫米；1992年，从各生育期的平均需水量来看，花期和铃期的平均值最大，达到305.02毫米，其次是现蕾期、苗期和吐絮期的平均值，分别为84.52毫米、76.52毫米和32.02毫米。

2.2 棉花不同生育期灌溉需水量的变化特征

棉花各生育期灌溉需水量呈下降趋势，尤其是整个生育期，气候趋势率为-1.137mm/a；其次是开花吐絮期、苗期和现蕾期，气候倾向率依次为-0.643、-0.223和-0.191mm/a。1968年开花铃期达到最高值336.66毫米，1974年苗期达到最高值71.89毫米，现蕾期达到最高值88.52毫米。最低值为2016年开花铃期212.03毫米，1988年苗期31.79毫米，2016年现蕾期46.73毫米。开闸期没有明显的下降趋势，气候趋势率为-0.0789mm/a，1978年达到最高值24.44mm，2015年达到最低值0.94mm。56年来，棉花花铃期灌溉需水量最高，平均值为289.95毫米，其次是现蕾期>苗期>吐絮期，平均值分别为68.52、50.96、

13.34毫米.

2.3原因分析

2.3.1棉花生育期气象因素的变化

通过北疆棉花不同生育期气象因子的变化规律可以看出，棉花整个生育期的平均水汽压、平均风速、日照时数、平均相对湿度均呈下降趋势，而平均温度和降雨量呈上升趋势；苗期和吐絮期的平均相对湿度呈下降趋势。

棉花各生育期日照时数也呈下降趋势，尤其是现蕾期，平均风速在整个生育期和棉花各生育期均呈下降趋势，尤其是花期和铃期。棉花整个生育期的平均温度呈明显上升趋势，尤其是开花期。整个生育期内，除开花期外，降雨量均有所增加，其中增长趋势最为显著，分别达到0.147mm/a和0.567mm/a。以上研究表明，北疆的气候变化趋势与整个新疆基本一致，但由于降雨和热量分布的差异，棉花生育期降雨和热量的变化速率也不同。

2.3.2作物需水量与气象因素的关系

为了研究北疆棉花各生育阶段对作物需水量的响应，分析了棉花需水量与气象因子的关系。棉花整个生育期的需水量与日照时数和平均风速呈正相关，相关性达到极显著水平，与平均相对湿度、平均水汽压、平均气温和降雨量呈负相关，其中与平均相对湿度和降雨量的相关性最为显著。棉花各生育期的平均相对湿度与作物需水量呈显著负相关，两者均呈极显著负相关。日照时数与棉花需水量呈正相关，在棉花各生育期均达到极显著水平。除花期和铃期外，平均水汽压与棉花各生育期需水量呈正相关，在现蕾期达到显著水平。在棉花整个生育期，棉花整个生育期的平均温度与作物需水量呈负相关，而与其他生育期呈正相关，苗期达到极显著水平。降雨与棉花作物需水量的关系在各生育期呈负相关，在各生育期均极显著。各生育期的平均风速与作物需水量呈正相关，并在各生育期达到极显著水平。

2.3.3灌溉需水量与气象因素的关系

为探讨北疆棉花全生育期灌溉需水量对气象因子的影响，分析了棉花全生育期灌溉需水量与气象因子的相关性。整个生育期内，平均相对湿度、平均水汽压和降雨量与棉花灌溉需水量呈负相关，与日照时数、平均气温和平均风速呈正相关。各生育期的平均相对湿度与棉花各生育期的灌溉需水量呈负相关。棉花各生育期的日照时数与灌溉需水量呈正相关，其中除开花期和铃期外的所有生育期均达到极显著水平。平均水汽压与苗期、现蕾期和吐絮期灌溉需水量呈负相关，而与开花吐絮期和全生育期呈正相关。平均风速与棉花整个生育期的灌溉需水量呈正相关，在除开放期以外的所有生育期均达到极显著水平。棉花各生育期平均气温与灌溉需水量呈正相关，苗期达到极显著水平，吐絮期达到显著水平。棉花各生育期降雨量与灌溉需水量呈负相关。

3节 理论

本文研究了棉花不同生育期灌溉需水量和作物需水量的变化及其与气象因子的关系。通过对棉花各生育期作物需水量和气象因子的分析，可以看出棉花的作物需水量和灌溉需水量在花期和铃期最高，这与前人的研究结果几乎一致[19]。北疆干旱风险严重[20]，因此，在棉花整个生育期，特别是花铃期，合理灌溉和科学管理水资源，对提高棉花产量具有重要意义。通过分析北疆气象因子的变化规律，得出日照时数呈下降趋势，这与薛亚荣[21]的研究结果基本一致；降雨量和平均温度普遍增加，这与王美的研究结果一致[22]。该研究得出结论:

(1)近56年来，北疆棉花作物需水量总体呈下降趋势，尤其是开花吐絮期，气候趋势率为-0.635mm/a，平均值为305.02mm。灌溉需水量总体上也呈下降趋势，开花铃期灌溉需水量最高，下降趋势最显著，平均值为289.95mm，气候趋势率为-0.643mm/a。

气候因素对棉花不同生长阶段的作物需水量和灌溉需水量影响很大。气象因素对棉花不同生育期灌溉需水量的影响不同，其中降雨对灌溉需水量的影响最明显，其次是相对湿度和水汽压。

参考文献：

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