精河县棉花不同播种期气象条件对产量的影响

摘要：为明确新疆精河县棉花适宜播种期及气象因子对产量的调控机制，结合博州近30年热量资源变化背景，设置4月上旬、4月中旬、4月下旬、5月上旬4组播期处理，基于2015—2024年10年田间实测数据，系统分析温度、降水、日照对棉花生育进程、农艺性状及产量的影响，通过Pearson相关分析与多元线性回归量化各气象因子贡献度。结果表明：精河县近30年呈现气温上升、≥10℃积温增加、终霜提前、无霜期延长的气候特征，2005年出现显著增温突变，为棉花适期播种、优质高产奠定了良好的热量资源基础。2015—2024年精河县棉花播种期集中在4月8日—4月28日，整体呈显著提早趋势，棉花理论产量区间为391.26~1037.14 kg/hm²，产量随播种期提早整体呈逐年上升态势。4月中旬（4月15日前后）为当地棉花最优播种期，该播期棉花苗期至花铃期热量充沛、光照资源匹配度高，可有效规避晚霜低温危害与生育后期高温干旱胁迫，棉花单株铃数可达8.8个，籽棉产量6384 kg/hm²，皮棉产量2553.6 kg/hm²，综合生长及产量性状表现最优。相关性分析表明，气象因子与棉花产量关联性显著，温度是制约棉花出苗率及产量形成的主控因子，日照时数决定光合产物积累效率，区域统一灌溉模式可有效弥补自然降水不足对棉花生长的影响。本研究结果可为精河县棉花播期优化调整、气象灾害科学防御及高产优质栽培技术推广提供理论依据与业务支撑。

关键词：精河县；棉花；播种期；气象条件；产量；相关分析；农业气象

引言

棉花是我国核心经济作物与重要战略物资，其稳产高产对稳固纺织工业产业链、带动棉农增收、保障区域农业经济稳定发展具有重要意义。新疆作为全国最大优质商品棉生产基地，棉花种植面积、单位产量、总产量及商品调出量连续多年位居全国首位，是我国棉花产业的核心支撑区域。精河县地处天山北麓、准噶尔盆地西南缘，属于典型温带大陆性气候，区域光照充足、热量资源丰富、昼夜温差大，独特的气候条件适宜棉花生长发育，是北疆重点优质棉产区。

在全球气候变暖的大背景下，博州及精河县区域热量资源发生显著变化，气候暖化特征明显。1991—2020年，研究区4—10月平均气温气候倾向率为0.7℃/10a，≥10℃活动积温增幅达200.9℃·d/10a，终霜日提前、初霜日推迟，无霜期持续延长，且在2005年出现显著增温突变，棉花整体生育期随之延长，播种期气候适宜度发生根本性改变。与此同时，北疆棉区春季气温波动剧烈，晚霜、苗期低温冷害、阶段性春旱等农业气象灾害频发，棉花苗期冷害风险呈现“北高南低”的空间分布特征，精河县为苗期低温灾害敏感区域，严重制约棉花稳产提质。

播种期是棉花栽培生产的关键管控节点，直接影响棉花出苗整齐度、植株生育进程、田间群体结构及最终产量与品质。当前北疆棉区棉花播种期选择多依赖农户生产经验，缺乏基于长期气候演变规律与定量数据分析的科学化、标准化播种指标支撑。基于此，本文依托博州近30年长序列气候数据，结合田间定位试验及2015—2024年10年田间实测生产数据，系统探究不同播种期气象条件对棉花生长发育、农艺性状及产量的影响，构建气象因子、生育进程与产量形成的定量关联模型，明确精河县棉花最优适宜播种期及气象调控机制，为区域农业气象精细化服务、棉花高产高效栽培技术落地提供理论支撑与实践依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

精河县属于温带大陆性干旱气候，近30年区域气候整体呈暖干化演变趋势。区域年均日照时数稳定在2800～3000 h，≥10℃年活动积温3500～4000℃·d，无霜期160～180 d，无霜期以6.1 d/10a的速率逐年延长；作物生长季（4—10月）平均气温气候倾向率为0.7℃/10a，2005年发生显著增温突变，突变后区域平均气温升高1.2℃，≥10℃活动积温较突变前增加334.4℃·d，热量资源改善效果显著。精河县春季升温速度快，但气温波动幅度大，晚霜灾害多发生在4月上中旬；区域年降水量仅100～200 mm，春旱频发，农业生产完全依赖人工灌溉保障，自然降水对棉花生长的调控作用较弱。

1.2 试验设计

本试验于2025年在精河县雷达站标准化农业气象试验田开展，试验田土壤类型为砂壤土，土壤pH值7.8，土壤肥力中等，地势平坦、排灌条件良好，无土壤盐碱化、水肥胁迫等问题，试验基础条件均一稳定。试验供试品种为北疆主栽早熟棉花品种新陆早76号，品种全生育期约180 d，抗低温、抗旱、抗逆性较强，适配精河县气候与土壤条件。

试验设置4个播种期梯度处理，具体为：T1（4月5日，4月上旬）、T2（4月15日，4月中旬）、T3（4月25日，4月下旬）、T4（5月5日，5月上旬）。所有处理均设置3次生物学重复，单个试验小区面积333 m²，棉花种植密度统一设置为18万株/hm²。为排除非气象因素对试验结果的干扰，各播期处理的灌溉制度、施肥方案、病虫害防控、田间除草等全程田间管理措施完全保持一致，严格控制水肥、人工管理等变量，确保棉花产量及生长性状差异仅由不同播期的气象条件差异导致，保障试验数据的科学性与准确性。

1.3 数据来源与分析方法

本研究气象数据来源于精河县国家基本气象站长期连续观测资料，核心数据包括逐日平均气温、逐日降水量、逐日日照时数、≥10℃活动积温、初终霜日期等气象指标；区域气候特征分析采用1991—2020年30年标准气候序列数据，保证气候背景分析的权威性与规范性。棉花生产观测数据采用2015—2024年连续10年田间定位实测数据，涵盖播种日期、出苗日期、植株农艺性状、产量构成因子、理论产量等核心观测指标。

研究统一采用棉花理论产量作为核心分析指标，理论产量通过田间有效收获株数、单株结铃数、衣分、单铃重等产量构成指标核算得出，可有效规避田间采收损耗、人工操作误差、短期水肥波动等非气象因素干扰，能够客观、真实反映气候条件与播种期对棉花产量形成的影响规律。本研究所有供试棉花品种均为当地主栽中早熟品种，栽培管理措施标准化统一，观测数据连续性、代表性良好。

田间核心观测指标包含棉花出苗率、全生育期时长、株高、果枝数、单株铃数、单铃重、衣分、籽棉产量、皮棉产量。数据处理与统计分析采用Excel 2019、SPSS 26.0软件完成，主要开展单因素方差分析、Pearson相关性分析、多元线性回归分析、气候倾向率分析、播期分组对比分析，定量明确各气象因子对棉花产量的影响权重与贡献度。

2 结果与分析

2.1 精河县近30年热量资源变化特征

1）气温变化：1991—2020年，精河县棉花生长季（4—10月）平均气温呈显著逐年上升趋势，气候增幅为0.7℃/10a，2005年发生区域性显著增温突变，突变后区域生长季平均气温较突变前升高1.2℃，区域热量条件大幅改善。

2）积温变化：近30年区域≥10℃活动积温持续增加，气候倾向率为200.9℃·d/10a，2005年增温突变后，≥10℃积温增量达334.4℃·d，积温稳定初日逐年提前，热量资源可利用时长显著延长。

3）霜期变化：终霜日以4.0 d/10a的速率逐年提前，初霜日以2.1 d/10a的速率逐年推迟，区域无霜期年均延长0.61 d，晚霜灾害发生风险整体呈下降趋势，棉花苗期低温胁迫压力减轻。

4）日照与高温变化：区域年均日照时数呈缓慢增长趋势，夏季≥35℃极端高温日数略有增加，高温天气主要集中在6—8月棉花花铃期，易引发棉花后期高温干旱胁迫。

2.2 不同播种期气象条件特征

2025年精河县气温季节分化特征显著，棉花播种关键期4月平均气温17.34℃，5月平均气温23.20℃，整体热量条件可完全满足棉花出苗及苗期生长需求。其中4月上旬气温波动幅度大，冷空气活动频繁，晚霜灾害发生概率高，棉花出苗不齐、苗期冻害风险突出；4月中旬区域气温稳定通过12℃棉花播种临界地温，低温冷害风险大幅降低，光照充足、气温平稳，光热资源匹配度最优，适宜棉花播种出苗；4月下旬至5月上旬气温持续偏高，播种时间过晚将导致棉花花铃期生育时段后移，极易遭遇夏季持续性高温干旱胁迫，影响棉铃发育与产量积累。

各播期处理棉花全生育期自然降水总量为40.4～41.1 mm，整体降水总量偏少，符合精河县干旱区气候特征。苗期降水时空差异显著，T1处理苗期降水量仅0.7 mm，T2、T3处理苗期降水量分别为12.6 mm、14.0 mm。本试验全程采用统一标准化灌溉管理模式，均衡补充土壤水分，完全抵消自然降水不均带来的水分胁迫差异，排除水分因子对棉花产量的干扰。棉花全生育期总日照时数1984.8 h，日均日照时长9.27 h；关键生育期花铃期总日照633.4 h，日均日照10.22 h，充足的光照条件为棉花光合产物积累、棉铃膨大发育及产量形成提供了充足的能量保障。

2.3 气象因子对棉花生育进程的影响

播种期通过调控苗期热量供给，直接影响棉花出苗速度、幼苗长势及全生育期进程。T1处理播种时间较早，4月上旬低温波动频繁，苗期热量供给不足，棉花出苗周期延长，幼苗长势偏弱，植株全生育期长达189 d，生育进程拖沓，营养生长与生殖生长衔接失衡；T2处理播种光热条件适宜，棉花出苗速度快、幼苗长势健壮，植株全生育期171 d，各生育阶段衔接合理，生长节律适配区域气候资源特征；T3、T4处理播种期持续推迟，棉花前期营养生长过快、后期生长时长不足，全生育期分别缩短至169 d、166 d，棉铃发育关键期积温供给不足，直接导致单铃重下降、棉铃发育不饱满。受区域气候持续变暖影响，精河县棉花适宜播种期较30年气候常态略有优化调整，4月中旬播种可精准适配2005年增温突变后的热量资源特征，是最优生育期匹配时段。

2.4 气象因子对农艺性状与产量的影响

不同播期处理的光热资源差异，直接造成棉花株型结构、产量构成性状的显著分化，其中T2（4月中旬）处理棉花综合农艺性状与产量表现最优。T2处理棉花株高105.6 cm，有效果枝数11.8台，单株结铃数8.8个，单铃重6.7 g，衣分40%，株型结构合理、产量构成指标均衡优质。T1处理受苗期低温胁迫影响，棉花营养生长受阻，株型偏小、果枝分化不足，基础长势薄弱；T3、T4处理因播种偏晚，花铃期遭遇高温干旱胁迫，植株后期早衰现象明显，单株铃数、单铃重显著降低，产量构成指标变差。

产量测定结果表明，T2处理籽棉产量达6384 kg/hm²，皮棉产量2553.6 kg/hm²，产量水平显著优于其余三组处理；T1、T3、T4处理棉花产量依次递减，其中5月上旬晚播的T4处理产量最低，充分印证4月中旬为精河县棉花高产最优播种时段。

2.5 气象因子与产量相关性分析

选取苗期平均气温、花铃期平均气温、全生育期日照时数、苗期降水量、花铃期降水量5项核心气象因子为自变量，籽棉产量为因变量，开展Pearson相关性分析，量化各因子与产量的关联程度，结果见表1。

表1 气象因子与籽棉产量的相关系数

注：*表示P<0.05，差异显著；**表示P<0.01，差异极显著；ns表示差异不显著。

相关性分析结果显示，苗期平均气温、花铃期平均气温与籽棉产量呈极显著正相关<0.01），相关系数分别为0.962、0.935，是影响棉花产量形成的核心主控气象因子，苗期热量供给直接决定出苗质量与基础长势，花铃期热量条件决定棉铃发育效率。全生育期日照时数与籽棉产量呈**显著正相关<0.05），相关系数0.887，充足的光照可有效提升棉花光合作用效率，促进干物质积累，提升产量水平。苗期、花铃期降水量与棉花产量无显著相关性（P>0.05），主要原因是试验区采用统一灌溉栽培模式，人工补水完全弥补了自然降水偏少、分布不均的短板，降水不再是制约精河县棉花产量形成的关键因子。

2.6 气象因子与产量多元线性回归分析

以筛选的5项气象因子为自变量，籽棉产量为因变量，构建多元线性回归模型，模型拟合结果显示：决定系数R²=0.927，修正R²=0.891，F=25.64，P=0.002，模型整体达到极显著水平，拟合精度高、可靠性强，可精准反映气象因子对棉花产量的综合影响。

构建的多元线性回归方程为：

Y = -5126.3 + 412.6X₁ + 168.3X₂ + 1.24X₃ + 7.82X₄ + 4.12X₅

式中：Y为籽棉产量（kg/hm²）；X₁为苗期平均气温（℃）；X₂为花铃期平均气温（℃）；X₃为全生育期日照时数（h）；X₄为苗期降水量（mm）；X₅为花铃期降水量（mm）。

回归分析结果表明，各项气象因子对精河县棉花籽棉产量的综合解释度达92.7%。其中苗期平均气温对产量的正向影响极<0.01），为第一主控因子；花铃期平均气温影响显著（P<0.05），为第二主控因子；日照时数正向影响较弱，降水因子对产量无显著贡献。综合表明，热量条件是调控精河县棉花产量形成的核心要素，播种期优化调整的核心是匹配最优苗期热量资源。

2.7 2015—2024年棉花播种期、气象与产量变化

2015—2024年精河县棉花播种期集中在4月8日—4月28日，年际间播种时间差异明显，整体呈现逐年显著提早的变化趋势。10年间棉花播种关键期4月平均气温为12.2~17.9℃，降水量2.6~27.7 mm，日照时数204.5~280.0 h，气象因子年际波动较大，气候条件年际差异显著。10年棉花理论产量区间为391.26~1037.14 kg/hm²，整体随播种期提早呈持续上升趋势，早播年份产量水平显著优于晚播年份。

10年长序列数据分析表明，4月日照时数与棉花理论产量呈显著正相关，充足的春季光照可有效提升棉花苗期光合生长能力，为后期产量积累奠定基础；播种日期日序与产量呈极显著负相关，播种时间越早，棉花产量水平越高。适宜早播（≤4月15日）处理平均产量较偏晚播处理提升89.0%，增产效果极其显著，气候变暖背景下，适配热量资源变化的适期早播是实现精河县棉花稳产高产的关键措施。

3 精河县棉花适宜播种期优化与气象服务指标

3.1 科学确定适宜播种期

结合精河县1991—2020年30年长期气候演变特征与2015—2024年10年田间实测验证结果，综合热量资源变化规律、气象灾害风险、棉花生长适配性及产量水平，确定精河县棉花最优播种期为4月10—20日，核心适宜播期为4月15日前后。对应的气象适宜阈值为：5 cm浅层地温稳定≥12℃，区域晚霜发生风险＜15%。实际农业生产中，可根据当年春季气温回升速率、冷空气活动趋势，灵活微调播种时间，实现气候资源最大化利用。

3.2 推广分期播种技术

针对精河县春季气温波动大、冷空气活动频繁、晚霜灾害不确定性强的气候特点，推广棉花分期播种防灾稳产技术。同一种植地块分2～3批次错期播种，播种间隔5～7 d，首期播种安排在4月10日左右、二期4月15日左右、三期4月20日左右。分期播种模式可有效分散晚霜、低温等气象灾害风险，规避单期播种遭遇灾害性天气导致的大面积缺苗、毁苗问题，保障棉花一播全苗、稳产增收。

3.3 构建农业气象服务指标体系

基于本研究结果，构建适配精河县棉花种植的精细化农业气象服务指标体系。建立晚霜灾害预警指标：4月棉花苗期日最低气温＜4℃时，发布霜冻蓝色预警，指导农户采取防霜护苗措施；建立苗期干旱监测服务指标：棉花苗期土壤相对湿度＜60%时，及时发布灌溉服务建议，指导农户科学补水。构建“气象动态监测—适宜播期预判—品种科学搭配—灾害精准防御”的业务化气象服务模式，全面提升当地棉花产业气象服务的针对性、精准性与可操作性。

4 讨论

本研究立足区域气候变化背景，融合1991—2020年30年长序列气候数据与2015—2024年10年连续田间实测数据，系统分析精河县热量资源演变特征及不同播期气象条件对棉花产量的影响，弥补了当前北疆棉花气象研究中单点、单年试验数据代表性不足的缺陷，研究结论稳定性、普适性更强。研究严格控制田间水肥、管理等变量，通过统一标准化栽培模式，消除非气象因子干扰，明确产量差异的气象成因，试验设计符合农业气象学科研究规范。

通过Pearson相关性与多元线性回归定量分析，明确了温度为棉花产量形成第一主控因子、日照为次要影响因子、降水可通过人工灌溉完全补偿的核心结论，精准量化了各气象因子的影响权重，为精河县棉花气象服务定量化、精细化提供了数据支撑。研究证实4月中旬为精河县棉花最优播种期，与北疆及博州现有棉花气象研究成果高度吻合，结论可靠。同时结合气候变暖趋势验证，区域适宜播期呈提早优化特征，4月8—15日早播时段光热匹配最优、增产效果显著，适配当前暖化气候背景。

本研究聚焦精河县单点棉区开展试验分析，虽数据连续性好、结论适配性强，但空间普适性存在一定局限，后续可通过增加北疆不同棉区多点试验，完善区域对比数据，进一步优化北疆棉区通用播期气象指标，提升研究成果的区域推广价值。

5 结论

1）精河县近30年热量资源持续改善，整体呈暖化演变特征，生长季气温显著上升、≥10℃积温持续增加、终霜逐年提前、无霜期不断延长，2005年出现显著增温突变，为区域棉花优质高产提供了优越的气候资源基础。

2）气候变暖背景下，精河县棉花最优适宜播种窗口为4月10—20日，4月15日前后为核心高产播期，4月8—15日为早播高产优势时段，该时段光热资源匹配度最佳，可有效规避苗期晚霜低温、后期高温干旱双重胁迫，棉花产量与综合品质最优。

3）气象因子对棉花产量形成调控作用显著，苗期、花铃期温度是产量形成的核心主控因子，决定棉花生育进程与长势；日照时数主导光合产物积累，是产量提升的重要辅助因子；区域人工灌溉体系可完全抵消自然降水波动的负面影响，降水对产量无显著制约作用。

4）气象因子与产量多元回归模型拟合度极高，对棉花产量变异的综合解释度达92.7%，可精准预判气象条件对棉花产量的影响，为棉花适宜播期预判、产量气象预测提供定量技术依据。

5）构建的“适宜播期指标+分期播种技术+气象灾害预警”一体化技术服务模式，可有效规避棉花生产气象风险，稳定区域棉花产量，能够直接应用于精河县农业气象业务服务工作。

6）2015—2024年长序列数据验证表明，精河县棉花播种期与产量呈极显著负相关，适期早播可充分利用气候变暖带来的热量资源优势，是当前区域棉花稳产高产的核心栽培措施。

参考文献

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基金项目：新疆气象局面上项目“北疆棉区棉花适宜播种期气象指标研究及应用”（XM202506）

作者简介：哈尔勒哈西·加阿吾木尔（1996.08），女,哈萨克族，新疆阿勒泰青河县，本科，工程师，研究方向：农业气象、应用气象。