气候差异对棉花生物学特性及品质特性的影响

陈 耕，赵俊侠

（山西农业大学棉花研究所，山西运城044000）

近代以来，以棉花大面积种植为基础的棉纺工业的大发展，成为推动中国社会近代化进程的重要力量[1]。山西省每年用于棉花品种资源保存和研究的试验田约有2 hm2，而运城承担了大部分资源收集工作[2]。运城市位于晋陕豫黄河金三角地区，历来有“山西粮仓”之称[3]，全市耕地面积53.33 万hm2。运城地区有种植棉花传统，最多一年面积达14.67 万hm2。近年来，受新疆棉花和进口棉花的冲击，再加上棉花生产成本远大于植棉效益，所以，运城市棉花种植面积连年缩减，2018 年仅为0.67 万hm2。

棉花纤维品质的变化主要来源于遗传效应、环境效应及二者间的相互作用。在环境效应中,气象因素的作用尤为明显[4]。李秉柏等[5-6]研究认为，棉花在花铃期和吐絮期遇天气干旱，棉铃脱落率会大增；在蕾期和花铃期遇多雨洪涝，脱铃率也会增加。

本研究于2018—2019 年在运城市夏县牛家凹农场对9 个陆地棉新品种进行了田间试验，分析不同气象环境因素对棉花纤维品质的可能影响，旨在为棉花生产提供参考和决策依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试棉花品种为荆州3287、瑞典棉1 号、辽棉3 号、江苏1 号、江苏2 号、陕棉6 号、新疆大铃、秘鲁棉、斯字棉5A 共9 个品种，由山西省农业科学院棉花研究所资源课题组提供；气象资料由牛家凹农场气象观测站及盐湖区气象观测站提供。

1.2 试验方法

棉花种植试验于2018、2019 年在山西省运城市夏县村牛家凹试验农场进行，该地土壤肥力中等。随机区组设计，3 次重复，小区面积20 m2，4 月中旬播种，地膜覆盖，9 月下旬至10 月中旬收获，生育期间田间管理同一般棉花大田。

1.3 测定项目及方法

田间检测项目有单株结铃数、籽指等；实验室检测棉纤维品质特性，即在吐絮期取棉花中部正常吐絮铃50 铃，送农业农村部棉花品质监督检验测试中心测定棉纤维品质。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS 19.0 软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 2 a 间棉花生育期间气象因子变化情况

2.1.1 日平均气温 棉花是喜温作物，生长起点温度在10 ℃以上，最适温度25～30 ℃，高于40 ℃组织会受一定程度的损伤。据气象资料统计（表1），在农场棉花生长季节4—10 月，2018 年日平均气温为22.4℃，2019 年为21.8 ℃；花铃期（7—9 月）2018 年日平均气温为26.1 ℃，2019 年为24.7 ℃。2018 年较2019 年全生育期、花铃期日平均气温分别高0.6、1.4 ℃。2018 年7、8 月日平均气温分别为28.4、29.6 ℃，高温持续时间长，而历年在8 月气温都会开始下降。由此得出，2018 年为高温年型，2019 年为低温年型。

2.1.2 降雨量 从表1 可以看出，在棉花生长季节4—10 月，总降雨量2018 年为337.5 mm，比历年降雨量少147.6 mm；2019 年为581.1 mm，比历年降雨量多96 mm，2019 年比2018 年多243.6 mm；花铃期2018 年总降雨量为161 mm，2019 年为295.4 mm，2019 年比2018 年多134.4 mm。由此得知，2018 年为干旱年型，2019 年为多雨年型。

2.1.3 日照时数 棉花全生育期日照时数总和2018 年为1 535.4 h，2019 年为1 298.5 h，2019 年比2018 年少236.9 h。由此得知，2018 年为高温多日照年型，2019 年为低温多雨年型。

表1 试验农场棉区2018—2019 年气象资料

2.2 不同年份间气候变化对棉花生物学特性的影响

表2 不同年份棉花生物学性状比较

2.2.1 对棉花生物学特性的影响 从表2 可以看出，9个参试品种取平均值，2018 年比2019 年单株结铃数增加了3.1 个；籽指2018 年比2019 年减少了1.6 g；除了荆州3287 品种以外，其余品种的衣分2018 年都会比2019 年高一点，但年份间衣分变化不明显。结果表明，高温干旱天气有利于棉株结铃性增强，但籽指会降低，环境因素对衣分的影响不大。

2.2.2 生物学特性年份间变异系数分析 从表3可以看出，生物学性状变异系数大小顺序依次为单株结铃数＞籽指＞衣分，这说明对气候条件变化最敏感的是单株结铃，其次是籽指，而衣分对气候变化反应不明显。

表3 棉花生物学性状年份间变异系数

2.3 年份间气候变化对棉花品质特性的影响

2.3.1 不同气候条件下棉花品质特性的差异2018 年为干旱多日照年型，2019 年为低温多雨年型，气候条件的不同，导致了棉花品质特性的变化。

表4 9 个参试品种不同气候条件下品质特性比较

从表4 可以看出，2018 年与2019 年相比，棉纤维上半部平均长度均变短，平均变短了0.7 mm。由此得知，棉纤维长度除受品种本身种性制约外，气候条件对其也有很大影响。棉花伸长期如果遇到干旱多日照就会影响伸长速度，导致棉纤维上半部平均长度变短。9 个品种的比强度和马克隆值均为2018 年高于2019 年，分别升高了3.4 cN/tex 和0.4。由此得知，高温多日照对棉花纤维断裂比强度和马克隆值的影响呈正相关。

2.3.2 品质特性年份间变异系数分析 不同年份棉花品质特性的变化主要反映了气象因素对棉花品质特性的影响，而且棉花品种性状对气候变化的反映也有一定差异，那么这种差异可以用变异系数来比较[7]。

从表5 可以看出，在棉花品质性状中，马克隆值的变异系数最大（6.0%），整齐度最小（1.2%），各品质性状变异系数大小顺序为马克隆值＞伸长率＞比强度＞上半部平均长度＞整齐度。这与李保军[4]的研究结果基本相同。

表5 棉花品质性状年份间变异系数

3 结论与讨论

棉花是喜温作物，对产量影响最大的环境因素主要是开花结铃期的有效积温和最佳结铃期的日照时数[8]。全生育期的平均温度、日照时数以及花铃期的平均昼夜温差会影响单株铃数和衣分[9]。棉花纤维品质主要由遗传因素决定，但环境条件对纤维品质的形成也具有重要影响。气象因子对棉花纤维品质影响很大[10-18]。棉花纤维品质发育与温度有着密切关系[19]，各温度指标对棉花纤维品质均有不同程度的影响，整齐度、比强度、马克隆值与日均气温均达到显著和极显著水平，比强度相关系数最大[10]；高云光等[11]研究发现，花铃期的有效积温和日照时数等气象因素直接影响棉花的纤维品质；张新新等[12]研究发现，温度和光照对纤维品质影响强烈，温度通过调节纤维素的合成与沉积影响纤维品质的形成。熊宗伟等[11]认为，在黄河流域棉区，日均温和平均湿度越高，棉花纤维越长；降水日数越多，纤维强度越大[20]。本研究表明，气象因子对棉花纤维品质有不同的影响。

气候变化和气象灾害对棉花整个生育期的影响及威胁是一直存在的。棉花花铃期是决定棉花产量和纤维品质的关键时期，根据不同的气候年型和棉花生长特点，制定出有效的应对措施，加强合理的肥水管理，协调棉花生长发育与气候关系，提高棉花产量和纤维品质，增加棉农的经济效益。