日照时间、积温和降水量对籽棉产量的影响

李鹏程，张思平，郑苍松，孙淼，邵晶晶，冯卫娜，董合林

（中国农业科学院棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室，河南 安阳 455000）

温度、光照、降水是影响棉花产量和纤维品质的重要气候因子，国内不同棉区均开展了相关研究。日照时间、积温和平均气温是影响新疆棉花产量的重要气候因子。严彩虹等[1]报道年日照时间与新疆棉花单产之间相关性最强，对棉花产量贡献最大。贾超等[2]研究发现新疆生产建设兵团第八师垦区棉花生长季总热量、苗期低温冷害以及秋季初霜日期是影响棉花产量的主要气候因子，≥10℃积温、5月极端最低气温、生长季（4月至9月）平均气温、播种至出苗期积温及初霜日期与棉花产量极显著相关。向导等[3]报道石河子垦区开花至吐絮阶段是棉花生长的气候关键期，平均气温是影响产量的关键因子，平均气温每上升1℃，相对气象产量将增加10.7%，平均气温≤23℃时棉花减产，占减产年概率的67.0%；全生育期正积温也对棉花产量具有重要影响，正积温每变化100℃，相对气象产量将变化8.3%，当正积温≤3600℃时棉花减产，占减产年概率的72.7%。唐湘玲等[4]发现石河子地区气候变暖、降水量增加、日照时间增加均有利于棉花产量的提高。阿布都克日木·阿巴司等[5]提出影响新疆喀什棉花生长发育和产量的主要气候因子有气温、日照时间、降水、初霜日、终霜日、无霜期。其中，初霜日、终霜日及无霜期与棉花产量总体呈正相关，即初霜日延后，终霜日提前，无霜期延长，则棉花产量增多。曾晓红等[6]研究表明最低气温、平均气温、最高气温、日照时间、降水量对新疆昆玉市棉花产量都具有一定的影响，其中最重要的因子是平均气温，与棉花产量呈极显著正相关。长江流域棉区降水量偏多，对棉花产量有不利影响。孙烨琳等[7]报道气温、降水量和有效灌溉面积是影响湖北省大部分地级市棉花单产的主导因子，气温和太阳辐射量对这些地区的棉花单产呈正影响，降水量对这些地区的棉花单产呈负影响；有效灌溉面积、农用化肥施用量和棉花品种都对这些地区的棉花单产呈正影响。陈金湘等[8]提出对湖南棉花皮棉单产和纤维品质影响最大的气候因子是降雨日数和日照时间，影响最小的是日平均温度。韩迎春等[9]报道积温是影响黄河流域棉区麦棉两熟棉花产量的主要气候因子，且为正效应，而降水量对棉花产量的影响为负效应。本研究采用灰色关联分析和逐步回归分析法，对河南安阳试验区2010-2020年棉花籽棉产量和气象因子进行关联分析，以寻求影响籽棉产量的关键气象因子，建立籽棉产量与关键气象因子的回归模型，为棉花持续高产管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

气象资料由中国农业科学院棉花研究所（以下简称“中棉所”）东场试验地气象站获取，以2010-2020年棉花生长季4-10月的≥10℃积温、≥15℃积温、≥20℃积温、降水量和日照时间为主要气候因子，以中棉所南场试验地2010-2020年一熟制籽棉单产为相关因子，进行灰色关联分析和多元逐步回归分析。棉花品种选用该区主推品种。4月下旬播种，籽棉产量均为实收产量。全生育期肥料用量和用法：纯氮270kg·hm－2，分基肥和初花期追肥共2次等量施入；磷钾肥P2O5、K2O用量均为120kg·hm－2，采用一次性基施。

1.2 数据处理与分析

数据处理：按照灰色系统理论的要求[10-11]，先列出各年度各气候因子和籽棉产量（表1），对数据进行均值标准化处理。均值标准化处理方法是先分别求出各气候因子的平均值，再用平均值去除各气候因子原始数据，得出均值化序列。

表1 2010-2020年4-10月主要气候因子与籽棉产量

采用DPS软件进行灰色关联分析[12]。同时以各气候因子为自变量，以籽棉产量为因变量采用DPS系统进行逐步回归分析。

2 结果与分析

2.1 4-10月气候因子与籽棉产量的关联分析

由表2可知，与籽棉产量关联度较大的分别是4-10月日照时间、≥15℃积温、≥20℃积温，关联度分别为0.4 307、0.3 864、0.3 483，而籽棉产量与≥10℃积温、降水量关联度分别为0.3 220、0.2 230。由表1可知，2019年籽棉产量最高，当年4-10月日照时间在所有年度中最多，≥15℃积温和≥20℃积温也较高，说明日照时间和温度对籽棉产量形成的重要性。2015年籽棉产量最低，当年的4-10月降水量最低，且当年≥15℃积温和≥20℃积温均较低。

表2 2010-2020年4-10月气候因子与籽棉产量的关联分析

2.2 不同生育时期气候因子与籽棉产量的关联分析

不同月份气候因子与籽棉产量的关联分析结果见表3。不同月份中，同一气候因子相比，4月、6月、10月的日照时间与籽棉产量的关联较强，4月、7月、10月的降水量与籽棉产量的关联较强，4月、9月、10月的≥10℃积温、≥15℃积温、≥20℃积温与籽棉产量的关联较强。4-6月、7-9月总气候因子与籽棉产量的关联分析结果表明，4-6月、7-9月总日照时间、降水量、≥10℃积温与籽棉产量的关联均强于≥15℃积温、≥20℃积温。

表3 棉花不同生育期气候因子与籽棉产量的关联分析（2010-2020年）

2.3 主要气候因子与籽棉产量的多元逐步回归分析

以4-10月的5个气候因子（≥10℃积温、≥15℃积温、≥20℃积温、降水量、日照时间）与籽棉产量进行多元逐步回归分析，得到回归方程y＝－7495.5 55＋2.1 20x1＋0.8 52x4＋0.8 70x5（P＝0.0 092，R2＝0.7 889，Durbin-Watson统 计 量d＝3.0 882），方 程 中y为 籽 棉 产 量，x1、x4、x5分 别为≥10℃积温、降水量、日照时间。结果表明，对籽棉产量影响最大的气候因子是4-10月≥10℃积温，其次是日照时间和降水量。

以4-6月份的5个气候因子（≥10℃积温、≥15℃积温、≥20℃积温、降水量、日照时间）与籽棉产量进行多元逐步回归分析，得到回归方程y＝7160.0 33－0.8 94x2＋3.8 33x4－3.9 59x5（P＝0.0 156，R2＝0.7 533，Durbin-Watson统 计 量d＝1.9 235），方 程 中y为 籽 棉 产 量，x2、x4、x5分 别为≥15℃积温、降水量、日照时间。结果表明，4-6月降水量是影响籽棉产量的正效应气候因子，日照时间和≥15℃积温是影响籽棉产量的负效应气候因子。

以7-10月的5个气候因子（≥10℃积温、≥15℃积温、≥20℃积温、降水量、日照时间）与籽棉产量进行多元逐步回归分析，得到回归方程y＝－6107.2 08＋13.5 04x1－9.3 04x2＋0.4 80x4（P＝0.0 151，R2＝0.7 554，Durbin-Watson统 计 量d＝1.4 15），方程中y为籽棉产量，x1、x2、x4分别为≥10℃积温、≥15℃积温、降水量。结果表明，7-10月≥10℃积温和降水量是影响籽棉产量的正效应气候因子，≥15℃积温是影响籽棉产量的负效应气候因子。

6-8月是棉花产量形成的关键时期，将6-8月的15个气候因子（6月、7月、8月的≥10℃积温、≥15℃积温、≥20℃积温、降水量、日照时间按月份逐月编号）与籽棉产量进行多元逐步回归分析，得到气候因子与籽棉产量的回归方程y＝－1684.3 80＋10.3 04x4＋9.4 77x6－5.1 04x13＋5.5 51x15（P＝0.0 000，R2＝0.9 872，Durbin-Watson统计量d＝3.2 655），方程中y为籽棉产 量，x4、x6、x13、x15分别为6月降 水量、7月≥10℃积温、8月≥20℃积温、8月日照时间，其中6月降水量、7月≥10℃积温、8月日照时间均为影响籽棉产量的正效应因子，8月≥20℃积温为负效应因子。

3 讨论和结论

2010-2020年4-10月气候因子与籽棉产量的灰色关联分析结果表明，与籽棉产量关联度较大的分别是4-10月日照时间、≥15℃积温、≥20℃积温，说明了日照时间和积温对籽棉产量的重要性，这一结果与前人结论[1-2,13-15]一致。韩迎春等[9]报道1993-2010年4-10月≥20℃积温是对麦棉两熟栽培下籽棉产量影响最大的气候因子，且为正效应因子，降水量对籽棉产量的影响为负效应（降水量平均值为486.5 mm）。该研究与本研究结果不一致的原因可能是二者气候因子年度平均值差异较大。本研究多元逐步回归分析的结果表明，4-10月≥10℃积温是对籽棉产量影响最大的气候因子，其次是日照时间和降水量，对籽棉产量均为正效应。本研究中2种分析方法结论不一致可能与数据处理方法不一样有关，灰色关联分析对数据进行了均值标准化处理，而多元逐步回归分析则采用的是原始数据，另外本研究年份较少、数据（李鹏程，等）日照时间、积温和降水量对籽棉产量的影响量不够大也可能是结论不一致的原因。本研究中4-6月、7-10月降水量是影响籽棉产量的正效应因子，而4-6月、7-10月≥15℃积温是影响籽棉产量的负效应因子，可能与本研究中降水量（平均值413.8 mm）较低有关。

总之，本研究条件下，棉花生长季4-10月日照时间、≥15℃积温、≥20℃积温是影响籽棉产量的重要气候因子，降水量对籽棉产量的影响为正效应。在棉花产量形成关键期6-8月，6月降水量、7月≥10℃积温、8月日照时间为影响籽棉产量的主要正效应因子，而8月≥20℃积温为负效应因子。