1961―2022年新疆棉花花铃期高温热害时空变化规律研究

收稿日期：2023-12-27" " "第一作者简介：孙帅（1997―），研究实习员，1987509853@qq.com。" " *通信作者：王森，wang_sen90@126.com；火勋国：275598255@qq.com

基金项目：国家自然科学基金（42105172）；2022年度新疆维吾尔自治区“天山英才”——“三农”骨干人才项目（2022SNGGNT067）；新疆维吾尔自治区自然科学基金（2022D01A295）

摘要：【目的】高温热害是新疆棉花花铃期最主要的气象灾害，严重制约着棉花的安全生产。明确该地区高温热害的演变特征，为科学制定防灾减灾措施提供参考依据。【方法】基于新疆植棉区55个国家基本气象站1961―2022年日最高气温资料以及24个棉花气象观测站1991―2022年棉花开花期、吐絮期观测资料，结合棉花花铃期高温热害监测指标，利用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验等分析方法，揭示新疆棉花花铃期不同等级高温热害的时间和空间变化规律。【结果】1961―2022年新疆植棉区花铃期日最高气温、极端高温（日最高气温≥38.0 ℃）和极端高温累计日数呈极显著上升趋势，气候倾向率分别为0.16 ℃·（10 a）－1、0.07 ℃·（10 a）－1和0.45 d·（10 a）－1。新疆各植棉区棉花花铃期高温热害发生的频率和强度均呈增加趋势。1961―2022年东疆亚区96.0%以上的年份发生了不同等级的花铃期高温热害，南疆亚区花铃期轻度和中度热害发生频率分别为88.7%和51.6%，北疆亚区花铃期轻度热害发生频率为64.5%。【结论】新疆植棉区花铃期高温热害发生的频率和强度呈现出“东强西弱，南多北少”的区域性特征。新疆植棉区应注重耐高温棉花品种的选育与应用推广，合理调整棉花种植布局，加强气象灾害监测与预警工作，保障新疆棉花生产安全稳定发展。

关键词：棉花；花铃期；高温；热害；气候变化；新疆

The temporal and spatial variation of high temperature and heat damage during flowering and boll setting stage of cotton in Xinjiang from 1961 to 2022

Sun Shuai1， 2， Wang Xuejiao2， 3， Li Shun’ao1， 2， Wang Sen2， 3*， Huo Xunguo2， 3*， Guo Yanyun2， 3， Lei Bin4

（1. Institute of Desert Meteorology， China Meteorological Administration， Urumqi 830002， China; 2. Wulanwusu Ecology and Agrometeorology Observation and Research Station of Xinjiang， Shihezi， Xinjiang 832000， China; 3. Xinjiang Agrometeoro-

logical Observatory/Information Centre of Xinjiang Xingnong Net， Urumqi 830002， China; 4. Institute of Nuclear Technology and Biotechnology， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences/Xinjiang Key Laboratory of Crop Biotechnology， Urumqi 830091， China）

Abstract： [Objective] Heat damage is the most important meteorological disaster during the flowering and boll setting stage of cotton， which severely limits the safe production of cotton in Xinjiang. The evolution characteristics of heat damage in this area are clarified， which provides a reference for the scientific formulation of disaster prevention and mitigation measures. [Methods] This research used the daily maximum air temperature of 55 national basic meteorological stations in Xinjiang cotton planting areas from 1961 to 2022， and the observation data during the flowering stage and boll opening stage of 24 cotton meteorological observation stations from 1991 to 2022. Combined with the monitoring indices of high temperature and heat damage during flowering and boll setting stage of cotton， this research revealed the temporal and spatial variation of high temperature and heat damage with different grades during cotton flowering and boll setting stage by climate tendency rate and Mann-Kendall mutation test. [Results] The results showed that the maximum air temperature， extreme high temperature（daily maximum temperature ≥38.0 ℃） and cumulative days of the extreme high temperature during the flowering and boll setting stage of cotton in Xinjiang showed a significant upward trend from 1961 to 2022， with trend rates of 0.16 ℃·（10 a）－1， 0.07 ℃·（10 a）－1 and 0.45 d·（10 a）－1， respectively. The frequency and intensity of high temperature and heat damage during the flowering and boll setting stage of cotton in Xinjiang have increased. From 1961 to 2022， the years of high temperature and heat damage during flowering and boll setting stage with different intensities in the cotton planting area of eastern Xinjiang subregion accounted for more than 96.0%， and the mild and moderate heat damage in the cotton planting area of southern Xinjiang subregion accounted for 88.7% and 51.6%， respectively. And the frequency of mild heat damage during the flowering and boll setting stage of cotton in the northern Xinjiang subregion was 64.5%. [Conclusion] The frequency and intensity of heat damage during flowering and boll setting stage in Xinjiang cotton planting area showed the regional characteristics of \"strong in the east and weak in the west， more in the south and less in the north\". Therefore， more attention should be paid in Xinjiang cotton planting areas to the breeding and application of high temperature resistant varieties， rationally adjustment of the cotton planting layout， strengthening the monitoring and early warning of meteorological disasters， and ensuring the safe and stable development of cotton production.

Keywords： cotton; flowering and boll setting stage; high temperature; heat damage; climate change; Xinjiang

棉花（Gossypium spp.）是全球重要的经济作物和战略物资。随着我国棉花产业布局的调整，新疆已成为我国最大的优质棉生产及出口基地[1-2]。以气候变暖为主要特征的全球气候变化加剧了极端天气对作物的危害，而新疆是对气候变化最为敏感的地区之一[3-4]。受气候变暖影响，新疆地区的热量资源增多，全疆宜棉区不断扩大，但新疆极端高温天气事件频发，严重制约新疆棉花产量和纤维品质的协同提高[5]。因此探究该地区棉花生产中高温热害灾害的演变特征，对优化产业布局、制定科学的防灾减灾措施，保障我国棉花产业健康稳定发展有重要意义。

花铃期是棉花产量和纤维品质形成的关键时期[6-7] ，对温度高度敏感。花铃期高温热害是指棉花开花结铃阶段遭受高温（日最高气温≥35 ℃）和极端高温（日最高气温≥38 ℃）危害[8]。研究表明，20世纪90年代后新疆地区增温趋势明显，极端高温天气增多且等级增强，年际变化剧烈[9-10]。如2015年7－8月新疆遭受罕见的极端高温天气，全疆85.0%的气象站出现高温现象，52.0%的棉花气象观测站高温持续日数居历史第1位；2017年7月全疆发生大范围的持续高温天气，托克逊等10个气象站日最高气温突破历史极值，吐鲁番市最高气温达49.0 ℃[10-11]。国内外学者对棉花高温热害开展了广泛研究，主要包括热害的时空特征[12-13]、灾害影响[14-15]、等级指标[16]、风险评估[17]等。周妍等[12]对1970―2021年江西省棉花花铃期高温热害的研究表明，花铃期高温热害持续时间延长且发生次数呈增加趋势。Zahid等[18]探究了高温胁迫对棉花蕾铃脱落的影响，发现高温胁迫通过影响棉株生理过程造成蕾铃脱落，过高的温度会降低棉花叶片的光合作用。胡启瑞等[19]利用花药离体培养法研究不同温度对棉花花粉萌发及棉铃发育的影响，结果表明，30 ℃是花粉萌发的最适温度，35 ℃以上的高温胁迫会降低花粉活性，影响结铃率，导致铃重和产量下降。陈振等[14]的研究表明，花铃期连续3 d以上的高温胁迫会限制海岛棉（G. barbadense）棉铃干物质积累与成铃数。高温热害加剧棉蚜和红蜘蛛的扩散蔓延，但也明显抑制枯萎病和黄萎病发生[20-21]。但目前针对气候变暖背景下新疆植棉区花铃期高温热害时空变化规律的相关研究鲜有报道。本研究旨在以新疆不同植棉区花铃期的高温热害为研究对象，分析1961―2022年不同区域、不同等级花铃期高温热害的时空变化规律，为新疆植棉区科学制定防灾减灾措施提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 区域概况及数据来源

新疆（34°15′～49°10′N，73°20′～96°25′E）位于中国西北地区，属于温带大陆性气候区，具有“三山夹两盆”的复杂地貌。以天山山脉为界，将天山以北称为“北疆”，天山以南称为“南疆”，吐鲁番盆地和哈密盆地称为“东疆”[22-24]。新疆隶属于西北内陆棉区，同样可划分为北疆亚区、南疆亚区和东疆亚区[25-26]。

新疆植棉区24个棉花气象观测站1991―2022年棉花开花期、吐絮期观测资料，55个国家基本气象站1961―2022年逐日最高气温资料以及新疆国家基本气象站和棉花气象观测站分布数据（附表1）均由新疆维吾尔自治区气象信息中心提供。

1.2 研究方法

1.2.1 不同植棉区棉花花铃期。根据北疆亚区（7个棉花气象观测站）、南疆亚区（14个棉花气象观测站）和东疆亚区（3个棉花气象观测站）1991―2022年棉花开花期、吐絮期的观测资料。利用RStudio（R4.3.1）软件中的as.Date（）函数计算出新疆各植棉区的棉花开花期和吐絮期的平均日期。经计算，北疆亚区、南疆亚区和东疆亚区的花铃期分别为7月7日－9月11日、7月3日－9月6日和6月30日－9月2日。

通过filter（）函数筛选出新疆不同植棉区1961―2022年花铃期日最高气温资料。最高气温计算方法：通过RStudio（R4.3.1）软件计算出每个站点花铃期日最高气温的年均值Xd，根据附表1计算出各植棉区棉花花铃期Xd的年均值记为最高气温；极端高温计算方法与此相同。

1.2.2 棉花花铃期高温热害指标。选取日最高气温≥38 ℃及其累计日数作为新疆植棉区棉花花铃期高温热害指标，将棉花花铃期高温热害划分为1级（轻度：累计日数3～4 d）、2级（中度：累计日数5～6 d）和3级（重度：累计日数7 d及以上）[12-13，20]。

1.2.3 数据分析方法。气候倾向率可判断检验对象的变化趋势[27-28]。通过RStudio（R4.3.1）软件利用lm函数以最小二乘法计算检验对象随时间的变化速率，利用cor.test函数进行显著性检验。即

Y＝ax＋b" " " " " " （1）

式中，Y为气象要素检验对象；x为年份；b为回归常数；a为倾向值。当a＜0，表示随x的增加，Y呈下降趋势；当a＞0，表示随x的增加，Y呈上升趋势，a的大小表示下降或上升的速率。本研究选取花铃期日最高气温和极端高温作为检验对象。

某一年区域内发生高温热害的站点数与该区域总站点数的比值（incidence over count， IOC）[29-30]可判断该区域高温热害发生范围，即

IOC＝n/N×100%" " " " " " （2）

式中，IOC为高温热害发生率（%）；n为区域内发生热害站点数；N为区域内总站点数，其中南疆亚区为30，北疆亚区为19，东疆亚区为6。

区域内某一站点某时段发生高温热害的年数与该时段总年数的百分比[31]可表示该站点该时段高温热害的发生频率，即

P＝y/Y×100%" " " " " " " "（3）

式中，P为高温热害发生频率（%）；y为热害发生年数；Y为1961―2022年总年数，Y＝62。

采用Mann-Kendall 突变检验（下文称M-K检验）确定检验要素的突变开始时间及突变区域，显著性水平α＝0.05，临界值u0.05＝±1.96[32-33]。若统计量UF的值大于0，则可判定该序列呈上升趋势，反之呈下降趋势。当UF曲线超过临界直线范围时，表示上升或下降趋势显著，超过临界直线的范围为出现突变的时间区域。而当曲线UF和UB在临界线之间出现交点时，这个交点所对应的时刻标志着突变过程的起始时间[32]。根据新疆棉花花铃期最高气温的突变特征，以突变年为节点，将总研究时段分为1961年至突变前1年和突变年至2022年2个时段，对比分析高温热害的时空变化规律。

本研究通过气候倾向率和M-K检验分析新疆植棉区棉花花铃期最高气温的变化趋势。利用IOC研究1961―2022年北疆亚区、南疆亚区和东疆亚区花铃期高温热害的时间变化规律，通过气泡图分析棉花花铃期高温热害的空间分布。数据处理与绘图均在RStudio（R4.3.1）软件中完成。

2 结果与分析

2.1 棉花花铃期日最高气温变化规律

由图1可知，1961―2022年新疆全疆、北疆亚区、东疆亚区棉花花铃期日最高气温均呈极显著上升趋势（P＜0.01），南疆亚区棉花花铃期日最高气温呈显著上升趋势（P＜0.05）。全疆植棉区棉花花铃期日平均最高气温为32.1 ℃，气候倾向率为0.16 ℃·（10 a）－1（图1A）。北疆亚区花铃期日平均最高气温为30.7 ℃，气候倾向率为0.18 ℃·（10 a）－1（图1B）。南疆亚区花铃期日平均最高气温为31.9 ℃，气候倾向率为0.12 ℃·（10 a）－1（图1C）。东疆亚区花铃期日平均最高气温为37.3 ℃，气候倾向率为0.32 ℃·（10 a）－1（图1D）。全疆不同地区棉花花铃期日最高气温呈区域性变化，东疆亚区上升趋势最明显。

2.2 棉花花铃期极端高温变化规律

从图2可知，1961―2022年新疆全疆、南疆亚区和东疆亚区棉花花铃期极端高温呈极显著上升趋势（P＜0.01）。全疆植棉区棉花花铃期平均极端高温为40.1 ℃，气候倾向率为0.07 ℃·（10 a）－1（图2A）。北疆亚区棉花花铃期平均极端高温为38.9 ℃，气候倾向率为－0.02 ℃·（10 a）－1，但无显著变化趋势（P＞0.05）（图2B）。南疆亚区棉花花铃期平均极端高温为39.0 ℃，气候倾向率为0.06 ℃·（10 a）－1（图2C）。东疆亚区棉花花铃期平均极端高温为40.6 ℃，气候倾向率为0.12 ℃·

（10 a）－1（图2D）。

2.3 棉花花铃期极端高温累计日数变化规律

由图3可知，1961―2022年新疆全疆、南疆亚区和东疆亚区棉花花铃期极端高温累计日数呈极显著上升趋势（P＜0.01）。全疆植棉区棉花花铃期平均极端高温累计日数为5.1 d，气候倾向率为0.45 d·（10 a）－1（图3A）。北疆亚区棉花花铃期平均极端高温累计日数为2.1 d，气候倾向率为0.04 d·（10 a）－1，但无显著变化趋势（P＞0.05）（图3B）。南疆亚区棉花花铃期平均极端高温累计日数为2.2 d，气候倾向率为0.37 d·（10 a）－1（图3C）。东疆亚区棉花花铃期平均极端高温累计日数为29.3 d，气候倾向率为1.99 d·（10 a）－1（图3D）。全疆、北疆亚区和南疆亚区最长的极端高温累计时间均出现在2015年，分别为12.1 d、9.2 d和8.5 d，东疆亚区出现在2019年，为43.3 d。

2.4 棉花花铃期最高气温突变分析

1961―2022年新疆棉花花铃期最高气温的M-K检验结果见图4。由UF与UB曲线的交点位置可见，自2004年以来，新疆植棉区棉花花铃期最高气温呈上升趋势，突变前最高气温为31.6 ℃，突变后为32.0 ℃，上升了0.4 ℃。2011年UF曲线超过了0.05显著水平的临界值上限（u0.05＝1.96），自2013年UF曲线甚至超过0.001显著水平的临界值上限（u0.001＝2.56），表明新疆棉区自2011年起，棉花花铃期最高气温呈现显著上升趋势，2013―2022年呈现极显著上升趋势。

2.5 棉花花铃期高温热害变化

棉花花铃期轻度热害分析结果显示，1961―2022年北疆亚区IOC平均值为16.0%，其中IOC≥50.0%的有5 a，即62 a中有5 a 超过50.0%的站点都遭受了花铃期轻度热害（图5A）。南疆亚区棉花花铃期轻度热害相对较少，IOC平均值为16.1%，仅在1983年IOC＞50.0%，即仅1983年50%以上站点遭受了花铃期轻度热害（图5B）。东疆亚区棉花花铃期轻度热害相对较多，IOC平均值为75.5%，1961―2022年IOC≥50.0%的有57 a，即62 a中有57 a 50.0%以上的站点遭受了花铃期轻度热害，IOC＞80.0%的有35 a，即62 a中有35 a 80.0%以上的站点都遭受了花铃期轻度热害（图5C）。1961―2022年，北疆亚区有 22 a、南疆亚区有7 a所有站点均未发生花铃期轻度热害，即北疆亚区64.5%、南疆亚区88.7%、东疆亚区100%的年份都发生了不同范围的花铃期轻度热害。

棉花花铃期中度热害分析结果显示，1961―2022年，北疆亚区和南疆亚区中度热害发生率较低，其IOC平均值分别为1.7%和4.1%，而东疆亚区发生率较高，IOC平均值为50.5%。北疆亚区，仅1964年、1975年、1987年、2000年、2004年、2005年和2015年IOC＞10.0%，即62 a中有7 a 10%以上的站点遭受了花铃期中度热害（图5D）。62 a中，南疆亚区IOC≥10.0%的有11 a，即11 a超过10%的站点都遭受了花铃期中度热害（图5E）。1961―2022年，东疆亚区中度热害相对较多，IOC≥50.0%的有42 a，即62 a中有42 a 50.0%以上的站点遭受了花铃期中度热害，其中IOC＞80.0%的有10 a，即其中10 a 80.0%以上的站点遭受了花铃期中度热害（图5F）。1961―2022年，北疆亚区有 53 a、南疆亚区有30 a、东疆亚区有2 a所有站点均未发生花铃期中度热害，即北疆亚区14.5% 、南疆亚区51.6%、东疆亚区96.8%的年份发生了不同范围的花铃期中度热害。

棉花花铃期重度热害分析结果显示，1961―2022年，仅东疆亚区发生率较高，其IOC平均值为50.5%，北疆亚区和南疆亚区发生率较低，其IOC平均值分别为1.3%和2.3%。北疆亚区仅在1974年和2015年IOC值超过10.0%，即62 a中仅有2 a 10.0%以上的站点遭受了花铃期重度热害（图5G）。南疆亚区在1973年、1975年、2015年、2021年和2022年IOC值超过10.0%，即62 a中仅有5 a 10.0%以上的站点遭受了重度热害（图5H）。东疆亚区重度热害相对较多，IOC≥50.0%的有59 a，即62 a中有59 a 50.0%以上的站点遭受了花铃期重度热害，其中IOC＞80.0%的有19 a（图5I）。1961―2022年，北疆亚区有 56 a、南疆亚区有45 a、东疆亚区有0 a所有站点均未发生花铃期重度热害，即北疆亚区9.7%、南疆亚区27.4%、东疆亚区100%的年份都发生了不同范围的花铃期重度热害。

2.6 棉花花铃期高温热害空间分布变化

新疆植棉区花铃期最高气温突变年份为2004年，因此将总研究时段分为1961―2003年和2004―2022年。1961―2003年北疆亚区棉花花铃期遭受轻度热害相对较少，仅有6个站点热害发生频率超过20.0%。而南疆亚区棉花花铃期遭受轻度热害的频率超过20.0%的有8个站点，其中，若羌县花铃期轻度热害发生频率超过60.0%。东疆亚区所有站点均发生轻度热害且频率超过20.0%，其中，鄯善县和托克逊县花铃期轻度热害发生频率超过80.0%（图6A）。2004―2022年，随着新疆植棉区花铃期最高气温的显著上升，不同植棉区轻度热害的发生具有区域性差异。北疆亚区仅有5个站点的轻度热害发生频率超过20.0%；南疆亚区有15个站点的轻度热害发生频率超过20.0%，其中，铁干里克镇和若羌县的花铃期轻度热害发生频率分别超过60.0%和80.0%。而东疆亚区棉花花铃期普遍遭受轻度热害，6个站点的发生频率均超过60.0%，其中，淖毛湖镇、鄯善县和托克逊县的轻度热害发生频率均超过80.0%（图6B）。通过空间分布分析，1961―2022年，新疆植棉区花铃期轻度热害发生整体呈增加趋势，东疆亚区为主要发生区域，其次是南疆亚区，北疆亚区相对较少发生（图6A～B）。

1961―2003年北疆亚区和南疆亚区的棉花花铃期遭受中度热害相对较少。其中，北疆亚区有0个站点，南疆亚区仅有1个站点的中度热害发生频率超过20.0%。而东疆亚区所有站点的中度热害发生频率均超过20.0%，有4个站点的发生频率超过40.0%，其中托克逊县和吐鲁番市花铃期中度热害发生频率超过60.0%（图6C）。2004―2022年，随着新疆气候暖湿化现象的影响，新疆各植棉区花铃期热害发生均有所增加。北疆亚区中度热害发生频率超过20.0%的站点有0个。南疆亚区有4个站点中度热害发生频率超过20.0%。东疆亚区普遍发生中度热害且频率均超过20.0%，有5个站点的发生频率均超过40.0%，托克逊县和吐鲁番市花铃期中度热害发生频率均超过60.0%（图6D）。1961―2022年，新疆植棉区花铃期中度热害的发生频率和站点数呈增加趋势，东疆亚区为主要发生区域，南疆亚区和北疆亚区相对较少发生（图6C～D）。

1961―2003年棉花花铃期遭受重度热害的区域主要为东疆亚区，重度热害发生频率超过20.0%的站点有5个，其中吐鲁番市、托克逊县和东坎儿村的热害发生频率均超过80.0%。北疆亚区和南疆亚区遭受重度热害的频率均低于20.0%（图6E）。2004―2022年，虽全疆各植棉区棉花花铃期重度热害发生频率均呈增加趋势，但北疆亚区重度热害发生频率均未超过20.0%，而南疆亚区重度热害发生频率超过20.0%的站点有2个。东疆亚区重度热害发生频率超过20.0%的站点有5个，其中吐鲁番市、托克逊县、鄯善县和东坎儿村的重度热害发生频率均超过60.0%（图6F）。1961―2022年，新疆植棉区花铃期重度热害的发生频率和站点数呈不同程度的增加趋势，东疆亚区为主要发生区域，南疆亚区和北疆亚区相对较少发生（图6E～F）。

3 讨论

新疆高温天气的变化呈现出持续时间长（春季高温提前，秋季高温推迟）、范围广的特征[7-8]。在全球气候变暖及水资源循环加快的背景下，新疆夏季极端高温事件增加[34-35]。花铃期是棉花生长的关键期，高温天气发生的强度和频率直接影响到棉花产量和纤维品质。2021年7月全疆植棉区相继出现2次大范围的高温天气过程，阻碍了棉花开花授粉，影响了纤维的发育[36]。2022年6月下旬新疆大部分植棉区高温日数多于常年，持续性高温造成伏桃数量下降[37]。受气候变暖和地膜覆盖植棉技术的影响，棉花生长季热量显著增加，适宜植棉区扩大，部分种植者为追求高产而选择生育期更长的棉花品种，但导致花铃期延长，棉花遭受高温热害的风险增加[22， 38]。

本研究结果表明，新疆植棉区花铃期日最高气温、极端高温、极端高温累计日数呈显著上升趋势，这与董弟文等[39]的研究结果相符。本研究发现，2004年后，新疆植棉区花铃期高温热害呈现发生频率增加、等级增强的趋势，与许婷婷等[9]对1981―2019年新疆区域性高温天气过程时空特征的研究结果相一致。张太西等[10]对1961―2018年新疆区域高温变化和海温关系的研究表明，赤道大西洋海表温度上升是造成新疆区域高温日数偏多的主要原因。随着纬度的增加，温度降低，高温热害也逐渐减少，同时沙漠、戈壁以及盐碱地的增温效应也影响高温热害发生的强度和持续时间[17]。高温对棉花生产造成较大危害[35]，而棉花生殖生长阶段的日最高气温对棉花纤维品质的影响较大，高温常常伴随着干旱，持续性高温天气易影响棉花授粉受精过程，造成蕾铃脱落，有利于棉蚜、红蜘蛛等虫害的发生和扩散，加大了棉花虫害的防控难度[40]。本研究结果显示，1961―2022年，北疆亚区以轻度热害为主，南疆亚区多发生轻度和中度热害，东疆亚区不同等级热害均多发。新疆地区高温热害的发生频率和强度呈“东强西弱，南多北少”的区域性特征。在高温热害多发的东疆亚区与南疆亚区，可选择耐高温棉花品种，并通过灌溉降温改善农田小气候。另有研究表明，对萌动棉花种子进行42 ℃的热处理，可以激活种子内部一些蛋白的活性，从而增强其耐受高温的能力，有效减少高温胁迫下蕾铃脱落现象[41]。高温期间还需关注虫害监测预报工作，加强对高温灾害的预测与预警，强化棉田管理，提高棉田通风透光性，降低棉田温度。同时，政府部门应制定科学合理的棉花生产应急预案，针对气候变暖对新疆植棉区开展精细化气候适宜性种植区划[42]，构建不同植棉区的棉花气象灾害监测、预警和防控系统，提高新疆植棉区的农业抗灾减灾能力。

本研究揭示了新疆不同区域（南疆亚区、北疆亚区和东疆亚区）、不同强度（轻度、中度和重度）的棉花花铃期高温热害变化规律，可为新疆棉花生产制定科学的防灾减灾措施提供理论依据。但随着耐高温、抗旱棉花品种的推广，且受极端天气成因复杂性以及地理因素的影响，棉花花铃期高温热害指标的选择与验证需进一步完善。

4 结论

1961―2022年，新疆植棉区棉花花铃期日最高气温、极端高温和极端高温累计日数均呈显著上升趋势，并于2004年出现突变。东疆亚区棉花花铃期日最高气温、极端高温和极端高温累计日数的上升趋势比北疆亚区和南疆亚区更为明显。1961―2022年，北疆亚区棉花花铃期多遭受轻度热害，发生频率（发生年份数占总年份数的比例）为64.5%，南疆亚区棉花花铃期多遭受轻度和中度热害，发生频率分别为88.7%和51.6%，而东疆亚区棉花花铃期不同强度的热害发生频率均在96.0%以上。新疆棉花花铃期高温热害发生频率和强度呈现出“东强西弱，南多北少”的区域性分布特征。1961―2022年棉花花铃期热害主要发生于东疆亚区，其次为南疆亚区，东疆亚区的吐鲁番市、托克逊县、鄯善县以及南疆亚区的若羌县棉花花铃期高温热害发生频率最高，主要以轻度与中度高温热害为主，而北疆亚区高温热害发生较少。

附表：

详见本刊网站（https：//journal.cricaas.com.cn）本文网页版。

附表1 研究区域国家基本气象站和棉花气象观测站的分布

Table S1 The distribution of national basic meteorological stations and cotton meteorological observation stations in the survey region

参考文献：

[1] 王洪博， 李国辉， 徐雪雯， 等. 基于AquaCrop模型评估气候变化下棉花生产的可持续性[J/OL]. 中国农业气象， 2023， 44（7）： 588-598[2023-01-30]. https：//doi.org/10.3969/j.issn.1000-6362.

2023.07.004.

Wang Hongbo， Li Guohui， Xu Xuewen， et al. Assessing the sustainability of cotton production under climate change based on the AquaCrop model[J/OL]. Chinese Journal of Agrometeorology， 2023， 44（7）： 588-598[2023-01-30]. https：//doi.org/10.3969/j.issn.1000-6362.2023.07.004.

[2] 芮建梅， 李茂春， 芮建文， 等. 1985―2021年新疆哈密伊州区棉花生育期气候变化特征及其对棉花生长的影响[J/OL]. 中国棉花， 2022， 49（10）： 20-27[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/cc20220120.

Rui Jianmei， Li Maochun， Rui Jianwen， et al. Characteristics of climate change during cotton growth period and its influence on cotton growth in Yizhou district of Hami， Xinjiang from 1985 to 2021[J/OL]. China Cotton， 2022， 49（10）： 20-27[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/cc20220120.

[3] 张丽霞， 马改改， 茹靖益. 黄河流域中下游地区棉花物候和产量对气候变暖的响应[J/OL]. 棉花学报， 2016， 28（1）： 87-94[2023-

01-30]. https：//doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201601011.

Zhang Lixia， Ma Gaigai， Ru Jingyi. Responses of cotton phenology and yield to climate warming in the middle and lower reaches of the Yellow River valley[J/OL]. Cotton Science， 2016， 28（1）： 87-94[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/issn.1002-7807.201601011.

[4] 姚俊强， 毛炜峄， 陈静， 等. 新疆气候“湿干转折”的信号和影响探讨[J/OL]. 地理学报， 2021， 76（1）： 57-72[2023-01-30]. https：//

doi.org/10.11821/dlxb202101005.

Yao Junqiang， Mao Weiyi， Chen Jing， et al. Signal and impact of wet-to-dry shift over Xinjiang， China[J/OL]. Acta Geographica Sinica， 2021， 76（1）： 57-72[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11821/

dlxb202101005.

[5] 刘云涛， 肖文俊. 高温胁迫下棉花蕾铃脱落及耐高温育种研究进展[J/OL]. 分子植物育种， 2019， 17（15）： 5089-5096[2023-01-

30]. https：//doi.org/10.13271/j.mpb.017.005089.

Liu Yuntao， Xiao Wenjun. Research progress on square and boll shedding and high temperature tolerance breeding of cotton under heat stress[J/OL]. Molecular Plant Breeding， 2019， 17（15）： 5089-5096[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13271/j.mpb.017.

005089.

[6] 马辉， 戴路， 龙朝宇. 高温对棉花生殖器官和纤维发育的影响及应对措施[J/OL]. 中国棉花， 2017， 44（4）： 38-39[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/1000-632X.mhmh.20170420.

Ma Hui， Dai Lu， Long Chaoyu. Effects of high temperature on cotton reproductive organs and fiber development and countermeasures[J/OL]. China Cotton， 2017， 44（4）： 38-39[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/1000-632X.mhmh.20170420.

[7] 周曙霞， 赵晓雁， 谷洪波. 棉花花铃期持续高温对不同部位成铃和品质的影响[J/OL]. 中国棉花， 2016， 43（5）： 24-27[2023-01-

30]. https：//doi.org/10.11963/issn.1000-632X.201605008.

Zhou Shuxia， Zhao Xiaoyan， Gu Hongbo. Effects of continuous high temperature on boll-setting and quality of different parts during blooming and bolling periods[J/OL]. China Cotton， 2016， 43（5）： 24-27[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/issn.1000-

632X.201605008.

[8] 中国农业科学院棉花研究所. 中国棉花栽培学[M]. 上海： 上海科学技术出版社， 2019： 1147.

Institute of Cotton Research of Chinese Academy of Agricultural Sciences. Chinese cotton cultivation science[M]. Shanghai： Shanghai Science and Technology Press， 2019： 1147.

[9] 许婷婷， 杨霞， 周鸿奎. 1981―2019年新疆区域性高温天气过程时空特征及其环流分型[J/OL]. 干旱气象， 2022， 40（2）： 212-

221[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11755/i.issn.1006-7639（2022）-

02-0212.

Xu Tingting， Yang Xia， Zhou Hongkui. Spatio-temporal characteristics and circulation types of regional high temperature weather processes in Xinjiang during 1981-2019[J/OL]. Journal of Arid Meteorology， 2022， 40（2）： 212-221[2023-01-30]. https：//

doi.org/10.11755/i.issn.1006-7639（2022）-02-0212.

[10] 张太西， 樊静， 李元鹏， 等. 1961―2018年新疆区域高温变化与环流和海温关系[J/OL]. 干旱区研究， 2021， 38（5）： 1274-

1284[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13866/j.azr.2021.05.09.

Zhang Taixi， Fan Jing， Li Yuanpeng， et al. Heatwave changes and the potential causes in Xinjiang from 1961 to 2018[J/OL]. Arid Zone Research， 2021， 38（5）： 1274-1284[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13866/j.azr.2021.05.09.

[11] 毛炜峄， 陈鹏翔， 沈永平. 气候变暖背景下2015年夏季新疆极端高温过程及其影响[J/OL]. 冰川冻土， 2016， 38（2）： 291-

304[2023-01-30]. https：//doi.org/10.75225.issn.1000-0240.

2016.0032.

Mao Weiyi， Chen Pengxiang， Shen Yongping. Characteristics and effects of the extreme maximum air temperature in the summer of 2015 in Xinjiang under global warming[J/OL]. Journal of Glaciology and Geocryology， 2016， 38（2）： 291-304[2023-01-30]. https：//doi.org/10.75225.issn.1000-0240.2016.

0032.

[12] 周妍， 邵明阳， 郭欢， 等. 江西棉花花铃期热害时空分布规律研究[J/OL]. 中国棉花， 2023， 50（6）： 12-17[2023-01-30]. https：//

doi.org/10.11963/cc20220146.

Zhou Yan， Shao Mingyang， Guo Huan， et al. Temporal and spatial distribution characteristics of heat damage during flo-

wering and boll period of cotton in Jiangxi province[J/OL]. China Cotton， 2023， 50（6）： 12-17[2023-01-30]. https：//doi.org/

10.11963/cc20220146.

[13] 吴昊， 段沙丽. 九江鄱阳湖区棉花花铃期高温的时空变化研究[J]. 安徽农业科学， 2013， 41（5）： 2161-2164.

Wu Hao， Du Shali. Study on temporal and spatial variation of high temperature in blossoming and boll forming stage of cotton in Poyang lake of Jiujiang[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences， 2013， 41（5）： 2161-2164.

[14] 陈振， 阿不都卡地尔·库尔班， 陈平， 等. 花铃期高温胁迫对海岛棉干物质积累分配和产量的影响[J/OL]. 南京农业大学学报， 2020， 43（2）： 223-230[2023-01-30]. https：//doi.org/10.7685/

jnau.201904064.

Chen Zhen， Abdulkadir Kurban， Chen Ping， et al. Effects of heat stress during the flowering and boll-forming stage on accumulation and distribution of dry matter and yield in island cotton[J/OL]. Journal of Nanjing Agricultural University， 2020， 43（2）： 223-230[2023-01-30]. https：//doi.org/10.7685/jnau.

201904064.

[15] 陈振， 陈平， 张巨松， 等. 短期高温胁迫对海岛棉不同部位果枝产量形成的影响[J/OL]. 中国生态农业学报， 2019， 27（9）： 1375-1384[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13930/j.cnki.cjea.181102.

Chen Zhen， Chen Ping， Zhang Jusong， et al. Effects of short-

term heat stress on island cotton yield formation of different fruiting branches[J/OL]. Chinese Journal of Eco-Agriculture， 2019， 27（9）： 1375-1384[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13930/

j.cnki.cjea.181102.

[16] 董弟文， 陶辉， 张增信. 1961―2019年新疆高温热浪数据集[J/OL]. 中国科学数据， 2021， 6（4）： 39-47[2023-01-30]. https：//

doi.org/10.11922/11-6035.csd.2021.0061.zh.

Dong Diwen， Tao Hui， Zhang Zengxin. A dataset of heatwaves" in Xinjiang provice during 1961-2019[J/OL]. Science Data Bank， 2021， 6（4）： 39-47[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11922/

11-6035.csd.2021.0061.zh.

[17] 贾婷婷， 韩忠玲， 程勇翔， 等. 新疆高温热害风险评估研究[J]. 现代农业科技， 2019（24）： 149-153.

Jia Tingting， Han Zhongling， Cheng Yongxiang， et al. Risk assessment of high temperature stress in Xinjiang[J]. Modern Agricultural Science and Technology， 2019（24）： 149-153.

[18] Zahid K R， Ali F， Shah F， et al. Response and tolerance mechanism of cotton Gossypium hirsutum L. to elevated temperature stress： a review[J/OL]. Frontiers in Plant Science， 2016， 7： 937[2023-01-30]. https：//doi.org/ 10.3389/fpls.2016.00937.

[19] 胡启瑞， 宋桂成， 王雪姣， 等. 高温对陆地棉花粉萌发及棉铃发育的影响[J]. 新疆农业大学学报， 2017， 40（1）： 1-7.

Hu Qirui， Song Guicheng， Wang Xuejiao， et al. Effects of high temperature on pollen germination and boll development in upland cotton[J]. Journal of Xinjiang Agricultural University， 2017， 40（1）： 1-7.

[20] 王礼兵. 棉花花铃期高温干旱的危害及防灾减灾技术[J]. 现代农业科技， 2013（21）： 58-59.

Wang Libing. Harm of high temperature and drought in cotton flowering and boll stage and disaster prevention and mitigation technology[J]. Modern Agricultural Science and Technology， 2013（21）： 58-59.

[21] 邓茳明， 熊格生， 袁小玲， 等. 棉花不同耐高温品系的SOD、POD、CAT活性和MDA含量差异及其对盛花期高温胁迫的响应[J/OL]. 棉花学报， 2010， 22（3）： 242-247[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/cs100308.

Deng Jiangming， Xiong Gesheng， Yuan Xiaoling， et al. Differences in SOD， POD， CAT activities and MDA content and their responses to high temperature stress at peak flowering stage in cotton lines with different tolerance to high temperature[J/OL]. Cotton Science， 2010， 22（3）： 242-247[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/cs100308.

[22] 郭燕云， 王雪姣， 王森， 等. 新疆棉花物候期对气候变化的响应及敏感性分析[J]. 中国农学通报， 2022， 38（18）： 113-121.

Guo Yanyun， Wang Xuejiao， Wang Sen， et al. Cotton phenology in Xinjiang： the response to climate change and sensitivity ana-

lysis[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin， 2022， 38（18）： 113-121.

[23] 赵黎， 李文博， 吾米提·居马泰， 等. 气候变化对新疆棉花种植布局与生长发育的影响[J]. 新疆农垦科技， 2018， 41（7）： 7-10.

Zhao Li， Li Wenbo， Wumiti Jumatay， et al. Effects of climate change on cotton planting layout and growth and development in Xinjiang[J]. Xinjiang Farm Research of Science and Technology， 2018， 41（7）： 7-10.

[24] 胡莉婷， 胡琦， 潘学标， 等. 气候变暖和覆膜对新疆不同熟性棉花种植区划的影响[J/OL]. 农业工程学报， 2019， 35（2）： 90-

99[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11975/iissn.1002-6819.2019.

02.012.

Hu Liting， Hu Qi， Pan Xuebiao， et al. Effects of global warming and plastic mulching on cotton-planting zoning with different matures in Xinjiang[J/OL]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2019， 35（2）： 90-99[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11975/iissn.1002-6819.2019.02.012.

[25] 毛树春， 程思贤， 赵富强， 等. 2019－2021年西北内陆棉区棉花生产表观成本、产值和收益监测报告[J/OL]. 中国棉花， 2022， 49（12）： 4-16[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/

cc20220123.

Mao Shuchun， Cheng Sixian， Zhao Fuqiang， et al. Monitoring report on apparent cost， output value and revenue of cotton production in northwest inland cotton growing area from 2019 to 2021[J/OL]. China Cotton， 2022， 49（12）： 4-16[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/cc20220123.

[26] 韩婉瑞， 雷亚平， 李亚兵， 等. 气候变暖背景下中国三大棉区水热时空变化[J/OL]. 中国生态农业学报（中英文）， 2021， 29（8）： 1430-1441[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13930/j.cnki.cjea.

210131.

Han Wanrui， Lei Yaping， Li Yabing， et al. Spatiotemporal characteristics of heat and rainfall in the three cotton areas of China under climate warming[J/OL]. Chinese Journal of Eco-

Agriculture， 2021， 29（8）： 1430-1441[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13930/j.cnki.cjea.210131.

[27] 黄秋霞， 傅玮东， 胡启瑞， 等. 北疆主要植棉区热量资源变化及对棉花产量的影响[J/OL]. 中国棉花， 2021， 48（8）： 4-12， 32[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/cc20210068.

Huang Qiuxia， Fu Weidong， Hu Qirui， et al. Analysis on the change of thermal resources and its effect on cotton yield in main cotton areas in Northern Xinjiang[J/OL]. China Cotton， 2021， 48（8）： 4-12， 32[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11963/

cc20210068.

[28] 李迎春， 谢国辉， 王润元， 等. 北疆棉区棉花生长期气候变化特征及其对棉花发育的影响[J]. 干旱地区农业研究， 2011， 29（2）： 253-258.

Li Yingchun， Xie Guohui， Wang Runyuan， et al. Climatic change during Apr. to Oct. in recent 47 years and its effects on growing period of cotton in Beijiang cotton planting region[J]. Agricultural Research in the Arid Areas， 2011， 29（2）： 253-258.

[29] 王冬妮， 郭春明， 刘实， 等. 吉林省水稻延迟型低温冷害气候风险评价与区划[J/OL]. 气象与环境学报， 2013（1）： 103-107[2023-01-30]. https：//doi.org/10.3969/i.issn.1673-503X.2013.

01.017.

Wang Dongni， Guo Chunming， Liu Shi， et al. Evaluation and division on climatic risk of rice delayed cool damage in Jilin province[J/OL]. Journal of Meteorology and Environment， 2013（1）： 103-107[2023-01-30]. https：//doi.org/10.3969/i.issn.1673-503X.2013.01.017.

[30] 纪瑞鹏， 于文颖， 武晋雯， 等. 气候平均值变化对辽宁水稻延迟型冷害评估结果的影响[J/OL]. 应用生态学报， 2015， 26（6）： 1695-1703[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13287/j.1001-

9332.20150331.006.

Ji Ruipeng， Yu Wenying， Wu Jinwen， et al. Effect of climatic mean value change on the evaluation result of rice delayed cold damage in Liaoning province， Northeast China[J/OL]. Chinese Journal of Applied Ecology， 2015， 26（6）： 1695-1703[2023-01-

30]. https：//doi.org/10.13287/j.1001-9332.20150331.006.

[31] 宫丽娟， 李帅， 姜丽霞， 等. 1961―2010年黑龙江省水稻延迟型冷害时空变化特征[J/OL]. 气象与环境学报， 2015， 31（1）： 76-

83[2023-01-30]. https：//doi.org/10.3969/j.issn.1673-503X.

2015.01.011.

Gong Lijuan， Li Shuai， Jiang Lixia， et al. Spatial-temporal cha-

racteristics of delayed cool injury for rice from 1961 to 2010 in Heilongjiang province[J/OL]. Journal of Meteorology and Environment， 2015， 31（1）： 76-83[2023-01-30]. https：//doi.org/

10.3969/j.issn.1673-503X.2015.01.011.

[32] 魏凤英. 现代气候统计诊断与预测技术[M]. 北京： 气象出版社， 1999： 69-71.

Wei Fengying. Modern climatological statistical diagnosis and prediction methods[M]. Beijing： Meteorological Press， 1999： 69-71.

[33] 王森， 王雪姣， 郭燕云， 等. 基于生理发育时间的新疆棉区热量资源时空变化特征[J/OL]. 贵州农业科学， 2021， 49（8）： 143-

149[2023-01-30]. https：//doi.org/10.3969/j.issn.1001-3601.2021.

08.022.

Wang Sen， Wang Xuejiao， Guo Yanyun， et al. Temporal-spatial variation characteristics of heat resources in Xinjiang cotton-

growing area based on physiological development time[J/OL]. Guizhou Agricultural Sciences， 2021， 49（8）： 143-149[2023-01-

30]. https：//doi.org/10.3969/j.issn.1001-3601.2021.08.022.

[34] 陈颖， 邵伟玲， 曹萌， 等. 新疆夏季高温日数的变化特征及其影响因子[J/OL]. 干旱区研究， 2020， 37（1）： 58-66[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13866/j.azr.2020.01.07.

Chen Ying， Shao Weiling， Cao Meng， et al. Variation of su-

mmer high temperature days and its affecting factors in Xinjiang[J/OL]. Arid Zone Research， 2020， 37（1）： 58-66[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13866/j.azr.2020.01.07.

[35] 张俊兰， 罗继， 王荣梅. 近20 a新疆升温融雪（冰）型洪水频次时空变化及大气环流型分析[J/OL]. 干旱区研究， 2021， 38（2）： 339-350[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13866/j.azr.2021.

02.05.

Zhang Junlan， Luo Ji， Wang Rongmei. Combined analysis of the spatiotemporal variations in snowmelt （ice） flood frequency in Xinjiang over 20 years and atmospheric circulation patterns[J/OL]. Arid Zone Research， 2021， 38（2）： 339-350[2023-01-30]. https：//doi.org/10.13866/j.azr.2021.02.05.

[36] 李迎春， 郭燕云， 王雪姣， 等. 2021年新疆棉花生长气象条件分析[J/OL]. 中国棉花， 2022， 49（2）： 1-3[2023-01-30]. https：//

doi.org/10.11963/cc20210229.

Li Yingchun， Guo Yanyun， Wang Xuejiao， et al. Analysis of weather conditions for cotton growth in Xinjiang in 2021[J/OL]. China Cotton， 2022， 49（2）： 1-3[2023-01-30]. https：//

doi.org/10.11963/cc20210229.

[37] 王雪姣， 郭燕云， 李新建， 等. 2022年新疆棉花生长气象条件分析[J/OL]. 中国棉花， 2023， 50（5）： 4-6[2023-01-30]. https：//

doi.org/10.11963/cc20220217.

Wang Xuejiao， Guo Yanyun， Li Xinjian， et al. Analysis of weather conditions for cotton growth in Xinjiang in 2022[J/OL]. China Cotton， 2023， 50（5）： 4-6[2023-01-30]. https：//

doi.org/10.11963/cc20220217.

[38] 李景林， 普宗朝， 张山清， 等. 近52年北疆气候变化对棉花种植气候适宜性分区的影响[J]. 棉花学报， 2015， 27（1）： 22-30.

Li Jinglin， Pu Zongchao， Zhang Shanqing， et al. Impact of climate change on cotton-planting zoning in northern Xinjiang during 1961-2012[J]. Cotton Science， 2015， 27（1）： 22-30.

[39] 董弟文， 陶辉， 丁刚， 等. 新疆高温热浪的人口与耕地暴露度研究[J/OL]. 农业工程学报， 2022， 38（5）： 288-295[2023-01-

30]. https：//doi.org/10.11975/jissn.1002-6819.2022.05.034.

Dong Diwen， Tao Hui， Ding Gang， et al. Historical population and cropland exposure to heatwaves in Xinjiang， China[J/OL]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2022， 38（5）： 288-295[2023-01-30]. https：//doi.org/10.11975/

jissn.1002-6819.2022.05.034.

[40] 毛树春， 马雄风， 田立文， 等. 新疆绿洲棉花可持续发展研究[M]. 上海： 上海科学技术出版社， 2022： 108-239.

Mao Shuchun， Ma Xiongfeng， Tian Liwen， et al. Research on the sustainable development of oasis cotton in Xinjiang[M]. Shanghai： Shanghai Science and Technology Press， 2022： 108-239.

[41] 杨国正， 张秀如， 孙湘宁， 等. 棉花早期热激处理与高温期蕾铃脱落关系的初步研究[J]. 棉花学报， 1997， 9（1）： 36-40.

Yang Guozheng， Zhang Xiuru， Sun Xiangning， et al. Heat shock treatment on cotton in its early growing period in relation to boll abscission in high temperature season[J]. Cotton Science， 1997， 9（1）： 36-40.

[42] 张山清， 普宗朝， 冯志敏， 等. 气候变暖对新疆棉花种植气候适宜性分区的影响[J/OL]. 沙漠与绿洲气象， 2023， 17（5）： 168-

175[2023-01-30]. https：//doi.org/10.12057/i.issn.1002-0799.

2023.05.022.

Zhang Shanqing， Pu Zongchao， Feng Zhimin， et al. Impact of climate warming on cotton cultivation in Xinjiang[J/OL]. Desert and Oasis Meteorology， 2023， 17（5）： 168-175[2023-

01-30]. https：//doi.org/10.12057/i.issn.1002-0799.2023.05.022.

（责任编辑：王小璐 责任校对：王国鑫）

●