王家寶 ，高明偉 ，張超 ，王秀麗 ，姜輝 ，柴啟超 ，陳瑩 ，王永翠 ，鄭錦秀 ，趙軍勝 ，*

（1.山東棉花研究中心，濟(jì)南250100；2.山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，濟(jì)南250014）

全球氣候正在經(jīng)歷以變暖為主要特征的變化過程。氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響巨大，而且難以預(yù)測。棉花品種的選育就是適應(yīng)自然環(huán)境和氣候變化的過程。棉花雖然喜溫、喜光、耗水量大，但花鈴期的陰雨高溫，吐絮期的陰雨寡照等不利氣象條件，對棉花高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)有較大的影響。本文探討了在氣候變暖條件下山東植棉區(qū)對棉花品種的需求，為山東棉區(qū)棉花新品種的選育提供參考。

1 山東省棉花生長季節(jié)氣候變化分析

1.1 溫度升高

20世紀(jì)60―90年代，山東省各年代的年平均氣溫分別為12.51℃、12.81℃、12.86℃、13.46℃，其中80―90年代氣溫升幅最大，為0.60℃，是這40年平均升溫幅度的2倍。進(jìn)入21世紀(jì)，溫度升高趨勢仍持續(xù)，前8年的年平均氣溫已高達(dá)13.9℃。由于受地形因素的影響，全省各地的變暖程度也不一致，中部、膠東半島北部和膠萊河流域氣溫升高最明顯，1987―2004年年均氣溫與1961―1986年相比升高1.0～1.5℃；南部的部分地區(qū)升溫幅度較小，1987―2004年年均氣溫與 1961―1986年相比升高0.6℃以下，其他地區(qū)大多升高0.6～1.0℃[1]。徐宗學(xué)等[2]通過分析山東省1985―2009年氣溫，也得出年平均氣溫有逐年升高的趨勢，全省平均每10年上升0.106℃，但西南的莘縣、兗州有下降趨勢。馬麗娜等[3]對山東省1960―2008年19個站點的氣溫資料分析結(jié)果表明，自20世紀(jì)80年代開始變暖趨勢明顯加快，90年代后，相對較低的年平均溫度與1960―1980年的較高值相當(dāng)；山東省植棉的溫度適宜度總體呈現(xiàn)增加趨勢，各生育期差別較大，播種期、吐絮期都呈現(xiàn)增加趨勢，特別是吐絮的關(guān)鍵期，氣溫升高并且較穩(wěn)定。

1.2 降水量減少

1960―1998年，除濟(jì)南降水量呈略微上升趨勢外，山東省其余地區(qū)的降水傾向率均為負(fù)值，全省的降水傾向率為每年－3.05 mm，減少幅度為東南部大于西北部，以東南沿海平均減少幅度最大[2]。董旭光等[4]對山東省1961―2010年的降水觀測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，年際降水日數(shù)和強(qiáng)度存在明顯的振蕩，降水日數(shù)總體呈極顯著減少趨勢；降水日數(shù)和強(qiáng)度呈明顯的帶狀分布，由東南向西北逐漸減少。

不同季節(jié)降水的變化趨勢也有所不同，其中夏季降水減幅最大，而冬季降水略增加[1]。自1986年以后的25年中，降水量較歷年降水量偏少的年份達(dá)15年，降水量分布極為不均，夏季、秋季降水量均呈下降趨勢，且夏季下降最為明顯，以每10年20.9 mm遞減，容易造成秋旱[3-6]。以上研究結(jié)果表明，山東省年降水量的減少主要是由于夏季降水量減少所致。

1.3 極端氣候現(xiàn)象增多

極端氣候現(xiàn)象指一些在特定地區(qū)和時間發(fā)生的罕見氣候事件，其罕見程度一般相當(dāng)于觀察到的概率密度函數(shù)小于第10個百分位點。極端氣候現(xiàn)象包括干旱、洪澇、低溫暴雪、颶風(fēng)、致命熱浪等。在20世紀(jì)80年代中期以來全球氣候明顯變暖的背景下，山東省“極端暖”事件的線性增長趨勢明顯，大部分地區(qū)的極端低溫日數(shù)的變化趨于平緩，極端冷日數(shù)以迅速減少為主要趨勢[7]。曹潔等[8]通過分析山東省1961―2010年夏季日最高氣溫和冬季日最低氣溫數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)山東省大部分地區(qū)夏季極端高溫偏態(tài)指數(shù)和冬季極端低溫偏態(tài)指數(shù)均處于不斷升高的狀態(tài)，這表明大部分地區(qū)夏季出現(xiàn)異常高溫的概率處在增加的趨勢中，而冬季出現(xiàn)異常低溫的概率處在減少的趨勢中。李勝利等[9]利用山東省117個氣象站1961―2013年逐日降水觀測數(shù)據(jù)，分析了區(qū)域內(nèi)各極端降水指數(shù)的時間變化趨勢和空間分布規(guī)律，結(jié)果表明：長時段 （1961―2013年）中1 d最大降水量、最大連續(xù)5 d降水量、降水強(qiáng)度、最長連續(xù)無雨日數(shù)增大趨勢均不明顯，其他各指數(shù)均有減小趨勢；短時段（1991―2013年）除1 d最大降水量、最長連續(xù)無雨日數(shù)呈減小趨勢外，其他各指數(shù)均有增大趨勢；不同地區(qū)2個時段各極端降水指數(shù)變化趨勢并不相同，短時段變幅更大，變化顯著的站點更多。

2 氣候變化對山東棉花品種選育的影響

2.1 對棉花生育期的影響

在棉花田間管理措施和栽培品種相對穩(wěn)定的情況下，氣候變暖可延長適宜棉花生長的時期，增加干物質(zhì)積累和提高產(chǎn)量，減小皮棉產(chǎn)量和霜前花率的變異系數(shù)，大大降低種植風(fēng)險，有利于提高棉花豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性[10]。從棉花的各生育時期來說，氣候變化對出苗期的影響并不明顯，而對于現(xiàn)蕾期、開花期和吐絮期的影響較大[11]。相應(yīng)的氣溫上升可減輕冷害，使棉花品種的適宜種植區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大，特別是在山東黃河三角洲植棉區(qū)，播種期、吐絮期的溫度升高趨勢更加明顯，在吐絮的關(guān)鍵期，氣溫升高并且較穩(wěn)定，這對生產(chǎn)上的棉花品種有了新的要求，盡量選擇生育期較長、產(chǎn)量潛力高的品種[12]。

山東省目前推廣的棉花品種大部分為中早熟品種，隨著植棉區(qū)多數(shù)年份無霜期延長，生育期積溫增加，雖然可使棉花發(fā)棵提前、伏桃比例升高、霜前花率增加，但是也容易引起棉花早衰。因此，在山東棉花品種的選育過程中，也要注重增強(qiáng)抵御早衰的能力。同時，山東棉花品種的熟性也將趨于多樣化，在魯西南套種地區(qū)和魯西北春棉種植區(qū)內(nèi)的中早熟品種逐漸被相對中晚熟的棉花品種取代。

2.2 對棉花產(chǎn)量的影響

棉花的產(chǎn)量、品質(zhì)形成對光照、輻射、積溫等環(huán)境變化較其他作物更為敏感。氣候變暖使得棉花生長期間的熱資源增加，適宜生育期延長，棉花的干物質(zhì)積累量、株高增加；同時，氣溫及CO2濃度的升高在一定程度上增強(qiáng)了光合作用，使棉花的生產(chǎn)潛力增加，尤其是10月份最低氣溫的升高使棉花停止生長期推遲，提高霜前花的產(chǎn)量，在一定程度上促進(jìn)棉花的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，對棉花生產(chǎn)的增產(chǎn)提質(zhì)帶來積極影響[15-18]。因此，應(yīng)注重棉花株型的選擇，選育冠層好的品種，以充分利用有效的光能，提高棉花產(chǎn)量。

2.3 對耕作制度的影響

氣溫升高增加了各地的農(nóng)業(yè)熱資源，促進(jìn)了復(fù)種指數(shù)的增加和農(nóng)業(yè)氣候帶向北向西推移[17]。溫度的增高和積溫的增加，使棉花的適播期延長。山東春播棉花的播種期可以從4月中旬開始一直持續(xù)到5月上旬；短季棉的播種期則有可能延遲到6月上旬，在蒜、馬鈴薯收獲后直播。延后播種使棉花的節(jié)位增高，結(jié)鈴期延后，到吐絮期時可以避開雨季，減少爛鈴的發(fā)生，提高皮棉的等級，也有利于棉花機(jī)械采摘。研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)適播期的延長推遲播種日期對黃河流域棉花纖維品質(zhì)的影響很小[10]。因此，可以選育適宜晚春播、夏直播和機(jī)械采摘的棉花品種，增加復(fù)種指數(shù)，提高植棉效益。

2.4 對棉花抗逆性的影響

山東省處于季風(fēng)氣候區(qū)，年內(nèi)、年際降水量變化大，旱澇災(zāi)害是主要自然災(zāi)害。棉花生長期中，每年的7―9月為產(chǎn)量品質(zhì)形成關(guān)鍵期，極易遭受多種極端天氣的影響[2]。干旱嚴(yán)重影響棉花的生長發(fā)育，造成株高、總干物質(zhì)量和葉面積的降低，而且開花期干旱對果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)影響大；降水偏多，易造成棉花成鈴率降低、棉田遮陰郁閉，爛鈴增加；高溫易造成棉花育性的降低，結(jié)鈴減少[11-13]。近幾年來冬季氣溫偏高，造成越冬蟲卵死亡率降低，造成蟲害大面積發(fā)生，為害時間延長，且程度及范圍增大，增大了防治難度[18-20]。

災(zāi)害性天氣頻發(fā)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定性增加，這就要求棉花品種對極端天氣的耐受能力要強(qiáng)。因此，要加強(qiáng)棉花的抗逆性選擇，包括耐高溫、耐干旱、抗病蟲害等以應(yīng)對氣候變暖和極端天氣的影響?？梢赃x用耐干旱、耐陰雨、耐高溫的親本對棉花的相應(yīng)性狀進(jìn)行改良，適當(dāng)增加選擇壓力。同時，可以在高度一致的前提下篩選多個適應(yīng)性的棉花品系，從而提高品種的抗逆能力，使之在生育期縮短的情況下也能達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)。

3 結(jié)論與討論

溫度的增高和積溫的增加，帶來的是棉花生育期和適播期的延長，有利于提高棉花的品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量；同時，極端天氣的增加，也要求棉花品種具有廣泛的、較強(qiáng)的抗逆性。雖然這種氣候變化普遍使棉花的生產(chǎn)潛力得到提高，但也存在區(qū)域間的差異。近年來山東的棉花品種熟性趨于多樣化，在魯西南套種地區(qū)和魯西北春棉種植區(qū)內(nèi)的中早熟品種逐漸被相對晚熟的品種類型取代。因此，山東棉花品種的選育應(yīng)適應(yīng)氣候的變化：一是注重棉花熟性、株型和抗逆性的選擇，選育冠層好、能充分利用有效光能的棉花品種；二是要選育適宜晚春播、夏直播和機(jī)械采摘的棉花品種，增加復(fù)種指數(shù)，提高植棉效益；三是棉花品種最好由多個高度一致的氣候適應(yīng)性品系構(gòu)成，以增強(qiáng)棉花品種對各種逆境的適應(yīng)能力，利于穩(wěn)產(chǎn)。