棉花发展前景的分析及区划

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1宁夏地膜棉花不同发育时段光、温、水需求指标

1.1不同发育阶段的水、热指标

利用1991～1995年永宁、银川、平罗地膜棉地理、分期播种试验资料,研究了棉花不同发育时段平均气温、作物耗水量与发育速度的定量关系模型。表中T地为5cm地温,h为0～10cm平均土壤湿度,c为土壤容重,T2～T4为各时段平均气温,E2～E4为各时段作物日均耗水量(mm·d-1)。y1～y4为各发育阶段发育速率(%)。这些模型均为双因子非线性模型,R为线性化处理后的相关系数,均通过信度0.01的F检验。根据表1中的模式和不同阶段生长速度的日照模式[1～4],1),利用极值判别法,并分析了不同温度、耗水量下棉花各生长阶段生长日数的变化,即通过分析温度、耗水每变化1个单位对生长天数的影响的敏感性,确定了各个阶段适宜温、水指标。根据地膜棉花在适宜条件下,各生长时段适宜生长日数,确定了积温指标和阶段耗水量指标,见表2。如马力文[2]对表1播种～出苗模型中的5cm地温、0～10cm土壤湿度分别求偏微分,得出地温17℃时,生长速度随地温升高变化最快,曲线曲率最大。即地温低于17℃时,生长速率随地温变化缓慢;高于17℃,生长速率明显加快。从而确定地温17℃为棉花开始迅速生长的下限指标,对应的气温为12℃。适温下地膜棉花播种～出苗需10～12d,需≥10℃积温140℃。棉花吐絮后还需要一部分热量资源才能达到一定的霜前花率,根据吐絮期积温与霜前花率模式(表3),吐絮后达75%霜前花率的积温指标应为≥0℃积温317℃,≥10℃活动积温308℃,两者相差很小,与宁夏秋季气候特点有关。宁夏初霜往往接近≥10℃终日。

1.2产量和霜前花率

棉花产量、霜前产量和霜前花率是评价植棉适宜程度的决定性指标,也是棉花区划的依据。决定宁夏棉花产量的主要因素是热量条件,决定霜前花率的主要因素是棉花的发育进程及初霜期的早迟。我们根据试验资料,确定了产量、霜前产量、霜前花率农业气象模式。表3最后一行为吐絮～初霜≥0℃积温与霜前花率的关系,其余为全生育期≥15℃积温与产量和霜前花率的关系,均达到显著水平。同样,可确定出在灌区平均土壤肥力状况下,棉花达到吐絮及各级产量和霜前花率所需≥15℃积温。根据这些模式,得出新陆早1号出苗～吐絮≥15℃积温为2650℃,75%以上吐絮需2750℃以上,吐絮期≥0℃积温每增加100℃,霜前花率可提高15.2%。采用全生育期产量和霜前花率模式,可确定出在不考虑水分因子影响下各地常年气候条件下的产量、霜前花率。也可以利用表2中所确定的水热指标,从安全出苗期开始,逐步模拟各地现蕾、开花、吐絮期,再利用吐絮期霜前花率模式确定各地霜前花率。这样就考虑了温度、水分对棉花发育进程的综合影响,使区划更客观。

1.3不同品种热量指标

利用不同品种与新陆早1号同期对比试验结果,综合新陆早1号的热量指标,依据其热量差异具有相对稳定性的特点,得出了地膜栽培条件下,不同品种常年热量需求指标,便于进行棉花区划时参考。

2指标的验证

为验证所得指标的适宜程度,我们根据1992、1995年多点生产示范、试验调查结果,推算了各地吐絮期,最大误差为±2d,表明所采用的热量指标具有代表性,可作为棉花区划的指标。

3贺兰山沿山坡地热量资源的网格订正

3.1订正方法和订正指标

某地气温可表示为海拔高度h、地理纬度φ和小地形因素n的函数[5]T=f(h,φ,n)(1)设基准站为T0,h0,φ0和n0,则推算点的温度Ti可表示成Ti=T0+Th(hi-h0)+Tφ(φi-φ0)+Tn(ni-n0)(2)T/h为气温垂直递减率(℃/hm),T/φ为纬度递减率(℃/10’);T/n为南北坡温差系数(℃)。T/h可根据贺兰山坡地热量资源考查结果[6]结合不同纬度拔海高度站点资料订正出来;T/φ可选择坡度、坡向大致相同的站点资料,经拔海订正后求出;T/n可选择不同坡度、坡向站点资料经T/h、T/φ订正后求算。根据银川、贺兰山、大武口、平罗、贺兰、吴忠、永宁1961～1990年月平均气温资料,可求出棉花生长季(5～9月)各月订正系数(见表6)。

3.2灌区5～9月积温订正结果及分布

查阅1∶250000地形图,利用线性内插法,求出贺兰山洪积扇区各乡和国营农场的拔海高度、地理纬度,利用南北向高程差计算南北向坡度,按(2)式订正出各点多年月平均气温,并可算出5～9月积温,制成热量资源分布图(图1)。图中贺兰山坡地有两个高温中心,一个是平罗以北的贺兰山前狭长高温区,5～9月积温3200℃以上;另一个是银川以西的贺兰山洪积扇次高温区,5～9月积温3100℃以上;中宁、灵武、银川以北的灌区5～9月积温在3000～3100℃之间;中卫、永宁、青铜峡则在3000℃以下。推算无资料地区的热量资源,为开展棉花区划奠定了基础。

4宁夏棉花霜前产量和霜前花率的推算

4.1各地棉花霜前籽棉产量的推算和分布

棉花苗期遭受重霜冻的指标为0℃,受冻后难以恢复生长。考虑到地膜棉花投资较大,应保证90%的年份出苗后不受重霜冻的危害。我们以各地棉花90%保证率下不受终霜危害的结束日期为棉花安全出苗期,统计了各地1961～1990年安全出苗期至初霜前平均≥15℃积温,利用表3中的霜前籽棉产量模型,计算了在不考虑土壤肥力和土壤性质条件下各地地膜棉花模拟籽棉产量,该产量仅表示由当地气候条件所决定的产量,只能用于比较地区间的产量差异。由于贺兰山坡地≥15℃积温与灌区各站差值具有相对稳定性,通过小气候订正,将这种差异订正到相邻灌区气象站上,便可得到无资料地区的霜前产量。将两者结合起来,做出棉花霜前产量分布,见图2。由图2可看出,棉花霜前籽棉产量分布与5～9月积温分布类似,可分4个等级。(1)≥3000kg/hm2的地区:大武口至红果子荒凉坡地。该地区耕地少,土质差,虽气候资源优越,棉花气候产量达3000kg/hm2,但实际产量达不到这个数值。(2)2250～3000kg/hm2的地区:一个是高庄、西永固、下营子、尾闸、惠农县城;另一个是平吉堡、新市区、芦花、南梁。(3)1500～2250kg/hm2的地区:永宁、灵武以北的灌区和中宁灌区,产量比永宁、灵武区高300kg/hm2。该地区土壤条件较好,高温年份可获得高产,但年际间产量波动性较大。(4)<1500kg/hm2的地区:吴忠、青铜峡、中卫。结合图1和图2,可看出各区积温级差100～200℃,而霜前产量级差达750kg/hm2。这与宁夏热量资源有限,5～9月积温仅高出地上生长期70～270℃有关,正常年份除个别地区外,吐絮期普遍距初霜仅0～20d。

4.2各地1961～1990年霜前花率逐年推算及分布

4.2.1有资料地区实况反演推算

霜前花率受吐絮期和初霜期的综合影响,还与花铃期水分有关,能直接反映当地气候是否适宜植棉。铃期多雨,吐絮往往推迟,使霜前花率降低。分析历史资料,8、9月降水量超过铃期适宜水分上限的概率为11%,仅凭≥10℃积温推算的吐絮期在夏秋季多雨的年份往往比实际偏早,从而使推算的霜前花率偏高,也使霜前产量的估计值偏大[4]。因此,模拟各年霜前花率必须考虑花铃期降水对吐絮期延迟的影响,这样霜前花率区划才会客观。为此采用1961～1990年逐日气象资料,利用表1中的模型和表2中的指标,计算超过适宜水分上限的降水量对发育速度影响的比例系数。将历年花铃期降雨量超过花铃期适宜水分上限部分,按比例订正到用积温推算的吐絮期上,再以各年初霜实况与吐絮期间≥0℃积温,利用表3中的模式,计算各地逐年霜前花率。统计各地霜前花率的均值,作为平均气候状况的影响,得出灌区霜前花率分布。统计各地历史上各级霜前花率出现的概率,可评价气候波动影响的程度。

4.2.2无资料地区霜前花率订正推算

贺兰山坡地霜前花率的推算可根据5～9月积温推算结果,求出各推算点与基准站多年平均积温差,订正到基准站棉花安全出苗至平均初霜期的平均推算结果上,其差值相对稳定,可代表吐絮期热量差值。再根据基准站霜前花产量推算结果,利用吐絮期≥0℃积温与霜前花率的关系,求出积温差所对应的霜前花率增减量,叠加到基准站霜前花率平均推算结果上,可得出各推算点历年平均霜前花率。经检验,采用此方法推算的大武口霜前花率与用大武口实际资料推算的结果相比,各年间误差均在2%以内,达到推算精度要求。

4.2.3霜前花率推算结果及分布特征

(1)各地各级霜前花率的保证率推算以各地1961～1990年逐年霜前花率推算结果,求出了各地达到不同霜前花率的气候保证率以霜前花率30%以上代表霜前达到吐絮期,可看出,霜前花率保证率高的有大武口、银川;其次为惠农、平罗、贺兰、永宁、中宁;再次是吴忠、青铜峡,霜前吐絮概率是70%,中卫、陶乐、灵武最低,为66%。(2)霜前花率分布特征利用上述方法,求出各地平均霜前花率,制作分布图(见图3),可将霜前花率分为5个等级。(1)≥70%:大武口～红果子高温区。霜前保证70%吐絮的气候保证率为77%。(2)60%～70%:平吉堡～南梁农场。霜前花率70%的气候保证率为30%～59%。(3)50%～60%:银川及银北地区、中宁灌区。霜前花率70%的气候保证率为10%～30%。(4)40%～50%:吴忠、灵武、青铜峡及暖泉以北,前进农场以西的部分北坡低洼地。霜前花率70%的气候保证率在10%以下。(5)<40%:中卫灌区、陶乐县,吐絮70%的气候保证率为0。

5宁夏棉花农业气候区划

结合各地5～9月积温分布、霜前花产量和霜前花率分布、各级霜前花率的气候保证率,可作出宁夏地膜棉花农业气候区划。分为四类地区(1)大武口沿山坡地高温区(包括大武口、简泉、红果子狭长地带)。该区海拔1090～1115m,南北向坡度在0.7°以上。生长季5～9月积温为3150～3340℃,地形小气候明显。平均霜前花率70%以上,75%霜前吐絮的气候保证率在77%以上,霜前不能吐絮的概率为0～10%,霜前籽棉产量平均可达3000kg/hm2,皮棉1050kg/hm2,按9～12元/kg计算,毛收入9000～12000元/hm2,净收入6750～9750元/hm2。但因该地区土壤条件差,可耕地有限,实际收入低于该数字。考虑该地区种其他作物产量也较低,可认为是适宜植棉区。(2)贺兰山南部洪积扇次高温区(包括平吉堡、南梁、镇北堡)。海拔1110～1130m,南北向坡度在0.3°左右。局地小气候效应明显,5～9月积温为3100℃左右,平均霜前花率60%～70%,75%霜前吐絮的气候保证率较低,为30%～50%,霜前不能吐絮的的气候概率为10%～20%。霜前籽棉产量平均可达2250～3000kg/hm2,皮棉780～1050kg/hm2,毛收入7800～10500元/hm2,净收入5550～8250元/hm2。该区土质条件比(1)区好,但不如老灌区,因此实际产量和收益应比上述数字略低。从霜前不能吐絮达5～10年一遇来看,种植新陆早1号产量波动大,有点勉强,可定为风险植棉区。如选用66-241等出苗～吐絮≥10℃积温2735℃的品种,霜前吐絮保证率能提高到60%～70%,霜前不能吐絮的风险可降低到10%以下,可考虑种植。(3)引黄灌区不宜种植区(包括银川及银北地区、中宁灌区两个分区)。该区地势平坦,海拔1100～1180m,5～9月积温为3000～3100℃,平均霜前花率50%～55%,75%霜前吐絮的气候保证率较低,为10%～30%,霜前不能吐絮的概率为10%～17%,是风险大、霜前花保证率低的地区。霜前籽棉产量平均为1800～2250kg/hm2,皮棉630～780kg/hm2,毛收入6600～8100元/hm2,净收入4250～5750元/hm2。不宜种植新陆早1号,与主要粮食作物相比,没有优势,不宜发展棉花。(4)不能种植区(银南地区中除中宁以外的地区及银北的陶乐县)。该区5～9月积温除陶乐县为3090℃,其余均在3000℃以下,平均霜前花低于40%,75%霜前吐絮的概率0～17%,霜前不能吐絮的气候概率为23%～57%。平均霜前籽棉产量低于1200kg/hm2,折合皮棉420kg/hm2,毛收入4500元/hm2,净收入仅2250元/hm2。为不能种植区。图4中,盐池、韦州等地为宁夏南部干旱、半干旱畜牧农业区,目前未发展成引黄灌区,不属于棉花区划范围。

6结论

(1)宁夏植棉适宜区域为大武口至红果子沿山坡地,平吉堡至南梁为风险种植区,灌区北部、中部、银南大部、陶乐为不能种植区。(2)分析表明,宁夏存在风险小,热量条件好的适宜植棉区,宁夏发展棉花应选择在大武口一带。因耕地少、肥力差,面积不宜过大。(3)近30年来,气候虽然有变暖趋势,但还不足以大面积发展棉花,种植风险依然很大,效益与其他作物相比,也没有明显的优势,因而引黄灌区不宜大规模种植。(4)棉花的区划是建立在温、水因子综合模拟订正的基础上,综合分析的结果,是指导宁夏棉花决策的依据。

作者：刘静 翟朝勋 马力文 张淑琴 单位：宁夏气象科学研究所 宁夏气象局科教处 宁夏平罗气象局