吉春容，穆彩蕓，胡啟瑞，王森，李錦虎，江遠(yuǎn)安

1.新疆興農(nóng)網(wǎng)信息中心/新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺，新疆 烏魯木齊 830002；2.哈密市氣象局，新疆 哈密 839000；3.伽師縣氣象局，新疆 伽師 844300；4.新疆維吾爾自治區(qū)氣象臺，新疆 烏魯木齊 830002

哈密瓜（CucumismeloL.）是新疆典型的地理標(biāo)志產(chǎn)品，哈密、吐魯番地區(qū)適宜的氣候和水土條件，造就了哈密瓜的獨特風(fēng)味，使其成為各類瓜果中的佼佼者。然而新疆地形復(fù)雜，氣候多變，近年來受全球氣候變暖的影響，極端氣候事件的發(fā)生頻率和強度有所增加，制約了瓜果業(yè)的產(chǎn)量和品質(zhì)（劉敬強等，2013；Fang et al.，2016；Tong et al.，2019）。氣候變化將對農(nóng)作物產(chǎn)量產(chǎn)生巨大影響（Tao et al.，2006；Yuan et al.，2011），研究分析氣候變暖背景下哈密瓜生長發(fā)育的差異變化對于實際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。已有研究結(jié)果表明，光熱氣候條件是影響哈密瓜和伽師瓜生產(chǎn)的關(guān)鍵因素（王健等，2006；普宗朝等，2015），其中日平均氣溫穩(wěn)定≥15 ℃日數(shù)是決定不同熟型哈密瓜能否種植的基本氣候因子，≥20 ℃光溫指數(shù)和 6—8月平均氣溫日較差是影響哈密瓜優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的主要氣候因子（馬克奇等，2001；李景林等，2018）。也有研究表明（司地克·買買提等，2015），強光照和長日照時數(shù)對植株生長十分有利，并有利于果實膨大期的高糖分的積累，年日照時數(shù)在 3000 h以上可獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。生長期的降水量和大降水日數(shù)是影響哈密瓜年景的主要因素（王建剛等，2014）。光照、溫度、水肥這些外界環(huán)境條件對外觀品質(zhì)都有影響，但以光照的影響最大（耿新麗等，2014）。空氣濕度和降水量是哈密瓜傳染性病害大面積發(fā)生的誘因之一，嚴(yán)重時引起成熟期裂果現(xiàn)象（金玉華，2008）。而在全球變暖背景下，1961—2010年新疆氣溫總體呈顯著的升高趨勢，熱量資源明顯增多，水資源條件有所改善，但日照時數(shù)略有減少；研究認(rèn)為氣候變化對新疆特色林果的種植總體較有利（李景林等，2013；劉敬強等，2013）。目前對哈密瓜的研究成果主要集中在品種引進(jìn)（沈其云等，2020）、栽培管理（李婷等，2016；趙京奇等，2016）、貯藏方式（房世杰等，2019）對哈密瓜生長發(fā)育及品質(zhì)的影響，那么在當(dāng)前氣候變化背景下，哈密瓜的生長種植對氣候變化如何響應(yīng)，氣象條件的差異對各關(guān)鍵生長發(fā)育期是否有影響，均需要進(jìn)一步深入研究。以哈密中晚熟品種種植地區(qū)為研究對象，在分析氣候變化特征的基礎(chǔ)上，探討哈密瓜各生長發(fā)育期、各發(fā)育期內(nèi)氣象條件的差異變化以及二者的相關(guān)關(guān)系，旨在闡明影響哈密瓜發(fā)育期的關(guān)鍵氣象因子，為科學(xué)指導(dǎo)哈密瓜田間管理、合理防災(zāi)減災(zāi)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

選擇新疆哈密瓜主產(chǎn)地哈密市（93°25′E，42°34′N，海拔高度549 m）為研究區(qū)域，哈密瓜種植品種為中熟品種。

氣候要素數(shù)據(jù)選取 1981—2019年不同時段的平均氣溫、最高最低氣溫、降水量、日照時數(shù)等，并計算不同界限溫度積溫，數(shù)據(jù)來源于新疆氣象信息中心。將逐年發(fā)育期日期轉(zhuǎn)化為距當(dāng)年1月1日的實際天數(shù)，即日序數(shù)，得到發(fā)育期的時間序列；1999—2019年發(fā)育期數(shù)據(jù)來源于農(nóng)業(yè)氣象觀測數(shù)據(jù)和新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院。1999—2019年種植面積和產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于新疆統(tǒng)計年鑒（新疆維吾爾自治區(qū)統(tǒng)計局，2000—2020）。

采用線性回歸法分析發(fā)育期、產(chǎn)量的年際變化趨勢及其與各氣候因子的相關(guān)性（Liu et al.，2019；劉璐等，2020），數(shù)據(jù)時段為1999—2019年；考慮到研究區(qū)域為地膜覆蓋、節(jié)水灌溉種植區(qū)，因此未分析降水對發(fā)育期、產(chǎn)量的影響以及氣溫變化對播種期的影響。通過M-K突變檢驗方法進(jìn)行氣候要素變化趨勢檢驗（戚穎等，2019）。哈密瓜的氣候產(chǎn)量等于實際產(chǎn)量減去趨勢產(chǎn)量，采用5年滑動平均值方法模擬趨勢產(chǎn)量（房世波，2011）。利用Excel 2010和SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 哈密瓜生長干旱區(qū)氣候變化特征

2.1.1 氣候因子的年際變化

哈密市 1981—2019年多年平均氣溫為10.4 ℃，年平均地溫為13.4 ℃，年降水量43.2 mm，年平均相對濕度44.3%，年日照時數(shù)3 334.1 h。近39年來，年平均氣溫、年降水量、年平均地溫0 cm、年日照時數(shù)總體呈上升趨勢，年平均相對濕度呈下降趨勢（圖1）。

圖1 1981—2019年氣候因子年際變化趨勢Fig.1 Interannual variation trend of climatic factors in 1981-2019

各氣候要素的變化速率以平均氣溫、平均地溫0 cm和 5 cm、年最高氣溫、日照時數(shù)趨勢顯著（P＜0.05），而降水量、相對濕度的變化趨勢均不顯著（表1）。氣溫變化較顯著，39年上升了1.2 ℃，平均地溫0 cm提高了2.5 ℃，日照時數(shù)增加了185.6 h。

表1 哈密市1981—2019年氣候因子變化趨勢Table 1 Change trend of climatic factors from1981 to 2019 in Hami

利用M-K突變檢驗法計算各氣象要素正序列曲線（UF）、反序列曲線（UB），分析了各氣候要素是否發(fā)生突變及其突變發(fā)生時間。若UF和UB出現(xiàn)交叉點，且交叉點位于信度線之間，這點對應(yīng)的時間點便是突變開始的時刻。本文采用通過95%的顯著性檢驗，信度線為U0.05=±1.96。對溫度、降水、日照時數(shù)突變檢驗結(jié)果表明（圖2），UF與UB兩線溫度在2007年、日照時數(shù)在2003年分別相交于信度線之間。結(jié)合滑動t檢驗溫度、日照時數(shù)均通過顯著性檢驗，說明氣溫、日照時數(shù)分別在2007年和 2003年發(fā)生了突變，氣溫以 0.31 ℃·(10 a)?1顯著增加，日照以47.58 h·(10 a)?1顯著增加。降水量M-K趨勢檢驗UF與UB兩線在а=0.05顯著性水平臨界線內(nèi)有多個交點，說明降水在 1981—2019年期間未呈現(xiàn)出顯著性變化趨勢。

圖2 1981—2019年氣候因子M-K檢驗Fig.2 Total M-K test of climatic factors in1981-2019

2.1.2 氣候因子的生長季變化

哈密瓜平均播種期是4月下旬，7月下旬至8月上旬成熟，其生長季為4下旬至8月上旬。從表2可以看出，1981—2019年哈密瓜生長季內(nèi)月氣溫、降水、地溫、日照時數(shù)均呈上升趨勢。氣溫方面，除5月外其他各月平均氣溫上升趨勢均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），4—8月升溫變化幅度為 0.46—0.89 ℃·(10 a)?1。6月和7月的平均最高氣溫、最低氣溫也均呈顯著上升趨勢（P＜0.05）。哈密瓜生長季后期 6—8月降水量增加的變化趨勢極顯著（P＜0.01），而日照時數(shù)在生長季前期4月、5月增加顯著（P＜0.05）。全生長季內(nèi)，月平均相對濕度的變化除5月外其他各月降低趨勢均未通過顯著性檢驗，而平均地溫0 cm和5 cm均呈極顯著上升趨勢（P＜0.01）。

表2 1981—2019年哈密瓜生長季各氣候因子的線性傾向率Table 2 Linear tendency rates of climatic factors during growth season of Hami melon in 1981-2019

2.2 哈密瓜的生長發(fā)育變化

2.2.1 發(fā)育期的變化特征

從發(fā)育期的差異變化看，哈密瓜全生育期（從播種至成熟的總持續(xù)時間）平均95 d。近20年來（1999—2019年），2000、2012、2015年全生育期日數(shù)分別少于平均值8、10、7 d，2004、2006、2014、2017年分別多于平均值5、8、8、5 d，其他年份均接近平均值。

從圖3可以看出，近20年來（1999—2019年），發(fā)育期距平波動變化比較明顯的是播種期、成熟期。哈密瓜播種期在4月21日—5月11日之間變化，平均播種期為4月27日，以2000年（5月11日）、2012年（5月4日）明顯晚于平均播種期。

圖3 1999—2019年哈密瓜發(fā)育期的年際變化趨勢Fig.3 Interannual variation trend of development period of Hami melon in1999-2019

哈密瓜平均成熟期為7月31日，變?yōu)榉秶鸀?月26日—8月9日，以2000年（8月7日）、2004年（8月7日）、2006年（8月7日）、2014年（8月6日）偏晚，2005年（7月27日）、2019年（7月26日）早于平均成熟期。

不同年份間，2000、2017、2019年的距平變化趨勢比較一致。2000年各發(fā)育期均晚于平均發(fā)育期，2017年和2019年各發(fā)育期均早于平均發(fā)育期。

從年際間趨勢分析結(jié)果看，哈密瓜從播種期到座果期均表現(xiàn)出不同程度的提前趨勢（表3），提前幅度為 1.25—3.06 d·(10 a)?1。播種期、伸蔓期、座果期提前趨勢顯著（P＜0.05），出苗期和成熟期變化趨勢不顯著。全生育期有所延長，但變化趨勢不顯著。各發(fā)育期年際間變率在2.6—4.3 d，播種期和成熟期年際間變率最大，座果期年際間變率最小。

表3 哈密瓜1999—2019年發(fā)育期線性傾向率Table 3 Linear tendency rate of development period of Hami melon in 1999-2019

2.2.2 產(chǎn)量的變化特征

從圖4可以看出，近20年來，哈密瓜實際單產(chǎn)呈略微下降趨勢，每年減速為47.97 kg·hm?2，但變化趨勢不顯著。氣候產(chǎn)量為正值的年份有10年，6年為負(fù)值，平均值為?161.56 kg·hm?2，傾向率為1322.7 kg·(10 a)?2，氣候條件總體上有利于哈密瓜生產(chǎn)，但氣候產(chǎn)量多年來變化趨勢不顯著。

圖4 1999—2019年哈密瓜產(chǎn)量的年際變化趨勢Fig.4 Interannual variation trend of yield of Hami melon in1999-2019

2.3 氣候因子對哈密瓜生長和產(chǎn)量的影響

2.3.1 對哈密瓜發(fā)育期的影響

從表4可以看出，哈密瓜發(fā)育期受溫度的影響比較明顯。出苗期、伸蔓期的變化趨勢均與年平均氣溫、年平均地溫0 cm呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），氣溫高，哈密瓜生長前期的發(fā)育期會提前。有研究表明（司地克·買買提等，2015），年日照時數(shù)在3000 h以上有利于哈密瓜獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，哈密市近39年以來年平均日照時數(shù)為3334.1 h，光照條件完全滿足哈密瓜生長需要。同時年日照時數(shù)、年≥20 ℃積溫對成熟期變化趨勢存在顯著正影響（P＜0.05），熱量條件好，成熟期會推后。全生育期的變化趨勢與年平均氣溫、年平均地溫0 cm、年≥20 ℃積溫呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），氣溫越高，全生育期會延長。

表4 哈密瓜發(fā)育期與年氣候因子的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient between development period and annual climatic factors of Hami melon

哈密瓜生長季內(nèi)氣象因子對發(fā)育期的影響見表 5。哈密瓜屬喜溫作物，播種期最適宜發(fā)芽溫度為 28—30 ℃，苗期最適宜生長溫度為 25—30 ℃（司地克·買買提等，2015）。哈密市近 39年以來 4月下旬、5月各旬平均地溫5 cm在25.6—28.4 ℃之間，能夠滿足哈密瓜出苗生長溫度需求。從表 5可以看出，出苗期與4月、5月的平均氣溫均呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），溫度越高出苗越早，而伸蔓期僅與5月平均氣溫有顯著正相關(guān)（P＜0.05）。

到了哈密瓜座果期，溫度以 25—30 ℃最適宜（司地克·買買提等，2015），而哈密市近 39年以來6月、7月平均氣溫在25.3—27.2 ℃之間，非常適合哈密瓜座果及果實膨大生長。從表5也可以看出，6月氣象條件對座果期的影響最顯著，與平均氣溫、平均最高氣溫、平均地溫均存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），溫度高，座果期提前。成熟期與6月平均氣溫和日照時數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與7月平均氣溫呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。從播種到成熟，生長季內(nèi)平均氣溫對各發(fā)育期的影響最顯著。生長季內(nèi)各月平均氣溫呈增加趨勢，而播種至座果期與平均氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，就促使各發(fā)育期均表現(xiàn)出提前趨勢。

表5 哈密瓜發(fā)育期與生長季內(nèi)氣象因子的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficient between development period and climatic factors during growth stage of Hami melon

2.3.2 對哈密瓜產(chǎn)量的影響

分別統(tǒng)計分析了哈密瓜氣候產(chǎn)量與不同發(fā)育期時間段、旬、月、年尺度各氣候因子的相關(guān)性，結(jié)果表明（見表6），氣候產(chǎn)量與年平均最高氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）、與平均氣溫呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），年最高氣溫偏高會對哈密瓜氣候產(chǎn)量造成不利影響。各生長季中，僅6月和7月的部分氣象因素對哈密瓜氣候產(chǎn)量有顯著影響。氣候產(chǎn)量與6月、7月的平均最高氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，與6月、6月下旬、7月上旬平均氣溫以及6月、7月的日照時數(shù)均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），而與各發(fā)育期時間段內(nèi)氣候因子相關(guān)性不顯著；平均氣溫越高，日照時數(shù)越多，平均最高氣溫越低，越有利于哈密瓜氣候產(chǎn)量的形成。

表6 哈密瓜氣候產(chǎn)量與氣候因子的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficient between meteorological yield and climatic factors of Hami melon

3 討論

本研究分析了近20年來哈密瓜發(fā)育期的變化趨勢，從播種期到成熟期均有不同程度的提前，且全生育期呈不顯著延長趨勢，播種期和成熟期年際間變率最大。關(guān)于哈密瓜發(fā)育期變化特征的研究成果較少，不過這與蘋果（Grabs et al.，2011；劉璐等，2020）、板栗（Guo et al.，2013）、玉米（嚴(yán)華等，2020）、春小麥（Xiao et al.，2016；齊月等，2019）、水稻（侯雯嘉等，2015）、棉花（阿布都克日木·阿巴司等，2015）等其他作物發(fā)育期變化趨勢的研究結(jié)論比較一致，氣候變化背景下不同作物的發(fā)育期均有所提前，但全生育期的延長或縮短趨勢結(jié)論有差異。

部分研究基于＞10 ℃有效積溫、＜10 ℃天數(shù)、晝夜溫差、日照時數(shù)等熱量因子進(jìn)行了甜瓜種植適宜區(qū)劃分（蘇鵬等，2015），對比本研究中年尺度、月尺度氣候因子和哈密瓜發(fā)育期的相關(guān)分析結(jié)果，熱量條件中溫度對發(fā)育期的影響比較顯著，具有明顯的負(fù)相關(guān)。這也與蘋果（劉璐等，2020）、玉米（嚴(yán)華等，2020）、水稻（侯雯嘉等，2015）、棉花（阿布都克日木·阿巴司等，2015）等其他作物研究結(jié)論比較一致，但本研究發(fā)現(xiàn)了平均地溫、年≥20 ℃積溫變化對發(fā)育期的提前或推遲效應(yīng)，表明干旱區(qū)哈密瓜主產(chǎn)地應(yīng)重視地溫對哈密瓜發(fā)育期和生產(chǎn)的影響。

研究表明（吉春容等，2015），農(nóng)作物地膜覆蓋種植區(qū)域，氣溫和覆膜內(nèi)外地溫變化趨勢基本一致，氣溫對覆膜地溫變化具有較好的指示意義。本研究分析表明，哈密瓜全生長過程中，播種期和成熟期年際間變率最大。播種期的差異變化與年、4月平均氣溫均呈顯著負(fù)相關(guān)，溫度越高播種期會提前，而近40年來年平均氣溫、4月平均氣溫均呈上升趨勢，氣候變化促使播種期多年來均表現(xiàn)出提前趨勢。年日照時數(shù)、年≥20 ℃積溫越多，同時生長季內(nèi)7月平均氣溫越高，成熟期會推遲，而近40年來上述因子也均呈上升趨勢，成熟期表現(xiàn)出不顯著的推后，氣候變化促哈密瓜生長全生育期有所延長。

6月和7月的熱量條件對哈密瓜氣候產(chǎn)量的影響比較顯著。6月和7月是哈密瓜座果生長的關(guān)鍵時期，這一時段的氣象條件也成為影響哈密瓜產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因子。這一結(jié)論與部分成果（普宗朝等，2015；李景林等，2018）認(rèn)為6—8月平均氣溫日較差是影響哈密瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的主要氣候因子之一略有差異，可能原因在于本研究區(qū)域哈密瓜成熟采摘時間大部分是在7月底至8月初，產(chǎn)量形成對8月氣象條件的需求不敏感。氣候產(chǎn)量與年平均氣溫和6月、6月下旬、7月上旬平均氣溫以及6月、7月日照時數(shù)均呈顯著正相關(guān)，而近 40年來上述大部分因子均表現(xiàn)出上升趨勢，氣候變化有利于哈密瓜氣候產(chǎn)量的形成。氣候產(chǎn)量與年平均最高氣溫、6月和7月的平均最高氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，但近40年來 6月和 7月的平均最高氣溫也均呈顯著上升趨勢，二者不匹配，最高氣溫越高會對產(chǎn)量造成不利影響。

本研究主要分析了氣候要素對哈密瓜生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響，不過該研究區(qū)域?qū)儆诟材しN植、節(jié)水灌溉生產(chǎn)區(qū)，各項栽培措施也會在一定程度上影響哈密瓜生長全過程；同時，本文在進(jìn)行趨勢產(chǎn)量分析時未考慮栽培管理措施、品種更新演替等其他條件產(chǎn)生的差異，其影響程度有待于和氣候因子相結(jié)合建立生長模擬模型進(jìn)行深入研究。

4 結(jié)論

（1）近40年來（1981—2019），哈密市年平均氣溫和日照總體呈顯著上升趨勢，分別在 2007年和2003年發(fā)生了突變，年降水量、相對濕度的變化趨勢不明顯。哈密瓜生長季內(nèi)（4—8月），各月平均氣溫、平均地溫0 cm和5 cm增加趨勢顯著，月平均相對濕度無明顯變化；生長季前期4月、5月日照時數(shù)增加顯著，而降水量在生長季后期6—8月極顯著增加。

（2）近20年來（1999—2019），哈密瓜從播種期到座果期均表現(xiàn)出不同程度的提前趨勢，全生育期不顯著延長。哈密瓜發(fā)育期受溫度的影響比較明顯，年平均氣溫和平均地溫0 cm高，播種期、出苗期、伸蔓期提前，而年日照時數(shù)、年≥20 ℃積溫越多，成熟期顯著推遲。全生育期的變化與年平均氣溫、年平均地溫0 cm、年≥20 ℃積溫呈顯著正相關(guān)，氣溫越高，全生育期會延長。

（3）近20年來（1999—2019），哈密瓜的實際產(chǎn)量不顯著下降，氣候產(chǎn)量年變化波動大、變化趨勢不顯著。年平均氣溫、年平均最高氣溫對氣候產(chǎn)量影響顯著，各生長季中僅6月和7月的氣溫、日照時數(shù)對哈密瓜氣候產(chǎn)量有顯著影響。6月平均氣溫越高，6月和7月日照時數(shù)越多、平均最高氣溫越低，越有利于哈密瓜氣候產(chǎn)量的形成。