棉花作为重要的经济作物之一，其生产不仅保障了纺织工业的基础供给，更串联起种植、加工和制造等关键环节，对推动农业发展具有重要作用。其物候期的变化直接影响其生产周期与产量形成。研究表明，不同地区的棉花物候期在近几十年发生了显著变化。例如，郭燕云等[1]研究表明，1980—2019年新疆棉区棉花出苗期、现蕾期、开花期提前，而吐絮期推迟；王占彪等[2]研究指出，1981—2010年河北棉花播种期、出苗期、现蕾期、开花期、吐絮期呈提前趋势，而收获期延后；彭维英等[3]分析指出，1960—2009年陕西棉花出苗至收获期均呈提前趋势；1994—2013年湖北襄阳棉花播种期与现蕾期呈延迟趋势，江陵棉花吐絮期则明显提前[4]。
阿拉尔垦区作为南疆地区重要的棉花生产基地之一，属于典型的极端大陆性干旱气候区。棉花物候期变化研究对有效应对气候变化、优化种植制度、提高棉花产量与品质等具有重要的理论与实践意义。基于此，本研究利用线性回归分析等方法，分析2005—2024年该地区棉花物候期变化特征，探究气候变化对棉花物候期的影响，为农业生产提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区基本情况
1.2 数据来源
本研究所有数据来源于阿拉尔国家基本气象站，选用2005—2024年棉花各物候期实测气象数据资料。包括播种期、出苗期、现蕾期、开花期、裂铃期、吐絮期、停止生长期等多个物候期[7]。为确保数据的科学性和准确性，所有数据均已经过人工筛选。
1.3 研究方法
为明确棉花各物候期变化，通常将物候期时间转换为天数，将4月1日记为1，4月2日记为2，依次往后计算棉花各物候期对应的天数。基于各物候期统计数据，采用线性回归分析、累积距平分析[8]等方法分析2005—2024年阿拉尔垦区棉花物候期变化特征。
1.3.1 线性回归分析
利用线性回归分析法分析棉花物候期的变化趋势，选择时间t为自变量，各物候期为因变量，构建线性回归方程，如式（1） 。
式中， 为第 棉花物候期， 和b分别代表回归系数与常数， 为对应的时间， 为 对应的时间序列。当 时， 随 的变化呈上升趋势；相反，则 随 的变化呈下降趋势。 值越大代表 的变化趋势越明显。 0为物候期的变化倾向率。
1.3.2 距平和累积距平分析
利用距平法与累积距平法分析棉花物候期过程变化。距平法可直观体现物候期的变化趋势及程度；累积距平可借助曲线直观判断棉花物候期的变化趋势。具体计算如式（2 ）～（3 ）。
=1, 2, 3, ..., n
式中， 为棉花物候期距平； 为第 年棉花物候期； 为与 相对应的棉花物候期的平均值； 为第 年棉花物候期累积距平值。当 >0时，表明棉花物候期推迟； ＜0时，表示物候期提前。
1.4 数据处理
利用Excel软件对数据进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 棉花物候期总日数变化特征
根据棉花各物候期实测气象数据资料统计，由表1可知，2005—2024年研究区棉花播种至成熟日数平均值为189.7 d，年际间差异明显，其中2006年棉花物候期最长，达201 d；2012年、2022年与2023年棉花物候期最短，为180 d，相差21 d。研究区棉花播种至成熟期的总日数距平正负交替变化明显，整体呈提前趋势，倾向率为-1.865 d/10 a。在累积距平上，棉花物候期总日数整体呈先升后降的趋势，在2019年达到峰值，表明这期间的棉花物候期总体呈推迟趋势；2019—2024年下降明显，表明后期棉花物候期逐渐提前，到2024年累积距平值为0。
表1 2005—2024年研究区棉花物候期总日数变化趋势 |
| 年份 | 生育期总日数/d | 距平值 | 累积距平值 |
|---|---|---|---|
| 2005 | 187 | -2.7 | -2.7 |
| 2006 | 201 | 11.3 | 8.6 |
| 2007 | 186 | -3.7 | 4.9 |
| 2008 | 189 | -0.7 | 4.2 |
| 2009 | 183 | -6.7 | -2.5 |
| 2010 | 198 | 8.3 | 5.8 |
| 2011 | 188 | -1.7 | 4.1 |
| 2012 | 180 | -9.7 | -5.6 |
| 2013 | 191 | 1.3 | -4.3 |
| 2014 | 181 | -8.7 | -13 |
| 2015 | 200 | 10.3 | -2.7 |
| 2016 | 200 | 10.3 | 7.6 |
| 2017 | 200 | 10.3 | 17.9 |
| 2018 | 194 | 4.3 | 22.2 |
| 2019 | 191 | 1.3 | 23.5 |
| 2020 | 188 | -1.7 | 21.8 |
| 2021 | 189 | -0.7 | 21.1 |
| 2022 | 180 | -9.7 | 11.4 |
| 2023 | 180 | -9.7 | 1.7 |
| 2024 | 188 | -1.7 | 0 |
2.2 棉花各物候期年内及年际变化特征
根据棉花各物候期实测气象数据资料统计，由表2可知，棉花物候期主要集中在4—11月，其中播种期集中于4月，出苗期在4—5月，现蕾期为5月下旬至6月上旬，开花期为6月中旬至7月上旬，裂铃期为8月中旬至9月中旬，吐絮期出现在8月下旬至9月中旬，并于10月上旬至11月上旬停止生长，其季节性规律显著。研究区棉花各物候期的极差较小，以出苗期极差最大，为45 d，现蕾期极差最小，为17 d，表明棉花出苗期受外界因素影响波动显著，而现蕾期相对稳定。在各棉花物候期的年际变化上，除现蕾期呈推迟趋势外，其他物候期均呈不同程度的提前趋势，其中以吐絮期提前幅度最大，每10 a提前7.060 d；裂铃期次之，每10 a提前5.977 d，而开花期提前幅度最少，每10 a提前2.256 d。
表2 2005—2024年阿拉尔垦区棉花各物候期年内及年际变化分布特征 |
| 特征值 | 播种期 | 出苗期 | 现蕾期 | 开花期 | 裂铃期 | 吐絮期 | 停止生长期 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 最早值（月-日） | 04-03 | 04-15 | 05-22 | 06-17 | 08-16 | 08-20 | 10-08 |
| 最晚值（月-日） | 04-27 | 05-30 | 06-08 | 07-08 | 09-12 | 09-18 | 11-01 |
| 极差/d | 24 | 45 | 17 | 21 | 27 | 29 | 23 |
| 倾向率/（d/10 a） | -2.278 | -2.767 | 1.383 | -2.256 | -5.977 | -7.060 | -4.143 |
2.3 棉花各物候期距平与累积距平变化特征
由图1可知，2005—2024年研究区棉花播种期与出苗期距平值与累积距平值变化趋势基本一致，其正距平年份分别占总年份的50%、60%。2005—2011年上升幅度明显，这一时段棉花播种期与出苗期的距平值多为正值且累积距平曲线呈上升趋势，表明这一阶段播种期与出苗期呈推迟趋势；2011—2021年距平值多为负值，累积距平下降，表明这一时段棉花播种期与出苗期相对提前；2022年后，距平值以正值为主，表明这一时期棉花播种期与出苗期整体呈推迟趋势。
棉花现蕾期与开花期的正距平年份分别占总年份的40%、45%。棉花现蕾期与开花期距平与累积距平的呈波动变化。棉花裂铃期与吐絮期距平值与累积距平值变化趋势基本一致，其正距平年份分别占总年份的55%、45%。2005—2014年棉花裂铃期与吐絮期距平值多为正值，累积距平持续上升，表明这一阶段裂铃期与吐絮期呈推迟趋势，且推迟的累积效果不断增强；2015—2024年棉花裂铃期与吐絮期距平值多为负值，累积距平大幅下降，表明后期裂铃期与吐絮期明显提前，前期推迟的累积效果被逐步抵消。
棉花停止生长期的正距平年份占总年份的45%，2005—2011年棉花停止生长期距平值正负交替变化明显；2012—2014年负距平值较大，累积距平曲线明显下降；2015—2020年距平值相对较小且正负交替，累积距平曲线缓慢上升；2021—2024年又出现连续负距平值且绝对值增大，而累积距平曲线大幅下降。由此可见棉花停止生长期在不同年份呈“高—低—高—低”的动态变化，整体呈提前趋势。
3 结论
本研究利用研究区2005—2024年棉花各物候期实测气象数据资料，分析了该时期的棉花物候期变化特征，发现2005—2024年研究区棉花物候期总日数整体以-1.865 d/10 a的速率呈提前趋势。除现蕾期外，棉花其他物候期均呈不同程度的提前趋势，以吐絮期提前幅度最大，裂铃期次之。此外，在研究时段内研究区棉花物候期动态变化较为显著，其中棉花播种期与出苗期距平值与累积距平值变化趋势基本一致，呈“高—低—高”的过程变化，整体呈推迟趋势；棉花现蕾期与开花期呈动态变化趋势；在2005—2014年裂铃期与吐絮期相对平均时间推迟，且推迟的累积效果不断增强；而2015—2024年明显提前，且推迟的累积效果被逐步抵消，整体呈提前趋势；棉花停止生长期在不同阶段呈“高—低—高—低”的动态变化，总体呈提前趋势。基于此，田间管理者应紧密结合当地棉花物候期及气候要素现状，因地制宜、因时制宜，通过强化播种管理、田间水肥管理、严格病虫害防治等措施，助力棉花产业实现高质量、健康发展。