吉春容，穆彩芸，胡启瑞，王森，李锦虎，江远安

1.新疆兴农网信息中心/新疆维吾尔自治区农业气象台，新疆 乌鲁木齐 830002；2.哈密市气象局，新疆 哈密 839000；3.伽师县气象局，新疆 伽师 844300；4.新疆维吾尔自治区气象台，新疆 乌鲁木齐 830002

哈密瓜（CucumismeloL.）是新疆典型的地理标志产品，哈密、吐鲁番地区适宜的气候和水土条件，造就了哈密瓜的独特风味，使其成为各类瓜果中的佼佼者。然而新疆地形复杂，气候多变，近年来受全球气候变暖的影响，极端气候事件的发生频率和强度有所增加，制约了瓜果业的产量和品质（刘敬强等，2013；Fang et al.，2016；Tong et al.，2019）。气候变化将对农作物产量产生巨大影响（Tao et al.，2006；Yuan et al.，2011），研究分析气候变暖背景下哈密瓜生长发育的差异变化对于实际生产具有指导意义。已有研究结果表明，光热气候条件是影响哈密瓜和伽师瓜生产的关键因素（王健等，2006；普宗朝等，2015），其中日平均气温稳定≥15 ℃日数是决定不同熟型哈密瓜能否种植的基本气候因子，≥20 ℃光温指数和 6—8月平均气温日较差是影响哈密瓜优质、高产的主要气候因子（马克奇等，2001；李景林等，2018）。也有研究表明（司地克·买买提等，2015），强光照和长日照时数对植株生长十分有利，并有利于果实膨大期的高糖分的积累，年日照时数在 3000 h以上可获得优质高产。生长期的降水量和大降水日数是影响哈密瓜年景的主要因素（王建刚等，2014）。光照、温度、水肥这些外界环境条件对外观品质都有影响，但以光照的影响最大（耿新丽等，2014）。空气湿度和降水量是哈密瓜传染性病害大面积发生的诱因之一，严重时引起成熟期裂果现象（金玉华，2008）。而在全球变暖背景下，1961—2010年新疆气温总体呈显著的升高趋势，热量资源明显增多，水资源条件有所改善，但日照时数略有减少；研究认为气候变化对新疆特色林果的种植总体较有利（李景林等，2013；刘敬强等，2013）。目前对哈密瓜的研究成果主要集中在品种引进（沈其云等，2020）、栽培管理（李婷等，2016；赵京奇等，2016）、贮藏方式（房世杰等，2019）对哈密瓜生长发育及品质的影响，那么在当前气候变化背景下，哈密瓜的生长种植对气候变化如何响应，气象条件的差异对各关键生长发育期是否有影响，均需要进一步深入研究。以哈密中晚熟品种种植地区为研究对象，在分析气候变化特征的基础上，探讨哈密瓜各生长发育期、各发育期内气象条件的差异变化以及二者的相关关系，旨在阐明影响哈密瓜发育期的关键气象因子，为科学指导哈密瓜田间管理、合理防灾减灾提供理论依据。

1 材料与方法

选择新疆哈密瓜主产地哈密市（93°25′E，42°34′N，海拔高度549 m）为研究区域，哈密瓜种植品种为中熟品种。

气候要素数据选取 1981—2019年不同时段的平均气温、最高最低气温、降水量、日照时数等，并计算不同界限温度积温，数据来源于新疆气象信息中心。将逐年发育期日期转化为距当年1月1日的实际天数，即日序数，得到发育期的时间序列；1999—2019年发育期数据来源于农业气象观测数据和新疆农业科学院。1999—2019年种植面积和产量数据来源于新疆统计年鉴（新疆维吾尔自治区统计局，2000—2020）。

采用线性回归法分析发育期、产量的年际变化趋势及其与各气候因子的相关性（Liu et al.，2019；刘璐等，2020），数据时段为1999—2019年；考虑到研究区域为地膜覆盖、节水灌溉种植区，因此未分析降水对发育期、产量的影响以及气温变化对播种期的影响。通过M-K突变检验方法进行气候要素变化趋势检验（戚颖等，2019）。哈密瓜的气候产量等于实际产量减去趋势产量，采用5年滑动平均值方法模拟趋势产量（房世波，2011）。利用Excel 2010和SPSS 16.0软件进行数据处理分析。

2 结果与分析

2.1 哈密瓜生长干旱区气候变化特征

2.1.1 气候因子的年际变化

哈密市 1981—2019年多年平均气温为10.4 ℃，年平均地温为13.4 ℃，年降水量43.2 mm，年平均相对湿度44.3%，年日照时数3 334.1 h。近39年来，年平均气温、年降水量、年平均地温0 cm、年日照时数总体呈上升趋势，年平均相对湿度呈下降趋势（图1）。

图1 1981—2019年气候因子年际变化趋势Fig.1 Interannual variation trend of climatic factors in 1981-2019

各气候要素的变化速率以平均气温、平均地温0 cm和 5 cm、年最高气温、日照时数趋势显著（P＜0.05），而降水量、相对湿度的变化趋势均不显著（表1）。气温变化较显著，39年上升了1.2 ℃，平均地温0 cm提高了2.5 ℃，日照时数增加了185.6 h。

表1 哈密市1981—2019年气候因子变化趋势Table 1 Change trend of climatic factors from1981 to 2019 in Hami

利用M-K突变检验法计算各气象要素正序列曲线（UF）、反序列曲线（UB），分析了各气候要素是否发生突变及其突变发生时间。若UF和UB出现交叉点，且交叉点位于信度线之间，这点对应的时间点便是突变开始的时刻。本文采用通过95%的显著性检验，信度线为U0.05=±1.96。对温度、降水、日照时数突变检验结果表明（图2），UF与UB两线温度在2007年、日照时数在2003年分别相交于信度线之间。结合滑动t检验温度、日照时数均通过显著性检验，说明气温、日照时数分别在2007年和 2003年发生了突变，气温以 0.31 ℃·(10 a)−1显著增加，日照以47.58 h·(10 a)−1显著增加。降水量M-K趋势检验UF与UB两线在а=0.05显著性水平临界线内有多个交点，说明降水在 1981—2019年期间未呈现出显著性变化趋势。

图2 1981—2019年气候因子M-K检验Fig.2 Total M-K test of climatic factors in1981-2019

2.1.2 气候因子的生长季变化

哈密瓜平均播种期是4月下旬，7月下旬至8月上旬成熟，其生长季为4下旬至8月上旬。从表2可以看出，1981—2019年哈密瓜生长季内月气温、降水、地温、日照时数均呈上升趋势。气温方面，除5月外其他各月平均气温上升趋势均达到极显著水平（P＜0.01），4—8月升温变化幅度为 0.46—0.89 ℃·(10 a)−1。6月和7月的平均最高气温、最低气温也均呈显著上升趋势（P＜0.05）。哈密瓜生长季后期 6—8月降水量增加的变化趋势极显著（P＜0.01），而日照时数在生长季前期4月、5月增加显著（P＜0.05）。全生长季内，月平均相对湿度的变化除5月外其他各月降低趋势均未通过显著性检验，而平均地温0 cm和5 cm均呈极显著上升趋势（P＜0.01）。

表2 1981—2019年哈密瓜生长季各气候因子的线性倾向率Table 2 Linear tendency rates of climatic factors during growth season of Hami melon in 1981-2019

2.2 哈密瓜的生长发育变化

2.2.1 发育期的变化特征

从发育期的差异变化看，哈密瓜全生育期（从播种至成熟的总持续时间）平均95 d。近20年来（1999—2019年），2000、2012、2015年全生育期日数分别少于平均值8、10、7 d，2004、2006、2014、2017年分别多于平均值5、8、8、5 d，其他年份均接近平均值。

从图3可以看出，近20年来（1999—2019年），发育期距平波动变化比较明显的是播种期、成熟期。哈密瓜播种期在4月21日—5月11日之间变化，平均播种期为4月27日，以2000年（5月11日）、2012年（5月4日）明显晚于平均播种期。

图3 1999—2019年哈密瓜发育期的年际变化趋势Fig.3 Interannual variation trend of development period of Hami melon in1999-2019

哈密瓜平均成熟期为7月31日，变为范围为7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。

不同年份间，2000、2017、2019年的距平变化趋势比较一致。2000年各发育期均晚于平均发育期，2017年和2019年各发育期均早于平均发育期。

从年际间趋势分析结果看，哈密瓜从播种期到座果期均表现出不同程度的提前趋势（表3），提前幅度为 1.25—3.06 d·(10 a)−1。播种期、伸蔓期、座果期提前趋势显著（P＜0.05），出苗期和成熟期变化趋势不显著。全生育期有所延长，但变化趋势不显著。各发育期年际间变率在2.6—4.3 d，播种期和成熟期年际间变率最大，座果期年际间变率最小。

表3 哈密瓜1999—2019年发育期线性倾向率Table 3 Linear tendency rate of development period of Hami melon in 1999-2019

2.2.2 产量的变化特征

从图4可以看出，近20年来，哈密瓜实际单产呈略微下降趋势，每年减速为47.97 kg·hm−2，但变化趋势不显著。气候产量为正值的年份有10年，6年为负值，平均值为−161.56 kg·hm−2，倾向率为1322.7 kg·(10 a)−2，气候条件总体上有利于哈密瓜生产，但气候产量多年来变化趋势不显著。

图4 1999—2019年哈密瓜产量的年际变化趋势Fig.4 Interannual variation trend of yield of Hami melon in1999-2019

2.3 气候因子对哈密瓜生长和产量的影响

2.3.1 对哈密瓜发育期的影响

从表4可以看出，哈密瓜发育期受温度的影响比较明显。出苗期、伸蔓期的变化趋势均与年平均气温、年平均地温0 cm呈显著负相关（P＜0.05），气温高，哈密瓜生长前期的发育期会提前。有研究表明（司地克·买买提等，2015），年日照时数在3000 h以上有利于哈密瓜获得优质高产，哈密市近39年以来年平均日照时数为3334.1 h，光照条件完全满足哈密瓜生长需要。同时年日照时数、年≥20 ℃积温对成熟期变化趋势存在显著正影响（P＜0.05），热量条件好，成熟期会推后。全生育期的变化趋势与年平均气温、年平均地温0 cm、年≥20 ℃积温呈显著正相关（P＜0.05），气温越高，全生育期会延长。

表4 哈密瓜发育期与年气候因子的相关系数Table 4 Correlation coefficient between development period and annual climatic factors of Hami melon

哈密瓜生长季内气象因子对发育期的影响见表 5。哈密瓜属喜温作物，播种期最适宜发芽温度为 28—30 ℃，苗期最适宜生长温度为 25—30 ℃（司地克·买买提等，2015）。哈密市近 39年以来 4月下旬、5月各旬平均地温5 cm在25.6—28.4 ℃之间，能够满足哈密瓜出苗生长温度需求。从表 5可以看出，出苗期与4月、5月的平均气温均呈显著负相关（P＜0.05），温度越高出苗越早，而伸蔓期仅与5月平均气温有显著正相关（P＜0.05）。

到了哈密瓜座果期，温度以 25—30 ℃最适宜（司地克·买买提等，2015），而哈密市近 39年以来6月、7月平均气温在25.3—27.2 ℃之间，非常适合哈密瓜座果及果实膨大生长。从表5也可以看出，6月气象条件对座果期的影响最显著，与平均气温、平均最高气温、平均地温均存在显著负相关关系（P＜0.05），温度高，座果期提前。成熟期与6月平均气温和日照时数呈显著负相关（P＜0.05），与7月平均气温呈显著正相关（P＜0.05）。从播种到成熟，生长季内平均气温对各发育期的影响最显著。生长季内各月平均气温呈增加趋势，而播种至座果期与平均气温呈显著负相关关系，就促使各发育期均表现出提前趋势。

表5 哈密瓜发育期与生长季内气象因子的相关系数Table 5 Correlation coefficient between development period and climatic factors during growth stage of Hami melon

2.3.2 对哈密瓜产量的影响

分别统计分析了哈密瓜气候产量与不同发育期时间段、旬、月、年尺度各气候因子的相关性，结果表明（见表6），气候产量与年平均最高气温呈显著负相关（P＜0.05）、与平均气温呈显著正相关（P＜0.05），年最高气温偏高会对哈密瓜气候产量造成不利影响。各生长季中，仅6月和7月的部分气象因素对哈密瓜气候产量有显著影响。气候产量与6月、7月的平均最高气温呈显著负相关，与6月、6月下旬、7月上旬平均气温以及6月、7月的日照时数均呈显著正相关（P＜0.05），而与各发育期时间段内气候因子相关性不显著；平均气温越高，日照时数越多，平均最高气温越低，越有利于哈密瓜气候产量的形成。

表6 哈密瓜气候产量与气候因子的相关系数Table 6 Correlation coefficient between meteorological yield and climatic factors of Hami melon

3 讨论

本研究分析了近20年来哈密瓜发育期的变化趋势，从播种期到成熟期均有不同程度的提前，且全生育期呈不显著延长趋势，播种期和成熟期年际间变率最大。关于哈密瓜发育期变化特征的研究成果较少，不过这与苹果（Grabs et al.，2011；刘璐等，2020）、板栗（Guo et al.，2013）、玉米（严华等，2020）、春小麦（Xiao et al.，2016；齐月等，2019）、水稻（侯雯嘉等，2015）、棉花（阿布都克日木·阿巴司等，2015）等其他作物发育期变化趋势的研究结论比较一致，气候变化背景下不同作物的发育期均有所提前，但全生育期的延长或缩短趋势结论有差异。

部分研究基于＞10 ℃有效积温、＜10 ℃天数、昼夜温差、日照时数等热量因子进行了甜瓜种植适宜区划分（苏鹏等，2015），对比本研究中年尺度、月尺度气候因子和哈密瓜发育期的相关分析结果，热量条件中温度对发育期的影响比较显著，具有明显的负相关。这也与苹果（刘璐等，2020）、玉米（严华等，2020）、水稻（侯雯嘉等，2015）、棉花（阿布都克日木·阿巴司等，2015）等其他作物研究结论比较一致，但本研究发现了平均地温、年≥20 ℃积温变化对发育期的提前或推迟效应，表明干旱区哈密瓜主产地应重视地温对哈密瓜发育期和生产的影响。

研究表明（吉春容等，2015），农作物地膜覆盖种植区域，气温和覆膜内外地温变化趋势基本一致，气温对覆膜地温变化具有较好的指示意义。本研究分析表明，哈密瓜全生长过程中，播种期和成熟期年际间变率最大。播种期的差异变化与年、4月平均气温均呈显著负相关，温度越高播种期会提前，而近40年来年平均气温、4月平均气温均呈上升趋势，气候变化促使播种期多年来均表现出提前趋势。年日照时数、年≥20 ℃积温越多，同时生长季内7月平均气温越高，成熟期会推迟，而近40年来上述因子也均呈上升趋势，成熟期表现出不显著的推后，气候变化促哈密瓜生长全生育期有所延长。

6月和7月的热量条件对哈密瓜气候产量的影响比较显著。6月和7月是哈密瓜座果生长的关键时期，这一时段的气象条件也成为影响哈密瓜产量形成的关键因子。这一结论与部分成果（普宗朝等，2015；李景林等，2018）认为6—8月平均气温日较差是影响哈密瓜优质高产的主要气候因子之一略有差异，可能原因在于本研究区域哈密瓜成熟采摘时间大部分是在7月底至8月初，产量形成对8月气象条件的需求不敏感。气候产量与年平均气温和6月、6月下旬、7月上旬平均气温以及6月、7月日照时数均呈显著正相关，而近 40年来上述大部分因子均表现出上升趋势，气候变化有利于哈密瓜气候产量的形成。气候产量与年平均最高气温、6月和7月的平均最高气温呈显著负相关，但近40年来 6月和 7月的平均最高气温也均呈显著上升趋势，二者不匹配，最高气温越高会对产量造成不利影响。

本研究主要分析了气候要素对哈密瓜生长发育和产量的影响，不过该研究区域属于覆膜种植、节水灌溉生产区，各项栽培措施也会在一定程度上影响哈密瓜生长全过程；同时，本文在进行趋势产量分析时未考虑栽培管理措施、品种更新演替等其他条件产生的差异，其影响程度有待于和气候因子相结合建立生长模拟模型进行深入研究。

4 结论

（1）近40年来（1981—2019），哈密市年平均气温和日照总体呈显著上升趋势，分别在 2007年和2003年发生了突变，年降水量、相对湿度的变化趋势不明显。哈密瓜生长季内（4—8月），各月平均气温、平均地温0 cm和5 cm增加趋势显著，月平均相对湿度无明显变化；生长季前期4月、5月日照时数增加显著，而降水量在生长季后期6—8月极显著增加。

（2）近20年来（1999—2019），哈密瓜从播种期到座果期均表现出不同程度的提前趋势，全生育期不显著延长。哈密瓜发育期受温度的影响比较明显，年平均气温和平均地温0 cm高，播种期、出苗期、伸蔓期提前，而年日照时数、年≥20 ℃积温越多，成熟期显著推迟。全生育期的变化与年平均气温、年平均地温0 cm、年≥20 ℃积温呈显著正相关，气温越高，全生育期会延长。

（3）近20年来（1999—2019），哈密瓜的实际产量不显著下降，气候产量年变化波动大、变化趋势不显著。年平均气温、年平均最高气温对气候产量影响显著，各生长季中仅6月和7月的气温、日照时数对哈密瓜气候产量有显著影响。6月平均气温越高，6月和7月日照时数越多、平均最高气温越低，越有利于哈密瓜气候产量的形成。