气候变化下播期优化通过水热资源协同调控提升棉花产量的机制研究

为解决全球干旱威胁棉花供应及资源利用效率低下的问题，研究人员开展多播期条件下水热资源利用效率(WUE/PEsoil)与棉花产量形成关系研究。通过两年田间试验结合多源传感器监测，发现早播(S1-S2)能同步关键生育期与适宜水热条件，使种子棉产量提升178%，水利用效率(WUE)提高83.5%。该研究为气候智慧型棉花生产提供了精准播期调控策略。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，棉花生产正面临前所未有的挑战。干旱已威胁到全球70%的棉花供应，而极端高温和降雨不均等问题进一步加剧了资源利用效率低下和产量不稳定的困境。作为重要的经济作物和纺织原料，棉花的稳定生产关乎全球产业链安全。然而，现有研究多聚焦单一环境因子对棉花生长的影响，缺乏对水热资源协同利用机制的解析，更鲜见基于动态气候条件的播期优化研究。这一知识空白严重制约了气候变化适应策略的制定。

中国农业科学院棉花研究所的研究团队在《Agricultural Water Management》发表的研究，通过创新性地整合多源传感器网络与时空网格监测技术，揭示了播期调控下棉花水热资源利用效率与产量形成的耦合机制。研究团队在2023-2024年设置了6个播期处理(S1-S6)，采用5×6空间网格布设传感器实时监测光合有效辐射(PAR)、土壤含水量(VSWC)和冠层温度，结合Simpson 3/8规则计算水分消耗(WC)，并运用高斯模型分析生物量积累动态。

研究结果部分，3.1章节显示2023年夏季峰值温度超40°C，而2024年降雨分布更均匀但总量减少。3.2章节发现晚播(S6)在开花结铃期水分消耗达700mm，但水分利用效率(WUE)显著低于早播。3.3章节数据显示早播(S4)在2023年使种子棉产量提升178%，而2024年晚播导致产量下降39%。3.4章节通过非线性模型揭示早播生物量与水分消耗的R²达0.942。3.5章节显示早播叶面积指数(LAI)峰值提前且更稳定。3.6章节证实早播WUE与产量相关性最强(R²=0.835)。3.7章节通过主成分分析(PCA)验证早播能提升72.6%的资源耦合效率。

讨论部分深入剖析了机制：早播通过同步开花期与雨季(4.1章节)，将水分消耗集中在关键生育阶段(4.2章节)，使单铃重增加2%(4.3章节)。多源传感器网络捕获到早播冠层温度降低1°C(4.4章节)，促进光合产物向生殖器官分配(4.5章节)。研究创新性地量化了PE_soil与WP_c的协同效应(4.6章节)，发现早播使土壤有效积温利用率提升85.86%(4.7章节)。

该研究首次将时空网格监测技术与资源耦合分析相结合，建立了"播期-水热同步-产量形成"的理论框架。提出的动态播期决策模型，可帮助农民在降雨减少10%的情况下仍维持产量稳定。研究成果为发展气候智慧型农业提供了关键技术支撑，对保障全球棉花产业可持续发展具有重要战略意义。未来研究可结合气候预测模型，进一步优化区域适应性管理策略。