沙漠增温效应影响棉花黄萎病发病率

2019-2021年棉花生育期内，古尔班通古特沙漠和绿洲之间存在显著的昼夜温差（图2）：在夜间，沙漠平均陆表温度（LST）比绿洲高约2℃，而在白天，比绿洲高约13℃。这种显著的温差将引起局部环流，导致气流将热量从广阔的沙漠传递到绿洲，为绿洲提供额外的热量，而水蒸气则从绿洲传递到地表附近的沙漠。

沙漠-绿洲这种相互作用导致沙漠对绿洲有一定的增温效应（即沙漠增温效应）。随着与沙漠距离的增加，棉田平均气温（TMP）从靠近沙漠的26.5℃快速下降，到距离沙漠约16km后逐渐趋于平稳。因此，本研究定义距古尔班通古特沙漠约16km范围内的棉田区域为受沙漠增温效应影响大的区域（即沙漠增温足迹，WEDOF）。

研究团队分析发现：WEDOF 内的棉田平均气温较高，棉花黄萎病发病率总体低于WEDOF 外的棉田；而随着棉田距古尔班通古特沙漠的距离增加，棉花黄萎病发病率呈现先上升后缓降，发病高峰出现在距离沙漠约35 km的棉区。

棉花黄萎病空间分布格局的调控机制

为阐明棉花黄萎病空间分布格局的调控机制，研究团队以2019-2021年棉花平均黄萎病率为阈值，判断黄萎病的发生是否被抑制。同时，利用棉花平均黄萎病率与反映水热条件的地理环境变量：平均气温、降水量、海拔和土壤湿度之间的响应模型，确定地理环境变量是否抑制棉花黄萎病发生的阈值。

• 平均气温：随着棉田距离沙漠的增加，黄萎病率逐渐从被抑制的低水平转变至适宜的高水平（图3）。距离增至约35km之后，黄萎病率逐渐降低至接近总体平均水平（图3a）。棉田平均气温对黄萎病的抑制-适宜调控模式与黄萎病率的梯度变化模式相对一致，平均气温与黄萎病率在各年份均保持显著的响应关系（图4a）。

  
  

• 海拔：随着海拔的增高，从抑制过渡到越来越有利于发生黄萎病，在距离沙漠约48km达到峰值后，其对黄萎病的适宜性降低（图3a和d），然而海拔与黄萎病率在各年份没有稳定的显著响应关系（图4c）。

  
  

• 降水量、土壤湿度：尽管降水量、土壤湿度已被证明是影响棉花黄萎病爆发的重要因素，然而，研究区降水量对棉花黄萎病的抑制-适宜调控模式在3年内没有表现出一致的梯度变化模式（图3a和c），这种不一致可能归因于降水量的空间随机性；而由于研究区棉田采用地下滴灌系统进行定期灌溉，人为降低土壤湿度沿沙漠-绿洲梯度的空间异质性，导致土壤湿度对棉花黄萎病的抑制-适宜调控模式与黄萎病率的梯度变化模式也不一致（图3a和e）。

  
  

该研究表明，对于沙漠-绿洲农业生态系统，沙漠增温作为一种特殊的地理现象，可以通过升高周围绿洲的棉田平均气温，来调控气温沿沙漠-绿洲梯度的地带性分布，从而主导棉花黄萎病的空间分布格局，而降水量与土壤湿度并未起到明显的调控作用（图3、4）。

该项研究显著增强了对独特的绿洲灌溉农业生态系统中棉花黄萎病时空分布格局的理解，可指导未来利用遥感数据，进一步监测和量化地理环境因素与棉花黄萎病严重程度时空分布模式之间的综合响应机制，从而促进大区域棉花黄萎病的准确监测评估与统防统治。

研究成果以“Warming effect of the desert regulates spatio-temporal distribution of cotton Verticillium wilt for the oasis agriculture ecosystem”为题，发表于农林科学领域TOP期刊《Industrial Crops and Products》。空天院硕士生桂尧辉为第一作者，中国科学院青促会优秀会员、空天院研究员黄长平为通讯作者，空天院研究员黄文江、张立福，博士后汪锦，博士研究生周峻如，地理所助理研究员康孝岩，石河子大学教授吕新、张泽等参与研究。

研究工作得到中国科学院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目、国家自然科学基金、新疆兵团科技项目、中国科学院青年创新促进会优秀会员等项目资助。