新疆棉花“矮、密、早”栽培歷史、現(xiàn)狀和展望

婁善偉，董合忠，田曉莉，田立文

新疆棉花“矮、密、早”栽培歷史、現(xiàn)狀和展望

婁善偉1，3，董合忠2，田曉莉3，田立文1

1新疆農(nóng)業(yè)科學院/國家棉花工程技術研究中心，烏魯木齊 830091；2山東棉花研究中心，濟南 2501003；3中國農(nóng)業(yè)大學，北京 100193

新疆棉區(qū)通過多年研究和實踐，于1994年前后形成基于合理密植、植株矮化、早發(fā)早熟的棉花“矮、密、早”栽培模式。該模式以促早發(fā)早熟為主攻目標，充分利用地膜覆蓋、膜下滴灌、化學調控，以及機械化、信息化等技術手段，并與配套棉花品種結合，通過密植矮化促早管理，促進生長發(fā)育與光能利用同步，協(xié)調個體與群體矛盾；用群體效應增源、擴庫，提高有效光合面積和光合生產(chǎn)能力；克服了春季低溫、秋季降溫快等不利環(huán)境影響。“矮、密、早”栽培模式實現(xiàn)了棉花早發(fā)早熟、高產(chǎn)優(yōu)質，使新疆皮棉產(chǎn)量由1981年的511.5 kg·hm-2提高到1994年的1 200.0 kg·hm-2，并于2019年達到1 966.5 kg·hm-2，年均增產(chǎn)7.2%以上，為中國和世界探尋高產(chǎn)栽培模式提供了典范。本文對“矮、密、早”栽培模式演進過程作了回顧，重點論述了該模式的技術內(nèi)容和高產(chǎn)機理，并對該模式的發(fā)展作了展望，以期為今后棉花栽培模式的不斷創(chuàng)新提供參考。

新疆；棉花；矮密早模式；高產(chǎn)機理；栽培技術

新疆植棉歷史悠久，是我國最早引進和種植棉花的區(qū)域之一，早在公元635年就有植棉記載，但植棉水平并不高，1980年以前皮棉水平僅維持在450 kg·hm-2左右[1]。自20世紀80年代開始，我國各省相繼展開不同種植方式的嘗試[2]，新疆經(jīng)歷一系列探索與實踐，探尋了光溫水肥優(yōu)化利用、棉花個體與群體協(xié)調、病蟲害防治以及化學調控與機械配套等技術途徑，研發(fā)了相關技術措施，逐漸形成鮮明區(qū)域特色的“矮、密、早”種植模式[3]。通過“矮、密、早”種植模式，結合品種改良，新疆成功使大面積皮棉單產(chǎn)提高到2 000 kg·hm-2以上，達到世界先進水平。2019年，新疆植棉面積254.1×104hm2，占到全國植棉總面積的76.1%，約占世界植棉面積的8.3%，產(chǎn)量500.2萬t，占我國總產(chǎn)的84.9%，世界棉花總產(chǎn)的19.0%，超過世界第三大產(chǎn)棉國美國，成為影響世界棉花產(chǎn)量格局的重要地區(qū)[4]，而“矮、密、早”種植模式也成為中國乃至世界棉花生產(chǎn)應用模式的重要典范。如今，種子包衣、精量播種[5]、寬膜覆蓋[6]、膜下滴灌[7]、測土配方[8]、精量水肥、精準化控、全程植保[9]、機械采收[10]等技術已被廣泛應用，全面提升了現(xiàn)代化植棉水平，使新疆棉花單產(chǎn)不斷提高，多項技術達到世界領先水平。但隨著新疆棉區(qū)機械化的大面積應用，棉花種植模式正在發(fā)生變革，規(guī)模化、信息化、智能化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式初現(xiàn)雛形，棉花生產(chǎn)從傳統(tǒng)勞動密集型向輕簡節(jié)本提質增效型綠色農(nóng)業(yè)方向發(fā)展[11]。本文以筆者多年研究經(jīng)驗，結合文獻查閱和請教領域專家，分析新疆棉花“矮、密、早”的形成歷史及發(fā)展過程，闡述“矮、密、早”模式高產(chǎn)理論，以期為今后棉花生產(chǎn)模式的深入研究及新模式的探索提供參考。

1 新疆棉花“矮、密、早”模式的發(fā)展歷程

20世紀50年代我國棉花生產(chǎn)得到恢復與發(fā)展，60年代受自然災害等多種因素影響，產(chǎn)量增加緩慢，但因區(qū)域氣候和種植方式（直播、復播、套種）制約，棉花促早栽培一直備受關注。世界綠色革命興起后[12-13]，小麥矮化栽培帶來大幅增產(chǎn)，為棉花生產(chǎn)模式的探索提供了參考，以早熟為前提，矮化栽培和育種成為重要目標。在70年代，我國棉花生產(chǎn)便開始了播期、密度、化控等多方面探索[14]，如育苗移栽、大壟雙行、矮壯素控高等，并總結和吸取先進的技術與方法，選育出一批矮化型新品系，初步形成了矮密種植意識。1980年，劉智禮[15]在《棉花》雜志刊登了“密矮栽培是棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要途徑”一文，建議棉花畝種植密度可達萬株，棉花密植提法始見于報道，但在當時生產(chǎn)上還未能普及和接受。隨后，1981年李楓[16]在《新農(nóng)業(yè)》上提到“棉花高產(chǎn)措施—‘早密矮’”，并提出密度為12—15萬株/hm2，進一步確定了密植范圍。1985年，張同武[17]在《中國棉花》發(fā)表了“棉花早密矮高產(chǎn)栽培技術”，這是較早的把促早、矮化、密植聯(lián)系起來的論述，同時生產(chǎn)中促早、矮化、密植技術也開始大面積示范。到1990年棉花“矮、密、早”的說法在全國各省流傳開來，但除了新疆，其他地區(qū)“矮、密、早”技術未被大面積采用。

新疆棉花面積在1949年前后約3.3萬hm2，皮棉產(chǎn)量約150 kg·hm-2，到1966年，發(fā)展為16.9萬hm2，皮棉產(chǎn)量465 kg·hm-2，并一直維持這一水平。1980年，新疆開始與全國各省同步探索“矮、密、早”種植模式，但1985年以前以“矮密早”為題的新疆棉花相關詳細總結和報道幾乎查閱不到，直到1986年，新疆形成“早矮密”栽培體系的內(nèi)容才見于刊物。其實早在1981年鐘琦[18]就曾提到“矮密早”是新疆棉花生產(chǎn)的合理結構，新疆麥蓋提等縣也早已開始矮密種植，密度已達9.9—12萬株/hm2，隨后幾年，促早、矮化技術與方式增多，密度進一步加大，新疆棉田的促早、矮化和密植技術水平顯著提升，并逐步形成“密早矮”的概念，1990年后逐漸稱為“矮、密、早”[19]。1994年，杜偉[20]在總結南疆三地區(qū)“321”棉花工程項目時，提出認真貫徹落實“矮密早”栽培模式，此時“矮、密、早”栽培在新疆的主體地位已經(jīng)明確，棉花單產(chǎn)水平開始全國領先。1995年，章康華[21]在“論我省推廣棉花‘密、矮、早’栽培方式的必要性和可行性”一文中指出學習新疆采用的“矮、密、早”種植模式，可見，新疆“矮、密、早”模式已被其他省份認可和廣泛接受。同年，田立文[22]發(fā)文章提出南疆實收株數(shù)14.25 萬株/hm2及對應株高指標，表明新疆“矮、密、早”栽培基本規(guī)范已經(jīng)形成。到1998年，“矮、密、早”已成為新疆棉區(qū)常規(guī)提法。“矮、密、早”模式的形成，離不開科技進步，包括技術的引進與應用，其中地膜覆蓋和化學調控技術發(fā)揮了重要作用。地膜在“矮、密、早”體系中具有重要的意義和廣泛的認可度[23]，從1980年在新疆石河子墾區(qū)利用塑料薄膜覆蓋試種棉花獲得成功，僅用5年時間，便完成引進、試驗、示范到全面推廣，使播種顯著提前并提高了出苗率。植物生長調節(jié)劑的調控研究從20世紀50年代開始，70年代后期嘗試用于防止棉花徒長，1980年縮節(jié)安在北京農(nóng)業(yè)大學研制成功，1981年何鐘佩等[24]在新疆進行縮節(jié)安應用試驗，并迅速推廣到各個棉區(qū)，到1986年已實現(xiàn)大面積推廣應用。另外，1981年滴灌技術在中國開始受關注，1996年試驗獲得成功，滴灌的引進和應用為90年代“矮、密、早”模式的大發(fā)展提供了便利和支持[25]，并衍生出了各種高產(chǎn)灌溉配套方式。追溯新疆棉花“矮、密、早”形成的歷程可以發(fā)現(xiàn)，“矮密早”起源于20世紀70年代末80年代初，依據(jù)新疆氣候特點，強調促早、矮化、增密；1981—1985年為不斷調整形成期，采取了地膜覆蓋和化學調控等技術措施；1986—1994年為補充完善期，技術模式逐漸規(guī)范，1994年后基本確立了“矮、密、早”模式在新疆的主導地位；2000年后模式逐漸成熟并得到長足發(fā)展，演化出“矮、密、早、膜”，“寬膜、高密”，“適矮、適密、促早”等提法。

新疆棉花“矮、密、早”栽培模式是集體智慧的結晶，具有豐富的內(nèi)涵，是針對新疆獨特氣候特點，以早熟增產(chǎn)為目的，采取矮化的措施，利用密植的方法建立起來的一整套理論與技術體系。簡而言之，就是矮化、密植、促早。“早”是目的，“矮”為手段。“密”為方法，其中矮是密的前提，密是產(chǎn)量的保障，矮和密又是促早的措施，三者相互依存，辯證統(tǒng)一。“矮、密、早”模式很好地協(xié)調了個體與群體關系，以矮促早，利于集中成鈴，增加霜前花率，減少管理成本，靠密發(fā)揮群體優(yōu)勢和增加光能利用，實現(xiàn)增源、擴庫、暢流，實現(xiàn)光溫同步，最終獲得高產(chǎn)。

2 “矮、密、早”栽培模式的主要技術內(nèi)容

2.1 “矮、密、早”的主要形式

對比先前，“矮、密、早”模式的生產(chǎn)應用形式主要體現(xiàn)在播期、株高和株行距的變化。覆膜早播是“矮、密、早”模式的主要形式之一，資料顯示，1980年前后，新疆南疆地區(qū)棉花播種時間為4月中旬，北疆地區(qū)為4月下旬，生產(chǎn)上以曬種、浸種等方式促早發(fā)，應用地膜后，膜內(nèi)溫度提升，棉花播種時間明顯提前，5 cm地溫連續(xù)5 d滿足14℃便可播種，南疆播種時間提前到4月初，北疆播種時間提前到4月上中旬，并沿用到現(xiàn)在[26]。株高降低是該模式的另一個主要變化。除在20世紀70年代就儲備了一批矮化品種外，1975年沈仍愚等[27]在高產(chǎn)棉花的長勢長相上提出一種窄行小株密植，株高控制在50 cm以下的模式，但當時大田株高仍以100 cm左右為主。80年代后，株高開始普遍降低，并隨著密植模式的探索與推廣，株高降為100 cm以下，90年代，“矮、密、早”種植模式逐漸形成，南疆打頂后株高在70 c m左右，北疆株高控制在70 cm以內(nèi)，矮化種植意識得到明確。到2005年，棉花株高與80年代初比平均降低了約30 cm，由80—90 cm降為50—60 cm，而這段時期也正好是棉花矮化密植增產(chǎn)的關鍵時期[28]，2010年后，棉花株高基本穩(wěn)定在70—85 cm范圍內(nèi)。株高的降低伴著密度的增加，80年代初，我國棉花種植密度普遍維持在4.5—9.0萬株/hm2左右，尤其是長江和黃河流域各植棉省份，密度僅為3.0萬株/hm2。但隨著矮密栽培意識增強，一些省份逐漸加密到12.0萬株/hm2，甚至15.0萬株/hm2[29]，但多因氣候等原因，很難突破15.0萬株/hm2，而新疆棉區(qū)夏季干燥少雨，利于棉花成鈴，密度不但增加到了15.0萬株/hm2，甚至在2000年前后密度增加到30.0萬株/hm2，2005年以后，隨著管理水平提高和滴灌的廣泛應用，生產(chǎn)上開始提倡增高降密，密度逐漸下降到18.0—22.5萬株/hm2。而密度的調整在生產(chǎn)中以株行距的變化最為明顯和多樣，新疆1981年開始從60—70 cm的等行距種植方式變?yōu)橥茝V（60+20）cm和（55+20）cm的寬窄行種植模式。1983年麥蓋提縣把過去60 cm等行距改為（60+40）cm寬窄行種植[30]，到1990年，新疆逐漸從等行距發(fā)展為（70+40）cm或（60+30）cm的寬窄行[31]，株距由13.5 cm縮小到9.5 cm。2000年后，又衍生出了多種形式，但主要方式仍以一膜四行和一膜六行為主，具體模式為一膜四行株行距為（30+45+30+55）cm×（8—10）cm，交接行行距55— 60 cm；一膜六行株行距為（20+45+20+45+20）cm× 12.5 cm，交接行行距55—60 cm；2006年一膜四行配置方式發(fā)展為（20+ 40+ 20+ 60）cm×（10—12） cm為主，一膜六行以（10+66+10）cm×9.5 cm為主（圖1）。2012年以后，機采棉發(fā)展迅速，基本上以一膜六行（66+10）cm×9.5 cm為主，同時探索一膜三行（37+37）cm等行距模式。期間隨著株行距調整，地膜寬度也不斷改變，由70—90 cm窄膜發(fā)展到120— 125 cm寬膜，再到140—145 cm和180 cm、205 cm、230 cm的超級寬膜，厚度也由0.006 mm升級到0.010 mm。

圖1 典型的一膜四行和一膜六行模式

2.2 “矮、密、早”栽培關鍵技術

在“矮、密、早”栽培模式形成的過程中，各項關鍵技術均圍繞“矮、密、早”3個字展開，雖然目的不同和各有側重，但三者又是一個有機整體，之間既相互促進又彼此協(xié)調。

2.2.1 地膜覆蓋技術 地膜覆蓋是最早用于“矮、密、早“栽培模式中的關鍵技術，其主要目的是促早，作用為增溫、保墑、抑制雜草等。1979年我國從日本引進地膜栽培技術，1980年在棉花上應用并被迅速推廣[32]。前期窄膜覆蓋，采用（60＋30）cm 寬窄行或60 cm等行距的播種方式，人工覆膜播種，但1983年后很快出現(xiàn)地膜植棉播種機，可一次完成鋪膜、打孔、膜上播種、覆土等，效率大大提高[33]。在應用過程中，新疆地膜覆蓋方式隨著播種株行距變化不斷創(chuàng)新，寬度先由70—90 cm擴寬到145 cm寬膜，再到205 cm超寬膜，覆蓋度提高了30%，可達到80%，增加了膜內(nèi)溫度和墑情，被稱為“窄膜變寬”技術，即寬膜覆蓋。在“窄膜變寬”基礎上，把棉花邊行向內(nèi)移5 cm左右，使原來膜邊距由5 cm變?yōu)?0 cm，增加邊膜采光面，提高膜內(nèi)溫度均勻性，簡稱“邊行內(nèi)移”技術，同時為便于回收，地膜厚由0.006 mm提高到了0.010 mm。覆膜技術可以有效提高地溫3—5℃，使新疆棉花播期提前7—10 d，促進棉花早出苗和保障一播全苗，30 d內(nèi)土壤含水量比對照高20%；并調整棉花生育進程與光熱最佳期同步，壓鹽堿和減少病害，提高棉花產(chǎn)量在40%以上。

2.2.2 化學調控技術 化學調控的目的是矮化、密植和塑型，其作用既為密植奠定了基礎，又為后期高產(chǎn)提供了保障。縮節(jié)安是化學調控藥劑的典型代表，1986年后被廣泛應用，是目前棉花生產(chǎn)中最主要的調控藥劑。縮節(jié)安能降低棉花株高和果枝長度，有效縮短果枝節(jié)間長度，減小個體，形成莖粗節(jié)短、果枝上舉、葉量適中的緊湊株型[34]。根據(jù)棉花生長發(fā)育進程、長勢長相及品種特性等，利用縮節(jié)安在棉花生育期連續(xù)多次定向誘導，細化調控時期與控制強度，將棉花主莖節(jié)間平均長度控制在5—7 cm左右，實現(xiàn)株高矮化的技術稱為“化控控高”。而利用縮節(jié)安縮小棉花橫向伸展，減少相互遮蔽，促進棉花密度進一步加大的技術稱為“化控塑型”。縮節(jié)安的應用讓棉花整枝塑型變得省工省力，縮節(jié)安塑型與矮化結合，可有效縮短主莖節(jié)間距20%和果枝節(jié)間距16%左右，有效縮短了棉花節(jié)間和果枝長度，短果枝棉株具有較高的結實系數(shù)和較低的葉面積指數(shù)。新疆大部分棉區(qū)在子葉到1葉期第1次化控，縮節(jié)胺用量3.0—6.0 g·hm-2。在2葉至4葉期進行第2次化控，縮節(jié)胺用量6.0— 12 g·hm-2，在葉齡為第6—7葉片時進行第3次化控，縮節(jié)胺用量為37.5—52.5 g·hm-2，打頂后第1次化控縮節(jié)胺用量82.5—112.5 g·hm-2，第2次時縮節(jié)安用量150—225 g·hm-2。

2.2.3 膜下滴灌與水肥調控技術 水肥調控的目的除了滿足棉花個體生長所需，還對棉花群體進行優(yōu)化，以保證產(chǎn)量和群體塑型。滴灌的應用大大提高了水肥利用效率和水肥調控的可操作性。我國自1974年引進滴灌技術，1996年成功在新疆棉花上應用，滴灌帶在機械播種時蓋于膜下，根據(jù)寬窄行配置，一般一膜兩帶，機采模式下也有一膜三帶[35]。生產(chǎn)中可節(jié)水30%以上，畝灌水量減少為300—350 m3，滴灌次數(shù)為8—12次，以10次為例，比例約為8%、8%、10%、12%、12%、13%、12%、10%、8%、7%，該技術可依據(jù)棉花生育進程、主莖日增長量、葉面積指數(shù)、頂部生長狀態(tài)等情況，細化每次灌水量，做到精準灌溉。在滴灌條件下，肥隨水施，按生育期細化施用次數(shù)和劑量，分解成蕾期施肥1—2次，初花到盛鈴期4次，盛鈴期到吐絮期2—3次，來保證棉花正常生長和調控棉花株型，稱“水肥一體化”技術。第一水由始花期提至蕾期，最后一水推遲到吐絮初期，第一次與最后一次滴水不施肥，延長中間水肥間隔等措施，以適度水肥虧缺來調控主莖生長，達到控制株高的目的，該技術稱為“頭水提前，減量控高”。利用水肥調控棉花株高，協(xié)調營養(yǎng)生長與生殖生長關系，增加棉花中下部果枝內(nèi)圍果節(jié)結鈴，減少橫向生長，緊縮株型，為增密提供保障作用，該技術稱為“水肥塑形”。

2.2.4 全程機械化技術 新疆棉田機械化的應用包括整地、精量播種、中耕噴藥、機械采收等。1983年新疆已開始機播，但在2004年以前棉花播種大部分采用半精量播種技術，穴粒數(shù)2—5粒，后逐漸改進為精量播種；機械采收自1953年開始試驗，1999年國內(nèi)第1臺自走式采棉機4MZ-2（3）型研制成功，2010年新疆采棉機超過100臺，到2018年，采棉機數(shù)目達到3600余臺。隨著社會發(fā)展和科技進步，新疆機械化水平也越來越高[36]。精量播種技術實現(xiàn)了精量播種、覆膜、鋪管等一系列農(nóng)藝操作的一體化，可以調節(jié)株距在9—14 cm之間，使密植更加方便，每穴播種量精準為1粒，空穴率＜3%，錯位率≤5%，既減少種子浪費，防止一穴雙株或三株引起生長競爭，又減免定苗環(huán)節(jié)，節(jié)約大量勞動力。而利用機械噴藥植保，其攜帶噴桿可一次覆蓋3—7膜，大大提高了噴藥效率，省水省藥，安全高效。機械采收更是大大縮短采收時間，每小時采收面積可達10畝，采凈率≥90%，含雜率≤12%，配合脫葉催熟技術，新疆采收期縮短為1個月。

2.2.5 打頂技術 打頂不僅是促早的技術措施，也是降低株高的有效手段[37]。通過打頂，直接消除頂端優(yōu)勢，把株高控制在80 cm以下，確保有效果枝數(shù)8—10臺左右，可以很好地實現(xiàn)矮化和早熟。通過早打頂可使棉花盡快由營養(yǎng)生長轉入生殖生長，促進棉花早結鈴，早成熟。一般打頂日期在7月15日左右，隨著管理技術的進步，打頂日期逐漸提前到7月5日至10日，近幾年北疆機采棉技術發(fā)展迅速，打頂日期也相應提前到6月底，南疆打頂日期也提前到7月初。同時，化學打頂?shù)姆绞街饾u興起。

2.2.6 其他關鍵技術 在“矮、密、早”模式下，很多技術不斷被改進和創(chuàng)新[38]。寬窄行種植技術，是矮密早栽培較早采用的種植模式，由等行距變?yōu)閷捳蟹N植，利用寬行增加通風透光性，利用窄行和縮小株距增加密度，既實現(xiàn)了密度的增加，又最大限度地利用了光熱資源。2000年后，寬窄行模式從（30+60）cm變?yōu)椋?0+66）cm“帶式”配置，使密度增加10%左右，播種形式發(fā)展為品字形，使株距更短；種子包衣技術，利用含有各種菌劑和藥劑的包衣劑對棉種進行包衣，可以防止病原菌侵染，減少病害，同時促進種子生根發(fā)芽，提高全、齊和壯苗率；適期早播技術，2000年后在地膜、包衣等技術保障下，與傳統(tǒng)播期相比，可再提前3—5 d進行播種；干播濕出技術，2010年后新疆北疆棉區(qū)開始改革滴灌技術，春季不進行灌溉，在犁地整地后直接播種，然后滴水促出苗，既防止早期低溫爛種又可以隨時補墑，利于棉苗早發(fā)，稱之為干播濕出。另外，苗期防治薊馬，蕾鈴期防治棉蚜、棉葉螨和棉鈴蟲的“預防為主，綜合防治”植保技術也是棉花高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的保障[39]。

3 “矮、密、早”栽培模式的理論基礎

在“矮、密、早”模式形成過程中，新疆棉花單產(chǎn)水平也在穩(wěn)步提高。2001年新華社2月4日報道，我國科研人員在昆侖山下的棉田里，取得皮棉產(chǎn)量3 000—3 750 kg·hm-2的高產(chǎn)記錄，連續(xù)3年創(chuàng)造了棉花單產(chǎn)世界最高記錄。同年，新疆自治區(qū)人民政府召開了“棉花發(fā)展戰(zhàn)略科學論證會”，就農(nóng)一師12團、16團、阿克蘇地區(qū)溫宿、和田地區(qū)策勒縣及北疆棉區(qū)皮棉產(chǎn)量2 250 kg·hm-2以上及3 000 kg·hm-2以上的高產(chǎn)典型進行了成果討論。高產(chǎn)典型的出現(xiàn)帶動了新疆棉花產(chǎn)量水平的進一步提升，2005年新疆兵團農(nóng)一師4萬hm2棉花實現(xiàn)皮棉產(chǎn)量2 100 kg·hm-2，最高 2 970 kg·hm-2，農(nóng)五師89團100 hm2棉花皮棉產(chǎn)量達3 000 kg·hm-2，接近當時世界最高水平。2009年，經(jīng)中國棉花學會組織專家現(xiàn)場鑒定，新疆兵團農(nóng)一師16團的4 hm2棉花籽棉產(chǎn)量12 120 kg·hm-2，創(chuàng)造了世界棉花單產(chǎn)最高紀錄，2012年，又創(chuàng)造出了籽棉12 574.65 kg·hm-2的全國單產(chǎn)紀錄。2000年到2018年間，新疆皮棉產(chǎn)量實現(xiàn)了1 485 kg·hm-2到2 055 kg·hm-2的飛躍。

3.1 促早栽培理論基礎

根據(jù)1959—2007年相關氣象資料顯示[40]，新疆年日照時數(shù)在2 700—3 500 h，4—10月平均溫度在18—25℃范圍內(nèi)，光照強度大，太陽熱輻射能年總量為120—155 kcal·cm-2，高于國內(nèi)同緯度地區(qū)15—25 kcal·cm-2，晝夜溫差大，降雨量少于200 mm，利于棉花生長和產(chǎn)量形成，但同時新疆又存在春季氣溫低，秋季降溫快，熱量不足等問題。以喀什市、精河縣2個南、北疆典型城市為代表，根據(jù)2005—2019年氣溫數(shù)據(jù)顯示，4月平均氣溫分別為16.7℃和14.2℃，剛滿足棉花播種溫度要求，5—8月氣溫適宜棉花生長，平均在24.5℃左右，而9月氣溫下降較快，分別為20.3℃和18.9℃，到10月平均氣溫則僅有13.6℃和10.0℃，因此，為彌補后期積溫不足，促早栽培就顯得十分重要（表1）。

促早栽培的理論基礎來自棉花生長發(fā)育規(guī)律和光高能同步利用理論，即爭溫爭光，生長與光溫協(xié)同。根據(jù)棉花生長特性，適期早播利于早發(fā)、早現(xiàn)蕾。生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)，早播棉花出苗相對要早，但出苗天數(shù)比晚播的要長，所以根系發(fā)達，棉苗穩(wěn)健敦實，葉片厚，色濃綠，易培育壯苗。早發(fā)不存在遮光問題，可快速增加有效光合面積，延長光合時間，利于早現(xiàn)蕾，早坐鈴，可使有效結鈴期增長，與新疆7、8月干燥高溫高光照期正好相吻合，減少光能浪費，增加干物質積累量，增加有效齡和棉鈴重，最大限度利用光熱資源。通過調查，南疆阿克蘇、庫爾勒地區(qū)播種期在4月5日至20日為宜，一般4月底見苗，5月底進入蕾期，6月20日左右進入花期，8月中旬可見絮。而北疆瑪納斯、精河等地相比南疆播種期晚5—10 d，一般在4月10日至4月25日播種，5月初進入苗期，6月初進入蕾期，7月初見花，8月底見絮（表2）。

表1 2005—2019年喀什市和精河縣4-10月平均氣溫統(tǒng)計情況

表2 新疆不同區(qū)域棉花生育進程情況

南疆數(shù)據(jù)來源2008—2010年沙雅縣、阿克蘇市、尉犁縣調查，北疆數(shù)據(jù)來源于2010—2012年，精河縣、沙灣縣、瑪納斯縣調查

The data of Southern Xinjiang comes from the survey of Shaya county, Aksu city and Yuli county from 2008 to 2010, while the data of Northern Xinjiang comes from the survey of Jinghe county, Shawan county and Manas county from 2010 to 2012

3.2 矮化栽培理論基礎

早在20世紀50年代，我國矮稈水稻育種就已有突破，通過矮化育種，使水稻生產(chǎn)實現(xiàn)高稈變矮稈，解決了較高水肥條件下倒伏嚴重、產(chǎn)量受損的問題。棉花屬無限生長型作物，株高可達1.5 m以上，株高越高越容易發(fā)生旺長，造成株間蔭蔽，結鈴少，易發(fā)生鈴腐病、霉病，爛鈴和腐鈴多，且整枝困難，管理繁瑣。70年代后，棉花矮化栽培逐漸被重視，任天佑等[41]連續(xù)6年進行了棉花矮化型品種的對比試驗，發(fā)現(xiàn)采用矮化種植比普通方式表現(xiàn)出較高的生產(chǎn)潛力，平均增產(chǎn)在20%以上。棉花矮化后，株數(shù)可以增加到22.5—30萬株/hm2，群體作用效果明顯，同時生育期也發(fā)生改變，開花期提前10—15 d，吐絮期早12—14 d，果枝數(shù)減少到12臺以下，成鈴以2—8臺果枝為主，內(nèi)圍鈴占比增加，秋桃減少，伏桃增多，三桃比例更協(xié)調，冠層通風透光性增強，病害減少。

矮化栽培理論基礎是理想株型和源庫假說理論，塑造高產(chǎn)株型，優(yōu)化物質分配。通過矮化，株型變得緊湊，節(jié)間縮短，果枝及葉片角度分布合理，減少單枝結鈴過多易折斷問題，增加了單株透光性，保證適宜的葉面積，增強光合性能，提高鈴葉比，提高光合利用效率。優(yōu)化了源庫關系，協(xié)調營養(yǎng)生長與生殖生長關系，防止枝葉過多造成旺長和無效蕾鈴，減少了營養(yǎng)生長浪費和整枝環(huán)節(jié)，保證葉面積指數(shù)（LAI）高且持續(xù)期長，延緩葉片衰老，加快生殖生長，養(yǎng)分可早分配到棉鈴，增加鈴重，便于促早發(fā)早熟。因此，生產(chǎn)上歸納出新疆棉花各生育時期長勢長相指標為苗期株高15—25 cm，主莖日生長量控制在0.3—0.5 cm，紅莖比為50%，真葉數(shù)5—6片；蕾期株高到40—45 cm，主莖日生長量前期0.5—0.8 cm，后期0.8—1.2 cm，紅莖比為60%—70%，真葉數(shù)9—12片；花鈴期打頂后15 d左右株高在60—70 cm，花鈴期主莖日生長量0.8—1.5 cm，紅莖比為70%—80%，真葉數(shù)達到13—15片，果枝數(shù)達8—10臺。研究也證明，高產(chǎn)田株高65— 75 cm，莖粗接近10 mm，果枝9—10臺，棉鈴空間分布均勻，縱向上、中、下果枝棉鈴比例3.2﹕4.7﹕2.1，橫向第一、二果節(jié)比例7﹕3，最大葉面積指數(shù)（LAI）在3—4左右，是比較優(yōu)化的個、群體特征。張巨松[42]、張旺峰等[43]提出，高產(chǎn)棉田必須具備葉面積指數(shù)（LAI）高且持續(xù)期長、n高且持續(xù)期長、生殖器官干物質積累強度高且積累活躍期長的特征，李蒙春等[44]提出協(xié)調源庫關系，單位面積的果節(jié)數(shù)控制為（94.7— 105.5）個/m2，葉鈴比（2.5—3）﹕1，高能期加快產(chǎn)品器官干物質積累速度，延長積累天數(shù)，提高經(jīng)濟系數(shù)。筆者于2011年對庫爾勒市包頭湖農(nóng)場5塊高產(chǎn)田（產(chǎn)量7 200—8 250 kg·hm-2）取樣，對數(shù)據(jù)進行概率分析，結合最大值、最小值和均值等，發(fā)現(xiàn)株高50—70 cm的概率占67%，真葉數(shù)12—14 片的概率達80%，果枝數(shù)7—9臺的概率超58%，始節(jié)高度13—18 cm概率占51%。棉鈴空間分布表現(xiàn)為縱向中下部鈴占比25%— 30%，中部鈴占比40%—50%，上部鈴占比20%—25%；橫向第一果節(jié)鈴占比70%—80%，第二果節(jié)占比20%—30%，第三果節(jié)成鈴基本為零（圖2—3，表3）。

圖2 調查點株高與主莖葉片數(shù)分布情況

圖3 調查點果枝數(shù)量與始節(jié)高度分布情況

3.3 密植栽培理論基礎

20世紀50年代末，農(nóng)業(yè)上提出了土、肥、水、種、密、保、管、工的“農(nóng)業(yè)八字憲法” ，其中密指合理密植。而新疆棉區(qū)光能資源豐富，≥10℃的光合有效輻射比黃河流域高出100—700 MJ·m-2，比長江流域高出500 MJ·m-2左右，同期日照時數(shù)比黃河和長江流域分別多100—600 h和300—700 h。增加群體，可以更好地利用光熱資源，增加產(chǎn)量。但密度過高也會造成株間蔭蔽，個體間相互影響競爭加劇，單株長勢弱，群體葉面積過大，光合效率低，空稈棉株較多、蕾鈴脫落率高等問題。

表3 棉鈴空間分布情況

密植栽培的理論基礎包括作物群體質量理論以及源庫假說。群體是個體的集合體，通過合理密植，發(fā)揮群體效應，彌補個體不足，充分利用光熱資源，提高有效光合面積和光合生產(chǎn)能力，塑造矮化緊湊單株，以“小個體、大群體”，協(xié)調源庫關系，實現(xiàn)增株增鈴。密植的前提是單株矮化，要求株型良好，株高和果技臺數(shù)適中，葉層分布恰當，葉功能期長，結鈴空間結構合理。而群體則要求結構合理，群體葉面積系數(shù)適中，透光度要高，單位面積內(nèi)的受光量多，光合能力強，光合產(chǎn)物積累多。根據(jù)群體質量指標，棉花產(chǎn)量來自單位面積群體的總鈴數(shù)，每公頃株數(shù)作為棉花產(chǎn)量構成重要因素之一，則產(chǎn)量公式可分解如下：

新疆棉花（高產(chǎn)田）生產(chǎn)中群體構成指標總結為收獲株數(shù)19—22萬株/hm2，單株鈴數(shù)6—8個，單鈴重5.5— 6.0 g，衣分40%以上。在該群體結構下初花期的光截獲率為80%—90%，盛花至盛鈴期上層與中下層保持在55%和45%，葉面積指數(shù)（LAI）在初花期達到2左右，盛花至盛鈴期峰值達到4.5左右，吐絮期維持在2左右，葉片凈光合速率（n）在盛花至盛鈴可達30 μmol·m-2·s-1，吐絮初期仍保持在17—20 μmol·m-2·s-1，三桃比例3﹕（5—5.5）﹕（1.5—2）。2010年后，管理水平提高，個體優(yōu)勢逐漸受重視，各項指標略有變化，密度降低了1.5—3.0萬株/hm2，株高增加8—15 cm，莖粗增加1—2 mm，真葉數(shù)增加2—3片，果枝數(shù)增加1—2臺，果枝始節(jié)高度要求19 cm以上。據(jù)高產(chǎn)田（2011年庫爾勒包頭湖農(nóng)場）最大值、最小值和均值調查顯示，與傳統(tǒng)稀植（3.0—7.5萬株/hm2）相比較，密植的每公頃總鈴數(shù)明顯增多，且不降低鈴重和衣分，產(chǎn)量普遍提高20%以上（表4）。

表4 產(chǎn)量構成因素指標范圍調查情況

4 “矮、密、早”栽培模式展望

4.1 面臨的挑戰(zhàn)

雖然“矮、密、早”栽培模式使新疆棉花生產(chǎn)取得了巨大的成就[45]，但新形勢下暴露出的問題也逐漸增多。首先，區(qū)域發(fā)展不均衡。隨著國家農(nóng)業(yè)布局和結構調整，我國棉花生產(chǎn)布局發(fā)生了重大轉變，新疆棉區(qū)已成為我國棉花生產(chǎn)最主要的區(qū)域，肩負著滿足國家棉花紡織工業(yè)發(fā)展需求的重任。但由于新疆長期的產(chǎn)量優(yōu)勢和穩(wěn)固的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎，忽視了區(qū)域性布局和長遠發(fā)展規(guī)劃，造成區(qū)域差異加大。南疆傳統(tǒng)棉區(qū)發(fā)展慢，地塊面積小，適宜小規(guī)模機采的栽培模式缺乏，技術應用到位率不足，生產(chǎn)水平低，區(qū)域特色無法發(fā)揮；北疆棉區(qū)發(fā)展迅速，土地流轉快，新技術應用快，機械化程度高，成本降低，生產(chǎn)效益提高。其次，科技創(chuàng)新不足。缺少多層次、多渠道的創(chuàng)新探索，缺少生產(chǎn)實踐問題研究。隨著“矮、密、早”種植模式的穩(wěn)固，各項技術措施均圍繞該模式展開，并起到積極的作用，但也局限了對新模式的探索，尤其是發(fā)展機械采收后，種植模式以滿足采摘機械為主，并非最優(yōu)，而“矮、密、早”模式也不利于脫葉和采收。再次，棉花品質下降。在“矮、密、早”栽培模式下，以高產(chǎn)創(chuàng)建為主，品種選育、生產(chǎn)管理都注重產(chǎn)量，忽視品質，致使棉花品質逐年降低。調查顯示，新疆棉花品種纖維類型多集中在28 mm左右，長度變短、細度變粗、強度下降、馬克隆值增大，可紡性差，而后續(xù)棉花加工、清花生產(chǎn)能力也較差。據(jù)中國公檢數(shù)據(jù)，2006—2013年，中國纖維長度整體由28.8 mm下降到了27.9 mm，強度年均降0.16 cN/tex，大于29 cN/tex的比例減少，整齊度由82.8%降低至82.5%，馬克隆值A級比例下滑，新疆各項比例下滑均超過國家平均值[46]。最后，農(nóng)業(yè)環(huán)境日益惡化。“矮、密、早”栽培模式下，地膜的應用既作為關鍵技術促早增產(chǎn)，又給農(nóng)田帶來了白色污染，新疆棉田地膜總投入量在80萬t以上，地膜殘留量平均在45 kg·hm-2以上[47]，由于缺少地膜回收機具、普通地膜易碎不利于回收、農(nóng)民地膜回收意識差等問題，導致新疆棉田隨處可見殘留于地表的地膜。另外，基于“矮、密、早”栽培模式對高產(chǎn)的追求，需要大量肥藥投入，一些棉田尿素投入量高達525 kg·hm-2，磷酸二銨400.5 kg·hm-2以上，農(nóng)藥（不含除草劑）平均用量2 215.05 g·hm-2，加重了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境惡化，加上多年連作導致土壤質量下降、病蟲害加重以及近幾年氣候多變水資源分布不均，也加大了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不確定性。因此，新疆棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展正面臨前所未有的嚴峻挑戰(zhàn)，區(qū)域發(fā)展問題、質量效益問題、安全可持續(xù)問題已成為影響棉花產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

4.2 發(fā)展展望

“矮、密、早”栽培模式推動了新疆棉花生產(chǎn)水平的提高與進步，讓棉花產(chǎn)業(yè)成為新疆的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，棉花收入在很長一段時間內(nèi)是新疆農(nóng)民收入的主要來源。但隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，新疆棉花生產(chǎn)必將突破現(xiàn)有模式，探析新的方向。

4.2.1 加快全程機械化進程 新疆棉田機械化水平較高，機采棉模式在新疆已經(jīng)大面積推廣，北疆棉區(qū)機收率達90%以上，但傳統(tǒng)的“矮、密、早”模式已經(jīng)很難適應機械采收的要求，株行距配置已逐漸發(fā)生改變，一種是維持一膜六行的（66+10）cm×9.5 cm寬窄行，一種是變?yōu)橐荒と?6 cm等行距，但互有優(yōu)缺點，還需進一步探索優(yōu)化。機藝融合配套技術仍需進一步加強，棉花打頂仍以人工為主，化學封頂技術還未成熟，現(xiàn)有藥劑噴施時間和劑量有待規(guī)范，要加強新藥劑的開發(fā)和在研藥劑作用機理的研究；脫葉催熟藥劑的應用還應熟化，明確標準，靈活形式，落實棉花采收環(huán)節(jié)和加工環(huán)節(jié)質量控制；加強完善配套機械，如大型犁地及整地機械、植保機械、機采后田間運輸車、殘膜回收機械等，實現(xiàn)從種到收全程機械化、輕簡化[48]。

4.2.2 向規(guī)模化、標準化發(fā)展 新疆棉花產(chǎn)量水平高但市場競爭力不強，棉花種植成本升高而品質下降，整體效益不高[49]。因此，規(guī)模化和標準化是新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展必然之路。首先，種植面積規(guī)模化。隨著土地流轉和農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社發(fā)展，土地越來越集中。2017年，新疆農(nóng)村家庭承包耕地流轉面積達到440.7千公頃，2018年，農(nóng)業(yè)合作社達到26 462個，且每年呈增加趨勢，種植面積規(guī)模化，便于機械化的應用，降低人工成本。同時，土地集中管理，生產(chǎn)資料采購價格降低，如種子價格能降低1—2元。土地整合增加了土地邊角利用率，機械投入成本下降，總成本降低20%以上。品種選擇統(tǒng)一，減少了品種多亂雜，保證纖維一致性，品質提高；土地整合還利于殘膜回收，減少地膜污染。其次，生產(chǎn)標準化。從種到收，根據(jù)區(qū)域特點，各項規(guī)程更加細致完善，標準明確。土地休整、測土配方、種子精選及精播配套、肥水藥施用技術更加規(guī)范，田間操作與管理更加系統(tǒng)一致，實現(xiàn)高產(chǎn)與優(yōu)質平衡發(fā)展。最后，在規(guī)模化、標準化棉田基礎上配套建設高效節(jié)水、精準施肥設施，提高棉花生產(chǎn)管理水平、棉田產(chǎn)出水平和水肥資源利用效率，加快制定綜合配套技術，制定種植、收獲、軋花、紡紗的一體化技術標準，以推動棉花產(chǎn)業(yè)模式的規(guī)范化。

4.2.3 向信息化、智能化發(fā)展 未來農(nóng)業(yè)是信息化、智能化農(nóng)業(yè)，要加強對信息化和智能化的利用，通過智能化、信息化技術指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在GPS精準導航播種、智能滴灌技術的基礎上，逐步建立生物學意義的合理模型、廣泛應用的數(shù)據(jù)庫、生產(chǎn)指導的指標決策、有效咨詢的知識庫等。進一步展開棉花高產(chǎn)高效群體形態(tài)數(shù)字化模型構建、植田種植生態(tài)價值評估、棉花全程管控遠程診斷與決策專家系統(tǒng)等研究。建立基于氣象、遙感等技術的氣象災害監(jiān)測預報預警實時信息服務平臺，基于GPS條件下的棉花生產(chǎn)、采收、管理的智能化信息化服務系統(tǒng)應用技術與平臺，基于無人機平臺的植保和滴灌棉田營養(yǎng)快速診斷技術，為新疆未來農(nóng)業(yè)發(fā)展做好技術探索與儲備。

4.2.4 向綠色優(yōu)質發(fā)展 作為新疆農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，如何保持棉花生產(chǎn)的綠色優(yōu)質可持續(xù)發(fā)展，是關系新疆棉花產(chǎn)業(yè)未來的重要戰(zhàn)略問題。近些年，新疆植棉造成的地膜污染、肥藥過度、水資源匱乏、土地質量惡化等環(huán)境問題日益嚴重，在引起生態(tài)問題的同時也引起了棉花品質下降，迫切需要改變思路、改善產(chǎn)業(yè)模式，依靠科技創(chuàng)新來突破資源環(huán)境瓶頸制約。新疆已展開了農(nóng)業(yè)結構調整，提出“穩(wěn)糧、優(yōu)棉、促畜、強果、興特色”思路，推動形成產(chǎn)業(yè)布局合理、資源高效利用、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、產(chǎn)地環(huán)境良好、產(chǎn)品質量安全的農(nóng)業(yè)發(fā)展格局。棉花生產(chǎn)模式發(fā)生改變，由分散式個體經(jīng)營向集約化規(guī)模化轉變，由增產(chǎn)導向向提質導向轉變，并開始與市場逐漸接軌，通過優(yōu)質優(yōu)價提升品質，探尋訂單生產(chǎn)模式和優(yōu)質優(yōu)價運作模式，加強品質區(qū)域劃分，充分發(fā)揮品牌在質量提升中的作用，逐步提高綠色化、優(yōu)質化、特色化、品牌化水平。通過科學研究，要突破殘膜回收、節(jié)水農(nóng)業(yè)、肥藥減施、農(nóng)業(yè)污染控制與修復、鹽堿地改造等關鍵技術，研發(fā)新型肥料、植物源農(nóng)藥、植物生長調節(jié)產(chǎn)品，實現(xiàn)“控水、減肥、減藥、提質”。應開發(fā)耕地質量提升與土地綜合整治技術，加大輪休和種植制度與方式的探索，依靠科技支撐棉花生產(chǎn)走向優(yōu)質高效、綠色安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的現(xiàn)代化道路。

致謝：感謝新疆農(nóng)業(yè)科學院杜偉研究員、新疆農(nóng)業(yè)大學張巨松教授、中國農(nóng)業(yè)大學王志敏教授的思路啟發(fā)與指導。

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The " Short, dense and early" cultivation of cotton in Xinjiang: history, current situation and prospect

LOU ShanWei1, 3, DONG HeZhong2, TIAN XiaoLi3, TIAN LiWen1

1Xinjiang Academy of Agricultural Sciences/National Engineering Research Center of Cotton, Urumqi 830091;2cotton Research Center, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100;3China Agricultural University, Beijing 100193

Through years of research and practice, Xinjiang has formed a "short, dense, and early" cotton cultivation mode based on reasonable dense planting, dwarf plants, and early emergence and early maturity around 1994. The purpose of this mode was to promote early growth, fully utilize the technical methods of film mulching, drip irrigation, chemical regulation, mechanization, and informatization, and combine with cotton varieties, through dense planting and dwarf plants to promote the growth and development of cotton with synchronization of radiation use efficiency, and coordinate the contradiction between individuals and population of cotton. the group effect was used to increase the source and expand the sink to improve the effective photosynthetic area and photosynthetic production capacity, and to overcome adverse environmental impacts, such as low temperature in spring and rapid cooling in autumn. The "short, dense and early" cultivation mode could achieve early cotton maturity, high yield and high quality, which has increased Xinjiang's lint yield per hectare from 511.5 kg in 1981 to 1 200 kg in 1994. Under this mode, a high yield of 1 966.5 kg was achieved in 2019, and the average annual yield increased by more than 7.2%, which provided a mode for China and the world to explore high-yield cultivation modes. This article reviewed the formation and evolution of the "short, dense, early" cultivation mode, focusing on the content and high-yield mechanism of the mode, and prospects for the development of the mode, in order to provide a reference for the continuous innovation of cotton cultivation modes in the future.

Xinjiang; cotton; short dense early mode; high yield; cultivation technology

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.04.005

2020-05-07；

2020-07-29

新疆農(nóng)業(yè)科學院自主培育項目（nkyzztd-002，nkyzzkj-016）

婁善偉，E-mail：wei.lou@163.com

（責任編輯 楊鑫浩）