鄭曙峰 劉小玲 王 維 徐道青 闞畫春 陳 敏 李淑英

論兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培

鄭曙峰*劉小玲 王 維 徐道青 闞畫春 陳 敏 李淑英

安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所, 安徽合肥 230031

傳統(tǒng)兩熟制下的棉花生產(chǎn)存在種植模式和棉花栽培技術(shù)復(fù)雜、棉花生產(chǎn)周期長(zhǎng)、機(jī)械化程度低、用工多、化肥農(nóng)藥投入多、植棉效益低等突出問題。經(jīng)過(guò)近10年的研究和實(shí)踐, 我國(guó)建立并應(yīng)用了兩熟制棉花綠色化(減肥減藥)、輕簡(jiǎn)化(簡(jiǎn)化管理)、機(jī)械化(機(jī)械代替人工)栽培技術(shù)。本文基于筆者的研究成果, 結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展, 對(duì)兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培的基本概念、技術(shù)路線、關(guān)鍵技術(shù)及其理論基礎(chǔ)進(jìn)行了總結(jié)和評(píng)述。其技術(shù)核心內(nèi)容是, 通過(guò)一次性“機(jī)播” (機(jī)械免耕單粒精量播種代替棉苗移栽, 種肥同播, 不間苗, 不補(bǔ)苗), 全程“機(jī)管” (通過(guò)合理密植和全程株型和熟性調(diào)控, 免整枝、免人工打頂)和一次性機(jī)械收獲(通過(guò)綜合調(diào)控建立集中成熟的群體結(jié)構(gòu)), 實(shí)現(xiàn)省工70%; 采用早中熟棉花品種, 合理增密, 一次性側(cè)深施用專用控釋肥、無(wú)人機(jī)噴施葉面溶肥等技術(shù)省肥50%; 通過(guò)利用抗蟲棉品種的抗性, 適期晚播縮短棉花生長(zhǎng)期, 采用食誘、性誘劑及生物農(nóng)藥、殺蟲燈、無(wú)人機(jī)施藥等防控病蟲害, 實(shí)現(xiàn)省藥40%。與傳統(tǒng)技術(shù)比, 本技術(shù)大大減少了棉花生產(chǎn)用工, 農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)人工的替代率達(dá)60%, 化肥利用率提高11.2%以上, 經(jīng)濟(jì)效益提高30%, 減輕了因過(guò)量使用化肥和化學(xué)農(nóng)藥造成的面源污染, 為推進(jìn)棉花生產(chǎn)方式的根本變革提供技術(shù)支撐。

減肥減藥; 機(jī)播機(jī)采; 綠色化栽培; 機(jī)械化栽培; 兩熟制棉花

我國(guó)三大棉區(qū)中, 兩熟制棉花分別占長(zhǎng)江流域棉區(qū)、黃河流域棉區(qū)植棉面積的80%、20%左右, 很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái), 兩熟制棉花對(duì)我國(guó)穩(wěn)定棉花面積、促進(jìn)農(nóng)民增收、保障棉花安全有效供給發(fā)揮了重要作用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)農(nóng)村形勢(shì)的巨大變化, 現(xiàn)有的兩熟制棉花種植模式和栽培技術(shù)存在的問題逐步顯現(xiàn), 并已成為了兩熟制棉花生產(chǎn)的瓶頸問題。這些問題主要有2個(gè)方面, 一是種植模式和棉花栽培技術(shù)復(fù)雜, 棉花生產(chǎn)周期長(zhǎng)、技術(shù)環(huán)節(jié)多, 不利于機(jī)械化, 用工多。長(zhǎng)江流域、黃河流域兩大棉區(qū)現(xiàn)有的棉田兩熟種植模式主要有棉花油菜雙育苗雙移栽、油后移栽棉花、麥棉兩熟套栽、麥后移栽棉花、蒜(蔥)后移栽棉花等, 強(qiáng)調(diào)精耕細(xì)作, 棉花生長(zhǎng)期達(dá)240～270 d (從4月上中旬到12月上旬), 從種到收有40～50多道工序, 還包括前茬收獲和后茬播種或育苗移栽, 不僅費(fèi)工多而且勞動(dòng)強(qiáng)度大, 這些種植模式和栽培技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)和規(guī)模化種植, 生產(chǎn)50 kg皮棉的平均用工量是美國(guó)的40～30倍, 相比稻、麥等糧食作物, 棉花整個(gè)生育期每公頃需要474個(gè)工日, 而水稻僅需要186個(gè)工日、小麥僅需45個(gè)工日[1]。二是化學(xué)肥料和農(nóng)藥過(guò)量使用, 施肥施藥技術(shù)復(fù)雜、次數(shù)多, 生產(chǎn)成本高, 效益低。長(zhǎng)江流域棉區(qū)、黃河流域棉區(qū)兩熟制棉花生產(chǎn)常規(guī)肥料和常規(guī)施肥需多次施肥(3～5次)、施肥花工多, 施肥技術(shù)(如蕾肥、花鈴肥、蓋頂肥施肥時(shí)期、施肥量及氮磷鉀配比等)不易掌握, 追肥工序復(fù)雜操作不便, 肥料利用率低(氮肥、磷肥利用率只有35%和25%左右), 難以滿足輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培的需要, 常規(guī)技術(shù)中存在施肥高峰期與干旱雨澇災(zāi)害高發(fā)期重疊導(dǎo)致無(wú)法追肥或產(chǎn)生肥害。另外, 棉花病蟲草害防控存在過(guò)分依賴化學(xué)農(nóng)藥、過(guò)量施用農(nóng)藥(打保險(xiǎn)藥)、施藥次數(shù)多(7～10次)、盲目施藥、化學(xué)農(nóng)藥利用率低(利用率只有35%左右)等問題,往往造成化肥農(nóng)藥浪費(fèi)、降低收益、導(dǎo)致面源污染等不良后果。以上技術(shù)問題加上棉花價(jià)格及補(bǔ)貼等問題導(dǎo)致長(zhǎng)江流域和黃河流域兩大棉區(qū)棉花種植面積銳減, 農(nóng)民植棉積極性低迷, 因此急需綠色化、輕簡(jiǎn)化和機(jī)械化栽培技術(shù), 做到“三減三提”, 即: 減少用工、減少化肥用量、減少化學(xué)農(nóng)藥用量, 提高農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)人工的替代率、提高化肥利用率、提高植棉效益, 實(shí)現(xiàn)兩熟制棉花生產(chǎn)技術(shù)的根本變革。本文基于筆者近年來(lái)的研究成果, 結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展[2-9], 對(duì)兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培的基本概念、技術(shù)路線、關(guān)鍵技術(shù)及其理論基礎(chǔ)等進(jìn)行了述評(píng)和展望。

1 綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培的基本概念

1.1 綠色化生產(chǎn)

陳吉平[10]認(rèn)為, 綠色化生產(chǎn)廣義上是綠色發(fā)展在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的具象化, 是集資源節(jié)約、環(huán)境友好、生態(tài)保育、質(zhì)量高效為一體的可持續(xù)行為系統(tǒng); 狹義上是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的綠色生產(chǎn)行為。

黨的“十八大”以來(lái), 綠色發(fā)展理念已成共識(shí)。2021年《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》進(jìn)一步指出要“推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型”。

綠色化生產(chǎn)是相對(duì)的, 是隨著作物學(xué)、植物保護(hù)學(xué)、土壤學(xué)和植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、肥料學(xué)等科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而完善、優(yōu)化和發(fā)展的。就目前來(lái)說(shuō), 棉花綠色化生產(chǎn)主要是通過(guò)選用抗病蟲棉花品種、優(yōu)化棉田種植制度、增密減肥、種肥同播(免耕精量直播、施用棉花專用配方緩控釋肥)、病蟲草害綠色防控等技術(shù), 減少化肥、農(nóng)藥、水、農(nóng)膜的用量, 達(dá)到提高資源利用效率、減少面源污染、保育耕地質(zhì)量、助力減排固碳碳達(dá)峰碳中和等目的。

1.2 輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培

棉花輕簡(jiǎn)化栽培是通過(guò)選用抗蟲抗病品種、免耕精量直播、合理增密、一次性施用專用配方緩控釋肥(種肥同播)、株型和熟性全程化學(xué)調(diào)控、安全化學(xué)除草、簡(jiǎn)化病蟲害防控等技術(shù)措施, 免去常規(guī)栽培的間苗、補(bǔ)苗、整枝、打杈、打頂?shù)拳h(huán)節(jié), 簡(jiǎn)化和合并作業(yè)工序, 減少生產(chǎn)環(huán)節(jié), 節(jié)省勞動(dòng)力, 提高生產(chǎn)效率, 實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)輕便化和簡(jiǎn)捷化[11]。棉花機(jī)械化栽培是從播種到收獲的栽培措施均使用機(jī)械代替人力。

董合忠等[12]、張冬梅等[13]認(rèn)為, 機(jī)械化是輕簡(jiǎn)化的重要手段和保障, 但不是輕簡(jiǎn)化的全部, 一是輕簡(jiǎn)化要求以機(jī)械代替人工, 但還強(qiáng)調(diào)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合、良種良法配套; 二是輕簡(jiǎn)化栽培還包括簡(jiǎn)化管理工序、減少作業(yè)次數(shù)。

筆者認(rèn)為, 輕簡(jiǎn)化是機(jī)械化的前提, 只有做到了輕簡(jiǎn)化, 機(jī)械化才能真正實(shí)現(xiàn), 才能提高機(jī)械化的效益; 另一方面, 機(jī)械化是輕簡(jiǎn)化的高級(jí)階段, 智慧化的機(jī)械化是終極的輕簡(jiǎn)化, 輕簡(jiǎn)化的技術(shù)只有通過(guò)機(jī)械化來(lái)實(shí)現(xiàn), 才能稱得上真正意義上的輕簡(jiǎn)化。另外, 輕簡(jiǎn)化機(jī)械化也是綠色化的需要, 輕簡(jiǎn)化技術(shù)可以減少生產(chǎn)環(huán)節(jié), 減少農(nóng)機(jī)作業(yè)量, 從而減少能源的消耗, 機(jī)械化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥和施藥, 從而減少化肥和農(nóng)藥的用量, 因此可以進(jìn)一步提高綠色化水平。

2 兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培關(guān)鍵技術(shù)

2.1 技術(shù)路線

針對(duì)兩熟制棉花常規(guī)栽培存在的問題, 利用棉花無(wú)限生長(zhǎng)、可塑性強(qiáng)等生物學(xué)習(xí)性, 從提高產(chǎn)出(提高兩熟復(fù)種周年作物產(chǎn)量、提高作物品質(zhì))和減少投入(減少人力投入: 減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)、用機(jī)械代替人力; 減少物化投入: 減肥、減藥、控水、免膜) 2個(gè)方面著手[14-15](圖1), 創(chuàng)新種植制度和種植方式、品種、農(nóng)藝措施和配套農(nóng)機(jī)等技術(shù)和裝備, 實(shí)現(xiàn)兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培[16]。

2.1.1 綠色化技術(shù) 通過(guò)優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)(棉花與肥用油菜、紫云英等綠肥作物接茬種植, 與花生等豆科作物輪作間作)、變革種植方式(油/麥后高密度直播, 大大縮短生育期、集中吐絮, 減少肥料流失, 提高肥料利用率)、基于棉花養(yǎng)分需求特性與限量標(biāo)準(zhǔn)、減量施用棉花專用配方緩控釋肥、運(yùn)用無(wú)人機(jī)噴施葉面水溶肥等新型肥料、秸稈覆蓋還田(增加有機(jī)質(zhì)、免膜)等技術(shù), 實(shí)現(xiàn)化肥減量簡(jiǎn)化施用; 通過(guò)變革種植方式(油/麥后高密度直播, 可避開前期蟲害、病害)、物理防治(安裝殺蟲燈)、生物防治(棉鈴蟲生物食誘、綠盲蝽性誘、生物源農(nóng)藥)、化學(xué)防治(按有害生物防治指標(biāo)與化學(xué)農(nóng)藥限量標(biāo)準(zhǔn)防治、地面高桿噴霧、無(wú)人機(jī)施藥、統(tǒng)防統(tǒng)治)、秸稈覆蓋還田(抑草、減少除草劑的使用量), 實(shí)現(xiàn)化學(xué)農(nóng)藥的減量簡(jiǎn)化施用。

圖1 兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培技術(shù)路線

2.1.2 輕簡(jiǎn)化機(jī)械化技術(shù) 一次性“機(jī)種” (一次性施用棉花專用配方緩控釋肥, 免耕滅茬、潔區(qū)、開溝、單粒精量播種、施肥、覆秸一次完成), 全程“機(jī)管” (通過(guò)合理密植和全程株型和熟性調(diào)控實(shí)現(xiàn)不間苗、不補(bǔ)苗、不整枝、不打杈、不打頂, 噴肥、噴藥、化調(diào)、脫葉催熟等用無(wú)人機(jī)作業(yè)), 一次性“機(jī)收” (通過(guò)合理增密、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、化學(xué)調(diào)控、脫葉催熟等綜合調(diào)控建立集中成熟的群體結(jié)構(gòu), 實(shí)現(xiàn)集中吐絮, 一次性收獲), 大大減少生產(chǎn)環(huán)節(jié), 減少人工, 實(shí)現(xiàn)輕簡(jiǎn)化和機(jī)械化。

2.1.3 兩熟復(fù)種周年高產(chǎn)技術(shù) 選用適合周年兩熟均衡增產(chǎn)的棉花、小麥、油菜等作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種, 均衡調(diào)控周年兩熟作物生長(zhǎng)期, 周年兩熟作物養(yǎng)分合理運(yùn)籌, 實(shí)現(xiàn)周年兩熟作物高產(chǎn)。

2.2 技術(shù)概述

與常規(guī)栽培相比, 兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培技術(shù)主要有8個(gè)方面的變革和創(chuàng)新, 技術(shù)概括起來(lái)有10個(gè)“關(guān)鍵字”和4個(gè)“關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)”。

2.2.1 8個(gè)變革和創(chuàng)新點(diǎn) 一是種植制度、種植方式和技術(shù)途徑變革, 將油菜、小麥、大麥、蒜、蔥等作物套栽棉花或在其收獲后移栽棉花模式變革為收獲后直播棉花, 將低密度育苗移栽“以個(gè)體換群體, 以時(shí)間換空間”的技術(shù)途徑變革為高密度直播“以群體換群體, 以空間換時(shí)間”的技術(shù)途徑; 二是品種變革, 將中熟雜交棉個(gè)體優(yōu)勢(shì)品種變革為早中熟群體優(yōu)勢(shì)品種; 三是播種方式和種植密度變革, 將低密度(18,000～30,000株 hm–2)育苗移栽方式變革為高密度(90,000～150,000株 hm–2)機(jī)械單粒精量種肥同播, 不間苗, 不補(bǔ)苗; 四是施肥技術(shù)變革, 將多次施用常規(guī)復(fù)合肥的方式變革為減量簡(jiǎn)化棉花專用配方緩控釋肥(與低密度育苗移栽技術(shù)比較, 施肥量減少50%; 一次性種肥同播), 中后期無(wú)人機(jī)噴施葉面水溶肥料; 五是整枝、打杈、打頂?shù)染?xì)作的管理方式變革為全程株型和熟性調(diào)控、脫葉催熟, 不整枝、不打杈、化學(xué)封頂?shù)容p簡(jiǎn)化管理方式; 六是以化學(xué)防治為主變革為病蟲草害綠色防控; 七是用免耕潔區(qū)覆秸單粒精量種肥同播機(jī)械、中耕除草機(jī)、農(nóng)用無(wú)人機(jī)、采棉機(jī)、秸稈粉碎機(jī)作業(yè)代替人工作業(yè); 八是通過(guò)合理增密、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、化學(xué)調(diào)控、脫葉催熟等綜合調(diào)控建立集中成熟的群體結(jié)構(gòu), 實(shí)現(xiàn)集中收獲, 吐絮收獲期60～90 d多次收獲變革為30～40 d內(nèi)集中成熟一次性收獲。

2.2.2 10個(gè)“關(guān)鍵字” 種[zhǒng]、密、肥、播、防、調(diào)、催、收、茬、機(jī), 其中“密、肥、播”一次性完成(圖2)。

2.2.3 4個(gè)“關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)” “六一”前后(5月下旬至6月初), 前茬收獲、免耕潔區(qū)覆秸單粒精量種肥同播一次性完成; 通過(guò)全程株型調(diào)控和熟性調(diào)控, “立秋”前后(8月上中旬), 實(shí)現(xiàn)化學(xué)封頂; “國(guó)慶節(jié)”后1～2周(10月上中旬), 集中成鈴, 脫葉催熟; 10月底至11月初, 集中吐絮, 一次性收獲、下茬作物播種(圖3)。

與常規(guī)栽培相比, 兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培可以實(shí)現(xiàn): 棉花單產(chǎn)不減少; 優(yōu)質(zhì)成鈴比例提高, 纖維一致性變好; 棉花生長(zhǎng)期縮短60～90 d,生產(chǎn)環(huán)節(jié)減少, 省工70%; 肥料利用率提高, 減少化肥用量50%, 化肥利用率提高11.2%以上; 農(nóng)藥施用量減少40%; 農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)人工的替代率達(dá)60%; 總體上可提高效益30%以上。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 優(yōu)化種植制度和種植模式 種植制度和種植模式的優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化的前提, 需將傳統(tǒng)的油菜、小麥、大麥、蒜、蔥等前茬作物套栽棉花或在其收獲后移栽棉花模式變革為前茬收獲后直播棉花。前茬作物應(yīng)于5月下旬至6月初收獲完成, 6月上旬末前完成棉花直播, 10月底至11月初棉花集中成熟并完成收獲, 然后進(jìn)行下茬作物播種。

根據(jù)各地的經(jīng)驗(yàn), 除小麥、油菜(以收獲油菜籽為目的)、大麥、蒜、蔥等作物收獲后直播棉花外, 還可以根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)行情等實(shí)際情況, 采用棉花–多用途油菜(油用、菜用、飼用、肥用、花用、蜜用) –棉花、棉花–荷蘭豆–棉花、棉花–馬鈴薯–棉花、棉花花生間作輪作、棉花–綠肥–棉花輪作休耕、重金屬污染區(qū)棉花–綠肥、油菜–棉花替代種植等復(fù)種模式, 前茬作物收獲后實(shí)行機(jī)械化直播棉花。

2.3.2 選擇耐密植適宜機(jī)械化作業(yè)的早熟或早中熟品種 采用兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培技術(shù)時(shí), 棉花生長(zhǎng)期大大縮短, 要求棉花集中吐絮、適宜機(jī)收, 因此棉花品種應(yīng)具備產(chǎn)量高、株型緊湊、第1果枝高度適合、早熟或早中熟、吐絮集中、含絮力適度等特性。由于機(jī)械采收和機(jī)械清理雜質(zhì)會(huì)對(duì)棉花纖維有一定的損傷, 因此對(duì)棉花品種的遺傳品質(zhì)有更高的要求, 即纖維品質(zhì)宜達(dá)到“雙28.5” (纖維長(zhǎng)度≥28.5 mm, 斷裂比強(qiáng)度≥28.5 cN tex–1)或“雙30” (纖維長(zhǎng)度≥30.0 mm, 斷裂比強(qiáng)度≥30.0 cN tex–1)、衣分≥40%, 可以說(shuō)需要97分(28.5+28.5+40)或100分(30+30+40)以上的品種。另外, 兩熟制棉花前茬和后茬作物也應(yīng)選擇早熟或早中熟品種, 以保證能按時(shí)收獲后, 不影響棉花播種。

圖2 兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培技術(shù)的10個(gè)關(guān)鍵字

圖3 兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培技術(shù)的4個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

2.3.3 增密減肥、免耕潔區(qū)覆秸單粒精量種肥同播一次性完成、不間苗不補(bǔ)苗 合理增密、一播全苗是兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培的基礎(chǔ)也是關(guān)鍵。與常規(guī)育苗移栽栽培方式比較, 油菜、小麥、大麥、蒜、蔥等作物收獲后直播棉花, 棉花收獲密度應(yīng)增加300%～500%。播種時(shí), 用棉花免耕潔區(qū)覆秸單粒精量種肥同播機(jī)作業(yè)[17], 一次作業(yè)可完成“破茬淺旋—秸稈撿拾粉碎、播種帶清潔—種肥同播(單粒精量播種、測(cè)深施肥、一次性施用棉花專用配方緩控釋肥料)—覆土鎮(zhèn)壓—均勻拋撒秸稈覆蓋—噴施苗前除草劑”等, 可形成無(wú)秸稈的“清潔”播種區(qū), 既可為殘茬秸稈的實(shí)現(xiàn)清潔功能, 又可同時(shí)實(shí)現(xiàn)秸稈覆蓋地表, 保溫保墑、封閉雜草, 解決了常規(guī)全量秸稈覆蓋地免耕播種存在的掛草壅堵、架種、晾種等三大難題, 棉花出苗和成苗質(zhì)量好, 可實(shí)現(xiàn)不間苗、不補(bǔ)苗, 省工省時(shí)節(jié)本效果顯著。播種施肥覆土后, 用除草劑對(duì)雜草莖葉和土壤進(jìn)行噴霧防除雜草。

兩熟復(fù)種地區(qū)雨水較多, 應(yīng)開好排水溝, 保持田間排水溝通暢, 否則如遇雨易發(fā)生漬澇災(zāi)害, 影響棉花出苗和棉苗生長(zhǎng)。一般溝寬30 cm、廂寬260 cm為宜, 每廂播3行棉花, 播種行距為81 cm或76 cm, 株距為6～10 cm, 每穴精量播1粒棉種, 播種密度150,000株苗 hm–2以上, 收獲密度為90,000～150,000株 hm–2 [18]。密度過(guò)低, 在相同的生長(zhǎng)時(shí)間情況下難以保障產(chǎn)量, 也可能延長(zhǎng)開花、結(jié)鈴和吐絮時(shí)間, 難以保證集中收獲; 密度過(guò)高, 易造成爛鈴的發(fā)生。

棉花目標(biāo)單產(chǎn)皮棉為1500～1800 kg hm–2時(shí), 在用播種機(jī)播種的同時(shí)一次性施用棉花專用配方緩控釋肥料50 kg左右, 每廂分3行施肥, 施肥行距播種行10 cm, 比播種行深10 cm。以長(zhǎng)江流域棉區(qū)安徽沿江為例, 棉花專用配方緩控釋肥料中有效元素以純養(yǎng)分計(jì)重量百分比為: N 18%～20%、P2O58%～10%、K2O 18%～20%[18-19], 其中控釋N占總N的80%～100%, 控釋N養(yǎng)分釋放期為60 ～90 d, 釋放期為60 d的控釋N和釋放期為90 d的控釋N各占50%左右。棉花專用配方緩控釋肥料中的N、P2O5、K2O含量和控釋N釋放期、不同釋放期控釋N的所占比例可根據(jù)年份氣候信息、地勢(shì)高低、土壤類型、土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分情況、棉花品種類型等進(jìn)行調(diào)整[20]。中后期可用無(wú)人機(jī)噴施葉面水溶肥料。免耕直播棉田, 宜每5年深松1次, 深松深度以50 cm為宜。

2.3.4 病蟲草害綠色防控 用免耕潔區(qū)覆秸單粒精量播種機(jī)播種施肥的同時(shí), 完成前茬作物秸稈覆蓋還田, 可有效減少草害的發(fā)生。安全防除油菜、小麥等幼苗及田間雜草防控: 棉花出苗后現(xiàn)蕾前, 以禾本科雜草為主時(shí), 用乙草胺或精異丙甲草胺等對(duì)雜草莖葉和土壤定向噴霧, 在禾本科、闊葉和莎草科雜草混生時(shí), 用乙氧氟草醚等殺草譜較廣的除草劑, 或選擇2種或多種除草劑進(jìn)行混配使用, 或使用氧氟?乙草胺等混劑; 棉花株高30 cm以上且棉株莖稈下部轉(zhuǎn)紅變硬后, 用草甘膦對(duì)雜草莖葉進(jìn)行定向噴霧。還可用中耕除草機(jī)進(jìn)行機(jī)械除草。病蟲害綠色防控: 安裝殺蟲燈, 采用棉鈴蟲生物食誘、綠盲蝽性誘, 使用生物源農(nóng)藥等, 根據(jù)防治指標(biāo)與化學(xué)農(nóng)藥限量標(biāo)準(zhǔn)噴施化學(xué)農(nóng)藥, 使用無(wú)人機(jī)或大型噴藥機(jī)進(jìn)行統(tǒng)防統(tǒng)治。

2.3.5 全程株型和熟性調(diào)控, 不整枝、不打杈、不人工打頂, 集中收獲 全程株型和熟性化學(xué)調(diào)控[21]:在棉花4～6葉期、蕾期、初花期、盛花期, 每公頃分別用98%甲哌鎓7.5、7.5～15.0、15.0～30.0、30.0～ 45.0 g兌水噴霧; 當(dāng)每公頃果枝數(shù)達(dá)105萬(wàn)～120萬(wàn)臺(tái)或果節(jié)數(shù)達(dá)到300萬(wàn)～375萬(wàn)個(gè)時(shí), 每公頃用98%甲哌鎓75～150 g兌水對(duì)棉株全株噴霧, 時(shí)間上不晚于8月上旬, 可用無(wú)人機(jī)作業(yè)。不整枝、不打杈、不人工打頂。

脫葉催熟、一次性收獲: 當(dāng)棉花自然吐絮率達(dá)到40%, 棉花上部鈴的鈴齡達(dá)40 d以上, 最低氣溫不低于14℃時(shí), 每公頃用50%噻苯隆可濕性粉劑600～750 g加40%乙烯利水劑2250～3750 mL, 兌水全株噴施, 用無(wú)人機(jī)作業(yè)[22]; 10月底至11月初, 當(dāng)棉株脫葉率達(dá)90%以上、吐絮率達(dá)95%以上時(shí), 用3行采棉機(jī)一次性采收。

3 兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培理論基礎(chǔ)

3.1 一次性減量簡(jiǎn)化施肥理論基礎(chǔ)

棉花具有生育期長(zhǎng)、無(wú)限生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)并進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)等生物學(xué)習(xí)性, 使得棉花施肥技術(shù)復(fù)雜且對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率大。變革施肥技術(shù)對(duì)兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培至關(guān)重要, 包括減少化肥用量和減少施肥次數(shù)2個(gè)方面。通過(guò)基于棉花養(yǎng)分需求特性與限量標(biāo)準(zhǔn)確定用量和配比、增加種植密度縮短生長(zhǎng)期提高肥料利用率等農(nóng)藝措施減少化肥施用量, 通過(guò)改變肥料供肥的方式和性能(即研制一次性施用的專用緩控釋肥)來(lái)提高肥料利用率、減少施肥用量、施肥次數(shù)和減少施肥用工, 可進(jìn)行機(jī)械化種肥同播, 中后期用無(wú)人機(jī)噴施葉面水溶肥料, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)施肥的綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化。

董合忠等[23-24]、楊長(zhǎng)琴等[25]、王士紅等[26]研究表明, 適當(dāng)提高密度能夠提高肥料利用率, 表現(xiàn)出一定的以密代肥、增密減肥的作用。李鵬程等[27]研究表明, 密度和氮肥的互作效應(yīng)顯著影響棉花氮肥利用效率。緩控釋肥料是以物理、化學(xué)、生物等調(diào)控機(jī)制使肥料養(yǎng)分釋放按照設(shè)定的釋放模式(釋放速率和釋放時(shí)間)與作物吸收養(yǎng)分的規(guī)律相吻合的一類肥料, 一次性施用專用緩控釋肥料是減少施肥次數(shù)、提高肥料利用率的有效手段[1]。研究表明, 棉花不同生育期棉株N、P2O5、K2O吸收量約占全生育期總量的比率分別為苗期4.5%、3.0%、4.0%, 蕾期28%～30%、25%～29%、28%～32%, 花鈴期60%～62%、64%～67%、62%～63%, 吐絮期3.0%～8.0%、1.0%～7.0%、1.0%～6.0%[28]。楊國(guó)正等[29]開展的15N示蹤試驗(yàn)也證實(shí), 花鈴期累積的N素平均占總量的67%, 累積的肥料N素平均占總肥料N素的79%。鄭曙峰等[30]在前人研究的基礎(chǔ)上, 根據(jù)主栽棉花品種營(yíng)養(yǎng)需求, 開發(fā)了系列棉花專用配方, 研制了多種易降解緩控釋包膜新材料[31], 研制的棉花專用緩控釋肥料, 實(shí)現(xiàn)了一次性施用棉花專用緩控釋肥料養(yǎng)分釋放與棉花不同生育期養(yǎng)分需求的基本匹配[32-34]。闞畫春等[35]和梅建虎等[36-42]在安徽、李景龍等[43]在湖南和湖北、張教海等[44]和羿國(guó)香等[45]在湖北、淦城等[46]在江西、王維等[47]在新疆和田開展的研究表明, 與等量養(yǎng)分常規(guī)施肥相比, 一次性施用棉花專用緩控釋肥, 棉花單產(chǎn)提高3.8%～14.1%, 增效10.1%～25.5%, 棉花纖維品質(zhì)差異不顯著; 施肥次數(shù)減為1次, 施肥用工減少50%以上, 等產(chǎn)量情況下單位面積化肥施用量減少11.2%～52.3%; 氮、磷、鉀肥料的農(nóng)學(xué)利用率分別提高15.2%～28.8%、12.3%～23.5%和11.2%～19.7%。一次性施用棉花專用緩控釋肥養(yǎng)分釋放與棉花養(yǎng)分需求基本匹配, 可以增加棉花中下部果枝的成鈴率及各果枝內(nèi)圍第1、第2果節(jié)的成鈴率, 能增加伏桃、秋桃及總桃數(shù), 提高單株結(jié)鈴性, 棉花后勁足, 不易早衰, 從而達(dá)到提高產(chǎn)量、優(yōu)化成鈴、簡(jiǎn)化栽培、節(jié)本省工的目的[48-50]。

3.2 不間苗不補(bǔ)苗、不整枝不打杈、不人工打頂?shù)群?jiǎn)化管理理論基礎(chǔ)

常規(guī)的棉花栽培需要間苗、補(bǔ)苗、整枝、打杈和人工打頂, 費(fèi)時(shí)費(fèi)工、周期長(zhǎng), 且難以用機(jī)械代替,規(guī)?；N植時(shí)更是大大增加了成本、降低了效益。通過(guò)單粒精量播種、合理增密、營(yíng)養(yǎng)調(diào)控和化學(xué)調(diào)控等技術(shù)措施, 實(shí)現(xiàn)了不間苗不補(bǔ)苗、不整枝不打杈、不人工打頂, 大大簡(jiǎn)化了管理、節(jié)省了用工, 可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)。

董合忠等[23]研究表明, 單粒精播棉花種子萌發(fā)出苗時(shí), 其彎鉤形成關(guān)鍵基因和下胚軸伸長(zhǎng)關(guān)鍵基因的差異表達(dá), 使棉苗頂端適時(shí)形成彎鉤, 以最小的受力面積頂出土面, 彎鉤及時(shí)伸直, 子葉展開并脫掉種殼, 完成出苗過(guò)程, 進(jìn)而更易形成壯苗。而多粒穴播種子出苗時(shí), 頂土力量大, 易使土層提前裂開, 光線透過(guò)裂縫照射到棉苗, 導(dǎo)致彎鉤形成關(guān)鍵基因表達(dá)下降, 下胚軸伸長(zhǎng)關(guān)鍵基因表達(dá)上升, 棉苗彎鉤過(guò)早伸直而帶殼出苗; 出苗后棉苗聚集在一起, 促進(jìn)下胚軸伸長(zhǎng)關(guān)鍵基因表達(dá)量顯著升高, 棉苗縱向生長(zhǎng)加快、橫向生長(zhǎng)減慢而形成高腳苗。因此, 在保證合理播種量和播種株距的情況下, 單粒精播可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)密度和株距, 可以做到不間苗不補(bǔ)苗, 既可以實(shí)現(xiàn)一播全苗, 又可以大大節(jié)省人力成本。

董合忠等[1]研究表明, 高密度條件下的相互遮陰, 導(dǎo)致棉株生長(zhǎng)素合成基因、細(xì)胞分裂素合成基因和赤霉素合成基因的表達(dá)量及相應(yīng)激素含量在葉枝中呈下降趨勢(shì), 而在主莖頂端葉片中呈上升趨勢(shì)引起棉株激素合成代謝相關(guān)基因差異表達(dá), 抑制了葉枝的生長(zhǎng), 高密度種植時(shí)葉枝數(shù)比低密度的葉枝數(shù)減少30%, 因此可以實(shí)現(xiàn)不整枝不打杈。祝令曉等[51]研究認(rèn)為, 在全程化學(xué)調(diào)控的基礎(chǔ)上, 棉花盛蕾期進(jìn)行化學(xué)封頂可顯著調(diào)控棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng), 顯著降低了主莖的節(jié)間長(zhǎng)度和上部果枝長(zhǎng)度, 且與人工打頂相比對(duì)產(chǎn)量無(wú)顯著影響, 可以代替人工打頂。

3.3 棉花集中成熟調(diào)控理論基礎(chǔ)

兩熟制棉花常規(guī)栽培吐絮期達(dá)到70 d左右, 按每7 d人工收獲1次, 需要收獲10次之多, 而且不能用機(jī)械收獲。因此, 集中成熟調(diào)控、一次性收獲是棉花輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培技術(shù)核心中的核心, 否則, 棉花輕簡(jiǎn)化機(jī)械化也就無(wú)從談起。棉花具有無(wú)限開花結(jié)鈴習(xí)性, 棉株可塑性強(qiáng)。在結(jié)鈴習(xí)性上具有很強(qiáng)的時(shí)空調(diào)節(jié)能力和補(bǔ)償能力, 若前期結(jié)鈴少, 可利用中后期成鈴進(jìn)行補(bǔ)償, 內(nèi)圍鈴少的棉株, 外圍鈴就會(huì)增多, 反之亦然[1]。棉花的這些習(xí)性為棉花集中成熟調(diào)控奠定了生物學(xué)基礎(chǔ)。據(jù)此, 可以通過(guò)早熟或早中熟品種、合理增密適期播種等農(nóng)藝措施、減少肥料用量等營(yíng)養(yǎng)調(diào)控及使用化學(xué)調(diào)節(jié)劑脫葉催熟劑等化學(xué)調(diào)控, 實(shí)現(xiàn)棉葉系統(tǒng)的高光合效能期、成鈴高峰期和當(dāng)?shù)毓鉄豳Y源高能期相同步, 使棉花最佳開花結(jié)鈴期、優(yōu)質(zhì)鈴的空間部位和棉株最佳生理年齡多成鈴、快成鈴、成優(yōu)質(zhì)鈴, 達(dá)到7月集中現(xiàn)蕾、7月底至9月中旬集中開花、集中成鈴和10月上中旬脫葉催熟10月下旬集中吐絮的目的, 即“二同步、三成鈴、四集中”, 吐絮期縮短45 d以上。

通過(guò)應(yīng)用以上理論, 各地兩熟制棉花集中成熟、一次性收獲已很好地實(shí)現(xiàn), 如: 劉愛玉等[52]通過(guò)適當(dāng)增加種植密度、控制氮肥用量、改變打頂方式和化學(xué)催熟來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江流域油后直播棉花集中吐絮;董合忠等[53]提出了“降密健株型”、“增密壯株型”和“直密矮株型”3種適于集中收獲的新型棉花群體結(jié)構(gòu)及其主要指標(biāo)和調(diào)控技術(shù); 劉瑞顯等[54]總結(jié)了麥(油)后直播集中現(xiàn)蕾、集中成鈴和集中吐絮的本質(zhì)指標(biāo)、群體結(jié)構(gòu)指標(biāo)、株型特征和栽培途徑。

4 討論

以增密減肥、免耕潔區(qū)覆秸單粒精量種肥同播一次性完成、不間苗不補(bǔ)苗、病蟲草害綠色防控、全程株型和熟性調(diào)控、不整枝不打杈不人工打頂、集中收獲為核心的兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培技術(shù), 大大減少棉花生產(chǎn)用工, 減少了化肥和化學(xué)農(nóng)藥的用量, 提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)人工的替代率、化肥利用率和植棉效益, 為推進(jìn)長(zhǎng)江流域和黃河流域兩大棉區(qū)兩熟制棉花生產(chǎn)方式的根本變革提供了科技支撐。但是, 不同規(guī)模、不同地區(qū)和不同年份的應(yīng)用和驗(yàn)證表明, 在技術(shù)上, 如下幾個(gè)方面還有進(jìn)一步研究、修正、完善和優(yōu)化的空間:

(1) 進(jìn)一步優(yōu)化種植制度和種植模式, 綜合考慮包括棉花在內(nèi)的周年兩熟作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效、周年兩熟養(yǎng)分運(yùn)籌、周年兩熟用地和養(yǎng)地等關(guān)系, 實(shí)現(xiàn)周年兩熟全面輕簡(jiǎn)化機(jī)械化綠色化, 周年兩熟均衡提質(zhì)增產(chǎn)增效。

(2) 兩熟復(fù)種留給棉花播種和收獲2個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的窗口期或檔期非常短且相對(duì)固定, 而播種窗口期發(fā)生連陰雨、干旱和收獲窗口期發(fā)生連陰雨對(duì)棉花生產(chǎn)及前后茬作物生產(chǎn)的影響都很大, 因此, 需研究?jī)墒鞆?fù)種棉區(qū)不同生態(tài)區(qū)這2個(gè)窗口期的氣候趨勢(shì), 以此作為選擇兩熟制棉花前后茬作物的依據(jù)。

(3) 長(zhǎng)江流域棉區(qū)和黃河流域棉區(qū)兩熟復(fù)種棉區(qū), 5月中下旬至6月初這段時(shí)間發(fā)生連陰雨、干旱等天氣的概率較大, 加上該區(qū)域土壤類型較多、土壤質(zhì)地偏粘, 免耕精量播種對(duì)播種機(jī)的單粒精播、施肥、開溝等功能及作業(yè)質(zhì)量要求非常高, 需要不斷優(yōu)化和改進(jìn)。

(4) 長(zhǎng)江流域和黃河流域兩大棉區(qū)兩熟復(fù)種地區(qū)雨水較多, 加上不用地膜覆蓋, 棉田雜草和油菜、小麥等前茬作物收獲后再生長(zhǎng)的幼苗對(duì)棉花危害嚴(yán)重, 需進(jìn)一步研究?jī)?yōu)化安全有效的防除雜草、前茬幼苗的技術(shù)和產(chǎn)品, 進(jìn)一步研制和優(yōu)化適合76 cm或81 cm行距田間除草的中耕除草機(jī)。

(5) 兩熟制棉花綠色化輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培技術(shù)體系需進(jìn)一步優(yōu)化和修正, 以適應(yīng)不同規(guī)模、不同地區(qū)和不同年份應(yīng)用。

除以上技術(shù)問題外, 還有政策層面的問題需要進(jìn)一步探索和優(yōu)化。一是優(yōu)化棉花目標(biāo)價(jià)格政策。與新疆棉區(qū)相比, 長(zhǎng)江流域和黃河流域兩大棉區(qū)主產(chǎn)省棉花價(jià)格補(bǔ)貼少且不能按時(shí)到位, 未能給棉農(nóng)提供一個(gè)穩(wěn)定和良好的預(yù)期, 應(yīng)實(shí)行“同棉同策”“優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)”。二是棉花是產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高、產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、商品化程度高的社會(huì)性大產(chǎn)業(yè), 作為加工原料型農(nóng)產(chǎn)品, 棉花是國(guó)際貿(mào)易中的活躍產(chǎn)品, 近年來(lái)中美貿(mào)易戰(zhàn)中, 棉花就成了“武器”之一。需進(jìn)一步出臺(tái)棉花產(chǎn)業(yè)扶持政策, 盡快充分發(fā)揮我國(guó)233萬(wàn)公頃棉花生產(chǎn)保護(hù)區(qū)的功能, 引導(dǎo)扶持棉業(yè)龍頭企業(yè)、新型經(jīng)營(yíng)主體, 建立棉花種植業(yè)與紡織業(yè)利益共同體(如產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等), 完善產(chǎn)業(yè)化組織體系和運(yùn)行機(jī)制, 促進(jìn)棉花生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)方式的根本變革, 實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的適度規(guī)?；?、全產(chǎn)業(yè)鏈化、品牌化, 有效開發(fā)和利用本地資源, 提高產(chǎn)業(yè)整體效益。三是進(jìn)一步充分發(fā)揮棉花油用、飼用及重金屬污染農(nóng)田棉花替代種植及修復(fù)等功能。

感謝山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所(山東棉花研究中心)董合忠研究員、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)周治國(guó)教授的思路啟發(fā)與指導(dǎo)。

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On the green and light-simplified and mechanized cultivation of cotton in a cotton-based double cropping system

ZHENG Shu-Feng*, LIU Xiao-Ling, WANG Wei, XU Dao-Qing, KAN Hua-Chun, CHEN Min, and LI Shu-Ying

Cotton Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, Anhui, China

There are many prominent problems or challenges in the traditional cotton production under the cotton-based double cropping system, which include complex planting pattern and cumbersome cultivation technology, long growth period, low degree of mechanization, heavy inputs of labor, chemical fertilizers and pesticides, and the resulted low economic benefits. After nearly 10 years of researches and practice, China has established and applied the green and light-simplified and mechanized cultivation technology of cotton in a cotton-based double cropping system, namely the green production with reduced chemical fertilizers and pesticides, light and simplified field management, and mechanized production by using mechanics instead of labors. Based on the author's research and relevant research progress at home and abroad, this paper summarizes and reviews the basic concept, the technical route, the key technologies and theoretical basis of the green, light and mechanized cultivation of cotton under the cotton-based double cropping system. The core contents of the technology are one-time sowing by machinery (direct one seed precision sowing by machinery under no-tillage instead of cotton seedling transplanting, simultaneous sowing of seed and fertilizer, no thinning and no seedling replenishment), no pruning (avoid removal of vegetative branches and manual topping through close planting and chemical regulation to shape reasonable plant type and maturity), and one-time mechanical harvesting (establish a centralized fruiting population structure through comprehensive regulation and control) to save labor by 70%; Using cotton varieties with early maturity or mid-early maturity, reasonably higher plant density, one-off deep-soil application of controlled-release fertilizer and spraying fertilizer by UAV (Unmanned Aerial Vehicle) with water-soluble fertilizer for foliage, which can save fertilizer by 50%; and by making use of the resistance of insect-resistant cotton varieties, sowing late at an appropriate time to shorten cotton growth period, and control pests and diseases by using food or sex induced inducers, biological pesticides, insecticidal lamps, and UAV, which can save pesticide by 40%. Compared with traditional technologies, this technology has greatly reduced the labor inputs in cotton production, the substitution rate of agricultural machinery for labor has reached 60%, the utilization rate of chemical fertilizer has increased by more than 11.2%, and the economic benefit has increased by 30%. It also alleviates the non-point source pollution caused by excessive use of chemical fertilizer and pesticides, and provides technical support for promoting the fundamental reform of cotton production mode.

reduce the use of chemical fertilizers and pesticides; mechanized seeding and harvesting; green cultivation; mechanization cultivation; cotton in a double cropping system

10.3724/SP.J.1006.2022.14090

本研究由國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFD0201900), 國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-15-37), 安徽省油菜棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(AHCARS-04)和安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(2021YL032)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2017YFD0201900), the China Agriculture Research System (CARS-15-37), the Anhui Agriculture Research System in Rapeseed and Cotton (AHCARS-04), and the AAAS Scientific and Technological Innovation Project (2021YL032).

通信作者(Corresponding author):鄭曙峰, E-mail: zhengsf@188.com

2021-05-12;

2021-07-26;

2021-08-03.

https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20210803.1037.002.html