推进高品质短季棉新品种研发及高效技术应用——山东省绿色高效高质量耕作制度创新

王桂峰，王安琪

（1. 武汉理工大学资源与环境工程学院， 武汉430070；2. 山东省棉花生产技术指导站， 济南250013；3.中国人民银行广州分行海口中心支行，海口570105）

我国棉花产业经济关系到基本民生保障和基础产业体系安全，在农业农村经济发展中的地位举足轻重。 在新型纺织材料持续创新升级、总用量上升的态势下，我国棉花生产力水平稳定提高，近20年各年度棉花产量均保持在550 万～600 万t，为中下游产业可持续发展提供了绿色基础原料支撑。进入21 世纪以来，全国棉花区域布局大幅度调整，内地棉区持续调减。 在2019 年西北内陆棉区棉花种植面积、总产占全国比例分别为76.66%、85.50%的棉花生产大格局下，山东省作为全国传统棉花生产、消费和纺织服装出口大省及东部沿海工业化程度较高、城市化进程较快的省份，尽管资源要素价格持续升高，但2019 年棉花播种面积、总产量（表1）的全国占比仍达5.07%、3.33%。

表1 2019 年全国及各省（直辖市、自治区）棉花生产情况

2008―2019 年， 山东棉花生产以平均每年5.33 万hm2的规模缩减， 其中2016―2019 年山东省播种面积分别为27.91 万hm2、17.47 万hm2、18.33 万hm2、16.93 万hm2， 皮棉总产分别为32.9万t、20.7 万t、21.7 万t、19.6 万t（表2）。山东省2019年棉花种植面积和总产仅为1984 年峰值（植棉面积171.2 万hm2，皮棉总产172.5 万t）的10%左右。

表2 2001―2019 年山东省棉花面积、产量情况

据山东省农业农村系统棉花生产公共管理服务系统统计，2015 年鲁西南棉蒜套作两熟高效植棉区播种规模占全省植棉面积的50%，此后占比逐年增加，2017―2018 年为52%～53.6%，2019―2020 年为60%；2020 年，由于棉花、花生间作高效生态产业模式的强力支撑，鲁西北黄河故道传统植棉区棉花播种面积逆势增长， 为2020 年山东省三大植棉区中的唯一净增区[2]。

全国棉花生产格局与内地棉花产业变迁的主要原因：一是内地生产要素价格走高，传统生产模式棉花一熟制的生产成本高、比较效益低；二是国家保障粮食安全及2014 年开始在新疆实施棉花目标价格改革补贴等政策，引导了全国棉花生产向西北内陆棉区转移及内地农业种植结构调整；三是内地植棉业棉花主栽品种单一，纤维品质指标不能均衡配套，适纺性差，二三产业链脱节[3]。

从保障国家粮食能源安全、保持产业链和供应链稳定出发， 基于保障粮食生产稳定与山东农业、特色经济作物产业布局优势，结合“十三五”山东省种植业结构现状，笔者认为，加快推进高品质短季棉新品种研发及高效技术产业化应用研究，建立山东绿色高质 （品质） 高效耕作制度体系与全省粮（食）经（作）饲（料）三元绿色高效生产格局，从而保障植棉综合效益及原棉有效供给，是当今生产力条件下产业结构、技术组织优化的重要选择。

1 发展高品质短季棉是突破山东省传统棉花生产发展瓶颈的有效途径

短季棉株型紧凑、植株偏矮、节间和果枝均短，第一果枝节位低，枝叶较少，营养生长和生殖生长并进期较长，开花到吐絮生殖生长较快，成铃、吐絮集中，其生育期缩短1～2 个农历节气。种植早熟性稳定且纤维断裂比强度、长度、可纺性能较优的短季棉，能够推进传统植棉业生产方式创新，提高农业生产效率。

高品质短季棉新品种高效技术的推广应用，可促进形成新型绿色高质高效的棉花耕作制度[4]，提高生产要素利用率，有效解决山东人多地少、大田作物生产中的生态恶化等问题。加快培育早熟性稳定、稳产高品质短季棉品种，推进其应用，变革传统生产体系，构建绿色高效耕作制度，推动粮经饲产业结构优化，成为一定生产力水平下稳定植棉业的可行技术路径[5]。

1.1 山东省棉花生产条件与目前棉花品质结构

山东省植棉区≥15 ℃积温为3 500～4 100 ℃，无霜期180～230 d，年日照时间2 200～2 900 h，大部分县域≥15 ℃积温为3 500～3 600 ℃， 仅能满足中早熟品种对热量的要求； 年降水量500～800 mm，多集中在7―8 月份。各地雨量分布、土壤质量等条件也有较大差异[6]。气候方面：春末夏初旱情频发；春秋日照适中，利于棉花生长发育；日照由南向北逐渐减少，差异较大；晚秋降温不利于秋桃成熟与纤维成熟。 棉田耕地质量低，土壤以壤质潮土为主， 其中鲁西北植棉区主要为砂壤土及盐土，沿渤海湾黄河三角洲植棉区为滨海盐碱地[4]。 由于全省棉秆绝大部分作为发电原料，少量饲用或用作农村燃料，棉田物质单向流动较严重，土壤有机质偏少、缺钾严重。 此外，鲁北晚熟品种抢墒春作，晚秋时节气温下降快，影响棉花成熟；鲁西南蒜棉套作，9 月前为给大蒜腾茬，棉花成熟度低。

据国家市场监督管理总局棉纤维品质数据，2018 年山东省棉花纤维断裂比强度29.29 cN·tex－1，长度27.85 mm，长度整齐度指数82.17%，马克隆值4.9； 白棉占比为46.27%， 淡点污棉占比为51.05%[7]。 而配纺或混纺40～60 支纱原棉要求：纤维主体长度30 mm 以上、 断裂比强度30 cN·tex－1以上、马克隆值3.7～4.2、长度整齐度指数83%以上[4]。 可见，山东省陆地棉主栽品种纤维类型单一、强力不足， 缺乏纤维长度25 mm 和31 mm 档的品种。

1.2 目前山东棉花主要分布与植棉成本和效益

自2005 年至今， 山东省棉花生产主要向鲁北滨海盐碱地、 鲁西北黄河故道砂壤土次生盐碱地、鲁西南高效两熟蒜棉套作（少量麦棉套作）植棉区转移调整。鲁北是黄河三角洲滨海盐碱地棉花一熟区，鲁西北黄河故道为一熟、两熟混作老棉区，鲁西南是以蒜棉套作为主的两熟高效区，鲁中鲁南呈现为旱地零散微域植棉区（丘陵地带的零散种植区）。2019 年植棉主要分布全省5 市13 县（区）。2020 年各区域占比分别为鲁北25.3%、 鲁西北15.2%、鲁西南47%、其他旱地植棉区12%[4]。

近年来，推广棉花轻简化绿色生产技术，植棉成本有所降低。 全省机械化作业率48%～50%，机采棉面积占0.4%； 棉花一熟区生产成本仍在3.3万～3.9 万元·hm－2，其中劳动成本在1.35 万～1.50万元·hm－2，植棉销售收益一般在2.34 万元·hm－2，补贴为2 250 元·hm－2[2]。 鲁西南蒜套棉两熟区与鲁西北棉花- 花生间作植棉区，由于大蒜、花生生产效益高，复种指数高，物化成本相对减少，植棉综合成本比一熟单作棉花减少60%。

1.3 短季棉绿色高效技术应用情况简析

在山东适宜生态区域推广短季棉晚春直播两熟生产方式，实现无膜化种植，可从根本上消除“白色面源污染源”， 每公顷减少用工180～225 个，节约物化投入70%， 提高土地复种指数160%以上，为棉蒜、麦棉、棉饲两熟制茬口作物直播完全实现机械化作业和促进区域化、规模化种植提供了技术基础[6]。

山东省棉花生产技术指导站2018―2019 年东平县、巨野县棉花绿色高质高效创建项目技术攻关区试验中，一般短季棉单产在3 375～3 750 kg·hm－2。以巨野县麦后直播短季棉模式为例， 按籽棉价格6～7 元·kg－1计算，棉花产值20250～26250 元·hm－2，物 化 成 本3 825 元·hm－2，纯 收 益16 425 ～22 425 元·hm－2；按玉米单产9 000～9 750 kg·hm－2，2019 年价格以1.8 元·kg－1计算，产值为16 200～17 550 元·hm－2，物化成本4 500 元·hm－2，纯收益11 700～13 050 元·hm－2；麦棉种植模式比小麦-玉米种植模式多收入3 375～10 725元·hm－2，经济效益显著。

1.4 加强高品质短季棉品种研发及高效技术应用，是保持植棉业稳定的技术创新途径

2018―2020 年， 根据山东省农业农村厅调整优化传统棉区耕作制度意见，山东省棉花生产技术指导站在全省20 个不同生态县（市、区）分别进行高品质短季棉品种茬口、播期、密度、种植模式优化试验，包括高唐、巨野、无棣、东平、夏津、金乡、单县、惠民、昌邑、宁津、东平、滨城、平原、阳谷、滕州、曹县、东明、鱼台、莒南、黄岛。短季棉成为山东植棉区绿色高效两熟制耕作制度优化中的优选作物，从而替代传统春棉单作一熟低效种植模式，建立完善粮经饲两熟制生产体系，降低植棉成本，提高棉花-其他作物（简称“棉- 作”）综合效益，在一定程度上保持山东植棉业的整体稳定。

因此，应根据现代纺织服装业装备、工艺技术水平提升，结合粮经饲生产效率，推进高品质短季棉品种选育及绿色高效技术应用，扩大高品质中熟棉品种的晚春直播生产区域，建立“主栽区域＋高品质棉种”生产布局。 这是在保障粮食安全和保持农业特色要求下山东植棉区种植业结构全面优化的突破点，正成为保持全省植棉生产体系完整的关键措施。

2 高品质短季棉新品种研发的背景与高效技术集成路线

2.1 高品质短季棉新品种研发背景与方向

全球种植短季棉的主要国家和地区有美国、中亚五国（乌兹别克斯坦等）、印度、埃及、阿根廷及中国西北内陆棉区和特早熟棉区以及黄河流域棉区等。 种植短季棉可以简化田间农艺生产环节，降低植棉成本，减少病虫害。近年来，中国农业科学院棉花研究所（以下简称“中棉所”）、山东棉花研究中心、河北省农业科学院、石家庄农业科学院、德州农业科学院等已审定适宜在山东种植的短季棉品种29 个，主要有鲁棉241、鲁棉243、鲁棉2387、鲁棉532、中棉所94A361（中棉所106）、中棉所94A213（中棉所105）、中棉所74、中棉所84、德棉15、冀石929、石早3 号等，在山东“棉- 作”结构优化技术试验点连续参加适宜品种筛选与种植结构调整对照试验。

20 世纪80 年代末到90 年代，山东菏泽、聊城曾推广麦棉套作模式（主要是棉花育苗移栽到预留麦行），由于当时的棉花品种纤维品质低、生育期偏长（120～125 d）、早熟性差且不稳，棉花育苗基础设施建设投资大、用工多，种植表现年际差异较大等，推广成效低。

目前山东短季棉品种推广中，缺乏生态规划引导和棉花原种良种繁育公共服务体系市场配套机制，种植品种多杂且退化严重，健籽率较低，棉纤维断裂比强度、长度较差，马克隆值偏低，主栽品种纤维品质居于中低端水平且同质化严重， 成纱性能低，不能与中早熟小麦、大蒜、马铃薯、饲料（绿肥）作物形成两熟制高效生产技术体系。

因此，高品质短季棉研发应以山东当地棉花纺织产业高品质原棉需求为导向， 结合当地自然生态、产业经济条件，科学确定品种（系）选育目标，力求契合传统植棉区域大蒜（麦、马铃薯、油菜、饲料等作物）收获后直播的种植方式，优化粮经饲高效种植模式及区域布局，完善棉花原种繁育及良种产业化技术标准体系，基于试验示范编制生产技术规程，形成绿色高效耕作制度。

2.2 高品质短季棉品种选育及配套技术集成路线

基于短季棉优异种质资源缺乏、亲本遗传基础狭窄、晚发迟熟、产量偏低、早熟性和纤维品质年际变化较大等实际，根据山东省生态宜棉区及次宜棉区粮棉经饲作物种植结构现状，科学确立高品质短季棉育种目标， 明确需要完善或突破的关键技术，完善绿色高效两熟耕作体系。

2.2.1加强短季棉种质创制。注重棉花优异基因挖掘，将生物技术与常规育种结合，进行新材料遴选、创制和棉花品种改良。一是广泛收集国内外早熟或特早熟、高品质、抗逆性状稳定的种质资源；二是利用多亲本杂交及定株杂交、复交、修饰回交、远缘杂交、病圃筛选、海南加代（包括多点试验、穿梭育种）与多点生态鉴定相结合的方法[8]，创制亲本材料和优势组合[9]；三是筛选出开花到吐絮阶段发育较快的遗传亲本材料；四是综合运用育种技术将优异材料的优良性状聚合到高品质短季棉品种（系）中，培育适于山东宜棉区粮经饲茬口直播的高品质短季棉新品种（系）。

对相应棉花品种的具体要求： 生育期100～105 d，6 月5 日前播种，9 月25 日前能够集中收获；纤维长度（mm）及断裂比强度（cN·tex－1）均在30 以上，长度整齐度指数83.5%以上，马克隆值不超过4.6，可纺40 支以上纱；比当地短季棉品种增产5%，综合性状稳定。

2.2.2配套技术集成路线。根据选育短季棉新品系（种）进程，开展直播短季棉稳产、高品质、绿色、轻简化关键种植技术集成，试验不同播期、密度、肥水运筹、化控、机械化作业等技术，形成标准化生产技术规程。 根据生物量、经济产量以及土壤营养物质组成，特别是有机质组成（包括腐殖质中胡敏酸碳量与富啡酸碳量比值的变化、土壤酶活性等）分析，总结最优耕作模式，并探索构建当地高品质短季棉良种繁育技术标准体系。

根据山东省短季棉良种繁育生态生产条件现状，在鲁北宜棉区建立高品质短季棉品种晚春直播良种（原种）繁育技术标准体系，建立省、市、县三级公共服务体系，组织协调短季棉原种生产，以保障棉种健籽率、商品率。

2.3 不同生态区的重大技术需求

需研究适应不同细分生态区域的大蒜、 马铃薯、饲料（绿肥）、中早熟小麦品种的两熟制配套技术体系。 包括：鲁南北纬37°以南临接他省县域的中早熟小麦收后直播短季棉种植技术；鲁北晚春直播短季棉收后饲料、绿肥作物稳产、高品质、绿色、轻简化关键种植技术及农机农艺技术融合生产方式；全省范围的蒜后短季棉绿色高质高效两熟种植制度与土壤耕作技术体系[10]；全省花生旱作区花生-棉花绿色“双增”（两者品质和单产均增）高质高效生产模式；鲁南马铃薯主产区的春播马铃薯（商品用）-短季棉-马铃薯（种用）技术体系。

基于系统试验总结建立最适茬口作物品种、适宜播期、适宜种植密度、高光效群体结构、水肥耦合运筹、病虫草绿色防控重点技术（包括利用植物化感作用）集成体系，完善生产体系技术标准，形成可复制推广的棉蒜（麦、马铃薯、油菜、饲料、绿肥、花生）复种连作绿色高质高效的耕作制度。

3 合理推进高品质短季棉高效技术应用

通过试验示范推广高品质短季棉新品种，在适宜生态区域建立完善相应的新型耕作制度[4]，实现生产布局与种植结构的优化。

3.1 确定技术示范推广的适宜生态区域

据20 世纪90 年代至21 世纪初试验研究，在黄河流域棉区大蒜产区，棉蒜两熟制生产模式基本稳定成熟，麦棉两熟耕作模式在光、热、水资源丰富的植棉区比较适宜[4,6]。鲁南北纬37°以南旱作区、鲁豫苏皖接壤地区等光、热、水资源丰富的两熟宜棉区，具备棉-作两熟制特色产业发展潜力。

以麦套棉两熟制为例，基本要求如下[4-5]：≥0 ℃活动积温5 000 ℃、≥15 ℃活动积温3 900 ℃（在北纬38°以南地区， 其热量能够满足一年两熟制的基本热量条件）；满足年耗水900 mm 需求；土壤有机质含量0.8%（质量分数，下同）以上，全氮含量0.8 g·kg－1以上， 速效磷含量15 mg·kg－1以上，速效钾含量100 mg·kg－1，土质以壤土、轻壤土为宜。

中早熟麦后短季棉直播生产模式对光、 热、水资源的需求比麦套棉模式更高。随着短季棉品种研发及技术集成创新能力提升、化控技术完善、智能化植棉技术充分应用，其生态区域可适度北移至北纬35°附近[4]；因此，可在与他省接壤的鲁南宜棉区（东明、曹县、单县、定陶、滕州、薛城、台儿庄、鱼台、郯城、兰陵）试验示范并构建麦棉两熟高效生产技术体系。

3.2 高效配置，合理布局

山东省2019 年种植大蒜23.07 万hm2、马铃薯6.67 万hm2、 油菜1.33 万hm2、 花生66.65 万hm2（表3）。 山东大蒜、马铃薯、油菜一般分别在5 月中旬、4 月中下旬、5 月中下旬收获； 甜瓜多为育苗移栽，一般在麦收前10 d 采收腾茬。

根据高品质短季棉新品种研发与技术集成进展，科学合理规划棉花生产区域化布局，建立传统宜棉区、次宜棉区中早熟小麦（蒜、马铃薯、油菜、绿肥饲料等作物）收后直播高品质短季棉新模式[3]，示范推广形成山东省鲁南8 万hm2麦棉生产供给“双安”（粮棉安全）、全省棉蒜9.2 万hm2高效“双增”（棉花和大蒜的生产效率均增长）、鲁北盐碱地棉饲轮作8 万hm2生态 “双保”（棉花和饲料作物双保障）、鲁南棉薯3 万hm2三熟绿色“互优”（棉花和马铃薯种植相互优化）、 沿黄河流域砂壤土西瓜（甜瓜）收后直播短季棉2 万hm2绿色高效棉瓜“双提”（棉花和西瓜或甜瓜产量均提高） 系列绿色生态化轮作棉花生产新模式以及鲁中南部花生旱作区花生间作中熟优质棉10 万hm2“双花双优”新业态。

表3 2019 年山东省棉花与特色经济作物播种面积

积极引导当地纺织企业带动植棉新型经营主体（职业棉农合作社、植棉专业大户、家庭农场）的产业融合发展培育体制机制。 以棉花新品种、新技术、新产业、新生产模式，在“十四五”期间实现山东省传统老棉区生产技术升级，按产业要素结构分阶段建立完善山东传统植棉区粮经饲三元绿色高质高效产业结构体系，统筹全省粮棉安全与特色经济作物产业的可持续发展， 保持山东省32.5 万hm2绿色高效高品质棉花的产能稳定。

4 拓展高品质短季棉产业链， 加强副产品利用工艺技术研发

籽棉除含有40%原棉纤维外， 其棉仁含有35%以上高品质油脂，且含氨基酸种类较齐全的蛋白质（37%～40%）。 棉籽油和棉籽蛋白分别占世界食用植物油和蛋白总供给量的10%和6%，可部分替代大豆、花生、饲用玉米。 有报道提出，可将棉秆粉碎后发酵制成家畜规模化养殖饲用的主料[4-5]。可见，棉花是集绿色植物纤维、高蛋白质饲用原料、食用油料“棉粮油”产品结构一体的复合型作物，其副产品向饲料产业和优质食用油产业价值链延伸的潜力较大。

因此，应加强高品质专用短季棉品种选育及高效技术产业化应用，关注饲用蛋白与食用植物油精深加工工艺技术研究， 拓展棉花综合利用研究，选育棉酚含量低于0.04%的亲本种质，持续推进短季棉综合利用研究。

5 技术组织保障

高品质短季棉新品种及高效技术的应用，将促进耕作制度变革，催生一系列新技术、新业态、新模式，是山东植棉业绿色高质高效发展转型的一项重大技术集成创新与产业创新的系统工程。

首先要确立全省棉花领域产学研结合以及与产业融合的高效运行机制。强化从试验示范到应用的技术推广路线，建立山东省省、市、县三级农业农村系统棉花生产技术公共管理服务机构，组成全省棉花产学研结合的工作专班，建设完善试验示范推广区域布局， 系统化编制技术推广服务总体方案，确立绩效评价体系。根据全省种植业结构调整方向及棉花纺织加工业区域分布，统筹考虑主产棉区与微域植棉区技术示范的带动能力，合理设置试验示范点，形成点、线、面结合拓展成片的产业化路径。

其次，密切关注科技发展，建立全省棉- 作两熟绿色高质高效生产技术创新研究持续拓展机制[11]，持续提升技术储备及研究能力。 研究探索通过绿色金融支持山东省棉花绿色高质高效生产的重大技术集成及产业创新可持续发展模式和机制，构建绿色金融可持续强力支撑的山东省棉花生产社会化服务体系及配套完善的社会化保障机制，包括高品质短季棉研发及高效技术集成产业化应用、纺织工业订单式生产体系、高品质棉花原种尤其是高品质短季棉原种的良种繁育体系等。