高科技种出优质棉棉花的前世今生

彭懿 黄宇晨 张子睿 冯固

2021年3月，国际舆论将“新疆棉花”推上了风口浪尖，引起公众的广泛关注。棉花是世界上主要而古老的农作物之一，然而，棉花真的是“花”吗？

棉花是什么“花”

我们所说的棉花并不是真正的“花”，而是锦葵科棉属植物的种子纤维。棉花的花朵非常漂亮，有着鲜艳的花瓣，刚刚绽放时呈现乳白色或淡黄色，授粉后逐渐变成粉色或者红色。因此，在同一株棉花上会同时看到不同颜色的花朵。棉花完成受精后，花朵会在颜色最深的时候凋谢，留下绿色椭球状的蒴果，称为棉铃。每个棉铃内有数十粒棉籽，棉籽上长满白色纤维。一根棉纤维就是一个细胞，细胞内纤维素积累得越多，最终棉花纤维的强度也就越高。经过50天左右的生长，棉纤维细胞死亡，留下的纤维素充满整个棉铃。棉铃成熟后自然脱水、开裂，此时棉籽表面已经布满了洁白的絮状棉纤维，这些纤维就是我们常说的棉花。

棉花是棉属植物的统称，包含大约45个二信体种和5个天然四信体种。按照基因组类型，可以分为A、B、C、D、E、F、G和K八个不同类型。棉花的栽培种主要是草棉（也称非洲棉）、亚洲棉（也称中棉）、陆地棉和海岛棉，其余均是野生棉。海岛棉又称长绒棉，平均纤维长度大于35毫米，其纤维强度高、白度好，生育期比陆地棉稍长，是高档织物的优质原料。细绒棉是陆地棉的商品名，其植株健壮，生育期短，适应性广，丰产性好，在全世界广泛分布，占全世界棉花总产量的85%以上。

棉花除了白色之外，还有棕、绿、红、鸭蛋青、蓝、黑等彩色品种。这些具有天然色彩的棉花是在原来有色棉的基础上，运用远缘杂交、转基因等生物技术培育而成的。天然彩棉仍然保持着棉纤维松软、舒适、透气的优点，制成的棉织品可减少印染工序，降低加工成本，减少对环境的污染。新疆生产建设兵团农八师一四八团是我国建成的首个彩棉实验基地，被称为“中国彩棉之乡”。

棉花的来龙去脉

棉属植物的祖先起源于5亿-10亿年前的泛古陆，在漫长的进化过程中形成了数量众多的近源属种。随着板块运动，大洋洲陆地与古大陆分开，便形成了南半球棉属二倍体种一一澳洲棉的起源中心。留在古大陆上的棉属类群，随着古大陆的再次分离，又形成了两个二信体种——美洲棉和亚非洲棉的起源中心。白垩纪末期（约1亿年前），热带森林逐渐变为干旱的草原、沙漠，锦葵科的一些植物类群也逐渐向旱生化发展，大约1 250万年前进化出了棉属植物。随着分布区气候和生态条件的变化以及地理隔离，不同区域的棉种也向着不同方向独立进化。一些岛屿上也形成了特有棉种，例如加拉帕戈斯群岛上的戴维逊氏棉。

棉花的栽培种起源于热带、亚热带的干旱地区和荒漠草原，草棉和亚洲棉是二信体棉，祖先均为非洲野生棉;陆地棉和海岛棉则是100万-150万年前，由两个二信体种通过天然种间杂交、染色体加倍后形成的。

棉花驯化的历史大致分为两个阶段：第一阶段主要发生在热带（印度、墨西哥、西非等地區），野生型棉花过渡到原始的多年生木本型，又转变为多年生丛生型，保留了短日照和秋冬结实的特点。第二阶段主要发生在亚热带，在自然选择和人工选择的共同干预下，棉花进化出了早熟、耐弱光照、夏季结实等特性，培育出了纤维品质好、适应性广、生产力高的一年生草本型棉花。在近代科技发展的支持下，育种家针对更大规模的消费需求以及更高效率种植方式的要求，不断进行棉花品种改良，选育出了满足各种需求的棉花新品种。

人类利用棉花的历史

人类利用棉花具有悠久的历史。印度人对棉花的利用较早，考古学家曾在印度河谷发掘出距今5 000多年的棉织品和棉线。印第安人种植棉花的历史也十分悠久，在秘鲁北部曾出土了距今4 400多年的棉织渔网。

我国也有着悠久的利用棉花的历史。公元前200年左右，亚洲棉和非洲棉就传入我国新疆、云南等边境地区。考古发现，我国新疆地区在1 700多年前就已经可以生产棉布。到了元代，棉花被迅速推广。明朝末期，棉花已成了最重要的纺织原料。在这一过程中，我国劳动人民对亚洲棉长期选择，逐渐培育出了一年生草本型棉花。300年前的《群芳谱》就记载了许多棉花品种，因此国际上也将亚洲棉称为“中棉”。19世纪末，陆地棉传人我国，如今已经取代亚洲棉和草棉成为主要栽培品种。

棉花既是最重要的纤维作物，又是重要的油料作物，也是含高蛋白的粮食作物，还是纺织、精细化工原料和重要的战略物资。棉纤维是重要的纺织原料，我们穿的棉质衣服、盖的棉被以及使用的棉布，都是用棉纤维制成的。棉籽是重要的榨油原料，棉籽油中亚油酸含量占脂肪酸的55%，是仅次于大豆油的优质食用油。棉籽油精炼后可以制造人造黄油、冷餐油等，我们吃的冰激凌、使用的香皂和化妆品中，都有“棉花”的身影。棉籽榨油后的棉籽饼（粕），还是优质的动物饲料蛋白。榨油前从棉籽壳上剥下来的棉短绒是重要的化工原料。利用棉短绒可以制造棉毯、绒衣、医用纱布、绷带，还可以制造无烟火药、导火索。另外，棉短绒也是制造人造丝、胶片、高级纸张、生物塑料的原料，我们生活中使用的纸币就是由棉短绒制成的。

新疆棉为何品质好

新疆棉区是我国棉花的优势产区，种植面积占全国的80%以上，已发展成我国最大的商品棉生产基地。2020年，新疆棉花产量约520万吨，约占全国总产量的87%，在国民经济中占有重要地位。新疆棉花不但产量高，质量也好，多年来棉花品级均居全国首位。

新疆地处我国西北内陆，光照时间长，昼夜温差大，降雨量少且无霜期长，光热资源丰富，特别有利于棉花的生产。棉花是喜温作物，纤维品质与温度、光照、降水和湿度均有较好的相关性。新疆棉花以细绒棉（陆地棉）为主，南疆有少数长绒棉（海岛棉）。新疆长绒棉质量好、纺纱一致性系数大，适纺特细号棉纱，是制作高级服装的优质原材料。多年来，新疆细绒棉的白度、纤维长度、断裂比强度、马克隆值、纤维整齐度均高于全国平均水平。

棉花的白度主要根据太阳下反射的明暗程度定级，新疆3级以上的白棉占比为全国第一，综合品级最高。纤维的长度决定了棉织物的柔软度，直接决定着棉花的整体价值。新疆细绒棉纤维长度近5年来稳定在29毫米以上，高于28毫米的标准级。棉花纤维断裂比强度与纱线的成纱强力有关，新疆棉花的断裂比强度整体属于中等偏上的水平。棉花纤维马克隆值是成纱质量的关键指标，只有马克隆值适中的棉花才能达到细度和成熟度均适中，具有最高的纺纱性能，新疆棉花马克隆值B级（标准级）以上占比大于85%，整体品质较高。棉花纤维整齐度指棉纤维整齐程度或者长度分布的均匀程度，对成纱质量影响较大，新疆棉花的纤维整齐度指数在82.6%上下波动，属于中等接近高等的水平，高于全国平均水平。

高科技种出新疆棉

从20世纪90年代开始，新疆棉花产业进入了快速发展阶段，进入21世纪后，棉花生产水平有了大幅度提升。目前，在棉花育种、耕整地、铺膜播种、节水灌溉、施肥、植保、化控以及棉花采收等环节，均有大量先进技术的应用。

继美国之后，我国是世界上第二个成功自主研发抗虫棉的国家。我国棉花育种家在20多年前，通过转基因手段将苏云金杆菌体内控制Bt杀虫蛋白合成的基因转到了棉花染色体DNA中，使棉花细胞能够合成Bt杀虫蛋白，从而育成了能够抵抗棉铃虫危害的抗虫棉。这种“Bt毒蛋白”专一性很强.只对鳞翅目昆虫具有“胃毒”作用，对人畜无害。

新疆棉花生产不仅实现了机械化，而且实现了智能化。安装了北斗导航控制系统的大型铺膜播种机，可以按照设定路线自动驾驶，能一次性完成铺膜、铺滴灌带、播种、覆土等作业，播行整齐，效率极高。新疆棉花生产采用了国内最先进的滴灌技术，可以根据作物不同生育阶段的需求，定量供应养分和水分，大幅度提高了水肥利用效率。

在植保、化控中使用無人机也显著提高了作业效率，减少了大型机器进地次数，同时节省了成本，降低了劳动强度。在夏季，针对点状爆发的蚜虫、红蜘蛛、象鼻虫等虫害，用拖拉机携带喷雾器打药不仅劳动强度大，而且无法精准施药。使用无人机，能精准识别发病中心，农药用量小，作业效率高，深受棉农喜爱。化控是新疆棉花生产中的黑科技。通过喷施缩节胺、矮壮素，并配合水肥管理，可以调节棉花营养生长和生殖生长，控制株高，构建适应生产要求的理想株型和群体。在前些年，棉花打顶成为阻碍新疆棉区实现全程机械化的最后瓶颈。如今，化学打顶剂+无人机很好地解决了这一问题，将人从繁重的体力劳动中彻底解放出来。

棉花的机械化采收也体现了新疆棉区先进的生产水平。1 0多年前，棉花采收是一个费时、费工的大难题，每到棉花采收季节，整个新疆的工厂停工，学校停课，要动员全社会的力量进入田间支援棉花采收。很多人还从外省“组团”去新疆采棉花，高峰时期，新疆每年都需要从外省招募数十万采棉工。近几年，机采棉得到快速推广，北疆机采棉种植面积已占80%以上，个别县（市）已超过90%。与人工采收相比，机采棉的成本降低了80%，作业效率有了极大提高，以前1 000亩的棉花需要人工采收一个月，如今只需要一个昼夜就能全部采收完毕。

（责任编辑：白玉磊）