新疆博乐地区棉花无膜栽培初探

严玉萍，冯振秀，方瑞，杨芳芳，曹阳，张燕，朱波*，王娟

（1. 新疆生产建设兵团第五师农业科学研究所，新疆 双河 833408；2. 新疆生产建设兵团第五师农业技术推广站， 新疆 双河 833408；3. 新疆生产建设兵团农垦科学院棉花研究所，新疆 石河子 832000）

20 世纪80 年代初地膜的引进应用，使新疆的棉花生产得到了突飞猛进的发展。但随着地膜连年使用、覆盖面积的扩大及使用量的增加，土壤中地膜残留污染严重，新疆长期覆膜棉田土壤耕层地膜残留量在42～540 kg·hm-2[1-2]。 经过40 多年的地膜覆盖植棉，土壤残膜污染对新疆棉花生产的可持续发展造成了严重影响[3-4]。 为了摆脱“白色污染”，相关行业的技术人员做出了大量的努力，如开展了残膜回收机的研制应用、 各类降解膜开发工作，并取得了一些效果[5-6]。 但是这些技术仍存在不足，包括：残膜回收率不高，残膜碎片难以回收；降解膜并不能完全降解，而且残膜碎片更小，更难回收。 因此，要从根本上解决新疆棉田地膜污染，很有必要开展棉花的无膜栽培研究[7]。

近年来，国家对生态文明建设日益重视，并逐渐加大对生态系统的保护力度；新疆审定的新陆早系列品种在早熟、抗病性、品质等方面的综合表现取得突破； 先进的栽培技术措施如高质量整地、精量播种技术、棉田滴灌技术等不断改进，在提高保苗率的同时，缩短了播种至出苗的时间；北疆植棉区出现初霜期推迟、终霜期提早、无霜期延长和有效积温增加等气候变化[8]。综上，新疆一些地区是可以尝试棉花无膜栽培的。为有效解决棉田地膜残留问题，2018 年新疆生产建设兵团第五师农业科学研究所（以下简称“第五师农科所”）在博乐地区开展了无膜栽培的研究。本研究通过在新疆博乐地区开展棉花不同栽培模式研究，以期为彻底解决残膜污染问题、推广应用无膜栽培技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选用了4 个品种（系），包括2 个早熟品种新陆早82 号[9]、Y21[10]（均属于高抗枯萎病、耐黄萎病品种， 均由新疆生产建设兵团第五师农科所供种）和2 个早中熟品系17-7、863（均由新疆生产建设兵团金博股份有限公司供种）。

1.2 试验设计

2018 年试验在位于双河市的新疆生产建设兵团第五师农科所棉花试验基地开展，设置3 种不同机采棉种植模式：机采棉1 膜6 行宽窄行种植模式（A 模式），行距为（66＋10） cm，理论密度为266 670 株·hm-2； 机采棉1 膜3 行76 cm 等行距种植模式（B 模式），理论密度为266 670 株·hm-2；机采棉1 膜3 行76 cm 等行距种植模式（C 模式），理论密度为133 335 株·hm-2。3 种模式分别采用有膜、无膜播种。 采用裂区设计，品种为主区，机采种植模式为副区，重复3 次，重复间设宽度为0.5 m 的走道，小区宽2.25 m，长6.5 m，面积约为15 m2。

2019—2020 年试验在双河市新疆生产建设兵团第五师农科所棉花试验基地进行，示范地面积为1.33 hm2，采用A 模式，设置有膜、无膜2 种播种方式。 棉花苗期在有膜、无膜示范地中选择长势均匀的4 个点设定处理小区，每个小区面积为6.67 m2。无膜栽培苗期、蕾期以促苗早发为主，增加滴出苗水和中耕次数，基本不进行化学调控；由于无膜栽培前期棉苗生长慢，打顶时间推后10 d 左右，打顶后根据棉花长势，做好化学调控工作。

1.3 测定项目及方法

2018 年研究无膜（露地）条件下不同品种、不同机采棉种植模式的出苗率、生育期（从出苗期到吐絮期历时）、产量等，以筛选适宜无膜机采种植的棉花品种及栽培模式。

2019—2020 年研究无膜（露地）条件下，棉花的早熟性、产量、品质、适采性及棉花无膜栽培技术要点，探讨当地开展无膜栽培的可行性。

1.3.1生育期调查。 观测并记录出苗期（50%棉苗子叶出土展平的日期）、开花期（50%的棉株第1 个果枝上的蕾开花的日期）、吐絮期（50%的棉株有1个棉铃的铃壳开裂、纤维外露的日期）、生育期。

1.3.2植株性状调查。在定点小区中间行第3 至第4 行，选定生长一致、无双苗的连续20 株（第3 行10 株，第4 行10 株）棉花，8 月20 日左右开始调查株高、第一果枝节位高度、第一果枝节位、单株果枝数、单株结铃数和黄萎病发病情况，计算“三桃”（7月15 日以前结的伏前桃、7 月16 日至8 月15 日结的伏桃、8 月16 日至9 月10 日结的秋桃）比例。

1.3.3纤维品质检测。取混合样（取生长一致、连续20 株全株吐絮棉铃），分轧、分装后送农业农村部棉花品质监督检验测试中心测试纤维品质5 项指标（HVI 校准棉花标准校准）。

1.3.4铃重、衣分测定。吐絮期取中间行混合样（20株全株吐絮棉铃）测定铃重，轧花后测定衣分、籽指。1.3.5产量测定。收获前在2 种模式试验示范田以对角线法各量出4 个面积为6.67 m2的测产区，统计收获密度和单位面积铃数，并按实际收获产量计产。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2003 进行数据整理。

2 结果与分析

2.1 2018 年试验结果分析

2.1.1出苗情况。有膜播种的棉花比无膜播种的出苗快、整齐。 早熟品种比早中熟品系苗齐、苗匀。 有膜播种的早熟品种出苗期在4 月26 日， 无膜播种的在5 月5 日左右， 无膜播种的比有膜的晚9～10 d；有膜播种的早中熟品系出苗期在5 月2 日左右， 无膜播种的早中熟品系在5 月10 日还有部分地块未到出苗期，且严重缺苗。

2.1.2生育期。 有膜播种的2 个早熟品种在8 月24 日左右达到吐絮期，生育期为120 d 左右；无膜播种的2 个早熟品种在9 月12 日达到吐絮期，生育期为130 d 左右， 比有膜的生育期长10 d 左右。早中熟的2 个品系， 有膜播种的吐絮期在9 月18-20 日，9 月27 日第1 次拾花， 秋翻犁地前（10月24 日）再进行1 次拾花；而无膜栽培的到10 月24 日还未到吐絮期。 虽然无膜栽培下2 个早熟品种的生育期比有膜栽培的长10 d 左右， 但是仍比有膜栽培的早中熟品系短8～12 d。据此认为，博乐以东地区， 选择生育期在120 d 左右的棉花品种，是可以尝试无膜栽培的。

2.1.3产量表现。无膜栽培的棉花产量明显低于有膜栽培的，2 个早熟品种在不同的无膜栽培模式下籽棉产量都在3 000 kg·hm-2以上。 2 个早中熟品系在无膜条件下产量更低，几乎绝产（只收吐絮铃，10 月24 日没有吐絮的铃不计入产量）。 无膜栽培条件下，4 个品种（系）都以A 栽培模式产量最高，B 栽培模式次之，C 栽培模式最差。

2.1.4小结。通过对不同栽培模式下棉花的出苗情况、生育期、产量等调查，分析得出：在无膜栽培条件下， 无论是早熟品种还是早中熟品系，1 膜6 行栽培模式的产量都高于1 膜3 行， 更适于无膜栽培。 无膜栽培失去了地膜的保温作用，棉花生育期延长， 必须采用早熟品种； 新陆早82 号早熟性较好，无膜条件下生育期为129 d，比另一个早熟品种Y21 短5 d， 比有膜条件下的早中熟品系短8～12 d，确定为后续无膜栽培试验品种。

2.2 2019—2020 年试验结果分析

2.2.1生育期。 2019 年博乐地区春季气温偏低，2020 年博乐地区春季气温同正常年份。 由表1 可知， 新陆早82 号无膜栽培条件下2 年平均生育期为124 d，有膜栽培2 年平均生育期为114 d，无膜栽培比有膜栽培长10 d。无膜栽培从滴出苗水到出苗期历时比有膜栽培长3 d，出苗率可超过85%，说明在本地只要土壤水分能够达到出苗要求，无膜栽培早熟棉花品种也可以正常出苗；无膜栽培从出苗期到开花期的平均时间为71 d，有膜栽培从出苗期到开花期的平均时间为61 d，无膜栽培比有膜栽培长10 d，这充分说明由于无膜栽培的地温低，棉苗生育进程延迟。 在以后的无膜栽培技术推广过程中，要抓住这个重要时段，勤中耕，以提高地温，促早发。无膜栽培和有膜栽培从开花期到吐絮期的平均时间均为53 d。 从整个生育期看，无膜栽培的成功与否，关键在于保苗和苗期的促早熟措施。

表1 新陆早82 号生育情况及打顶时间

2.2.2植株性状。 由表2 可知，有膜栽培的2 年平均株高明显高于无膜栽培，这是因为当地春季气温较低，有膜栽培的棉花有地膜的保护，对光热资源利用比较好，出苗后生长较快。 结合生育期的调查可知，2020 年虽然无膜栽培出苗期只比有膜栽培的晚3 d，但是无膜栽培棉花5 月11 日出第1 片真叶时（测定点苗期观察），有膜栽培的棉花已是3 叶1 心，说明有膜栽培棉花的生长发育比无膜栽培的快，这与穆建国等[11]对新疆南疆无膜栽培技术的研究结果相同；无膜栽培棉苗比有膜棉弱，在苗期末期的株高较有膜栽培棉花矮2～3 cm，真叶比有膜栽培棉花少2 片。

表2 新陆早82 号的植株性状表现

2019 年无膜栽培的第一果枝节位及其高度均高于有膜栽培， 这是由于虽然2019 年春季气温偏低，延缓了无膜栽培条件下棉苗的营养生长，但是未进行化学调控， 在气温回升后棉苗生长加快。2020 年有膜栽培的第一果枝节位及其高度均高于无膜栽培， 这是由于有膜栽培棉花苗期是5 月初，此时昼夜温差较大，有利于棉株的营养生长，第一果枝节位升高； 而无膜栽培的棉花苗期是5 月中旬，此时的昼夜温差较小，促使腋芽原基向花芽分化，导致第一果枝节位降低。

无膜栽培的单株果枝数、单株结铃数比有膜栽培的少。这是因为打顶遵循的是“枝到不等时，时到不等枝”的原则，无膜栽培条件下，棉苗生长发育迟缓，打顶时的单株果枝数还未达到要求。

2 年平均，无膜栽培条件下黄萎病发病率为67.6%，病情指数为30.2；有膜栽培的黄萎病发病率为50.7%，病情指数为20.8。 无膜栽培条件下，黄萎病发病率、病情指数都高于有膜栽培，这是因为黄萎病发病最适合的温度为25 ℃左右， 在本地黄萎病发病高峰期一般在8 月， 此时气温基本为25～30 ℃，覆膜条件下膜下温度高于30 ℃，可抑制黄萎病的发生[12]。 因此，在无膜栽培时，要选择黄萎病抗性比较好的棉花品种。

2 年平均， 有膜栽培条件下的三桃比 （伏前桃∶伏桃∶秋桃）是34.5∶63.6∶1.9，伏前桃过多，易造成后劲不足。 无膜栽培条件下的三桃比是2.6∶87.8∶9.6， 伏前桃比例低， 也没有过多的秋桃，且成铃时间均在正常吐絮要求的范围内，伏桃比例高，棉花成铃、吐絮集中，有利于机械采收，提升纤维品质的一致性。三桃比合理更说明无膜栽培下，生育期120 d 左右的棉花品种在博乐以东地区可以正常吐絮采收。

无膜栽培条件下的棉花纤维品质优于有膜栽培（表3）。 与有膜栽培相比，无膜栽培的棉花纤维上半部平均长度长1.6 mm，长度整齐度指数高0.8百分点，马克隆值低0.2（达到A 级），断裂比强度高1.7 cN·tex-1，断裂伸长率高0.1 百分点。

表3 新陆早82 号的纤维品质表现

2.2.3有膜、无膜用水量对比。 根据2 种栽培模式的田间用水量比较，结果表明：无膜条件下，浅埋滴灌带， 干播湿出， 全生育期无膜栽培滴水14～15次，总用水量为6 727.5 m3·hm-2；有膜栽培全生育期滴水13～14 次，总用水量为6 904.5 m3·hm-2。无膜栽培比有膜栽培多补出苗水2 次， 多滴出苗水108 m3·hm-2， 但后期无膜栽培要适时早停水促早熟，比有膜栽培少滴水1 次，少滴水285 m3·hm-2。由此可见， 虽然无膜栽培比有膜栽培多滴水1 次，但是用水量却少了177 m3·hm-2， 打破人们印象里无膜栽培用水量要比有膜栽培大很多的想法。

2.2.4产量结果分析。从表4 看，相比有膜栽培，无膜栽培条件下的2 年平均衣分低1.6 百分点，铃重小0.1 g，籽指大0.1 g；无膜栽培的籽棉产量比有膜栽培的籽棉产量低27.62%，由此可知，地膜保温增产的效应还是很明显的；但从环保和可持续发展的角度看，无膜栽培还是有必要研究。 2020 年无膜栽培平均籽棉产量达到4 635.00 kg·hm-2， 平均皮棉产量为2 029.35 kg·hm-2（最高皮棉产量为2 250 kg·hm-2）。

表4 新陆早82 号的产量性状表现

3 讨论与结论

连续3 年的试验表明，无膜栽培采用1 膜6 行的模式，选用生育期120 d 左右的早熟品种，在博乐地区可以正常吐絮。 本研究中，早熟品种新陆早82 号在无膜栽培下平均皮棉产量为1 852.57 kg·hm-2，最高皮棉产量为2 250 kg·hm-2。 说明通过选好早熟、抗病品种，做好田间管理，逐步完善栽培模式，在博乐无膜栽培棉花是可以正常吐絮、采收的，且能保证一定的产量。但是该模式下的产量比有膜栽培相对减少，因此须进一步完善技术体系。此外，本研究中无膜栽培的棉纤维上半部平均长度、马克隆值、断裂比强度、长度整齐度指数及断裂伸长率等指标都优于有膜栽培，这与李豪等[13]以新陆早62号品种为材料研究露地与覆膜栽培品种性状变化时发现的纤维长度、马克隆值、长度整齐度指数及断裂伸长率为覆膜栽培优于露地栽培，断裂比强度则为露地栽培优于覆膜栽培有所不同。推测是不同品种在不同生态区有膜与无膜栽培条件下的表现不同。 从棉花的整个生育期看，无膜栽培的成功关键在于保苗和苗期的促早熟管理措施，通过浅埋滴灌带干播湿出，可保证保苗率在85%以上；此外，后期应适时早停水促早熟。由于无膜栽培条件下棉苗生长发育迟缓， 打顶时间应比有膜栽培推迟10 d。无膜栽培的黄萎病发病率高于有膜栽培，因此无膜栽培时要选择抗病性较好的棉花品种。

棉花无膜栽培可从源头上控制地膜使用，是减少残膜污染最直接有效的途径[14]。 开展棉花无膜栽培，可从根本上解决农膜残留问题，消除地膜对农田土壤的危害，对生态保护有重要的意义。 但是与有膜栽培相比，无膜栽培的产量和效益相对减少，推广应用尚有很大的难度， 须进一步培育早熟品种，深入创新无膜栽培技术，通过水肥调控进一步挖掘无膜栽培的生产潜力，为实现新疆棉花绿色可持续生产提供技术支持[15]。