我國(guó)現(xiàn)代植棉理論與技術(shù)的新發(fā)展——棉花集中成熟栽培

聶軍軍，代建龍，杜明偉，張艷軍，田曉莉，李召虎，董合忠

我國(guó)現(xiàn)代植棉理論與技術(shù)的新發(fā)展——棉花集中成熟栽培

聶軍軍1，代建龍1，杜明偉2，張艷軍1，田曉莉2，李召虎2*，董合忠1*

1山東棉花研究中心，濟(jì)南 250100；2中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京 100091

集中成熟是棉花機(jī)械收獲的基本要求，系指整株棉花的棉鈴集中在一個(gè)較短的時(shí)間段內(nèi)成熟吐絮的現(xiàn)象，而集中成熟栽培則是指實(shí)現(xiàn)棉花優(yōu)化成鈴、集中吐絮的栽培管理技術(shù)和方法。經(jīng)過多年研究和實(shí)踐，我國(guó)棉花集中成熟栽培的理論和技術(shù)業(yè)已形成，成為現(xiàn)代植棉理論與技術(shù)的重要內(nèi)容。本文對(duì)棉花集中成熟的概念與內(nèi)涵、關(guān)鍵栽培技術(shù)及其生理生態(tài)學(xué)機(jī)理進(jìn)行了創(chuàng)新性總結(jié)。棉花集中成熟栽培要從播種開始，通過單粒精播技術(shù)實(shí)現(xiàn)一播全苗、壯苗，為集中成熟創(chuàng)造穩(wěn)健的基礎(chǔ)群體；在全苗壯苗基礎(chǔ)上，以集中成熟為目標(biāo)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)條件和生產(chǎn)條件，綜合運(yùn)用水、肥、藥調(diào)控棉花個(gè)體和群體生長(zhǎng)發(fā)育，構(gòu)建集中結(jié)鈴的株型和集中成熟的高效群體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化成鈴、集中吐絮。單粒精播能夠創(chuàng)造適宜的頂土壓力和出苗前的黑暗環(huán)境，誘導(dǎo)棉苗頂端彎鉤形成和下胚軸增粗關(guān)鍵基因表達(dá)，促進(jìn)彎鉤形成、下胚軸穩(wěn)健生長(zhǎng)和頂土出苗；出苗后具有獨(dú)立的生長(zhǎng)空間，相互影響小，形成壯苗。密植與化控降低了葉枝葉的光合作用，誘導(dǎo)激素代謝關(guān)鍵基因表達(dá)，改變了內(nèi)源激素含量和分布，抑制了葉枝和主莖頂端生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了免整枝并促進(jìn)了集中結(jié)鈴；分區(qū)灌溉誘導(dǎo)葉片合成大量茉莉酸，其作為信號(hào)分子通過韌皮部運(yùn)輸?shù)焦嗨畢^(qū)根系，促進(jìn)水孔蛋白基因表達(dá)，提高了根系吸水能力和水分利用率；膜下分區(qū)滴灌、水肥協(xié)同管理，進(jìn)一步提高了棉花光合產(chǎn)物向產(chǎn)品形成器官的分配比例和棉株化學(xué)脫葉率，促進(jìn)了集中成熟和高效脫葉，在節(jié)水減肥的前提下，產(chǎn)量不減，機(jī)采籽棉含雜率顯著降低。棉花集中成熟栽培理論與技術(shù)是新時(shí)代棉花栽培學(xué)研究的新成果，是現(xiàn)代棉業(yè)發(fā)展的重要科技支撐。展望未來，應(yīng)在深入研究棉花集中成熟栽培生理生態(tài)學(xué)機(jī)制的基礎(chǔ)上，選用更加配套的棉花新品種，創(chuàng)新關(guān)鍵栽培技術(shù)，研制新的配套物質(zhì)裝備，促進(jìn)良種良法配套、農(nóng)藝農(nóng)機(jī)高度融合。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)藝技術(shù)與現(xiàn)代智慧植棉技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步提高棉花集中成熟栽培的科學(xué)性和有效性，為輕簡(jiǎn)高效植棉提供更加有力的理論和技術(shù)支撐。

棉花；集中成熟；高效群體；優(yōu)化成鈴；高效脫葉；栽培技術(shù)

棉花原產(chǎn)于熱帶和亞熱帶地區(qū)，是多年生植物，經(jīng)過在暖溫帶長(zhǎng)期種植馴化，演變成一年生作物。因此，它既有一年生作物生長(zhǎng)發(fā)育的普遍規(guī)律，又保留了多年生植物無限生長(zhǎng)的習(xí)性[1]。只要溫、光、水等條件適宜，棉株就會(huì)不斷現(xiàn)蕾、開花、結(jié)鈴，導(dǎo)致傳統(tǒng)栽培棉花的吐絮成熟期（棉株第一個(gè)棉鈴開裂吐絮到絕大多數(shù)棉鈴?fù)滦酰╅L(zhǎng)達(dá)70—90 d，需要人工收獲4—7次[2-3]。但近10多年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，我國(guó)農(nóng)村勞動(dòng)力數(shù)量減少、質(zhì)量下降，改人工采摘為機(jī)械采收已是大勢(shì)所趨，而機(jī)械采收的前提則是集中成熟吐絮[4]。棉花集中成熟是指整株棉花的棉鈴集中在一個(gè)較短時(shí)間內(nèi)吐絮成熟的現(xiàn)象。對(duì)具有無限生長(zhǎng)習(xí)性的棉花而言，特別是在自然條件較差、種植制度復(fù)雜、產(chǎn)量目標(biāo)要求頗高的中國(guó)主要產(chǎn)棉區(qū)，實(shí)現(xiàn)集中成熟的難度很大，一度成為全程輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化植棉“卡脖子”的難題。面對(duì)發(fā)展機(jī)采棉的迫切需求，我國(guó)棉花科技工作者因地制宜，創(chuàng)建了適宜不同棉區(qū)的獨(dú)具中國(guó)特色的棉花集中成熟栽培技術(shù)，并對(duì)棉花集中成熟栽培理論進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，為我國(guó)棉花輕簡(jiǎn)化栽培、機(jī)械化采收提供了堅(jiān)實(shí)的理論和技術(shù)支撐[4]。本文以筆者在該領(lǐng)域的研究成果為主，結(jié)合國(guó)內(nèi)外其他相關(guān)研究，就棉花集中成熟栽培技術(shù)及其機(jī)理作一創(chuàng)新性總結(jié)，為輕簡(jiǎn)高效植棉高質(zhì)量發(fā)展提供理論和技術(shù)支持。

1 棉花集中成熟栽培的背景與概念

我國(guó)長(zhǎng)江和黃河流域棉區(qū)傳統(tǒng)栽培的棉花結(jié)鈴時(shí)空分布比較分散，導(dǎo)致吐絮成熟期長(zhǎng)達(dá)2—3個(gè)月，植株高大，外圍鈴較多，不利于集中收獲或機(jī)械采摘[4]；西北內(nèi)陸棉區(qū)采用密植矮化栽培，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)集中結(jié)鈴，但脫葉效果較差，機(jī)采籽棉含雜率常在12%以上[5]，嚴(yán)重影響機(jī)采棉的質(zhì)量。棉株集中在一個(gè)較短的時(shí)間段內(nèi)成熟吐絮并高效脫葉是機(jī)械采摘的前提。

1.1 棉花集中成熟栽培產(chǎn)生的背景

棉花具有其他大宗農(nóng)作物所不具備的生物學(xué)特性，如喜溫好光、無限生長(zhǎng)、結(jié)鈴自動(dòng)調(diào)節(jié)和補(bǔ)償能力強(qiáng)等[1]，我國(guó)人多地少和以往農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不計(jì)人工成本的狀況與習(xí)慣，導(dǎo)致傳統(tǒng)棉花栽培一直走精耕細(xì)作的道路，特別是收獲環(huán)節(jié)，人工采摘4—7次，雖然費(fèi)工費(fèi)時(shí)，但棉花含雜率低、品質(zhì)較好[6]。因此，傳統(tǒng)精耕細(xì)作栽培對(duì)棉花是否集中成熟沒有要求，結(jié)鈴分散、吐絮成熟期長(zhǎng)反而有利于勞動(dòng)力的安排，適合一家一戶的小農(nóng)生產(chǎn)。

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，我國(guó)農(nóng)村青壯年勞動(dòng)力大量流失，留在農(nóng)村從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)力呈現(xiàn)出老齡化、婦女化和兼職化的特征[7]。加之農(nóng)村雇工費(fèi)用大幅度增長(zhǎng)，一家一戶的分散經(jīng)營(yíng)模式和勞動(dòng)密集的精耕細(xì)作栽培管理技術(shù)不僅不適應(yīng)當(dāng)前棉花生產(chǎn)的發(fā)展，更成為今后棉花生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重障礙。盡管我國(guó)西北內(nèi)陸棉區(qū)采用密植矮化栽培，實(shí)現(xiàn)了相對(duì)集中結(jié)鈴，但是受群體密度過大、行株距配置不合理、水肥投入多等因素的影響，棉田脫葉效果差，機(jī)采籽棉含雜率常在12%以上[5]，嚴(yán)重影響了機(jī)采棉的質(zhì)量。因此改革傳統(tǒng)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式和栽培管理技術(shù)，特別是優(yōu)化株行距配置、肥水調(diào)控等，創(chuàng)建集中成熟、高效脫葉的棉花群體，并最大限度地用機(jī)械代替人工，實(shí)行規(guī)模化、機(jī)械化和集約化植棉，簡(jiǎn)化種植管理程序、減少作業(yè)次數(shù)、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)的輕便簡(jiǎn)捷、節(jié)本增效是我國(guó)棉花生產(chǎn)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展的必由之路[3]。輕簡(jiǎn)高效植棉最難的環(huán)節(jié)是采收的輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化，也就是集中吐絮和機(jī)械采摘問題。因此，實(shí)現(xiàn)棉鈴優(yōu)化分布、集中吐絮成熟成為輕簡(jiǎn)高效植棉研究的重點(diǎn)。

1.2 集中成熟栽培的概念和內(nèi)涵

棉花集中成熟是指整株棉花的棉鈴集中在一個(gè)較短的時(shí)間段內(nèi)成熟吐絮的現(xiàn)象[3]。棉花集中成熟栽培則是指實(shí)現(xiàn)棉花優(yōu)化成鈴、集中吐絮的栽培管理技術(shù)及其理論依據(jù)。總結(jié)起來，棉花集中成熟具有四方面內(nèi)涵。

一是集中成熟是一個(gè)相對(duì)的概念。集中成熟就是要求吐絮成熟期盡可能縮短。就整株棉花而言，成熟期或吐絮期通常是指一棵棉花第一個(gè)棉鈴?fù)滦醯阶詈笠粋€(gè)棉鈴（或絕大多數(shù)棉鈴）吐絮完成所需要的天數(shù)；就整塊棉田而言，則是指一塊棉田50%棉株上的第一個(gè)棉鈴?fù)滦醯?0%棉株的最后一個(gè)棉鈴（或絕大多數(shù)棉鈴）吐絮所需要的天數(shù)。吐絮成熟天數(shù)越短，集中成熟程度越高，越便于集中或機(jī)械采摘。但是，吐絮成熟期的長(zhǎng)短沒有統(tǒng)一的規(guī)定，集中成熟是相對(duì)于傳統(tǒng)栽培棉花結(jié)鈴?fù)滦醴稚?、成熟期過長(zhǎng)而言的，是一個(gè)相對(duì)的概念。

二是集中成熟與早熟的關(guān)系。早熟也是集中成熟的一個(gè)重要指標(biāo)和基本要求，即在有效生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)棉鈴盡可能早的吐絮成熟，完成生活周期。我國(guó)主要產(chǎn)棉區(qū)要么熱量條件十分有限，要么實(shí)行兩熟甚至多熟制，需要及時(shí)騰茬，因此對(duì)棉花早熟的要求十分嚴(yán)格[8]。實(shí)現(xiàn)棉花早熟，一來可以避免棉花生育后期害蟲或低溫早霜對(duì)產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，二來對(duì)于兩熟或多熟種植系統(tǒng)，能夠?yàn)楹蟛缱魑锏牟シN爭(zhēng)取時(shí)間。對(duì)于機(jī)采棉而言，采摘前需要化學(xué)脫葉催熟，早熟既是減少脫葉催熟所致棉花產(chǎn)量損失的重要途徑，也是提高脫葉率的根本保證。由此可見，早熟是機(jī)械采收的必然要求，無論是一年一熟還是兩熟種植都必須強(qiáng)調(diào)早熟。吐絮“早而集中”是集中成熟、機(jī)械采收的基本要求。

三是集中成熟與優(yōu)化成鈴的關(guān)系。棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的形成是通過棉株不斷結(jié)鈴實(shí)現(xiàn)的，受結(jié)鈴時(shí)間、棉鈴所處空間部位及棉株生理年齡等因素的顯著影響。優(yōu)化成鈴就是要求棉株在最佳結(jié)鈴期、最佳結(jié)鈴部位和最優(yōu)生理狀態(tài)時(shí)多結(jié)鈴，結(jié)優(yōu)質(zhì)鈴[9]。優(yōu)化成鈴是實(shí)現(xiàn)集中成熟的必然要求和重要途徑。棉花集中成熟不只是時(shí)間上的“集中”，在結(jié)鈴的空間部位上也要相對(duì)集中。為實(shí)現(xiàn)優(yōu)化成鈴和集中收獲的目標(biāo)，應(yīng)充分協(xié)調(diào)品種、環(huán)境和栽培措施三者的關(guān)系，在增加生物學(xué)產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，穩(wěn)定或提高經(jīng)濟(jì)系數(shù)；在增加單位面積總鈴數(shù)的基礎(chǔ)上，穩(wěn)步提高鈴重。這不僅要主動(dòng)而有預(yù)見性地控制棉花個(gè)體發(fā)育，培植集中結(jié)鈴的理想株型，促進(jìn)棉花正常成熟，還要根據(jù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件，優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)好棉花生長(zhǎng)發(fā)育與環(huán)境條件、個(gè)體與群體、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)以及地上部與地下部的關(guān)系[1, 10-11]。黃河流域棉區(qū)優(yōu)質(zhì)棉鈴開花期為7月10日至8月15日；長(zhǎng)江流域棉區(qū)為7月15日至8月20—25日；西北內(nèi)陸棉區(qū)為6月底日至7月底[12-13]。優(yōu)化成鈴、集中成鈴就是要求棉花開花結(jié)鈴高峰期集中在這一時(shí)間范圍內(nèi)。

四是集中成熟與高效脫葉的關(guān)系。高效脫葉是棉花機(jī)械采收的關(guān)鍵配套技術(shù)，通常是利用噻苯隆等脫葉劑誘導(dǎo)葉片產(chǎn)生乙烯，同時(shí)抑制葉柄中生長(zhǎng)素的極性運(yùn)輸，使離區(qū)細(xì)胞對(duì)乙烯更為敏感，葉柄基部形成離層，繼而誘導(dǎo)葉片脫落[14]。棉花具無限生長(zhǎng)習(xí)性，生育中后期往往繼續(xù)長(zhǎng)葉、現(xiàn)蕾、開花，化學(xué)脫葉的同時(shí)一并去除了無效蕾、花、鈴，并防止了棉花的二次生長(zhǎng)，因此，在一定程度上直接優(yōu)化了棉鈴的時(shí)空分布。并且，脫葉劑噻苯隆等通常還與催熟劑乙烯利等混配施用[14-15]，在脫葉的同時(shí)，促進(jìn)了棉鈴的開裂，進(jìn)一步提高了集中成熟吐絮的程度。另外，脫葉后棉田通透性提高，也間接促進(jìn)了棉鈴開裂吐絮，有利于機(jī)械采摘。由此可見，集中成熟與高效脫葉是高度統(tǒng)一的，但有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)矛盾。例如，高密栽培雖然促進(jìn)了集中成熟，但是密度過高、行距過窄，群體郁閉，脫葉劑打不透、落葉掛枝不掉落，則會(huì)顯著影響化學(xué)脫葉效果，導(dǎo)致機(jī)采籽棉雜質(zhì)含量高達(dá)12%以上[1]，嚴(yán)重影響機(jī)采棉的質(zhì)量[16-17]。實(shí)際生產(chǎn)中要通過密度與行株距合理配置，以及優(yōu)化肥水運(yùn)籌等盡可能避免這一矛盾的出現(xiàn)。

1.3 棉花集中成熟高效群體

就生產(chǎn)而言，重要的是群體而不是單株意義上的集中成熟。因此，建立集中成熟的高效群體至關(guān)重要。在傳統(tǒng)精耕細(xì)作、人工采摘條件下，我國(guó)西北內(nèi)陸、黃河流域和長(zhǎng)江流域棉區(qū)通常分別采用“高密小株型”、“中密中株型”和“稀植大株型”3種群體結(jié)構(gòu)[9, 17]。這3種群體結(jié)構(gòu)以高產(chǎn)超高產(chǎn)為主攻目標(biāo)，較少考慮生產(chǎn)品質(zhì)和成本投入，更沒有顧及集中成熟收獲的便宜。其中，西北內(nèi)陸棉區(qū)采用的“高密小株型”群體密度過大，行株距配置不合理、水肥投入多，群體臃腫，株高過低，脫葉效果差，不利于機(jī)械采收，也降低了機(jī)采籽棉的生產(chǎn)品質(zhì)[3, 17]；黃河和長(zhǎng)江流域棉區(qū)采用的“中密中株型”和“稀植大株型”群體，密度偏低，基礎(chǔ)群體不足，植株高大，結(jié)鈴分散，爛鈴多，纖維一致性差，難以集中（機(jī)械）采收[3, 17]。

為解決以上問題，筆者提出了3種集中成熟高效群體[17]，即“降密健株型”、“增密壯株型”和“直密矮株型”群體，分別適應(yīng)于西北內(nèi)陸、黃河流域和長(zhǎng)江流域棉區(qū)。這3種新型群體，充分利用了不同產(chǎn)棉區(qū)的生態(tài)條件，個(gè)體株型合理、群體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使棉花高光合效能期、成鈴高峰期和光熱資源高能期同步（“三高”同步），在最佳結(jié)鈴期、最佳結(jié)鈴部位和棉株生理狀態(tài)穩(wěn)健時(shí)集中結(jié)鈴，實(shí)現(xiàn)了集中成熟和便于脫葉，為集中成熟或機(jī)械采收奠定了基礎(chǔ)。其中，“降密健株型”群體是在傳統(tǒng)“高密小株型”群體的基礎(chǔ)上，以培育健壯棉株、優(yōu)化成鈴、提高機(jī)采前脫葉率為主攻目標(biāo)，通過適當(dāng)降低密度（20%—25%）和適當(dāng)增加株高（20%—30%）等措施而發(fā)展起來的新型棉花群體，皮棉產(chǎn)量目標(biāo)為2 250—2 400 kg·hm-2，適合于西北內(nèi)陸棉區(qū)[17]。“增密健株型”群體是在傳統(tǒng)“中密中株型”群體的基礎(chǔ)上，以培育壯株、優(yōu)化成鈴、集中成熟為主攻目標(biāo)，通過適當(dāng)增加種植密度（30%—50%），并適度降低株高（25%—30%）等措施而發(fā)展起來的新型棉花群體，皮棉目標(biāo)產(chǎn)量為1 650—1 800 kg·hm-2，適合黃河流域一熟制棉花[7]?！爸泵馨晷汀比后w是在黃河、長(zhǎng)江流域兩熟制棉區(qū)傳統(tǒng)“稀植大株”群體的基礎(chǔ)上，改套種或育苗移栽為大蒜（油菜、小麥）收獲后搶茬機(jī)械直播早熟棉或短季棉品種，通過增加密度、培育矮化健壯植株、優(yōu)化成鈴、集中成熟為主攻目標(biāo)的新型棉花群體，皮棉目標(biāo)產(chǎn)量為1 500 kg·hm-2[3, 17]。

2 棉花集中成熟關(guān)鍵栽培技術(shù)

棉花集中成熟栽培或調(diào)控要從播種開始。通過單粒精播實(shí)現(xiàn)一播全苗、壯苗，創(chuàng)造穩(wěn)健的基礎(chǔ)群體；在全苗壯苗基礎(chǔ)上，以集中成熟為目標(biāo)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)條件和生產(chǎn)條件，綜合運(yùn)用水、肥、藥調(diào)控棉花個(gè)體和群體生長(zhǎng)發(fā)育，構(gòu)建理想株型和集中成熟高效群體結(jié)構(gòu)，優(yōu)化成鈴、集中吐絮，為集中收獲或機(jī)械采摘奠定基礎(chǔ)。

2.1 單粒精播全苗壯苗技術(shù)

棉花是子葉全出土作物，出苗成苗難度大。加大播量或多粒穴播是傳統(tǒng)棉花出苗保苗措施，但出苗后需要人工間定苗，費(fèi)工費(fèi)時(shí)、效率極低，不僅浪費(fèi)種子，而且間定苗不及時(shí)，棉苗擁擠在一起還容易得病死苗或形成高腳苗，造成棉花基礎(chǔ)群體質(zhì)量差，影響集中成熟[18]。改傳統(tǒng)播種為單粒精播、增加播種穴數(shù)是解決這一難題的有效途徑。為此，建立了“單粒穴播、精準(zhǔn)淺播、增加穴數(shù)”為核心的棉花單粒精播技術(shù)[4]，不僅保障了全苗壯苗，使發(fā)病死苗率降低，帶殼出苗率減少，而且省去了間定苗工序，每公頃省工15個(gè)以上，節(jié)約用種量50%以上[19-20]。

為適應(yīng)長(zhǎng)江與黃河流域兩熟制棉花精量播種的要求，改春棉套種為短季棉或早熟棉接茬機(jī)械直播[3, 21]，采用大蒜（小麥、油菜）收獲后機(jī)械精量直播早熟棉技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了兩熟制棉花的機(jī)械精量播種[8]。為應(yīng)對(duì)西北內(nèi)陸春季低溫干旱，采用“寬膜覆蓋邊行內(nèi)移增溫、膜下適時(shí)適量滴水增墑”的保苗技術(shù)，即改窄膜覆蓋為寬膜覆蓋、將邊行棉花適當(dāng)內(nèi)移，以提高種子發(fā)芽出苗所需的地溫；改冬前或春季造墑為干子干土播種，適時(shí)適量滴水調(diào)控土壤墑情促進(jìn)種子發(fā)芽、出苗和成苗，保障了低溫干旱條件下的單粒精播棉花的全苗壯苗[16, 22]。

2.2 密植化控集中成鈴技術(shù)

棉花具有無限生長(zhǎng)習(xí)性，棉株主莖基部長(zhǎng)有不能直接結(jié)鈴的葉枝，因此去葉枝是重要的傳統(tǒng)植棉技術(shù)[1]。為保證在有限生長(zhǎng)期內(nèi)開花結(jié)鈴和吐絮，傳統(tǒng)植棉還要求人工適時(shí)打頂[1]。通過提高種植密度控制葉枝的生長(zhǎng)發(fā)育是簡(jiǎn)化整枝甚至免整枝的有效途徑。

為實(shí)現(xiàn)免整枝，可根據(jù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件和生產(chǎn)條件合理密植，利用小個(gè)體、大群體抑制葉枝生長(zhǎng)；通過縮節(jié)安等植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑抑制赤霉素生物合成，控制棉花節(jié)間與主莖頂端生長(zhǎng)，并配合株行距配置、水肥調(diào)控等措施減免去葉枝和打頂環(huán)節(jié)[23]。其中，西北內(nèi)陸棉區(qū)收獲密度為12—20萬(wàn)株/hm2，在前期縮節(jié)安化控2—3次的基礎(chǔ)上，棉花正常打頂（達(dá)到預(yù)定果枝數(shù)）前5 d，噴施縮節(jié)安120—220 g·hm-2，10 d后用縮節(jié)安120—220 g·hm-2再次葉面噴施；同時(shí)采取節(jié)水滴灌、減施氮肥等措施，實(shí)現(xiàn)免整枝[17]。黃河流域棉區(qū)一熟制春棉收獲密度為7.5—9.0萬(wàn)株/hm2，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提早化控，首次化控提前到3—4葉期，然后在盛蕾和初花時(shí)根據(jù)長(zhǎng)勢(shì)各化控1次，3次用量分別為15.0、22.5—30.0和37.5—45.0 g·hm-2；正常打頂前5 d，用縮節(jié)安（甲哌鎓）75—105 g·hm-2葉面噴施，10 d后再次葉面噴施105—120 g·hm-2，實(shí)現(xiàn)免整枝。黃河和長(zhǎng)江流域棉區(qū)晚播早熟棉收獲密度為9.0—10.5萬(wàn)株/hm2，可根據(jù)情況于盛蕾期前后化控1—2次；棉花正常打頂前5 d，用縮節(jié)安75—105 g·hm-2葉面噴施1次，實(shí)現(xiàn)免整枝。為進(jìn)一步提高化學(xué)調(diào)控促進(jìn)集中成鈴的效果，筆者所在團(tuán)隊(duì)先后研制出“全精控”（40%甲哌鎓泡騰片，農(nóng)藥登記證號(hào)PD20160843），解決了甲哌鎓粉劑易吸潮不便使用的問題；研制出“化學(xué)封頂劑”（25%甲哌鎓水劑，農(nóng)藥登記證號(hào)PD20152036），利用助劑環(huán)烷酸鹽對(duì)頂芽造成微觸傷，與甲哌鎓協(xié)同作用增強(qiáng)了化學(xué)封頂?shù)男Ч４送?，還應(yīng)注意選用株型緊湊，葉枝弱、贅芽少的棉花品種；減施基肥和氮肥，苗期慎澆水，氮肥適當(dāng)后移；合理株行距配置，等行距、南北向種植便于控制葉枝生長(zhǎng)發(fā)育。

2.3 膜下分區(qū)交替滴灌技術(shù)

西北內(nèi)陸棉區(qū)在傳統(tǒng)膜下滴灌技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整滴灌帶布局、灌水量和灌水頻次的“三調(diào)整”，創(chuàng)立了膜下分區(qū)交替滴灌或變量滴灌技術(shù)。一是因地制宜，將膜帶布局調(diào)整為1膜6行3帶或1膜3行3帶為主；二是連續(xù)高水量（50—60 mm/次）定額滴灌調(diào)整為高水量滴灌與低水量滴灌（23—30 mm/次）交替；三是調(diào)整灌水終止期，比傳統(tǒng)滴灌提前7 d左右[4]。產(chǎn)量不減，灌水量減少了20%—30%，水分生產(chǎn)效率平均為1.26 kg·m-3，比常規(guī)滴灌提高了約20%[24-25]。

黃河流域棉區(qū)則在淘汰漫灌的基礎(chǔ)上，改長(zhǎng)畦為短畦，改寬畦為窄畦，改大畦為小畦，改大定額灌水為小定額灌水，整平畦面，保證灌水均勻。同時(shí)，優(yōu)化后的灌水方式與控釋復(fù)混肥一次性基施或種肥同播結(jié)合，也在一定程度上實(shí)現(xiàn)了水肥協(xié)同管理[17]。

2.4 肥料輕簡(jiǎn)運(yùn)籌技術(shù)

不同地區(qū)根據(jù)種植制度和棉花品種類型制定施肥技術(shù)，簡(jiǎn)化施肥、提高肥料利用率。

一是以產(chǎn)定量，適當(dāng)減少施氮量。黃河流域一熟制棉花氮肥使用量以180—225 kg·hm-2為宜，N﹕P2O5﹕K2O的比例為1﹕0.45（0.4—0.5）﹕0.8（0.6—1.0）。黃河和長(zhǎng)江流域晚播早熟棉施氮量以180—210 kg·hm-2為好，N﹕P2O5﹕K2O的比例以1﹕0.6﹕（0.6—0.8）為宜，適當(dāng)使用硼肥。西北內(nèi)陸棉區(qū)氮肥施用量為225—330 kg·hm-2，N﹕P2O5﹕K2O比例為1﹕0.6﹕（0—0.2），適當(dāng)使用鋅肥[1, 17]。

二是適當(dāng)減少施肥次數(shù)或一次性施肥。黃河流域純作春棉在施用一定數(shù)量基肥或種肥的基礎(chǔ)上，初花期一次性追施氮肥，其中全部磷、鉀肥和40%—50%的氮肥作基肥，剩余氮肥在初花期一次性追施；控釋肥或摻混肥可作為基肥一次性施用，提倡采用“種肥同播”方式，大小行種植的施于小行中間，等行距種植的施于覆膜行間，肥料與種子相距10 cm，施用深度10 cm以下[1, 17]。長(zhǎng)江流域和黃河流域大蒜（油菜、小麥）后直播早熟棉，一般在盛蕾期或初花期一次性追施速效肥，或采用控釋肥“種肥同播”，選擇養(yǎng)分釋放期為90 d控釋肥[26]。為保障土壤肥力的可持續(xù)發(fā)展，一次性施肥的棉田要實(shí)行秸稈還田并結(jié)合秋冬深耕培肥土壤[3]。

三是水肥協(xié)同高效管理。西北內(nèi)陸棉區(qū)宜采用水肥協(xié)同（一體化）管理。依據(jù)棉花需肥規(guī)律隨水帶肥，通常20%—30%的氮肥、50%的磷鉀肥基施，其余作為滴灌追肥在現(xiàn)蕾、初花、盛花和盛鈴期隨水追施，花鈴肥應(yīng)占追肥的40%—50%[17]。具體為N 240—300 kg·hm-2，P2O5120—180 kg·hm-2，K2O 50—100 kg·hm-2。高產(chǎn)棉田適當(dāng)加入水溶性好的硼肥15—30 kg·hm-2、硫酸鋅20—30 kg·hm-2。在分區(qū)交替滴灌或變量滴灌時(shí)，先滴水再滴肥，或在低水量滴灌時(shí)滴肥，達(dá)到水肥協(xié)同高效利用的效果[25]。

2.5 高效脫葉技術(shù)

棉花高效脫葉是提高機(jī)采棉的采摘率和作業(yè)效率，降低機(jī)采籽棉含雜率的關(guān)鍵[14, 27]。研究發(fā)現(xiàn)，影響脫葉的關(guān)鍵因素是噴施脫葉劑7—10 d內(nèi)的最高溫度和≥12℃的有效積溫[28]。另外，脫葉還受藥劑濃度、藥械和噴施方法的顯著影響。因此，要采取“三優(yōu)”脫葉催熟技術(shù)，即優(yōu)化配方、優(yōu)選藥械、優(yōu)擇噴期，力爭(zhēng)達(dá)到脫葉率92%以上、機(jī)采籽棉含雜率8%以下的目標(biāo)[29]。

優(yōu)化配方。目前，脫葉劑大多以噻苯隆為有效成分[30-31]，但其對(duì)溫度較為敏感，敵草隆與噻苯隆復(fù)配可以提高低溫條件下的脫葉效果[32]；同時(shí)為了達(dá)到較好的脫葉、催熟雙重效果，脫葉劑需與催熟劑乙烯利混用，但二者“桶混”（現(xiàn)混現(xiàn)用）應(yīng)用難度大，通過引入高效助劑和消泡技術(shù)，研制出化學(xué)封頂劑“欣噻利”（50%噻苯·乙烯利懸浮劑，農(nóng)藥登記證號(hào)LS20160119），有效解決了堿性噻苯隆和酸性乙烯利在液體環(huán)境下不能共存的難題，實(shí)現(xiàn)單一產(chǎn)品即可脫葉又能催熟；消泡技術(shù)的采用，使藥劑兌水稀釋后幾乎無泡沫產(chǎn)生，更適用于無人機(jī)高效施藥[33]。

優(yōu)選藥械。為了保障棉花脫葉效果，脫葉劑的噴施常采用帶吊噴、風(fēng)幕及分禾器的高地隙大型施藥機(jī)械來完成[34]。但是，大型施藥機(jī)械用水量大，無形中增加了成本投入；如遇倒伏嚴(yán)重的棉田，大型施藥機(jī)械作業(yè)對(duì)棉花的損傷進(jìn)一步增大，因此使用植保無人機(jī)進(jìn)行脫葉劑噴施越發(fā)普遍。由于無人機(jī)施藥液量少且欠均勻，常需二次噴施[35-36]。

優(yōu)擇噴期。高效脫葉有利于棉花集中收獲，但何時(shí)施用脫葉劑需要均衡考慮產(chǎn)量和品質(zhì)之間的平衡關(guān)系[37-39]。西北內(nèi)陸棉區(qū)無霜期短，常根據(jù)噻苯隆脫葉對(duì)最低溫度（18℃）及其持續(xù)時(shí)間（5—7 d）的要求，以吐絮期氣溫為判斷施藥時(shí)間的第一標(biāo)準(zhǔn)，采用“時(shí)到不等絮”的因時(shí)施藥策略，脫葉劑提前施用，適當(dāng)降低用藥劑量。施藥后15—20 d，脫葉率和吐絮率均可達(dá)到90%以上，一次性機(jī)械采收[40-41]；黃河和長(zhǎng)江流域棉區(qū)一般在棉田自然吐絮50%以上或上部棉鈴鈴期在40 d以上時(shí)（9月底或10月初）進(jìn)行化學(xué)脫葉催熟[4, 42]。

3 棉花集中成熟栽培機(jī)理

棉花集中成熟栽培關(guān)鍵技術(shù)是單粒精播、密植免整枝、肥水輕簡(jiǎn)運(yùn)籌和高效脫葉等。其相應(yīng)的機(jī)理和機(jī)制構(gòu)成了棉花集中成熟栽培的理論，主要包括單粒精播全苗壯苗機(jī)理、密植化控免整枝機(jī)理、分區(qū)交替灌溉節(jié)水機(jī)理、棉花水肥協(xié)同利用提高肥料利用率的機(jī)理等。

3.1 單粒精播全苗壯苗機(jī)理

雙子葉的棉花在幼苗頂土出苗過程中，為保護(hù)幼嫩的主莖分生組織免遭機(jī)械壓力損傷，會(huì)在頂端形成彎鉤結(jié)構(gòu)，再由下胚軸伸長(zhǎng)生長(zhǎng)將彎鉤頂出土壤，子葉展開，完成出苗[2]。頂端彎鉤的形成對(duì)棉花正常頂土出苗和脫掉種殼具有重要作用。單粒精播較之多粒穴播，棉苗頂土出苗時(shí)，單株棉苗受到的頂土壓力較大，誘導(dǎo)乙烯合成基因表達(dá)，產(chǎn)生足量乙烯。乙烯一方面誘導(dǎo)彎鉤形成關(guān)鍵基因的表達(dá)，促進(jìn)彎鉤形成；另一方面誘導(dǎo)促進(jìn)下胚軸增粗、抑制下胚軸伸長(zhǎng)的關(guān)鍵基因的表達(dá)，從而促進(jìn)下胚軸增粗，形成壯苗[20]。另外，單粒精播還能夠通過提高棉苗中吲哚乙酸和赤霉素的含量、降低茉莉酸的含量，促進(jìn)彎鉤形成基因的表達(dá)。單粒精播種子出苗后有獨(dú)立生長(zhǎng)的空間，互相影響小，形成壯苗[20]。

3.2 密植化控集中成鈴機(jī)理

不同密度、葉枝遮陰和縮節(jié)安處理試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，合理密植促進(jìn)棉株頂端生長(zhǎng)而抑制葉枝生長(zhǎng)，縮節(jié)安化控有效控制頂端生長(zhǎng)[43-44]。密植和人工遮陰改變光照強(qiáng)度和光譜特性，一方面直接削弱了葉枝光合作用；另一方面抑制葉枝頂光受體基因（）的表達(dá)，降低了葉枝生長(zhǎng)素合成與轉(zhuǎn)運(yùn)關(guān)鍵基因（、）、細(xì)胞分裂素合成關(guān)鍵基因（）的表達(dá)及相應(yīng)激素含量，提高了編碼獨(dú)腳金內(nèi)酯受體基因（）的表達(dá)及其含量，從而抑制了葉枝生長(zhǎng)，而主莖頂相關(guān)基因的表達(dá)和激素含量變化則表現(xiàn)出相反的趨勢(shì)[43-44]?？s節(jié)安通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)赤霉素（GA）合成基因等及GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因降低內(nèi)源GA3和GA4的含量，從而抑制伸長(zhǎng)生長(zhǎng)[45]；通過提高頂芽活性氧和膜脂過氧化產(chǎn)物含量、降低頂端分生組織相關(guān)基因及開花相關(guān)基因和的表達(dá)起到封頂作用，并有助于塑造緊湊株型[46]；還通過提高光合產(chǎn)物向根和生殖器官的運(yùn)輸，減少向主莖頂端運(yùn)輸，抑制了頂端生長(zhǎng)[47]?？梢姡苤埠涂s節(jié)安綜合調(diào)控不僅降低了棉花株高、果枝和果節(jié)數(shù)，使節(jié)枝比減小，株型緊湊；而且還優(yōu)化了棉鈴時(shí)空分布，縮短了結(jié)鈴期，直接促進(jìn)了集中成鈴。

3.3 部分根區(qū)灌溉節(jié)水機(jī)理

淡水資源缺乏是我國(guó)主要產(chǎn)棉區(qū)，特別是西北內(nèi)陸棉區(qū)棉花持續(xù)發(fā)展的重要限制因素。部分根區(qū)灌溉是虧缺灌溉的一種類型，通過誘導(dǎo)根區(qū)土壤水分不均勻分布，利用處于干旱區(qū)的根系因滲透脅迫而產(chǎn)生根源信號(hào)，調(diào)節(jié)葉片氣孔導(dǎo)度，在減少作物蒸騰耗水的同時(shí)保證光合作用正常進(jìn)行；同時(shí)通過葉源信號(hào)，調(diào)控濕潤(rùn)區(qū)根系吸水，提高水分利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)水不減產(chǎn)[2]。

研究發(fā)現(xiàn)部分根區(qū)灌溉條件下，受到滲透脅迫的干旱區(qū)根系產(chǎn)生大量脫落酸（ABA）并運(yùn)輸?shù)降厣喜?，一方面通過ABA信號(hào)調(diào)控氣孔開度，減少水分蒸騰；另一方面誘導(dǎo)葉片合成大量茉莉酸（JAs），JAs作為信號(hào)分子經(jīng)韌皮部運(yùn)輸?shù)焦嗨畢^(qū)根系，促進(jìn)H2O2合成關(guān)鍵基因表達(dá)，增加了灌水側(cè)根系中H2O2含量，不僅直接提高了根系中水孔蛋白（PIP）含量，而且誘導(dǎo)ABA合成基因表達(dá)、抑制ABA分解酶基因表達(dá)，增加了ABA含量，進(jìn)一步提高了PIP蛋白的活性，從而增加了灌溉側(cè)根系的吸水能力，提高了灌溉水的利用率[48]。

3.4 棉花氮素營(yíng)養(yǎng)規(guī)律與水肥協(xié)同高效管理機(jī)理

15N示蹤試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，棉花花鈴期累積的氮占其一生吸收總量的67%，其中累積的肥料氮占總吸收肥料氮的79%；棉花對(duì)底肥氮吸收的比例最小、對(duì)初花肥氮的利用率最高；減施底肥氮、增施初花肥氮，可顯著提高棉花經(jīng)濟(jì)系數(shù)和氮肥利用率，一次性基施棉花專用控釋復(fù)混肥也可達(dá)到與減施底肥氮、增施初花肥氮的施肥策略基本相同的效果，肥料利用率比傳統(tǒng)施肥提高了14%—30%[49-51]。根據(jù)棉花需肥規(guī)律合理施肥，特別是速效肥和控釋肥配合或復(fù)混使用，不僅能夠提高肥料利用率，還能控制營(yíng)養(yǎng)枝和贅芽的生長(zhǎng)發(fā)育，協(xié)調(diào)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的關(guān)系，促進(jìn)棉花集中成熟[17]。

西北內(nèi)陸棉區(qū)采用膜下滴灌水肥協(xié)同高效管理，即減少施基肥比例、增加追肥比例（基追比由4﹕6調(diào)整為2﹕8）；在分區(qū)交替滴灌時(shí)，先滴水再滴肥，或在低水量滴灌時(shí)滴肥，確保肥料集中分布在根系活躍區(qū)，實(shí)現(xiàn)了水肥協(xié)同高效利用；按照棉花需肥規(guī)律滴肥，滴肥高峰安排在需肥高峰的花鈴期[4]。研究和實(shí)踐證實(shí)，在膜下分區(qū)交替滴灌、水肥協(xié)同管理?xiàng)l件下，棉花光合產(chǎn)物向產(chǎn)品形成器官的分配顯著提高[52]，收獲指數(shù)提高了6%；非葉光合器官（莖枝、鈴殼等）的光合生產(chǎn)能力和對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率也分別提高了12%和15%[53]，脫葉率提高了3—5個(gè)百分點(diǎn)；保證了節(jié)水省肥條件下棉花經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的相對(duì)穩(wěn)定和脫葉率的提高，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水、省肥不減產(chǎn)、提高脫葉率的目標(biāo)[24]。

3.5 棉花化學(xué)脫葉機(jī)理

化學(xué)脫葉是利用特定化合物抑制生長(zhǎng)素的功能，促進(jìn)或者誘導(dǎo)乙烯產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)葉片離層的形成，最終達(dá)到脫葉目的[54]。從作用機(jī)制上可將其分為觸殺型和內(nèi)吸型脫葉劑，觸殺型脫葉劑包括脫葉磷、噻節(jié)因、草甘膦等通過抑制葉綠素生物合成過程中原卟啉原氧化酶，引起細(xì)胞膜破壞或直接作用于葉綠體細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使葉片迅速脫水干枯、死亡[1]。這類脫葉劑起效快，施用時(shí)間宜偏晚，并且注意用量，以免葉片干燥過快掛枝不落。內(nèi)吸型脫葉劑通過促進(jìn)內(nèi)源乙烯的生成來誘導(dǎo)葉柄離層的形成，并且具有催熟作用[55-56]。生產(chǎn)上常用的噻苯隆就屬于內(nèi)吸型脫葉劑，通過調(diào)控葉柄離區(qū)厚壁組織細(xì)胞微管的排列和解聚促進(jìn)離層形成，還可通過誘導(dǎo)離區(qū)脫落相關(guān)基因（、）及乙烯合成基因（）的表達(dá)、增強(qiáng)離區(qū)纖維素酶和多聚半乳糖醛酸酶的活性、增加乙烯的積累而促進(jìn)葉片脫落[41]。噻苯隆在棉株中的傳導(dǎo)性較差，幼葉中與乙烯合成（、）和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（、）相關(guān)的基因上調(diào)時(shí)間早、幅度大，較老葉更容易脫落[57]。對(duì)脫葉劑敏感的棉花品種，對(duì)乙烯更為敏感，而且脫葉處理后葉片中細(xì)胞分裂素氧化酶基因等急劇上調(diào)表達(dá)，細(xì)胞分裂素含量降低，表明細(xì)胞分裂素和乙烯信號(hào)相互作用共同調(diào)控棉花脫葉[58]。

4 集中成熟栽培模式

我國(guó)三大產(chǎn)棉區(qū)生態(tài)和生產(chǎn)條件不同，棉花集中成熟栽培的途徑不盡一致。必須因地制宜，建立和應(yīng)用與三大棉區(qū)生態(tài)條件相適應(yīng)的棉花集中成熟模式才

能達(dá)到預(yù)期效果[59-60]。

4.1 西北內(nèi)陸棉花“降密健株”集中成熟栽培模式

西北內(nèi)陸棉區(qū)構(gòu)建“降密健株型”群體的核心目標(biāo)是提高脫葉率，便于機(jī)械采收。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要技術(shù)途徑是降密健株，提高群體的通透性[17, 59-60]。為此，要優(yōu)化株行距配置、膜管配置，綜合運(yùn)用水、肥、藥、膜等措施，科學(xué)合理調(diào)控，即通過調(diào)控萌發(fā)出苗和苗期膜下溫墑環(huán)境，實(shí)現(xiàn)一播全苗、壯苗，建立穩(wěn)健的基礎(chǔ)群體；結(jié)合化學(xué)調(diào)控、適時(shí)打頂（封頂）、水肥協(xié)同高效管理等措施調(diào)控棉株地上部生長(zhǎng)、優(yōu)化冠層結(jié)構(gòu)，優(yōu)化成鈴，集中吐絮，提高脫葉率。

4.2 黃河流域一熟制棉花“增密壯株”集中成熟栽培模式

黃河流域棉區(qū)一熟制棉花通常采用“中密中株型”

群體，而且采用早播早發(fā)，大小行種植，株高過高、封行過早，導(dǎo)致棉花地上部徒長(zhǎng)、根系發(fā)育不良而出現(xiàn)根冠失調(diào)，因此，要以“控冠壯根”為主線構(gòu)建“增密壯株型”群體[17, 59-60]。具體而言，一是適當(dāng)增加密度，并由大小行種植改為等行距種植；二是控冠壯根，通過提早化控和適時(shí)打頂（封頂），控制棉株地上部生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)適時(shí)適度封行；三是棉田深耕或深松、控釋肥深施、適時(shí)揭膜或破膜，促進(jìn)根系發(fā)育，實(shí)現(xiàn)正常熟相；四是適當(dāng)晚播，減少伏前桃，進(jìn)一步促進(jìn)集中成鈴。

4.3 長(zhǎng)江流域與黃河流域兩熟制“直密矮株”集中成熟栽培模式

長(zhǎng)江流域與黃河流域棉區(qū)兩熟制棉田以接茬直播早熟棉密植爭(zhēng)早為主線構(gòu)建的“直密矮株型”群體。即采用早熟棉或短季棉品種，小麥（油菜、大蒜）后搶茬機(jī)械直播，在5月下旬至6月上旬直接貼茬播種，省去營(yíng)養(yǎng)缽育苗和棉苗移栽，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了用工，無伏前桃；增密、化控、矮化、促早，種植密度一般在9.0萬(wàn)株/hm2以上，株高控制在90— 100 cm，促進(jìn)集中成鈴[17, 59-60]。

綜上所述，棉花集中成熟栽培過程實(shí)質(zhì)是集中成熟高效群體結(jié)構(gòu)的建設(shè)和管理過程。為此，首先要根據(jù)生態(tài)條件、種植模式來確定高效群體結(jié)構(gòu)類型和栽培管理模式；其次根據(jù)群體結(jié)構(gòu)類型確定起點(diǎn)群體的大小和行株距搭配，協(xié)調(diào)好個(gè)體和群體的關(guān)系，既要使個(gè)體生產(chǎn)力充分發(fā)展，又要使群體生產(chǎn)力得到最大提高；最后，在群體發(fā)展過程中，依靠水、肥、藥等手段，綜合管理、調(diào)控，一方面在控制群體適宜葉面積的同時(shí)，促進(jìn)群體總鈴數(shù)的增加，達(dá)到擴(kuò)庫(kù)、強(qiáng)源、暢流的要求，不斷協(xié)調(diào)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)正常成熟和高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)；另一方面，調(diào)控株型和集中成鈴，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化成鈴、集中結(jié)鈴、集中吐絮，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量品質(zhì)協(xié)同提高前提下的集中采摘或機(jī)械收獲（圖1）。

5 總結(jié)與展望

棉花機(jī)械采收提出了集中成熟的要求，集中成熟程度越高，越便于集中或機(jī)械采摘。集中成熟是相對(duì)于傳統(tǒng)栽培棉花結(jié)鈴?fù)滦醴稚?、成熟期過長(zhǎng)而言的，是一個(gè)相對(duì)的概念。集中成熟既要求結(jié)鈴?fù)滦鯐r(shí)間上的相對(duì)集中，也要求結(jié)鈴空間部位上的相對(duì)集中。早熟和高效脫葉都是集中成熟的重要內(nèi)容和要求，即要求吐絮早而集中，集中成熟與高效脫葉相統(tǒng)一。優(yōu)化成鈴是集中成熟的重要途徑和協(xié)同要求。為此，要良種良法配套、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合，從播種開始，通過單粒精播保苗壯苗技術(shù)構(gòu)建高質(zhì)量的基礎(chǔ)群體；通過水、肥、藥等措施有效調(diào)控個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育，建立集中成熟、高效脫葉的群體結(jié)構(gòu)，確保集中成熟。

必須強(qiáng)調(diào)，棉花集中成熟栽培是一個(gè)涉及品種、農(nóng)藝技術(shù)、機(jī)械裝備的系統(tǒng)工程，既受環(huán)境條件的影響，也受制于生產(chǎn)要素之間的協(xié)調(diào)和配套程度，目前建立的栽培技術(shù)雖能滿足集中成熟和機(jī)械采收的基本需要，但尚達(dá)不到輕簡(jiǎn)高效植棉高質(zhì)量發(fā)展的要求，在良種良法配套、農(nóng)藝農(nóng)機(jī)融合以及集中成熟栽培的信息化和智能化方面還有很大潛力可挖，集中成熟栽培的理論基礎(chǔ)也需要進(jìn)一步夯實(shí)。因此，今后應(yīng)在繼續(xù)深入揭示棉花集中成熟栽培生理生態(tài)學(xué)機(jī)理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)注意以下幾個(gè)方面的研究。

一是強(qiáng)化良種良法配套、農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合的研究與應(yīng)用。當(dāng)前用于輕簡(jiǎn)化機(jī)械化栽培的棉花品種大都是在精耕細(xì)作管理?xiàng)l件下育成的，不是集中成熟栽培和輕簡(jiǎn)高效植棉的專用品種，達(dá)不到優(yōu)化成鈴、集中吐絮、高效脫葉的要求，嚴(yán)重影響了良種良法配套[3]。因此，必須創(chuàng)新品種選育方式，特別是要在輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化栽培管理的選擇壓力下，有針對(duì)性的選育株型緊湊、結(jié)鈴集中、葉枝弱贅芽少、對(duì)脫葉劑敏感、棉鈴含絮力適中的棉花品種，促進(jìn)良種良法配套。要進(jìn)一步研制提升整地、播種、中耕施肥、植保等機(jī)械，特別是下大力氣研制適合我國(guó)內(nèi)地棉區(qū)的中小型采棉機(jī)，實(shí)現(xiàn)“種、管、收”全程農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的高度融合。

圖1 棉花集中成熟栽培模式圖

二是進(jìn)一步創(chuàng)新完善棉花集中成熟栽培的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)不同棉區(qū)的生態(tài)和生產(chǎn)條件差別較大，實(shí)現(xiàn)集中成熟面臨的主要問題和困難也不盡一致，要因地制宜，有針對(duì)性地創(chuàng)新完善關(guān)鍵栽培和調(diào)控技術(shù)。西北內(nèi)陸棉區(qū)的重點(diǎn)在于提高脫葉效果、降低機(jī)采籽棉含雜率，要做到這一點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)是降密健株、科學(xué)運(yùn)籌肥水并與化學(xué)調(diào)控結(jié)合，建立便于脫葉的高效群體結(jié)構(gòu)。黃河流域棉區(qū)一熟制棉花的重點(diǎn)是壓縮吐絮成熟期，關(guān)鍵技術(shù)是晚播增密、優(yōu)化成鈴；黃河和長(zhǎng)江流域棉區(qū)兩熟制棉花集中成鈴的關(guān)鍵是改套種為小麥（油菜、大蒜）后直播，重點(diǎn)是前茬作物收獲后搶茬直播早熟棉或短季棉，并實(shí)現(xiàn)一播全苗。這些關(guān)鍵技術(shù)需要進(jìn)一步優(yōu)化或提升，提高集中成熟栽培的效果和效率。

三是用信息化智能化技術(shù)武裝棉花集中成熟栽培技術(shù)，提升栽培管理的精確化、定量化程度。精量播種、水肥運(yùn)籌、系統(tǒng)化控、脫葉催熟等集中成熟栽培關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)用，目前仍然主要依賴傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，針對(duì)性、應(yīng)變性、科學(xué)性不強(qiáng)，不僅效果差，還造成大量水、肥、藥的浪費(fèi)。用現(xiàn)代信息化、模型化、智能化、工程化技術(shù)武裝這些關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智慧植棉、精確植棉，必將大大提高調(diào)控的技術(shù)效果和資源利用效率。因此，加強(qiáng)信息化、智能化、工程化技術(shù)與集中成熟調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)的有機(jī)結(jié)合也是今后研究的重點(diǎn)之一。

總之，集中成熟栽培是棉花栽培學(xué)研究的新成果，也已成為我國(guó)現(xiàn)代植棉理論與技術(shù)的重要組成部分，是新時(shí)代我國(guó)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培的重要理論與技術(shù)支撐。展望未來，要與時(shí)俱進(jìn)，使之不斷創(chuàng)新、完善并用現(xiàn)代化技術(shù)和手段予以武裝，為我國(guó)現(xiàn)代棉業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出新貢獻(xiàn)。

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New Development of Modern Cotton Farming Theory and Technology in China - Concentrated Maturation Cultivation of Cotton

NIE JunJun1, DAI JianLong1, DU MingWei2, ZHANG YanJun1, TIAN XiaoLi2, LI ZhaoHu2*, DONG HeZhong1*

1Cotton Research Center, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100;2College of Agronomy, China Agricultural University, Beijing 100193

Concentrated maturation is the basic requirement of cotton mechanical harvesting, referring to the phenomenon that bolls of the whole cotton plant complete opening in a relatively short period of time.Concentrated maturation cultivation refers to the cultivation management technique and measure for achieving optimized fruiting and grouped maturation in cotton.After many years of research and practice, the theory and technology of centralized maturation cultivation of cotton in China have been established, becoming an important approach of modern cotton farming theory and technology.The concept and connotation, key regulatory technologies and the eco-physiological mechanisms of cotton concentrated maturation were innovatively highlighted and reviewed in this paper.The cultivation and regulation for cotton concentrated maturation should start from sowing.The precision monoseeding technology assured well-established strong seedlings, which created a solid basic population for realization of concentrated maturation.Based on good stand establishment, irrigation, fertilization and plant growth regulators were comprehensively used to regulate the growth and development of plant individuals and populations to construct the ideal plant type and the efficient population structure according to local ecological conditions and production conditions, and finally realize the optimized spatiotemporal distribution and concentrated opening of cotton bolls.Precision monoseeding created a suitable soil pressure to seedlings during emergence and a dark environment before emergence, and induced expression of apical hook formation- and hypocotyl elongation-related genes, which promoted hook formation and hypocotyl growth and seedling emergence.The seedlings under monoseeding had independent growth space after emergence, which had little mutual influence and were easy to establish strong seedlings.Close-planting and chemical control inhibited the photosynthesis of leaves sourced from vegetative branches, and altered the content and distribution of endogenous hormones through changing the expression of key genes of hormone metabolism, which regulated the vegetative branching and apical growth of main stems, and finally realized non-pruning and promoted concentrated boll-setting.Leaf-derived jasmonic acid induced by partial root-zone irrigation, as a long-distance signal transported through the phloem to the irrigated root side, promoted the expression of aquaporin gene, and then improved the capacity of water absorption and water use efficiency.The partitioning of assimilates to cotton bolls and the defoliation rate were significantly improved by fertigation under partial root-zone drip irrigation.In this case, reduced inputs of water and fertilizer as well as significant reduction in heterozygosity in machine harvested seed cotton have been achieved without yield loss.The theory and technology of cotton concentrated maturation cultivation was a new achievement of cotton cultivation research in the new era, and an important scientific and technological support for the development of modern cotton industry.In order to provide a more powerful theoretical and technical support for light and efficient cultivation of cotton in the future, on the one hand, in-depth study is required to reveal the physiological and ecological mechanisms of concentrated maturation.On the other hand, it is necessary to innovate the key cultivation techniques, and to develop the well-matched varieties and agricultural mechanic equipment for their better integration.It is also necessary to strengthen the combination of agronomic technologies with smart agricultural technology, so as to provide a more powerful theoretical and technical support for concentrated maturation cultivation of cotton.

cotton; concentrated maturation; high-efficiency population; optimization of boll-setting; high-efficiency defoliation; cultivation technology

2020-12-26；

2021-04-09

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020YFD1001002）、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-15-15，CARS-15-16）

聶軍軍，E-mail：niejunjun521@126.com。

李召虎，E-mail：lizhaohu@cau.edu.cn。通信作者董合忠，E-mail：donghezhong@163.com。

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）