新疆博樂地區(qū)棉花無膜栽培初探

嚴玉萍，馮振秀，方瑞，楊芳芳，曹陽，張燕，朱波*，王娟

（1. 新疆生產建設兵團第五師農業(yè)科學研究所，新疆 雙河 833408；2. 新疆生產建設兵團第五師農業(yè)技術推廣站， 新疆 雙河 833408；3. 新疆生產建設兵團農墾科學院棉花研究所，新疆 石河子 832000）

20 世紀80 年代初地膜的引進應用，使新疆的棉花生產得到了突飛猛進的發(fā)展。但隨著地膜連年使用、覆蓋面積的擴大及使用量的增加，土壤中地膜殘留污染嚴重，新疆長期覆膜棉田土壤耕層地膜殘留量在42～540 kg·hm-2[1-2]。 經過40 多年的地膜覆蓋植棉，土壤殘膜污染對新疆棉花生產的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴重影響[3-4]。 為了擺脫“白色污染”，相關行業(yè)的技術人員做出了大量的努力，如開展了殘膜回收機的研制應用、 各類降解膜開發(fā)工作，并取得了一些效果[5-6]。 但是這些技術仍存在不足，包括：殘膜回收率不高，殘膜碎片難以回收；降解膜并不能完全降解，而且殘膜碎片更小，更難回收。 因此，要從根本上解決新疆棉田地膜污染，很有必要開展棉花的無膜栽培研究[7]。

近年來，國家對生態(tài)文明建設日益重視，并逐漸加大對生態(tài)系統(tǒng)的保護力度；新疆審定的新陸早系列品種在早熟、抗病性、品質等方面的綜合表現取得突破； 先進的栽培技術措施如高質量整地、精量播種技術、棉田滴灌技術等不斷改進，在提高保苗率的同時，縮短了播種至出苗的時間；北疆植棉區(qū)出現初霜期推遲、終霜期提早、無霜期延長和有效積溫增加等氣候變化[8]。綜上，新疆一些地區(qū)是可以嘗試棉花無膜栽培的。為有效解決棉田地膜殘留問題，2018 年新疆生產建設兵團第五師農業(yè)科學研究所（以下簡稱“第五師農科所”）在博樂地區(qū)開展了無膜栽培的研究。本研究通過在新疆博樂地區(qū)開展棉花不同栽培模式研究，以期為徹底解決殘膜污染問題、推廣應用無膜栽培技術提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用了4 個品種（系），包括2 個早熟品種新陸早82 號[9]、Y21[10]（均屬于高抗枯萎病、耐黃萎病品種， 均由新疆生產建設兵團第五師農科所供種）和2 個早中熟品系17-7、863（均由新疆生產建設兵團金博股份有限公司供種）。

1.2 試驗設計

2018 年試驗在位于雙河市的新疆生產建設兵團第五師農科所棉花試驗基地開展，設置3 種不同機采棉種植模式：機采棉1 膜6 行寬窄行種植模式（A 模式），行距為（66＋10） cm，理論密度為266 670 株·hm-2； 機采棉1 膜3 行76 cm 等行距種植模式（B 模式），理論密度為266 670 株·hm-2；機采棉1 膜3 行76 cm 等行距種植模式（C 模式），理論密度為133 335 株·hm-2。3 種模式分別采用有膜、無膜播種。 采用裂區(qū)設計，品種為主區(qū)，機采種植模式為副區(qū)，重復3 次，重復間設寬度為0.5 m 的走道，小區(qū)寬2.25 m，長6.5 m，面積約為15 m2。

2019—2020 年試驗在雙河市新疆生產建設兵團第五師農科所棉花試驗基地進行，示范地面積為1.33 hm2，采用A 模式，設置有膜、無膜2 種播種方式。 棉花苗期在有膜、無膜示范地中選擇長勢均勻的4 個點設定處理小區(qū)，每個小區(qū)面積為6.67 m2。無膜栽培苗期、蕾期以促苗早發(fā)為主，增加滴出苗水和中耕次數，基本不進行化學調控；由于無膜栽培前期棉苗生長慢，打頂時間推后10 d 左右，打頂后根據棉花長勢，做好化學調控工作。

1.3 測定項目及方法

2018 年研究無膜（露地）條件下不同品種、不同機采棉種植模式的出苗率、生育期（從出苗期到吐絮期歷時）、產量等，以篩選適宜無膜機采種植的棉花品種及栽培模式。

2019—2020 年研究無膜（露地）條件下，棉花的早熟性、產量、品質、適采性及棉花無膜栽培技術要點，探討當地開展無膜栽培的可行性。

1.3.1生育期調查。 觀測并記錄出苗期（50%棉苗子葉出土展平的日期）、開花期（50%的棉株第1 個果枝上的蕾開花的日期）、吐絮期（50%的棉株有1個棉鈴的鈴殼開裂、纖維外露的日期）、生育期。

1.3.2植株性狀調查。在定點小區(qū)中間行第3 至第4 行，選定生長一致、無雙苗的連續(xù)20 株（第3 行10 株，第4 行10 株）棉花，8 月20 日左右開始調查株高、第一果枝節(jié)位高度、第一果枝節(jié)位、單株果枝數、單株結鈴數和黃萎病發(fā)病情況，計算“三桃”（7月15 日以前結的伏前桃、7 月16 日至8 月15 日結的伏桃、8 月16 日至9 月10 日結的秋桃）比例。

1.3.3纖維品質檢測。取混合樣（取生長一致、連續(xù)20 株全株吐絮棉鈴），分軋、分裝后送農業(yè)農村部棉花品質監(jiān)督檢驗測試中心測試纖維品質5 項指標（HVI 校準棉花標準校準）。

1.3.4鈴重、衣分測定。吐絮期取中間行混合樣（20株全株吐絮棉鈴）測定鈴重，軋花后測定衣分、籽指。1.3.5產量測定。收獲前在2 種模式試驗示范田以對角線法各量出4 個面積為6.67 m2的測產區(qū)，統(tǒng)計收獲密度和單位面積鈴數，并按實際收獲產量計產。

1.4 數據處理

利用Microsoft Excel 2003 進行數據整理。

2 結果與分析

2.1 2018 年試驗結果分析

2.1.1出苗情況。有膜播種的棉花比無膜播種的出苗快、整齊。 早熟品種比早中熟品系苗齊、苗勻。 有膜播種的早熟品種出苗期在4 月26 日， 無膜播種的在5 月5 日左右， 無膜播種的比有膜的晚9～10 d；有膜播種的早中熟品系出苗期在5 月2 日左右， 無膜播種的早中熟品系在5 月10 日還有部分地塊未到出苗期，且嚴重缺苗。

2.1.2生育期。 有膜播種的2 個早熟品種在8 月24 日左右達到吐絮期，生育期為120 d 左右；無膜播種的2 個早熟品種在9 月12 日達到吐絮期，生育期為130 d 左右， 比有膜的生育期長10 d 左右。早中熟的2 個品系， 有膜播種的吐絮期在9 月18-20 日，9 月27 日第1 次拾花， 秋翻犁地前（10月24 日）再進行1 次拾花；而無膜栽培的到10 月24 日還未到吐絮期。 雖然無膜栽培下2 個早熟品種的生育期比有膜栽培的長10 d 左右， 但是仍比有膜栽培的早中熟品系短8～12 d。據此認為，博樂以東地區(qū)， 選擇生育期在120 d 左右的棉花品種，是可以嘗試無膜栽培的。

2.1.3產量表現。無膜栽培的棉花產量明顯低于有膜栽培的，2 個早熟品種在不同的無膜栽培模式下籽棉產量都在3 000 kg·hm-2以上。 2 個早中熟品系在無膜條件下產量更低，幾乎絕產（只收吐絮鈴，10 月24 日沒有吐絮的鈴不計入產量）。 無膜栽培條件下，4 個品種（系）都以A 栽培模式產量最高，B 栽培模式次之，C 栽培模式最差。

2.1.4小結。通過對不同栽培模式下棉花的出苗情況、生育期、產量等調查，分析得出：在無膜栽培條件下， 無論是早熟品種還是早中熟品系，1 膜6 行栽培模式的產量都高于1 膜3 行， 更適于無膜栽培。 無膜栽培失去了地膜的保溫作用，棉花生育期延長， 必須采用早熟品種； 新陸早82 號早熟性較好，無膜條件下生育期為129 d，比另一個早熟品種Y21 短5 d， 比有膜條件下的早中熟品系短8～12 d，確定為后續(xù)無膜栽培試驗品種。

2.2 2019—2020 年試驗結果分析

2.2.1生育期。 2019 年博樂地區(qū)春季氣溫偏低，2020 年博樂地區(qū)春季氣溫同正常年份。 由表1 可知， 新陸早82 號無膜栽培條件下2 年平均生育期為124 d，有膜栽培2 年平均生育期為114 d，無膜栽培比有膜栽培長10 d。無膜栽培從滴出苗水到出苗期歷時比有膜栽培長3 d，出苗率可超過85%，說明在本地只要土壤水分能夠達到出苗要求，無膜栽培早熟棉花品種也可以正常出苗；無膜栽培從出苗期到開花期的平均時間為71 d，有膜栽培從出苗期到開花期的平均時間為61 d，無膜栽培比有膜栽培長10 d，這充分說明由于無膜栽培的地溫低，棉苗生育進程延遲。 在以后的無膜栽培技術推廣過程中，要抓住這個重要時段，勤中耕，以提高地溫，促早發(fā)。無膜栽培和有膜栽培從開花期到吐絮期的平均時間均為53 d。 從整個生育期看，無膜栽培的成功與否，關鍵在于保苗和苗期的促早熟措施。

表1 新陸早82 號生育情況及打頂時間

2.2.2植株性狀。 由表2 可知，有膜栽培的2 年平均株高明顯高于無膜栽培，這是因為當地春季氣溫較低，有膜栽培的棉花有地膜的保護，對光熱資源利用比較好，出苗后生長較快。 結合生育期的調查可知，2020 年雖然無膜栽培出苗期只比有膜栽培的晚3 d，但是無膜栽培棉花5 月11 日出第1 片真葉時（測定點苗期觀察），有膜栽培的棉花已是3 葉1 心，說明有膜栽培棉花的生長發(fā)育比無膜栽培的快，這與穆建國等[11]對新疆南疆無膜栽培技術的研究結果相同；無膜栽培棉苗比有膜棉弱，在苗期末期的株高較有膜栽培棉花矮2～3 cm，真葉比有膜栽培棉花少2 片。

表2 新陸早82 號的植株性狀表現

2019 年無膜栽培的第一果枝節(jié)位及其高度均高于有膜栽培， 這是由于雖然2019 年春季氣溫偏低，延緩了無膜栽培條件下棉苗的營養(yǎng)生長，但是未進行化學調控， 在氣溫回升后棉苗生長加快。2020 年有膜栽培的第一果枝節(jié)位及其高度均高于無膜栽培， 這是由于有膜栽培棉花苗期是5 月初，此時晝夜溫差較大，有利于棉株的營養(yǎng)生長，第一果枝節(jié)位升高； 而無膜栽培的棉花苗期是5 月中旬，此時的晝夜溫差較小，促使腋芽原基向花芽分化，導致第一果枝節(jié)位降低。

無膜栽培的單株果枝數、單株結鈴數比有膜栽培的少。這是因為打頂遵循的是“枝到不等時，時到不等枝”的原則，無膜栽培條件下，棉苗生長發(fā)育遲緩，打頂時的單株果枝數還未達到要求。

2 年平均，無膜栽培條件下黃萎病發(fā)病率為67.6%，病情指數為30.2；有膜栽培的黃萎病發(fā)病率為50.7%，病情指數為20.8。 無膜栽培條件下，黃萎病發(fā)病率、病情指數都高于有膜栽培，這是因為黃萎病發(fā)病最適合的溫度為25 ℃左右， 在本地黃萎病發(fā)病高峰期一般在8 月， 此時氣溫基本為25～30 ℃，覆膜條件下膜下溫度高于30 ℃，可抑制黃萎病的發(fā)生[12]。 因此，在無膜栽培時，要選擇黃萎病抗性比較好的棉花品種。

2 年平均， 有膜栽培條件下的三桃比 （伏前桃∶伏桃∶秋桃）是34.5∶63.6∶1.9，伏前桃過多，易造成后勁不足。 無膜栽培條件下的三桃比是2.6∶87.8∶9.6， 伏前桃比例低， 也沒有過多的秋桃，且成鈴時間均在正常吐絮要求的范圍內，伏桃比例高，棉花成鈴、吐絮集中，有利于機械采收，提升纖維品質的一致性。三桃比合理更說明無膜栽培下，生育期120 d 左右的棉花品種在博樂以東地區(qū)可以正常吐絮采收。

無膜栽培條件下的棉花纖維品質優(yōu)于有膜栽培（表3）。 與有膜栽培相比，無膜栽培的棉花纖維上半部平均長度長1.6 mm，長度整齊度指數高0.8百分點，馬克隆值低0.2（達到A 級），斷裂比強度高1.7 cN·tex-1，斷裂伸長率高0.1 百分點。

表3 新陸早82 號的纖維品質表現

2.2.3有膜、無膜用水量對比。 根據2 種栽培模式的田間用水量比較，結果表明：無膜條件下，淺埋滴灌帶， 干播濕出， 全生育期無膜栽培滴水14～15次，總用水量為6 727.5 m3·hm-2；有膜栽培全生育期滴水13～14 次，總用水量為6 904.5 m3·hm-2。無膜栽培比有膜栽培多補出苗水2 次， 多滴出苗水108 m3·hm-2， 但后期無膜栽培要適時早停水促早熟，比有膜栽培少滴水1 次，少滴水285 m3·hm-2。由此可見， 雖然無膜栽培比有膜栽培多滴水1 次，但是用水量卻少了177 m3·hm-2， 打破人們印象里無膜栽培用水量要比有膜栽培大很多的想法。

2.2.4產量結果分析。從表4 看，相比有膜栽培，無膜栽培條件下的2 年平均衣分低1.6 百分點，鈴重小0.1 g，籽指大0.1 g；無膜栽培的籽棉產量比有膜栽培的籽棉產量低27.62%，由此可知，地膜保溫增產的效應還是很明顯的；但從環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的角度看，無膜栽培還是有必要研究。 2020 年無膜栽培平均籽棉產量達到4 635.00 kg·hm-2， 平均皮棉產量為2 029.35 kg·hm-2（最高皮棉產量為2 250 kg·hm-2）。

表4 新陸早82 號的產量性狀表現

3 討論與結論

連續(xù)3 年的試驗表明，無膜栽培采用1 膜6 行的模式，選用生育期120 d 左右的早熟品種，在博樂地區(qū)可以正常吐絮。 本研究中，早熟品種新陸早82 號在無膜栽培下平均皮棉產量為1 852.57 kg·hm-2，最高皮棉產量為2 250 kg·hm-2。 說明通過選好早熟、抗病品種，做好田間管理，逐步完善栽培模式，在博樂無膜栽培棉花是可以正常吐絮、采收的，且能保證一定的產量。但是該模式下的產量比有膜栽培相對減少，因此須進一步完善技術體系。此外，本研究中無膜栽培的棉纖維上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度、長度整齊度指數及斷裂伸長率等指標都優(yōu)于有膜栽培，這與李豪等[13]以新陸早62號品種為材料研究露地與覆膜栽培品種性狀變化時發(fā)現的纖維長度、馬克隆值、長度整齊度指數及斷裂伸長率為覆膜栽培優(yōu)于露地栽培，斷裂比強度則為露地栽培優(yōu)于覆膜栽培有所不同。推測是不同品種在不同生態(tài)區(qū)有膜與無膜栽培條件下的表現不同。 從棉花的整個生育期看，無膜栽培的成功關鍵在于保苗和苗期的促早熟管理措施，通過淺埋滴灌帶干播濕出，可保證保苗率在85%以上；此外，后期應適時早停水促早熟。由于無膜栽培條件下棉苗生長發(fā)育遲緩， 打頂時間應比有膜栽培推遲10 d。無膜栽培的黃萎病發(fā)病率高于有膜栽培，因此無膜栽培時要選擇抗病性較好的棉花品種。

棉花無膜栽培可從源頭上控制地膜使用，是減少殘膜污染最直接有效的途徑[14]。 開展棉花無膜栽培，可從根本上解決農膜殘留問題，消除地膜對農田土壤的危害，對生態(tài)保護有重要的意義。 但是與有膜栽培相比，無膜栽培的產量和效益相對減少，推廣應用尚有很大的難度， 須進一步培育早熟品種，深入創(chuàng)新無膜栽培技術，通過水肥調控進一步挖掘無膜栽培的生產潛力，為實現新疆棉花綠色可持續(xù)生產提供技術支持[15]。