棉花清洁生产技术体系探讨

邵新胜，陈 宾，梁哲军，王玉香，赵海祯，王慧杰，齐宏立

（1.山西省农业科学院棉花研究所，山西运城044000；2.新疆霍城县62团种子公司，新疆霍城835215）

棉花作为我国重要的经济作物，对国计民生及农民增产增收起着重要的支撑作用。但是以高投入为核心的集约化棉花生产模式在大幅度提高棉花产量的同时，也对生产环境带来了不可忽视的负效应。传统集约化生产模式下化肥、农药和地膜的过量、不合理使用，已经严重影响了棉田土壤质量，降低了棉田生产能力，并严重破坏了周边农村生态环境[1]。进入21世纪后，我国农业开始由低产、劣质、低效、污染的传统农业向高产、优质、高效、环保的现代农业过渡。其中农田生态系统污染防控技术成为农业生产转型的重中之重，而集约化棉田污染是整个农田中污染最严重的，因此，对棉田污染的防治已刻不容缓，而清洁生产是治理面源污染最直接有效的方式[2]。

清洁生产（Cleaner Production，CP）的基本内涵是在产品生产和服务过程中采用污染预防方法，减少污染物的产生，其本质是资源高效利用和环境友好型生产[3]。清洁生产的理念来源于工业，但在现实生活中，农业生产带来的污染越来越被人们认识和重视。甚至有观点认为，农业生产所带来的污染危害远大于工业。相对于工业而言，农业污染更难于检测和控制，治理难度更大。20世纪70年代，一些发达国家相继制定了一些减少污染的生产政策，并从政策、法律、资金等方面扶持农业清洁生产。如美国1977年实施的“非点源污染修复计划”，鼓励农场主采纳农田最佳管理方式（BMPs）；欧盟国家从20世纪80年代推行良好农业实践（Good FarmingPractices，GFP）和清洁生产实践；日本于1992年制定了一系列法律来推行新政策，积极推进“环境保全型农业”。作为发展中国家，中国的清洁生产起步较晚，2002年全国人大批准实施的《清洁生产促进法》确立了农业清洁生产的法律地位。随着我国农业和农村经济的发展，农业污染已经成为农业可持续发展和食品安全的最大障碍因素。因此，21世纪在我国建立农业中的清洁生产技术体系是实现农业可持续发展和食品安全的保障。

1 我国集约化棉田污染现状

棉花的农药、化肥和地膜使用量在我国主要农作物中均占首位，棉田生态系统受到从水体、土壤、生物到大气的交叉性面源污染，对棉花可持续生产和发展造成很大障碍。集约化棉区生产中越来越依靠化肥的投入，由于缺乏适用于目前农村分散经营的快速实用的肥料施用技术，过量施肥和盲目施肥的现象在集约化农区相当严重，不仅造成不必要的经济损失，而且因为营养元素的流失引起了诸多环境问题，如地下水的硝酸盐污染、地表水的富营养化、大气污染等。

1.1 地膜残留污染

棉田地膜覆盖具有增温保墒的作用，能有效提高棉花的产量。但目前我国地膜实际消费量已达到110万t，其中有35万t残留在土壤中，残留率达32%。地膜是塑料制品，极难降解，既不受微生物侵蚀，也不能自行分解，其降解周期一般为200～300 a，降解过程中还会溶出有毒物质[4]。在目前传统生产模式中，连年使用地膜而残膜又得不到及时回收，平均每公顷棉田地膜残留量为22.5～37.5 kg，土壤结构遭到破坏，影响土壤的透气性，土壤物理性状受到影响，土壤质量下降，棉花根系发育不良。残膜降低了土壤的肥力水平，甚至引起水分难以下渗。同时，残膜降解过程中产生的有毒物质，会阻碍种子根系生长，影响产量[5]。长此下去，必然会给后人带来难以解决的污染危害，对农业可持续发展构成严重威胁。

1.2 化肥污染

化肥有力推动了农作物增产，但过量、不均衡施肥不仅降低了农产品品质、增加了农业生产成本，更给环境带来了严重污染[6]。棉田化肥对土壤的污染主要有3个方面：一是氮肥的过量使用，使土壤中硝酸盐含量增加；二是化肥中常含一些有害成分，如磷灰石中含有砷、铬、氟、汞、镍、铅等对植物有害的微量元素，这些微量元素随着化肥的施用，进入土壤进而污染土壤；三是化肥的不均衡施用，使土壤中某种营养元素过多，导致土壤对其他元素的吸收性能下降，从而破坏了土壤的内在平衡。同时化肥中的营养物质随水往下淋溶，通过土层进入地下水，造成地下水污染，严重破坏了当地的生态环境。

1.3 农药污染

化学农药的大量使用使害虫的自然天敌和有益生物大量死亡，严重破坏了生态平衡。据调查，进入20世纪90年代以来，棉区害虫自然天敌的种类和数量锐减，优势捕食性天敌种类减少72%。同时，大量化学农药渗入或残留在土壤中，对土壤生物如蚯蚓的种群数量产生了严重影响，进而也影响了土壤的理化性质。另外，由于化学农药大量、单一、无节制地施用，导致害虫抗性剧增。我国农田农药的利用率只有10%～30%，其余20%～30%进入大气和水体，50%～60%残留在土壤中；同时，棉田农药的过量使用对棉花生产者会产生直接和间接危害，间接危害是指通过食物链经生物富积等作用最终进入人体，残留在体内的农药可诱发基因突变，致使癌变，会导致死胎、流产比例增加。

2 棉田面源污染防治的技术策略

集约化棉田化肥、地膜、农药的过量及不合理使用，已经严重破坏了我国棉花主产区农村生态环境，降低了棉田土壤质量，影响了棉田生态环境的可持续发展。因此，针对目前生产实践中存在的过量施氮、白色污染、农药残留3个主要技术问题，提出一些治理技术。

2.1 棉田氮素流失与污染的控制技术

随着化肥用量的增加，集约化农区过量施用化肥引起的环境问题受到了世界各国的广泛关注，氮肥污染控制技术研究在20世纪80年代就成为国外研究的热点。综合研究结果可以得出，控制氮肥污染的主要途径有2条：一是通过立法和政策手段，宏观控制氮肥投入量和作物收获后的土壤无机氮残留量与磷素累积；二是发展减量化施肥与高效利用技术，实现氮肥的精确调控，从源头和过程中全程控制氮污染，其中由常规肥料的高效使用和作物需肥规律的研究、调控扩展到缓释肥[7-8]与氮高效利用作物的替代。20世纪80年代末，欧洲发达国家逐渐出台了控制氮磷肥污染的一些政策和法规，如西欧诸国把防止氮肥造成水体污染的年施氮量的安全上限定为225 kg/hm2，作物收获后1 m土层的氮素残留量不超过50 kg/hm2。西欧诸国由于实行生态农业政策，从1988年开始氮肥施用量虽大幅下降，但粮食总产不但没有降低，反而稳步增长。这也说明控制过量施氮不仅可保护环境，而且也可获得很好的增产效果，对于我国尤其具有借鉴意义。

作物氮素推荐施肥技术，是一种结合农业生产实际，简便易行、易于推广的技术。近年来，国内外氮肥施用推荐技术在以下2个方面取得了重要进展：（1）采用适宜的施肥模型来确定经济合理的氮肥总量，达到总量控制。中科院南京土壤研究所朱兆良院士根据国内外大量的研究结果，提出了旨在宏观控制氮肥施用量的“平均适宜施氮量”法，在南方水稻施肥技术发展方面起到了重要的指导作用；（2）应用田间快速诊断技术，如土壤-植株速测技术，确定作物关键生育期的追肥量，实现追肥量的控制。将这2个方面结合起来就能实现对氮肥用量的精确调控。

2.2 替代性地膜农艺与农机优化技术

目前，对于农田地膜残留治理方式主要有2种，一种是研究农田残膜回收机械，另一种是研究可降解地膜。由于传统塑料地膜使用后存在回收机械不配套、田间收获残留较多以及收获后处理时容易形成“二次污染”等问题，目前世界各国认为，解决白色污染比较理想的途径是使用可降解地膜。可降解地膜的降解类型主要包括生物降解、光降解和化学降解，这3种主要降解过程相互间具有增效、协同和连贯作用。由于可降解地膜的降解强度、降解程度以及拉伸强度与普通地膜有一定的差异，传统的种植模式与铺膜机械已不适应可降解地膜的规模化应用需求。因此，应加强可降解地膜使用中农艺和农机优化，并对精量化施肥、播种、覆膜一体化机械进行探索。

2.3 棉花病虫害综合防治及减药技术

在棉花生产中，病虫害防治一直是非常重要的。我国于20世纪50—60年代，开始研究棉花病虫害的化学防治技术，田间生产中棉花病虫害由生态自控过渡到化学防治阶段；进入70年代后开展了以生物防治和物理、化学防治为主的综合防治技术研究；进入80年代以后，国家立项对棉花病虫害综合治理技术进行了系统的分析和研究，并制定出相应的综合治理技术体系[9]。棉花病虫害综合治理技术体系主要包括以下4个方面：（1）抗病品种资源的鉴定与选育。抗病虫性鉴定是品种资源评价与利用的重要内容与前提。“七五”期间我国对棉花品种资源抗病虫性进行了较为全面的收集整理工作，共鉴定品种3 700多份，从中筛选和创新了一批抗主要病虫的材料，先后育成以中棉12号为代表的20多个兼抗枯、黄萎病的品种，实现了品种由单抗向双抗的历史性转变，仅1990年推广种植面积就达236万hm2。进入20世纪90年代后，由于棉铃虫大暴发造成棉花大幅度减产，我国自主研发出以晋棉26号为主的国产转基因抗虫棉，在此基础上又研制出单价和双价抗虫棉并在生产上大面积应用，大大降低了棉田农药用量，减少了对环境的污染。（2）调整农田生态环境和种植结构。在调整农田生态环境时，一方面要考虑各种农作物生长发育与环境的协调性，尽量减轻病虫害对农田的压力；另一方面要服从于整个农业生产结构调整和作物增产、农民增收、经济发展的要求。（3）科学用药与保护利用天敌。科学用药的原则是按棉花的生育期及害虫的发生主次而采用不同的措施，并在此基础上进行新型农药品种的研制开发，如生物农药、高效低毒农药等。（4）棉田生态型 IPM（Integrated Pest Management）技术体系。根据棉田生态系统害虫的发生规律和害虫地位的演化，研究主要害虫自然控制、生态控制、抗病虫品种利用、减量化学防治、物理防治技术措施，建立具有区域适宜特性的棉田生态型IPM技术体系[10-12]。

3 棉花清洁生产技术体系的构建

清洁生产技术体系的技术环节包括产前、产中、产后3个部分[13]（图1）。

产前清洁技术主要包括：种子筛选，如筛选优良品种、播前处理种子，主要目的是减少棉花生长期间田间用药和施肥量；在农药筛选上尽量使用高效低毒或生物农药，减少田间农药残留；在肥料使用上选择棉花专用控释肥或专用有机肥，尽量避免盲目施肥和过量施肥；在地膜使用上使用棉花专用可降解地膜或采用育苗移栽和生物覆盖。产中清洁生产技术是指在田间管理上将各种先进的单项技术进行组合应用，如精量播种、合理密植、综合节水技术、水分耦合与配方施肥技术、少耕或免耕技术，采用物理+化学+生物的综合防治病虫草害技术（建立区域性的IPM体系），减少或杜绝农药及化肥对土壤、水源、大气的残留污染。产后清洁技术包括：收获时不允许使用脱叶剂，贮、运、晾晒、加工保持清洁。对于没有完全降解的残膜进行回收处理，秸秆资源进行综合利用或无害化处理后堆肥还田。

棉花清洁生产体系建设是一个综合复杂的过程，涉及到政府、科研机构、农业技术推广部门、棉农等一系列单位。政府部门应在立法、政策导向、财政扶持等方面对棉花清洁生产技术体系进行扶持。农业技术推广部门应加大对棉花清洁生产的宣传和引导，鼓励农民采用清洁生产技术，促进我国棉业的健康可持续发展。

［1］王延琴，杨伟华，许红霞，等.中国棉花生产中存在的主要问题及建议[J].中国农学通报，2009，25（14）：86-90.

［2］刘宇虹.实施农业清洁生产的思考 [J].经济问题，2007（3）：86-87.

［3］俞兴东.农业清洁生产是防治农业面源污染的根本途径[J].环境与可持续发展，2009（6）：32-33.

［4］姜益娟，郑德明，朱朝阳.残膜对棉花生长发育及产量的影响[J].农业环境保护，2001，20（3）：177-179.

［5］孙志洁.棉田残膜污染调查及其危害 [J].河南农业科学，2006（4）：61-62.

［6］张福锁，巨晓棠.对我国持续农业发展中氮肥管理与环境问题的几点认识[J].土壤学报，2002，39（增刊）：41-54.

［7］王丽英，张彦才，王凯辉.包膜控释尿素对冬小麦产量和氮肥利用率的影响[J].华北农学报，2008，23（增刊）：197-200.

［8］王向峰，刘树庆，宁国辉.缓控释肥料的氮素利用率及控制效果研究[J].华北农学报，2006，21（增刊）：38-41.

［9］李付广，章力建，崔金杰，等.我国棉田生态系统立体污染及其防治对策[J].棉花学报，2005，17（5）：299-303.

［10］方磊.我国棉田生态系统污染及其防治对策 [J].安徽农学通报，2007，13（12）：56-58.

［11］唐海明，余筱南.我国棉花病虫害综合防治研究的现状及展望[J].作物研究，2004（5）：425-429.

［12］王子迎，檀根甲，付红梅.有害生物综合治理（IPM）的几点探讨[J].安徽农业科学，2001，29（1）：54-55.

［13］胡俊梅，王新杰.农业清洁生产技术体系设计[J].安徽农业科学，2010，38（6）：3128-3130，3155.