无膜棉对中国棉花产业转型升级的意义

摘要：近年来，中国农用地膜使用量和覆盖面积逐年上升，但随着地膜的长期使用，残膜污染问题日益严重，尤以2017年产量占国内棉花总产74.41%的新疆棉区为甚。新疆棉田内的地膜残留量平均达到了330kg/hm2，是全国平均水平的4～5倍，污染严重的个别田块达到735kg/hm2，严重影响了棉花产量和原棉品质。无膜棉由于省去了地膜、铺膜揭膜和地膜回收等投入能够大幅降低生产成本，杜绝残膜对原棉的污染，确保原棉品质和价格，保护棉田生态环境保障棉花稳产高产，是确保中国棉花产业可持续发展和提高棉花产业国际竞争力的必由之路。

关键词：地膜污染;无膜棉;棉花产业;产业结构;转型升级

中图分类号：S562    文献标志码：A

The Significance of Filmless Cotton to Promote the Transformation and Upgrading of China's Cotton Industry

Yu Shuxun

（State Key Laboratory of Cotton Biology/Institute of Cotton Research of CAAS， Anyang 455000， Henan， China）

Abstract： In recent years， agricultural mulch film use in China has increased year by year， and the residual film pollution with the long-term use of mulch film has become more obvious. In Xinjiang， whose cotton output accounting for 74.41% of the total cotton production in China， the pollution is even worse， the average amount of mulch film in cotton fields reaches 330kg/hm2， 4-5 times of the national average level， and in some fields with serious pollution， the residual film amountis up to 735kg/hm2， seriously affects cotton yield and raw cotton quality. Filmless cotton can reduce the production cost by eliminating the cost of mulch film， film uncovering， and film recycling. It can prevent the residual film from polluting the raw cotton to guarantee the quality and price， protect the cotton field and ensure the stable and high yield of cotton. Filmless cotton is the essential way for the sustainable development of China's cotton industry and could enhance the industry's international competitiveness.

Keywords： Mulch Film Pollution; Filmless Cotton; Cotton Industry; Industrial Structure; Transformation and Upgrading

0  引言

地膜覆盖技术的引进促进了中国棉花产业的发展，但地膜使用时间和使用强度的增加，也造成了严重的残膜污染。现代育种技术的发展与逐步成熟使培育适宜无膜栽培的棉花品种成为可能。无膜棉的推广与利用将彻底解决国内棉田残膜污染问题，推动棉花产业向绿色可持续发展转型。

1  地膜覆盖在中国的应用概况

20世纪50年代，日本科学家发明了地膜覆盖技术，并最早用于草莓生产。在地膜覆盖技术发明初期，重点覆盖作物是蔬菜。地膜由于具有良好的增温保墒和防除杂草作用，在日本得到迅速发展和应用。随着地膜覆盖技术的发展，覆膜栽培作物也逐渐由最初的蔬菜类扩展到棉花、玉米、烟草、薯类和花卉等作物上。1979年，中国从日本引进地膜覆盖技术，随后在全国广泛使用。地膜覆盖技术极大地促进了国内大面积的干旱半干旱和高海拔地区的农业发展。随着塑料行业的科技进步，地膜材料研发、吹膜工艺進步完善，尤其是以新疆为代表的机械化覆膜设备的突破，极大地推动了地膜覆盖技术在国内的普及与应用。目前国内使用的地膜种类繁多，按加工工艺不同，可分为分流道挤出吹塑成型地膜、单层挤出吹塑成型地膜和双层共挤复合吹塑成型地膜，按性能特点可分为特种地膜和通用地膜[1]。

近年来，国内农用地膜使用量和覆盖面积逐年上升，地膜使用量和覆盖面积从2000年的72.20万t、1062.48万hm2增加到2016年的147.01万t、1840.12万hm2，分别增加到2倍和1.7倍（图1、表1）。农用地膜覆盖面积占全国农作物播种面积的比例也从2000年的6.80%增加到了2016年的11.04%。地膜使用强度也在逐年提高，由2000年的67.95kg/hm2上升到2016年的79.95kg/hm2（表1）。随着国内农用地膜使用量、覆盖面积和使用强度的逐年增加，农田残留地膜的危害日益严重。目前国内长期覆膜的农田，地膜残留量75～225kg/hm2，极大地破坏了土壤结构，造成作物减产，污染农业环境[2]，严重阻碍了国内农业的可持续发展。

2  地膜覆盖对中国棉花产业的影响

地膜具有保温、保墒、抑制杂草等作用，地膜覆盖技术的推广与应用提高了作物产量、品质和种植效益。对国内棉花产业影响重大，影响棉花产量品质和种植区域变化，导致整个棉花产业的巨大变化。

2.1 地膜覆盖技术对棉花产量的影响

棉花产量受到棉花品种、农业生产条件和种植技术等多种因素的综合影响。地膜覆盖能够提高农田地温，减少土壤水分蒸发，促进作物生长，提高单产[3]。地膜覆盖技术提高了棉花水分利用率和单产，既是高产的关键，也是优质的基础[4]，其广泛推广与应用改变了国内棉花的栽培方式。1995年，徐红兵等[5]利用‘泗棉3号’进行了常规移栽棉与地膜移栽棉的对比试验，结果表明地膜移栽棉比常规移栽棉增产30.98%。李昊等[6]收集了近30年的关于中国地膜覆盖对棉花产量效应的国内外发表的研究论文，利用Meta分析方法系统分析地膜覆盖对棉花的产量效应和影响因素，结果表明覆盖地膜相比于不覆膜能够使棉花产量平均提高17.2%。对棉花产量与地膜覆盖时间关系的研究表明，覆盖时间小于100天会降低棉花单铃重，使单株成铃数减少，造成减产[7]。说明地膜覆盖在棉花生产中起到了至关重要的作用，为解决中国人穿衣问题做出了卓越贡献。

2.2 地膜覆盖技术对中国稀花种植区的影响

棉花生育期长且是喜温作物，保证充足的生长时间和温热条件对棉花生产尤为重要。而地膜覆盖技术恰好有效解决了西北内陆地区棉花生产中早期积温和地温不足的限制因素，使棉花播种期可以提前将近1个月，保证棉花有足够的生长时间，并提高苗期棉田温度，促进棉苗生长，为棉花高产优质提供保障。地膜的保墒作用也极大地缓解了新疆水资源不足的矛盾，使很多戈壁荒漠变成优质棉田成为可能。再加上新疆光照条件好、气候干燥和棉花种植时病虫害较少等有利因素，有力促进了西北内陆地区的棉花生产，使该地区在棉花生产上具有较好的竞争优势，推动了棉花种植区域北移，使得新疆棉花播种面积占全国棉花播种面积比例逐年上升。农业农村部信息中心统计数据显示，20世纪80年代，西北内陆棉区棉花播种面积占全国棉花播种面积3.7%，而到了2017年，仅新疆地区棉花播种面积就占到全国棉花播种面积的58.96%，产量更是占到了全国棉花总产的74.41%，有逐渐打破长江中下游流域、黄淮海平原、西北内陆三足鼎立格局的趋势。

2.3 残膜污染对棉花生产的影响

新疆已经成为国内棉花生产的主产区，确保新疆棉花生产的稳定和可持续发展是保障国内用棉安全的关键。但由于新疆棉区长期使用地膜，棉田内的残留量平均达到了330kg/hm2，是全国平均水平的4～5倍，污染严重的个别田块达到735kg/hm2。残膜污染阻碍土壤自然水和毛管水的渗透，影响土壤的吸湿性，对农田的土壤结构造成了破坏，使其理化特征发生了很大改变，导致棉花出苗率、单铃重、单位面积铃数均降低，籽棉产量下降，同时残膜混入原棉中严重影响原棉品质，也给种植操作造成很大的影响[8-11]。为应对残膜污染，提高残膜回收率，使用的地膜厚度在逐渐增加，导致了生产资料投入增加，残膜回收投入的人力和机械成本也在逐渐增加，这些都直接提高了生产成本，降低了中国棉花产业的国际竞争了。随着农用地膜使用量和覆盖面积的逐年增加，其带来的生产成本增加、残膜污染和不可持续发展问题也日益突出。

3  无膜棉的研究进展

3.1 无膜棉方案的提出和推行

2014年，棉花产业技术体系将无膜棉作为前瞻研究任务，在新疆生产建设兵团第六师农科所、石河子农业科学研究院、国家棉花产业技术体系阿拉尔综合试验站（阿克苏）、孔雀河综合试验站（库尔勒）、叶尔羌河综合试验站（喀什）、塔里木大学农试场开展了多点无膜棉早熟品种筛选试验。

2015年在2014年试验基础上，由中国农业科学院棉花研究所喻树迅院士团队制定了品种、播期、密度等多因子试验方案，通过多点试验进一步确定了无膜棉适种品种、最佳播期、密度和配套栽培措施。

2016年在棉花体系南疆3个综合试验站进行小面积无膜棉生产示范试验，通过多次鉴定论证确定了大面积生产示范方案。

2017年在棉花体系南疆3个综合试验站、阿克苏地区沙雅县院士工作站进行无膜棉较大面积的生产示范试验。

3.2 无膜棉品种选育阶段性成果

针对新疆地区棉田盐碱较重的土壤特性，以及前期升温慢、终霜期晚，后期降温快、初霜期早，无霜期较短等气候特性，通过室内模拟盐碱和低温环境筛选耐盐碱、耐低温的品种（系）进行4个优异亲本聚合杂交，并利用海南三亚大茅基地温室棉花“一年三代”的选育模式，培育出特早熟、耐盐碱、耐低温、丰产等多个性状协同改良的适宜新疆无膜种植的多个棉花新品系，如‘中棉619’。

3.3 无膜棉配套栽培技术阶段性成果

为实现无膜棉综合技术的配套，针对无膜种植和生长特性，利用精量播种技术实现了一播全苗，可省去间苗、定苗等管理过程;添加了穴播器拨片装置，避免了由于无膜覆盖导致的穴播器堵塞;为有效保温、保水、保墒，进一步加强出苗率和成苗率，特将穴播器播种深度增加至3.50cm（比地膜棉深播0.70cm），同时将滴灌带浅埋于土下2～3cm，实现滴灌带的固定和有效灌溉，避免了风害。依据无膜棉田间生长情况，适当提高了种植密度（每公顷种植株数增加了4.50万株，实际收获密度达到了22.50万株/hm2左右），化控减少至2次（比地膜棉减少3次），利于節约成本和保护环境。

3.4 无膜棉试验示范阶段性成果

利用适宜新疆无膜种植的棉花新品系‘中棉619’，2016年在国家棉花产业技术体系的南疆3个综合试验站进行小面积无膜棉生产示范试验，2017年在棉花体系南疆3个综合试验站、阿克苏地区沙雅县院士工作站进行无膜棉较大面积的生产示范试验。

2017年9月21日，科技成果“南疆无膜棉新品系培育及栽培技术创新示范”顺利通过由中国农学会组织的成果评价，评价结果如下：该成果针对新疆地膜棉残膜“白色污染”的重大问题，创新育种技术，培育出适合南疆无膜种植的早熟丰产棉花新品系‘中棉619’，研发出配套无膜栽培技术在南疆多地示范成功，无膜棉品种选育和无膜栽培技术取得了重大突破，为彻底解决棉田残膜污染创新了具有颠覆性潜力的技术途径，关键技术达到了国际领先水平。

2017年9月26—27日在新疆沙雅召开了无膜棉现场观摩暨交流研讨会。来自农业农村部、中国工程院、中国农业科学院等12家科研院所以及12个县（市）的领导及专家代表150余人参加了观摩会，现场查看了无膜棉的生产情况。座谈会期间，新疆沙雅守信种业总农艺师陈洪章、巴州农科所研究员李卫平、新疆兵团三师农科所所长李克富分别讲解了各自在无膜棉高产高效栽培技术方面取得的成果和经验，并与参会的其他专家代表交流讨论，大家各抒己见分别讲述了自己在无膜棉高产高效栽培技术方面的见解和建议。与会的其他专家代表纷纷表示，参加这次观摩会使自己对减轻“白色污染”的重要性和紧迫性有了更深刻的认识，对无膜棉种植的具体要求和技术规范有了更深入的了解。此次会议也引起了新疆棉农的极大关注，会后纷纷电话咨询参会专家代表有关无膜棉的种植情况。

2018年9月27—28日，全国无膜棉现场观摩暨研讨交流活动再次在新疆沙雅县举行，130余位来自全国各地的专家、农技推广人员、种子企业人员参加了会议。尽管2018年的‘中棉619’无膜棉经历了大风、低温等不利天气的影响，产量依然达到4800kg/hm2，长势喜人，与旁边地膜棉花相比毫不逊色。因受灾严重，5月5日前后补种了部分‘中棉619’无膜棉，补种的‘中棉619’早熟特性表现更是明显，只比补种地膜棉的产量低约5%。

综上所述，无膜棉的研究和利用初见成效。但对无膜棉的研究仍处于初级阶段，现有品种在早熟性、抗逆、产量和品质等方面还不能满足大规模推广应用的要求，现有的栽培技术和农业机械也不适合在无膜棉上使用，急需改进。

4  无膜棉研发中遇到的问题及建议无膜棉的推广与应用是彻底解决国内棉田“白色污染”的重要途径之一，但其涉及到品种改良、配套栽培技术研发、配套农业机械研制和推广应用等多个方面，必然是一個复杂而又漫长的过程。无膜棉的研究已经初步取得了一些成绩，并已充分证明了利用无膜棉解决国内棉田“白色污染”是可行和高效的，但现有品种在早熟性、抗逆、产量和品质等方面还不能满足大规模推广应用无膜棉的要求，现有的栽培技术和农业机械也不适合在无膜棉上使用。无膜棉的研究也急需资金和政策法规的支持。

4.1 缺少适宜无膜栽培的棉花品种

无膜棉消除了残膜污染，但也失去了地膜在保温保墒、抑制杂草等方面发挥的重要作用。所以，无膜棉对棉花品种在早熟性、抗除草剂、抗逆特别是耐冷和耐盐等方面提出了更高的要求。无法将现有棉花品种直接用于无膜棉，必须根据无膜棉的要求培育新的棉花品种。而早熟和抗逆往往伴随着产量和品质的下降，如何能够打破遗传累赘，协调早熟性、抗逆性、产量和品质等性状，是对棉花育种家提出的新挑战。

4.2 缺少无膜棉育种种质资源

无膜棉对早熟性、抗逆和抗除草剂能力提出了更高要求，对优良种质资源需求也更为迫切。收集并利用转基因技术、基因编辑技术和分子标记辅助选择技术等现代化育种技术改良创制种质资源是今后无膜研究的重要工作。

4.3 配套栽培技术研究滞后

现在无膜棉的种植大部分仍然沿用棉花地膜覆盖栽培技术，只是在播期、播种量、打顶时间等方面做了简单改动。这样的栽培管理方式远不能充分发挥无膜棉的潜力。针对无膜棉的特点在播期、密度、化学调控、水肥管理等方面研究出一套新的栽培管理规程对无膜棉的推广应用来说是必须的。

4.4 缺少专业的农机研发团队参与

无膜棉与地膜覆盖棉花在栽培技术上存在差异，现有农机无论是播种机械、田间管理机械还是采收机械显然都不适合在无膜棉栽培上使用。但是，现有依托于现代棉花产业技术体系的无膜棉研发团队中还没有一个专业的农机研发团队。

4.5 缺少资金项目的支持

无膜棉概念的一经提出就得到了现代农业产业技术体系、中国农业科学院棉花研究所、农科院和农业农村部的重视和支持，但至今仍然没有为无膜棉研究专门设立的科研项目。资金的缺乏限制了参与无膜棉研究的团体数量和研发进度。

4.6 缺少相关的政策支持

无论是农民还是基层政府部门，在注重经济效益的同时往往会忽视生态问题。在经济利益的驱使下，想要农民改变原有种植方式开始种植无膜棉是很困难的。为了解决国内棉田“白色污染”问题，建议政府出台相关政策对棉农的种植方式进行引导，给无膜棉种植户一定的财政补贴。另外，无膜棉对抗逆性和抗除草剂提出了更高要求，转基因技术是解决这些问题的有效途径，但现有政策和法规束缚了转基因技术在农业上的应用。

5  无膜棉发展前景

地膜覆盖技术对中国棉花产业发展的贡献是巨大的，但随着农用地膜的长期使用，其带来的残膜污染、生产成本增加和不可持续发展问题也日益突出。纵观美国、澳大利亚等植棉强国，其棉花种植是不使用地膜的。无膜棉由于省去了地膜、铺膜揭膜和地膜回收投入，能够大幅降低生产成本。杜绝残膜对原棉的污染确保原棉品质和价格，保护棉田生态环境保障棉花稳产高产，是确保中国棉花产业可持续发展和提高棉花产业国际竞争力的必由之路。

中国棉花虽然由于粮棉争地等问题正逐渐向滩涂、盐碱和干旱等生产条件较差的地方转移，对地膜高度依赖，但随着转基因技术、基因编辑技术和分子标记辅助选择技术等现代化育种技术在棉花上的应用，早熟、抗逆、高产和优质等种质资源被不断创制，利用这些特异种质资源经过育种家多年努力，国内现有棉花品种如‘中棉619’等已经能够逐渐满足无膜种植棉花的需求。随着科技工作者的广泛参与，中国在无膜棉种质资源创制、品种培育、配套栽培技术研究和配套农用机械研制等方面将不断突破，“无膜不棉”的植棉方式终将被打破。

参考文献

[1]陈东城.我国农用地膜应用现状及展望[J].甘蔗糖业，2014（4）：50- 54.

[2]金维政，颜越，刘倩，等.农用地膜污染现状与防治对策[J].南方农业，2018（14）：182-183.

[3]Li Fengmin， GuoAnhong， Hong Wei. Effects of clear plastic film mulch on yield of spring wheat[J]. Field Crops Research， 1999，63（1）：79-86.

[4]张秉金.地膜覆盖对棉花纤维品质和经济性状影响的研究[J].江西农业科技，1987（1）：8-9.

[5]鲁雪林，王秀萍，张国新，等.地膜覆盖对棉花产量的影响[J].河北北方学院学报：自然科学版，2009，25（5）：34-35，39.

[6]李昊，李世平，南灵，等.中国棉花地膜覆盖产量效应的Meta分析[J].农业机械学报，2017，48（7）：228-235.

[7]祖米来提·吐尔干，林涛，严昌荣，等.地膜覆盖时间对新疆棉田水热及棉花耗水和产量的影响[J].农业工程学报，2018（11）：113-120.

[8]刘彦杰.新疆棉田土壤中地膜污染存在问题及措施探讨[J].种子科技，2018（7）：11，13.

[9]司君涛，高秀萍，胡宝林.解析棉花中的异性纤维[J].中国棉花加工，2016（2）：32-35.

[10]蒋兆霞.残膜对棉花产量的影响[J].石河子科技，2015（1）：1-2.

[11]曹健.地膜残留量对棉花产量的影响试验[J].新疆农业科技，2013（3）：43.