山西省棉业发展40 年

李朋波，潘转霞，吴慎杰，杨苏龙，石跃进，张丽萍，杨六六，夏 芝，曹彩荣

（1.山西农业大学（山西省农业科学院）棉花研究所，山西运城044000；2.棉花种质资源利用与分子设计育种山西省重点实验室，山西运城044000；3.农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，山西太原030031）

山西棉区是我国黄河流域传统棉区之一，植棉区域由南向北依次分为中熟棉区、中早熟棉区和特早熟棉区[1-2]。改革开放40 多年来，山西棉花产业发生了巨大的变化，为了更好地适应新的棉花生产形势，山西棉花科研方向也积极地进行调整，努力研发棉花生产新技术，为棉花安全绿色生产提供技术支撑。

1 棉花产业发展历程

棉花是山西省的重要经济作物之一，曾在山西省农村收入中占有重要的比例。改革开放以来，山西省棉花生产经历了5 个发展阶段。第一阶段（1978—1983 年），棉花面积常年稳定在22 万hm2左右，棉花生产技术以全国植棉劳动模范曲耀离总结的蹲苗为中心的棉花促控栽培技术为主，平均皮棉产量为337.05 kg/hm2。第二阶段（1984—1991 年），棉花面积常年稳定在12 万hm2以上，棉花生产以地膜覆盖和化学调控为代表的栽培技术大面积应用。通过栽培新技术的应用，棉花产量迅速增加，平均皮棉产量达到738.3 kg/hm2。地膜覆盖栽培技术不仅在山西省得到广泛应用，还迅速推广到全国各主产棉区，被有关农业专家和广大棉农称为植棉史上的一次“白色革命”。第三阶段（1992—1999 年），这一时期遭遇的棉铃虫大暴发，对山西棉花生产造成了毁灭性的影响，棉花面积由15 万hm2锐减到5.2 万hm2，平均皮棉产量735 kg/hm2。这一阶段棉农采用各种方法防治棉铃虫，包括隔天喷药、搭建防虫网、人工捉虫等，但因施药量大增，棉花收益急剧下降。第四阶段（2000—2009 年），国产转基因抗虫棉品种得到广泛应用，有效控制了棉铃虫的严重危害，棉花生产逐步恢复，面积由低谷的4.3 万hm2增加到常年的10 万hm2，产量水平稳步增加，平均皮棉产量达到1 072.4 kg/hm2，有效保障了原棉的供给。第五阶段（2010—2018 年），这一阶段抗虫棉品种产量水平持续提高，皮棉平均产量达到1 303 kg/hm2，但人工成本迅速增加，用工成本占到棉花生产成本的60%以上，但棉花价格没有明显增加，导致棉农收益甚微，植棉面积迅速下滑，由10 万hm2下降到近2 a 的0.6 万hm2。棉花生产出现集中连片的家庭农场式生产，主要产区位于晋南黄河滩涂地和盐碱地，对植棉技术提出了新的要求[1，3]。

在棉花产业发展过程中，棉花品种经历了数次更新换代[1，4]，皮棉产量从改革开放初期的951 kg/hm2跃升至现在的1 717.5 kg/hm2，产量改良年增益2%。第一次品种更换（1978—1987 年），主要以抗病耐病品种代替非抗病品种。引种鲁棉1 号、冀棉2 号、陕1155、86-1 等，自育品种以晋棉7 号、晋棉5 号为代表，使全省棉花生产彻底结束了长期依赖外引的历史[2]。第二次品种更换（1988—1997 年），针对棉花枯黄萎病发生严重和耕作制度的变化，用优质高产的抗病品种代替了原有品种，省外引种呈下降趋势，自育品种迅速扩大。期间，自育品种晋棉12 号、晋棉13 号、晋棉21 号、晋棉17 号等得以大面积推广应用[5]。第三次品种更换（1998—2002 年），主要是用转基因抗棉铃虫品种代替常规品种。先后引种R68、新棉33B 等品种，自育品种晋棉26 号、晋棉31 号等在生产中发挥了重要的抗虫作用[6]。第四次品种更换（2003—2008 年），主要是以高产抗虫棉品种代替初期抗虫品种，选育了晋棉38 号、晋棉45 号、晋棉50 号、杂交棉杂208 等品种推广应用。彩色棉育种也应运而生，先后育成了运彩8283、运彩N3738 等品种，在局部地区实现了订单式生产。第五次品种更换（2009 年至今），随着种植业结构调整，产业急需适宜轻简化的高品质棉花品种。晋棉56 号、晋棉57 号、运H13 等丰产多抗新品种在生产中发挥重要作用[7-8]。山西棉花生产品种的更新换代，有效控制了棉花病虫害，提高了棉花产量和品质，为棉花发展做出了突出贡献。

2 科研进展与成就

山西省从事棉花科研的单位有山西省农业科学院棉花研究所、作物所、经作所、小麦所、植保所以及山西农业大学等科研和教学单位。近年来，利用棉花远缘杂交、转基因、聚合育种、杂种优势等技术开展棉花新种质和新品种的选育，以及高效栽培、病虫害绿色防控等技术和产品的研究与推广，有效地推动了山西省棉花产业的健康发展。

2.1 棉花转化体系的建立和转基因研究

山西省农业科学院棉花研究所是国内最早开展棉花生物技术研究的单位之一。1986 年，陈志贤等采用棉属材料开展激素诱导愈伤与胚胎发生的研究，经过2 a 的试验，建立了“棉花细胞培养胚胎发生与植株再生技术”，获得了部分品系的再生植株。1987 年开始，山西省农业科学院棉花研究所与江苏农业科学院农业生物遗传生理所合作，承担“棉花原生质体植株再生”研究。该项研究优化了原生质体培养的条件，获得了既有胚胎发生能力，又有一定生长势的良好细胞系，并从珂字321 等品种中获得再生株。这2 项研究属国内首创，奠定了棉花转化外源基因的基础[2]。

1994 年，山西省农业科学院棉花研究所利用农杆菌介导转化方法获得抗2，4-D 转基因棉花；1998 年与中国农业科学院生物技术中心合作，将Bt 基因导入我国栽培品种晋棉7 号，培育出国内首个具有自主知识产权的转基因抗虫棉品种晋棉26 号[6]，开辟了我国转基因棉花育种的先河。

目前，山西省农业科学院棉花研究所研究人员不断地对棉花农杆菌介导转化体系进行优化和创新，建立了胚性愈伤和棉花侧根为受体的转化体系，缩短了转化周期，提高了转化效率，摸索出多种降低转基因棉花试管玻璃苗发生率的方法，首创转基因棉花再生植株嫁接法与低温高湿移植法，解决了试管苗移植成活率低的问题。通过代谢胁迫、营养调控及激素调节，建立了新陆早33、泗棉3 号等多个难以再生品种的胚胎发生体系，并获得高频再生品系。建立了以再生纯合系R15、W0 为受体的高效规模化转化体系，抗性愈伤组织的胚胎发生率在40%以上，胚性愈伤的再生率接近80%，再生植株转化频率40%～80%[9-10]。

近年来，山西省农业科学院棉花研究所与中国科学院、中国农业科学院、中国科技大学、石河子大学、华中师范大学、南京农业大学等进行了广泛的合作，主要进行棉花纤维品质改良、抗病、抗除草剂和抗旱耐盐等的转基因研究，以及高品质陆地棉的遗传转化。通过导入反义肌动蛋白解聚因子基因（ADF/A）、WLIM1a 基因等，增加了棉花纤维长度和比强度等，获得了相关性状得到改良的种质资源[11]；导入EDT1 基因提高了棉花的抗旱耐盐性[12]；导入VIP3 基因获得了新型抗虫棉种质；转天麻抗真菌蛋白基因GAFP4 棉花对不同生理型黄萎病菌株都具有非常明显的抗性，并且可提高棉纤维产量[13]；获得了抗草丁膦和抗草甘膦的转基因棉花[14]。通过构建棉蚜腺苷三磷酸酶E 亚基基因RNAi 载体，获得蚜害减退率60%以上的转基因株系[15]；通过电子克隆、同源克隆和差异表达等，克隆了一批抗逆和高光效基因[16]。与中国科学院微生物研究所孔照胜团队及墨尔本大学STAFFAN PERSSON 教授团队合作探明了棉花纤维细胞极性生长的机制[17]。

2.2 棉花遗传育种研究

山西省开展了远缘杂交创制新种质、杂交育种等研究，累计育成并通过省级审定的早熟、中早熟陆地棉，低酚棉、彩色棉、转基因抗虫棉及杂交棉等棉花品种83 个。改革开放初期，主要依靠引种和系统选育，20 世纪90 年代起以自育品种为主，经历了棉花杂交育种、远缘杂交、杂种优势利用、分子育种等发展历程。

2.2.1 棉花品种资源研究 1974 年山西省农业科学院棉花研究所被确定为全国棉花品种资源保存中心之一，参与编撰《全国棉花品种资源目录》、《中国棉花品种志》、《山西省农作物品种资源目录》等。现保存资源材料2 126 份，其中，陆地棉2 039 份、海岛棉34 份、亚洲棉53 份。近年来，完成了1 936 份种质资源的表型数据库，提交山西省自然资源科技平台。参与国家棉花种质资源观测站建设，加强资源的评价、鉴定和创新工作。

2.2.2 棉花远缘杂交研究 通过山西省农业科学院、山西农业大学等单位协作攻关，先后开展了杂交亲本生理指标、细胞学研究，杂种幼胚分离培养、杂种后代生物学特性特征、经济性状、枝条扦插与嫁接等项研究，为克服远缘杂交不亲和性提供了依据；探明了远缘杂种不育性的遗传机制，为提高杂种后代成活率和加速育种进程提供了依据。利用半配合材料VSG 与棉花远缘杂交后代培育加倍单倍体（DH），为棉花遗传研究、基因定位、基因克隆等奠定良好的材料基础。创制了20 多个各种类型种质材料，培育出抗蚜棉晋棉51 号、高品质棉DH966等新品种[18-19]。其中，陆地棉×瑟伯氏棉研究达国内领先水平，亚洲棉×比克氏棉研究跻身世界先进行列。

2.2.3 棉花耐旱育种研究 山西省农业科学院棉花研究所确立了水旱交替选择鉴定、不同生态区联合试验的耐旱育种程序，提出了棉花分节水、耗水2 类耐旱机制以及水旱生态型差异的观点，制定了相应的育种方略，即降低选择压力、协调矛盾、实现性状互补。论证了开设省级旱地棉花区试的必要性，制定了棉花品种耐旱性鉴定地方标准，形成了一套棉花耐旱育种体系[20-21]。

2.2.4 棉花杂种优势利用研究 1991 年从陆地棉、中棉、瑟伯氏棉三元杂种后代中发现1 株不育单株。经花粉镜检、开放授粉、网罩试验等研究，确定为晋A 棉花质核雄性不育系，填补了山西省棉花质核不育种质的空白。研究表明，晋A 不育系不育株率和不育度均达100%；晋A 恢复性由1 对显性基因控制，通过测交筛选，获得了恢复度90%以上的恢复系，实现了三系配套[22-23]。首次对恢复基因进行了标记定位，实现了恢复系的分子标记辅助选择[24]，获得2 项国家发明专利（同步选育棉花恢复系和不育系的方法、棉花细胞质不育纯合恢复系的分子标记与选育方法），筛选的三系杂交棉品种运B259 于2019 年通过山西省审定。

2.2.5 棉花多性状聚合育种研究 针对病虫害的发生和生产需求，山西省农业科学院棉花研究所开展了早熟、高产、抗病聚优育种。20 世纪90 年代初，通过丰产与抗病品种间杂交、病圃连续选择，聚合丰产、高衣分、抗病等性状，育成晋棉12 号等棉花品种[5]；通过早熟与丰产抗病品种杂交，聚合抗病、丰产、早熟、形态抗虫等性状，选育出麦后直播棉品种晋棉17 号[25]。通过分子标记对种质材料进行分类，并结合实际测配表现，获得科学组配的技术方法和大量的优良种质。构建了种内杂交遗传连锁图，检测到纤维品质、产量相关因子、生育期等的数量性状位点（Quantitative trait locus，QTL），在育种实践中发挥了辅助选择作用[26]，实现了在育种群体内性状的高效选择，已辅助育成杂208、晋棉45 号、晋棉56 号等棉花品种。

2.3 棉花栽培技术研究

山西一直致力于探索植棉技术，20 世纪50—70 年代，在棉花保全苗技术、水肥调控技术、整枝技术等方面都有详细研究，特别是曲耀离的蹲苗技术和吴吉昌的移栽保苗技术在全国棉花栽培领域影响较大。20 世纪80 年代以来，主要在地膜覆盖、叶龄化控和增密轻简方面取得显著进展。

2.3.1 棉花地膜覆盖栽培体系研究 山西省农业科学院棉花研究所于1976 年开展棉花地膜覆盖栽培技术研究，1983 年牵头成立全国棉花地膜覆盖栽培研究协作组，系统研究了地膜植棉的区域和不同类型棉田的配套技术。协作组研究总结了棉花地膜覆盖栽培的增产机理，即实现了“三个效应”：地温对气温的补偿和根系对植株的补偿效应；温度相对稳定的“土壤温室”效应；覆盖的棉株光合增强效应[4，27-28]。1984 年全国地膜植棉面积达到85.73 万hm2，此后，该技术逐渐扩展至全国各棉区，截至2018 年底，全国地膜覆盖棉花面积累计推广超过6 666 万hm2（10 亿亩）。

2.3.2 棉花叶龄化控与促早抗逆栽培技术研究 1982—1985 年，以地膜覆盖棉为基础，山西省农业科学院棉花研究所与江苏农学院协作，研究形成了叶龄模式栽培体系，主要内容是以主茎叶龄为指标，通过选用优种、适期早种、地膜覆盖、控氮增磷、适当密植、化学调控、水肥运筹、经济治虫等综合配套措施，实现早发、早熟、优质高产[4，29]。1991 年山西省农业科学院棉花研究所根据不同棉区气候逆境特点与棉铃时空分布规律，提出了以大群体小个体调节成铃结构，充分利用第一成铃高峰期的光热资源，早成、多成优质大铃，以早发、早熟抵御逆境影响，形成以密植和叶龄化控为核心的促早抗逆栽培技术体系[4，29-31]。这一系列技术在棉花生产中发挥了重要作用。

2.3.3 棉花增密轻简优质高产栽培技术研究 进入21 世纪，人们对棉织品的品质要求愈来愈高，同时由于农村劳动力的转移和成本增加，迫切需求植棉全程机械化。根据产业形势的变化，山西省农业科学院棉花研究所研究推广增密轻简优质高产栽培技术，制定了《地膜覆盖春棉优质高产高效栽培技术规程》《机采棉生产技术规程》《杂交棉优质高产栽培技术规程》等山西省地方标准，核心技术包括鉴选优质品种、增加群体密度、矮控个体、水肥滴灌、简化操作、规模植棉，最大限度地耦合光、热、水资源，达到株优、群优、高产、优质的效果。2011—2016 年，在山西南部推广种植1.5 万hm2，普通棉田群体密度12 万株/hm2，盐碱、滩涂棉田群体密度15 万株/hm2，实现了包括机械化采收的全程机械化[32]。2013—2019 年，山西省农业科学院棉花研究所还将部分技术推广应用到非洲马达加斯加[33]，使当地棉花产量翻番，产生了良好的国际影响。

2.4 棉花病虫害防治技术研究

2.4.1 塑膜覆盖棉田主要病虫草害综合治理技术体系 塑膜覆盖栽培使棉田病虫害发生了新的变化，山西省农业科学院、山西省农业厅等单位通过系统研究，建立起棉花病虫草害综合治理防治技术体系。通过种植抗枯萎病品种，保苗灵拌种，氟乐灵处理土壤；苗期棉蚜初发时，利用异绒螨的抑制作用，盛发时控制麦田蚜虫天敌的迁移，猖獗时利用药剂涂茎调控，同时兼治蓟马和红蜘蛛；蕾铃期伏蚜重发生时，采用涂茎和点涂果枝进行控制，二代棉铃虫百株卵量达50～60 粒时，对棉株顶端滴施久效磷进行防治；花铃期通过摘除早蕾（1～3 果枝），控制后期烂铃，提高棉花品质；防治三代棉铃虫交替使用有机磷和菊酯类农药，延缓害虫产生抗药性，提高防治效果[34-35]。

2.4.2 棉铃虫综合防治技术新体系 针对20 世纪90 年代棉铃虫大暴发，山西省农业科学院、山西省植保站、山西农业大学等多家单位开展技术攻关，建立了棉铃虫综合防治技术体系。该体系针对山西省中熟及中早熟棉区，确立了以生态调控为主的棉铃虫综合防治体系，防治策略为“全生态区主要寄主作物各代棉铃虫全面治理与棉田二、三代棉铃虫重点防治相结合”，具体技术为：耕翻土地、麦田诱蛾、兼治、灭茬、棉田推广抗虫品种、栽培减虫、各代诱杀及喷施化学农药等；针对特早熟棉区，确立了以非化学防治为主的综合防治体系，防治策略为“棉田二、三代重点防治，兼顾菜田防治”，具体技术为：保护麦田天敌、诱杀成虫、释放赤眼蜂、喷洒生物农药等[36]。

2.4.3 棉花病虫害生态防治新技术 转基因抗虫棉应用以来，棉田主要害虫种群发生了改变，棉蚜、盲蝽等刺吸式口器害虫上升为主要害虫。以“绿色植保”为理念，山西省农业科学院棉花研究所相继开展了新技术防治棉花病虫害的研究。针对棉蚜开展了以隐蔽施药、天敌引诱、物理捕杀、高效低毒药剂筛选等关键技术研究，形成了一套棉蚜绿色控制技术体系[37-38]。2015 年，“棉蚜可持续治理关键技术”通过省级科技成果鉴定，达到国际先进水平。生物熏蒸防治棉花病虫害研究工作也取得了可喜的突破。目前，已获得9 个高硫苷芸薹属品种，并建立了冬油菜—棉花—冬油菜连作控制棉花土传病虫害的模式，可显著降低棉苗立枯病、红腐病、枯萎病以及棉花地下害虫的发生率，取得了理想的病虫害防治效果[39]。

3 棉花产业政策变迁

3.1 奖售政策

棉花奖售政策是从1961 年国民经济暂时困难时期开始执行[1]。从1978 年新棉上市起，每担（50 kg）皮棉奖售化肥40～42 kg。从1981 年开始，国家实行粮棉挂钩，山西省规定在棉花定购基数内，每交售1 kg 皮棉补助粮食1 kg；超定购基数外，每交售皮棉1 kg 奖售粮食2 kg；同时，每交售l kg 皮棉奖售1 kg 标准化肥，一段时期还奖售自行车、缝纫机等紧俏商品。1985 年国家调整棉花政策，将中央统配的棉花奖售专项化肥定额包干给地方，许多地方对奖售政策调减或取消，山西省延续“斤棉斤肥”的奖售标准。1996 年山西省取消了农业生产资料费用的补贴。

3.2 价格政策

解放初期，棉花定价标准大体上是北方棉麦比价为8∶1。1979 年为了扶持棉花生产，国家规定实行棉花超购加价政策，超基数棉交售的部分加价30%，并对北方棉实行5%的价外补贴。1985 年以后，虽然全国棉花生产大幅度滑坡，但山西省按照国家政策大幅度提高棉花收购价格，在全国各产棉省（直辖市、自治区）中连年恢复棉花生产。从1996 年新棉上市起，国家不再统一规定籽棉收购指导价格，而由各地根据实际情况进行定价，1996—1997 年，棉花收购价格比较稳定，棉农生产积极性高涨。由于纺织品市场发生变化，1998 年国家对棉花购销政策进行了调整，棉花收购价格由政府定价改为政府指导价。2000 年以来，随着我国市场经济的完善，山西南部植棉区的干鲜果、蔬菜等经济作物迅速发展，大幅挤压棉田面积，政府的农业产业政策也适应市场变化，将棉花价格完全交于市场调节[1]。

4 展望

受产业结构调整的影响，目前山西省棉花种植面积急剧萎缩，但出现的集中连片种植方式，为开展公司+农户的订单式生产优质棉花提供了机遇。新的生产方式伴随着棉花品种更新、简化种植、销售政策等全产业链的改变和技术革新，需要棉花产业相关人员深入探索新的发展模式，降低内地植棉成本，提高纤维品质，实现棉花的高效规模化生产。