“宽早优”植棉四大优势和四大转变的概述

贵会平，席育贤，张恒恒，庞念厂，李雪源，赵战胜，秦江鸿，王香茹，6，董强，宋美珍*，张西岭，6*

（1. 中国农业科学院棉花研究所/ 棉花生物学国家重点实验室，河南 安阳 455000；2. 阿克苏地区种业发展中心，新疆 阿克苏 843000；3. 新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830000；4. 新疆建设生产兵团第六师农业科学研究所，新疆 五家渠 831300；5. 石河子农业科学研究院，新疆 石河子 832061；6. 中国农业科学院西部农业研究中心，新疆 昌吉 831100）

新疆独特的光温水等自然资源、广阔的土地资源、高效的栽培技术和特有的种植模式等因素使棉花产业成为新疆农业的主导产业，新疆棉花产业发展事关新疆乃至国家的安全和稳定[1]。 自20 世纪90 年代以来，新疆植棉区以热量为依据，以密度为突破口，逐步形成了“密、矮、早、膜、匀”的栽培技术模式，棉花生产获得较大发展[2]。 随着科技的进步、生产条件的改善， 特别是 “膜下滴灌水肥一体化”“机械化采收”等现代化技术的普及，与之配套的棉花品种和栽培技术需要随之调整。“矮密早”种植模式由于密度过大、行距过窄，棉田中下部通风透光性差，易造成棉花生长前期晚发、后期郁闭严重、铃期延长、脱落和烂铃严重、后期晚熟等问题，致使棉纤维品质变差，甚至上部棉铃比中下部棉铃吐絮还早，更多地靠上部成铃形成产量，不能很好地发挥高产棉田的潜力。加之棉农植棉中过度追求群体数量而增加播种密度，进而需要频繁化学调控（化控），造成棉株低矮，群体光合效率明显降低；脱叶催熟效果明显变差，导致机采棉品质降低，严重影响新疆棉花生产的进一步发展[3]。 中国农业科学院棉花研究所（简称“中棉所”）绿色增产增效创新团队在总结棉花科研和生产实践的基础上，通过大量多年多点试验示范研究和凝练，提出了新疆“宽早优”植棉模式[3]。

“宽早优” 植棉模式是通过采取76 cm 等行距种植，增强立体采光（株高80～100 cm，株间通风透光），促早发（4 月苗、5 月蕾、6 月花、7 月铃）、早熟（8 月中下旬吐絮，霜前自然吐絮率90%以上，且不早衰），生产优质原棉的植棉模式[4]。 “宽早优”植棉模式是对“矮密早”模式的继承、创新和发展[5]，是基于“降密、拓宽、增高、促早、提质”的技术创新和调整，通过“宽等行、降密度、壮植株、增株高”创建高光效群体结构， 促进棉花早发早熟和集中成熟，成为实现棉花高产、优质、高效的新模式，是新疆植棉模式的一次重大变革。 2018 年，“宽早优”与新品种相结合的生产技术模式被列入中国农业科学院十大科技进展[6]；2020 年9 月，新疆科技局邀请朱玉贤院士等7 位棉花专家对新疆“宽早优”机采棉绿色优质高效技术集成示范田进行现场鉴定，评价“宽早优” 综合绿色植棉技术模式已达到国内领先水平，并提出“宽早优”与“矮密早”相比较的四大优势和四大转变。 2021 年西北内陆棉区“宽早优”绿色高质高效机采棉生产技术入选农业农村部发布的农业主推技术[7]。 基于栽培理论研究和新疆棉花生产的推广实践，分析概述了“宽早优”植棉模式的四大优势和四大转变，以期为新疆棉花高质量生产提供参考。

1 “宽早优”植棉模式的四大优势

1.1 增温增光

温度是影响棉花生长发育的重要因素之一，土壤温度的高低直接影响棉花根系对水分和养分的吸收。 在新疆棉花生长有效积温总体趋紧的情况下，增温措施显得尤为重要。 不同行距配置和种植密度均会导致土壤温度和有效积温的差异，进而影响棉花的生长发育。与66 cm＋10 cm 宽窄行“矮密早”植棉模式相比，“宽早优”模式的播种孔减少近50%， 棉花播种至出苗期地膜的保温效果明显提高，从4 月15 日到6 月15 日，“宽早优”模式5 cm和10 cm 土层的有效积温分别增加150 ℃和70 ℃[3]。张恒恒等[8]的研究表明，“宽早优”模式明显改善棉花全生育期耕层土壤积温， 较66 cm＋10 cm 宽窄行“矮密早”植棉模式提高8.3%～9.9%；尤其在花铃期，耕层土壤温度平均增加1.7 ℃。

棉花属喜光作物，其光补偿点和光饱和点都比较高，充足的光照是棉花高产的必要条件。 棉花产量的90%以上来自于光合作用生产的有机物质，光照是决定棉花生长发育的基本因素[9]。 “宽早优”模式可以增加棉花采光空间，提高棉花冠层的光照强度和群体透光率，延长叶片光合功能期。 “宽早优”模式通过降密壮株，调整水肥、化控和打顶时间实现增加棉花株高； 在北疆植棉区7 月1-5 日和南疆植棉区7 月5-10 日， 实现棉花单株果枝数为9～11，株高增加至90～100 cm，棉田1 m2采光空间为0.8～1.0 m3， 较66 cm＋10 cm 宽窄行“矮密早”植棉模式增加23.1%～53.8%。 “宽早优”模式下，花铃期和吐絮期棉花冠层的整体透光率分别为6.29%和3.64%，较66 cm＋10 cm 宽窄行“矮密早”植棉模式（3.05%和2.28%）显著增加；“宽早优”模式下，吐絮期棉花上层、中层、下层的光照强度分别为39.20 μmol·m-2·s-1、40.50 μmol·m-2·s-1、41.14 μmol·m-2·s-1，较66 cm＋10 cm 宽窄行“矮密早”植棉模式（28.05 μmol·m-2·s-1、29.45 μmol·m-2·s-1和25.08 μmol·m-2·s-1）均显著增加[3]。生育前期“矮密早”模式群体光截获率高于“宽早优”模式，随生育进程推进，“宽早优”模式的群体优势逐渐展现，致使冠层光截获率迅速升高，表现出较强的群体光能截获能力[10-11]。“矮密早”模式下，棉花群体大，叶面积指数峰值高；但是随着生育进程的推进，群体密度过大会导致个体生长发育不良，冠层内部环境恶化，透光率变低，冠层中下部叶片不能接收足够的阳光进行光合作用， 进而加速其衰老，缩短光合功能期。“宽早优”模式下棉花生育中后期叶绿素降解较为缓慢，叶片光合功能期长，能保证棉花群体光合物质积累所需的“源”[11]。

1.2 减药节本

相较“矮密早”模式，“宽早优”模式可减少棉花除草、打顶、化控、喷药等生产管理用工费用，节省用种量、水肥，以及化控、除草、脱叶催熟等环节的农业生产资料投入费用，减少籽棉杂质清理和皮棉杂质清理耗能等费用；每666.7 m2合计节本300 元左右。 “宽早优”模式采用精量播种机械单粒播种，可减少人工破板结放苗、定苗用工量；与“矮密早”模式相比，“宽早优” 模式每666.7 m2仅用棉种0.8～1.0 kg，节省棉种投入；播种孔减少近一半，棉田杂草明显减少，节省除草用工；播种孔减少，土壤水分蒸发相应减少；密度降低，植株水分蒸腾相应减少，棉田滴水周期延长，节省滴水用工；种植密度降低，棉株个体生长空间扩大，株间竞争减弱，整个生育期化控次数和缩节胺用量可减少一半以上，且可采取配套措施逐步实现免打顶（不打顶）或化学封顶；只进行1 次脱叶催熟和1 次机械采收。 采用“宽早优”模式，1 个劳动力可管理13.3 hm2以上的棉田，单位面积（666.7 m2）皮棉产量为160 ～180 kg，包括机械采收平均每生产100 kg 皮棉仅用1 个人工；与“矮密早”模式棉田的1 个劳动力管理3.3 hm2、平均666.7 m2产皮棉130 kg 相比，节省用工70%以上[3]。 并且“宽早优”模式棉田群体内通风透光好，病虫害明显减轻。 王春义等[12]研究表明，在同样的气候条件下，“宽早优”模式同期棉花有蚜株率和有蓟马株率均低于66 cm＋10 cm 宽窄行 “矮密早”植棉模式。 “宽早优”模式有利于棉田害虫治理和防控，节省化学农药10%～15%，降低相关人工成本30%以上。

1.3 增产增效

“宽早优”模式通过增加棉花平均行距，可使棉花单株获得比“矮密早”模式更大的光能利用空间和效率，可加快棉花生育进程，促使养分更早地向经济器官（棉铃）积累，提高经济器官氮磷养分分配率及100 kg 皮棉氮素吸收量[13]。“宽早优”模式具有更佳的增温增光效应，利于棉花早发和促进群体光合作用、干物质累积，增加单株结铃数和铃重，显著提高棉花籽棉产量[8，13]。 “宽早优”模式较“矮密早”模式可促进棉花生长发育进程，促进棉苗生长和棉花早结铃、多结铃，提高伏前桃占总铃数的比例，从而获得较高的收获铃重及产量[14]。 辛明华等[10]研究表明76 cm 等行距模式较66 cm＋10 cm 宽窄行模式（1 膜6 行）棉花生育期缩短3 d，株高和茎粗分别增加7.80 cm、0.14 cm， 单株果枝和单株结铃分别多1.1 个、1.2 个；76 cm 等行距模式可促进干物质的积累，使籽棉产量和皮棉产量分别提高8.5%、7.3%。 李群英等[15]研究表明，与宽窄行行距66 cm＋10 cm、株距11 cm 的1 膜4 行常规种植模式相比，采用超宽膜1 膜3 行76 cm 等行距种植模式（“宽早优”模式）植棉有如下效果：棉花生育期缩短6 d；苗期棉花株高增加2.5 cm，叶增加0.8 片；蕾期（6月20 日）单株果枝多1.1 个，蕾多3.0 个，小铃多0.17 个；花铃期（8 月30 日）成铃多0.9 个；最终收获密度每666.7 m2少1 720 株，每666.7 m2结铃多140 个，铃重高0.69 g，每666.7 m2籽棉产量高27 kg，增幅6.31%，增产效果明显。“宽早优” 模式不仅可以降低人工管理成本和农业生产资料成本，还能提高棉花产量和机械采收质量，有利于实现棉花生产“低成本和高效益”的目标[10]。 “宽早优”模式较“矮密早”模式棉铃结铃空间提高30%以上，采净率提高到95%以上，产量提高10%，666.7 m2增效200～400 元[16]。 “宽早优”模式比“矮密早”模式在中等肥力以上的棉田增产10%以上，在超高产棉田增产15%以上，以每666.7 m2增加皮棉13 kg， 皮棉单价15 元·kg-1计算，每666.7 m2增加效益195 元[3]。 “宽早优”模式生产的棉花品质好， 以每千克籽棉增收0.1 元计算，每666.7 m2再增加收入50 元以上。

1.4 绿色优质

“宽早优”模式，可减少化控3～5 次，脱叶催熟1 次，减少病虫防治、化控、脱叶催熟等用药量和棉田机械作业次数，从而减轻化学药剂对土壤、环境和原棉的污染；有利于残膜回收，使残膜回收率提高10%，减轻残膜污染；通过降低密度，可减少化肥的使用量，保护生态环境。

“宽早优”模式，可提高棉花生育期地温，改善群体结构，加快生育进程，延长有效开花结铃期，使优质铃发育时间与光热资源最丰富的时期一致，为优质铃发育争取了时间，满足优质铃对温度和光照的需求，促进优质铃形成；可通过改善株间环境，降低棉田郁闭度，减少烂铃和僵瓣花，促进棉花优质[3]。 “宽早优”模式由于棉株空间优势和前期增温作用，棉株生长健壮，果枝第一果节高，适宜机械采收，减轻机械采收过程中对品质的不良影响；其化学脱叶效果好，含杂率低，可减少籽棉清理和皮棉清理次数，减轻清理过程中对纤维品质的损伤和破坏，能提高机采棉的采收质量，使籽棉含杂率降低到5%以下，原棉品质提高1 个档级[17]。 李群英等[15]研究表明， 与66 cm＋10 cm 宽窄行的1 膜4 行常规种植模式相比，采用超宽膜1 膜3 行76 cm 等行距种植模式（“宽早优”模式）的棉花衣分低1.2 百分点，但籽指高0.71 g，衣指高0.16 g，纤维长度增加0.1 mm，长度整齐度指数高0.9 百分点，断裂比强度高0.9 cN·tex-1。 崔岳宁等[18]通过对中国棉花公正检验网上抽取的2 种种植模式下机采棉的品质数据分析，发现在颜色级、反射率、黄色深度、纤维长度、断裂比强度方面，76 cm 等行距种植模式（“宽早优”模式）要优于66 cm＋10 cm 宽窄行“矮密早”植棉模式，其中前者的棉纤维长度比后者高1 个等级。

2 “宽早优”植棉模式带来的四大转变

2.1 变风险棉区为稳产棉区

棉花是喜温作物，一般认为≥10 ℃积温达到3 200 ℃，棉花才能正常生长，积温≥4 000 ℃棉花才能长得好。 新疆植棉区除东疆局部地区外，整体上积温处于临界范围， 特别是北疆植棉区≥10 ℃积温为3 000～3 900 ℃，热量条件差的年份，棉花生产容易遭受风险[19]。 “宽早优”模式有利于提高光能利用率，充分发挥棉花的生长发育优势，争取外围铃和上部铃成铃，实现高产；在低温年份，能充分利用光照对温度的补偿效应，促进外围铃和上部铃发育成熟，实现稳产[17]。 从播种到滴第1 水，“宽早优”模式较66 cm＋10 cm 宽窄行“矮密早”植棉模式膜下5 cm 和10 cm 地温日均分别提高2.5 ℃和1.2 ℃，有效积温分别增加150 ℃和70 ℃。 这一方面可促进棉花个体健壮，增强棉花前期抗低温和耐盐碱的能力；另一方面可促进棉苗前期早发、早现蕾、早开花，使棉株生育进程与最佳开花结铃时段相吻合，实现多结铃，结大铃，从而实现棉花的稳产。2020 年“宽早优”＋“中棉所113”在新疆昌吉回族自治州（昌吉州）老龙河种植41.3 hm2，每666.7 m2实收籽棉508.8 kg，刷新了新疆昌吉州棉花单产纪录，打破了新疆冷凉地区产量低的观念（昌吉州历年平均666.7 m2籽棉产量为300 kg 左右）。

2.2 变一般棉花品质为优质

据2011—2015 年新疆棉花公证检验（公检）品质数据，棉花纤维长度平均为28.4 mm，断裂比强度平均为27.9 cN·tex-1， 马克隆值A 级和B 级占比由2011 年的96.2%降为2015 年的62.2%。 纤维品质降低主要表现在生产品质和产后品质的双重降低。 究其原因是，目前推广的“矮密早”模式是在棉田中低产、没有滴灌的条件下发展形成的，与目前高产乃至超高产条件下的“膜下肥水滴灌”技术、强优势高产优质品种等相脱节。“矮密早”模式因密度高、群体过大，在高产、超高产条件下，棉花中下部烂铃和蕾铃脱落严重，更多地靠上部成铃形成产量，导致棉花纤维品质降低。 “矮密早”模式密度越大，要求株高越低，影响群体光合效率和脱叶催熟效果，使机采籽棉的含杂率增加，导致籽棉清理和皮棉清理次数增多，最终降低机采棉品质[3]。

“宽早优”模式下，棉株根系分布均匀，有利于水肥吸收，能更好地保证棉铃生长发育的水分和养分供应；群体通风透光条件优越，有利于棉铃发育；宽行降密有利于个体发育， 促进形成健壮个体、早发早熟，为棉花优质创造条件；脱叶催熟效果好，便于机械采收，可降低机采棉含杂率、挂枝率和撞落率，减轻籽棉清理、皮棉清理对纤维的损伤[3]。 2017年和2018 年，“中641”、“中棉所96A”与“宽早优”相结合的高品质棉生产技术模式在新疆北疆的昌吉、精河、新疆生产建设兵团第七师127 团等地示范推广1 000 hm2， 增加经济效益1 842.6 万元；生产的棉花品质优良，纤维长度33.5 mm，断裂比强度35.0 cN·tex-1，马克隆值4.0；经多家纺织企业试纺，品质指标超过美国棉花和澳大利亚棉花，可替代部分长绒棉[4]。

2.3 变中产棉田为高产棉田

北疆“矮密早”模式仅适合种植早熟品种。 “宽早优”模式可增加全生育期耕层积温，加快生育进程（早吐絮2～6 d），使有效开花结铃期提前，与北疆高温辐照期相吻合， 增强棉花的适应性和抗逆性；因此，在北疆采用“宽早优”模式可适当放宽对棉花品种熟性的要求，可种植早中熟品种，以发挥其较大的增产潜力。 “宽早优” 模式采用1 膜3 行2.05 m 膜覆盖，有增温保墒作用，可以降低空穴率、提高棉苗整齐度； 棉花平均单株占地面积提高近50%，减轻根系穿插程度，缓解棉株间争水争肥的矛盾，促进棉株生长健壮，增强棉花耐贫瘠性和耐寒性；棉花群体结构合理，上部呈“立体采光”结构，行间通风透光性强，提高光能利用效率，为实现优质高产提供物质保障；株高调增至90～100 cm，较“矮密早”（株高60～80 cm） 增加结铃空间50%以上； 棉花最佳开花结铃期与温光高能期同步协调，增加棉花结铃数（进程加快且减少脱落）和铃重（温光充足铃重提高）[3]。品种熟性要求的放宽和栽培管理的优势，使得“宽早优”模式下的棉花产量进一步提高，将中产棉田变为高产棉田。 “宽早优”植棉模式较66 cm＋10 cm 宽窄行“矮密早”植棉模式籽棉产量增加10.0%～31.2%， 皮棉产量增加8.9%～46.5%[4]。

2.4 变高品质棉花订单生产为现实

据中国棉花协会统计，2017 年，国内纺织企业对中高端原棉[纤维长度28.5 mm， 断裂比强度28.5 cN·tex-1，马克隆值A 或B2 级（3.7～4.6）]的需求量约为300 万t，而达标的国产棉仅有99 万t，存在2/3 的缺口。 新疆棉花品质难以满足国内纺织企业生产高档纺织品的需求[20]。

订单生产是发展高品质棉花的有效途径。 “宽早优”＋“优质棉品种”的“良种＋良法”配套技术模式效果显著， 带动实现了新疆高品质棉订单生产。2016 年，按照订单生产的模式，在新疆精河县试种“中641”，生产高品质原棉约150 t，公检结果（批次号：65219161061）为纤维长度33.2 mm、断裂比强度31.2 cN·tex-1、马克隆值A 级比例96.5%，被河南同舟棉业有限公司加价1 000 元·t-1全部收购。2017 年，中棉所继续订单生产400 t，公检结果（批次号：65219171070）为纤维长度32.7 mm、断裂比强度32.5 cN·tex-1、 马克隆值A 级比例59.7%、B2级比例40.3%，全部被雅戈尔集团股份有限公司加价1 000 元·t-1收购并进行试纺。其试纺80 支棉纱的结果表明，条干有所改善，强力与50%长绒棉＋50%细绒棉混配棉的强力相当， 可替代部分长绒棉。 “中641”公检结果高出新疆棉花主体品质多个档级，全面超越澳大利亚棉花品质水平，表明在新疆可以生产高品质棉花，而且得到了企业的认同[20]。

近年来，中棉所、国家棉花产业联盟及昌吉国家农业科技园区（昌吉国家农业高新技术产业示范区）在昌吉州（北疆）、新疆生产建设兵团第三师51团（南疆），分别建立了“宽早优”＋“中棉所113”和“宽早优”＋“中棉所96A”高品质棉花生产基地，面积超过333 hm2， 辐射带动北疆多地和南疆的喀什地区、 阿克苏地区、 巴州等区域种植优质棉品种33.3 万hm2，实现了“种-水-肥-药-械”生产链一体化操作， 每666.7 m2籽棉产量比周围棉田增加100～150 kg，生产的原棉纤维长度31.5 mm，断裂比强度31.7 cN·tex-1，马克隆值4.0 左右，长度整齐度指数85.1%，纺纱均匀性指数166，均较周边地区所产的棉花高1 级。 2019—2020 年昌吉的新疆丰汇棉业有限公司采用订单生产模式进行“宽早优”＋“中棉所113”生产，每千克籽棉加价0.1～0.3 元，每吨原棉增收800～1 600 元；2021 年由轧花厂订单良种90.5 t，与棉农签订生产合同，收获籽棉16 500 t、加工原棉6 752.5 t，原棉纤维长度和断裂比强度数值均在“29.5”以上，期货升水600 元·t-1；该订单生产模式得到新疆生产建设兵团第六师、昌吉阜康市等地轧花厂的认可， 并推广应用。 “宽早优”模式为实现优质棉订单生产提供了重要科技支撑。