我国现代棉花栽培理论和技术研究的新进展.pdf

第35卷 第 2期2023年6月塔里木大学学报Journal of Tarim UniversityVol.35 No.2Jun.2023文章编号：1009-0568（2023）02-0001-12我国现代棉花栽培理论和技术研究的新进展周静远1，代建龙1，冯璐3，张艳军1，万素梅2*，董合忠1,2*（1 山东省农业科学院经济作物研究所，山东 济南 250100）（2 塔里木大学农学院，新疆 阿拉尔 843300）（3 中国农业科学院棉花研究所，河南 安阳 455000）摘要棉花是关系国计民生的大宗农产品和纺织工业原料作物，进入21世纪以来，我国棉花生产面临越来越严峻的挑战。在此关键节点，回顾总结我国现代棉花栽培理论和技术研究成果，对棉花栽培的成果转化和未来发展具有重要意义。近20年来，我国棉花科技工作者对棉花产量、品质和抗逆性的形成与调控进行了系统研究，促进了棉花栽培理论和技术的创新发展。本文主要评述了棉花轻简抗逆栽培方面的研究进展。内容包括，棉花集中成熟栽培理论和技术；盐碱地播种保苗、抗盐防涝栽培和水肥协同运筹技术；果-棉间作复合种植理论与技术；机采棉化控塑型与脱叶机理与技术；在智慧植棉方面也取得了重要进展。展望未来，棉花栽培通过与分子生物学技术、数字技术和农机装备等紧密结合，在深化和拓展栽培理论的基础上，不断提高栽培管理效果和拓展棉花产业链，促进棉花栽培理论和技术创新发展，为棉花产业高质量发展做出更多更大的贡献。关键词棉花栽培；集中成熟；抗逆栽培；复合种植；智慧植棉；化学调控中图分类号：S562文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1009-0568.2023.02.001Research progress in theory and technology for moderncotton cultivation in ChinaZHOU Jingyuan1，DAI Jianlong1，FENG Lu3，ZHANG Yanjun1，WAN Sumei2*，DONG Hezhong1,2*(1 Institute of Industrial Crops,Shandong Academy of Agricultural Sciences,Jinan,Shandong 250100)(2 College of Agronomy,Tarim University,Alar,Xinjiang 843300)(3 Institute of Cotton Research,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Anyang,Henan 455000)AbstractCotton is a staple agricultural product and raw material for the textile industry,which is closely related to the nationaleconomy and people s livelihood of the country.Since entering the twenty-first century,China s cotton production is facing increas-ingly serious challenges.At this important historical juncture,reviewing and summarizing the research achievements of modern cot-ton cultivation theory and technology in China is of great significance to the transformation of achievements and future developmentof cotton cultivation.In the past 20 years,scientists in the area of cotton research have conducted in-depth research on the eco-physi-ological and molecular biological mechanisms of the formation and regulation of cotton yield,quality and resistance,which hasgreatly promoted the innovative development of cotton cultivation theory and technology.The research advances in light-simplified收稿日期：2023-01-27基金项目：国家重点研发计划项目“棉花抗逆高效栽培技术集成与应用”（2020YFD1001002）；国家现代农业产业技术体系棉花抗逆栽培岗位（CARS-15-15）第一作者：周静远（1997-），女，2022级在读博士研究生，研究方向为棉花生理生态与栽培。E-mail：*通信作者：万素梅（1968-），女，博士，教授，研究方向为作物高产栽培理论与技术、旱区农业资源管理。E-mail：董合忠（1965-），男，博士，研究员，研究方向为棉花高产优质栽培、棉花抗逆栽培。E-mail：塔里木大学学报第35卷棉花是全球性的大宗经济作物和纺织工业原料作物。中国作为世界上最大的产棉和用棉国家之一，棉花产业关系国计民生。进入21世纪以来，我国棉花生产面临越来越严峻的“两转”和“两多”挑战：一方面农村青壮劳动力向城市大量转移，农村劳动力的数量和质量严重下降，全国棉花种植区也由长江和黄河流域向西北内陆盐碱地转移（“两转”）；另一方面，我国棉花单产虽然位居世界前列，但植棉用工多、水肥投入多（“两多”）的问题突出1-2。“两转”和“两多”已经严重影响了我国棉花产业的高质量发展。针对这些问题，近20年来，我国棉花科技工作者系统研究了种、水、肥、密和化学调控等管理手段促进棉花逆境出苗、轻简管理、集中成熟和机械收获的机理与效应，创建集中成熟轻简抗逆栽培的核心理论，从而突破定苗、整枝、打顶以及采摘等长期依赖人工的困境，攻克用工多、肥水投入大以及集中成熟难、脱叶效果差等“卡脖子”难题，并在棉田间作复种、智慧植棉等方面取得重要进展，实现棉花栽培技术的升级换代，促进我国棉花生产方式由传统高投入劳动密集型向现代轻简节本高效型的重大变革3-4。本文主要就棉花轻简抗逆栽培方面的研究进展作简要评述。1棉花集中成熟栽培1.1棉花集中成熟栽培的概念棉花集中成熟系指整株棉花或整块棉田集中在一个较短的时间段内成熟吐絮的现象，是棉花机械化收获的前提4-5。集中成熟栽培指实现棉花优化成铃、集中吐絮的栽培管理技术和方法4。经山东省农业科学院牵头开展多年研究和实践，我国棉花集中成熟栽培的理论和技术业已形成，成为现代植棉理论与技术的重要内容3。1.2棉花集中成熟栽培的理论依据集中成熟栽培理论主要包括不同棉区棉花集中成熟的生育进程、高效群体类型及群体结构指标等（表1）。其中，西北内陆棉区的新疆南疆棉区4月5日20日播种，4月20日30日齐苗，5月25日30日现蕾，6月25日30日开花，9月上旬开始吐絮，集中结铃期为7月5日8月5日，集中吐絮期为9月10日25 日；西北内陆棉区的新疆北疆棉区 4 月 10日25 日播种，4 月下旬至 5 月初齐苗，5 月下旬现蕾，6月25日前后开花，8月下旬开始吐絮，集中结铃期为 7 月 10 日30 日，集中吐絮期为 9 月 5 日20日。黄河流域棉区一熟春棉4月下旬至5月初播种，5月10日前齐苗，6月中旬现蕾，7月5日前后开花，8月底开始吐絮，9月20日前后吐絮50%，9月25日前后喷脱叶催熟剂，集中结铃期为7月15日8月15日，集中吐絮期为9月1日25日。长江流域棉区夏棉5月下旬播种，5月底至6月初齐苗，7月初现蕾，7月20日前后开花，9月10日开始吐絮，10月上旬吐絮40%左右时喷脱叶催熟剂，集中结铃期为7月30日8月25日，集中吐絮期为9月20日10月15日4。1.3棉花集中成熟的技术途径棉花集中成熟栽培要从播种开始，通过单粒精播技术实现一播全苗、壮苗，为集中成熟创造稳健的基础群体；在全苗、壮苗基础上，以集中成熟为目标，根据当地的生态条件和生产条件，综合运用水、肥、药调控棉花个体和群体生长发育，构建集中结铃的株型和集中成熟的高效群体结构，实现优化成铃、集中吐絮4-6。我国三大产棉区生态、生产条件和种植模式各不相同，棉花集中成熟栽培的途径和技术模式也不尽一致，必须因地制宜，建立和应用与三大棉区生态与生产条件相适应的棉花集中成熟技术模式才能达到预期效果。and stress-resistant cultivation of cotton was reviewed in the paper.They include the theory and technology of centralized maturationcultivation of cotton;seeding and seedling preservation in saline areas,salt and flood-resistant cultivation and integration water andfertilizer technology;fruit-cotton intercrop complex planting theory and technology;mechanisms and technologies of chemicallycontrolled shaping and efficient defoliation and ripening technology.Important progress has also been made in smart cotton planting.Looking forward to the future，cotton cultivation should be combined with molecular biology,digital technology and agriculturalequipments to deeply reveal the cultivation mechanism,improve the cultivation management,and expand the cotton industry chain.Further research and practice of cotton cultivation in the future will promote the new development of cotton cultivation theory andtechnology,making more and greater contributions to the high-quality development of the cotton industry in the future.Keywordscultivation of cotton;concentrated maturation;resistant cultivation;compound planting;smart cotton cultivation;chemical control2第 2期表1棉花集中成熟高效群体类型和关键指标主要指标皮棉产量水平/（kghm-2）收获密度/（万株 hm-2）适宜最大LAI株高/cm节枝比集中结铃期集中吐絮期集中成铃/%脱叶率/%适宜区域降密健株型2 2502 70013.518.0（南疆）15.019.5（北疆）4.04.57590（南疆）7085（北疆）2.02.57月5日8月5日9月5日9月25日霜前花率859092西北内陆增密壮株型1 6501 8757.59.03.64.0901002.83.37月15日8月15日9月1日9月25日伏桃与早秋桃占758095黄河流域一熟制直密矮株型1 5009.012.03.84.080902.53.07月30日8月25日9月20日10月15日伏桃与早秋桃7095长江与黄河流域两熟制1.4棉花集中成熟栽培模式1.4.1西北内陆棉区棉花集中成熟栽培模式西北内陆棉区构建“降密健株型”群体的核心目标是提高脱叶率，便于机械采收。其主要技术途径是降密健株，提高群体的通透性。为此，要优化棉株行距配置、膜管配置，综合运用水、肥、药、膜等措施，科学合理调控，即通过调控萌发出苗和苗期膜下温墒环境，实现一播全苗、壮苗，建立稳健的基础群体；结合化学调控、适时打顶（封顶）、水肥协同高效管理等措施调控棉株地上部分生长、优化冠层结构，优化成铃，集中吐絮，提高脱叶率7-8。1.4.2黄河流域棉区一熟春棉集中成熟栽培模式该棉区一熟春棉要以“控冠壮根”为主线构建“增密壮株型”群体，具体而言，一是适当增加密度，并由大小行种植改为等行距种植；二是控冠壮根，通过提早化控和适时打顶（封顶），控制棉株地上部分生长，实现适时适度封行；三是棉田深耕或深松、控释肥深施、适时揭膜或破膜，促进根系发育，实现正常熟相；四是适当晚播，减少伏前桃，进一步促进集中成铃3。1.4.3长江与黄河流域棉区夏直播棉集中成熟栽培模式夏直播棉要构建“直密矮株型”群体，即采用早熟棉或短季棉品种，小麦（油菜、大蒜）收获后抢茬机械直播，在5月下旬至6月上旬直接贴茬播种，从而省去营养钵育苗和棉苗移栽，降低劳动强度，节省用工，无伏前桃；增密、化控、矮化、促早，种植密度一般在9.0 万株/hm2以上，株高控制在90100 cm，促进集中成铃3,9。总之，棉花集中成熟栽培过程实质就是集中成熟高效群体结构的建设和管理过程。为此，首先要根据生态条件、种植模式确定集中成熟群体结构类型和栽培管理模式；其次根据群体结构类型确定起点群体的大小和行株距搭配，协调好个体和群体的关系，既要使个体生产力充分发展，又要使群体生产力得到最大提高；最后，在群体发展过程中，依靠水、肥、药等手段，综合管理、调控，一方面在控制群体适宜叶面积的同时，促进群体总铃数的增加，达到扩库、强源、畅流的要求，不断协调营养生长和生殖生长的关系，实现正常成熟和高产稳产；另一方面，调控株型和集中成铃，实现优化成铃、集中结铃、集中吐絮，实现产量品质协同提高前提下的集中采摘或机械收获。2盐碱地棉花抗逆栽培我国植棉区内的盐碱地主要是盐土和不同程度的盐渍化土壤，包括滨海盐碱地和内陆盐碱地。其中，滨海盐碱地棉田呈带状分布在天津、河北、山东和苏北沿海低平原地区；内陆盐碱地棉田则主要分布在西北内陆棉区的新疆、甘肃等地区10。这些地区现有盐渍化及易受盐渍化影响的棉田面积为2.601063.30106hm2，占总棉田面积的70%80%，尚有宜棉盐碱荒地约 1.30106hm2。利用棉花耐盐性强的特点，开发利用不适合种植粮食和油料作物的盐碱地植棉，并进一步提高现有盐碱地棉花的产周静远 等：我国现代棉花栽培理论和技术研究的新进展3塔里木大学学报第35卷量、品质和效益，对维护我国粮棉安全、保障棉花生产可持续发展具有重大战略意义。棉花虽然具有较强的耐盐性，但其耐盐能力是有限的，盐碱地植棉不只存在盐害，前期低温干旱、中期风雹雨涝、低温早霜等逆境对棉花生长发育和产量造成巨大的影响，有针对性地采取抗逆栽培技术措施十分重要；传统盐碱地植棉程序繁琐，存在用工多、投入大、面源污染重等突出问题，必须采取绿色轻简、节本增效、农机农艺结合的策略11。因此，近些年来，以绿色轻简、抗逆丰产为目标的盐碱地植棉技术研究也受到重视。2.1滨海盐碱地抗盐防涝栽培以黄河三角洲为主的滨海盐碱地是我国重要的优质棉生产基地。然而，滨海盐碱地地下水位高，一方面春季容易返盐，耕层土壤盐分升高而产生盐害，导致棉田缺苗断垄；另一方面棉田排水不畅，夏季雨后涝灾频发，涝渍胁迫不仅不利于棉株根系生长，迫使根系由有氧呼吸转变为无氧呼吸，破坏根系功能，而且使棉株倒伏，进而影响棉花产量及品质。涝害与盐害的双重危害导致重度滨海盐碱地棉花产量低、品质差10。现有的盐碱地棉花栽培方式，大都采用大水漫灌压盐，不仅需水量大，且压盐后至播种一段时间后棉田裸露，耕层土壤又会返盐，降低压盐效果。也有起垄沟或沟畦覆膜种植的方法，但都是先播种后覆膜或者播种覆膜同时进行，而且沟和垄一直保持到棉花收获，播种前的一段时间不能增温保墒抑盐，而78月雨季又不能有效地排水防涝10，盐碱和涝渍常导致减产甚至绝产。可见，常规盐碱地作物种植方法不能同时减轻盐害和涝害。为减轻盐害并缓解涝害，山东省农业科学院等科研机构发明了滨海盐碱地凹凸栽培法，既能够在苗期减轻盐害、有助于盐碱地出苗成苗，也能够在花铃期防汛，最大限度地减轻涝害损失，确保盐碱地棉花丰产丰收12。2.1.1“凹”型种植重度盐碱地于冬季前起垄；中度盐碱地可于冬季前或春季起垄。垄高2530 cm、垄宽7090 cm，两垄间距140180 cm，垄间为沟畦，宽7080 cm。盖膜前，沟中灌水1 5003 000 m3/hm2（含盐量低的按低限灌水、含盐量高的按高限灌水）压盐，分次连续灌水，将沟畦耕层含盐量压至0.2%以下。重度盐碱地2月上旬至 3月上旬将沟畦盖膜，中度盐碱地播种前盖膜，要求地膜厚度0.01 mm以上，膜宽80100 cm。采用精量播种机在地膜上打孔播种两行棉花，棉花行距4050 cm，播深2.02.5 cm，形成“凹”型种植，利用沟中盐分低的特点，减少盐害，促进棉花种子出苗和生长11，13。2.1.2“凸”型栽培6月中旬，揭掉地膜，平垄并将土培到两行棉花基部，让沟成垄、垄成沟，形成“凸”型栽培，便于进入雨季后排水防涝。在棉田遭受涝灾时“凸”型栽培可加快排涝速度，且棉花基部培土还能防止棉花倒伏，减少涝后损失12。此外，要注意扶理倒伏棉株和科学化控。对于倒伏棉株，采取边排水边扶苗的措施，通过巧扶、轻扶、顺行扶起。棉株扶正后，培土稳棵，改善棉田的通风透光条件。花铃期雨前没有化控的棉田，受涝棉株恢复生长以后，未打顶棉田采用缩节胺4575 g/hm2，打顶后已经化控的棉田可适当减少缩节胺用量或不进行化控，有早衰趋势的棉田不进行化控。2.2西北内陆盐碱地棉花“干播湿出”棉花种子单粒精播通过创造适宜的顶土压力和出苗前的黑暗环境，诱发幼苗产生足量乙烯，有效调控下胚轴增粗关键基因GhERF1和弯钩形成关键基因GhHLS1的表达14，使得生长素相关基因GhYUC-CA8和 GhGH3.17的差异表达和在幼苗弯钩内外侧生长素浓度的梯度分布，促进弯钩形成和顶土出苗15。盐碱和低温等通过逆境抑制弯钩形成和下胚轴生长影响棉花种子出苗。棉花具有较强的耐盐性，发展盐碱地植棉一直是开发利用盐碱地的重要途径。我国传统盐碱地植棉技术主要包括选用适宜棉花品种、冬春季节大水漫灌压盐排碱、地膜覆盖、增施有机肥和盐碱改良剂等改良土壤。为应对新疆植棉区干旱缺水的实际情况，新疆北疆运用“干播湿出技术”（冬春季节不灌溉压盐造墒，播种后滴水促进棉花出苗），大幅度节约了用水量7。但是，由于新疆南疆棉田盐碱程度普遍高于北疆，“干播湿出”技术一直未能在新疆南疆盐碱地推广开来。新疆南疆一直沿用冬春季节大水漫灌压碱排盐适墒播种的种植模式，消耗了大量农业用水，造成棉花生长期用水紧张，同时需要打梗子、破梗子，增加机力和成本。大水漫灌还导致春季地温回升慢，延迟播种，而且播种后土壤易返盐，影响保苗壮苗。鉴于此，新疆农垦科学院和山东省农业科学院等科研单位在南疆盐碱地棉田开展了试验，并根据试验结果将传统“干播湿出”技术进行了改4第 2期进：一是行距配置由(66+10)cm调整为(63+13)cm或76 cm等行距，前者小行间布管，后者一行一管；二是由传统的1次滴苗水改为34次，单次灌水量减小；三是灌水时带有盐碱改良剂，提高耐盐效果。这一改进，实现了在南疆生态条件下采用“干播湿出”一播全苗、壮苗，达到了棉花出苗齐、苗匀、苗壮，保苗率高，高产、优质、高效的目标。具体做法16：在棉花覆膜打孔播种后，利用膜下滴灌进行少量多次滴水，在确保地温快速提升的同时，使棉花种子处在足墒低盐的土壤环境中，利于出苗与成苗。3 月份整地后，4月1日前后在地膜上打孔播种，待地温稳定在12 时第1次滴水，滴水量控制在300 m3/hm2；隔7 d后进行第2次滴水，滴水量225 m3/hm2；隔10 d后第 3 次滴水，滴水量225 m3/hm2；隔12 d后第4次滴水，滴水量150 m3/hm2，苗期共滴水4次，总用水量900m3/hm2。该技术方法为棉种萌发出苗提供低盐湿润环境。多次微量滴灌技术与大水压盐造墒交替进行，一般间隔两年深耕1次，并同时进行大水漫灌压盐造墒，例如：于第一年3月上旬深耕一次，耕深4045 cm，并按照2 250 m3/hm2的标准大水漫灌压盐，当年可直接采用膜上打孔播种出苗。2.3盐碱地棉花水肥协同运筹大田棉花膜下滴灌可导致根区水分不均匀分布。干旱区根系诱导叶片合成大量茉莉酸（JAs），其作为信号分子通过韧皮部运输到灌水区根系，诱导根系水孔蛋白基因PIP表达，增加根系水力导度12倍，提高吸水能力和水分利用率17-18。干旱区根系遭受渗透胁迫后还通过多肽类物质（CEP）诱导湿润区根系N素吸收关键基因NRT1.1 和NRT2.1上调表达，增强了灌水区根系N素吸收能力，提高了N肥利用率19-20（图1）。甲哌鎓通过增强质膜H+-ATPase 的基因表达、蛋白积累及磷酸化水平激活内向整流K+通道，并通过降低活性氧积累抑制K+外排，协同提高棉花吸收K+的能力和钾肥利用效率21。图1滴灌导致根区水分不均匀分布从而调控根系吸水吸氮优化行距和密度：新疆(63+13)cm或76 cm，13.5万19.5万株/hm2；内地76 cm或92 cm，7.5万1.2万株/hm2。结合甲哌鎓化控（自出苗后至花铃末期应用16次持续调控株型）、减施氮肥（新疆约300 kg/hm2，内地约210 kg/hm2）和节水滴灌（约4 800 m3/hm2）抑制枝叶生长，免除人工整枝22-23。采用新型“化学封顶剂”（25%甲哌鎓水剂），利用助剂对顶芽造成微触伤，与甲哌鎓协同作用增强控长效应、延长药效期，西北内陆在初花期后、黄河流域和长江流域在盛花期后喷施3501 100 mL/hm2可有效封顶，免除人工打顶。西北内陆膜下滴灌将膜带布局调整为1膜6行3带或1膜3行3带，将连续高水量（495600 m3/次 hm2）滴灌调整为高、低水量（225300 m3/次 hm2）交替灌溉，氮肥基追比由传统的4 6调整为2 8，肥随水施做到水肥协同，并提前7 d左右终止灌水利于早熟（图1）。内地一熟制春棉采用一次性基施控释复混肥或种肥同播，晚播早熟棉盛蕾期一次性追施速效肥，实现一次性施肥促早熟并提高肥料利用率。科学化控结合水肥协同管理实现免整枝促早熟栽培，生育期平均缩短 30%，省工 25.530.0 个/hm2、节水超过 20%、省周静远 等：我国现代棉花栽培理论和技术研究的新进展5塔里木大学学报第35卷氮肥10%20%，实现了“管”的轻简高效。3棉田复合种植3.1果-棉间作棉花和枣树都是耐盐作物，因此在盐碱地实行枣-棉间作，不仅能够提高经济效益，而且对丰富棉田生态系统具有重要的生态意义。棉-枣间作在我国滨海盐碱地和西北内陆盐碱地都是重要的复合种植模式。近些年来，塔里木大学等科研单位研究创新了果-棉间作复合系统光温水肥种间竞争互补理论和动态调控机制24-25，创建了“空边挤中”和果树“间伐稀化”生态位优化的田间配置技术，为发展棉-枣间作提供了重要的理论和技术支撑。3.1.1果-棉间作复合系统生态位分离特征和光温水肥的调控机制果-棉间作复合系统的光分布由平面受光改为立体受光，间作棉花呈“过滤网”式利用光资源。间作果树光能利用率比单作果树提高27.3%，光截获率提高 11.7%；间作棉花光能利用率比单作棉花增加11.1%，光截获率提高7.1%26-27。复合系统对冠层和土壤温度均具有高温降温、低温保温的“调温被”补偿效应，早春低温季节，气温比单作平均高 0.72.1；夏季高温季节，气温比单作平均低 0.62.6 28-29。果-棉水肥吸收高峰期交错，根系吸收区域时空分层错位，棉花苗期至蕾期，040 cm土层果树带较棉花带土壤耗水量高 12.431.2 mm，氮素含量较棉花带高 10.9%16.3%；花铃期至吐絮期，4080 cm 土层果树带较棉花带土壤耗水量低 3.14.5mm，氮素含量较棉花带高2.4%3.7%21,30。果-棉复合种植降低了果树与棉花对水分、养分的竞争，增加了果树与棉花的互补，使果树根系在土壤中分布趋向于更深、棉花更浅，实现了根区水肥资源全方位高效利用（图2）。图2果-棉间作系统光温水肥互补效应果-棉间作复合系统中，距离果树0.51.0 m区域是光温水肥种间竞争的主要区域。果棉间距在1.01.5 m范围内，棉花株行距配置为 （30+40+30）+60cm10 cm有利于改善群体光分布，增大冠层光截获率31；枣棉间距为1.5 m时，与间距3.0 m和0.6 m时相比，棉花光截获率分别提高1.6%和5.6%，光能利用率分别提高6.3%和10.0%32。间作棉花冠层日较差比单作平均低 2.38.1，年较差平均低 3.77.6 33。生态位分离导致水分、养分的互补利用，棉花水分利用效率比单作提高20.0%29.0%34；土壤有机质含量、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别比单作提高 6.6%20.1%、9.1%30.8%、4.7%11.9%、8.9%23.3%、7.4%15.5%35。3.1.2“空边挤中”“间伐稀化”田间配置优化技术以棉花产量优势消除的临界点 LER（棉花）=0.5 为依据，明确了复合群体田间配置中果树的树龄6第 2期阈值为5.21年，从而提出果树树龄为5年及以下的间作系统，果树、棉花的田间配置均采用常规模式且间距为1 m；树龄超过5年，棉花采取减小播幅、缩小株距、增加间距的田间配置 （30+40+30）+60cm10 cm，形成“空边挤中”的种植模式21。以果树封行时的临界点 LER（枣树）=1 为依据，明确果树不适宜间作棉花的树龄为7.61年（y=0.051 8x+0.605 7，r=0.921 2），树龄8年及以后，采取“间伐稀化”等疏密改造技术进行动态调控；若不间伐，则棉花退出间作系统或果园实行清种。据此，果-棉间作复合系统，树龄5年及以下，棉花采取 （10+66+10）+66 cm12 cm的常规模式种植，间距1 m；树龄67年，对间作棉花调控，棉花采取(30+40+30）+60 cm10 cm、间距 1.5 m 的“空边挤中”田间配置；树龄8年及以上，对间作果树调控，果树采取“间伐稀化”措施，枣树株行距配置由1 m2 m调整为2 m4 m，杏树株行距配置由3 m8 m调整为6 m8 m，若不间伐，棉花则退出间作复合系统，果园实行清种27，29。3.2棉-豆换位间作传统间作是同期或同季交叉种植一定播幅棉花和豆科作物（大豆、花生等）的栽培模式。为充分发挥棉花耐逆能力强的特点，并利用豆科作物自身固氮的特性，近年来，山东棉花研究中心等单位研究建立了棉花与花生等豆科作物宽幅间作新技术，即同期或同季间作相同播幅棉花和豆科作物（大豆、花生等），翌年棉花与豆科作物种植位置互换36。该技术充分发挥了棉花与花生的互补性，轮作和间作改变了土壤微生物结构与功能，进而影响作物根系养分吸收；间作还改变冠层小气候，进而影响地上部分光合生产和同化物分配。棉花、花生交替间作比单作棉花增产20%以上，且花生产量不减；与传统间作的生产力相比显著提高，增产20%以上36。说明交替间作使根系吸收和光合生产协同提高，优化根冠关系，做到地上空间互补、地下根系互补、周年营养互补，有效解决了花生连作障碍和棉花低产低效问题，在实现棉花、花生双高产的前提下减少了化肥农药施用量，是一种棉花与豆科作物绿色高效复合种植的新模式。棉花与花生换位间作的主要技术要点是花生起垄种植，其他作物平作。机械起垄，要求垄底宽 80cm，垄背宽50 cm，垄高约10 cm，一垄双行。采用4-6式宽幅种植，4行棉花、6行花生，总幅宽550 cm。棉花76 cm等行距种植。棉花于4月20日30日播种；花生于4月底至5月中上旬播种，大豆于5月下旬播种。棉花采用机械播种方式，播种、铺膜、覆土一次完成，用种量22.530.0 kg/hm2。花生采用垄上机械播种、地膜覆盖，种植密度13.5 万16.5 万株/hm2，以幅宽90 cm地膜覆盖，要求覆膜紧贴地面，松紧适度，侧膜压埋严实，防止大风揭膜。大豆采用平作，不进行地膜覆盖，种植密度 15 万18 万株/hm2。于翌年交替棉花、豆科作物（花生、大豆等）茬口。利用豆科作物根系固氮的特性，在花生或大豆茬口种植棉花，较纯作棉花可降低 20%氮肥施用量，棉花不减产。同时，在棉花茬口种植花生或大豆，可避免传统花生、大豆等单作引起的连作障碍，有效减轻青枯病、叶斑病、根结线虫以及蛴螬等病虫害的危害，减少10%20%农药施用量37。4机采棉系统调控免整枝与脱叶催熟通过化学调控免整枝、免打顶是棉花轻简栽培的必然要求，塑造集中成熟吐絮的株型并实现高效脱叶则是棉花机械采收的前提。近20年来，中国农业大学牵头在全国主要产棉区开展了系统研究和实践，取得重要进展。4.1机采棉系统调控免整枝合理密植引起棉株下部荫蔽，既削弱了下部枝叶的光合作用（播种110 d后枝叶Pn降低76.4%），又通过抑制枝叶生长点光受体基因phyB 的表达，降低了生长素合成与转运关键基因GhYUC5和GhPIN1、细胞分裂素合成关键基因 GhIPT3的表达及相应激素含量，增强了独脚金内酯受体基因GhD14表达，抑制了枝叶生长38-40。甲哌鎓促进光合产物向根、茎和棉铃运输，提高主茎顶端活性氧及丙二醛含量、降低顶端分生组织开花相关基因表达，起到封顶作用；下调赤霉素合成基因，降低赤霉素含量，抑制DELLA-like 基因反馈调节赤霉素信号，抑制节间伸长生长41；结合水肥运筹，可进一步削弱顶端优势，促进了自然封顶和集中成熟4,42。因此以合理密植与化学调控紧密配合，并与水肥运筹有机结合，塑造合理株型，实现免整枝、免打顶和集中成熟。基于免整枝和集中成熟的要求，新疆可采用宽窄行(63+13)cm或等行距76 cm，密度以13.5 万19.5万株/hm2为宜；内地等行距配置（76 cm或92 cm），密度7.5 万15 万株/hm2为宜。自出苗后至花铃末期应用甲哌鎓36次（新疆36次，内地34次）持续调控周静远 等：我国现代棉花栽培理论和技术研究的新进展7塔里木大学学报第35卷株型；减施氮肥、节水滴灌、化学封顶，进一步巩固免整枝和集中成熟的效果。近期的研究还表明，提高密度和不去枝叶能够提高化学封顶的效果。在3个生态区的研究表明，人工打顶提高了籽棉产量和早熟性，然而化学打顶的效果受密度的影响。在低密度条件下，化学打顶比不打顶减产4%6%，比人工打顶减产5.5%10.8%。在中、高密度条件下化学打顶与人工打顶的产量相当。与人工精细整枝和打顶相比，免整枝、免打顶提高了群体光合生产能力，生物产量大幅度提高，这是免整枝、免打顶的重要生理原因22。促进光合产物向生殖器官转移，进而提高经济系数是免整枝、免打顶条件下进一步提高产量的潜力所在。4.2机采棉脱叶催熟发现甲哌鎓加快棉花生殖生长进程，现蕾提前2.2 d、现蕾-开花缩短 0.2 d、开花-吐絮缩短 1.5 d，对“降密健株型”“增密壮株型”和“直密矮株型”3种集中成熟高效群体的塑造至关重要4。脱叶剂噻苯隆协调叶片、叶柄和离区乙烯、生长素及细胞分裂素的代谢和信号转导，调控离区细胞微管排列和解聚促进离层形成，诱导离区脱落相关基因表达、增强纤维素酶和多聚半乳糖醛酸酶活性促进叶片脱落43-44，使幼叶乙烯合成及信号转导基因的表达上调早、幅度高、脱落快。采用甲哌鎓封顶和塑造集中结铃的株型还能够提高无人机喷施脱叶剂的脱叶效果45。建立棉花促早熟和集中成熟的化学调控技术，西北内陆棉区自齐苗至开花末期应用56次甲哌鎓，内地棉区自苗蕾期至开花末期应用15次甲哌鎓，加快生殖器官发育、增结中、下部和内围铃。采用微空间屏蔽解决噻苯隆和乙烯利酸碱不相容的问题，研制“脱叶催熟一体剂”（50%噻苯 乙烯利悬浮剂）46；基于喷施脱叶剂7 d内的最高温度和12 有效积温是影响脱叶率的关键因素47，制订棉花“三优”（优化配方、优选药械、优择喷期）脱叶催熟新方法，明确新疆北疆、新疆南疆、黄河流域以及长江流域的脱叶催熟时间分别为 9 月 5 日之前、9 月 15 日之前、9 月下旬、10月上旬，一次性施用1.802.25 L/hm2或2次施药，每次0.901.20 L/hm2、间隔57 d。药后约20 d脱叶率 92%97%，吐絮率 95%97%，实现了“收”的轻简高效。5棉花智慧栽培棉花智慧栽培，又称智慧植棉，是将现代智慧农业技术应用于大田棉花生产的现代棉花生产技术体系48。具体而言就是依托物联网和传感器、互联网云平台和棉花模型等数字化和信息化现代技术实现棉花生产环境与长势的智能感知、智能决策和自动化农事操作与控制的综合技术。智慧植棉技术的发展使棉花栽培进入了精确定量调控管理的新阶段。5.1棉花智慧栽培的主要内容一是利用信息传感技术获取环境信息和棉花长势信息，实现农情状况及生产过程的信息化感知。棉花生长环境信息监测包括实时采集空气温湿度、CO2、大气压、光合有效辐射、植物叶片冠层温度、土壤水分、温度、电导率、氮磷钾浓度、pH值以及盐分等49。棉花长势信息监测包括通过RGB和高光谱等传感器获取棉花冠层图像特征，并结合机器学习技术构建监测模型获取棉花长势信息。二是运用系统建模技术，对棉花生长和管理进行定量分析，建立棉花生产数量化管理模型，用于不同条件下棉花生长状况的模拟预测、管理方案优化和种植风险评估等。三是对采集的信息和定量化模型进行分析，实现棉花的智能化诊断和管理的精确决策，并通过智能控制设备实现原位、无线、物联网远程采集与控制以及智能化水肥控制。四是开发智慧植棉的软件系统和硬件产品并实现规模化应用。软件系统包括智慧植棉电脑客户端和手机客户端，用于不同级别用户管理，棉田采集和控制设备管理，农田数据库管理，棉花智能化决策和关键农艺措施的自动控制。硬件包括水分与温度传感器、数据采集器、物联网节点和智能控制器等。总之，智慧植棉技术具有信息化、模型化、智能化和工程化等特征，会大幅减少劳动力投入和物化投入，提高棉花资源利用效率、产量和品质，是实现棉花绿色轻简低碳生产的必由之路。5.2棉花智慧栽培的主要进展在棉花全程生产精准管理方面，石河子大学等科研单位建立了规模化生产关键环节精准监控技术体系。其中，构建水肥一体化的智能化管理技术，综合利用光谱、图像和无线通信等信息获取和传输技术，实时获取棉花生长过程水肥信息，建立滴灌棉田全程养分、水分快速监测与定量诊断技术；发明滴灌棉田“养分监测-施肥决策-分区处方-精量控制”全程养分精确管理技术及产品；研发自动控制灌溉系统，构建了棉田水肥一体化精准管理技术与应用平台，8第 2期实现水分监测、决策与控制一体化精准管理，大幅度提高了水肥利用效率50。中国农业大学张立祯51团队结合数据库技术，构建基于物联网与棉花功能结构模型Cotton XL 的智慧棉花生产数字化系统平台。系统利用智能传感器等物联网设备实时采集田间气象、土壤和作物长势等数据以及现场视频图像信息，通过网络传输监测范围内棉株的信息至数据库，结合模型模拟分析，实现远程操控辅助管理、预测判别、智能处理和可视化模拟等功能，从而优化作物栽培管理措施，提升资源配置效率，提高棉花产量与品质，为棉农适应现代农业信息化、智能化以及高效化提供有效途径。根据在新疆生产建设兵团第一师十二团的田间对比试验可知，籽棉产量提高14%，灌水量