新疆南疆棉花“干播湿出”种植技术应用现状、面临的问题及解决策略

王一琪, 张文太, 田长彦, 买文选

中国农学通报. 2024, 40(3): 62-65

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中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (3) : 62-65. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.2023-0152
农学·农业基础科学

新疆南疆棉花“干播湿出”种植技术应用现状、面临的问题及解决策略

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Application, Problems and Solution Strategies of "Dry Sowing and Wet Emergence" Planting Technology of Cotton in Southern Xinjiang

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摘要

棉花是新疆最重要的经济作物,而南疆又是新疆棉花的主产区,产量占全疆的80%。长期以来,南疆棉区普遍采用“湿播干出”的种植模式,即除了在棉花生育期进行常规灌溉外,还需要进行冬灌和春灌,起到压盐、提高播种期土壤墒情和改善土壤水分的作用。随着耕地面积的不断扩大和水资源的日益短缺,南疆棉区开始尝试采用北疆“干播湿出”的栽培方式种植棉花,但整体效果不甚理想。通过文献综述,探讨造成南疆推行“干播湿出”栽培方式不力的原因,在此基础上提出可能的解决策略。

Abstract

Cotton is the most important cash crop in Xinjiang, and southern Xinjiang is the main cotton production area, which yield accounts for 80% of the whole Xinjiang. For a long time, the planting mode of "wet sowing and dry emergence" was widely adopted in the cotton areas of southern Xinjiang, which meant that in addition to conventional irrigation during the cotton growth period, winter irrigation and spring irrigation were also needed to play a role in pressing salt and improving soil moisture during the sowing period. However, with the continuous expansion of cultivated land area and the increasing shortage of water resources, the cotton production of southern Xinjiang began to try the cultivation method in northern Xinjiang of "dry sowing and wet emergence" to grow cotton, but the overall effect was not ideal. Through the literature review, this paper tries to explore the reasons for the ineffective implementation of the "dry sowing and wet emergence" cultivation method in southern Xinjiang, and puts forward possible solution strategies on this basis.

关键词

南疆 / 棉花 / 干播湿出 / 节水控盐 / 解决策略

Key words

southern Xinjiang / cotton / dry sowing and wet emergence / water saving and salt control / solution strategies

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王一琪 , 张文太 , 田长彦 , 买文选. 新疆南疆棉花“干播湿出”种植技术应用现状、面临的问题及解决策略. 中国农学通报. 2024, 40(3): 62-65 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.2023-0152
WANG Yiqi , ZHANG Wentai , TIAN Changyan , MAI Wenxuan. Application, Problems and Solution Strategies of "Dry Sowing and Wet Emergence" Planting Technology of Cotton in Southern Xinjiang. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2024, 40(3): 62-65 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.2023-0152

0 引言

新疆是中国最重要的棉花生产基地,2021年总产量达到了512.9万t,接近全国的90%[1]。而南疆棉区的播种面积和产量又分别占全疆的70%和80%[2]。因此,南疆一直是新疆棉花生产的核心区域[3-4]
当前,全疆棉花种植普遍采用膜下滴灌技术,但南北疆在具体的栽培方式上又有明显不同:北疆以“干播湿出”为主,即每年播种期直接播种,随后滴灌出苗;南疆以“湿播干出”为主,每年棉花收获后和开春播种前要采用大水漫灌的方式进行2次灌溉,即“冬灌”和“春灌”,播种完成后到棉花现蕾期这一个月的时间内棉花主要利用土壤水分出苗生长,现蕾后再开始滴灌。因此,南疆棉花种植的年用水量相较于北疆每公顷要高出约5400~6000 m3[5]。仅冬、春灌这两项水,南疆灌区每年就会增加灌溉总量40亿m3以上[6],占全年棉花灌溉总量的30%~50%[7],造成严重的水肥流失。这正是近年来南疆地区在大规模发展滴灌后灌溉定额依然居高不下的一个重要原因。
然而,随着新疆耕地面积的不断扩大(2021年第三次全国国土调查结果显示目前新疆的耕地面积已达到了700万hm2),及水资源日益紧缺,南疆棉花种植中的“冬、春灌”用水已很难保障[8]。因此,能否在南疆棉区采用更为节水的“干播湿出”种植方式成为当前新疆棉花生产中集中讨论的热点问题。而且在生产实践中,部分农户已自发尝试采用该方法种植棉花。但无论是科学试验还是生产实践整体效果均不甚理想。
通过文献综述,探讨造成南疆推行“干播湿出”栽培方式不力的原因,并在此基础上提出可能的解决策略。

1 “干播湿出”技术在南疆的应用现状

1.1 整体情况

南疆棉区采用“干播湿出”种植方式最早出现在2020年前后,而较大面积的推广则发生在2022年,特别是在兵团南疆垦区,同年5月,阿克苏开始使用“干播湿出”技术。尉犁县2023年全县棉花“干播湿出”种植面积将发展到2万hm2[9]。截至2022年4月,南疆共有约5.63万hm2棉田采用“干播湿出”种植棉花[10],总体而言,该技术在南疆的应用面积还很有限,仍处于试验阶段。
“干播湿出”技术最大的优势在于其节水能力,而且相较于“湿播干出”可有效提高播种期的地温,具体在棉花南疆的棉花生长中表现在花蕾期前干物质累积速度更快,成熟速度更快;对保苗株数、株高、单株结铃数以及单铃重有正向影响等[11]
“干播湿出”技术在南疆应用也面临很多的问题,特别是不利于棉花出苗与生长[12-13],容易使萌发的胚芽变黑、烂种、烂芽、烂根,导致棉花出苗难、出苗不齐、棉苗长势差等。

1.2 造成“干播湿出”技术在南疆难以推广的关键制约因素

南疆植棉业的发展与其优越的自然环境有关:活动积温高(4000~4500℃)、无霜期长(200~230 d)、年日照数高(2800~3300 h)。同时多为沙质土壤,疏松透气,有利于棉花根系的生长。
但同时南疆棉区也面临着明显不利的局面,一是水资源短缺。截至2021年末,新疆的水资源总量为863.8亿m3,占全国的3.1%,而新疆的国土面积占全国陆地总面积的17%。从分布上看,整体呈现北部地区多于南疆,山地多于平原,西多于东的局面,北疆的单位土地占有的水资源比南疆多了2.7倍[14]。二是南疆的耕地盐渍化问题突出[15]。中国科学院新疆生态与地理研究所2014年的调查结果显示,全疆耕地面积共计617.83 ×104 hm2,盐渍化耕地面积233.05×104 hm2,占耕地总面积的37.72%。南疆耕地面积共计316.60×104 hm2,盐渍化耕地面积157.02×104 hm2,占南疆耕地总面积的49.6%,明显高于北疆盐渍化耕地面积及比例。
导致南疆棉区难以推广现行“干播湿出”技术的主要原因在于棉花出苗期的土壤盐分问题,且与气候直接相关,具体在降水和气温两方面。
(1)降水因素:北疆普遍采用“干播湿出”,没有冬春灌,但每年有200 mm左右的降水,特别是冬季降雪在开春融化可起到与南疆冬春灌洗盐类似的效果[16]。而南疆年平均降雨量50 mm左右[17],且主要分布在夏季,无法起到上述作用。
(2)气温因素:在棉花的生长季,南疆的太阳辐射更强,日照时间长,气温普遍更高。特别是在棉花出苗期,随着强烈的蒸发、蒸腾作用,棉花的出苗孔聚集了大量的盐分,不利于棉花的出苗和生长。
此外,南疆土壤较北疆偏沙性,保水性差,在当前普遍7~10 d的滴灌频率下,土壤耕层水分时空变异巨大,不利于棉花出苗生长。
因此,南疆棉区长期采取“湿播干出”的核心原因就在于压盐和提高播种期的墒情。

2 南疆推广“干播湿出”技术的解决途径

2.1 调整苗期的灌溉频率

灌溉频率直接影响了土壤中水肥盐的运移、分布。通常来说,高灌溉频率有利于对土壤盐分的淋洗[18-19]。在灌水总量一定的条件下调整苗期的灌溉频率可以降低棉花种子附近的土壤盐分,创造脱盐区域,为种子的萌发创造更加适宜的条件[20]。同时也要考虑不同的土壤质地,沙性土壤灌水频率要大于壤土。待进入蕾期,可以适当的降低灌溉频率[21]
郭路利等[22]研究证明,在相同的灌水量下,不同频率春灌灌水比一次性灌水洗盐效果明显,会更好的抑制返盐现象,因此建议调整灌溉频率。邢小宁等[23]研究发现,相同灌溉定额下高频率灌溉可以提高棉花生物量累计速度。通过增加灌水量和灌水次数可以促进棉花营养生长,提高棉花蕾期和花铃期叶面积指数,相同灌水量下,灌水16次比灌水12次更有利于生殖器官的形成[24]。420 mm灌溉定额和16次灌水是南疆免冬、春灌适宜棉花的灌溉制度。姚宝林等[25]通过试验同样发现,同一灌水次数下460 mm灌溉定额籽棉产量最高,适宜灌溉定额下,16次灌水次数籽棉产量高于灌水12次籽棉产量。灌溉水利用效率随灌水定额的降低和灌水次数的增加而提高[26],在南疆水资源短缺情况下高频次小定额灌溉可获得最大的灌溉水利用效率。

2.2 隔年冬春灌

冬春灌使用大水洗盐压碱,虽然能降低土壤耕作层的盐分,但是每年都盲目的进行大定额的冬春灌会使灌溉区域地下水水位普遍抬升[27],节水效果不能达到预期,浪费水资源,不利于开展高效节水农业、促进农业可持续发展[28]。所以可以考虑一年冬春灌,一年春水滴灌,或者隔2年采用冬春灌洗盐压碱一次[29],这样可以达到压制土壤中的盐分含量的目的,也可以节省一部分冬春灌所耗费的水资源。刘磊[30]通过对间隔不同年次冬灌的模拟发现,不冬灌时,盐分每年增长速度为0.2%。可以根据棉花种植地区初始盐分含量的高低来选择间隔1年、2年或3年进行一次冬、春灌[31];或者采用第一年冬灌和隔一年进行一次春灌相结合的方式来控制盐分,满足次年棉花的正常生长发育,同时实现水资源的高效利用[32]

2.3 双膜覆盖

采用双膜覆盖技术滴水后地膜和土壤粘合的更加紧密,春季防风效果更为显著,可以有效应对不利于棉花苗期生长的春季大风、沙尘天气。防止下雨后土壤板结问题的出现,也防止了盐分在棉花出苗孔的聚集。同时,双膜覆盖也可以实现早播种,增加膜下土壤的温度[33],减少水分的蒸发,促苗早发[34],促进根系生长,使根系分布区域更广,延长棉花生长期,缩短棉花的种植期。李丽[35]通过研究发现,在中度盐渍化土壤中,采用双膜覆盖技术可以使棉花出苗率达到70%。同时,双膜覆盖条件下,水分蒸发被抑制,土壤盐分表聚作用减轻,土壤含盐率可以降低到0.77%。可以起到增温、保温、保墒、提墒、压碱的作用,为棉花生长提供良好的土壤环境,缩小苗与苗之间的差异,有利于棉花根系的发育,促进养分吸收,促进光合作用。

2.4 采用适宜的封土技术

“干播湿出”有2种覆土方式:正封土和侧封土。正封土棉花自然出土,出苗后生长快,缓苗期短,低温播种高温出苗,保温保墒效果好,防风除草效果更好;侧封土遇雨不需破板结,不用人工查苗,容易实现一播全苗。但是采用正封土的话,棉田雨后容易板结,不利于种子自然拱土,导致缺苗断垄;采用侧封土出苗后封土易伤苗,棉苗抵御低温能力较差。录亚丹等[36]通过分析对比后发现可以根据播种后天气情况选择合适的封土方式,如果播种之后15 d内有大幅度的降温,可以使用正封土,如果降温幅度过大,建议采用侧封土;如果播种后10~15 d内没有频繁降雨可以采用正封土,反之建议采用侧封土;南疆棉田土质偏沙性,透气性好,不易板结可以采用正封土;如果水资源紧张,补墒不易,建议采用正封土。

2.5 因地制宜,做好田间管理

“干播湿出”技术是一项综合复杂的实用型技术,需要因地制宜,进行人为的改变和创造,找到适合棉花生长的有利环境,做好田间管理,采取适当的苗期化调措施[25],可以更好的促进棉花苗期根系的生长,有利于根系向下深扎,使棉花更好的吸收土壤中的水分,提高土壤中水分、养分的利用率。采取适当的机力中耕措施,这样可以有效阻止土壤反盐,更好的保水压碱[37]。这2个措施都能对滴水出苗过程中出现的水量不足、盐分积累等现象起到缓解作用,为棉苗生长提供一个适合的土壤环境。
总体而言,在南疆推广“干播湿出”棉花种植模式是新疆棉花生产的必要措施,而核心问题在于控制出苗期的土壤盐分,但这是一项复杂的工程,需要综合考量,单一的技术措施很可能无法起到相应的效果,目前在这方面的研究尚处于起步阶段。

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基金

中国科学院“西部青年学者”A类项目“棉花根系、菌根真菌生长与滴施磷肥分布的时空耦合机制与调控”(2019-XBQNXZ-A-006)
新疆维吾尔自治区重大科技专项“高效节水灌区土壤盐分时空变化及调控技术研究”(2020A01003)
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