棉花的前世今生

□文/中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 彭懿 黃宇晨 張子睿 馮固

高科技種出優(yōu)質(zhì)棉

2021 年3 月，國際輿論將“新疆棉花”推上了風(fēng)口浪尖，引起公眾的廣泛關(guān)注。棉花是世界上主要而古老的農(nóng)作物之一，然而，棉花真的是“花”嗎？

棉花是什么“花”

我們所說的棉花并不是真正的“花”，而是錦葵科棉屬植物的種子纖維。棉花的花朵非常漂亮，有著鮮艷的花瓣，剛剛綻放時呈現(xiàn)乳白色或淡黃色，授粉后逐漸變成粉色或者紅色。因此，在同一株棉花上會同時看到不同顏色的花朵。棉花完成受精后，花朵會在顏色最深的時候凋謝，留下綠色橢球狀的蒴果，稱為棉鈴。每個棉鈴內(nèi)有數(shù)十粒棉籽，棉籽上長滿白色纖維。一根棉纖維就是一個細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)纖維素積累得越多，最終棉花纖維的強(qiáng)度也就越高。經(jīng)過50 天左右的生長，棉纖維細(xì)胞死亡，留下的纖維素充滿整個棉鈴。棉鈴成熟后自然脫水、開裂，此時棉籽表面已經(jīng)布滿了潔白的絮狀棉纖維，這些纖維就是我們常說的棉花。

棉花是棉屬植物的統(tǒng)稱，包含大約45 個二倍體種和5 個天然四倍體種。按照基因組類型，可以分為A、B、C、D、E、F、G 和K 八個不同類型。棉花的栽培種主要是草棉（也稱非洲棉）、亞洲棉（也稱中棉）、陸地棉和海島棉，其余均是野生棉。海島棉又稱長絨棉，平均纖維長度大于35 毫米，其纖維強(qiáng)度高、白度好，生育期比陸地棉稍長，是高檔織物的優(yōu)質(zhì)原料。細(xì)絨棉是陸地棉的商品名，其植株健壯，生育期短，適應(yīng)性廣，豐產(chǎn)性好，在全世界廣泛分布，占全世界棉花總產(chǎn)量的85%以上。

棉花除了白色之外，還有棕、綠、紅、鴨蛋青、藍(lán)、黑等彩色品種。這些具有天然色彩的棉花是在原來有色棉的基礎(chǔ)上，運用遠(yuǎn)緣雜交、轉(zhuǎn)基因等生物技術(shù)培育而成的。天然彩棉仍然保持著棉纖維松軟、舒適、透氣的優(yōu)點，制成的棉織品可減少印染工序，降低加工成本，減少對環(huán)境的污染。新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)八師一四八團(tuán)是我國建成的首個彩棉實驗基地，被稱為“中國彩棉之鄉(xiāng)”。

棉花的來龍去脈

棉屬植物的祖先起源于5 億～10 億年前的泛古陸，在漫長的進(jìn)化過程中形成了數(shù)量眾多的近源屬種。隨著板塊運動，大洋洲陸地與古大陸分開，便形成了南半球棉屬二倍體種——澳洲棉的起源中心。留在古大陸上的棉屬類群，隨著古大陸的再次分離，又形成了兩個二倍體種——美洲棉和亞非洲棉的起源中心。白堊紀(jì)末期（約1 億年前），熱帶森林逐漸變?yōu)楦珊档牟菰?、沙漠，錦葵科的一些植物類群也逐漸向旱生化發(fā)展，大約1 250 萬年前進(jìn)化出了棉屬植物。隨著分布區(qū)氣候和生態(tài)條件的變化以及地理隔離，不同區(qū)域的棉種也向著不同方向獨立進(jìn)化。一些島嶼上也形成了特有棉種，例如加拉帕戈斯群島上的戴維遜氏棉。

棉花的栽培種起源于熱帶、亞熱帶的干旱地區(qū)和荒漠草原，草棉和亞洲棉是二倍體棉，祖先均為非洲野生棉；陸地棉和海島棉則是100 萬～150 萬年前，由兩個二倍體種通過天然種間雜交、染色體加倍后形成的。

棉花馴化的歷史大致分為兩個階段：第一階段主要發(fā)生在熱帶（印度、墨西哥、西非等地區(qū)），野生型棉花過渡到原始的多年生木本型，又轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄晟鷧采?，保留了短日照和秋冬結(jié)實的特點。第二階段主要發(fā)生在亞熱帶，在自然選擇和人工選擇的共同干預(yù)下，棉花進(jìn)化出了早熟、耐弱光照、夏季結(jié)實等特性，培育出了纖維品質(zhì)好、適應(yīng)性廣、生產(chǎn)力高的一年生草本型棉花。在近代科技發(fā)展的支持下，育種家針對更大規(guī)模的消費需求以及更高效率種植方式的要求，不斷進(jìn)行棉花品種改良，選育出了滿足各種需求的棉花新品種。

棉花的花朵

彩棉

人類利用棉花的歷史

人類利用棉花具有悠久的歷史。印度人對棉花的利用較早，考古學(xué)家曾在印度河谷發(fā)掘出距今5 000 多年的棉織品和棉線。印第安人種植棉花的歷史也十分悠久，在秘魯北部曾出土了距今4 400 多年的棉織漁網(wǎng)。

我國也有著悠久的利用棉花的歷史。公元前200 年左右，亞洲棉和非洲棉就傳入我國新疆、云南等邊境地區(qū)?？脊虐l(fā)現(xiàn)，我國新疆地區(qū)在1 700多年前就已經(jīng)可以生產(chǎn)棉布。到了元代，棉花被迅速推廣。明朝末期，棉花已成了最重要的紡織原料。在這一過程中，我國勞動人民對亞洲棉長期選擇，逐漸培育出了一年生草本型棉花。300年前的《群芳譜》就記載了許多棉花品種，因此國際上也將亞洲棉稱為“中棉”。19 世紀(jì)末，陸地棉傳入我國，如今已經(jīng)取代亞洲棉和草棉成為主要栽培品種。

棉花既是最重要的纖維作物，又是重要的油料作物，也是含高蛋白的糧食作物，還是紡織、精細(xì)化工原料和重要的戰(zhàn)略物資。棉纖維是重要的紡織原料，我們穿的棉質(zhì)衣服、蓋的棉被以及使用的棉布，都是用棉纖維制成的。棉籽是重要的榨油原料，棉籽油中亞油酸含量占脂肪酸的55%，是僅次于大豆油的優(yōu)質(zhì)食用油。棉籽油精煉后可以制造人造黃油、冷餐油等，我們吃的冰激凌、使用的香皂和化妝品中，都有“棉花”的身影。棉籽榨油后的棉籽餅（粕），還是優(yōu)質(zhì)的動物飼料蛋白。榨油前從棉籽殼上剝下來的棉短絨是重要的化工原料。利用棉短絨可以制造棉毯、絨衣、醫(yī)用紗布、繃帶，還可以制造無煙火藥、導(dǎo)火索。另外，棉短絨也是制造人造絲、膠片、高級紙張、生物塑料的原料，我們生活中使用的紙幣就是由棉短絨制成的。

新疆棉為何品質(zhì)好

新疆棉區(qū)是我國棉花的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，種植面積占全國的80%以上，已發(fā)展成我國最大的商品棉生產(chǎn)基地。2020 年，新疆棉花產(chǎn)量約520萬噸，約占全國總產(chǎn)量的87%，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。新疆棉花不但產(chǎn)量高，質(zhì)量也好，多年來棉花品級均居全國首位。

新疆地處我國西北內(nèi)陸，光照時間長，晝夜溫差大，降雨量少且無霜期長，光熱資源豐富，特別有利于棉花的生產(chǎn)。棉花是喜溫作物，纖維品質(zhì)與溫度、光照、降水和濕度均有較好的相關(guān)性。新疆棉花以細(xì)絨棉（陸地棉）為主，南疆有少數(shù)長絨棉（海島棉）。新疆長絨棉質(zhì)量好、紡紗一致性系數(shù)大，適紡特細(xì)號棉紗，是制作高級服裝的優(yōu)質(zhì)原材料。多年來，新疆細(xì)絨棉的白度、纖維長度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、纖維整齊度均高于全國平均水平。

吐絮期的棉花

無人機(jī)噴灑農(nóng)藥

機(jī)械采棉

棉花的白度主要根據(jù)太陽下反射的明暗程度定級，新疆3 級以上的白棉占比為全國第一，綜合品級最高。纖維的長度決定了棉織物的柔軟度，直接決定著棉花的整體價值。新疆細(xì)絨棉纖維長度近5 年來穩(wěn)定在29 毫米以上，高于28 毫米的標(biāo)準(zhǔn)級。棉花纖維斷裂比強(qiáng)度與紗線的成紗強(qiáng)力有關(guān)，新疆棉花的斷裂比強(qiáng)度整體屬于中等偏上的水平。棉花纖維馬克隆值是成紗質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，只有馬克隆值適中的棉花才能達(dá)到細(xì)度和成熟度均適中，具有最高的紡紗性能，新疆棉花馬克隆值B 級（標(biāo)準(zhǔn)級）以上占比大于85%，整體品質(zhì)較高。棉花纖維整齊度指棉纖維整齊程度或者長度分布的均勻程度，對成紗質(zhì)量影響較大，新疆棉花的纖維整齊度指數(shù)在82.6%上下波動，屬于中等接近高等的水平，高于全國平均水平。

高科技種出新疆棉

從20 世紀(jì)90 年代開始，新疆棉花產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，進(jìn)入21 世紀(jì)后，棉花生產(chǎn)水平有了大幅度提升。目前，在棉花育種、耕整地、鋪膜播種、節(jié)水灌溉、施肥、植保、化控以及棉花采收等環(huán)節(jié)，均有大量先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。

繼美國之后，我國是世界上第二個成功自主研發(fā)抗蟲棉的國家。我國棉花育種家在20 多年前，通過轉(zhuǎn)基因手段將蘇云金桿菌體內(nèi)控制Bt殺蟲蛋白合成的基因轉(zhuǎn)到了棉花染色體DNA中，使棉花細(xì)胞能夠合成Bt 殺蟲蛋白，從而育成了能夠抵抗棉鈴蟲危害的抗蟲棉。這種“Bt 毒蛋白”專一性很強(qiáng)，只對鱗翅目昆蟲具有“胃毒”作用，對人畜無害。

新疆棉花生產(chǎn)不僅實現(xiàn)了機(jī)械化，而且實現(xiàn)了智能化。安裝了北斗導(dǎo)航控制系統(tǒng)的大型鋪膜播種機(jī)，可以按照設(shè)定路線自動駕駛，能一次性完成鋪膜、鋪滴灌帶、播種、覆土等作業(yè)，播行整齊，效率極高。新疆棉花生產(chǎn)采用了國內(nèi)最先進(jìn)的滴灌技術(shù)，可以根據(jù)作物不同生育階段的需求，定量供應(yīng)養(yǎng)分和水分，大幅度提高了水肥利用效率。

在植保、化控中使用無人機(jī)也顯著提高了作業(yè)效率，減少了大型機(jī)器進(jìn)地次數(shù)，同時節(jié)省了成本，降低了勞動強(qiáng)度。在夏季，針對點狀爆發(fā)的蚜蟲、紅蜘蛛、象鼻蟲等蟲害，用拖拉機(jī)攜帶噴霧器打藥不僅勞動強(qiáng)度大，而且無法精準(zhǔn)施藥。使用無人機(jī)，能精準(zhǔn)識別發(fā)病中心，農(nóng)藥用量小，作業(yè)效率高，深受棉農(nóng)喜愛?；厥切陆藁ㄉa(chǎn)中的黑科技。通過噴施縮節(jié)胺、矮壯素，并配合水肥管理，可以調(diào)節(jié)棉花營養(yǎng)生長和生殖生長，控制株高，構(gòu)建適應(yīng)生產(chǎn)要求的理想株型和群體。在前些年，棉花打頂成為阻礙新疆棉區(qū)實現(xiàn)全程機(jī)械化的最后瓶頸。如今，化學(xué)打頂劑+無人機(jī)很好地解決了這一問題，將人從繁重的體力勞動中徹底解放出來。

棉花的機(jī)械化采收也體現(xiàn)了新疆棉區(qū)先進(jìn)的生產(chǎn)水平。10 多年前，棉花采收是一個費時、費工的大難題，每到棉花采收季節(jié)，整個新疆的工廠停工，學(xué)校停課，要動員全社會的力量進(jìn)入田間支援棉花采收。很多人還從外省“組團(tuán)”去新疆采棉花，高峰時期，新疆每年都需要從外省招募數(shù)十萬采棉工。近幾年，機(jī)采棉得到快速推廣，北疆機(jī)采棉種植面積已占80%以上，個別縣（市）已超過90%。與人工采收相比，機(jī)采棉的成本降低了80%，作業(yè)效率有了極大提高，以前1 000 畝的棉花需要人工采收一個月，如今只需要一個晝夜就能全部采收完畢。