李繼福，何俊峰，陳佛文，譚京紅，吳啟俠，萬鵬

（1.長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院/濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心，湖北 荊州 434025；2.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所，武漢 430064）

棉花是世界上重要的經(jīng)濟作物，在中國和世界經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位[1]。我國棉花種植主要分布在黃河流域、 長江流域和西北內(nèi)陸三大主產(chǎn)棉區(qū)，其中2018年僅新疆地區(qū)的產(chǎn)量就占到全國總量的83.8%。因此，保持我國棉花生產(chǎn)的健康穩(wěn)定發(fā)展，對促進農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收、農(nóng)村經(jīng)濟穩(wěn)定具有重要意義[2-3]。然而，自2011年以來，我國棉花生產(chǎn)成本逐年上升，現(xiàn)金收益逐年減少，凈利潤下降趨勢尤為明顯，導(dǎo)致農(nóng)戶植棉積極性和信心大減，尤以長江流域棉區(qū)和黃河流域棉區(qū)的種植規(guī)模萎縮最為明顯，對我國棉花產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提出新挑戰(zhàn)[4]。因而，在有限棉花種植面積條件下，降低生產(chǎn)成本和提高單產(chǎn)及纖維品質(zhì)成為棉花產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要途徑[3]。施用化肥是農(nóng)作物增產(chǎn)的基礎(chǔ)，是最有效、 最重要的增產(chǎn)措施。聯(lián)合國糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations）統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，化肥的增產(chǎn)作用占到農(nóng)作物產(chǎn)量的30%～50%[5]。研究表明，科學(xué)施肥可以優(yōu)化棉花冠層結(jié)構(gòu)，改善棉花的生長環(huán)境，提高其光合效率，并增加棉花對養(yǎng)分的吸收和利用，從而奠定高產(chǎn)基礎(chǔ)[6-8]。與雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和常規(guī)灌溉的施肥方式相比，西北內(nèi)陸植棉區(qū)的膜下滴灌可實現(xiàn)水肥一體化，養(yǎng)分直達(dá)根區(qū)，提高作物產(chǎn)量和水肥利用效率[9-12]。由于長江流域、黃河流域和新疆棉區(qū)的生態(tài)條件、棉花生長發(fā)育特點和產(chǎn)量水平不同，新疆棉區(qū)單位面積產(chǎn)量最高，棉花生育的養(yǎng)分需求總量也最大[6]。氮磷鉀合理配比能顯著促進棉花的生長發(fā)育和提高產(chǎn)量。鄧忠等[11]研究表明，與氮磷鉀全部滴施相比，基肥施用磷鉀肥且滴施氮肥可顯著提高單株有效鈴數(shù)和衣分。王偉妮等[13]研究結(jié)果顯示，作物單位面積化肥（N＋P2O5＋K2O）施用量的大小順序依次是棉花、油菜、水稻、小麥，即纖維作物＞油料作物＞谷類作物。當(dāng)前生產(chǎn)條件下，肥料對水稻、小麥、 油菜和棉花產(chǎn)量的平均貢獻(xiàn)率分別為29.6%、48.6%、56.2%和38.0%。因此，在棉花產(chǎn)業(yè)格局變動和主要農(nóng)作物“減肥減藥”的新形勢要求下，棉花科學(xué)施肥研究顯得尤為重要，同時棉花產(chǎn)業(yè)格局的變化也會對我國三大棉區(qū)的科研機構(gòu)發(fā)展和改革產(chǎn)生較大的影響。中國知網(wǎng)（CNKI）是目前我國收錄文獻(xiàn)最全、更新時間最快、涉及學(xué)科范圍最廣的中文全文數(shù)據(jù)庫。本研究依托CNKI 提供的文獻(xiàn)可視化計量分析功能，對國內(nèi)棉花生產(chǎn)和科學(xué)施肥研究進行統(tǒng)計分析，以期為我國棉花科學(xué)施肥提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，包括文獻(xiàn)（期刊、雜志和碩博士學(xué)位論文）和國家農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。為保證檢索文獻(xiàn)的查全率與查準(zhǔn)率，選擇以“主題”進行檢索，檢索標(biāo)準(zhǔn)：主題＝“棉花”和“施肥”，時間跨度＝“1999-01-01”至“2018-09-30”；學(xué)科領(lǐng)域＝“全選”。

1.2 研究方法

文獻(xiàn)計量分析[14]采用數(shù)理統(tǒng)計方法，對文獻(xiàn)的研究機構(gòu)、發(fā)表期刊、出版年份和關(guān)鍵詞等信息進行描述和評價，以獲取某學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀并預(yù)測其發(fā)展趨勢。本研究主要運用中國知網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)的計量可視化分析功能，對國內(nèi)棉花施肥研究的文獻(xiàn)增長規(guī)律、 文獻(xiàn)的學(xué)科領(lǐng)域分布等進行統(tǒng)計，并運用MS Excel 2016 和Origin 9.0 進行數(shù)據(jù)處理和圖形繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 中國棉花種植現(xiàn)狀

2.1.1棉花播種面積和產(chǎn)量變化。圖1結(jié)果顯示，1995年我國棉花種植面積約為542萬hm2，皮棉產(chǎn)量477萬t，皮棉單產(chǎn)為879 kg·hm－2。2007年棉花種植面積達(dá)到最大，為593萬hm2，皮棉產(chǎn)量和單產(chǎn)分別達(dá)736萬t 和1 265 kg·hm－2。與2007年的種植規(guī)模相比，2008－2017年間，我國棉花種植面積和皮棉產(chǎn)量均不同程度波動并趨于動態(tài)穩(wěn)定，而皮棉單產(chǎn)卻呈增加趨勢。2017年我國棉花播種面積為323萬hm2，總產(chǎn)量為549萬t，而皮棉單產(chǎn)則提高到1 699 kg·hm－2。

圖1 1995－2017年中國棉花種植變化

2.1.2棉花主產(chǎn)區(qū)格局變化情況。由表1 農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，棉花種植面積主要分布在黃河流域棉區(qū)（河北、山東、河南、山西和陜西5?。?、長江流域棉區(qū)（湖北、湖南、浙江、安徽、江西、江蘇和四川7省）和西北內(nèi)陸棉區(qū)（新疆和甘肅）。2014－2016年結(jié)果顯示，黃河流域棉區(qū)、長江流域棉區(qū)和西北內(nèi)陸棉區(qū)的種植面積分別為104.2萬、80.7萬和191.4萬hm2； 皮棉總產(chǎn)量則分別為112.9萬、89.6萬和363.4萬t。2017年新疆地區(qū)的種植面積和皮棉總產(chǎn)量約占全國的60.8%和74.4%。就皮棉單產(chǎn)而言，西北內(nèi)陸棉區(qū)最高，達(dá)到1 760 kg·hm－2；其次是黃河流域棉區(qū)和長江流域棉區(qū)，但兩者差別不明顯。根據(jù)原農(nóng)業(yè)部“十三五”種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃，到2020年我國棉花種植規(guī)模要穩(wěn)定在333萬hm2，向優(yōu)勢區(qū)域集中、向高效種植模式區(qū)集中，從而形成黃河流域、長江流域和西北內(nèi)陸三大棉區(qū)的格局[3]。

然而，2014－2016年棉區(qū)產(chǎn)量和面積的變異系數(shù)顯示，黃河流域棉區(qū)中山西、河南和河北3省的種植規(guī)模和產(chǎn)量變幅較大；長江流域棉區(qū)除湖南外，其他省份種植規(guī)模變幅均較大；而西北內(nèi)陸棉區(qū)中甘肅種植規(guī)模變幅較大，新疆較為穩(wěn)定。這表明受棉花生產(chǎn)比較成本的上漲和棉花栽培管理過程復(fù)雜、用工多以及糧食作物機械化生產(chǎn)普及等綜合因素影響[3-4,15]，黃河流域棉區(qū)和長江流域棉區(qū)的農(nóng)戶植棉積極性存在較大波動，種植規(guī)模仍在萎縮，而新疆植棉的優(yōu)勢地位則顯著提高。因此，積極推動黃河流域棉區(qū)和長江流域棉區(qū)的輕簡化生產(chǎn)，降低成本，提高效益是恢復(fù)倆區(qū)域棉花種植的根本途徑。

表1 2014－2016年棉花主產(chǎn)區(qū)種植情況

2.2 棉花施肥研究現(xiàn)狀

圖2 1995－2018年中國棉花施肥研究文獻(xiàn)量

2.2.1棉花施肥研究發(fā)表文獻(xiàn)趨勢。施肥作為棉花生產(chǎn)過程中的1個重要環(huán)節(jié)，受到科研和生產(chǎn)者的普遍重視[2,6,10-11,16]。由圖2 可知，2005年棉花施肥研究達(dá)到98 篇，之后每年均保持在120 篇以上。僅新疆地區(qū)以棉花施肥為主題的文獻(xiàn)數(shù)量年際變化同全國總量變化趨勢相似，2009－2018年間年均文獻(xiàn)占全國比例為43.9%。近10年來，棉花施肥研究的全國碩博士學(xué)位論文平均每年達(dá)到16 篇。

2.2.2棉花施肥主要研究機構(gòu)。通過文獻(xiàn)計量可視化分析，涉及棉花施肥研究的主要單位如表2所示。從表2 可知，黃河流域棉區(qū)的主要研究機構(gòu)分別是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、河北省農(nóng)林科學(xué)院和青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，累計發(fā)表相關(guān)文獻(xiàn)196 篇，占全國發(fā)文比例為19.8%。長江流域棉區(qū)的主要研究機構(gòu)是華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)、安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)、湖北省農(nóng)技推廣部門和湖南省農(nóng)技推廣部門，累計發(fā)表相關(guān)文獻(xiàn)162 篇，占比14.9%。西北內(nèi)陸棉區(qū)主要研究機構(gòu)集中在新疆，分別為新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團、新疆農(nóng)技推廣部門、石河子大學(xué)、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)、新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院、新疆農(nóng)墾科學(xué)院、中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所、塔里木大學(xué)和新疆大學(xué)，合計發(fā)表施肥文獻(xiàn)759 篇，占比達(dá)到75.4%。

2.2.3文獻(xiàn)發(fā)表期刊和研究層次。發(fā)表棉花施肥文獻(xiàn)數(shù)量居前10位的期刊依次為農(nóng)村科技、中國棉花、新疆農(nóng)墾科技、新疆農(nóng)業(yè)科技、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技、江西棉花、新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)、安徽農(nóng)學(xué)通報、石河子科技和石河子大學(xué)學(xué)報，文獻(xiàn)占比分別為16.0%、12.5%、7.6%、7.1%、6.5%、6.5%、4.8%、4.2%、3.5%和3.1%（圖3），其中新疆的期刊發(fā)表文獻(xiàn)累計達(dá)到總量的26.1%，說明新疆棉花施肥研究在全國具有重要地位和影響力。

但從載文的期刊類型來看，以應(yīng)用型為主，集中在工程技術(shù)、專業(yè)實用技術(shù)、行業(yè)技術(shù)與指導(dǎo)等領(lǐng)域（圖4），這表明棉花施肥研究文獻(xiàn)更多的是指導(dǎo)生產(chǎn)實踐，應(yīng)用性較強。從項目支持經(jīng)費來看，國家自然科學(xué)基金、國家科技支撐計劃、“863”計劃和國家科技攻關(guān)計劃等國家項目，四者資助研究的文獻(xiàn)合計占到總量的69.4%。另外，還有中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程、“948”項目、農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金專項、 高等學(xué)校博士學(xué)科點專項經(jīng)費等項目支持?？梢姡藁ㄊ┓始夹g(shù)或者棉花養(yǎng)分管理受到國家、高校和地方政府的普遍重視。

2.2.4關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)情況。在文獻(xiàn)計量學(xué)中，關(guān)鍵詞共現(xiàn)常用來確定所選文獻(xiàn)集所代表學(xué)科中各主題之間的關(guān)系。以“棉花”和“施肥”為主題文獻(xiàn)集的關(guān)鍵詞共現(xiàn)情況如圖5 所示。由圖5A 結(jié)果可知，期刊論文的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵詞為棉花、 棉田、產(chǎn)量、噴施等，表明近20年來，棉花施肥的研究核心是提高棉花產(chǎn)量，涉及水肥管理、效益評估、棉花品質(zhì)、種植地區(qū)和栽培技術(shù)等多方面的研究。棉田水肥藥的管理又涉及肥效、用量、施用方式和生長調(diào)節(jié)劑等，其中氮肥管理最為凸顯。

圖5B結(jié)果表明，全國碩博士學(xué)位論文研究更具有系統(tǒng)性和深入性，中心節(jié)點詞包括籽棉產(chǎn)量、氮肥利用率、膜下滴灌和土壤養(yǎng)分等。棉花個體研究涉及產(chǎn)量、光合特性、成鈴數(shù)、鈴重、果枝數(shù)以及纖維品質(zhì)。施肥研究仍以氮素養(yǎng)分管理及其診斷為主，并拓展到滴灌條件、常規(guī)灌水量、氮肥利用率、施肥時期（如花鈴期和蕾期等）?？梢?，科學(xué)施用氮肥對棉花產(chǎn)量依然最為重要，其次是磷鉀肥[6]；關(guān)于中量元素如硫、鈣，微量元素如硼、鋅等以及各種營養(yǎng)元素之間的互作效應(yīng)的研究不足。

表2 棉花施肥主要研究機構(gòu)

圖3 期刊發(fā)表棉花施肥研究文獻(xiàn)比例

圖4 發(fā)表棉花施肥研究文獻(xiàn)的期刊類型（A）和資助項目分布（B）

2.3 棉花推薦施肥與現(xiàn)狀

2018年3月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司、全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部科學(xué)施肥專家指導(dǎo)組聯(lián)合發(fā)布了2018年春季主要農(nóng)作物科學(xué)施肥指導(dǎo)意見[17]。棉花肥料用量分黃河流域棉區(qū)、長江流域棉區(qū)和西北內(nèi)陸棉區(qū)進行推薦，且提倡有機肥和無機肥配合施用。由表3 可知，棉花推薦肥料用量根據(jù)地區(qū)和產(chǎn)量水平而定，其特點：（1） 相近籽棉產(chǎn)量水平下，即黃河流域棉區(qū)3 825～4 500 kg·hm－2、 長江流域棉區(qū)4 050～4 950 kg·hm－2和西北內(nèi)陸常規(guī)灌溉棉區(qū)4 050～4 950 kg·hm－2，西北內(nèi)陸棉區(qū)推薦的氮肥和磷肥用量較多、 鉀肥較少，而長江流域棉區(qū)鉀肥推薦用量最高。（2）西北內(nèi)陸膜下滴灌棉區(qū)的籽棉產(chǎn)量水平高于常規(guī)灌溉棉區(qū)，且在相近產(chǎn)量水平下滴灌棉花的肥料用量可適當(dāng)減少，但在高產(chǎn)（6 750～8 100 kg·hm－2）條件下應(yīng)注意增加鉀肥用量。

依據(jù)棉花施肥指導(dǎo)意見中的籽棉產(chǎn)量水平劃分標(biāo)準(zhǔn)，對2013－2018年在中國知網(wǎng)發(fā)表的棉花施肥論文進行整合分析，得到三大棉花主產(chǎn)區(qū)不同產(chǎn)量水平下的施肥現(xiàn)狀（圖6），具體如下：

（1）常規(guī)灌溉條件下，黃河流域棉區(qū)高產(chǎn)區(qū)平均籽棉產(chǎn)量為5 188 kg·hm－2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分別為229、93 和160 kg·hm－2；黃河流域棉區(qū)低產(chǎn)區(qū)平均籽棉產(chǎn)量為3 604 kg·hm－2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分別為156、77 和112 kg·hm－2。

（2）雨養(yǎng)灌溉條件下，長江流域高產(chǎn)區(qū)平均籽棉產(chǎn)量5 919 kg·hm－2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分別為277、102 和205 kg·hm－2； 低產(chǎn)區(qū)平均籽棉產(chǎn)量為3 664 kg·hm－2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分別為259、93 和199 kg·hm－2。

（3）膜下滴灌條件下，西北內(nèi)陸高產(chǎn)區(qū)平均籽棉產(chǎn)量為7 446 kg·hm－2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分別為296、141 和87 kg·hm－2；低產(chǎn)區(qū)平均籽棉產(chǎn)量為5 904 kg·hm－2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分別為278、116 和75 kg·hm－2。

（4）常規(guī)灌溉條件下，西北內(nèi)陸高產(chǎn)區(qū)平均籽棉產(chǎn)量為6 366 kg·hm－2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分別為336、185 和49 kg·hm－2；低產(chǎn)區(qū)平均籽棉產(chǎn)量為4 613 kg·hm－2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分別為254、131 和59 kg·hm－2。

可見，在同等產(chǎn)量水平下，各地區(qū)的肥料用量仍有較大差異，產(chǎn)量水平還受到地力、環(huán)境和管理等因素的影響?，斠吕萚45]對新疆棉花主產(chǎn)區(qū)棉花種植農(nóng)戶的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，新疆棉花化肥施用折純量平均達(dá)到610 kg·hm－2，過量施用率占59.6%，是發(fā)達(dá)國家認(rèn)定安全上限（225 kg·hm－2）的2.6 倍，過量施肥較為嚴(yán)重。從各棉區(qū)平均施肥量來看，與表3 國家推薦施肥量相比，當(dāng)前施肥量仍有下調(diào)潛力。尤其在新疆高產(chǎn)水平下，采用膜下滴灌技術(shù)可以顯著降低氮磷鉀肥料用量。因此，面向新疆棉區(qū)積極推廣膜下滴灌的水肥一體化技術(shù)和相關(guān)機理研究，將成為未來研究的主要方向。同時，應(yīng)在黃河流域和長江流域棉區(qū)推動輕簡化生產(chǎn)，如免耕直播、秸稈還田和研制專用肥以提高植棉效益，擴大規(guī)模。

圖5 1999－2018年期刊論文（A）和碩博士學(xué)位論文（B）關(guān)鍵詞共現(xiàn)情況

表3 2018年度棉花種植區(qū)國家推薦施肥用量

圖6 2013—2018年研究文獻(xiàn)中籽棉產(chǎn)量與實際肥料用量

然而，水資源緊缺已成為制約黃河流域棉區(qū)和西北內(nèi)陸棉區(qū)作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素[12,15,43]。中國三大棉區(qū)棉花，全生育期及各生育階段均處于干旱脅迫下，降水均不能滿足棉花的用水需求。尤其是棉花蕾期到吐絮期需要不斷運輸養(yǎng)分到地上部，需水量較其他生育期多。劉玉春等[46-47]對河北省棉花灌溉需水量的研究表明，灌溉需求指數(shù)平均為0.29。長江流域地區(qū)，多采用雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)模式，基本沒有灌水條件。但近些年來，夏季常出現(xiàn)高溫伏旱威脅到棉花生產(chǎn)[48]。新疆棉花種植根據(jù)地區(qū)和產(chǎn)量差異，年均灌水量為2 800～5 250 m3·hm－2[11-12,15,43]。因此，從現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護的角度來看，新疆棉花生產(chǎn)規(guī)模不宜持續(xù)擴大，應(yīng)在現(xiàn)有規(guī)模下保障穩(wěn)產(chǎn)并提高水肥利用效率。

3 結(jié)論

2007－2017年，我國棉花種植面積和皮棉產(chǎn)量呈緩慢下降趨勢，尤以長江流域棉區(qū)和黃河流域棉區(qū)種植面積減幅最大，新疆棉花種植和產(chǎn)量優(yōu)勢地位顯著提高。CNKI 數(shù)據(jù)顯示，1995－2018年國內(nèi)棉花施肥學(xué)術(shù)研究的年發(fā)文量呈顯著增加的趨勢。從發(fā)文機構(gòu)地域來看，三大棉花產(chǎn)區(qū)均有分布，且新疆地區(qū)優(yōu)勢更加明顯；但發(fā)文類型仍以技術(shù)應(yīng)用為主，主要滿足國內(nèi)用戶對信息的掌握和使用。當(dāng)前我國棉花施肥研究仍以棉花產(chǎn)量、纖維品質(zhì)和肥料用量為核心，并逐漸延伸到施肥技術(shù)、土壤養(yǎng)分動態(tài)和環(huán)境效應(yīng)。與國家推薦肥料用量相比，當(dāng)前三大棉花產(chǎn)區(qū)的施肥量偏高，仍有下調(diào)空間，尤其西北內(nèi)陸棉區(qū)，采用膜下滴灌技術(shù)可顯著降低氮磷鉀肥料用量。