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        棉花的前世今生

        2021-05-23 07:34:28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
        科學(xué)大眾 2021年12期
        關(guān)鍵詞:棉纖維棉花新疆

        □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(shí)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(shí)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(shí)候凋謝,留下綠色橢球狀的蒴果,稱為棉鈴。每個(gè)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(gè)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(gè)棉鈴。棉鈴成熟后自然脫水、開裂,此時(shí)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(gè)二倍體種和5 個(gè)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(gè)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(yùn)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(diǎn),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(gè)彩棉實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng),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(gè)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⑸衬?,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(dú)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(gè)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(gè)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(shí)的特點(diǎn)。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(shí)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(fèi)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(jià)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(dòng),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(gè)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(shí)現(xiàn)了機(jī)械化,而且實(shí)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(dòng)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(shí)節(jié)省了成本,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。在夏季,針對點(diǎn)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(dòng)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。化控是新疆棉花生產(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(shí)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(dòng)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(gè)費(fèi)時(shí)、費(fèi)工的大難題,每到棉花采收季節(jié),整個(gè)新疆的工廠停工,學(xué)校停課,要?jiǎng)訂T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(shí)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(gè)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(gè)月,如今只需要一個(gè)晝夜就能全部采收完畢。

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