综述：新疆可持续作物生产的现状、挑战与机遇

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　　### 新疆可持续作物生产的现状、挑战与机遇
新疆维吾尔自治区位于中国西北部，地域辽阔，是中国重要的农业产区，尤其在棉花和葡萄生产方面占据重要地位。然而，其农业发展面临诸多挑战，实现可持续作物生产转型成为关键课题，对全球干旱和绿洲农业地区也具有重要借鉴意义。

新疆作物生产现状

• 作物生产区域分布与气候特征：新疆地形常被描述为 “三山夹两盆”，耕地主要为旱地，集中分布在西部和中部地区，如喀什、阿克苏等地。其远离海洋，深居内陆，高山环绕，形成典型的温带大陆性气候。年均降水量仅 155mm，集中在 4 - 10 月，6 - 7 月降水最多。年均气温 10°C，1 月最低达 - 10°C，7 月最高至 25°C。新疆地区蒸散率高、太阳辐射强、日照时间长，夏季太阳辐射强度大于中国其他地区，平均每月日照时长 228.0h，远超东南和中部地区，这些气候特点塑造了其独特的农业生产条件。
• 播种结构变化与主要农产品：2000 - 2020 年，新疆播种面积不断增加，对维持中国耕地总面积贡献显著。棉花在新疆农业中占主导地位，2020 年播种面积占比达 40%，产量占中国的 90%、全球的 20%。小麦、玉米的播种面积也呈上升趋势，分别增长 147%、175%。此外，油作物、蔬菜、瓜果和苜蓿等播种面积相对稳定，占 13 - 22%。新疆作物产量高于全国平均水平，如 2020 年谷物产量（包括小麦、玉米、水稻和大麦）达 7012kg/ha，比全国平均水平高 3 - 18%；棉花产量长期高于全国平均，不过差距在 2020 年有所缩小。

传统管理向可持续管理转变的主要障碍

• 水资源短缺：新疆虽土地面积占中国的 17.3%，但水资源仅约占 3.3%，年降水量占 4.7%，且水资源和降水量年际波动大，变异系数分别为 11.5% 和 14.2%。干旱年份，土壤湿度低、日照时间长、蒸散率高，易引发旱灾，如 2014 年受旱面积达 3.7×10⁵ha，绝收面积 4.4×10⁴ha。尽管单位面积灌溉水量下降，但耕地总面积扩大使得总灌溉量增加，农业用水需求与水资源短缺的矛盾亟待解决。
• 化肥过度使用：2000 - 2020 年，新疆化肥使用量大幅增加，其中氮肥用量增长 158%，其他化肥如 P、K 和复合肥的增幅更大。单位面积化肥施用量从 2000 年的 231kg/ha 增至 2020 年的 410kg/ha，远超全国平均水平（2020 年全国为 313kg/ha）。新疆单位化肥投入的农业产值低于周边省份和全国平均水平，意味着其在减少化肥消耗、提高作物生产力和经济效益方面有较大提升空间。
• 地膜过度使用与残留：自 20 世纪 80 年代日本引入地膜后，新疆地膜覆盖面积和使用量不断增加，2020 年地膜覆盖面积占全国的 20%，消耗量占 18%，主要用于棉花生产，覆盖率达 100%。然而，地膜回收困难，导致农田污染问题严重。61% 的观测点地膜残留量超过国家标准（75kg/ha ），残留地膜会削弱或抵消地膜使用的增产效果，对绿洲农业可持续发展和当地环境健康构成多重威胁。

新疆可持续农业发展策略

• 精准灌溉与施肥：针对干旱气候和水资源有限的挑战，新疆推广膜下滴灌技术，截至 2021 年底，滴灌覆盖面积达 4.28×10⁶ha，占耕地面积的 61%，成为世界上滴灌面积最大的地区。同时，通过滴灌系统施用的水溶肥（fertigation），提高了水肥利用效率，减少了人力投入。研究发现，不同作物的最佳灌溉量和施肥比例不同，如北疆棉花的灌溉量在 362 - 463mm/ha、肥料比例（N:P₂O₅:K₂O）在 213:85:43 至 368:147:74kg/ha 时，能实现产量、经济效益和水分利用效率的最大化；北疆葡萄的灌溉量在 334 - 348mm、施肥比例（N:P₂O₅:K₂O）在 320:400:880 至 392:490:1077kg/ha 时，可兼顾产量、品质、利润和水分利用效率。
• 有机肥替代：用有机肥替代化肥是减少新疆化肥过度使用的有效途径。当地有机肥主要来源于作物残茬、绿肥和畜禽粪便。有机肥的施用方式多样，直接施用于农田或转化为液体通过滴灌施用。研究表明，不同有机肥施用方式对作物产量和土壤质量有不同影响，如秸秆还田 + 有机肥和秸秆还田 + 有机肥 + NPK 化肥处理在棉花上具有更强的固碳能力和增产效果；通过滴灌施用有机液肥（如堆肥茶）可提高棉花对养分的利用率和土壤质量。此外，工业有机废水也可转化为液体有机肥，减少化肥使用，提高产量和化肥利用效率。
• 地膜管理：地膜残留已成为突出问题，影响土壤结构、根系发育和作物养分供应。解决地膜残留问题，可从增加地膜厚度和开发环保地膜两方面入手。地膜厚度是影响回收的关键因素，欧洲和日本的地膜较厚，机械化回收后残留率低。2017 年中国虽提高了地膜厚度标准，但在新疆尚未完全落实。开发可降解地膜也是重要方向，生物可降解地膜（如由天然或合成聚合物制成）和光降解地膜在田间试验中得到广泛应用。不过，光降解地膜存在降解时间难以控制的问题，而生物可降解地膜中的 PBAT 膜在提高棉花产量方面表现良好，且残留量低，有望替代传统聚乙烯地膜。
• 耕地与作物适宜性评价：评估耕地和作物的适宜性，有助于提高耕地资源利用效率。通过分析气候、土壤、水文等多方面数据，可确定未耕地转化为耕地的适宜性，优化作物种植结构和布局。例如，基于 Penman - Monteith 蒸散模型，发现棉花在 7 - 8 月生长中期需水量最大，平均为 394mm；冬小麦在 5 月左右生长中期需水量最大，平均为 258mm。根据作物需水规律，合理安排作物种植空间，可实现水资源的高效利用。物种分布模型（SDMs）可用于评估作物适宜性，为优化种植结构提供科学依据。
• 利益相关者参与和政策支持：可持续农业的实现需要多利益相关者参与决策，包括政府、立法机构、科研机构、企业和农民等。目前，全球已开发多种创新协作平台，如快速评估农业创新系统（RAAIS）和科技小院（STB）。RAAIS 通过多利益相关者参与的研讨会，确定农业发展中的关键限制因素；STB 则通过科学家、企业和农民的合作，提升农民的种植技术和作物产量，如新疆昆玉枣科技小院致力于推动当地枣产业可持续发展。政府在组织利益相关者和提供政策支持方面发挥着关键作用，政策支持包括国家或地方计划、法律法规、技术指导和财政支持等，从宏观规划到具体技术指导和资金支持，全方位推动传统农业向可持续农业转变。

结论

新疆凭借独特的气候和地形条件，成为中国重要的棉花和葡萄生产基地。2000 - 2020 年，其种植模式发生显著变化，棉花种植面积大幅增加。然而，农业快速发展也带来化肥和地膜过度使用等问题，导致资源利用效率低下和环境负担加重。为实现农业可持续发展，需综合采取技术创新、耕地与作物适宜性评估等措施，并建立利益相关者参与平台，加强政策支持。这些策略不仅有助于提高作物产量和质量、增加农民收入、提升资源利用效率、减少环境影响，还为全球干旱和绿洲农业地区提供了宝贵经验，推动农业可持续发展迈向新台阶。