智慧农业示范园———智慧棉田

中国是全球最大的产棉国之一，新疆是中国最重要的棉花主产区。2023年12月，国家统计局发布的《关于2023年棉花产量的公告》显示，2023年全国棉花总产量为561.8万吨，其中新疆棉花总产量为511.2万吨，占全国棉花总产量的91%。一天16个小时的充足光照和昼夜温差大是新疆种植棉花的天然优势，那里种出来的棉花品质优良，棉花朵大且饱满。

近年来，新疆昌吉国家农业高新技术产业示范区(以下简称“昌吉农高区”)立足科研院所资源和地理气候条件优势，积极探索棉花全产业链的科技创新，从一粒种子到一朵棉花，再到一件衣服，不断完善全产业链条，推动棉花产业智能化发展。2024年年初，昌吉智慧棉田高产“百千万”示范工程，以打造智慧棉田应用场景、研发具有自主知识产权的智慧农业决策系统为突破口，将建设棉花高产攻关三个百亩核心试验田、两个千亩连片示范方、两个万亩辐射服务区，计划到2026年实现棉花百亩亩产800公斤、千亩700公斤及大规模万亩600公斤的高产示范目标。

良种+良法，绘就棉花好“丰”景

“现在我们所在的地方是昌吉农高区的智慧农业示范园2-3，面前这块棉田的整体面积是654亩，种植的是早熟、高产、优质棉花品种‘中棉113’，并使用了‘宽早优’的种植模式。前天对棉田进行了果枝测算，结果是平均每株棉花有8台果枝。看这株棉花已经有10台果枝、21个蕾了，长势非常稳健。”新疆联盟优棉科技技术服务有限公司总经理孟永明介绍。

种子是农业的“芯片”。“中棉113”是中国农业科学院棉花研究所(以下简称“中棉所”)与甘肃农业科学院作物研究所联合选育的棉花新品种，连续三年入选农业农村部主推品种。据了解，“中棉113”的生育期仅需要110~115天，衣分达到46%，茎秆粗壮，塔形植株绒毛较多，腿脚高宜机采，Ⅱ式果枝紧凑，叶片中等偏小，上举，亚果枝多，耐蚜虫，第一果枝节位4节，单铃重5.5~5.7克，抗枯萎病、耐黄萎病。纤维长度31.5毫米，断裂比强度31.7厘牛/特克斯，马克隆值4.0左右，达到A级，整齐度指数85.1%，纺纱均匀性指数166。该品种成功突破了早熟、高产、优质、高衣分难以协同改良的技术瓶颈，实现了产量和纤维品质双提高，棉花品质达到“双30”以上，已成为确保北疆地区高品质棉花稳定供应的优质品种。

中棉113

生物育种是现代育种的“生长密码”，通过基因编辑可以培育出一粒粒性状优良的种子，实现了高效的精准育种。中国农科院西部农业研究中心(以下简称“西部中心”)2017年成立并入驻昌吉农高区，与昌吉农高区一体化发展。随后，西部中心谋划布局搭建平台，成立了新疆生物育种与综合利用全国重点实验室新疆中心。

实验室内，研究人员认真观察记录棉花种子的出苗情况。“这个实验室在新疆是独一无二的，主要进行棉花种子的基因编辑和生物育种工作。”西部中心副主任贾金龙说。目前，该实验室已基于“Cas9”“Cas12”和我国具有自主知识产权的“Cas12i”建立了高效的棉花基因编辑体系；建立了南北疆主栽品种“中棉所49”“中棉所59”“新海43”等20余个品种的基因编辑体系；创制了抗黄萎病、无棉酚和利于机采等新种质，例如通过编辑棉花SP基因，获得了果枝短、宜机采的新材料。这些成果为新疆棉花生物育种创新奠定了基础，有效助力我国棉花种业的高质量发展。

种棉选良种，还要用良法。过去手摘棉花时期，种植棉花更多采用“矮密早”1膜6行植棉技术。经过中棉所棉花绿色增产增效创新团队和西部中心高品质棉生产模式与技术创新团队联合新疆相关科研力量经过10多年潜心研究，推出了具有宽行距、低密度、高壮植株特点的“宽早优”1膜3行种植技术。2024年，“宽早优”综合植棉技术获中国农科院“杰出科技创新奖”。

“行距上，由66+10厘米宽窄行拓宽到76厘米等行距；密度上，由1.6万株降到1.2万株，提升了株高，增加结铃的空间；地膜使用上，2.05米的地膜由覆盖6行减少到3行。‘宽早优’种植技术更有利于发挥单株优势，提高了棉花的成铃率，还能省药省肥省人工。经过测试，下霜前棉花的自然吐絮率能达到95%以上。”孟永明解释道。

“宽早优”种植技术具有4个优势，即建立了高光效群体，实现冠层结构分布合理，改变了棉花生育期间的水热条件，全生育期耕层土壤积温显著增加8.3%~9.9%，光能利用效率提高5.9%~6.2%；棉株结铃分布均匀，现蕾开花结铃吐絮集中，单株结铃空间增加30%，产量提高10%以上，单铃重提高4.76%，衣分提高2.42%；棉花纤维长度增加1毫米，强度提高0.5厘牛/特克斯，整齐度提高0.5%，马克隆值降低，原棉提高1个档级；提高脱叶催熟效果，降低机采籽棉的含杂率，减少籽棉、皮棉清杂次数，降低加工环节的品质损失，提高原棉加工质量；提高地膜回收效率10%以上，降低了地膜污染。

通过将“宽早优”1膜3行种植技术和“中棉113”优质品种的有机结合，提高了棉花产量与品质，使新疆棉花生产走在全国前列，也为之后实现棉花“百千万”高产示范目标奠定了基础。

良技+良机，构建智能化应用场景

习近平总书记指出：“农业现代化，关键是农业科技现代化。”近年来，我国大力加强科技创新和成果转化应用，智慧农机协助播种、浇水、施肥、喷洒农药、采摘等在田间地头成为常态，提高了农业生产效率，为农业现代化提供了有力支撑。

在智慧农业示范园2-3的棉田中还藏有棉花丰产提质的其他答案。目前，昌吉农高区正通过组建农艺、农机、信息化、算法模型等8支专家团队，集成应用农情大数据采集监控、智慧水肥一体化、智能调控决策控制、全程信息化溯源等技术，实现棉花绿色高产高效栽培技术与大数据、人工智能等技术的深度融合应用，探索建立棉花种植数字化管理模型3~4项，打造农高区智慧农业服务“一张图”和“数智大脑”。

“为了精确管理和节本增效，我们正在进行棉花种植模式的数字化工作，比如将西部中心的各位棉花专家的知识与经验数字化，利用现有模型建模，转化成数字维度的表述，然后经过反复修正形成一条算法链，再和物联网技术、人工智能、自主控制技术结合在一起，最终实现作物种植全过程监测、管理、操作实时指导，形成智能决策系统，指导田间作业。”昌吉市启润信息科技有限公司总经理于国杰介绍。

据了解，智能决策系统分为四个架构设计：首先，数据采集与传输层负责收集土壤、气候、病虫害等实时数据，并将数据传输到数据中心；其次，数据处理与分析层，对收集到的数据进行处理和分析，提取有用信息用于决策支持；再次，智能决策层基于数据分析和模型预测结果，制定针对性的管理措施和决策方案；最后，应用层将智能决策结果应用于实际生产中，指导农民进行科学管理。

智能决策的背后不能缺少的便是数字孪生技术。什么是数字孪生技术?简单理解，数字孪生是指运用大数据、人工智能、虚拟现实等新技术，在收集土壤、气候等数据基础上，将棉花生长过程中的生理表征、生化反应以及环境因素等数字化展示，通过模型的计算分析预测棉花的产量和品质，为农业生产提供决策支持。未来，利用数字孪生技术可以实时监测棉花的生长状况，通过数字孪生模型分析生长异常的原因，并制定相应的调控措施，也能够根据土壤、气候等条件，构建虚拟种植方案，通过对比分析选择最优方案。

在智慧棉田的一角，一个白色椭圆罐子十分吸引人，这就是慧尔的智慧水肥系统(施肥机)。新疆位于我国西北内陆地区，是典型的“绿洲经济、灌溉农业”，水资源对于新疆至关重要。昌吉农高区集成了中国农大研发的田间物联网智能灌溉控制系统和慧尔农业自主开发的智能水肥一体化控制系统，实现精确灌溉、定制施肥和全过程智能化控制。

慧尔的智慧水肥系统（施肥机）

“现在，全农高区智能水肥一体化的面积是13万亩，园区内每年棉花的种植面积在10～12万亩，基本实现了智能水肥一体化设备全覆盖。在没有使用智能水肥一体化之前，我们做到了340方定额用水。现在通过小流量、高频次智慧灌溉方式，每亩又节省了60方水，仅仅使用270方左右的水就可以把同一品种同样产量的棉花种出来。”昌吉农高区农业科技创新局副局长曹恒说。

新疆慧尔农业集团股份有限公司(以下简称“慧尔农业集团”)是昌吉农高区的一家致力于智慧水肥一体化技术研发、推广的农业科技企业。在慧尔农业集团的展示厅，智能施肥系统和第一代到第五代的智慧球阀都在展厅的中央整齐排列。慧尔农业集团项目经理王佳文在平板电脑上打开慧丰收App向记者展示：“只需要简单地操作，水肥喷灌系统就会自动开启。有农户跟我们反馈，现在浇水施肥在家里就能远程遥控，解放了自己、提升了效率。还可以通过手机App调节阀门的开合比例来控制整个管网的水压和出水量，保证地块上的所有作物都能均匀地吸收水肥资源。”传统的阀门需要手动扳阀，费时费力，如今智慧球阀可一键远程操控，高效省时省力。慧尔农业集团党支部书记马文新指着面前的第五代智慧球阀介绍道：“一个球阀可以管10亩地左右。那边带太阳板的是第四代球阀，现在第五代智慧球阀是电动球阀，使用了电池，配了钥匙，更加安全。”智能施肥系统+智慧球阀相结合实现农田灌溉节水41立方米/亩左右，节水率达9.9%～11.6%，每亩减少化肥投入量达17.25千克左右。

不只是智慧化，机械化也成为智慧棉田发展的一个亮点。昌吉农高区与中国科学院中科原动力、黑龙江惠达科技股份有限公司合作，实现了耕地、播种，田间管理无人驾驶和农业机器人作业，农业机械化、智能化水平位居全国前列。

在不远处的另外一个连片棉田，绿意盎然，一架植保机器人正在进行中试。“机器的下面安装了摄像头，可以精准地除草，这是我们的核心。通过视觉识别和算法，当摄像头看到草之后，机器人精准识别草的位置，并在该位置轻轻点上一两滴高浓度农药剂，即可完成除草。”新疆维田智能农机科技有限公司总经理严家荣介绍。眼前这台机器人还有一个独特之处就是动力系统采用的新能源14度电的锂电池和发动机，保障它能够24小时工作。

优质棉花品种+“宽早优”植棉模式+智能化管控水肥一体技术和智慧农机的有机结合，是棉花智能化应用作出的有益实践探索，也是昌吉农高区为推动新疆棉花高质量发展打出的一套组合拳，为农业管理和服务更加现代化不断注入科技新动能。

维田植保机器人

延链+补链，串起棉花产业上中下游

近年来，昌吉农高区打通了研发、生产、加工等环节，建立轧花厂与棉农“一厂一品”“单种单收单轧”订单闭环运作模式，注册“CCIA”国家棉花品牌，与永澳纺织、罗莱家纺、361O服装等下游纺织服装企业建立了优质优价、加价收购的合作关系，激发全产业链发展活力。“在‘一厂一品’订单模式下，我们的产品送到指定的加工厂，这块棉田是该企业的专属棉生产基地，是被锁定的。算笔账，根据棉花品质的指标，每公斤棉花加工厂会加价0.15元，综合成本到地里面就是每亩节本增效150～180元，种植端、加工端和下游企业都能够受益。”孟永明说。

棉花全身都是宝。棉籽蛋白是棉仁加工过程中产生的重要副产品，开发利用前景广阔。2023年，农业农村部制定印发的《饲用豆粕减量替代三年行动方案》提出：到2025年饲料中豆粕用量占比将从2022年的14.5%降至13%以下。棉籽粕富含多种生物活性相关的碱性氨基酸，与豆粕相比，它具有优越的功能性食品特性和低成本优势。

新疆泰昆集团西北畜禽健康养殖技术重点实验室

在新疆泰昆集团西北畜禽健康养殖技术重点实验室的大厅桌子上，摆放着利用棉籽蛋白加工成的小猪配合饲料、草鱼成鱼浮性配合饲料等产品。新疆泰昆集团是一家依托新疆特色农业资源、立足新疆、全国布局的农牧业企业集团，目前构建了集“植物蛋白加工—饲料生产—畜禽养殖及食品加工产业”于一体的农牧产业链。“2016年，我们推出60%棉粕产品；2018年，成功研发并开始批量生产65%脱酚棉蛋白产品，应用于特种水产养殖，以替代高成本蛋白原料。”新疆泰昆集团昌吉饲料有限责任公司总经理陈冬梅说。一直以来，新疆泰昆集团深度挖掘棉籽蛋白产品价值，在全国率先突破棉籽高蛋白加工技术瓶颈，推动新疆棉籽加工产业升级，提升棉籽加工产业链的附加值。

在过去昌吉农高区内的棉花纺织服装产业发展中，溢达纺织构建了从棉种到衬衫的全产业链，完成了长绒棉基因组测序，打造了全流程智能化棉纺生产线，研制了颠覆性无水染色技术；泰昆棉籽蛋白产能达到120万吨，65%脱酚棉蛋白产品生产处于国内领先水平；昌吉农高区积极跟踪安徽丰原集团棉花秸秆利用、广东忠华集团纺织面料等项目。

2024年，昌吉农高区将继续聚能农副产品加工业，全力打造具有国际竞争力的农副产品加工产业集群。在农副产品精深加工业方面，探索农业创新驱动发展路径，大力发展棉花和纺织服装、优质畜禽、绿色有机果蔬、粮油和生物制造、智能农业装备六大产业。