不同種植模式對(duì)新疆南疆機(jī)采棉性狀的影響及投影尋蹤綜合評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

馬輝，戴路，田立文，阿布都艾尼·阿布都維力，阿孜古麗·阿布力孜

（1.新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆 阿克蘇843000；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，新疆 烏魯木齊830091）

棉花作為新疆阿克蘇地區(qū)的優(yōu)勢(shì)支柱產(chǎn)業(yè)，常年種植面積保持在46.7 萬(wàn)hm2以上， 在農(nóng)業(yè)增效和農(nóng)民增收上發(fā)揮了舉足輕重的作用。 但近年來(lái)，棉花生產(chǎn)成本持續(xù)攀升、植棉效益逐步下降，已影響到阿克蘇地區(qū)棉花產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，特別是以人工為主的棉花采收方式，成本過(guò)高、勞力不足問(wèn)題凸顯， 已成為嚴(yán)重制約地區(qū)棉花生產(chǎn)發(fā)展的 “瓶頸”。 機(jī)采棉技術(shù)的推廣應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)棉花節(jié)本增效的重要手段。 目前，阿克蘇地區(qū)機(jī)采棉生產(chǎn)普遍采用高密度種植模式， 造成機(jī)采籽棉含雜率較高，降低了機(jī)采原棉質(zhì)量[1]。 合理的機(jī)采棉種植模式是構(gòu)建適宜群體結(jié)構(gòu)、改善通風(fēng)透光條件、實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝配套、降低籽棉含雜率、改善機(jī)采原棉質(zhì)量的重要舉措，對(duì)阿克蘇地區(qū)棉花產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展具有重要意義。 關(guān)于機(jī)采棉不同種植模式的研究，前人已有相關(guān)報(bào)道。廖凱等[2]認(rèn)為，盡管76 cm 等行距種植模式相對(duì)于（66＋10）cm 寬窄行種植模式密度偏低，但產(chǎn)量更高，皮棉含雜率更低，機(jī)采棉品質(zhì)更優(yōu)。徐新霞等[3]研究發(fā)現(xiàn)，與（72＋4）cm 模式相比，（66＋10）cm 模式下冠層結(jié)構(gòu)更有利于棉花生育后期通風(fēng)透光，其籽棉產(chǎn)量更高。近年來(lái)，關(guān)于不同種植模式對(duì)機(jī)采棉葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累與分配、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響研究已有相關(guān)報(bào)道[4-5]，但有關(guān)采用數(shù)學(xué)模型對(duì)相關(guān)性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的研究未見(jiàn)述及。研究阿克蘇地區(qū)適宜機(jī)采的1 膜4 行寬窄行（10＋66＋10＋66）cm×11 cm（行距×株距，下同）、（4＋72＋4＋72） cm×9.5 cm 及1 膜2 行等行距76 cm×6 cm、76 cm×4.7 cm 4 種種植模式對(duì)機(jī)采棉性狀的影響，并采用投影尋蹤法對(duì)不同種植模式進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[6-7]，以期優(yōu)選出適宜陸地棉機(jī)采的種植模式， 集成組裝機(jī)采棉節(jié)本提質(zhì)增效配套栽培技術(shù)，推動(dòng)機(jī)采棉技術(shù)在阿克蘇地區(qū)及類似區(qū)域大面積推廣應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種：新陸中47 號(hào)。

供試藥劑：脫吐隆，由德國(guó)拜耳作物科學(xué)公司生產(chǎn)；乙烯利，由上海華誼集團(tuán)華原化工有限公司彭浦化工廠生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018 年在阿克蘇市喀拉塔勒鎮(zhèn)3 大隊(duì)4 小隊(duì)實(shí)施，共4 個(gè)處理，采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3 次。9 月20 日采用手動(dòng)背負(fù)式噴霧器將脫葉催熟劑均勻噴施于棉花葉片表面, 其余田間管理同大田。

表1 機(jī)采棉不同種植模式

1.3 調(diào)查方法

76 cm×6 cm 和76 c m×4.7 cm 處理每個(gè)小區(qū)邊行各選取連續(xù)10 株棉株；（10＋66＋10＋66）cm×11 cm 和（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm 處理每個(gè)小區(qū)邊行、中行各選取連續(xù)10 株棉株，調(diào)查施藥前1 d、施藥后20 d 棉株總?cè)~片數(shù)、吐絮鈴數(shù)和青鈴數(shù)，計(jì)算脫葉率和吐絮率。 9 月上旬，在每個(gè)小區(qū)數(shù)取6.67 m2棉田的成鈴數(shù)，折算成667 m2總成鈴數(shù)；10 月中下旬，在每個(gè)小區(qū)邊行或邊行、中行連續(xù)整株（上部、中部、下部）取100 朵吐絮鈴考種，測(cè)定單鈴重、衣分，折算667 m2籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量。棉樣纖維品質(zhì)由阿克蘇地區(qū)棉花纖維檢驗(yàn)所檢測(cè)。

1.4 計(jì)算方法

脫葉率＝（施藥前總?cè)~片數(shù)－調(diào)查時(shí)總?cè)~片數(shù)）/施藥前總?cè)~片數(shù)×100%；

吐絮率＝調(diào)查時(shí)吐絮鈴數(shù)/ （施藥前青鈴數(shù)＋施藥前吐絮鈴數(shù)）×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理

投影尋蹤綜合評(píng)價(jià)模型具體建模步驟參見(jiàn)文獻(xiàn)[6-7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對(duì)機(jī)采棉脫葉催熟性狀的影響

由表2 可知，（10＋66＋10＋66） cm×11 cm、76 cm×6 cm 種植模式的脫葉率分別為82.9%、80.2%，其差異不顯著，但顯著高于（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm、76 cm×4.7 cm。 可能因?yàn)?6 cm×4.7 cm、（4＋72＋4＋72） cm×9.5 cm 種植模式密度高，脫葉劑施藥不均勻，導(dǎo)致脫葉率不同程度降低。（10＋66＋10＋66）cm×11 cm 種植模式的吐絮率為96.1%， 分別較76 cm×6 cm、76cm×4.7 cm、（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm 種植模式的脫葉率高0.4 百分點(diǎn)、1.2 百分點(diǎn)、0.4 百分點(diǎn)， 且差異達(dá)到顯著水平。

表2 機(jī)采棉不同種植模式脫葉催熟性狀比較 %

2.2 不同種植模式對(duì)機(jī)采棉經(jīng)濟(jì)性狀的影響

（10＋66＋10＋66） cm×11 cm、76 cm×6 cm種植模式的667 m2籽棉產(chǎn)量、667 m2皮棉產(chǎn)量差異不顯著， 但顯著高于 （4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm、76 cm×4.7 cm 種植模式。

76 cm×6 cm、76 cm×4.7 cm 和 （10＋66＋10＋66）cm×11 cm 間衣分差異不顯著，但顯著高于（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm 處理， 分別高2.9百分點(diǎn)、3.4 百分點(diǎn)、2.8 百分點(diǎn)（表3）。

2.3 不同種植模式對(duì)機(jī)采棉纖維品質(zhì)性狀的影響

（4＋72＋4＋72） cm×9.5 cm、76 cm×4.7 cm種植模式的馬克隆值分別是3.99、4.25， 差異不顯著，但顯著優(yōu)于（10＋66＋10＋66）cm×11 cm、76 cm×6 cm。

（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm、76 cm×6 cm 種植模式的上半部平均長(zhǎng)度高達(dá)32.13 mm、31.5 mm， 差異不顯著， 但顯著高于76 cm×4.7 cm、（10＋66＋10＋66）cm×11 cm。

（10＋66＋10＋66） cm×11 cm、（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm 種植模式的長(zhǎng)度整齊度指數(shù)顯著高于76 cm×6 cm、76 cm×4.7 cm。

（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm 種植模式的斷裂比強(qiáng)度顯著高于76 cm×6 cm、（10＋66＋10＋66）cm×11 cm 和76 cm×4.7 cm（表4）。

2.4 投影尋蹤綜合評(píng)價(jià)

表4 機(jī)采棉不同種植模式纖維品質(zhì)性狀

2.4.4 構(gòu)造投影目標(biāo)函數(shù)。不同陸地棉機(jī)采種植模式的評(píng)價(jià)指標(biāo)經(jīng)過(guò)向量α 投影后，優(yōu)化的投影值Zi散布特征盡可能地滿足如下要求：投影點(diǎn)在局部范圍內(nèi)盡可能集中，在整體范圍內(nèi)盡可能分散。 基于此，投影目標(biāo)函數(shù)可構(gòu)造為：Q（α）＝SzDz，式中Sz、Dz分別為投影特征值Zi的標(biāo)準(zhǔn)差、局部密度。其中

R 為局部密度的窗口半徑，遵循包含在窗口內(nèi)投影點(diǎn)的平均個(gè)數(shù)不能太少和不隨評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)的增多而增加太快的原則，本試驗(yàn)R 的取值為0.1Sz；rij表示樣本之間的距離；f（R－rij） 為單位階躍函數(shù)，當(dāng)R－rij≥0 時(shí)，其函數(shù)值為1，R－rij＜0 時(shí)，其函數(shù)值為0。經(jīng)計(jì)算，投影特征值Zi的標(biāo)準(zhǔn)差Sz、局部密度Dz分別為0.085 5、0.051 0。

2.4.6 投影尋蹤綜合分析。依據(jù)最佳投影方向向量α， 可計(jì)算反映各處理綜合指標(biāo)特性的投影特征值Zj，以Zj的差異化對(duì)各處理進(jìn)行綜合分析、優(yōu)劣排序。 機(jī)采棉不同種植模式下脫葉率、吐絮率、667 m2籽棉產(chǎn)量、衣分、667 m2皮棉產(chǎn)量、馬克隆值、上半部平均長(zhǎng)度、 長(zhǎng)度整齊度指數(shù)和斷裂比強(qiáng)度9 個(gè)性狀最佳投影方向向量分別為α＝（0.620 3,0.062 9,0.516 2, 0.044 5, 0.405 5, 0.002 7, 0.037 5, 0.039 6,0.418 8）, 機(jī)采陸地棉4 種不同種植模式處理的投影特征值分別為Zi＝（1.735 6,1.568 3,1.462 8,1.568 3）。 按照投影特征值越大綜合性狀越優(yōu)的原則， 機(jī)采陸地棉4 種不同種植模式處理的優(yōu)劣排序 依 次 為：（10 ＋66 ＋10 ＋66） cm×11 cm ＞76 cm×6 cm＞（4+72+4+72） cm×9.5 cm＞76 cm×4.7 cm， 表明（10＋66＋10＋66） cm×11 cm 種植模式下脫葉率、 吐絮率、667 m2籽棉產(chǎn)量、 衣分、667 m2皮棉產(chǎn)量、馬克隆值、上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度指數(shù)和斷裂比強(qiáng)度9 個(gè)綜合性狀表現(xiàn)最優(yōu)（表5）。

表5 機(jī)采棉不同種植模式投影值

3 結(jié)論

方差分析結(jié)果表明，在脫葉率、吐絮率、衣分、667 m2籽棉產(chǎn)量、667 m2皮棉產(chǎn)量方面，（10＋66＋10＋66） cm×11 cm、76 cm×6 cm 種植模式優(yōu)于（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm、76 cm×4.7 cm。 在纖維品質(zhì)方面，4 種種植模式對(duì)馬克隆值、 上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度有不同程度影響。

投影尋蹤綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，機(jī)采陸地棉4 種不同種植模式處理的優(yōu)劣排序依次為[（10＋66＋10＋66）cm×11 cm]＞（76 cm×6 cm）＞[（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm]＞（76 cm×4.7 cm），表明與76 cm×6 cm、（4 ＋72 ＋4 ＋72） cm×9.5 cm 和76 cm×4.7 cm 種植模式相比，（10＋66＋10 ＋66）cm×11 cm 種植模式的脫葉率、 吐絮率、667 m2籽棉產(chǎn)量、衣分、667 m2皮棉產(chǎn)量、馬克隆值、上半部平均長(zhǎng)度、長(zhǎng)度整齊度指數(shù)和斷裂比強(qiáng)度9 個(gè)綜合性狀表現(xiàn)最優(yōu)。投影尋蹤模型綜合考慮了機(jī)采棉不同種植模式下脫葉性狀、吐絮性狀、經(jīng)濟(jì)性狀和纖維品質(zhì)性狀，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、公正。

4 討論

投影尋蹤模型是一種新興的研究高維數(shù)據(jù)，特別是非線性、 非正態(tài)分布高維數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，可避免高維數(shù)據(jù)“維數(shù)災(zāi)難”，可排除與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征不相關(guān)指標(biāo)的干擾，可解決高維多指標(biāo)數(shù)據(jù)的降維綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題，具有穩(wěn)健性好、準(zhǔn)確度高、抗干擾強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)[8]，在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文應(yīng)用投影尋蹤模型，對(duì)機(jī)采陸地棉不同種植模式下脫葉性狀、吐絮性狀、經(jīng)濟(jì)性狀和纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合分析，規(guī)避了用方差分析法對(duì)單一性狀進(jìn)行評(píng)價(jià)的弊端，為客觀評(píng)價(jià)機(jī)采陸地棉不同種植模式提供了新的評(píng)價(jià)方法。