不同种植模式对新疆南疆机采棉性状的影响及投影寻踪综合评价模型构建

马辉，戴路，田立文，阿布都艾尼·阿布都维力，阿孜古丽·阿布力孜

（1.新疆维吾尔自治区阿克苏地区农业技术推广中心，新疆 阿克苏843000；2.新疆农业科学院经济作物研究所，新疆 乌鲁木齐830091）

棉花作为新疆阿克苏地区的优势支柱产业，常年种植面积保持在46.7 万hm2以上， 在农业增效和农民增收上发挥了举足轻重的作用。 但近年来，棉花生产成本持续攀升、植棉效益逐步下降，已影响到阿克苏地区棉花产业的健康发展，特别是以人工为主的棉花采收方式，成本过高、劳力不足问题凸显， 已成为严重制约地区棉花生产发展的 “瓶颈”。 机采棉技术的推广应用是实现棉花节本增效的重要手段。 目前，阿克苏地区机采棉生产普遍采用高密度种植模式， 造成机采籽棉含杂率较高，降低了机采原棉质量[1]。 合理的机采棉种植模式是构建适宜群体结构、改善通风透光条件、实现农机农艺配套、降低籽棉含杂率、改善机采原棉质量的重要举措，对阿克苏地区棉花产业稳步发展具有重要意义。 关于机采棉不同种植模式的研究，前人已有相关报道。廖凯等[2]认为，尽管76 cm 等行距种植模式相对于（66＋10）cm 宽窄行种植模式密度偏低，但产量更高，皮棉含杂率更低，机采棉品质更优。徐新霞等[3]研究发现，与（72＋4）cm 模式相比，（66＋10）cm 模式下冠层结构更有利于棉花生育后期通风透光，其籽棉产量更高。近年来，关于不同种植模式对机采棉叶面积指数、干物质积累与分配、品质和产量的影响研究已有相关报道[4-5]，但有关采用数学模型对相关性状进行综合评价的研究未见述及。研究阿克苏地区适宜机采的1 膜4 行宽窄行（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 种种植模式对机采棉性状的影响，并采用投影寻踪法对不同种植模式进行综合评价[6-7]，以期优选出适宜陆地棉机采的种植模式， 集成组装机采棉节本提质增效配套栽培技术，推动机采棉技术在阿克苏地区及类似区域大面积推广应用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试品种：新陆中47 号。

供试药剂：脱吐隆，由德国拜耳作物科学公司生产；乙烯利，由上海华谊集团华原化工有限公司彭浦化工厂生产。

1.2 试验设计

试验于2018 年在阿克苏市喀拉塔勒镇3 大队4 小队实施，共4 个处理，采取随机区组设计，重复3 次。9 月20 日采用手动背负式喷雾器将脱叶催熟剂均匀喷施于棉花叶片表面, 其余田间管理同大田。

表1 机采棉不同种植模式

1.3 调查方法

76 cm×6 cm 和76 c m×4.7 cm 处理每个小区边行各选取连续10 株棉株；（10＋66＋10＋66）cm×11 cm 和（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm 处理每个小区边行、中行各选取连续10 株棉株，调查施药前1 d、施药后20 d 棉株总叶片数、吐絮铃数和青铃数，计算脱叶率和吐絮率。 9 月上旬，在每个小区数取6.67 m2棉田的成铃数，折算成667 m2总成铃数；10 月中下旬，在每个小区边行或边行、中行连续整株（上部、中部、下部）取100 朵吐絮铃考种，测定单铃重、衣分，折算667 m2籽棉产量、皮棉产量。棉样纤维品质由阿克苏地区棉花纤维检验所检测。

1.4 计算方法

脱叶率＝（施药前总叶片数－调查时总叶片数）/施药前总叶片数×100%；

吐絮率＝调查时吐絮铃数/ （施药前青铃数＋施药前吐絮铃数）×100%。

1.5 数据处理

投影寻踪综合评价模型具体建模步骤参见文献[6-7]。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式对机采棉脱叶催熟性状的影响

由表2 可知，（10＋66＋10＋66） cm×11 cm、76 cm×6 cm 种植模式的脱叶率分别为82.9%、80.2%，其差异不显著，但显著高于（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm、76 cm×4.7 cm。 可能因为76 cm×4.7 cm、（4＋72＋4＋72） cm×9.5 cm 种植模式密度高，脱叶剂施药不均匀，导致脱叶率不同程度降低。（10＋66＋10＋66）cm×11 cm 种植模式的吐絮率为96.1%， 分别较76 cm×6 cm、76cm×4.7 cm、（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm 种植模式的脱叶率高0.4 百分点、1.2 百分点、0.4 百分点， 且差异达到显著水平。

表2 机采棉不同种植模式脱叶催熟性状比较 %

2.2 不同种植模式对机采棉经济性状的影响

（10＋66＋10＋66） cm×11 cm、76 cm×6 cm种植模式的667 m2籽棉产量、667 m2皮棉产量差异不显著， 但显著高于 （4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm、76 cm×4.7 cm 种植模式。

76 cm×6 cm、76 cm×4.7 cm 和 （10＋66＋10＋66）cm×11 cm 间衣分差异不显著，但显著高于（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm 处理， 分别高2.9百分点、3.4 百分点、2.8 百分点（表3）。

2.3 不同种植模式对机采棉纤维品质性状的影响

（4＋72＋4＋72） cm×9.5 cm、76 cm×4.7 cm种植模式的马克隆值分别是3.99、4.25， 差异不显著，但显著优于（10＋66＋10＋66）cm×11 cm、76 cm×6 cm。

（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm、76 cm×6 cm 种植模式的上半部平均长度高达32.13 mm、31.5 mm， 差异不显著， 但显著高于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 种植模式的长度整齐度指数显著高于76 cm×6 cm、76 cm×4.7 cm。

（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm 种植模式的断裂比强度显著高于76 cm×6 cm、（10＋66＋10＋66）cm×11 cm 和76 cm×4.7 cm（表4）。

2.4 投影寻踪综合评价

表4 机采棉不同种植模式纤维品质性状

2.4.4 构造投影目标函数。不同陆地棉机采种植模式的评价指标经过向量α 投影后，优化的投影值Zi散布特征尽可能地满足如下要求：投影点在局部范围内尽可能集中，在整体范围内尽可能分散。 基于此，投影目标函数可构造为：Q（α）＝SzDz，式中Sz、Dz分别为投影特征值Zi的标准差、局部密度。其中

R 为局部密度的窗口半径，遵循包含在窗口内投影点的平均个数不能太少和不随评价指标数的增多而增加太快的原则，本试验R 的取值为0.1Sz；rij表示样本之间的距离；f（R－rij） 为单位阶跃函数，当R－rij≥0 时，其函数值为1，R－rij＜0 时，其函数值为0。经计算，投影特征值Zi的标准差Sz、局部密度Dz分别为0.085 5、0.051 0。

2.4.6 投影寻踪综合分析。依据最佳投影方向向量α， 可计算反映各处理综合指标特性的投影特征值Zj，以Zj的差异化对各处理进行综合分析、优劣排序。 机采棉不同种植模式下脱叶率、吐絮率、667 m2籽棉产量、衣分、667 m2皮棉产量、马克隆值、上半部平均长度、 长度整齐度指数和断裂比强度9 个性状最佳投影方向向量分别为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）, 机采陆地棉4 种不同种植模式处理的投影特征值分别为Zi＝（1.735 6,1.568 3,1.462 8,1.568 3）。 按照投影特征值越大综合性状越优的原则， 机采陆地棉4 种不同种植模式处理的优劣排序 依 次 为：（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 种植模式下脱叶率、 吐絮率、667 m2籽棉产量、 衣分、667 m2皮棉产量、马克隆值、上半部平均长度、长度整齐度指数和断裂比强度9 个综合性状表现最优（表5）。

表5 机采棉不同种植模式投影值

3 结论

方差分析结果表明，在脱叶率、吐絮率、衣分、667 m2籽棉产量、667 m2皮棉产量方面，（10＋66＋10＋66） cm×11 cm、76 cm×6 cm 种植模式优于（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm、76 cm×4.7 cm。 在纤维品质方面，4 种种植模式对马克隆值、 上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度有不同程度影响。

投影寻踪综合评价结果表明，机采陆地棉4 种不同种植模式处理的优劣排序依次为[（10＋66＋10＋66）cm×11 cm]＞（76 cm×6 cm）＞[（4＋72＋4＋72）cm×9.5 cm]＞（76 cm×4.7 cm），表明与76 cm×6 cm、（4 ＋72 ＋4 ＋72） cm×9.5 cm 和76 cm×4.7 cm 种植模式相比，（10＋66＋10 ＋66）cm×11 cm 种植模式的脱叶率、 吐絮率、667 m2籽棉产量、衣分、667 m2皮棉产量、马克隆值、上半部平均长度、长度整齐度指数和断裂比强度9 个综合性状表现最优。投影寻踪模型综合考虑了机采棉不同种植模式下脱叶性状、吐絮性状、经济性状和纤维品质性状，使评价结果更加客观、公正。

4 讨论

投影寻踪模型是一种新兴的研究高维数据，特别是非线性、 非正态分布高维数据的统计学方法，可避免高维数据“维数灾难”，可排除与数据结构特征不相关指标的干扰，可解决高维多指标数据的降维综合评价问题，具有稳健性好、准确度高、抗干扰强的优势[8]，在许多领域得到广泛应用。本文应用投影寻踪模型，对机采陆地棉不同种植模式下脱叶性状、吐絮性状、经济性状和纤维品质性状进行综合分析，规避了用方差分析法对单一性状进行评价的弊端，为客观评价机采陆地棉不同种植模式提供了新的评价方法。