分析棉花株式圖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計算機方法和種植技術(shù)的交叉領(lǐng)域，具體涉及一種分析棉花株式圖指 導種植生產(chǎn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 棉花原產(chǎn)高溫、干旱、短日照的熱帶、亞熱帶草原，是多年生木本植物。經(jīng)過引種栽 培，長期馴化，才成為一年生作物。棉花具有根深，葉茂，莖桿粗壯，再生能力強；發(fā)棵易于 控制，株型可塑性大；頂芽和腋芽能持續(xù)分化枝葉、花器官，形成無限生長；營養(yǎng)生長和生 殖生長并進時間長；蕾鈴易于脫落，結(jié)鈴有一定的自我調(diào)節(jié)能力等生長習性。種植棉花的最 終目的是獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的皮棉。而皮棉產(chǎn)量又是由單位土地面積上的總鈴數(shù)、單鈴重及衣 分三個因素構(gòu)成的。單位面積上的總鈴數(shù)、單鈴重和衣分受外界環(huán)境條件如日照、溫度及水 分的影響較大，受棉花自身的生長習性影響也較大。棉花蕾鈴脫落是生產(chǎn)中普遍存在的問 題，一般棉花自現(xiàn)蕾至吐絮需要經(jīng)過75~100天，由于外界環(huán)境條件和內(nèi)部生理過程復(fù)雜 變化，極易引起蕾鈴大量脫落，陸地棉脫落率為60~70%。深入地了解蕾鈴脫落，明確蕾鈴 脫落的變化規(guī)律，研究出減少脫落、增加結(jié)鈴的有效措施，對于提高單位面積產(chǎn)量有著重要 的意義。
[0003] 棉花株式圖調(diào)查可以了解棉花的現(xiàn)蕾、開花、結(jié)鈴、脫落、爛鈴、吐絮等生理現(xiàn)象發(fā) 生的總數(shù)及不同時間、空間部位的分布特點，從而掌握不同環(huán)境條件及栽培措施對棉花生 長發(fā)育的影響過程，更進一步分析不同環(huán)境條件及栽培措施對棉花生長發(fā)育結(jié)鈴造成差異 的機理，是棉花科研工作者及棉花生產(chǎn)者常用的必不可少的調(diào)查項目。
[0004] 棉花株式圖的調(diào)查往往要求多點、多株，每個處理要求查30~60株，有的還要求 更多，加上不同研究處理和品種，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和研究中，進行一次株式圖調(diào)查，就要統(tǒng)計上 百株棉花的數(shù)據(jù)，整個試驗下來，需要統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)就更多。棉花科研工作者及棉花栽培 一般采用手工統(tǒng)計分析這些數(shù)據(jù)，需要花費大量時間，而且很容易造成許多錯誤，且獲得的 信息量有限，無法快速、準確、完全的挖掘出棉花株式圖所蘊含的大量信息。鄭曙峰等（中 國棉花，1998)用Fox-pro語言編寫了計算機程序，用來統(tǒng)計分析棉花不同生育時期的棉花 株式圖，應(yīng)用該系統(tǒng)能大大提高工作效率和準確性，節(jié)省時間，通過調(diào)查系列棉株的農(nóng)藝性 狀如株高、果枝、主莖葉片數(shù)、棉株開花數(shù)、蕾數(shù)、成鈴數(shù)、幼鈴數(shù)、爛鈴數(shù)、脫落數(shù)等，再通過 計算平均數(shù)、變異系數(shù)進行相關(guān)參數(shù)的計算和統(tǒng)計，如脫落率、成鈴率、爛鈴率、吐絮率、以 及內(nèi)圍、中圍、外圍成鈴情況等，但是大量的調(diào)查信息均被遺漏，比如說成鈴頻率分布、不同 節(jié)位果節(jié)上的成鈴脫落概率，以及其他逐株的相關(guān)指標。除此之外，各指標的計算都只能有 平均數(shù)和比例，相對獨立進行，輸出的結(jié)果也是常規(guī)統(tǒng)計，無法表征統(tǒng)計學的概率等信息。 王國平也采用株式圖研究了一種早熟陸地棉成鈴空間分布（新疆農(nóng)墾科技，2014)，采用傳 統(tǒng)調(diào)查和統(tǒng)計方法，分別用圈代表成鈴（其中帶陰影的圈代表內(nèi)圍鈴），用三角代表未成 鈴，可以分析內(nèi)、中、外的棉花蕾鈴分布、座果和脫落率等。
[0005] 快速、準確量化棉株不同節(jié)位蕾、花、幼鈴、成鈴、吐絮及脫落等生殖器官的發(fā)生概 率、生長發(fā)育進程和空間分布特征是減少棉花生殖器官脫落，有效減低脫落率，增加優(yōu)質(zhì)成 鈴的成鈴率的理論基礎(chǔ)；對棉花長勢診斷和在棉花生產(chǎn)管理中提出適宜的栽培調(diào)控措施， 提高棉花產(chǎn)量、增加優(yōu)質(zhì)成鈴結(jié)鈴率、改善棉花生產(chǎn)品質(zhì)有促進作用和實踐指導意義。同 時，也為提高光、溫、水、肥資源利用效率和棉花育種提供理論支撐。
[0006] 本發(fā)明利用通過設(shè)計了一種快速的棉花器官和生長各形態(tài)的株式圖調(diào)查記錄方 法，并實現(xiàn)了快速數(shù)字化編號，實現(xiàn)了棉株狀態(tài)和形態(tài)的數(shù)字記錄和標準化，然后結(jié)合編寫 的stata應(yīng)用程序，能夠快速、準確分析棉花不同果枝、不同節(jié)位蕾、花、鈴、絮、脫落等的各 項指標的空間分布特征及棉花長勢診斷，具有快速性、創(chuàng)新性和科學性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中缺乏能快速、準確分析棉花株式圖的方法，提供 一種分析棉花株式圖指導種植生產(chǎn)的方法。
[0008] 本發(fā)明提供一種分析棉花株式圖指導種植生產(chǎn)的方法，具體步驟如下：
[0009] 1)按照棉花各器官生長方式和生育調(diào)查順序，分別對棉花枝條和株高、棉花生殖 器官狀態(tài)進行規(guī)范編碼，使其數(shù)字化；
[0010] 2)現(xiàn)場調(diào)查時將每一果枝每一果節(jié)的信息直接按步驟1)的編碼方式記載；
[0011] 3)利用stata軟件或SAS編寫程序，計算棉花的各性狀指標；
[0012] 4)以電子表格數(shù)據(jù)輸出計算結(jié)果，并根據(jù)需要繪制棉花生殖器官狀態(tài)發(fā)生概率空 間分布圖，以此指導棉花種植生產(chǎn)。
[0013] 其中，所述分別對棉花枝條和株高、棉花生殖器官進行規(guī)范編碼，優(yōu)選為：
[0014] 對棉花枝條和株高規(guī)范編碼：營養(yǎng)枝條編碼為-1，株高編碼為0,果枝使用其自然 序號，即第一果枝編碼為1、第二果枝編碼為2,以此類推；
[0015] 對棉花生殖器官狀態(tài)規(guī)范編碼：蕾為1、花為2、幼鈴為3、成鈴為4、絮為5、爛鈴為 6、脫落為7。
[0016] 其中，步驟3)所述計算，可以如下方式計算：
[0017] 以公式（1)統(tǒng)計棉花生殖器官狀態(tài)發(fā)生概率：
[0018] (1 )
[0019] 式中Pu為第i果枝j果節(jié)棉花生殖器官狀態(tài)發(fā)生概率，tn為調(diào)查總棉株數(shù)，n1]k 為第k株棉花i果枝j果節(jié)生殖器管發(fā)生與否，若發(fā)生記為1，若不發(fā)生記為0 ;i、j、k為自 然數(shù)。
[0020] 以公式（2)計算平均株高：
[0021])
[0022] 式中Η表示
tn株平均株高，tn為調(diào)查總棉株數(shù)，hk為第k株株高，k為自然數(shù)；
[0023] 以公式⑶計算平均果枝數(shù)： 則
（3)
[0025] 式中GN表示tn株平均果枝數(shù)，tn為調(diào)查總棉株數(shù)，gnk為第k株棉花果枝數(shù)，k為 自然數(shù)；
[0026] 以公式（4)計算平均成鈴數(shù)： 剛
⑷
[0028] 式中CLN表示tn株平均成鈴數(shù)，tn為調(diào)查總棉株數(shù)，clnk為第k株棉花成鈴數(shù)， k為自然數(shù)。
[0029] 篩選所調(diào)查同一處理多個棉株中的最大果枝數(shù)和同一果枝的最大果節(jié)數(shù)；
[0030] 統(tǒng)計多個棉株同一果枝同一果節(jié)上各棉花生殖器官狀態(tài)的數(shù)量，除以調(diào)查總棉株 數(shù)，得出此果節(jié)上各棉花生殖器官狀態(tài)的發(fā)生概率。
[0031] 其中，步驟4)所述棉花生殖器官狀態(tài)概率空間分布圖，主要包括棉株整體的空間 成鈴發(fā)生概率圖、不同果枝和果節(jié)的棉花生殖器官狀態(tài)概率空間分布圖，也包括傳統(tǒng)的成 鈴分布、內(nèi)外鈴等信息特征。
[0032] 本發(fā)明還提供所述分析棉花株式圖指導種植生產(chǎn)的方法在棉花種植中的應(yīng)用。
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果為：
[0034] (1)按照棉花各器官生長方式和生育調(diào)查順序，對棉花各部位及生殖器官進行規(guī) 范編碼，將棉花各部位與生殖器官數(shù)字化。一般棉花主要農(nóng)藝指標和生長形態(tài)主要根據(jù)一 定的生長方式和規(guī)律而具有時間和空間順序。例如一般在苗期調(diào)查株高，進入生殖后，開始 依次進行蕾、花、成鈴和吐絮等器官和形態(tài)的調(diào)查；由于各個果枝同步生長和環(huán)境災(zāi)害的影 響，果節(jié)上會出現(xiàn)了病爛鈴、脫落等現(xiàn)象，因此，根據(jù)棉花生長過程和特征，依次有株高、蕾、 花、幼鈴、成鈴、絮、爛鈴、脫落等需要記錄和調(diào)查的性狀和形態(tài)，此外，處于非常規(guī)形態(tài)的營 養(yǎng)枝，也需要記錄和調(diào)查。根據(jù)這些性狀和形態(tài)，在本發(fā)明實現(xiàn)系列的數(shù)學符號進行科學規(guī) 范編號和快速指標分析，這樣，也方便了調(diào)查后的統(tǒng)計和分析。
[0035] (2)棉花株式圖調(diào)查信息錄入方法上的創(chuàng)新。通過實地樣本調(diào)查和數(shù)據(jù)錄入直 接對應(yīng)，實現(xiàn)每一果枝每一果節(jié)直接信息記載和輸入。通過現(xiàn)場直接取樣，對每一果枝每 一果節(jié)的直接信息記載和輸入，將以上棉花不同部位及生殖器官等性狀通過編碼實現(xiàn)了直 觀的棉花形態(tài)在株式圖調(diào)查中實現(xiàn)連續(xù)的數(shù)字轉(zhuǎn)換和信息錄入，同一果節(jié)在同一欄進行記 錄。因此，在觀察棉花株式圖上，在棉花不同生育期，連續(xù)選取有代表性棉株10-20株，利用 現(xiàn)有的調(diào)查方法獲取棉花不同果節(jié)生殖器官的生長發(fā)育進程和空間分布規(guī)律，重復(fù)3次以 上，可以快速、準確地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和記載。進一步，將棉花株式圖調(diào)查結(jié)果按照規(guī)定編碼， 規(guī)范錄入到文檔表中，形成電子文檔見。傳統(tǒng)方法統(tǒng)計棉花株式圖調(diào)查結(jié)果時，需要將不同 棉株、不同果枝、不同果節(jié)的蕾、花、幼鈴、成鈴、絮、脫落等生殖器官按照規(guī)定分果節(jié)和單元 格錄入到指定位置文檔表中，容易出現(xiàn)誤錄導致分析結(jié)果無法真實反應(yīng)棉花生長發(fā)育狀況 等問題。而這種新的棉花株式圖調(diào)查信息錄入方法只需將調(diào)查結(jié)果按照規(guī)定代碼值，直觀 的錄入到同一表格的單元格中即可，避免出現(xiàn)錄入位置錯誤等問題，且快速、準確、直觀、便 捷。
[0036] (3)棉花株式圖調(diào)查信息處理方法與信息量挖掘上的創(chuàng)新。采用專用處理軟件實 現(xiàn)批量的株式圖海量調(diào)查信息處理與挖掘?？梢岳胹tata軟件或SAS編寫程序，將涉及的 主要性狀指標和內(nèi)容根據(jù)規(guī)范的格式進行整體統(tǒng)計和計算。實現(xiàn)了關(guān)于不同棉株不同果枝 和果節(jié)上的蕾、花、幼鈴、成鈴、絮、脫落等生殖器官的數(shù)量和概率的計算和統(tǒng)計。依此方法， 可分別計算出同一處理多個棉株從第一果枝到最大果枝中，每個果枝上不同的果節(jié)位的各 生殖器官的主要統(tǒng)計參數(shù)。同時可以獲取全株或所有處理的棉花的株高、果枝數(shù)、單株成鈴 數(shù)等指標的統(tǒng)計值。
[0037] (4)棉花株式圖調(diào)查輸出結(jié)果上的創(chuàng)新?？梢钥焖俑咝Й@得并圖象化棉花株式圖 的多種信息，并進行棉花長勢診斷。主要包括棉株整體的空間成鈴和發(fā)生概率、不同果枝和 果節(jié)的生殖器官發(fā)生概率空間分布圖，也包括傳統(tǒng)的成鈴分布、內(nèi)外鈴等。獲得一系列的規(guī) 范的電子表格數(shù)據(jù)后，可以繪制出以果枝或果節(jié)為橫坐標的棉花各生殖器官發(fā)生