棉花株式图APP田间记录系统与初步统计

时间：2024-07-29

庞念厂，魏晓文，贵会平，王香茹，张恒恒，董强，宋美珍，张西岭

（棉花生物学国家重点实验室/中国农业科学院棉花研究所，河南安阳455000）

棉花株式图APP田间记录系统与初步统计

庞念厂，魏晓文，贵会平，王香茹，张恒恒，董强，宋美珍*，张西岭*

（棉花生物学国家重点实验室/中国农业科学院棉花研究所，河南安阳455000）

棉花株式图调查是统计分析和评价棉花生育期相关生理指标的重要技术手段之一。传统的株式图记载方式需要符号记录、人工识别、转换录入等，耗费大量人力与时间。本文提出一种新的方法，通过设计智能手机或平板电脑APP田间记录系统调查统计棉花株式图。该系统通过手机APP记录棉花株式图各项指标数值，数据转存并传送到计算机中，方便进一步数据统计分析，实现棉花株式图记录统计分析简约化。实践证明，使用棉花株式图手机APP记录软件，可以实现棉花株式图调查、记录、统计、分析等的数据信息化，减少科研人员的劳动量，提高科研效率。

棉花；株式图；手机APP

棉花株式图是人们按照棉花生长形成的果枝（叶枝）层次及其果节生长先后，记载相应果节的生育内容，从而形成的棉花植株生育结构图，以供统计分析和评价棉花生育期相关生理指标。许多科研人员借助棉花株式图开展棉花成铃数、果枝数、成铃率等生长态势的研究[1-9]。科技人员在调查记载棉花株式图时，采用表格和符号形式，按果枝（叶枝）层次，分别记载每个果枝（叶枝）果节位上的生育内容，如：△蕾、√花、·幼铃、○成铃、⊕吐絮、×脱落、⊙烂铃等，需要花费较多时间与精力来完成田间调查记录和计算机数据录入。一些学者提出了一些简化调查株式图调查统计的方法，丁子刚[10]提出棉花生育横列调查法并设计专用计算器，按棉花生育横列调查表式果枝由左至右顺序排列设计，在棉花生育调查时每个果枝各个节位只要按动相应的△、○、√、×、－等符号功能键，可以存储或累计数据，液晶屏幕显示，在调查现场即可了解结果。郑曙峰[11]用Foxpro语言编写了计算机程序，用来统计分析棉花不同生育时期的棉花株式图。

然而，这些方法要求专用测量设备或复杂的程序，并且仅能从数据记录或数据分析上简化株式图调查工作。但从实际调查操作来看，在田间需要花费较多时间与精力来完成调查表符号记录（表格中相应符号的填写）和后期计算机数据录入。在大数据时代，智能手机或平板电脑已普及，为调查记录提供了便捷条件。本研究尝试用智能手机或平板电脑APP，调查记录统计棉花株式图，简化科研工作者调查统计工作量，提高科研效率。

1 棉花株式图

1.1 棉花株式图记载

棉花株式图通过记载棉株果枝（叶枝）上的内容——现蕾、开花、幼铃、成铃、吐絮、脱落、烂铃等，在此基础上，进行统计分析棉花的成铃率、吐絮率、脱落率、烂铃率等，以及分析平均单株果枝数、单株节位数、平均株高、平均第一果枝始节位、“三桃”比（伏前桃、伏桃和秋桃）或“四桃”比（伏前桃、伏桃、早秋桃和晚秋桃）、蕾铃脱落和成铃空间分布等。

1.2 株式图记载难度

由于传统棉花株式图记载表需要人们在田间开展调查，将果节上的生育内容按相应分类符号记载在表格中，然后再进行统计；有的是直接对记载表中相应符号进行累计，有的则通过读取记载表符号人工录入到Excel表格中再进行统计等。这些需要人为的识别符号类别、手工录入数据等，耗费大量人力和时间，也可能由于记载符号识别原因等，出现过程中转换识别的错误。

2 手机APP操作

在智能手机普及的当今，便捷的记载手段成为可能，不仅可以节约人们的时间，更能减少中间环节，从而尽可能减少出错机率，还为更广泛地运用此项调查指标开辟新渠道。

中棉所植棉技术标准化团队提出设计思路与方案，魏晓文进行软件编程，经过调试与修改，完成了“棉花株式图田间调查记录与初步统计系统”，实现了智能化与信息化的小步跨越（图1）。

图1 手机APP主界面和记录界面

2.1 常规设置

软件系统集棉花株式图田间调查记录、数据输入处理等功能于一体。运行于具有安卓（Android）操作系统的手机等移动终端。支持Android系统4.0以上版本。

当前软件下载网址为：http://www.cottontec.cn/cecri/index.php（http://www.cottontec.cn/cecri/prplus.apk）。

软件通过手机（平板电脑）调查记录，方便田间记录棉花株式图各项指标数值；通过计算机数据导入和相关数值统计分析，实现棉花株式图统计分析简约化。

APP 主要包括 “记录”“分析”“管理”“关于”4部分功能。其中“记录”为基本操作，是田间调查记录的主要任务内容；“分析”为简要了解田间调查小区数值概况；“管理”为后期数据导出与清除等；“关于”则是APP系统信息。

2.2 数据记录

软件数据项目主要有：

日期（棉花田间株式图调查记录日期）、试验名称、处理、重复、株号、果（叶）枝序号、节位及内容组成。此外还可选用记录每株棉花株高、第一果枝始节位等。

软件中运用的符号含义为：

[+i]果枝，[-i]叶枝，[a]现蕾，[b]开花，[c]幼铃，[d]成铃，[e]脱落，[f]烂铃，[g]吐絮。

如对株高或第一果枝始节位先行测量并记录，则需要输入对应株号的株高后点击“确认”，才能对此临时存贮；对于果枝上的逐节内容，全部录入后点击“确认”即可保存；对于存在的果枝或叶枝，但节位无内容时，也需要点击“确认”，这样可记录此果枝或叶枝但无节位内容。

在数据保存前，可通过株号或果枝数的左右切换进行查看当前操作记录的内容。数据保存后，自动返回主界面，显示记录日期与上一次输入的试验名称及处理，根据内容作相应修改即可开始记录下一处理。

2.3 数据导出

运行软件后，当记载数据完成后，可将数据转成Excel格式并发送到计算机中。主要操作为：软件“管理”中，在“数据记录管理”中点击“转 Excel”，此时即可把记录数据转为Excel格式文件“plantout.xls”，如提示“文件已存在，要覆盖吗？ ”，则是因为此前有转存的数据文件，根据需要操作。之后点击“发送”，根据手机系统及软件，选择“更多”—QQ、蓝牙、微信、邮件等方式进行数据发送。

3 软件拓展运用

3.1 棉花育种指标

以前棉花育种工作中很少将棉花株式图作为调查指标应用，大多是通过田间调查记录成铃数、第一果枝始节位、株高等。其实拥有最原始的数据指标能更好地分析棉花的结铃性等，在田间记录和数据存贮便捷的情况下，运用棉花株式图开展育种指标评比不失为一个好方法。

3.2 棉花生产管理

在新疆棉花生产管理中，由于调查繁琐、记录复杂、统计麻烦，人们往往是在田间简要选取棉株进行成铃数统计，为估产等提供依据。而本软件在稍微耗费一点时间的基础上，则可真实记录并完成基础数据统计分析，为棉花生产管理提供了一种快捷手段。

在软件“分析”中，可进行基本数据统计分析。点击“开始分析”，系统则对调查记录的数据进行基本统计分析并显示结果：成铃率、吐絮率、脱落率、烂铃率，平均单株果枝数、单株成铃数、平均株高、平均第一果枝始节位等。点击“存数据库”后，则此统计结果保存到转存的“plantout.xls”中。

此外，还可以进行估产。通过密度、铃重、衣分等参数设置，进行初步估产。

4 导出数据处理

4.1 数据处理方式

常规统计数据计算：

现蕾总数A=∑a，开花总数B=∑b，C—G以此类推；n代表株号；+i代表果枝序数；N代表株数；h代表每株株高；m代表每株第一果枝始节位。以每个试验/处理/重复为计算区域：

平均单株果枝数=∑n[+i]/N；单株成铃数=（C+D+G）/N；成铃率 =（C+D+G）/（A+B+C+D+E+F+G）×100%；

吐絮率 =G/（C+D+G）×100%；

脱落率 =E/（A+B+C+D+E+F+G）×100%；

烂铃率 =F/（C+D+G）×100%；

平均株高（cm）=∑h/N；第一果枝始节位=∑m/N。

4.2 后期数据分析

为了尽量减少数据文件存贮量，本软件采用同一果枝上果节内容按果节先后顺序记录存为一个字符段。在数据导出后，为了统计分析，可以再将此部分内容分别读取成每个果节内容为一单列的格式。

果节分列具体操作采用Excel中的函数：果节内容=M ID （text,start_num,num_chars），其涵义为：M ID（要提取的文本，开始提取位置，提取字符位数）。

假定本次调查所有果枝节位最大为5，则对“I3”果枝每个节位读取如下：

第 1 果节 =M ID(I3，1，1)；

第 2 果节 =M ID(I3，2，1)；

第 3 果节 =M ID(I3，3，1)；

第 4 果节 =M ID(I3，4，1)；

第 5 果节 =M ID(I3，5，1)。

对每个处理中的果节内容进行计数时，采用如下公式：果节内容计数=COUNTIF(range，criteria)，其涵义为：=COUNTIF(数据区域地址，条件参数)。

如对区域“K3:Q27”进行统计计数，则：

现蕾总数[a]=COUNTIF(K3:Q27,"a")；

开花总数[b]=COUNTIF(K3:Q27,"b")；

幼铃总数[c]=COUNTIF(K3:Q27,"c")；

成铃总数[d]=COUNTIF(K3:Q27,"d")；

脱落总数[e]=COUNTIF(K3:Q27,"e")；

烂铃总数[f]=COUNTIF(K3:Q27,"f")；

吐絮总数[g]=COUNTIF(K3:Q27,"g")。

5 小结

一方面由于当前智能手机（平板电脑）操作系统及版本较多，不能全面适应，此APP还需进一步修改完善；另一方面，棉花生长期间受品种特性、田间作业、气象环境等各种因素影响，不仅有零式果枝，还有桠枝（蕾、花、铃）、虫蕾、虫铃、僵瓣等情形，如何记录这些情况，还有待商榷。此外，在棉花株式图调查及数据分析上，因目的与方式有差异，当前主要是在调查记录与数据转存环节节约了人力和时间；同时考虑到手机运算空间和速度的局限，数据统计分析还主要是将原始数据转移到计算机中运算，为此需要进一步考虑在此原始数据基础上进行计算机软件的设计，以便为后期统计分析与结果输出提供便利。

棉花株式图调查统计软件，实现了棉花株式图调查、记录、统计、分析等的数据信息化，减少了科研人员的劳动量，提高了科研效率。不仅棉花耕作栽培研究可以应用棉花株式图，棉花遗传育种、棉花生产管理等也可以充分运用，从而更好地为棉花科研分析和生产管理服务。

[1]郝良光.从株式图分析抗虫棉的蕾铃脱落及成铃分布[J].江西棉花，2007，29(1)：16-19.

[2]王国平，李家胜，李国萍，等.早熟陆地棉成铃空间分布株式图分析[J].新疆农垦科技，2014，37(4)：16-17.

[3]王香茹.黄河流域棉区适于机械采收的棉花播期和密度研究[D].北京：中国农业大学，2016.

[4]周治国，孟亚利，施培.苗期遮荫对棉花产量与品质形成的影响[J].应用生态学报，2002，13(8)：997-1000.

[5]潘学标，韩湘玲，王延琴，等.棉花生长发育模拟模型COTGROW的建立Ⅱ发育与形态发生[J].棉花学报，1999，11(4)：7-14.

[6]陈兵林.棉花生长模拟与决策支持系统研究[D].南京：南京农业大学，2006.

[7]陈超，潘学标，张立祯，等.种植密度对棉花产量构成、成铃和棉铃性状分布的影响[J].中国棉花，2012，39(1)：16-21.

[8]马溶慧，周治国，王友华，等.棉铃对位叶氮浓度与纤维品质指标的关系[J].中国农业科学，2009，42(3)：833-842.

[9]李庠，李育强，肖才升.从株式图分析抗虫棉与非抗虫棉的蕾铃脱落及成铃分布[J].湖南农业科学，2009，(1)：42-43.

[10]丁子刚.棉花生育横列调查法与其专用计算器设计应用[J].中国棉花，1998，25(7)：28-29.

[11]郑曙峰.利用计算机对棉花株式图进行统计分析[J].中国棉花，1998，25(10)：33.●