龐念廠，魏曉文，貴會平，王香茹，張恒恒，董強，宋美珍，張西嶺

（棉花生物學(xué)國家重點實驗室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，河南安陽455000）

棉花株式圖APP田間記錄系統(tǒng)與初步統(tǒng)計

龐念廠，魏曉文，貴會平，王香茹，張恒恒，董強，宋美珍*，張西嶺*

（棉花生物學(xué)國家重點實驗室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，河南安陽455000）

棉花株式圖調(diào)查是統(tǒng)計分析和評價棉花生育期相關(guān)生理指標(biāo)的重要技術(shù)手段之一。傳統(tǒng)的株式圖記載方式需要符號記錄、人工識別、轉(zhuǎn)換錄入等，耗費大量人力與時間。本文提出一種新的方法，通過設(shè)計智能手機或平板電腦APP田間記錄系統(tǒng)調(diào)查統(tǒng)計棉花株式圖。該系統(tǒng)通過手機APP記錄棉花株式圖各項指標(biāo)數(shù)值，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存并傳送到計算機中，方便進(jìn)一步數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，實現(xiàn)棉花株式圖記錄統(tǒng)計分析簡約化。實踐證明，使用棉花株式圖手機APP記錄軟件，可以實現(xiàn)棉花株式圖調(diào)查、記錄、統(tǒng)計、分析等的數(shù)據(jù)信息化，減少科研人員的勞動量，提高科研效率。

棉花；株式圖；手機APP

棉花株式圖是人們按照棉花生長形成的果枝（葉枝）層次及其果節(jié)生長先后，記載相應(yīng)果節(jié)的生育內(nèi)容，從而形成的棉花植株生育結(jié)構(gòu)圖，以供統(tǒng)計分析和評價棉花生育期相關(guān)生理指標(biāo)。許多科研人員借助棉花株式圖開展棉花成鈴數(shù)、果枝數(shù)、成鈴率等生長態(tài)勢的研究[1-9]。科技人員在調(diào)查記載棉花株式圖時，采用表格和符號形式，按果枝（葉枝）層次，分別記載每個果枝（葉枝）果節(jié)位上的生育內(nèi)容，如：△蕾、√花、·幼鈴、○成鈴、⊕吐絮、×脫落、⊙爛鈴等，需要花費較多時間與精力來完成田間調(diào)查記錄和計算機數(shù)據(jù)錄入。一些學(xué)者提出了一些簡化調(diào)查株式圖調(diào)查統(tǒng)計的方法，丁子剛[10]提出棉花生育橫列調(diào)查法并設(shè)計專用計算器，按棉花生育橫列調(diào)查表式果枝由左至右順序排列設(shè)計，在棉花生育調(diào)查時每個果枝各個節(jié)位只要按動相應(yīng)的△、○、√、×、－等符號功能鍵，可以存儲或累計數(shù)據(jù)，液晶屏幕顯示，在調(diào)查現(xiàn)場即可了解結(jié)果。鄭曙峰[11]用Foxpro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。

然而，這些方法要求專用測量設(shè)備或復(fù)雜的程序，并且僅能從數(shù)據(jù)記錄或數(shù)據(jù)分析上簡化株式圖調(diào)查工作。但從實際調(diào)查操作來看，在田間需要花費較多時間與精力來完成調(diào)查表符號記錄（表格中相應(yīng)符號的填寫）和后期計算機數(shù)據(jù)錄入。在大數(shù)據(jù)時代，智能手機或平板電腦已普及，為調(diào)查記錄提供了便捷條件。本研究嘗試用智能手機或平板電腦APP，調(diào)查記錄統(tǒng)計棉花株式圖，簡化科研工作者調(diào)查統(tǒng)計工作量，提高科研效率。

1 棉花株式圖

1.1 棉花株式圖記載

棉花株式圖通過記載棉株果枝（葉枝）上的內(nèi)容——現(xiàn)蕾、開花、幼鈴、成鈴、吐絮、脫落、爛鈴等，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行統(tǒng)計分析棉花的成鈴率、吐絮率、脫落率、爛鈴率等，以及分析平均單株果枝數(shù)、單株節(jié)位數(shù)、平均株高、平均第一果枝始節(jié)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）、蕾鈴脫落和成鈴空間分布等。

1.2 株式圖記載難度

由于傳統(tǒng)棉花株式圖記載表需要人們在田間開展調(diào)查，將果節(jié)上的生育內(nèi)容按相應(yīng)分類符號記載在表格中，然后再進(jìn)行統(tǒng)計；有的是直接對記載表中相應(yīng)符號進(jìn)行累計，有的則通過讀取記載表符號人工錄入到Excel表格中再進(jìn)行統(tǒng)計等。這些需要人為的識別符號類別、手工錄入數(shù)據(jù)等，耗費大量人力和時間，也可能由于記載符號識別原因等，出現(xiàn)過程中轉(zhuǎn)換識別的錯誤。

2 手機APP操作

在智能手機普及的當(dāng)今，便捷的記載手段成為可能，不僅可以節(jié)約人們的時間，更能減少中間環(huán)節(jié)，從而盡可能減少出錯機率，還為更廣泛地運用此項調(diào)查指標(biāo)開辟新渠道。

中棉所植棉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化團隊提出設(shè)計思路與方案，魏曉文進(jìn)行軟件編程，經(jīng)過調(diào)試與修改，完成了“棉花株式圖田間調(diào)查記錄與初步統(tǒng)計系統(tǒng)”，實現(xiàn)了智能化與信息化的小步跨越（圖1）。

圖1 手機APP主界面和記錄界面

2.1 常規(guī)設(shè)置

軟件系統(tǒng)集棉花株式圖田間調(diào)查記錄、數(shù)據(jù)輸入處理等功能于一體。運行于具有安卓（Android）操作系統(tǒng)的手機等移動終端。支持Android系統(tǒng)4.0以上版本。

當(dāng)前軟件下載網(wǎng)址為：http://www.cottontec.cn/cecri/index.php（http://www.cottontec.cn/cecri/prplus.apk）。

軟件通過手機（平板電腦）調(diào)查記錄，方便田間記錄棉花株式圖各項指標(biāo)數(shù)值；通過計算機數(shù)據(jù)導(dǎo)入和相關(guān)數(shù)值統(tǒng)計分析，實現(xiàn)棉花株式圖統(tǒng)計分析簡約化。

APP 主要包括 “記錄”“分析”“管理”“關(guān)于”4部分功能。其中“記錄”為基本操作，是田間調(diào)查記錄的主要任務(wù)內(nèi)容；“分析”為簡要了解田間調(diào)查小區(qū)數(shù)值概況；“管理”為后期數(shù)據(jù)導(dǎo)出與清除等；“關(guān)于”則是APP系統(tǒng)信息。

2.2 數(shù)據(jù)記錄

軟件數(shù)據(jù)項目主要有：

日期（棉花田間株式圖調(diào)查記錄日期）、試驗名稱、處理、重復(fù)、株號、果（葉）枝序號、節(jié)位及內(nèi)容組成。此外還可選用記錄每株棉花株高、第一果枝始節(jié)位等。

軟件中運用的符號含義為：

[+i]果枝，[-i]葉枝，[a]現(xiàn)蕾，[b]開花，[c]幼鈴，[d]成鈴，[e]脫落，[f]爛鈴，[g]吐絮。

如對株高或第一果枝始節(jié)位先行測量并記錄，則需要輸入對應(yīng)株號的株高后點擊“確認(rèn)”，才能對此臨時存貯；對于果枝上的逐節(jié)內(nèi)容，全部錄入后點擊“確認(rèn)”即可保存；對于存在的果枝或葉枝，但節(jié)位無內(nèi)容時，也需要點擊“確認(rèn)”，這樣可記錄此果枝或葉枝但無節(jié)位內(nèi)容。

在數(shù)據(jù)保存前，可通過株號或果枝數(shù)的左右切換進(jìn)行查看當(dāng)前操作記錄的內(nèi)容。數(shù)據(jù)保存后，自動返回主界面，顯示記錄日期與上一次輸入的試驗名稱及處理，根據(jù)內(nèi)容作相應(yīng)修改即可開始記錄下一處理。

2.3 數(shù)據(jù)導(dǎo)出

運行軟件后，當(dāng)記載數(shù)據(jù)完成后，可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成Excel格式并發(fā)送到計算機中。主要操作為：軟件“管理”中，在“數(shù)據(jù)記錄管理”中點擊“轉(zhuǎn) Excel”，此時即可把記錄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為Excel格式文件“plantout.xls”，如提示“文件已存在，要覆蓋嗎？ ”，則是因為此前有轉(zhuǎn)存的數(shù)據(jù)文件，根據(jù)需要操作。之后點擊“發(fā)送”，根據(jù)手機系統(tǒng)及軟件，選擇“更多”—QQ、藍(lán)牙、微信、郵件等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

3 軟件拓展運用

3.1 棉花育種指標(biāo)

以前棉花育種工作中很少將棉花株式圖作為調(diào)查指標(biāo)應(yīng)用，大多是通過田間調(diào)查記錄成鈴數(shù)、第一果枝始節(jié)位、株高等。其實擁有最原始的數(shù)據(jù)指標(biāo)能更好地分析棉花的結(jié)鈴性等，在田間記錄和數(shù)據(jù)存貯便捷的情況下，運用棉花株式圖開展育種指標(biāo)評比不失為一個好方法。

3.2 棉花生產(chǎn)管理

在新疆棉花生產(chǎn)管理中，由于調(diào)查繁瑣、記錄復(fù)雜、統(tǒng)計麻煩，人們往往是在田間簡要選取棉株進(jìn)行成鈴數(shù)統(tǒng)計，為估產(chǎn)等提供依據(jù)。而本軟件在稍微耗費一點時間的基礎(chǔ)上，則可真實記錄并完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，為棉花生產(chǎn)管理提供了一種快捷手段。

在軟件“分析”中，可進(jìn)行基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。點擊“開始分析”，系統(tǒng)則對調(diào)查記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行基本統(tǒng)計分析并顯示結(jié)果：成鈴率、吐絮率、脫落率、爛鈴率，平均單株果枝數(shù)、單株成鈴數(shù)、平均株高、平均第一果枝始節(jié)位等。點擊“存數(shù)據(jù)庫”后，則此統(tǒng)計結(jié)果保存到轉(zhuǎn)存的“plantout.xls”中。

此外，還可以進(jìn)行估產(chǎn)。通過密度、鈴重、衣分等參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行初步估產(chǎn)。

4 導(dǎo)出數(shù)據(jù)處理

4.1 數(shù)據(jù)處理方式

常規(guī)統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算：

現(xiàn)蕾總數(shù)A=∑a，開花總數(shù)B=∑b，C—G以此類推；n代表株號；+i代表果枝序數(shù)；N代表株數(shù)；h代表每株株高；m代表每株第一果枝始節(jié)位。以每個試驗/處理/重復(fù)為計算區(qū)域：

平均單株果枝數(shù)=∑n[+i]/N；單株成鈴數(shù)=（C+D+G）/N；成鈴率 =（C+D+G）/（A+B+C+D+E+F+G）×100%；

吐絮率 =G/（C+D+G）×100%；

脫落率 =E/（A+B+C+D+E+F+G）×100%；

爛鈴率 =F/（C+D+G）×100%；

平均株高（cm）=∑h/N；第一果枝始節(jié)位=∑m/N。

4.2 后期數(shù)據(jù)分析

為了盡量減少數(shù)據(jù)文件存貯量，本軟件采用同一果枝上果節(jié)內(nèi)容按果節(jié)先后順序記錄存為一個字符段。在數(shù)據(jù)導(dǎo)出后，為了統(tǒng)計分析，可以再將此部分內(nèi)容分別讀取成每個果節(jié)內(nèi)容為一單列的格式。

果節(jié)分列具體操作采用Excel中的函數(shù)：果節(jié)內(nèi)容=M ID （text,start_num,num_chars），其涵義為：M ID（要提取的文本，開始提取位置，提取字符位數(shù)）。

假定本次調(diào)查所有果枝節(jié)位最大為5，則對“I3”果枝每個節(jié)位讀取如下：

第 1 果節(jié) =M ID(I3，1，1)；

第 2 果節(jié) =M ID(I3，2，1)；

第 3 果節(jié) =M ID(I3，3，1)；

第 4 果節(jié) =M ID(I3，4，1)；

第 5 果節(jié) =M ID(I3，5，1)。

對每個處理中的果節(jié)內(nèi)容進(jìn)行計數(shù)時，采用如下公式：果節(jié)內(nèi)容計數(shù)=COUNTIF(range，criteria)，其涵義為：=COUNTIF(數(shù)據(jù)區(qū)域地址，條件參數(shù))。

如對區(qū)域“K3:Q27”進(jìn)行統(tǒng)計計數(shù)，則：

現(xiàn)蕾總數(shù)[a]=COUNTIF(K3:Q27,"a")；

開花總數(shù)[b]=COUNTIF(K3:Q27,"b")；

幼鈴總數(shù)[c]=COUNTIF(K3:Q27,"c")；

成鈴總數(shù)[d]=COUNTIF(K3:Q27,"d")；

脫落總數(shù)[e]=COUNTIF(K3:Q27,"e")；

爛鈴總數(shù)[f]=COUNTIF(K3:Q27,"f")；

吐絮總數(shù)[g]=COUNTIF(K3:Q27,"g")。

5 小結(jié)

一方面由于當(dāng)前智能手機（平板電腦）操作系統(tǒng)及版本較多，不能全面適應(yīng)，此APP還需進(jìn)一步修改完善；另一方面，棉花生長期間受品種特性、田間作業(yè)、氣象環(huán)境等各種因素影響，不僅有零式果枝，還有椏枝（蕾、花、鈴）、蟲蕾、蟲鈴、僵瓣等情形，如何記錄這些情況，還有待商榷。此外，在棉花株式圖調(diào)查及數(shù)據(jù)分析上，因目的與方式有差異，當(dāng)前主要是在調(diào)查記錄與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存環(huán)節(jié)節(jié)約了人力和時間；同時考慮到手機運算空間和速度的局限，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析還主要是將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到計算機中運算，為此需要進(jìn)一步考慮在此原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行計算機軟件的設(shè)計，以便為后期統(tǒng)計分析與結(jié)果輸出提供便利。

棉花株式圖調(diào)查統(tǒng)計軟件，實現(xiàn)了棉花株式圖調(diào)查、記錄、統(tǒng)計、分析等的數(shù)據(jù)信息化，減少了科研人員的勞動量，提高了科研效率。不僅棉花耕作栽培研究可以應(yīng)用棉花株式圖，棉花遺傳育種、棉花生產(chǎn)管理等也可以充分運用，從而更好地為棉花科研分析和生產(chǎn)管理服務(wù)。

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Cotton Plantmap Application Recording System and Prelim inary Statistics

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中國棉花·棉花株式圖APP田間記錄系統(tǒng)與初步統(tǒng)計·2017，44（9）：16－18，21

2017-07-14

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項(161016201729)