基于GGE分析的西北內(nèi)陸棉區(qū)纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū)劃分*

唐淑榮 許乃銀 楊偉華 魏守軍 周治國

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基于GGE分析的西北內(nèi)陸棉區(qū)纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū)劃分*

唐淑榮1,2許乃銀3楊偉華2魏守軍2周治國1**

(1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)/農(nóng)業(yè)部作物生長調(diào)控重點開放實驗室 南京 210095; 2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國家重點實驗室 安陽 455000; 3. 江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所 南京 210014)

本文選用2005—2014年我國棉花區(qū)域試驗西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)7個和早中熟棉區(qū)10個試驗點作為試驗環(huán)境進(jìn)行纖維品質(zhì)區(qū)域分布分析。運用GGE模型劃出雙標(biāo)圖, 研究西北內(nèi)陸棉區(qū)的試驗環(huán)境與參試品種纖維品質(zhì)性狀互作模式, 對參試品種性狀選擇適宜的生態(tài)區(qū)進(jìn)行探討與劃分, 并基于GGE雙標(biāo)圖對纖維物理性能指標(biāo)相關(guān)性進(jìn)行研究, 為西北內(nèi)陸棉區(qū)棉花品種區(qū)域化種植和理想試驗環(huán)境選擇提供依據(jù)。結(jié)果表明: (1)棉花各纖維品質(zhì)性狀相互之間存在著一定的相關(guān)關(guān)系, 紡紗均勻性指數(shù)與長度、比強(qiáng)度和整齊度指數(shù)表現(xiàn)極顯著或顯著正相關(guān)。(2)西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟組纖維品質(zhì)性狀可劃分為3個生態(tài)區(qū): 優(yōu)質(zhì)棉纖維生態(tài)區(qū)(精河)、普通優(yōu)質(zhì)纖維生態(tài)區(qū)(兵團(tuán)第六師昌吉、烏蘇)、普通纖維生態(tài)區(qū)(兵團(tuán)第七師125團(tuán)、兵團(tuán)第八師121團(tuán)、石河子以及敦煌)。(3)西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟組品質(zhì)性狀由優(yōu)質(zhì)到普通亦可劃分為3個生態(tài)區(qū): 優(yōu)質(zhì)纖維生態(tài)區(qū)(莎車、輪臺、巴州、庫車、疏附、兵團(tuán)第一師阿拉爾13團(tuán)以及新疆塔河10團(tuán))、普通優(yōu)質(zhì)纖維生態(tài)區(qū)(麥蓋提和兵團(tuán)第三師喀什)、普通纖維生態(tài)區(qū)(阿克蘇)。因此西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)應(yīng)在注重品種早熟性選育的基礎(chǔ)上, 注重優(yōu)質(zhì)纖維綜合品質(zhì)性狀的培育, 提高纖維的長度和比強(qiáng)度。南疆的早中熟棉區(qū), 注重推選適合機(jī)采棉的長度和比強(qiáng)度的棉花品種外, 應(yīng)精準(zhǔn)掌握合理的棉花采摘期, 提高纖維成熟度, 但要注重降低馬克隆值, 劃分優(yōu)化種植區(qū)域為棉紡企業(yè)合理用棉提供多層次的原棉材料。

棉花(L.) 纖維品質(zhì) GGE模型雙標(biāo)圖 生態(tài)區(qū)劃分

西北內(nèi)陸棉區(qū)是以新疆為主的棉區(qū), 目前是我國第一大主產(chǎn)棉區(qū), 位于六盤山以西, 北緯35°以北、東經(jīng)105°以西, 包括新疆、甘肅河西走廊及沿黃灌區(qū)。植棉氣候資源優(yōu)勢明顯, 氣候干燥, 光照充足、陽光輻射強(qiáng)、日照時間長、溫差大, 具備黃河流域和長江流域棉區(qū)所不及的有利氣候條件, 有利于棉花穩(wěn)長和吐絮, 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量系數(shù)高。但土壤地力瘠薄, 水資源貧乏, 限制了棉花(L.)生產(chǎn)的發(fā)展。適宜早熟、早中熟陸地棉或海島棉的種植。新疆地區(qū)棉花生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)勢突出, 是理想的棉花生產(chǎn)基地[1]。我國棉花生產(chǎn)的主要區(qū)域經(jīng)歷了由南向北、由東向西北的變化, 棉花主要生產(chǎn)區(qū)域仍然具有繼續(xù)向西北地區(qū)轉(zhuǎn)移的潛力。新疆棉花單產(chǎn)水平居于國內(nèi)領(lǐng)先地位, 從棉花纖維的綜合品質(zhì)來看, 棉花品質(zhì)既優(yōu)于其他棉區(qū)又高于全國平均水平[2]。但隨著國內(nèi)紡織技術(shù)的不斷革新, 現(xiàn)代紡織工業(yè)對纖維品質(zhì)性狀的要求越來越高[3], 多數(shù)紡織企業(yè)考慮到原棉品質(zhì)與低成本, 最近幾年引進(jìn)澳棉、美棉比例增加, 因此, 新疆棉區(qū)棉花生產(chǎn)提質(zhì)增效成為最近一個時期的重要目標(biāo)。近年來我國棉花品種審定的不少, 但缺乏長、強(qiáng)、細(xì)均衡達(dá)標(biāo)的優(yōu)質(zhì)品種, 尤其新疆的棉花受氣候影響, 纖維比強(qiáng)度偏低是限制纖維品質(zhì)等級提高的主要因子, 對品種生態(tài)區(qū)進(jìn)行適宜的劃分顯得非常重要[4]。馮澤芳[5]把我國棉花種植區(qū)域劃分三大棉區(qū)(黃河流域、長江流域、華南棉區(qū)), 到20世紀(jì)50年代又進(jìn)一步劃分成五大棉區(qū)(黃河流域、長江流域、華南、北部特早熟棉區(qū)和西北內(nèi)陸棉區(qū))。我國主要產(chǎn)棉區(qū)集中在長江流域、黃河流域和西北內(nèi)陸棉區(qū)。根據(jù)棉花生育所需主要條件, 選用熱量指標(biāo)≥10 ℃活動積溫3 400 ℃以上、無霜期在160 d以上, 最熱月7月份平均溫度24 ℃, ≥15 ℃持續(xù)日數(shù)140 d以上氣溫為區(qū)劃指標(biāo)。研究學(xué)者[6-13]從不同角度對我國棉花區(qū)域進(jìn)行劃分, 將新疆棉區(qū)劃分為中熟棉、早中熟棉、早熟棉、特早熟棉4個亞區(qū), 把黃河流域劃分為3個棉纖維品質(zhì)生態(tài)亞區(qū); 從品種的生態(tài)適應(yīng)性, 把長江流域劃分為“中等品質(zhì)生態(tài)區(qū)”、“高長度與比強(qiáng)度生態(tài)區(qū)”、“低馬克隆值生態(tài)區(qū)”。許乃銀[14]利用GGE雙標(biāo)圖中的“適宜品種與環(huán)境組合”將在多次試驗中具有共同最佳品種的試點聚類為一個品種生態(tài)區(qū), 有目的進(jìn)行品種選擇以提高育種效率。俞世蓉[15]、王磊等[16]和Crossa等[17]通過對多環(huán)境試驗中試點進(jìn)行相似性聚類分析。Ebdon等[18]、Yan等[19-21]和Bradu等[22]提出了將基因型主效(G)與基因型(G)與環(huán)境互作效應(yīng)(E)相結(jié)合, 形成基因型主效加基因型與環(huán)境互作效應(yīng)模型(GGE)的觀點, 并與雙標(biāo)圖技術(shù)相互藕合, 推出了GGE biplot explorer軟件, 用雙標(biāo)圖方法來圖解主成分分析(PCA)或特征值分解(SVD)雙向數(shù)據(jù)表所得出的結(jié)果, 作圖直觀、操作簡單, 是分析品種區(qū)域試驗的理想方法。目前已在甘蔗(Roxb.)[23]、油菜(L.)[24]、大豆[(L.) Merr.)][25]、小麥(L.)[26]等農(nóng)作物品種試驗數(shù)據(jù)分析中得到了應(yīng)用。許乃銀等[27]利用GGE模型對長江流域棉花品種區(qū)域試驗中參試品種的生態(tài)適應(yīng)性分布進(jìn)行了研究。本文以2005—2014年國家棉花品種區(qū)域試驗西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟組和早中熟組區(qū)域試驗17個試點數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析, 采用GGE雙標(biāo)圖中的“環(huán)境-性狀”功能圖將目標(biāo)區(qū)域劃分成幾個相對同質(zhì)的品種生態(tài)區(qū), 以提高纖維品質(zhì)性狀選擇和試驗環(huán)境評價的精確性, 從而有針對性地進(jìn)行生態(tài)區(qū)域纖維品質(zhì)劃分, 將西北內(nèi)陸棉區(qū)劃分為適宜的品種生態(tài)區(qū)。通過研究為棉花育種品質(zhì)指標(biāo)制定、品種區(qū)試審定、區(qū)域化種植提供理論依據(jù)和決策支持, 為紡織企業(yè)合理配棉提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)置

數(shù)據(jù)來源于2005—2014年國家棉花品種區(qū)域試驗, 西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟組和早中熟組。西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟棉花品種區(qū)域試驗試點設(shè)置在新疆烏蘇、石河子農(nóng)墾科學(xué)院、精河、兵團(tuán)第八師121團(tuán)、兵團(tuán)第七師125團(tuán)、兵團(tuán)第六師昌吉和甘肅敦煌等7個試點; 西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟棉花品種區(qū)域試驗試點設(shè)置在新疆麥蓋提、疏附、莎車、庫車、兵團(tuán)第一師阿拉爾13團(tuán)、兵團(tuán)第三師喀什、輪臺、巴州、塔河阿拉爾10團(tuán)和阿克蘇等10個試點。試驗采用隨機(jī)區(qū)組排列, 重復(fù)3次, 小區(qū)面積20 m2, 株距依設(shè)置密度而不同。田間管理參照當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田管理實施。

1.2 測定內(nèi)容和方法

各區(qū)域試點于棉鈴?fù)滦跏⑵谠诟餍^(qū)中選取棉株中部果枝50個正常吐絮的棉鈴, 曬干軋花后的皮棉作為纖維品質(zhì)測試樣品, 由農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心采用瑞士烏斯特公司生產(chǎn)的HVI大容量纖維測試儀系列儀器檢測, 在恒溫恒濕條件下[(溫度為(20±2) ℃; 相對濕度(65±3)%)]對樣品進(jìn)行48 h平衡調(diào)試。測試指標(biāo)包括纖維上半部平均長度、比強(qiáng)度、馬克隆值、伸長率、反射率、黃度、整齊度指數(shù)、紡紗均勻性指數(shù)8個纖維品質(zhì)指標(biāo)。采用HVICC校準(zhǔn)棉樣校準(zhǔn)儀器, 充分保證檢測的可靠性。每份樣品測定3次重復(fù), 試驗方法采用GB/T 20392—2006《HVI棉纖維物理性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》。依據(jù)GB 1103.1—2012《棉花第1部分: 鋸齒加工細(xì)絨棉》和GB 1103.2—2012《棉花第2部分: 皮輥加工細(xì)絨棉》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價。

1.3 統(tǒng)計與分析方法

1.3.1 GGE模型分析

對2005—2014年國家棉花品種區(qū)域試驗西北內(nèi)陸棉區(qū)17個試點的纖維品質(zhì), 利用GGE Biplot軟件簡化制圖程序, 讀入原始數(shù)據(jù), 并基于數(shù)據(jù)中心化和數(shù)據(jù)定標(biāo)方法產(chǎn)生雙標(biāo)圖, 進(jìn)行試驗環(huán)境中心化的主成分分析[28-29], 繪制出GGE雙標(biāo)圖。根據(jù)試驗環(huán)境圖標(biāo)在雙標(biāo)圖中的距離和向量夾角的大小等圖形元素來表達(dá)試驗環(huán)境間的關(guān)系, 纖維品質(zhì)性狀和試驗環(huán)境圖標(biāo)的相對位置則表達(dá)了性狀與環(huán)境的互作模式。在一張圖上給出品種的纖維指標(biāo)和試點的圖標(biāo), 比較纖維指標(biāo)和試驗環(huán)境在坐標(biāo)系中的空間關(guān)系, 判斷纖維指標(biāo)在這些試驗環(huán)境的品質(zhì)表現(xiàn), 劃出試點的生態(tài)區(qū)分布區(qū)域, 用橢圓形虛線把試驗環(huán)境包圍起來, 作為一個生態(tài)區(qū), 并判斷品質(zhì)性狀之間的相關(guān)性。纖維品質(zhì)性狀向量間的夾角大小表示了指標(biāo)性狀之間的相關(guān)性, 兩向量間夾角是相關(guān)性強(qiáng)弱的標(biāo)志, 夾角越小則相關(guān)性越強(qiáng), 銳角為正相關(guān), 鈍角為負(fù)相關(guān), 直角為不相關(guān); 兩個性狀向量夾角的余弦值就是相應(yīng)性狀間的相關(guān)系數(shù)。Xu等[30]分析長江流域的纖維品質(zhì)性狀表型值除了受品種的遺傳因素控制外, 還受多種環(huán)境因素以及品種與環(huán)境交互作用的綜合影響。試驗環(huán)境(試驗點)向量在品質(zhì)性狀向量上的垂直投影長短表示該性狀在相應(yīng)試驗環(huán)境中表型值的大小, 投影越長表型值越高, 所謂表型值就是觀察值[31-32]。

1.3.2 西北內(nèi)陸棉區(qū)17個試驗環(huán)境試點的地理因子

2005—2014年國家棉花品種區(qū)域試驗西北內(nèi)陸棉區(qū)主要包括新疆維吾爾自治區(qū)棉區(qū)和甘肅河西走廊棉區(qū), 其中早熟棉區(qū)主要位于北疆和甘肅棉區(qū), 含7個試驗點, 早中熟棉區(qū)主要位于南疆棉區(qū), 含10個試驗點。各試驗環(huán)境的名稱、代碼、經(jīng)度、緯度和海拔等地理因子詳見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟區(qū)域纖維品質(zhì)特征劃分研究

2.1.1 西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū)劃分

根據(jù)2005—2014年西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟組區(qū)域試驗中纖維品質(zhì)性狀主要指標(biāo)在7個試驗環(huán)境中的綜合品質(zhì)表現(xiàn), 依據(jù)GGE biplot軟件繪制“環(huán)境-性狀”雙標(biāo)圖, 分析不同試驗環(huán)境條件下對纖維品質(zhì)的影響與相互作用, 以及纖維品質(zhì)的主要指標(biāo)之間存在不同程度的相關(guān)性。從圖1和表2中可以看出, 纖維長度與整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值以及紡紗均勻性指數(shù)之間的夾角較小, 表現(xiàn)為顯著正相關(guān)或正相關(guān), 與黃度值為負(fù)相關(guān); 馬克隆值向量與纖維長度、整齊度以及比強(qiáng)度向量之間的夾角較小, 表現(xiàn)為正相關(guān), 與黃度為負(fù)相關(guān); 纖維比強(qiáng)度與紡紗均勻性指數(shù)、整齊度指數(shù)、長度以及反射率之間的夾角很小, 表現(xiàn)為正相關(guān), 與黃度為負(fù)相關(guān)。紡紗均勻性指數(shù)與纖維長度、比強(qiáng)度、整齊度指數(shù)、馬克隆值和反射率之間的夾角較小, 表現(xiàn)為正相關(guān); 而與黃度之間夾角較大, 表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。針對紡紗均勻性指數(shù)與比強(qiáng)度夾角非常小, 幾乎重疊在一起, 他們之間表現(xiàn)極顯著正相關(guān), 說明纖維的比強(qiáng)度對紡紗性能指標(biāo)的貢獻(xiàn)較大, 要提高西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟棉區(qū)的纖維紡紗能力, 必須著重提高纖維斷裂比強(qiáng)度指標(biāo)。

表1 2005—2014年西北內(nèi)陸棉區(qū)17個區(qū)域試驗環(huán)境的地理因子

從圖1西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)各生態(tài)區(qū)纖維品質(zhì)性狀的空間關(guān)系可以看出, 第Ⅰ生態(tài)區(qū)位于馬克隆值向量的反方向上, 是馬克隆值低值區(qū)。第Ⅱ生態(tài)區(qū)位于各纖維品質(zhì)向量的平均位置, 纖維綜合品質(zhì)表現(xiàn)在平均水平上。第Ⅲ生態(tài)區(qū)在與馬克隆值一致的方向, 屬于高馬克隆值區(qū)域。

2.1.2 西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)纖維品質(zhì)性狀試點間聚類分析

根據(jù)西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)各試點試驗環(huán)境代碼(見表1), 通過西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)各生態(tài)區(qū)GGE雙標(biāo)圖(如圖1)和基于雙標(biāo)圖的主成分的聚類圖(如圖2)可以看出, 西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)的7個試驗環(huán)境劃分為3個差異顯著的纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū), 其中第Ⅰ生態(tài)區(qū)包括新疆兵團(tuán)第六師昌吉和新疆烏蘇; 第Ⅱ生態(tài)區(qū)只有1個點即新疆精河; 第Ⅲ生態(tài)區(qū)包括4個點, 涵蓋了新疆兵團(tuán)第八師121團(tuán)、第七師125團(tuán)、新疆石河子以及甘肅敦煌。通過對“環(huán)境-性狀”GGE雙標(biāo)圖分析的前兩個主成分得分的聚類分析, 將環(huán)境分為幾個區(qū), 再對各區(qū)之間的各性狀進(jìn)行方差分析, 檢測其顯著性, 比較各區(qū)中各性狀的水平, 得出各區(qū)的優(yōu)劣或特點。從圖1可以看出, 試點在各性狀向量上的投影長度代表性狀在該試點上的水平高低。另一方面, 也可直接在圖中看試點到性狀的距離, 距離越近則表現(xiàn)越好。從圖1各生態(tài)區(qū)域纖維品質(zhì)性狀的空間關(guān)系還可以看出, 第Ⅰ生態(tài)區(qū)位于馬克隆值向量的反方向上, 是馬克隆值低值區(qū)。第Ⅱ生態(tài)區(qū)位于各纖維品質(zhì)向量的平均位置, 纖維綜合品質(zhì)在平均水平, 紡紗均勻性指數(shù)與纖維比強(qiáng)度、整齊度指數(shù)和馬克隆值向量夾角很小, 呈銳角關(guān)系, 故在這些指標(biāo)上的數(shù)值較高, 各項指標(biāo)表現(xiàn)較好, 可以劃分為優(yōu)勝的纖維品質(zhì)性狀區(qū)域。第Ⅲ生態(tài)區(qū)試驗環(huán)境到品質(zhì)性狀的垂直距離大于其他兩個生態(tài)區(qū), 與馬克隆值一致的方向, 屬于高馬克隆值區(qū)域。

圖中+Len、+Str、+Mic、+El、+Rd、+b、+Un和+Sci分別表示纖維長度、比強(qiáng)度、馬克隆值、伸長率、反射率、黃度、整齊度和紡紗均勻性指數(shù), 橢圓形虛線包圍化為同一類的試驗環(huán)境, Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別表示劃分的第Ⅰ、第Ⅱ和第Ⅲ生態(tài)區(qū)。NS8、NS6、NS7、DH、JH、SHZ、WS參見表1。圖2同。+Len, +Str, Mic, +El, +Rd, +b, +Un, and +Sci stand for fiber length, fiber strength, micronaire, elongation, reflectance, yellowness, uniformity index and spinning consistency index, respectively. Symbols in regular capitals are test environments codes showed in the table 1.Ⅰ, Ⅱ, and Ⅲ surrounded by the dotted ellipses are three ecological sub-regions, respectively. The same as the figure 2.

表2 2005—2014年西北內(nèi)陸早熟棉花區(qū)域試驗纖維品質(zhì)性狀相關(guān)系數(shù)

“*”表示在0.05的水平上顯著相關(guān), “**”表示在0.01的水平上顯著相關(guān)。*: Significant correlation at 0.05 probability level; **: Significant correlation at 0.01 probability level. The same as the table 4.

2.1.3 西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)纖維品質(zhì)性狀特征劃分

各生態(tài)區(qū)的纖維品質(zhì)指標(biāo)平均值和生態(tài)區(qū)間差異顯著性檢測結(jié)果見表3: 纖維的比強(qiáng)度、馬克隆值、伸長率以及反射率在3個生態(tài)區(qū)中的差異不顯著; 第Ⅰ生態(tài)區(qū)比強(qiáng)度比第Ⅲ生態(tài)區(qū)高, 但差異不顯著; 纖維整齊度最低, 且顯著低于第Ⅱ生態(tài)區(qū), 說明第Ⅰ生態(tài)區(qū)的整齊度較差。第Ⅱ生態(tài)區(qū)的纖維比強(qiáng)度和反射率高于其他生態(tài)區(qū), 但差異不顯著; 整齊度和紡紗均勻性指數(shù)顯著高于其他生態(tài)區(qū); 纖維長度最高, 與第Ⅰ生態(tài)區(qū)結(jié)果差異顯著, 與第Ⅲ生態(tài)區(qū)差異不顯著。第Ⅲ生態(tài)區(qū)纖維比強(qiáng)度、反射率以及紡紗均勻性指數(shù)最低, 但與其他兩個生態(tài)區(qū)的差異不顯著, 其他纖維品質(zhì)指標(biāo)介于第Ⅰ生態(tài)區(qū)和第Ⅱ生態(tài)區(qū)之間。

因此, 西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟棉區(qū)域各生態(tài)試點間的區(qū)域特征劃分由優(yōu)質(zhì)到普通劃分為: 第Ⅱ生態(tài)區(qū)包括精河一帶, 劃分為優(yōu)質(zhì)棉纖維生態(tài)區(qū), 纖維長度大于30 mm、比強(qiáng)度大于31 cN×tex-1, 整齊度指數(shù)大于86%, 馬克隆值為A級水平, 紡紗均勻性指數(shù)大于160, 可紡60支及以上的高支紗。第Ⅰ生態(tài)區(qū)包括兵團(tuán)第六師昌吉和烏蘇地區(qū), 劃分為普通優(yōu)質(zhì)棉生態(tài)區(qū), 纖維長度和比強(qiáng)度都大于30, 整齊度指數(shù)大于84%, 馬克隆值為A級水平, 紡紗均勻性指數(shù)大于150, 可紡50支及以上的高支紗, 該區(qū)注意綜合性狀的提高。第Ⅲ生態(tài)區(qū)(包括敦煌、兵團(tuán)第七師125團(tuán)、兵團(tuán)第八師121團(tuán)以及石河子墾區(qū)), 該區(qū)品質(zhì)為普通纖維生態(tài)區(qū), 纖維長度和比強(qiáng)度都達(dá)到30, 整齊度指數(shù)大于85%, 馬克隆值為B級水平, 纖維的顏色指標(biāo)反射率低于80%, 紡紗均勻性指數(shù)大于150,劃分為普通優(yōu)質(zhì)的高馬克隆值區(qū), 該區(qū)重點注意棉花采收的時間, 以避免纖維過成熟, 努力降低馬克隆值, 保證棉花的顏色和等級。

表3 西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟組纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū)特征分析

同行不同小寫字母表示5%水平差異顯著。Values followed by different letters in the horizontal rows are significantly different at 5% level.

2.2 西北內(nèi)陸早中熟棉區(qū)纖維品質(zhì)特征劃分研究

2.2.1 西北內(nèi)陸早中熟棉區(qū)纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū)劃分

根據(jù)2005—2014年西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟組區(qū)域試驗中纖維品質(zhì)性狀主要指標(biāo)在10個試驗環(huán)境中的綜合品質(zhì)表現(xiàn), 依據(jù)GGE biplot軟件繪制“環(huán)境-性狀”雙標(biāo)圖, 分析不同試驗環(huán)境條件下對纖維品質(zhì)的影響與相互作用, 以及纖維品質(zhì)的主要指標(biāo)之間存在不同程度的相關(guān)性。由圖3和表4可見, 紡紗均勻性指數(shù)向量和纖維比強(qiáng)度、纖維長度向量之間的夾角很小, 表現(xiàn)為極顯著正相關(guān), 與纖維的整齊度指數(shù)之間的夾角比較小, 表現(xiàn)為顯著正相關(guān), 而與馬克隆值、伸長率之間的夾角較大, 表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。紡紗均勻性指數(shù)是衡量纖維品質(zhì)的綜合指標(biāo), 與纖維長度、整齊度以及比強(qiáng)度正相關(guān), 說明原棉的紡紗性能提高主要取決于這3個指標(biāo)。紡紗均勻性指數(shù)與馬克隆值呈負(fù)相關(guān), 說明纖維過度成熟或者不成熟對纖維的紡紗性能均有不利影響; 馬克隆值和斷裂伸長率之間的夾角極小, 表現(xiàn)為顯著正相關(guān), 與纖維的比強(qiáng)度、反射率以及黃度之間的夾角較大, 表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。

表4 2005—2014年西北內(nèi)陸早中熟棉花區(qū)域試驗纖維品質(zhì)性狀相關(guān)系數(shù)

2.2.2 西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟區(qū)域纖維品質(zhì)性狀試點間聚類分析

根據(jù)由西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟生態(tài)區(qū)域各試點試驗環(huán)境代碼(表1), 通過西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟生態(tài)區(qū)GGE雙標(biāo)圖(圖3)和基于雙標(biāo)圖的主成分聚類圖(圖4)可以看出, 西北內(nèi)陸早中熟棉區(qū)的10個試驗環(huán)境劃分為3個差異顯著的纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū)。其中第Ⅰ生態(tài)區(qū)只有新疆阿克蘇1個試點; 第Ⅱ生態(tài)區(qū)包括新疆麥蓋提和農(nóng)三師; 第Ⅲ生態(tài)區(qū)包括7個試驗環(huán)境, 涵蓋了新疆莎車、石大試驗站(輪臺)、巴州、庫車、疏附、兵團(tuán)第一師阿拉爾13團(tuán)以及新疆塔河10團(tuán), 是西北內(nèi)陸早中熟棉花生產(chǎn)區(qū)。

從各生態(tài)區(qū)域纖維品質(zhì)性狀的空間關(guān)系可以看出(圖3), 第Ⅰ生態(tài)區(qū)位于纖維長度、比強(qiáng)度、整齊度指數(shù)以及紡紗均勻性指數(shù)向量的反方向, 說明纖維的綜合品質(zhì)相對較差。第Ⅱ生態(tài)區(qū)在馬克隆值向量的正方向, 因而屬于高馬克隆值區(qū)域, 其他品質(zhì)指標(biāo)位于平均水平。第Ⅲ生態(tài)區(qū)位于纖維長度、比強(qiáng)度、整齊度以及紡紗均勻性指數(shù)向量的相同方向, 其纖維綜合品質(zhì)較好, 其中纖維比強(qiáng)度向量的正方向上投影最長, 比強(qiáng)度最高, 與纖維長度、整齊度指數(shù)以及紡紗均勻性指數(shù)向量呈銳角關(guān)系, 故在這些指標(biāo)上表現(xiàn)較好, 而且與馬克隆值向量呈鈍角關(guān)系, 馬克隆值較低, 可見, 相比之下第Ⅲ生態(tài)區(qū)是綜合纖維品質(zhì)最好的生態(tài)區(qū)域。

2.2.3 西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟區(qū)域纖維品質(zhì)性狀特征劃分

各生態(tài)區(qū)的纖維品質(zhì)指標(biāo)平均值和生態(tài)區(qū)間差異顯著性檢測結(jié)果(表5), 纖維品質(zhì)指標(biāo)在生態(tài)區(qū)間差異較大。第Ⅰ生態(tài)區(qū)纖維長度、比強(qiáng)度、整齊度指數(shù)、紡紗均勻性指數(shù)低于其他兩個生態(tài)區(qū), 且整齊度與紡紗均勻性指數(shù)偏低達(dá)到顯著水平, 黃度偏高達(dá)到顯著水平, 說明該生態(tài)區(qū)域的纖維品質(zhì)綜合水平較低。第Ⅱ生態(tài)區(qū)的纖維長度、比強(qiáng)度、整齊度指數(shù)以及紡紗均勻性指數(shù)的指標(biāo)均處于其他兩個生態(tài)區(qū)之間, 且整齊度指數(shù)與紡紗均勻性指數(shù)顯著高于第Ⅰ生態(tài)區(qū), 馬克隆值顯著高于第Ⅲ生態(tài)區(qū), 說明該生態(tài)區(qū)代表了西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟棉花纖維品質(zhì)的中等水平。第Ⅲ生態(tài)區(qū)纖維長度、比強(qiáng)度、整齊度指數(shù)以及紡紗均勻性指數(shù)均高于其他兩個生態(tài)區(qū), 且纖維長度、整齊度指數(shù)、紡紗均勻性指數(shù)顯著高于第Ⅰ生態(tài)區(qū), 馬克隆值顯著低于第Ⅱ生態(tài)區(qū), 說明該生態(tài)區(qū)纖維綜合品質(zhì)相對最好, 是西北內(nèi)陸早中熟棉區(qū)優(yōu)良纖維品質(zhì)生產(chǎn)區(qū)域。第Ⅲ生態(tài)區(qū)涵蓋區(qū)域最廣, 代表西北內(nèi)陸棉區(qū)總體綜合纖維品質(zhì)處于良好水平。

表5 西北內(nèi)陸早中熟棉花纖維品質(zhì)的生態(tài)區(qū)特征分析

西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟區(qū)域各生態(tài)試點間的區(qū)域特征劃分由優(yōu)質(zhì)到普通劃分為: 第Ⅲ生態(tài)亞區(qū)(新疆莎車、輪臺、巴州、庫車、疏附、阿拉爾第一師13團(tuán)、新疆塔河10團(tuán))>第Ⅱ生態(tài)亞區(qū)(新疆麥蓋提、兵團(tuán)第三師喀什)>第Ⅰ生態(tài)亞區(qū)(新疆阿克蘇)。第Ⅲ生態(tài)區(qū), 劃分為優(yōu)質(zhì)棉纖維生態(tài)區(qū), 纖維長度大于30.0 mm、比強(qiáng)度大于30.0 cN×tex-1, 即達(dá)到“雙30”, 整齊度指數(shù)大于85.0%, 馬克隆值為B級水平, 紡紗均勻性指數(shù)大于150, 可紡50支及以上的高支紗; 第Ⅱ生態(tài)區(qū)劃分為普通優(yōu)質(zhì)棉生態(tài)區(qū), 纖維長度和比強(qiáng)度都稍低于30 mm, 整齊度指數(shù)大于85 %, 馬克隆值達(dá)到B級中等水平, 為馬克隆值相對高值區(qū), 紡紗均勻性指數(shù)大于140, 可紡40支及以上的中等支紗; 第Ⅰ生態(tài)區(qū)為普通纖維生態(tài)區(qū), 纖維品質(zhì)綜合水平較低, 應(yīng)注意綜合纖維品質(zhì)性狀的提高, 尤其注重提高長度和比強(qiáng)度。

3 討論和結(jié)論

我國西北內(nèi)陸棉區(qū)棉花種植區(qū)域廣闊, 生態(tài)條件復(fù)雜多樣, 科學(xué)劃分棉區(qū)有利于發(fā)揮區(qū)域環(huán)境條件優(yōu)勢, 促進(jìn)棉花纖維的生產(chǎn)與應(yīng)用, 根據(jù)棉花品種纖維品質(zhì)表現(xiàn)及其地域分布特征, 建立棉花優(yōu)勢生產(chǎn)區(qū)和發(fā)展優(yōu)勢類型, 具有指導(dǎo)性的意義。南疆地區(qū)以早中熟類型為主, 北疆地區(qū)以早熟類型為主。近10年來西北內(nèi)陸棉區(qū)早熟棉區(qū)植棉面積迅速擴(kuò)大, 尤其新疆北疆棉區(qū)隨著全球氣候逐漸變暖而大幅增加, 這個區(qū)域通過抗旱節(jié)水、肥料配比、栽培技術(shù)等手段提高植棉水平, 改善纖維品質(zhì)。本文通過研究表明各纖維品質(zhì)性狀都不是獨立的, 相互之間存在著性質(zhì)和程度不同的相關(guān)關(guān)系, 紡紗均勻性指數(shù)與長度、比強(qiáng)度和整齊度指數(shù)表現(xiàn)極顯著或顯著正相關(guān), 這與余渝[33]研究的結(jié)論基本一致。因此, 在國家棉花區(qū)域試驗品種審定過程中, 對纖維品質(zhì)的評價, 不僅要看纖維的長度、比強(qiáng)度和馬克隆值, 還要參考纖維的整齊度指數(shù), 這是決定品種品質(zhì)好壞的一個重要指標(biāo), 建議在品種審定時可將整齊度指數(shù)和紡紗均勻性指數(shù)也作為參考依據(jù)。

棉花品種的基因型與環(huán)境互作現(xiàn)象在品種試驗中受作物生長環(huán)境, 如土壤類型、海拔高度、氣候條件、栽培措施等多因素的影響, 在年際間和不同生態(tài)點間的表現(xiàn)差異很大, 棉花纖維品質(zhì)指標(biāo)與各生態(tài)區(qū)氣候因子(溫度、光照、降水、濕度)有較好的相關(guān)性。西北內(nèi)陸棉區(qū)日照充足、降水量小、平均相對濕度較低, 是優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)的最佳區(qū)域, 其棉纖維長度、馬克隆值、品級等品質(zhì)指標(biāo)均居國內(nèi)各棉區(qū)首位。但還是缺乏長度在31.0 mm 以上, 比強(qiáng)度在32.0 cN?tex-1以上, 馬克隆值在3.7~4.2的可紡60支以上細(xì)紗的優(yōu)質(zhì)棉品種。

目前我國棉花品種審定標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)品種在整個目標(biāo)環(huán)境中的平均表現(xiàn)進(jìn)行評價和推薦審定, 因此也是一種廣適性品種選擇方法。西北內(nèi)陸棉區(qū)區(qū)域試驗總體表現(xiàn)是合理的, 但還需要對試驗點布局和品種評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整[34], 尤其早熟區(qū)域布點數(shù)應(yīng)該再增加幾個試點, 以進(jìn)一步提高試驗的有效性和區(qū)域劃分的科學(xué)性, 從而更有針對性地對品種進(jìn)行篩選、審定與推廣應(yīng)用。Bilgin等[35]應(yīng)用GGE雙標(biāo)圖的“適宜品種與環(huán)境組合”功能圖基于品種產(chǎn)量選擇對基因型與試驗環(huán)境互作模式進(jìn)行探索。本研究應(yīng)用GGE雙標(biāo)圖的“適宜品種與環(huán)境組合”功能圖基于品種纖維長度、比強(qiáng)度、馬克隆值和紡紗均勻性指數(shù)等性狀選擇與試驗環(huán)境互作模式進(jìn)行探索性劃分, 并對各次試驗的雙標(biāo)圖上位于同一最佳扇區(qū)中的試驗環(huán)境組合進(jìn)行分析, 形成基于品質(zhì)性狀選擇的品種生態(tài)區(qū)劃分。建立在纖維品質(zhì)基礎(chǔ)上的生態(tài)區(qū)的劃分, 為西北內(nèi)陸棉區(qū)廣適性和特殊適應(yīng)性棉花品種選育應(yīng)用提供決策支持, 也作為理想品種試驗環(huán)境選擇方案提供理論依據(jù)。

西北內(nèi)陸棉區(qū)北疆地區(qū)精河一帶日照充足、降水量小、平均相對濕度較低, 是優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)的最佳區(qū)域, 較為突出特點是棉花的纖維成熟度好, 棉纖維長度伸長充分, 且馬克隆值表現(xiàn)最佳, 能夠滿足紡織企業(yè)紡高支紗配棉需求, 而且顏色等級好。西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)的兵團(tuán)第六師昌吉和烏蘇, 位于馬克隆值最佳區(qū)域, 纖維綜合品質(zhì)表現(xiàn)較好。敦煌、兵團(tuán)第七師125團(tuán)、兵團(tuán)第八師121團(tuán)下野地墾區(qū)以及石河子中片墾區(qū)重點要注意降低馬克隆值, 提高纖維長度和比強(qiáng)度, 尤其比強(qiáng)度指標(biāo)相對于全國來比較, 由于氣候原因同一品種在新疆地區(qū)種植纖維比強(qiáng)度表現(xiàn)偏低。所以西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)引進(jìn)參試品種時, 在注重品種早熟性選育的基礎(chǔ)上, 注重優(yōu)質(zhì)纖維綜合品質(zhì)性狀的培育, 提高纖維的比強(qiáng)度。

西北內(nèi)陸棉區(qū)早中熟區(qū)域各生態(tài)試點的區(qū)域特征由優(yōu)質(zhì)到普通可劃分為3個品質(zhì)生態(tài)區(qū): 第Ⅲ生態(tài)區(qū)(新疆莎車、石河子大學(xué)南疆試驗站(輪臺)、巴州、庫車、疏附、第一師阿拉爾13團(tuán)和新疆塔河10團(tuán)), 第Ⅱ生態(tài)區(qū)(新疆麥蓋提和兵團(tuán)第三師喀什), 第Ⅰ生態(tài)區(qū)(新疆阿克蘇)。通過分析提出合理建議, 西北內(nèi)陸棉區(qū)南疆地區(qū)的早中熟棉區(qū), 注重推選適合機(jī)采棉長度和比強(qiáng)度的棉花品種外, 應(yīng)精準(zhǔn)掌握合理的棉花采摘期, 提高纖維成熟度, 但要降低馬克隆值, 劃分優(yōu)化種植區(qū)域為棉紡企業(yè)合理用棉提供多層次的原棉材料。西北內(nèi)陸早熟棉區(qū)應(yīng)加強(qiáng)比強(qiáng)度的篩選和提高, 以適應(yīng)現(xiàn)代化的機(jī)采棉技術(shù)對比強(qiáng)度值更高要求, 依據(jù)纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū)劃, 充分做好已有品種的種植區(qū)域布局, 同時注重培育綜合品質(zhì)性狀優(yōu)良的新品種。

References

[1] 王燕玲. 中國棉花生產(chǎn)區(qū)域分析與展望[J]. 農(nóng)業(yè)展望, 2011(12): 38–42 Wang Y L. Regional analysis and prospect of cotton production in China[J]. Agricultural Outlook, 2011(12): 38–42

[2] 李輝. 中國新疆棉花產(chǎn)業(yè)國際競爭力研究[D]. 武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2006 Li H. Research on international competitiveness of Xinjiang’s cotton industry in China[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University, 2006

[3] Foulk J, Meredith W, McAlister D, et al. Fiber and yarn properties improve with new cotton cultivar[J]. Journal of Cotton Science, 2009, 13(3): 212–220

[4] 朱紹琳, 李大慶, 華國雄, 等. 江蘇不同生態(tài)棉區(qū)與棉花纖維品質(zhì)的研究[J]. 棉花學(xué)報, 1991, 3(1): 53–62 Zhu S L, Li D Q, Hua G X, et al. Study on relationship of cotton fiber quality and environments in different ecological areas in Jiangsu Province[J]. Cotton Science, 1991, 3(1): 53–62

[5] 馮澤芳. 中國之棉區(qū)與棉種[C]//馮澤芳先生棉業(yè)論文選集. 南京: 中國棉業(yè)出版社, 1948: 124–131 Feng Z F. The cotton region and cultivars in China [C]//Mr. Feng Zefang Selected Papers of the Cotton Industry. Nanjing: China Cotton Industry Press, 1948: 124–131

[6] 姚源松. 新疆棉花區(qū)劃新論[J]. 中國棉花, 2001, 28(2): 2–5 Yao Y S. The new theory of cotton division in Xinjiang[J]. China Cotton, 2001, 28(2): 2–5

[7] 許乃銀, 陳旭升, 狄佳春, 等. 長江流域棉花纖維品質(zhì)的區(qū)域特征研究[J]. 棉花學(xué)報, 2003, 15(4): 221–226 Xu N Y, Chen X S, Di J C, et al. Studies on the regional characteristics of cotton fiber quality in Yangtze Valley[J]. Cotton Science, 2003, 15(4): 221–226

[8] 許乃銀, 李健. 利用GGE雙標(biāo)圖劃分長江流域棉花纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū)[J]. 作物學(xué)報, 2014, 40(5): 891?898 Xu N Y, Li J. Ecological regionalization of cotton fiber quality based on GGE biplot in Yangtze River valley[J]. Acta Agronomica Sinica, 2014, 40(5): 891–898

[9] 蘇濤, 封國林. 基于不同再分析資料的全球蒸發(fā)量時空變化特征分析[J]. 中國科學(xué): 地球科學(xué), 2015, 45(3): 351–365Su T, Feng G L. Spatial-temporal variation characteristics of global evaporation revealed by eight reanalyses[J]. Science China: Earth Sciences, 2015, 45(3): 351–365

[10] 陳付貴, 陳榮江, 王清連. 黃河流域雜交棉纖維品質(zhì)的區(qū)域特征研究[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2008, 36(8): 95–100Chen F G, Chen R J, Wang Q L. Research on the district traits of the fiber quality of the cross-bred cotton in the Yellow River zone[J]. Journal of Northwest A & F University: Natural Science Edition, 2008, 36(8): 95–100

[11] 余隆新, 唐仕芳, 王少華, 等. 湖北省棉纖維品質(zhì)生態(tài)區(qū)劃及研究[J]. 棉花學(xué)報, 1993, 5(2): 15–20 Yu L X, Tang S F, Wang S H, et al. The study on the ecological classification of the fiber quality of upland cotton in Hubei Province[J]. Cotton Science, 1993, 5(2): 15–20

[12] 黃滋康, 崔讀昌. 中國棉花生態(tài)區(qū)劃[J]. 棉花學(xué)報, 2002, 14(3): 185–190 Huang Z K, Cui D C. Ecological regionalization of cotton production in China[J]. Cotton Science, 2002, 14(3): 185–190

[13] 范治源. 新疆棉花農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃[J]. 作物學(xué)報, 1965, 4(1): 71–82 Fan Z Y. Agricultural climatic regionalization of cotton in Xinjiang[J]. Acta Agronomica Sinica, 1965, 4(1): 71–82

[14] 許乃銀. 基于GGE模型的棉花品種生態(tài)區(qū)劃分與試驗環(huán)境評價[D]. 南京: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012 Xu N Y. Cotton megaenvironment investigation and test environment evaluation based on GGE model[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2012

[15] 俞世蓉. 作物品種適應(yīng)性和產(chǎn)量穩(wěn)定性問題探討[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 1989, 12(3): 17–23 Yu S R. A discussion on adaptability and yield stability of cultivars[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 1989, 12(3): 17–23

[16] 王磊, 楊仕華. 作物品種區(qū)試數(shù)據(jù)分析的主效可加互作可乘模型(AMMI)圖形[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 1998, 21(2): 18–23Wang L, Yang S H. Additive main effects and multiplicative iteraction model (AMMI) graphs used in the plant variety trial data analysis[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 1998, 21(2): 18–23

[17] Crossa J, Fox P N, Pfeiffer W H, et al. AMMI adjustment for statistical analysis of an international wheat yield trial[J]. Theoretical and Applied Genetics, 1991, 81(1): 27–31

[18] Ebdon J S, Gauch H G. Additive main effect and multiplica-tive interaction analysis of national turfgrass performance trials: I. Interpretation of genotype × environment interaction[J]. Crop Science, 2002, 42(2): 489–496

[19] Yan W K, Kang M S, Ma B L, et al. GGE Biplot vs. AMMI analysis of genotype-by-environment data[J]. Crop Science, 2007, 47(2): 643–653

[20] Yan W K, Tinker N A. Biplot analysis of multi-environment trial data: Principles and applications[J]. Canadian Journal of Plant Science, 2006, 86(3): 623–645

[21] Yan W K, Kang M S. GGE Biplot Analysis: A Graphical Tool for Breeders Geneticists, and Agronomists[M]. Boca Raton, FL: CRC Press, 2002

[22] Bradu D, Gabriel K R. The biplot as a diagnostic tool for models of two-way tables[J]. Technometrics, 1978, 20(1): 47–68

[23] 羅俊, 許莉萍, 邱軍, 等. 基于HA-GGE 雙標(biāo)圖的甘蔗試驗環(huán)境評價及品種生態(tài)區(qū)劃分[J]. 作物學(xué)報, 2015, 41(2): 214–227Luo J, Xu L P, Qiu J, et al. Evaluation of sugarcane test environments and ecological zone division in China based on HA-GGE biplot[J]. Acta Agronomica Sinica, 2015, 41(2): 214?227

[24] 尚毅, 李少欽, 李殿榮, 等. 用雙標(biāo)圖分析油菜雙列雜交試驗[J]. 作物學(xué)報, 2006, 32(2): 243?248 Shang Y, Li S Q, Li D R, et al. GGE biplot analysis of diallel cross of.L.[J]. Acta Agronomica Sinica, 2006, 32(2): 243?248

[25] 周長軍, 田中艷, 李建英. 雙標(biāo)圖法分析大豆多點試驗中品系產(chǎn)量穩(wěn)定性及試點代表性[J]. 大豆科學(xué), 2011, 30(2): 318?321Zhou C J, Tian Z Y, Li J Y. GGE-biplot analysis on yield stability and testing-site representativeness of soybean lines in multi-environment trials[J]. Soybean Science, 2011, 30(2): 318?321

[26] 常磊, 柴守璽. GGE雙標(biāo)圖在我國旱地春小麥穩(wěn)產(chǎn)性分析中的應(yīng)用[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2010, 18(5): 988?994 Chang L, Chai S X. Application of GGE biplot in spring wheat yield stability analysis in rainfed areas of China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2010, 18(5): 988?994

[27] 許乃銀, 張國偉, 李健, 等. 基于GGE雙標(biāo)圖和比強(qiáng)度選擇的棉花品種生態(tài)區(qū)劃分[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2012, 20(11): 1500–1507 Xu N Y, Zhang G W, Li J, et al. Investigation of cotton mega-environment based on fiber strength selection and GGE biplot[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2012, 20(11): 1500?1507

[28] Yan W K, Holland J B. A heritability-adjusted GGE biplot for test environment evaluation[J]. Euphytica, 2010, 171(3): 355–369

[29] 嚴(yán)威凱. 雙標(biāo)圖分析在農(nóng)作物品種多點試驗中的應(yīng)用[J]. 作物學(xué)報, 2010, 36(11): 1805–1819 Yan W K. Optimal use of biplots in analysis of multi-location variety test data[J]. Acta Agronomica Sinica, 2010, 36(11): 1805–1819

[30] Xu N Y, Fok M, Zhang G W, et al. The application of GGE biplot analysis for evaluating test locations and mega- environment investigation of cotton regional trials[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2014, 13(9): 1921–1933

[31] Yan W K. GGEbiplot—A windows application for graphical analysis of multienvironment trial data and other types of two-way data[J]. Agronomy Journal, 2001, 93(5): 1111–1118

[32] Yan W K. Crop Variety Trials: Data Management and Analysis[M]. Oxford, UK: Wiley-Blackwell, 2014

[33] 余渝. 新疆兵團(tuán)棉花品質(zhì)現(xiàn)狀與品質(zhì)生態(tài)區(qū)劃研究[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué), 2005 Yu Y. Study on cotton fibre quality current status and cotton fibre quality ecological compartmentalization of Xinjiang formation[D]. Beijing: China Agricultural University, 2005

[34] 金石橋, 許乃銀. GGE雙標(biāo)圖在中國農(nóng)作物品種試驗中應(yīng)用的必要性探討[J]. 種子, 2012, 31(12): 89–92 Jin S Q, Xu N Y. The discuss of necessity about GGE Double labeling chart applied in crop variety experiment in China[J]. Seed, 2012, 31(12): 89–92

[35] Bilgin O, Guzmán C, Ba?er ?, et al. Evaluation of grain yield and quality traits of bread wheat genotypes cultivated in northwest Turkey[J]. Crop Science, 2016, 56(1): 73–84

Ecological regionalization of cotton fiber quality in the Northwest Inland Region using GGE analysis*

TANG Shurong1,2, XU Naiyin3, YANG Weihua2, WEI Shoujun2, ZHOU Zhiguo1**

(1. Nanjing Agricultural University / Key Laboratory of Crop Growth Regulation of the Ministry of Agriculture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2. Institute of Cotton Research of Chinese Academy of Agriculture Sciences / State Key Laboratory of Cotton Biology, Anyang 455000, China; 3. Institute of Industrial Crops, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China)

This paper analyzed the distribution characteristics of cotton fiber quality using environmental materials from 7 sites of early-maturing and 10 sites of medium-early maturing cotton of regional trials in the Northwest Inland in China during 2005–2014.Using the GGE model to draw biplots, cotton fiber quality performance and environmental interaction patterns and the correlation between spinning consistency index and fiber trait were explored, and the GGE biplot method was also used to zone potential ecological sub-regions. The aim of the study was to provide the basis for regional cultivation of cotton varieties, and the ideal experimental environment in the Northwest Inland for improving cotton fiber and yarn quality in the country. The research results showed that cotton fiber quality traits were correlated with each other. The spinning consistency index significantly positively correlated with fiber length, strength and index uniformity. The cultivation regions were divided into three ecological sub-regions based on cotton fiber quality in the early maturing cotton cultivation area. These sub-regions included the high quality cotton fiber ecological sub-region (i.e. Jinghe), the common high quality fiber ecological sub-region (Sixth Divisions of Agricultural Production and Construction Corps in Xinjiang, i.e., ACD6 and Usu City) and the common fiber ecological sub-region (Dunhuang, 125 Tuan of ACD7, 121 Tuan of ACD8 and Shihezi). The medium-early maturing cotton cultivation area in the Northwest Inland was also divided into three sub-regions. They were the high quality cotton fiber ecological sub-region (Yarkand, Luntai, Bazhou, Kuqa, Shufu, 13 Tuan and 10 Tuan Tahe of Alaer ACD1), the common high quality fiber ecological sub-region (Maigaiti and Kashi of ACD3) and the common fiber ecological sub-region (Aksu). It was therefore important to cultivate the early maturing cotton with good comprehensive quality traits, and to improve fiber length and strength in the early maturing cotton cultivation area of the Northwest Inland. In the medium-early maturing cotton region, cotton varieties with specific length and strength suitable for mechanical weaving requirements should be cultivated, and the harvest time also should be reasonable to increase fiber maturity and reduced micro-naire. Regionalization of optimized cultivation area for cotton spinning requirements could provide multi-level raw cotton materials in the Northwest Inland.

Cotton (L.); Fiber quality; GGE biplot; Ecological regional division

10.13930/j.cnki.cjea.160634

S562.03

A

1671-3990(2016)12-1674-09

2016-07-18 接受日期: 2016-09-09

* 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程“棉花質(zhì)量安全與風(fēng)險評估”(CAAS-ASTIP-2016-CCRI)資助

**通訊作者:周治國,主要從事作物栽培、生理和生態(tài)方面的研究。E-mail:giscott@njau.edu.com 唐淑榮,主要從事棉花纖維品質(zhì)檢測與研究。E-mail: tangshurong2008@126.com

* Founded by the Sciences and Technology Innovation Project of Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS-ASTIP-2016-CCRI)

** Corresponding author, E-mail: giscott@njau.edu.com

Received Jul. 18, 2016; accepted Sep. 9, 2016