棉花学报Cotton Science 2012，24（5）：451~460
中国棉花纤维品质检验和评价的研究进展
熊宗伟1,2，王雪姣3，顾生浩3，毛丽丽3，张立祯3*，周治国1
(1.南京农业大学农学院/农业部作物生长调控重点开放实验室，江苏南京210095；2. 中国纤维检验局，北京100007；3. 中
国农业大学资源与环境学院，北京100193)
摘要：在综述国内外棉花纤维主要品质指标研究进展和棉花纤维品质评价方法的基础上, 比较并论述了棉花色特征指标如明度指标光反射率（Rd ）和饱和度指示纤维黄度（+b）和传统棉花纤维品质指标如目测等级、长度、强度和细度的测定与应用，以及生态和气候类型对棉花纤维品质的影响等方面的研究进展。分析了棉花纤维品质指标与棉花色特征指标的关系。综述了在棉花质量标准革新与国际化背景下开展棉花色特征质量评价体系研究的重要性及色特征研究的发展前景。展望在构建棉花色特征气象生态模型基础上建立中国棉花分类分级系统的必要性，提出了将生态模型与GIS 进行结合，对棉花纤维品质指标、生态指标和棉花纤维色特征的空间地域分异评价与预测。
关键词：棉花纤维质量；品质评价；色特征；品质指标；生态模型中图分类号：S562
文献标志码：A
文章编号：1002-7807（2012）05-0451-10
Reviews of the Cotton Fiber Quality Inspection and Evaluation in China
XIONG Zong-wei 1, 2，WANG Xue-jiao 3, GU Sheng-hao 3, MAO Li-li 3, ZHANG Li-zhen 3*, ZHOU Zhi-guo 1
(1.Nanjing Agricultural University /KeyLaboratory of Crop Growth Regulation of the Ministry of Agriculture, Nanjing Agricul-
tural University, Nanjing, 210095, China; 2.China Fiber Inspection Bureau, Beijing 100007, China ; 3. College of Resource and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China )
Abstract:This paper reviewed cotton fiber quality and its evaluation method in china. We discussed research progress of cotton color feature index e.g. fiber light reflection ratio (Rd)and fiber yellowness (+b),and compared with traditional fiber classifica-tion such as visual grade, fiber length, strength and fineness. We also analyzed the effects of ecological climatic factors on the cotton fiber quality, and the correlation between cotton fiber quality index and cotton color feature index. The results indicated the importance of application of cotton color feature in demand of standard cotton quality test. We proposed to build a new clas-sification system of cotton quality, using GIS platform, ecological index and cotton color feature to evaluate and forecast the spa-cial distribution of cotton fiber quality.
Key words:cotton fiber quality; quality evaluation; color property; quality index; ecological distribution
我国是世界上棉花生产和消费大国，常年种从中长期发展看，纺织品对外出口的增长，植面积400万～533万hm 2，总产600万t 左右，国内人均纤维消费量的增加，必将导致棉花需求居世界第一。纺织品服装年出口额1000亿美元量继续增长。按照我国棉花需求趋势与供给能力以上，约占全国出口总量的1/4，净创汇相当于总分析，今后一个时期我国每年将有1／3的棉花需贸易顺差的150%左右。提高棉花的科技创新和求依赖进口，棉花已成为我国继大豆和食用油之产业化能力，对于提升我国棉花国际竞争力、增后的第三大进口农产品。随着现代纺织技术的发加农民收入、稳定和发展棉纺业都具有十分重要展，传统的环锭纺设备逐渐被先进、高效的气流的意义。
纺、喷气纺和磨擦纺等新型设备取代。新设备、
新
收稿日期：2012-08-17
作者简介：熊宗伟（1967-），男，副研究员，[email protected]；*通讯作者，[email protected]基金项目：国家棉花产业技术体系项目(CARS-18-18)和转基因生物新品种培育重大专项(2012ZX08013010)
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工艺对原棉质量要求较高，尤其是对纤维强度提出了更高的要求。因此，优质原棉在世界棉花贸易中呈现明显的竞争优势，需求增长强劲。我国棉花比强度在27.99～32.79cN ·tex -1，而进口美棉在27.99～35.39cN ·tex -1（HVICC 标准）。我国棉花平均强度与国外主要产棉国棉花强度处在同一水平上，而国产棉在整齐度、短绒率和疵点指标上优于进口棉[1-2]。
现代纺织工业对原棉品质的要求，是在一定绒长的基础上侧重强调麦克隆值和纤维强度等内在品质。棉花标准在平衡产业链各环节利益和维护公平交易方面具有独特的作用[3]，因此，研究棉花质量指标的评价方法及各质量指标间的相互关系，特别是建立棉花质量评价的量化模型并将其标准化，对于促进棉花生产、规范加工、搞活流通和提升纺织质量，具有重要的现实意义[4]。在现代科学技术不断创新的情况下，国内外研究人员在棉花质量评价方面取得了许多成果。
1棉花质量评价的研究
从以简单感官判定棉花质量作为结价依据，
到棉花质量指标逐步细化、量化并将其标准化，走过了漫长的道路。分析国内外棉花质量评价及其质量指标标准化的发展历史，可以看出，各国棉花标准随着政治、经济和科技的进步，都经历了从无到有、从粗到细、从感官到仪器、从定性到定量的逐步发展完善的过程[5]。我国棉花纤维检验的研究和应用起步较晚，但也取得了长足的进展。
1.1国外棉花质量评价方法的研究进展约在1775－1785年间，英国棉花经纪人
Joshua Holt 在长期的商务实践中，首先摸索出根
据棉花颜色方面的特征对棉花进行分级的方法。
1808年，英国开始用“上”、“中”、“下”和“污染”来
划分棉花质量的优劣。19世纪初，美国大部分陆地棉用“德克萨斯黑地”、“美妙”、“警察”、“大河”、“北乔治亚”和“甘蔗开拓者”等名词作为区别棉花品质优劣的名称[4]。这个时期棉花质量评价的特点是简单的感观检验[7]。这样的区分方法既不科学，又容易产生贸易纠纷，但毕竟是人们对于评价棉花质量迈出的可喜的第一步。鉴于抽
象概念的操作性差，1901年美国农业部首次制订了美国陆地棉品级标准，即9个级的白棉标准，但从未正式颁布过；这个标准的采用与否，完全取决于贸易双方[8]。
1907年，国际棉业大会通过一项议案，提出
需要制定统一的棉花标准，使棉农更好地认识其产品的价值，从而使其处于更有利的商业地位，同时消除市场间的价格差别。随后几年的相似呼吁，促使美国国会通过法律，授权美国农业部制订棉花等级标准并提供棉花分级服务，由此便开始了工业界与政府部门间的合作，该合作在美国棉花的生产和贸易中起着重要作用并延续到今天[7]。1923年美国通过了棉花标准法，明确了品级实物标准在检验中的地位[8]。由于有实物标准作为对照，贸易双方对于检验结果的认可度明显改善。20世纪30－40年代，世界棉花种植面积和总供应量不断扩大，国际贸易额也不断增加，以英国为首的一些工业发达国家，开始研制棉花质量检验仪器，开发出了用于棉花纤维长度检验的罗拉长度仪和棉花纤维强度检验的STELOR ME-
TER 等仪器，并制定了一些仪器试验方法标准[9]。
这些仪器和标准主要在纺织厂被普遍使用，但在商业上仍采用感观结合实物标准的办法进行分级，主要原因就是检验纤维品质的方法比较麻烦、速度慢，适合不了商业的要求。
1967年开始，美国农业部制定计划发展大容
量、快速的棉花纤维测试系统，随即与两家仪器生产厂商———动力控制公司（MCI ）和思彬莱实验室（Spinlab ）签定了生产合同，因此产生了两种快速检测棉花质量指标的系统[8]。这两套系统的开发和应用，开创了棉花物理性能指标快速、仪器化检验的先河，为全面推行仪器化检验奠定了物质基础[12]。美国随后立法，并采取政府补贴、免费检验的办法，在美国全面推行了仪器化检验[13]。仪器化检验完全抛弃了感官检验的条条框框，对原来感官检验的长度、颜色指标完全定量化[14]。
1.2国内棉花质量评价方法的研究进展我国的棉花质量检验开始于20世纪60年
代，在学习美国、前苏联等检验方法和技术的基础上进行相应的研究。1966年国务院设立了棉花纤维标准改革工作机构，根据当时的科学技术水
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平，经过几年的努力，制定了适合国情的棉花（细绒棉）国家标准（GB1103-1972）[13]。该标准的制定，使棉花质量检验工作步入正规化的道路，有了全国统一的检验依据和贸易交接标准，直接促进了棉业经济的繁荣和发展，社会效益、经济效益非常突出[16]。1985年国家发布了《棉花纤维试验取样方法》等10个棉花纤维试验方法标准，作为GB1103-1972的配套标准。这是我国制定的第一批棉花纤维试验方法国家标准，对于统一全国各棉花实验室的测试技术和促进棉花的生产、流通与使用都发挥了积极作用，也使棉花纤维单项品质检验有据可查，有标准可依[16]。1993年又在
1985年的10个试验方法标准的基础上修订充
实，颁布了15个棉花纤维试验方法推荐性标准，进一步使棉花纤维单项品质指标的检验规范化。随着我国棉花流通体制改革的不断深入以及纺织工业对原棉质量需求的不断提高，1999年有关部门在标准修订中，首次将麦克隆值作为棉花质量考核指标，使标准增加了定量检验的物理性能指标，实现了从感官检验向仪器检验的突破[17]。
2003年9月，《棉花质量检验体制改革方案》通过
国务院批准，方案明确要求研制全国棉花色特征图及其应用软件，制定适应仪器化检验的棉花质量标准及相关技术。据此，相关部门对标准进行了修订，并颁布了棉花（细绒棉）国家标准（GB1103-2007）。该标准增加了采用大容量棉花纤维测试仪（HVI ）检验的长度、长度整齐度等物理指标，仍然保留了棉花品级指标。由于HVI 可实现长度、长度整齐度等指标的检验，而无法检验棉花品级，因此，棉花质量检验体制改革还没全面实现棉花质量仪器化检验目标。
然而在棉花收购加工和贸易等环节，客观上需要快速又准确的品级检验标准和方法。为实现这一目标，迫切需要推出棉花颜色分级指标。
2004年开始，中国纤维检验局牵头开展了棉花颜
色分级体系的研究，并进行新一轮的标准修订。
2012年即将发布的新版标准的核心内容是对棉
花品级指标进行改革。棉花品级是由棉花的色泽特征、成熟度和轧工质量来综合判定，HVI 无法检验棉花品级，但可以对反映棉花颜色特性的反射率和黄度指标进行测试。
这些定量的检验方法和标准的发布，为我国棉花检验提供了方法依据，促进了检验技术的发展。但总体上来说，我国棉花检验技术的发展滞后于国际先进水平[15]，利用色特征指标对棉花纤维品质进行分级来替代传统的目测分级还有许多需要研究的方面。
2棉花纤维品质主要指标的研究
棉花纤维结构特性由棉花纤维主要质量指
标来具体体现的。多年以来，研究者们对棉花质量指标开展了深入研究，已被广泛使用的指标达数十个，但对纺纱性能影响较大的主要有：长度、长度整齐度、断裂比强度、断裂伸长率、细度、成熟度、麦克隆值、反射率和黄度等。
2.1长度
检验纤维长度的方法很多，大致可分为逐根
测定法、分组测定法和不分组测定法三大类[13]。分组测定法能得到主体长度、品质长度、短纤维率、基数等。不分组测定法是直接测量一束纤维的长度值，能得到手扯长度、光电长度、分梳长度、跨距长度和上半部平均长度等。以上几项长度指标均系棉花纤维代表长度，除分梳长度仅在考种时应用外，其他几项都是常用指标[18-19]。但由于它们各自的测试方法、对象和标准不同，使得同一棉样采用不同长度指标得到的代表长度有一定差异，这种差异，随棉样类型而变化，一般情况下，它们大体符合下述长短差异关系：品质长度＞分梳长度＞手扯长度与光电长度＞主体长度＞上半部平均长度（2.5%跨距长度）＞50%跨距长度[15,20]。
手扯长度是我国棉花标准GB1103-1999规定的长度检验方法，以1mm 分组[16]。手扯长度测试简便，不需要特殊测试条件，可现场检验，测试结果代表性也比较高[21]。近几年来，我国大力推广
HVI 大容量纤维测试仪，逐步取代人工感官检
验。棉花纤维手扯长度与HVI 上半部平均长度在操作方法、样品取样部位、自身误差和样品整齐度等方面都有所不同[22-23]。
2.2纤维长度整齐度
棉花是由长短不同的单根纤维组成，长度整
齐度就是表示纤维束长度分布情况的一个指标，
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通常是在测定纤维长度的同时得到的，因长度测定方法不同，长度整齐度也有多项指标，常用的有以下几项：分梳长度整齐度、跨距长度整齐度。由于校准方法的不同，跨距长度整齐度有整齐度百分比和整齐度指数两种。整齐度百分比是指
50%跨距长度与2.5%跨距长度的比值。整齐度指
数是指平均长度和上半部平均长度的比值[24]。
2.3棉花纤维成熟度、细度及麦克隆值
棉花纤维成熟度是一项反映纤维胞壁加厚
程度的重要指标。在纤维胞壁直径相似（如同为陆地棉）的情况下，胞壁愈厚，成熟度愈高。棉花纤维的细度、麦克隆值、强力、强度及染色特征等都与成熟度有密切关系[25-26]。对于成熟系数，一般要求在1.6～1.8；1.6以下认为成熟不好，小于1.0认为成熟很差，会影响纤维强度及染色均匀性等；成熟系数大于2.0，则为过成熟纤维，其纤维捻曲少，不利于纤维间抱合，影响成纱强力[27]。
棉花纤维细度是指纤维的粗细程度，它的直接含义是纤维直径。由于棉花纤维的直径难以直接测定，且衡量棉纱粗细的主要是重量细度，即单位重量的长度，因此目前较多选用重量细度来描述纤维粗细，仅在某些理论研究中需了解纤维直径细度[28-29]。
考虑到细度测试方法繁琐，人们发明了利用棉花纤维对气流的阻力来测试棉花的细度。后来深入研究表明，气流法测试的棉花细度与成熟度密切相关[30]，因此，国际上又制定了一个反映纤维细度与成熟度的综合指标――麦克隆值[31]。对同一品种或类型相近的品种而言，气流仪读数可综合反映纤维粗细与成熟程度。美国的棉花分级标准中“麦克隆值”是重要指标，并规定，自1991年起，实行新的收购价格政策，麦克隆值在3.7～4.2的棉花给以加价；麦克隆值在3.5～3.7、4.2～4.9的不加不扣；小于3.5或高于4.9的因成熟太差或太粗，售价要适当扣减[32]。
2.4棉花纤维强度（力）和断裂伸长率
棉花纤维强度（力）是衡量纤维拉伸特性的
重要指标，对成纱品质有重要影响[33]。在其他物理性能基本相近的情况下，纤维强度越高，纺纱断头率越低、成纱强度越高，织成的布强度亦高、坚牢耐穿[34]。棉纺生产过程中，一般都要求先对棉花
纤维强度（力）进行综合分析，作为指导选配原棉的重要指标。单纤维强力是指单根纤维拉伸断裂时所能承受的最大断裂负荷，也称断裂强力，通常以“厘牛顿”（cN ）表示，我国长期使用的单位则为“克力”（gf ）。单纤维强力取决于纤维粗细与纤维单位面积所能承受负荷（断裂强度）两个方面。由于纤维强力指标本身未考虑纤维细度，难以全面评价纤维拉伸性能，材料之间无可比性。如亚洲棉，由于纤维较粗、单纤维强力一般都比较高，但我们决不能据此认为亚洲棉抗拉伸性能好。断裂比强度是指纤维单位截面积或单位线密度所承受的断裂负荷，该指标考虑了纤维细度，可用来衡量不同类型纤维及纱线的抗拉伸性能[35]。断裂强度因测试方法、标准及夹头与隔距不同，而有多种指标。同种指标因采用仪器不同，结果也不相同[33]。
断裂伸长率是指一束纤维在断裂负荷最大时的相应伸长率，以3.2mm 隔距长度的百分率表示。断裂伸长率表示棉花纤维在抵抗外力拉伸时形变的程度，与纺纱的强力和条干均匀度密切相关。
2.5棉花纤维颜色
棉花的颜色是直观判定棉花质量的重要指
标。到目前为止，几乎所有棉花生产国和棉花消费国都将棉花颜色作为棉花交易的重要指标。由于棉花是中空的椭圆形结构，具有对光线的折射和反射能力[36]，所以可以用物理学上的反射率和黄色深度（简称黄度）两个指标来表示。其中，反射率表示棉花对光的反射程度，黄度则是评价棉花白度差别的物理量[35]。棉花一般带有一定的黄色，带黄色愈重则白度愈低。
上述棉花质量指标均是目前国际上被生产和纺织普遍使用的质量指标。经过上百年的积累，棉花质量指标的评价出现了手段多样、指标细分的特点。相同的测试质量指标，由于测试手段和方法不同，相互关系十分复杂，很难有物理上和统计上的明确关系。快速的、不分组的测试方法应该是目前棉花质量评价的趋势和发展方向。
3棉花色特征指标（Rd 、+b）评价的研究
在相当长的时间内，棉花颜色是评价棉花品
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质最主要的质量指标。色度学研究的深入，使得亮程度和色调深浅度的差异，棉花反射率与棉花用反射率Rd （明度指标）、黄度+b（饱和度指标）质量呈正相关关系。依此将DISK 测色仪上的孟这两个色度学的物理量来定量描述棉花颜色成塞尔明度更改为反射率（Rd ）、色度更改为黄色深为可能。随着科技水平的进步，HVI 大容量纤维度（+b），以反射率划分棉花等级，以黄色深度划测试仪逐步取代人工感官检验，几个主产棉国和分棉花类型[6,37-38]。色度学测试仪器的研制成功，为纺织生产大国就色特征的定量评价、色特征与其色特征的分级定量化提供了可能。美国在20世他质量指标间的关系开展了积极的研究。
纪60年代发布了棉花色特征图，随后的40多年3.1国外棉花色特征指标（Rd 、＋b ）的研究中，通过对类型和等级的不断细化进行了大量试最早开展棉花色特征研究的国家是美国，从
验和研究，修改了原色特征图，进一步提高HVI 20世纪30年代开始根据孟赛尔色系使用DISK
检验和感官检验的相符率[37]。目前美国棉花色特测色仪测量棉花颜色。20世纪50年代改用尼克征分白棉、淡点污棉、点污棉、淡黄染和黄染棉5逊-亨特棉花色度计，并与DISK 测色仪进行对个类型(图1b) 。不同类型又分成若干个级，目前比试验。结果表明不同棉花的区别在于颜色的明
共有30个级[39]。
3.2国内棉花色特征指标（Rd 、＋b ）研究个类型。不同类型又分成若干个级，共有30个我国对棉花色特征进行比较系统的研究始
级，也绘制了色特征图。上述研究是对建立我国于20世纪90年代，宣哲文[40]根据我国17个产棉棉花色特征分级和绘制色特征图进行的有益尝省仿制的品级实物标准存放5年色特征变异情试。但是，这些研究的缺陷是从品级实物标准的况，提出了将我国棉花色特征分为灰棉、白棉、黄角度入手，而不是建立在对我国棉花质量进行系棉、深黄棉4个类型，不同类型又分成若干个级，统、全面的研究的基础之上。加之当时国家对于共有25个级，并绘制了色特征图。王德络先生[41]棉花仍然实行统购统销政策，棉花标准修改的大根据我国棉花品质调查的试验数据，参照美国棉环境、大气候不具备[17]。90年代后期，棉花产业链花色特征图，提出了将我国棉花色特征分为白棉的各个环节，对改革我国棉花标准呼声极高，国（灰棉）、淡点污棉、点污棉、淡黄染棉和黄染棉5
家棉花流通体制的改革也全面深入，国产化的仪
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器设备研制成功，这一切表明，着手棉花质量标准的深化改革，就变得既十分迫切，又顺理成章。
2002年我国启动棉花检验体制改革，从此才开始
大规模使用大容量棉花纤维测试仪（HVI ）来检测包括棉花色特征在内的诸多指标。在这之前，我国棉花检验基本以感官和物理检验为主，只有个别单位有HVI 设备或其他测色仪，一般仅限于研究使用。目前我国棉花色特征检验主要依据
GB1103-2007《棉花细绒棉》。该标准中的色特征
图，借鉴了美国棉花色特征图的原理和使用情况，经过连续几年大量检验和调查数据验证后，根据我国棉花色特征值Rd 、＋b 分布情况，并结合国棉质量特点和生产、加工、检验、使用等环节，将我国棉花色特征分成白棉、淡黄染棉、黄染棉3类共13个颜色级，每一色特征级包括一定范围的(Rd，＋b) 值，在以Rd 为纵坐标、＋b 为横坐标的图上画出，用于HVI 设备对棉花色特征进行快速检验，并具有较高的科学性和中国本土特色(图1a) 。但是美国棉花色特征图已使用了五十多年，而国内色特征图诞生只有几年时间，还需要不断完善。
3.3棉花纤维质量指标与棉花色特征指标（Rd 、+b）的关系研究
国内外对棉花色特征指标（Rd 、＋b ）与棉花
纤维质量指标的关系的研究都较少。1988年中国纤维检验局联合中国农业科学院棉花研究所，在全国14个产棉省开展中国棉花色特征和品质调查试验工作，该试验共选择28个陆地棉品种，每个品种依据当地生产习惯，间隔10d 采摘一次，共采摘688份棉样[42]。结果表明棉花的反射率和黄度指标与棉花的长度、断裂比强度和麦克隆值指标之间的关系存在如下特点：（1）反射率与棉花的长度、断裂比强度和麦克隆值指标之间呈极显著正相关；(2)黄度与棉花的长度、断裂比强度和麦克隆值指标之间呈极显著负相关；(3)反射率与棉花的长度和断裂比强度呈线性相关；(4)黄度与棉花的长度和断裂比强度呈非线性相关。
但是，棉花的反射率和黄度与棉花麦克隆值呈非线性极显著负相关与文章中对麦克隆值数据处理的方法有极大关系，个人认为在理论上存在一定的问题。因为国家标准以及纺织行业对于
麦克隆值的评价，不是线性的；也就是说，不是麦克隆值越大，棉花适纺性能越好，而是在3.7～4.2范围的麦克隆值，棉花适纺性能最好。如何适当处理麦克隆值数据，正确评价二者关系，需要进一步探讨。
4展望
随着科学技术的发展和检测技术的进步，国
家棉花标准改革不断深入、逐步与国际标准接轨，棉花质量评价也从定性向定量、从人工感官向仪器化检验发展，这使得棉花色特征研究变得十分迫切。鉴于棉花色特征和棉花纤维品质气象生态模型的研究现状，笔者认为，在前人研究成果的基础上，可以开展以下方面的研究工作。
一是棉花纤维质量的形成受品种遗传特性、环境条件、栽培技术等多种因素影响，研究色特征指标与棉花主要质量指标的定量关系，依此建立色特征与主要质量指标如长度、比强度和麦克隆值的统计模型，以及基于气象生态因子的色特征模型，可以从气象因子和主要纤维质量指标两个角度来动态预测棉花色特征指标的年际变化，为合理棉花纤维品质布局提供理论依据。
棉花是作物模型研究中开始较早和发展较快的作物之一，其中以棉花生长模拟模型研究较多[43-50]。棉花纤维品质形成模拟模型是棉花生长模拟模型的一个模块，是棉花生产智能化管理不可缺少的重要组成部分。棉花纤维品质气象生态模型作为棉花纤维品质形成模拟模型的基础取得了很多的研究成果。国外学者Junaedi [51]提出了气象生态因子对棉花纤维长度、比强度、麦克隆值的影响的回归模型。Barker [50]和Wanjura [52]用线性回归方程解释了铃期温度对棉花纤维长度和麦克隆值的影响，认为铃期温度对棉花纤维长度和麦克隆值有显著的影响，并提出了用铃期温度预测铃期棉花纤维长度的模型。Bernhardt [53]提出了2个预测棉花纤维品质指标的多元线性回归模型，模型以降水、气温和相对湿度作为自变量[53]。Heskenth [54]提出了铃期温度与棉花纤维比强度的关系模型。McClendon [55]提出了由于天气条件而引起棉花纤维品质下降的时间积分模型。国内胡延馨、周治国、余隆新、王学德等也提出了
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气象生态因子对棉花纤维品质指标影响的回归模型[56-60]。葛知男、胡延馨、陈金湘等利用气象生态因子与棉花纤维品质指标的灰色动态模型来预测棉花纤维品质[61-62]。马富裕[63]提出了棉花纤维品质性状的空间分布模型。赵文青等[64]研究得到棉花铃期日均最低温、日均最高温和相对湿度、夜均温和日均降水量分别是影响棉花纤维长度、比强度、麦克隆值的关键气象因子，并建立了棉花纤维主要品质性状的气象生态模型。综合气象生态因子对棉花纤维品质性状的影响模型，可分为三种类型：第一类是回归模型，包括多元线性模型、多元非线性模型和多元积分模型；提出这类模型以Junaedi [51]、Wanjura 和Barker [52]、Hes-
kenth [54]、Reddy [65]、王学德[60]、胡延馨[56]、周治国[57]、
余隆新[58]为代表。第二类是灰色动态模型，以葛知男[60]、陈金湘[62]为代表。第三类是非线性模型，如
Wanjura 和Barker [52]提出的指数模型，马富裕[63]提
出的空间分布模型。上述模型各有其优缺点，其中第一类回归模型是以棉花纤维品质性状为因变量，以气象生态因子为自变量；模型机理性不强，回归系数多变，影响了模型推广性和实用性。但回归模型能充分考虑多种气象生态因子综合作用，在实际工作中多被采用。第二类灰色动态模型形式复杂，影响了模型实用性。第三类非线性模型在实际工作中运用较少，但模型机理性较强，形式灵活多样，可以较大程度地考虑品种特性、环境因素、栽培方法等多种参数对棉花纤维品质的影响，因此具有较强的预测性和解释性。
综上所述，由于气象生态因子指标很多，不同学者提出的影响棉花纤维品质指标的关键气象生态因子不一样，所建立的棉花纤维品质气象生态模型的形式也不一样。特别是这些模型，重点研究是棉花长度、比强度和麦克隆值这三个指标，对棉花色特征这个国际上重要的贸易结价指标没有涉及。
二是地理信息系统（GIS ）是信息技术与农业科学相结合的产物，国内外在作物生产系统研究方面已经取得了重大进展[66-71]。从国内外发展趋势看，利用时空动态知识库的判断决策功能与
GIS 的空间信息管理功能相结合建立生产管理地
理信息系统，具有较大理论价值和应用前景。GIS
与棉花生产管理结合的研究，主要集中在棉花生产布局、棉花生产潜力和基于知识模型与生长模拟模型的棉花生产专家系统等方面。目前，将GIS 与棉花纤维品质预测和区域布局相结合特别是利用棉花色特征来预测和评价区域棉花质量的研究较少。未来的发展方向是利用色特征的气象生态模型对各生态区域进行分析，在此基础上建立中国棉花纤维品质的分类分级系统，结合GIS 平台，实现对棉花纤维品质指标和棉花纤维色特征的空间区域评价与预测，更好地为我国棉花纤维品质的宏观决策服务。
三是利用棉花纤维色特征区域分布的研究结果，结合我国棉花生产和纺织需求，制定棉花纤维品质优势生态区域布局、优质棉生态育种方案和进行优质棉栽培技术改进等方面的基础研究。为实现棉花品质优化种植，保证原棉品质多样性、质量一致性提供宏观信息，为棉花精确生产管理和纺织部门精确生产调度提供服务，将具有很大的研究价值和实践意义。
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棉花学报Cotton Science 2012，24（5）：451~460
中国棉花纤维品质检验和评价的研究进展
熊宗伟1,2，王雪姣3，顾生浩3，毛丽丽3，张立祯3*，周治国1
(1.南京农业大学农学院/农业部作物生长调控重点开放实验室，江苏南京210095；2. 中国纤维检验局，北京100007；3. 中
国农业大学资源与环境学院，北京100193)
摘要：在综述国内外棉花纤维主要品质指标研究进展和棉花纤维品质评价方法的基础上, 比较并论述了棉花色特征指标如明度指标光反射率（Rd ）和饱和度指示纤维黄度（+b）和传统棉花纤维品质指标如目测等级、长度、强度和细度的测定与应用，以及生态和气候类型对棉花纤维品质的影响等方面的研究进展。分析了棉花纤维品质指标与棉花色特征指标的关系。综述了在棉花质量标准革新与国际化背景下开展棉花色特征质量评价体系研究的重要性及色特征研究的发展前景。展望在构建棉花色特征气象生态模型基础上建立中国棉花分类分级系统的必要性，提出了将生态模型与GIS 进行结合，对棉花纤维品质指标、生态指标和棉花纤维色特征的空间地域分异评价与预测。
关键词：棉花纤维质量；品质评价；色特征；品质指标；生态模型中图分类号：S562
文献标志码：A
文章编号：1002-7807（2012）05-0451-10
Reviews of the Cotton Fiber Quality Inspection and Evaluation in China
XIONG Zong-wei 1, 2，WANG Xue-jiao 3, GU Sheng-hao 3, MAO Li-li 3, ZHANG Li-zhen 3*, ZHOU Zhi-guo 1
(1.Nanjing Agricultural University /KeyLaboratory of Crop Growth Regulation of the Ministry of Agriculture, Nanjing Agricul-
tural University, Nanjing, 210095, China; 2.China Fiber Inspection Bureau, Beijing 100007, China ; 3. College of Resource and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China )
Abstract:This paper reviewed cotton fiber quality and its evaluation method in china. We discussed research progress of cotton color feature index e.g. fiber light reflection ratio (Rd)and fiber yellowness (+b),and compared with traditional fiber classifica-tion such as visual grade, fiber length, strength and fineness. We also analyzed the effects of ecological climatic factors on the cotton fiber quality, and the correlation between cotton fiber quality index and cotton color feature index. The results indicated the importance of application of cotton color feature in demand of standard cotton quality test. We proposed to build a new clas-sification system of cotton quality, using GIS platform, ecological index and cotton color feature to evaluate and forecast the spa-cial distribution of cotton fiber quality.
Key words:cotton fiber quality; quality evaluation; color property; quality index; ecological distribution
我国是世界上棉花生产和消费大国，常年种从中长期发展看，纺织品对外出口的增长，植面积400万～533万hm 2，总产600万t 左右，国内人均纤维消费量的增加，必将导致棉花需求居世界第一。纺织品服装年出口额1000亿美元量继续增长。按照我国棉花需求趋势与供给能力以上，约占全国出口总量的1/4，净创汇相当于总分析，今后一个时期我国每年将有1／3的棉花需贸易顺差的150%左右。提高棉花的科技创新和求依赖进口，棉花已成为我国继大豆和食用油之产业化能力，对于提升我国棉花国际竞争力、增后的第三大进口农产品。随着现代纺织技术的发加农民收入、稳定和发展棉纺业都具有十分重要展，传统的环锭纺设备逐渐被先进、高效的气流的意义。
纺、喷气纺和磨擦纺等新型设备取代。新设备、
新
收稿日期：2012-08-17
作者简介：熊宗伟（1967-），男，副研究员，[email protected]；*通讯作者，[email protected]基金项目：国家棉花产业技术体系项目(CARS-18-18)和转基因生物新品种培育重大专项(2012ZX08013010)
452棉花学报24
卷
工艺对原棉质量要求较高，尤其是对纤维强度提出了更高的要求。因此，优质原棉在世界棉花贸易中呈现明显的竞争优势，需求增长强劲。我国棉花比强度在27.99～32.79cN ·tex -1，而进口美棉在27.99～35.39cN ·tex -1（HVICC 标准）。我国棉花平均强度与国外主要产棉国棉花强度处在同一水平上，而国产棉在整齐度、短绒率和疵点指标上优于进口棉[1-2]。
现代纺织工业对原棉品质的要求，是在一定绒长的基础上侧重强调麦克隆值和纤维强度等内在品质。棉花标准在平衡产业链各环节利益和维护公平交易方面具有独特的作用[3]，因此，研究棉花质量指标的评价方法及各质量指标间的相互关系，特别是建立棉花质量评价的量化模型并将其标准化，对于促进棉花生产、规范加工、搞活流通和提升纺织质量，具有重要的现实意义[4]。在现代科学技术不断创新的情况下，国内外研究人员在棉花质量评价方面取得了许多成果。
1棉花质量评价的研究
从以简单感官判定棉花质量作为结价依据，
到棉花质量指标逐步细化、量化并将其标准化，走过了漫长的道路。分析国内外棉花质量评价及其质量指标标准化的发展历史，可以看出，各国棉花标准随着政治、经济和科技的进步，都经历了从无到有、从粗到细、从感官到仪器、从定性到定量的逐步发展完善的过程[5]。我国棉花纤维检验的研究和应用起步较晚，但也取得了长足的进展。
1.1国外棉花质量评价方法的研究进展约在1775－1785年间，英国棉花经纪人
Joshua Holt 在长期的商务实践中，首先摸索出根
据棉花颜色方面的特征对棉花进行分级的方法。
1808年，英国开始用“上”、“中”、“下”和“污染”来
划分棉花质量的优劣。19世纪初，美国大部分陆地棉用“德克萨斯黑地”、“美妙”、“警察”、“大河”、“北乔治亚”和“甘蔗开拓者”等名词作为区别棉花品质优劣的名称[4]。这个时期棉花质量评价的特点是简单的感观检验[7]。这样的区分方法既不科学，又容易产生贸易纠纷，但毕竟是人们对于评价棉花质量迈出的可喜的第一步。鉴于抽
象概念的操作性差，1901年美国农业部首次制订了美国陆地棉品级标准，即9个级的白棉标准，但从未正式颁布过；这个标准的采用与否，完全取决于贸易双方[8]。
1907年，国际棉业大会通过一项议案，提出
需要制定统一的棉花标准，使棉农更好地认识其产品的价值，从而使其处于更有利的商业地位，同时消除市场间的价格差别。随后几年的相似呼吁，促使美国国会通过法律，授权美国农业部制订棉花等级标准并提供棉花分级服务，由此便开始了工业界与政府部门间的合作，该合作在美国棉花的生产和贸易中起着重要作用并延续到今天[7]。1923年美国通过了棉花标准法，明确了品级实物标准在检验中的地位[8]。由于有实物标准作为对照，贸易双方对于检验结果的认可度明显改善。20世纪30－40年代，世界棉花种植面积和总供应量不断扩大，国际贸易额也不断增加，以英国为首的一些工业发达国家，开始研制棉花质量检验仪器，开发出了用于棉花纤维长度检验的罗拉长度仪和棉花纤维强度检验的STELOR ME-
TER 等仪器，并制定了一些仪器试验方法标准[9]。
这些仪器和标准主要在纺织厂被普遍使用，但在商业上仍采用感观结合实物标准的办法进行分级，主要原因就是检验纤维品质的方法比较麻烦、速度慢，适合不了商业的要求。
1967年开始，美国农业部制定计划发展大容
量、快速的棉花纤维测试系统，随即与两家仪器生产厂商———动力控制公司（MCI ）和思彬莱实验室（Spinlab ）签定了生产合同，因此产生了两种快速检测棉花质量指标的系统[8]。这两套系统的开发和应用，开创了棉花物理性能指标快速、仪器化检验的先河，为全面推行仪器化检验奠定了物质基础[12]。美国随后立法，并采取政府补贴、免费检验的办法，在美国全面推行了仪器化检验[13]。仪器化检验完全抛弃了感官检验的条条框框，对原来感官检验的长度、颜色指标完全定量化[14]。
1.2国内棉花质量评价方法的研究进展我国的棉花质量检验开始于20世纪60年
代，在学习美国、前苏联等检验方法和技术的基础上进行相应的研究。1966年国务院设立了棉花纤维标准改革工作机构，根据当时的科学技术水
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平，经过几年的努力，制定了适合国情的棉花（细绒棉）国家标准（GB1103-1972）[13]。该标准的制定，使棉花质量检验工作步入正规化的道路，有了全国统一的检验依据和贸易交接标准，直接促进了棉业经济的繁荣和发展，社会效益、经济效益非常突出[16]。1985年国家发布了《棉花纤维试验取样方法》等10个棉花纤维试验方法标准，作为GB1103-1972的配套标准。这是我国制定的第一批棉花纤维试验方法国家标准，对于统一全国各棉花实验室的测试技术和促进棉花的生产、流通与使用都发挥了积极作用，也使棉花纤维单项品质检验有据可查，有标准可依[16]。1993年又在
1985年的10个试验方法标准的基础上修订充
实，颁布了15个棉花纤维试验方法推荐性标准，进一步使棉花纤维单项品质指标的检验规范化。随着我国棉花流通体制改革的不断深入以及纺织工业对原棉质量需求的不断提高，1999年有关部门在标准修订中，首次将麦克隆值作为棉花质量考核指标，使标准增加了定量检验的物理性能指标，实现了从感官检验向仪器检验的突破[17]。
2003年9月，《棉花质量检验体制改革方案》通过
国务院批准，方案明确要求研制全国棉花色特征图及其应用软件，制定适应仪器化检验的棉花质量标准及相关技术。据此，相关部门对标准进行了修订，并颁布了棉花（细绒棉）国家标准（GB1103-2007）。该标准增加了采用大容量棉花纤维测试仪（HVI ）检验的长度、长度整齐度等物理指标，仍然保留了棉花品级指标。由于HVI 可实现长度、长度整齐度等指标的检验，而无法检验棉花品级，因此，棉花质量检验体制改革还没全面实现棉花质量仪器化检验目标。
然而在棉花收购加工和贸易等环节，客观上需要快速又准确的品级检验标准和方法。为实现这一目标，迫切需要推出棉花颜色分级指标。
2004年开始，中国纤维检验局牵头开展了棉花颜
色分级体系的研究，并进行新一轮的标准修订。
2012年即将发布的新版标准的核心内容是对棉
花品级指标进行改革。棉花品级是由棉花的色泽特征、成熟度和轧工质量来综合判定，HVI 无法检验棉花品级，但可以对反映棉花颜色特性的反射率和黄度指标进行测试。
这些定量的检验方法和标准的发布，为我国棉花检验提供了方法依据，促进了检验技术的发展。但总体上来说，我国棉花检验技术的发展滞后于国际先进水平[15]，利用色特征指标对棉花纤维品质进行分级来替代传统的目测分级还有许多需要研究的方面。
2棉花纤维品质主要指标的研究
棉花纤维结构特性由棉花纤维主要质量指
标来具体体现的。多年以来，研究者们对棉花质量指标开展了深入研究，已被广泛使用的指标达数十个，但对纺纱性能影响较大的主要有：长度、长度整齐度、断裂比强度、断裂伸长率、细度、成熟度、麦克隆值、反射率和黄度等。
2.1长度
检验纤维长度的方法很多，大致可分为逐根
测定法、分组测定法和不分组测定法三大类[13]。分组测定法能得到主体长度、品质长度、短纤维率、基数等。不分组测定法是直接测量一束纤维的长度值，能得到手扯长度、光电长度、分梳长度、跨距长度和上半部平均长度等。以上几项长度指标均系棉花纤维代表长度，除分梳长度仅在考种时应用外，其他几项都是常用指标[18-19]。但由于它们各自的测试方法、对象和标准不同，使得同一棉样采用不同长度指标得到的代表长度有一定差异，这种差异，随棉样类型而变化，一般情况下，它们大体符合下述长短差异关系：品质长度＞分梳长度＞手扯长度与光电长度＞主体长度＞上半部平均长度（2.5%跨距长度）＞50%跨距长度[15,20]。
手扯长度是我国棉花标准GB1103-1999规定的长度检验方法，以1mm 分组[16]。手扯长度测试简便，不需要特殊测试条件，可现场检验，测试结果代表性也比较高[21]。近几年来，我国大力推广
HVI 大容量纤维测试仪，逐步取代人工感官检
验。棉花纤维手扯长度与HVI 上半部平均长度在操作方法、样品取样部位、自身误差和样品整齐度等方面都有所不同[22-23]。
2.2纤维长度整齐度
棉花是由长短不同的单根纤维组成，长度整
齐度就是表示纤维束长度分布情况的一个指标，
454棉花学报24
卷
通常是在测定纤维长度的同时得到的，因长度测定方法不同，长度整齐度也有多项指标，常用的有以下几项：分梳长度整齐度、跨距长度整齐度。由于校准方法的不同，跨距长度整齐度有整齐度百分比和整齐度指数两种。整齐度百分比是指
50%跨距长度与2.5%跨距长度的比值。整齐度指
数是指平均长度和上半部平均长度的比值[24]。
2.3棉花纤维成熟度、细度及麦克隆值
棉花纤维成熟度是一项反映纤维胞壁加厚
程度的重要指标。在纤维胞壁直径相似（如同为陆地棉）的情况下，胞壁愈厚，成熟度愈高。棉花纤维的细度、麦克隆值、强力、强度及染色特征等都与成熟度有密切关系[25-26]。对于成熟系数，一般要求在1.6～1.8；1.6以下认为成熟不好，小于1.0认为成熟很差，会影响纤维强度及染色均匀性等；成熟系数大于2.0，则为过成熟纤维，其纤维捻曲少，不利于纤维间抱合，影响成纱强力[27]。
棉花纤维细度是指纤维的粗细程度，它的直接含义是纤维直径。由于棉花纤维的直径难以直接测定，且衡量棉纱粗细的主要是重量细度，即单位重量的长度，因此目前较多选用重量细度来描述纤维粗细，仅在某些理论研究中需了解纤维直径细度[28-29]。
考虑到细度测试方法繁琐，人们发明了利用棉花纤维对气流的阻力来测试棉花的细度。后来深入研究表明，气流法测试的棉花细度与成熟度密切相关[30]，因此，国际上又制定了一个反映纤维细度与成熟度的综合指标――麦克隆值[31]。对同一品种或类型相近的品种而言，气流仪读数可综合反映纤维粗细与成熟程度。美国的棉花分级标准中“麦克隆值”是重要指标，并规定，自1991年起，实行新的收购价格政策，麦克隆值在3.7～4.2的棉花给以加价；麦克隆值在3.5～3.7、4.2～4.9的不加不扣；小于3.5或高于4.9的因成熟太差或太粗，售价要适当扣减[32]。
2.4棉花纤维强度（力）和断裂伸长率
棉花纤维强度（力）是衡量纤维拉伸特性的
重要指标，对成纱品质有重要影响[33]。在其他物理性能基本相近的情况下，纤维强度越高，纺纱断头率越低、成纱强度越高，织成的布强度亦高、坚牢耐穿[34]。棉纺生产过程中，一般都要求先对棉花
纤维强度（力）进行综合分析，作为指导选配原棉的重要指标。单纤维强力是指单根纤维拉伸断裂时所能承受的最大断裂负荷，也称断裂强力，通常以“厘牛顿”（cN ）表示，我国长期使用的单位则为“克力”（gf ）。单纤维强力取决于纤维粗细与纤维单位面积所能承受负荷（断裂强度）两个方面。由于纤维强力指标本身未考虑纤维细度，难以全面评价纤维拉伸性能，材料之间无可比性。如亚洲棉，由于纤维较粗、单纤维强力一般都比较高，但我们决不能据此认为亚洲棉抗拉伸性能好。断裂比强度是指纤维单位截面积或单位线密度所承受的断裂负荷，该指标考虑了纤维细度，可用来衡量不同类型纤维及纱线的抗拉伸性能[35]。断裂强度因测试方法、标准及夹头与隔距不同，而有多种指标。同种指标因采用仪器不同，结果也不相同[33]。
断裂伸长率是指一束纤维在断裂负荷最大时的相应伸长率，以3.2mm 隔距长度的百分率表示。断裂伸长率表示棉花纤维在抵抗外力拉伸时形变的程度，与纺纱的强力和条干均匀度密切相关。
2.5棉花纤维颜色
棉花的颜色是直观判定棉花质量的重要指
标。到目前为止，几乎所有棉花生产国和棉花消费国都将棉花颜色作为棉花交易的重要指标。由于棉花是中空的椭圆形结构，具有对光线的折射和反射能力[36]，所以可以用物理学上的反射率和黄色深度（简称黄度）两个指标来表示。其中，反射率表示棉花对光的反射程度，黄度则是评价棉花白度差别的物理量[35]。棉花一般带有一定的黄色，带黄色愈重则白度愈低。
上述棉花质量指标均是目前国际上被生产和纺织普遍使用的质量指标。经过上百年的积累，棉花质量指标的评价出现了手段多样、指标细分的特点。相同的测试质量指标，由于测试手段和方法不同，相互关系十分复杂，很难有物理上和统计上的明确关系。快速的、不分组的测试方法应该是目前棉花质量评价的趋势和发展方向。
3棉花色特征指标（Rd 、+b）评价的研究
在相当长的时间内，棉花颜色是评价棉花品
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中国棉花纤维品质检验和评价的研究进展455
质最主要的质量指标。色度学研究的深入，使得亮程度和色调深浅度的差异，棉花反射率与棉花用反射率Rd （明度指标）、黄度+b（饱和度指标）质量呈正相关关系。依此将DISK 测色仪上的孟这两个色度学的物理量来定量描述棉花颜色成塞尔明度更改为反射率（Rd ）、色度更改为黄色深为可能。随着科技水平的进步，HVI 大容量纤维度（+b），以反射率划分棉花等级，以黄色深度划测试仪逐步取代人工感官检验，几个主产棉国和分棉花类型[6,37-38]。色度学测试仪器的研制成功，为纺织生产大国就色特征的定量评价、色特征与其色特征的分级定量化提供了可能。美国在20世他质量指标间的关系开展了积极的研究。
纪60年代发布了棉花色特征图，随后的40多年3.1国外棉花色特征指标（Rd 、＋b ）的研究中，通过对类型和等级的不断细化进行了大量试最早开展棉花色特征研究的国家是美国，从
验和研究，修改了原色特征图，进一步提高HVI 20世纪30年代开始根据孟赛尔色系使用DISK
检验和感官检验的相符率[37]。目前美国棉花色特测色仪测量棉花颜色。20世纪50年代改用尼克征分白棉、淡点污棉、点污棉、淡黄染和黄染棉5逊-亨特棉花色度计，并与DISK 测色仪进行对个类型(图1b) 。不同类型又分成若干个级，目前比试验。结果表明不同棉花的区别在于颜色的明
共有30个级[39]。
3.2国内棉花色特征指标（Rd 、＋b ）研究个类型。不同类型又分成若干个级，共有30个我国对棉花色特征进行比较系统的研究始
级，也绘制了色特征图。上述研究是对建立我国于20世纪90年代，宣哲文[40]根据我国17个产棉棉花色特征分级和绘制色特征图进行的有益尝省仿制的品级实物标准存放5年色特征变异情试。但是，这些研究的缺陷是从品级实物标准的况，提出了将我国棉花色特征分为灰棉、白棉、黄角度入手，而不是建立在对我国棉花质量进行系棉、深黄棉4个类型，不同类型又分成若干个级，统、全面的研究的基础之上。加之当时国家对于共有25个级，并绘制了色特征图。王德络先生[41]棉花仍然实行统购统销政策，棉花标准修改的大根据我国棉花品质调查的试验数据，参照美国棉环境、大气候不具备[17]。90年代后期，棉花产业链花色特征图，提出了将我国棉花色特征分为白棉的各个环节，对改革我国棉花标准呼声极高，国（灰棉）、淡点污棉、点污棉、淡黄染棉和黄染棉5
家棉花流通体制的改革也全面深入，国产化的仪
456棉花学报24
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器设备研制成功，这一切表明，着手棉花质量标准的深化改革，就变得既十分迫切，又顺理成章。
2002年我国启动棉花检验体制改革，从此才开始
大规模使用大容量棉花纤维测试仪（HVI ）来检测包括棉花色特征在内的诸多指标。在这之前，我国棉花检验基本以感官和物理检验为主，只有个别单位有HVI 设备或其他测色仪，一般仅限于研究使用。目前我国棉花色特征检验主要依据
GB1103-2007《棉花细绒棉》。该标准中的色特征
图，借鉴了美国棉花色特征图的原理和使用情况，经过连续几年大量检验和调查数据验证后，根据我国棉花色特征值Rd 、＋b 分布情况，并结合国棉质量特点和生产、加工、检验、使用等环节，将我国棉花色特征分成白棉、淡黄染棉、黄染棉3类共13个颜色级，每一色特征级包括一定范围的(Rd，＋b) 值，在以Rd 为纵坐标、＋b 为横坐标的图上画出，用于HVI 设备对棉花色特征进行快速检验，并具有较高的科学性和中国本土特色(图1a) 。但是美国棉花色特征图已使用了五十多年，而国内色特征图诞生只有几年时间，还需要不断完善。
3.3棉花纤维质量指标与棉花色特征指标（Rd 、+b）的关系研究
国内外对棉花色特征指标（Rd 、＋b ）与棉花
纤维质量指标的关系的研究都较少。1988年中国纤维检验局联合中国农业科学院棉花研究所，在全国14个产棉省开展中国棉花色特征和品质调查试验工作，该试验共选择28个陆地棉品种，每个品种依据当地生产习惯，间隔10d 采摘一次，共采摘688份棉样[42]。结果表明棉花的反射率和黄度指标与棉花的长度、断裂比强度和麦克隆值指标之间的关系存在如下特点：（1）反射率与棉花的长度、断裂比强度和麦克隆值指标之间呈极显著正相关；(2)黄度与棉花的长度、断裂比强度和麦克隆值指标之间呈极显著负相关；(3)反射率与棉花的长度和断裂比强度呈线性相关；(4)黄度与棉花的长度和断裂比强度呈非线性相关。
但是，棉花的反射率和黄度与棉花麦克隆值呈非线性极显著负相关与文章中对麦克隆值数据处理的方法有极大关系，个人认为在理论上存在一定的问题。因为国家标准以及纺织行业对于
麦克隆值的评价，不是线性的；也就是说，不是麦克隆值越大，棉花适纺性能越好，而是在3.7～4.2范围的麦克隆值，棉花适纺性能最好。如何适当处理麦克隆值数据，正确评价二者关系，需要进一步探讨。
4展望
随着科学技术的发展和检测技术的进步，国
家棉花标准改革不断深入、逐步与国际标准接轨，棉花质量评价也从定性向定量、从人工感官向仪器化检验发展，这使得棉花色特征研究变得十分迫切。鉴于棉花色特征和棉花纤维品质气象生态模型的研究现状，笔者认为，在前人研究成果的基础上，可以开展以下方面的研究工作。
一是棉花纤维质量的形成受品种遗传特性、环境条件、栽培技术等多种因素影响，研究色特征指标与棉花主要质量指标的定量关系，依此建立色特征与主要质量指标如长度、比强度和麦克隆值的统计模型，以及基于气象生态因子的色特征模型，可以从气象因子和主要纤维质量指标两个角度来动态预测棉花色特征指标的年际变化，为合理棉花纤维品质布局提供理论依据。
棉花是作物模型研究中开始较早和发展较快的作物之一，其中以棉花生长模拟模型研究较多[43-50]。棉花纤维品质形成模拟模型是棉花生长模拟模型的一个模块，是棉花生产智能化管理不可缺少的重要组成部分。棉花纤维品质气象生态模型作为棉花纤维品质形成模拟模型的基础取得了很多的研究成果。国外学者Junaedi [51]提出了气象生态因子对棉花纤维长度、比强度、麦克隆值的影响的回归模型。Barker [50]和Wanjura [52]用线性回归方程解释了铃期温度对棉花纤维长度和麦克隆值的影响，认为铃期温度对棉花纤维长度和麦克隆值有显著的影响，并提出了用铃期温度预测铃期棉花纤维长度的模型。Bernhardt [53]提出了2个预测棉花纤维品质指标的多元线性回归模型，模型以降水、气温和相对湿度作为自变量[53]。Heskenth [54]提出了铃期温度与棉花纤维比强度的关系模型。McClendon [55]提出了由于天气条件而引起棉花纤维品质下降的时间积分模型。国内胡延馨、周治国、余隆新、王学德等也提出了
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气象生态因子对棉花纤维品质指标影响的回归模型[56-60]。葛知男、胡延馨、陈金湘等利用气象生态因子与棉花纤维品质指标的灰色动态模型来预测棉花纤维品质[61-62]。马富裕[63]提出了棉花纤维品质性状的空间分布模型。赵文青等[64]研究得到棉花铃期日均最低温、日均最高温和相对湿度、夜均温和日均降水量分别是影响棉花纤维长度、比强度、麦克隆值的关键气象因子，并建立了棉花纤维主要品质性状的气象生态模型。综合气象生态因子对棉花纤维品质性状的影响模型，可分为三种类型：第一类是回归模型，包括多元线性模型、多元非线性模型和多元积分模型；提出这类模型以Junaedi [51]、Wanjura 和Barker [52]、Hes-
kenth [54]、Reddy [65]、王学德[60]、胡延馨[56]、周治国[57]、
余隆新[58]为代表。第二类是灰色动态模型，以葛知男[60]、陈金湘[62]为代表。第三类是非线性模型，如
Wanjura 和Barker [52]提出的指数模型，马富裕[63]提
出的空间分布模型。上述模型各有其优缺点，其中第一类回归模型是以棉花纤维品质性状为因变量，以气象生态因子为自变量；模型机理性不强，回归系数多变，影响了模型推广性和实用性。但回归模型能充分考虑多种气象生态因子综合作用，在实际工作中多被采用。第二类灰色动态模型形式复杂，影响了模型实用性。第三类非线性模型在实际工作中运用较少，但模型机理性较强，形式灵活多样，可以较大程度地考虑品种特性、环境因素、栽培方法等多种参数对棉花纤维品质的影响，因此具有较强的预测性和解释性。
综上所述，由于气象生态因子指标很多，不同学者提出的影响棉花纤维品质指标的关键气象生态因子不一样，所建立的棉花纤维品质气象生态模型的形式也不一样。特别是这些模型，重点研究是棉花长度、比强度和麦克隆值这三个指标，对棉花色特征这个国际上重要的贸易结价指标没有涉及。
二是地理信息系统（GIS ）是信息技术与农业科学相结合的产物，国内外在作物生产系统研究方面已经取得了重大进展[66-71]。从国内外发展趋势看，利用时空动态知识库的判断决策功能与
GIS 的空间信息管理功能相结合建立生产管理地
理信息系统，具有较大理论价值和应用前景。GIS
与棉花生产管理结合的研究，主要集中在棉花生产布局、棉花生产潜力和基于知识模型与生长模拟模型的棉花生产专家系统等方面。目前，将GIS 与棉花纤维品质预测和区域布局相结合特别是利用棉花色特征来预测和评价区域棉花质量的研究较少。未来的发展方向是利用色特征的气象生态模型对各生态区域进行分析，在此基础上建立中国棉花纤维品质的分类分级系统，结合GIS 平台，实现对棉花纤维品质指标和棉花纤维色特征的空间区域评价与预测，更好地为我国棉花纤维品质的宏观决策服务。
三是利用棉花纤维色特征区域分布的研究结果，结合我国棉花生产和纺织需求，制定棉花纤维品质优势生态区域布局、优质棉生态育种方案和进行优质棉栽培技术改进等方面的基础研究。为实现棉花品质优化种植，保证原棉品质多样性、质量一致性提供宏观信息，为棉花精确生产管理和纺织部门精确生产调度提供服务，将具有很大的研究价值和实践意义。
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