面对变化的质量及棉纤维品质形成的生态基础与模拟模型研究进展

人与质量推动创新——参加20**美国世界质量与改进大会报告20**年4月28日~5中国质量协会二零零七年五月

由美国质量学会主办的20**年度世界质量与改进大会于4月30日至2日在佛罗里达州奥兰多市桔县会议中心举行。来自美国及中国、香港、加拿大、日本、韩国、印度、墨西哥等20多个国家和地区的约一、20**年度世界质量与改进大会本次会议主题为“人与质量推动创新(FuelingInnovationthroughPeopleandQuality)”。会议主要内容包括大会讲演、分会场发表和质量博览会，还有会前课程培训、学生论文评比、卓越团队竞赛以及美国质量学会一年一度的颁奖活动。1．大会致词、主题演讲及特邀演讲本次会议组委会主席、波音公司整体防御系统部的彼得·安德森先生发表了欢迎致词。彼得先生希望来自各国和地区的质量同行、专家和实践者利用本次会议的全体会议的演讲以及90个分会场发表，共聚一堂分享质量专业的最新动态以及实践经验，为以后工作的实践提供帮助。彼得先生指出本次会议再次举办了团队竞赛，将讲述来自世界各地的成功故事，并在闭幕式中会向优秀的团队颁奖；由于医疗保健质量研究院的参与，本次会议新增了医疗保健行业的分会场，将使与会代表有机会分享该行业的创新话题。国际标准化组织（ISO）秘书长阿兰·布莱顿先生的主题演讲题目为《更大的责任：从质量到可持续发展——国际标准如何帮助你做到这一点》。阿兰先生首先分析了全球的背景，抛出了新的责任：可持续发展。介绍了国际标准化组织在经济发展、环境和谐和社会平等方面所作的贡献，以及全面管理的方法。阿兰先生认为当今世界所面临的形势是：全球村的相互依赖和紧张关系、贸易全球化、气候变化、有限的自然资源和对安全的威胁。他还指出当前出现的新的经济形式和新的技术为交流和沟通提供了便宜，集体智慧的作用大于个人智慧，顾客认知产品的能力超过了公司。质量已经成为公司可持续发展和履行公民责任方面的重要因素。阿兰先生指出国际标准帮助实现可持续发展的途径——通过经济发展、环境和谐以及社会平等相互结合实现可持续发展。具体而言：消除贫穷、促进贸易、优秀实践的推广、电子商务、新技术的传播以及新兴的经济形式推动了经济发展，所涉及的国际标准包括：ISO9000族质量管理体系标准、ISO/IEC17000族符合性评审标准、ISO/IEC29300信息技术标准、办公室应用中的“开放式文件”格式、ISO/TS15000的ebXML文件格式、ISO32500族的PDF文件格式、ISO/TC67全球石油天然气材料和设备标准、JTC1/SC29数字图形和视频的JPEG和MPEG文件格式、IEC/ISO/ITU数字汽车和数字家庭合作标准、ISO/TC229纳米技术标准、ISO/IEC27001信息技术产品服务安全与质量管理标准和其它JTC1标准、ISO22222个人金融计划要求以及ISO针对发展中国家的行动计划。环境管理、生命周期分析、气候改变以及温室气体排放协议、能源利用效率以及再生利用，包括核能和氢能的利用、水、土壤和空气的质量、废物管理等促成了环境和谐，所涉及的国际标准包括：ISO14000族环境管理标准、ISO14064和14065温室气体测量标准、ISO21930建筑产品标准、IEC/TC59家居标准、IEC/TC224水供应和处理标准、ISO/TC197氢技术标准、ISO/TC8船只循环工作标准。消费者保护、劳工保护、健康服务、国家安全、公平贸易、社会责任等保障了社会平等。所涉及的国际标准包括：ISO/COPOLCO儿童安全、老年人和残疾人保护标准条例、ISO/TC199机械安全、ISO/TC94保护设备、ISO/TC159人类环境改造、以及与世界劳工组织合作的OHSMS职业健康安全管理标准、ISO13685医疗设备质量管理标准、ISO/IEEE医疗设备通讯试行项目、ISO/TC212医疗试验室、IWA1医疗健康服务组织改进标准、ISO/IEC19794族生物标准数据交换数据、ISO28000族供应链安全管理标准、ISO22000族食品安全管理标准、以及以后的ISO26000社会责任标准以及20**年公平贸易COPOLCO研讨会。最后阿兰先生指出：所有的组织都处于全球环境之下，只有全面地协调管理问题才能确保组织的可持续发展，并为可持续发展的社会目标作贡献——全面管理的方法，如下图所示。安全安全革新道德社会责任质量知识风险商业延续职业健康安全环境管理国际未来主义、趋势和革新专家吉米·卡罗尔的主题演讲帮助人们和组织理解如何主动地选择明天与今天。吉米先生提醒人们始终保持对影响自己的最新趋势的了解，并通过自我挑战来应对无情的和不断变化的世界。他在分析社会、消费者和生产者之间的问题；人口统计和生活方式的问题；新技术以及经济和商业趋势的等诸多问题时都体现出其批判性的思维和商业性的观点。他的演讲风趣激情、见解深刻和观察透彻。他的研究十分深入，并且尊重顾客的实际情况。他的主题演讲提出了一个新的思路—发掘未来的需求。并提出主动分析未来的人口发展趋势，设想未来的生活方式，挖掘未来可能的消费趋势，从而帮助组织主动理解明天，应对未来。这实质上是对以顾客为中心，追求顾客满意质量观念的创新和升华。把未来学的观点融入质量管理基础理念中，既实用又有启发性。多纳·沙拉拉女士的主题演讲题目为《创新式的领导：多纳·沙拉拉的智慧与远见》。多纳·沙拉拉女士是迈阿密大学的校长，曾任美国卫生保障部部长。她通过其长达25年的学者、教授和政府官员的经历，政治科学、流行病学、公众健康学和教育学的专业知识、（卡特政府时期的）美国房屋城市发展部副部长、（克林顿政府时期的）美国卫生保障部部长的背景使大家分享了她的职业生涯的动人故事和令人钦佩的创新举措。皮特·梅里尔的特邀演讲题目是《你也可以创新》。皮特先生认为传统思维是聆听顾客、追求更大的市场、技术驱动变革、追求的是更高的利润和认可的成功。而创新思维必须先于顾客预测市场，并认识到现在并不存在这个市场，他们认定市场的便捷度决定着变革。你必须为失败做好准备，并且要和大多数组织的运作方式不同。你的最终产品具备便宜、小巧和便捷的特性。我们周围遍布着“便捷驱动创新”的成功范例，如数码相机、掌上电脑、网络卡片、燃料电池以及内窥镜手术。许多西方公司由于追求回报期而扼杀了创新。作为最成功创新公司的施乐公司，其新产品回报期是7.5年。而中国和印度（被皮特先生称为潜龙）因为较低的收入、较低的品牌忠诚度、喜好廉价的消费品、以及较低的生产成本，所以更容易实现创新。创新在于运用新的知识创造新产品和新服务。新知识的发现需要有一个成功的组织和业务流程，需要完美的管理体系。PDCA循环的每个环节都可以产生新知识，但是新知识只能在最后的测量与改进阶段体现出来。有效的管理体系借助知识管理可以提升组织的能力。组织需要利用“网络理论”来管理知识。知识管理已经被认为是金钱、时间和人员之后的第四种资源。人员、过程和技术的平衡是成功的关键。我们必须增长知识、创新见解才能够开拓创新、获得竞争优势。每个人都可以在这个过程中发现自己的角色：创建者、联络者、开发者和实施者。创建者善于挖掘需求和机遇，联络者善于培养和汇集创意、开发者实施创意的设计、实施者将创意商业化。美国质量学会斯蒂芬·海克的特邀演讲题目为《创建一个野狗群：追求绩效的改变》。斯蒂芬先生认为组织处于一个不断变化的世界之中，无论是社会的结构调整、市场的统一、技术的变革、物质的丰富、政治制度和民主的进步都将是影响组织的因素。组织追求的战略不应只是标准化式改进和持续改进，而应是阶梯式的改进。参与组织改进的领导者和经理人应该从过去的社区方式（有共同利益、经验和思维方式的群体）和团队方式（为实现特定目标而形成的群体，高绩效的团队还具有专有的特性）转变为群落方式（为实现特定目标而组成的具有共同目的、清晰愿景、顽强精神的群体）。由于野狗不但具有坚强的毅力、坚定的目标、顽强的适应能力，而且还具有共享的领导团队和集体精神，所以他们比狮子和猎豹拥有更高的捕食成功率。像耐克、英特尔、酷狗、苹果以及NASA都是野狗群落方式的典型代表。2．ASQ奖项颁布美国质量学会每年都进行评奖，褒奖全世界在质量领域取得了杰出业绩、显示了超凡才华、以及付出了艰辛和努力的质量精英们，并在大会上分享他们成功的经验与愉悦，从而鼓励和吸引更多的有识之士致力于前景无限的质量事业。经ASQ评奖委员会按评奖程序评定，在本次大会上颁布的2006年各奖项情况如下：戴明奖章：授予具有杰出领导才能，能够结合统计思想和管理艺术，提升产品和服务质量的个人。2006年度戴明奖章授予皮特·斯科尔茨。他激励同事积极参与组织的变革，并使他们理解成功的领导需要对变异的知识、心理学、系统解决问题的方式以及知识理论的综合利用。费根堡姆奖章：授予通过为人类的贡献表现出了杰出领导和专家的特质，以及在质量领域的潜质的年轻质量专家。2006年度费根堡姆奖章授予贝拜科·南达。他被公认为质量领域的专家。这体现在他为自己的组织所带来的成功、他的质量著作及学术论文，以及他担任专业社团的领导和志愿者时所做的贡献。弗洛伊德-马奎尔特奖章：授予推动组织内管理体系标准发展的个人。2006年度弗洛伊德-马奎尔特奖章授予杰夫雷·虎珀。他在管理体系标准的内容以及标准化流程的开发上都有重大影响。他对质量原理和实践的清晰理解提升了管理体系标准。他引入的现代项目管理使国际标准化流程取得了重大进步。格兰特奖章：授予质量教育课程的开发与教学领域的杰出领导。2006年度格兰特奖章授予狩野纪昭[日]。作为一个质量管理领域的教育家、演讲者、作家和顾问，他具有教科书般的职业生涯。他的指点改进了世界上无数组织的绩效质量，影响了企业领导的领导质量，提高了世界质量专业人员的能力。朱兰奖章：授予有卓越领导能力，始终是组织的掌舵人、对实践活动亲历亲为、并表现出管理上的突破思维的个人。2006年度朱兰奖章授予约翰·哈迪博格。作为佛罗里达电力照明公司董事长兼CEO，他表现出非凡的领导力，并带领组织实践了质量管理原则，获得2006年日本戴明奖，并带领组织参与了美国波多里奇奖的创奖活动。兰卡斯特奖章：授予对质量专业协会做出突出贡献的个人。2006年度兰卡斯特奖章授予穆哈默德·扎伊利[欧]。他在担任欧洲全面质量管理中心的领导期间为中心做出了巨大的贡献，为世界各国传输质量管理概念，率先在英国开展标杆水平对比，在实践中完美地应用了管理思想。沙宁奖章：授予研究和应用最新统计方法，解决了产品和服务质量的有关问题的个人。2006年度沙宁奖章授予赤尾洋二[日]。通过质量功能展开方法的创新、发展和提高，满足顾客需求、企业要求和技术能力，他的卓越贡献解决了产品和服务设计的实际问题。休哈特奖章：授予对质量控制科学和技术做出最卓越贡献，或在当今质量控制领域表现出卓越领导力的个人。2006年度休哈特奖章授予威廉·米克尔。他通过质量功能展开方法的创新、发展和提高，满足顾客需求、企业要求和技术能力，他的卓越贡献解决了产品和服务设计的实际问题。布鲁堡奖：授予对质量控制在工业领域的应用有杰出的论文或著作的作者。2006年度布鲁堡奖授予韦廉·伍道尔。他在可靠性统计理念和方法的研究、应用、教育和领导方面做出了卓越的贡献。本次会议还公布2006年11月当选的ASQ董事会特别会员。共计17名，其中包括香港质量学会的唐伟国会长。二、中国质量学会与美国质量学会的会谈20**年5月1日上午，赴美参加“世界质量与改进大会”的陈邦柱会长率中国质量代表团在美国奥兰多市罗森中心酒店261会议室会晤了美国质量学会（ASQ）主席龙生先生、当选主席迈克尔先生、全球市场发展部部长谭志华先生以及亚太区总经理吴国瑞先生等人。陈会长基于马林秘书长去年赴美提出的合作提案，介绍了一年来我会在双方合作方面的所做的努力与成果，并提出了进一步的切实可行的合作方案。包括：1、共同举办有影响的活动，促进中美双方优秀企业间的标竿学习和互利合作。2、合作转化并开发适用于中国企业的培训课程，促进先进质量方法在中国企业的应用。3、合作编辑出版《质量进展》杂志中文版，扩大双方在华语国家和地区质量界的影响力。ASQ高层领导在认真听取陈会长的介绍和合作方案之后，龙生主席代表ASQ董事会指出：通过一年来CAQ所做出的努力和双方的相互了解，ASQ完全树立了与中国质协合作的信心。原先认为可能需要2年半的磨合期已经提前结束。并宣布双方将进入培训和出版等合作的实施阶段。龙生先生向陈会长介绍了ASQ新主席迈克尔先生，并责成美国质量学会全球市场发展部以及亚太区公司积极推动双方下一步的合作事宜。三、参观华盛顿国家印钞厂和费城造币厂华盛顿国家印钞厂和费城造币厂分别在华盛顿市区和费城市区内，都有二百年的历史，为美国等国家生产纸钞和硬币以及邮票等有价证券。华盛顿印钞厂有1台双面多色印刷机，4台八十年代的超级凹印机和2台2000年以后出厂的接线凹印机，4条印码和裁封包自动处理线，年生产能力25亿-30亿张之间。生产的美元钞票没有胶印，每大张只有30小张。费城造币厂有5条自动压饼生产线和4条轧花自动生产线，有轧花机77台，有6条质量自动验面机，年生产能力35亿-40亿之间。华盛顿印钞厂和费城造币厂生产现场井然有序，自动化程度较高，尤其是造币厂。四、体会与建议1．重视创新。推动创新（FuelingInnovation）是这次美国质量与改进大会的主题。可以说创新已经是全球的大趋势，美国质量产业也把创新提到了重要位置，但美国质量界在推动创新时，并不追求创新有多么新颖惊人，而是非常重视创新的可操作性和实效性。本次大会的主题演讲提出了一个新的思路—发掘未来的需求。提出主动分析未来的人口发展趋势，设想未来的生活方式，挖掘未来可能的消费趋势，从而帮助组织主动理解明天，应对未来。这实质上是对以顾客为中心，追求顾客满意质量观念的创新和升华。把未来学的观点融入质量管理基础理念中，既实用又有启发性。2．关注服务产业质量。在听取本次质量与改进大会主题演讲和分会场的演讲时，发现大部分质量案例都是围绕服务行业展开，医院、学校甚至政府部门等组织都在引入和推行科学的质量管理理念和方法，由此可以看出，服务业质量在美国具有十分重要的地位，受到更多的关注。这与美国第三产业在国家经济中的地位是相符的。目前，我国也面临着服务业大发展的机遇和挑战，因此我们也应密切关注服务业质量的提升，并学习借鉴美国等发达国家在这方面的趋势。3．发达的质量产业。整个美国质量产业非常发达，其发达的特点之一就是质量中介服务产业非常成熟。本次大会设置的专业展览会涉及软件、培训、审计、咨询等各项领域。除了Minitab、SAS等知名统计软件公司参展外，也有近百家质量中介服务企业参展。其中一家名为NQA的企业，主业非常单一，仅仅限于质量体系审核，但其在整个美国有十余家分支机构，员工数千人，每年公司的营业收入达到3000万美元，而该公司工作人员称自己仅仅是家中等规模的公司，美国质量中介服务的发达可见一斑。另外这次大会的主、分会场共安排了近百场报告和发表，除了少数院校及工厂企业的代表，大部分为质量中介服务机构的专家。这些中介服务组织专业功底雄厚，竞争的服务市场也促进他们不断追求创新，这些质量服务组织已经成为美国质量管理新观点、方法产生的不竭源泉，也正是他们的积极参与和推动，美国的质量产业显得活跃而充满动力。中国质量工作除了学习先进的质量管理方法理念之外，也应该借鉴一些美国推进质量发展的方式和措施，特别是做大做活质量中介服务产业，推动质量产业发展的模式。4．在美国本土，本田、丰田品牌的家庭用车保有量很高，随处可见，但据了解，在美国消费者眼里，本田、丰田品牌汽车仅仅属于大众车，令人惊讶得是同样型号、系列的本田、丰田车在中国被定位为高档车，同样设计构造、同样质量水平的汽车在不同的土地上有着不同的消费形象，除了购买力原因外，应该是国家品牌形象造成了这种差异。中国消费者心目中，日本是发达的国家，代表了先进、时尚，而美国消费者心中日本是新兴的东方国家，代表了严谨、坚忍，国家形象造成了对同一品牌产品的差别认知。据调查，世界500强企业中，有3/4的总裁认为，对某个国家或某个原产地的认同感对他们的采购决策有很大影响。有专家认为，中海油并购美国尤尼克石油公司失败的原因之一，就是美国政治反对势力的抵制，而其中很大一部分是因为对中国国家及中国企业群体的不信任。联想在收购IBM公司便携机业务成功后，西方媒体曾经用这样的图画描述该事件，红色太阳背景下，一群兴奋的红卫兵手持笔记本电脑。西方媒体和消费者对中国产品甚至中国的认知还停留在二十年前。中国企业在走出国门时背负着企业、国家的双重形象，富有诚信，健康、良性的国家形象不仅仅有利于市场的建立，甚至可以推动中国企业更多享受国际资本和技术。实际上“Madeinchina”是一个整体品牌，包涵了民族的文化、国家的形象、企业的口碑等综合内容。国家应该努力建立起系统、宏观的品牌概念，把树立国家整体品牌做为推进名牌战略、打造中国品牌的一项重要内容。5．这次美国之行，令我们印象深刻的不是来之前所设想的美国完备的体制、发达的经济，而是美国无比优越的地理、自然条件，所到之处都气候适宜、林草茂盛，正如美国人自己所说，“这是片上帝都眷顾的土地”。美国拥有非常漫长的海岸线，太平洋、大西洋的暖湿流可以惠及几乎整个美国大陆，气候适宜。其内陆河流、湖泊纵横，水源丰富。平原辽阔、土地肥沃，可用土地面积在70%以上。美国拥有如此得天独厚的基础条件，任何一个民族在这样的土地上发展，其经济都应该会达到一定的高度。因此应该以全面客观的眼光看待美国的发展，而不应一味强调、迷信其制度和体制的优势。美国的现状让我更清楚认识到走中国特色发展道路政策的必然性，我们的政治经济发展道路应该以自身的地理、自然、人文条件为基础，任何的生搬硬套都是行不通的。中国质量代表团20**年5月棉纤维品质形成的生态基础与模拟模型研究进展摘要：棉纤维品质的形成受品种遗传性、环境生态因素和栽培措施的共同影响，具有较强的地域性，使得对棉纤维品质的调控难以综合考虑多因子互作并准确预测品质形成趋势。作物生长模型技术的核心是对生理生态过程及其相互关系的量化和整个作物生产系统知识的综合，进而实现对作物生长的动态预测与辅助调控。本文详述了品种遗传性、环境因素（温度、光照、水分等）和栽培措施（施氮量等）对棉纤维品质的影响，分析了国内外纤维品质模型研究及其应用的现状，认为有关纤维品质形成的生态基础及模拟模型的研究缺乏系统性。因此，深入研究纤维品质形成与生态环境间的定量关系，建立基于生理生态过程的纤维品质形成模拟模型，实现对不同生态条件下纤维品质形成的动态预测，并构建基于过程模型和GIS的纤维综合品质地域分异评价系统，对于完善棉花生长模型、解释纤维品质形成过程，指导生产具有重要意义。关键词：棉花（GossypiumhirsutumL）；纤维品质；生态基础；模拟模型；研究进展棉花是一种全球性的重要经济作物和纺织原料，高度可变的纤维物理性状是纤维加工的基础，影响成纱品质和加工效率[1]。棉纤维长度、比强度、马克隆值（细度、成熟度）是衡量纤维品质优劣的主要指标，随着气流纺等高速、高效棉纺设备的问世，纺织工业要求纤维具有强度高、马克隆值适中、成熟度好等性能[2]。在提高产量的同时改进纤维质量是棉花生产的共同目标[3-4]。棉纤维品质形成是品种遗传特性[5]、环境生态因素[6-9]和栽培措施[10-12]共同作用的结果，统计美国国家品种试验18年的资料认为[13]：纤维长度、比强度、马克隆值（细度、成熟度）的品种变异分别为75.1%、70.9%、25.3%，环境变异分别为15.4%、17.7%、58.8%，品种与环境互作分别为5.7%、11.4%、15.9%。环境改变首先影响纤维产量，前人针对环境和栽培措施对产量影响的研究较为透彻，对纤维品质因响应环境和栽培措施所产生变异的研究则相对薄弱，而决定纤维最终使用价值和经济价值的是纤维的质量并非其数量。因此，研究、量化环境和栽培措施对纤维品质形成的影响，并应用量化的关系指导棉花生产管理具有重要意义。但由于纤维品质形成受多种因素的影响，具有较强的地域性。在不同条件下种植的同一品种棉花，其纤维品质差异较大[14-16]，使得在不同生态区域针对纤维品质形成的生产管理难以综合考虑多因子互作、准确预测生产趋势并量化生产管理技术。近年来，信息技术广泛应用于农业领域，其发展为作物生产管理的现代化和信息化提供了新的方法和手段。其中，作物生长模型技术是作物生产信息化的基础，其核心是对整个作物生产系统知识的综合和对生理生态过程及其相互关系的量化，它不仅能够加强人们对作物生理生态过程的理解和认识，而且可以实现对作物生长的动态预测与辅助调控，在评价多因素对作物品质特性影响方面是一个强有力的工具[17-18]；作物管理决策系统的发展促进了农业生产的现代化，特别是近年来3S（RS、GPS、GIS）空间信息技术在农业领域的应用，大大提高了农业生产水平。因此，深入研究棉纤维品质形成与生态环境及栽培措施间的定量关系，应用信息学技术实现对不同生态条件下棉纤维品质形成的动态预测，构建基于GIS和棉纤维品质形成模型的纤维综合品质地域分异评价系统，对促进棉花生长模型在支持纤维品质调控、估算不同地域纤维品质潜力等领域的应用将具有重要的现实意义。1棉纤维发育与纤维品质形成棉纤维由棉花胚珠外珠被表皮细胞分化发育而成[19-20]，其发育过程根据生理代谢过程的不同，大致可划分为纤维原始细胞的分化和突起、纤维细胞的伸长、纤维细胞的次生壁合成与加厚、脱水成熟四个阶段[21-22]。其中，纤维细胞的伸长发育与次生壁合成和加厚发育有5-10d的重叠期[23]。棉纤维原始细胞的分化是指胚珠表皮细胞分化形成纤维原始细胞的过程，发生在开花前3d到开花当天。纤维原始细胞分化形成后，受物质刺激发育为球状或半球状突起并继续伸长。由于品种和环境等因素的不同，纤维突起时间也有所变化，一般认为长纤维细胞的突起在开花当天，短纤维细胞的突起在开花后4d[24]或在花后5-10d[25]。这一时期纤维的发育主要决定了成熟的纤维是长纤维（早期分化的纤维发育而成）还是短纤维（晚期分化的纤维发育而成）。棉纤维细胞在开花当天开始伸长[26]，此时细胞本身无方向地非极性膨胀，直到纤维的最终直径形成，这一发育阶段确定了纤维细度[27]。开花后2d左右，细胞由非极性膨胀转向极性伸长[22]，伸长动态符合“S”型曲线[28]，开花后5d伸长速率迅速增加，开花后5-15d达最大，此后伸长速率减缓直至停止。纤维伸长持续时间主要取决于品种遗传特性和环境因素，一般认为花后25-35d之间伸长停止[28-31]。在纤维伸长阶段，纤维细胞长度可为其直径的1000-3000倍（直径为20μm），纤维最终长度可达20-30mm，有的可达35-40mm。棉纤维加厚发育期始于花后16-19d[32-33]，随品种遗传性和环境的变化，次生壁沉积也可能开始于花后12-18d。花后30d次生壁增厚速度加快，到花后40d增厚最快，花后40-50d次生壁增厚停止[31,34-35]。纤维比强度取决于纤维次生壁的建成和质量。纤维次生壁内侧在伸长与加厚发育10d左右的重叠期内就开始大量沉积结晶态纤维素[36]。在纤维发育期，转运的碳水化合物除用于呼吸代谢、提供能量外，几乎都用于纤维素的合成[37]。可以推断纤维次生壁的建成和质量与纤维素的合成与积累密切相关[38]。纤维素是由β-1,4-D葡聚糖的单聚体聚合而成[39-40]，纤维素聚合度的增加和纤维胞壁的加厚都是通过葡萄糖残基在纤维素侧链上的联结完成[41]，只有聚合度达到3000以上的纤维素才具备抗拉伸能力，而初生壁的聚合度一般为1000-3000[42]，即在次生壁形成前，纤维无机械强力。关于纤维比强度与纤维素关系的研究以前一直认为纤维比强度与纤维素含量成正比[43]，最近研究纤维比强度的品种遗传性差异与纤维素累积速率关系的结果表明[44]：当棉花纤维素含量达到一定限度后(≥85%)，其对最终纤维比强度的影响较小，纤维比强度的形成主要取决于纤维次生壁加厚期纤维素的累积特性，其中纤维素最大累积速率和快速累积持续期在品种间的变异性最大，前者与纤维比强度呈极显著负相关，后者与纤维比强度呈极显著正相关，且高强纤维的形成是以纤维素平缓累积为基础的。在纤维加厚发育期，随细胞壁厚度的增加，细胞的中腔和外直径逐渐变小，单纤维强力和成熟度逐渐增加，花后25-45d是纤维强度、马克隆值和细度形成的关键时期，花后45d以后纤维各品质性状变化较小[45]。在花后45-60d，棉铃开裂、吐絮。棉铃开裂前，纤维中腔内原生质及水分较多，棉铃开裂后，纤维开始脱水，细胞死亡，由于纤维束从基部到顶部以螺旋方向沉积，纤维脱水产生内应力，引起表面收缩和转曲。成熟纤维的横切面由外向内依次包括初生壁、次生壁和中腔。这一时期，纤维主要发生脱水扭曲等生物物理变化，最终形成成熟纤维，各品质性状不再变化。2影响棉花纤维品质形成的主要因素棉花品种遗传性是决定纤维分化、伸长、加厚及品质形成的直接原因[44]。温度、水分、光照等生态因素显著影响纤维品质的形成[46-47]。此外，纤维品质的形成还受棉株内部和外部其他因素的影响，如棉株生理年龄[48]、外源活性物质[49]和矿质营养[10]等。各纤维品质指标形成的时期不同，形成时涉及的发育过程不同，各因子对纤维品质形成的影响大小及时期也有差异。因此，本文针对主要纤维品质指标（长度、比强度、细度、成熟度、马克隆值），从品种遗传性、环境生态因素（温度、光照、水分）、栽培措施（施氮量）等方面阐述棉纤维品质形成的主要因素。2.1影响棉纤维长度形成的主要因素棉纤维长度是指纤维伸直时两端间的距离，与成纱质量和纺纱工艺关系密切。目前，表示纤维长度的指标主要有：主体长度、品质长度(上半部平均长度)、手扯长度、跨距长度、均匀度、短绒率等。其中，主体长度是指纤维中含量最多的纤维的长度；品质长度(上半部平均长度)是指比主体长度长的那部分纤维的平均长度，在纺纱工艺中，主要用来确定罗拉隔距，因此与纺织工业的关系最为密切。纤维长度与品种遗传性和环境因素的关系一直受到广泛的关注。有研究认为纤维长度主要受品种遗传性控制；也有研究认为纤维长度主要由品种遗传性决定，但也受环境的影响[50]；还有研究认为纤维长度主要受环境的影响[51]。2.1品种遗传性不同，纤维分化及伸长发育的进程有很大差异，纤维长度因此有较大差异。研究表明：陆地棉纤维伸长期一般为25-30d左右，海岛棉在35d左右；且在栽培的棉花品种中，纤维长度各品种间差异也较大，一般海岛棉品种在33mm以上，陆地棉品种在21-33mm之间，而亚洲棉和草棉纤维长度在15-25mm之间[52]。纤维长度虽然主要由品种遗传性决定，但温度、光照、水分、土壤养分等也对纤维长度造成一定的影响，研究表明由环境造成的纤维长度的变异能达到10%-24%[53]。2.1棉纤维长度的形成由纤维日伸长速率（averagedailygrowthrate,ADGR）和伸长发育持续时间（fiberlengthdevelopmentperiod,FLDP）共同决定[54-55]，ADGR越大、FEP越长，最终纤维长度就越长[56]。环境生态因素和栽培措施通过影响FADGR和FLDP来决定纤维最终长度。温度：温度是影响纤维分化与发育的主要因素[57]。纤维伸长发育受温度影响远小于加厚发育，伸长早期（15DPA前）需要较高的温度，后期（15DPA后）与温度关系不大[58-60]；纤维长度和伸长期的变异还与积温有关，与短纤维品种相比，长纤维品种对积温的反应更为明显[61-63]。关于纤维长度形成的界限温度研究也较多，O’Kelly和Carr研究认为[64]：纤维伸长最低温度不能低于14.7oC，过兴先认为15oC的日均温是纤维伸长的下限温度，马富裕等认为日均温在25.4oC时纤维长度达到最长[65]，张丽娟等认为纤维长度适宜范围的最低温度为14.7-20.8oC[66]，周青等认为随发育温度下降纤维快速伸长的起止时间均推迟，快速伸长持续时间缩短，起始伸长速率下降，综合快速伸长时间和平均伸长速率，23.3-25.5oC是纤维长度形成的适宜温度[67]。也有研究认为铃期夜均温对纤维伸长的影响高于日均温而处于首要地位[15,68]。在正常温度范围内，随夜温升高，纤维伸长速率增加，纤维伸长期缩短[8,69]。15-21oC的夜均温可使纤维达到最大纤维长度，高于或者低于这个范围，则纤维伸长起始期推迟，伸长期延长，最终纤维长度缩短[58,68]。此外，气温日较差也被认为与纤维长度呈极显著相关关系[70]。光照：光照对纤维长度影响较大。光照不足使纤维伸长发育条件变差，导致伸长速率减慢，伸长期延长，并使最终纤维长度变短，变短幅度随遮荫程度增加而加大。王庆材等[71]研究表明遮荫会显著降低纤维伸长速率并延长纤维伸长期多达10d。事实上，由于纤维长度形成的时期主要是在纤维伸长期，因此光照强度主要是在棉铃发育20天内对纤维长度有影响，在20天后影响较小。周治国等研究认为纤维长度与花后15-25d的日照时数呈显著正相关关系[72]。Pettigrew在花后7天内对棉花叶片进行遮荫处理后发现纤维2.5%跨长下降了2%[71]。但是光照对纤维长度的影响到底是因为降低了叶片光合速率从而减少了输入纤维的同化物量还是由于改变了棉田冠层小气候而达不到纤维伸长的最佳光温条件目前尚不清楚。土壤水分：水分对棉花的影响研究较多针对产量[73-74]，当水分亏缺导致皮棉产量低于700kghm-2时，纤维长度将受到影响[75]。水分过多时将导致纤维长度显著降低[76]；水分充足时，形成的纤维较长[77]；水分不足则显著缩短纤维长度，水分亏缺程度越大，水分胁迫程度越大，则形成的纤维越短[78]。水分胁迫发生时间对纤维长度的形成也有影响。研究表明，在开花前或者初花期前期，水分胁迫对纤维长度没有影响或影响不显著，但如果发生在开花后或者花后16d内的纤维快速伸长期，纤维长度则显著缩短[79-80]。显然，纤维伸长对水分胁迫的响应与细胞伸长的机理和生理过程有关2.1现有研究普遍认为土壤养分对棉花产量具有深远的影响，其中，氮素不仅是制约植物生长和产量形成的首要因素，而且对改善作物产量、品质亦有明显作用[82]。关于氮素影响纤维长度的研究较多，但存在分歧：早期的研究主要集中在氮肥施用量与最终纤维长度的关系，普遍认为氮素对纤维长度的影响不明显，只有在极高或极低的氮浓度条件下，纤维长度才会有显著变化；近年研究则认为适量施氮、提高氮素利用率及保持适宜的施氮量均可以提高纤维长度[83]。马溶慧等研究表明纤维长度受施氮量的影响达到显著水平，过高或过低的氮浓度造成了叶片碳、氮代谢失衡，导致光合产物的积累与运输受阻，影响纤维长度的形成[84]。施氮量对纤维长度的影响程度在开花期间存在差异，伏桃纤维长度在施氮量间未达到差异，秋桃在适宜或较高的氮素水平形成的纤维长度显著高于低氮水平[85]。2.2影响棉纤维比强度形成的主要因素棉纤维的强度是纤维具有纺纱性能和使用价值的必要条件之一，是决定纺纱强力的最重要因素[86-87]。纤维强度因仪器测量原理与操作标准不同分为单纤维强力与断裂比强度两种类型，其中，断裂比强度又分为零隔距比强度和3.2mm隔距比强度。零隔距比强度主要取决于纤维形态特性、纤维素含量与聚合度、纤维超分子结构三方面，受环境影响很小，但与纺纱品质的关系略低于3.2mm隔距比强度。3.2mm隔距比强度测试结果稳定性较差，但与纺纱关系较好。纤维比强度与品种遗传性和环境因素的关系也是研究的焦点[14-16,87-89]，但结论不尽一致，有人认为在陆地棉的品种中，基本上没有非加性基因存在，即基因决定比强度，环境因素对其影响较小[87]。也有人认为环境造成的纤维比强度变异可达10%-24%[16,88]。2.2纤维比强度的形成主要取决于次生壁加厚期纤维素的累积特性[44,90]，而纤维素合成相关酶以及相关调节酶都是由其自身遗传物质编码的，因此品种遗传性是决定纤维比强度的主要因素。研究表明，品种遗传性不同，纤维次生壁累积的时期及纤维素累积方式也存在显著差异，从而导致了最终纤维比强度的差异[91]。刘继华等研究认为纤维素沉积高峰期后移的品种一般形成高强纤维[92]。束红梅等以纤维比强度差异明显的棉花品种为材料进行研究，发现在纤维发育过程中，纤维素累积特性存在明显的品种遗传性差异，高强纤维的形成以纤维素平缓累积为基础[44]，且高强纤维品种其纤维发育过程中相关酶活性高，纤维素累积速率平缓且快速累积持续期长，而低强纤维品种其比强形成过程中的相关生理特性与之相反[93-94]。2.2温度：与纤维长度、细度相比，纤维比强度对环境更为敏感，纤维比强度与最高温度、平均温度和温度日较差均呈显著的正相关关系[95]。温度通过影响纤维加厚发育的进程进而影响纤维的比强度，其中铃期日均温对纤维比强度的影响较大。花后25-50天24oC的日均温是高强纤维形成的最佳温度[90]，在此温度下纤维素累积量大、累积速率平缓，最终纤维比强度最大；当花后25-50d日均温降低到21oC以下时纤维发育相关酶活性及基因表达受到影响，进而影响纤维素累积，导致纤维比强度显著下降[96]；当温度降到15.0oC左右时，纤维素累积量及累积速率显著降低，最终导致纤维比强度趋于停止[97]。马富裕对棉花花铃期6个气象因子与纤维品质的关系进行了通径分析，各因子对纤维比强度贡献率由大到小依次为≥15oC有效积温、日均温、日温差及最低气温，日均温及最低温[65]与比强度呈正相关。也有研究认为铃期积温与纤维比强度呈明显的正相关，且气温日较差亦影响纤维比强度，当日较差增大时，纤维比强度有增加趋势[98]。周青等研究认为23.3oC是高强纤维形成的适宜温度，随温度提高或降低，纤维比强度均降低[67]。但棉花品种不同，对温度的响应会有所不同[96]。棉花无限开花结铃的习性使纤维品质的形成受不同开花期的环境条件、棉株生理年龄影响较大。晚秋桃纤维发育日均温低于20oC，棉株进一步衰老，纤维素累积速度大幅下降，机体内部生理进程缓慢，导致纤维比强度增长缓慢且最终比强度大幅降低[99]。光照：光照与温度对纤维比强度的影响存在交互作用。在次生壁加厚期，当热量条件满足时，充足的日照可以促进纤维素的累积从而提高纤维比强度；而光照不足会降低纤维中可溶性糖含量，影响纤维素的转化与累积，导致纤维中纤维素含量减少，纤维比强度下降。Kasperbauer研究认为纤维素合成在花后16-19d进入高峰期，并持续到花后32-40d，在此过程中光照对纤维素累积及纤维比强度形成起重要作用[100]。周治国等研究证明日照时数对纤维比强度有重要作用[101]，且花后25-40天的日照时数与纤维比强度呈显著正相关关系[72]。Pettigrew等指出在花后20-30d的纤维次生壁加厚期遮荫会显著降低纤维比强度。王庆材等[102]进一步研究表明在花后21-40d遮荫显著降低纤维比强度，棉铃发育20天内遮荫次之，花后41d到吐絮影响最小，且相同铃龄棉铃纤维比强度降低幅度随遮荫程度增加而增大。土壤水分：土壤水分与纤维比强度关系的研究结果不尽一致。有研究认为土壤水分对纤维比强度没有影响[103]；有的研究认为比强度或随着土壤水分下降而增加，或与土壤水分关系不大[104]；还有研究认为水分充足形成高强纤维，水分不足降低纤维比强度[77-78,105]。2.与土壤养分对纤维长度的影响一样，施氮量对纤维比强度的影响研究也存在一定分歧。早期的研究普遍认为施氮量对纤维比强度的影响不明显。只有在极高或极低的氮浓度条件下，纤维比强度才会有显著变化。近期研究则认为适宜的氮素水平可以提高纤维比强度，而土壤氮素亏缺或过剩均导致纤维比强度的大幅度下降。马溶慧等研究表明纤维比强度显著受施氮量的影响，过高或过低的氮浓度造成了叶片碳、氮代谢失衡，导致光合产物的积累与运输受阻，影响纤维比强度的形成[84-85,106]。适宜的施氮量可以提高纤维比强度[107]。施氮量对纤维比强度的影响因水分条件的不同而异，刘瑞显等研究认为氮素显著影响纤维发育相关酶活性而决定比强度的形成，花铃期短期土壤干旱条件下，适量施氮有利于纤维发育过程中纤维素的合成与累积，复水后，纤维发育相关酶活性仍较高，因此最终纤维比强度最强；而过量施氮增大了棉株的蒸腾失水量，加重了棉株受干旱胁迫程度，氮素不足使棉株遭受土壤干旱与缺氮双重胁迫，难以形成高强纤维[105]。2.3影响棉纤维成熟度、细度、马克隆值形成的主要因素棉纤维细度表示纤维的粗细程度，成熟度指纤维次生壁的加厚程度，马克隆值综合反映了纤维细度和成熟度，三者与棉纺工艺设备的清杂效率、棉纱外观品质、棉纱强力和可纺性有密切关系，是衡量纤维品质的重要指标[86,108]。纤维胞壁主要由纤维发育中沉积的纤维次生壁构成，初生壁和角质只占纤维胞壁厚度的2.4%[109-111]，次生壁的主要成分是纤维素。因此，影响纤维次生壁特性的因素均会影响纤维成熟度、细度和马克隆值[112]。2.3虽然马克隆值主要受品种遗传性的控制，但是是其因环境影响而造成的变异可高达11%-34%[53]。2.3温度：纤维次生壁特性与温度密切相关[63,113-114]，温度可通过调节纤维素的合成及其在次生细胞壁的沉积而影响纤维成熟度和马克隆值的形成[115-116]，尤其是花后25-40d的日均温对纤维细度、成熟度和马克隆值的形成的影响更为显著[15]。棉纤维马克隆值和成熟度随DPA呈线性增长[113]，其变化与开花期、结铃位置等相关的源库调节有关[62,117-119]。温度对马克隆值和成熟度的调节主要集中在播种期对开花期的影响研究[120-121]，因播期而形成的温度变化显著影响马克隆值、成熟度和细度的形成，日均温在26oC以下时，随温度呈线性增长，达到32oC后均下降，32oC被认为是适宜纤维发育及纤维品质形成的温度上限[122]。光照：在次生壁加厚期间，光照不足影响纤维素的累积，最终导致马克隆值下降。在热量条件满足的条件下，纤维加厚发育速率与日照时数呈正相关，充足的日照可促进纤维素淀积，提高纤维成熟度。40%和70%遮荫处理均使纤维马克隆值和成熟度显著下降[123]。不同时段光照对纤维马克隆值形成的影响不同，Pettigrew等指出花后20-30d的纤维次生壁加厚期，遮荫对纤维马克隆值影响最大[71]；周治国等研究证明马克隆值与25-40d的日照时数呈显著正相关关系[72]。土壤水分：土壤水分对纤维马克隆值、成熟度和细度的影响在年际间表现也不一致，但多数报道认为马克隆值随灌溉量的增加而降低[77,104]，细度则有增加的趋势。马克隆值的变化因水分胁迫发生的时间不同而减小或者增加。一些学者研究认为在纤维伸长期，水分胁迫会降低纤维成熟度。还有研究认为如果棉铃发育期温度适宜，土壤水分充足，纤维成熟度会增加，而当灌溉水量增加，马克隆值减小[78]。国内学者研究认为，花铃期65%-75%的土壤持水量对纤维细度形成最为有利[124]。2.关于氮素水平影响棉纤维细度、成熟度和马克隆值的研究较多，早期研究认为施氮量对纤维马克隆值的影响不明显[11,125-126]；近期的研究认为施氮量显著影响纤维马克隆值[127]，如适宜的施氮量可以提高纤维成熟度，调节马克隆值达到较为理想的值[107]；氮素不足对纤维的细度、成熟度均有不良影响[128]；增加施氮量可提高马克隆值[129]，但纤维成熟度降低[12,130]，不同的观点则认为马克隆值随施氮量的增加而逐渐降低[131-132]，提高氮素利用率马克隆值趋于下降[10]。究其原因是早期的研究主要针对某一特定地点，研究结果的区域性较强；近期的研究结果虽然在揭示某一特定环境下施氮量与纤维细度、成熟度和马克隆值关系方面有一定突破，但由于三者形成对环境条件响应的差异，研究结果不尽一致。2.4棉纤维品质性状与主要生态环境因素之间关系研究的综合评述在棉纤维品质的研究中，除针对纤维比强度的研究既有最终值的研究[6-9,15,119,122,133-135]，也有形成过程的研究[30,48,93,96,99]外，其它品质的研究大多针对最终值，关于品质形成的研究较少。由于纤维品质最终值是纤维发育的结果，要调控生产以达到较好的纤维品质就需要从品质形成过程入手，研究其与各因子之间的关系。生产中，品种一定时，同一植棉生态区尽管种植方式、栽培技术措施均可能存在较大差异，但影响棉铃发育的因素主要是以温度、光照为主的气象因子、果枝部位（棉花生理年龄）及施氮量[48,84,99,106,136-137]。关于气象因子和果枝部位与纤维品质之间关系的研究中，已有研究主要通过异地或分期播种试验研究温度或温、光等因子的综合效应[6,15,55,138]，或通过设置温度控制条件[9,122,134]或遮阴试验[7-8,119,135]等方法研究温度或光照因子的独立效应，普遍认为温度和光照是影响纤维品质的主要因子，且当棉铃发育期内温度不足时，光照对温度存在一定的补偿作用[139-140]。大田作物生产中，温度和光照具有同步性，但棉花无限开花结铃的习性，导致不同果枝部位铃温度相同时，太阳辐射量存在差异，随开花期的不同，纤维发育的温、光因子均有不同程度的变化，因此有必要将温度和光照作为一个复合因子来考虑其与纤维品质形成的关系。在影响作物光合产物量的栽培措施中，氮素营养参与作物新陈代谢的所有过程，是光合物质代谢和作物生长的关键性因子[141]。已有关于氮素对纤维品质影响的研究结论或结果存在较大的分歧，这一现象形成的主要原因在于氮素的研究仅从氮肥施用量或土壤含氮量出发，定性地研究氮素对纤维最终品质的影响，没有考虑到土壤形态对化学氮在土壤中的挥发、硝化—反硝化和淋洗作用的影响，以及不同棉花品种对土壤氮吸收能力、以及将植株体内氮转化为产量和品质能力的差异。棉铃对位叶作为棉铃发育的主要“源”，其叶氮浓度直接影响叶片中光合产物的合成和运输[142-144]，可代表氮肥施用量、或土壤含氮量、或植株吸氮量的有效性，更为真实的表征棉花氮素营养的丰缺程度。施氮可通过影响棉铃对位叶叶片氮浓度直接影响棉花的光合能力[84,106,136,145-146]，进而影响纤维品质的形成[84]。已有少数学者采用棉铃对位叶叶氮浓度作为指标开展研究[84,136,147]，但棉铃对位叶叶氮浓度与纤维品质形成之间的定量关系尚不明确。3棉纤维品质模型的研究棉花是作物模型研究中开始较早和发展较快的作物之一，目前，国际上已相继建成十几个机理性较强的棉花生长模型，在生育期预测、器官建成、蕾铃脱落、光合与呼吸作用、干物质积累与分配及产量形成等方面具有较强的机理性和解释性，并已在支持棉花生产管理决策、评价棉花生态系统资源生产潜力，以及优化棉花栽培方案等方面发挥了重要作用[148-163]。棉纤维品质模型是棉花生长模型的一个重要模块，是棉花生产智能化管理不可或缺的重要组成部分。纤维品质气象生态模型作为纤维品质形成模拟模型的基础，近些年已有较多研究成果。国外学者Wanjura和Barker[164]用线性回归方程模拟了铃期温度与纤维长度和马克隆值的影响，认为铃期温度显著影响纤维长度和马克隆值，并在此基础上建立了用铃期温度预测纤维长度的模型。Sequeira[53]等采用分布式延迟算法建立了纤维品质的果枝部位模型。Muhidong[165]综合分析纤维发育中的影响因素，建立了纤维长度、比强度、马克隆值与气象生态因子的回归模型，并在此基础上加入了纤维品质衰减系数模拟天气条件对吐絮后棉铃纤维品质的影响。Bernhardt[166]研究了降水、气温和相对湿度对纤维品质的影响并在此基础上提出了两个预测纤维品质指标的多元线性回归模型。Heskenth[167]提出了铃期温度与纤维比强度的关系模型。国内学者胡延馨[168]、周治国[169]、余隆新[170]等也提出了气象生态因子对纤维品质指标影响的回归模型。潘学标[82]在COTGROW中考虑生长季结束后纤维品质与棉铃发育过程中平均温度的关系，并考虑到棉铃的发育状态，建立了纤维比强度、马克隆值和长度的经验模型。张丽娟[171]从品种、果枝节位、开花期对纤维品质的影响差异出发，多方面论证了纤维长度、比强度和马克隆值与品种特性、气象生态因子的关系，建立了纤维品质的气象生态模型，并在此基础上建立了预测纤维品质和成纱品质的纤维综合品质模型。韩慧君[172]采用A.I.D.和积分回归等方法筛选出影响棉花产量与品质的若干气候生态模型。陈金湘[173]等利用气象生态因子与纤维品质指标的灰色动态模型来预测纤维品质。马富裕[174]、陈兵林[175]等提出了棉纤维品质性状的空间分布模型。其中马富裕[174]以棉铃发育的生理生态过程为基础，通过量化品种效应及水分、日均温和日温差等生态因子对纤维品质指标形成的影响，构建了预测纤维伸长、比强度增加的模拟模型。陈兵林等[175]系统分析了棉花花铃期生理生态因子对棉花纤维品质的影响，量化了棉花品种、棉花空间果枝节位、花铃期日均温、光照长度、土壤含水量、棉株含氮量与棉花纤维品质指标形成的关系，构建了预测纤维长度、比强度、马克隆值、长度整齐度等单一纤维品质指标的时空分布模型及综合指标模型，模型具有较好的预测性、通用性和准确性。现有研究在棉纤维品质气象生态模型方面已取得了一定的成就，为纤维品质形成过程的模拟奠定了一定基础，但从建立纤维品质形成模拟模型的角度考虑，还存在以下几个方面的不足：第一：已有研究的综合性、系统性不足。现有研究一般限定于某个特定的环境条件下，而对不同气候与土壤环境条件下，即较大时空尺度变化情况下温度、光照、土壤氮素等生态因子与纤维品质形成的关系缺乏综合系统定量化的研究。第二：纤维各品质指标形成时期的定义较模糊。已有模型仅用固定的花后天数作为纤维长度形成的时间尺度或以整个铃期的生理发育时间作为纤维比强度形成的时间尺度。第三：统计预测研究相对较多，基于过程的动态量化