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28中国纤检 2023年 8月 纤质量监测Fiber Quality Monitoring1 引言棉花是仅次于粮食的第二大农作物，全国有近1亿从业者的主要收入来源于棉花，棉花经济价值对从业者的生活以及地区经济发展有着决定性作用。棉花品质是决定棉花经济价值的根本因素，因而在收获、加工、流通和仓储过程中棉花品质如何变化以及如何保护棉花品质成为领域研究热点1-5。多年以来，领域专家建立了包含数十个指标的棉花品质评价体系，为精准衡量棉花单项品质提供了保障6-8。但细分品质指标众多、既相互孤立，也相互耦合，在不同阶段互有优劣，难以反映棉花综合品质高低。因此，如何度量棉花综合品质已经成为棉花采收、加工、流通和仓储领域亟待解决的问题。国内外专家学者对棉花综合品质进行了相关探索。如：孙鲁云等基于层级分析法和熵权法，利用颜色级、长度、整齐度、断裂比强度、马克隆值和轧工质量6项细分指标建立棉花质量指数，并使用20132019年棉花公证检验网数据分析了国内棉花质量分布情况9。Bour-land 等对加工过程中棉花综合品质的变化状况研究，分别赋予长度、马克隆值、整齐度和强度以0.5、0.25、0.15 和 0.1 的权值，构成综合指标 Q-Score，但指标选择和权值设定均缺乏科学依据10；张成梁等以 9 项品质为优化目标，利用遗传算法求解多变量数据模型，将杂质面积降低了7%，上半部平均长度提高了2%11；周万怀基金项目：安徽省重点研究与开发计划（202104a06020014），兵团财政计划项目（2020AB006-1）锯齿加工细绒棉综合质量指数构建与验证研究文/周万怀 赵倚天 汪冬菲 李浩 李庆旭摘要：本文从经济价值角度构造了一种锯齿加工细绒棉综合质量指数。提出根据颜色级、长度、强度、马克隆值、长度整齐度、轧工质量和异性纤维计算样本经济价值，以最高等级锯齿加工细绒棉的经济价值为比对标准构造综合质量指数。利用20172021年棉花公证检验数据对模型回溯验证。结果表明：新疆、黄河流域和长江流域三大棉区样本平均综合质量指数分别为0.85494、0.84520和0.83893，标准差分别为0.01477、0.01591和0.0166，主产区棉花综合质量从高到低依次为新疆棉区、黄河流域棉区和长江流域棉区；在全国范围内，综合质量指数在区间0.9,1.0内的样本占比约为1.14%、区间0.80,0.90）内的样本占比约为98.45%、区间0.70,0.80）内的样品占比约为0.42%、其他区间样本占比为0.00%，表明国产高品质棉花供应不足、中高端品质棉花供应充足、基本避免了低端和中低端棉花，客观地反映了棉花质量分布状况。该方法既可用于评判单一棉包综合经济价值，也可衡量批量棉花综合质量，同时还具有衡量区域、国家棉花综合质量的潜力。关键词：锯齿加工细绒棉；综合质量指数；棉花品质；经济价值 等研究了棉花品质在典型锯齿加工工艺流程中的变化规律，提出基于棉花市场定价规则构造棉花综合品质指标12；许乃银等选用长度、整齐度、比强度、马克隆值和颜色级5项指标构建棉纤维综合评价指数，5项指标的权重分别为0.451、0.173、0.285、-0.117和-0.52613。综上，既有研究多从棉花应用价值角度构建棉花综合质量指数，其模型对纺织阶段指导意义重大，但对棉花采收和加工阶段指导意义不够清晰。本文主要从棉花经济角度出发，结合棉花目标价格政策与棉花贸易顶级定价机制，提出基于棉花贸易计价指标构造棉花综合质量指数（Comprehensive cotton quality index,CCQI）。与现有方法更关注棉花应用价值不同，本文所提出的方法更关注棉花经济价值，但也保持了与棉花应用价值的衔接，对棉花采收和加工过程中的棉花品质保护指导意义重大。2 材料与方法2.1 试验材料试验样本为20172021年5年部分公检样品。样本总量113880774个，覆盖了新疆、黄河流域和长江流域三大棉区12个省份、56个实验室的公检数据（样本分布情况见表1），各实验室检测数据记录条数从34条至13119144条不等，其中100条以下占比3.6%，100500条占比9.1%，5001000条占比5.5%，1000条以上占比81.8%，绝大部分实292023年 8月 中国纤检 纤质量监测Fiber Quality Monitoring验室检测记录条数较多，确保了样品覆盖范围具有充分的代表性；此外，新疆、黄河流域和长江流域三大棉区的样本量分别为110510913个、3136765个和233096个，对应样本占比分别为97.041%、2.754%和0.205%，这与我国棉花种植与产量分布吻合度较高。综上可见，无论是样本数量还是样本分布，均具有充分的代表性。表1 按棉区样本量分布2.2 CCQI构建锯齿加工细绒棉质量差价表（简称差价表）是由中国棉花协会制定与发布的棉花贸易定级定价规范，具有广泛的影响力和权威性，差价表中的颜色级、长度、马克隆值、断裂比强度、长度整齐度、轧工质量和异性纤维含量7项计价指标不仅影响棉花的经济价值，还分别从不同的角度体现棉花的应用价值，基于以上指标构建CCQI必然具有较好的普适性和科学性。假定棉花基础经济价值为EV0，指标i对棉花单位经济价值的调节范围为EVi-min，EVi-max，其中EVi-min对应指标i为最低等级时棉花单位经济价值调减额度、EVi-max对应指标i为最高等级时棉花单位经济价值调增额度，则最高等级棉花的单位经济价值EVmax可由公式（1）表示。公式（1）假定某棉花样本K的单位经济价值为EVk，指标i对棉花单位经济价值的调节额度为EVi，则EVk由棉花基础经济价值EV0和7项计价指标累计调节额度，如公式（2）所示。公式（2）若以最高等级棉花的单位经济价值EVmax为比较基准，样本k的单位经济价值EVk与EVmax的比值为样本k的综合质量指数CCQIk，则有公式（3）。公式（3）3 结果与讨论3.1 棉区棉花综合质量分析我国棉花目标价格政策对保障棉农收益、稳定棉花生产和棉花价格具有重要作用，是确定棉花经济价值的重要依据。因此，将目标价格视为公式（1）公式（3）中的棉花基础经济价值合情合理，且能够与棉花贸易计价建立关联。根据最新政策，20232025年棉花目标价格水平保持18600元/吨，因而EV0=18600。根据差价表计算各项指标对棉花单价的调节范围，结果如表2所示。7项计价指标对棉花单价的调节总范围为-6900,2550，将其与基础经济价值相加得到棉花经济价值范围为11700,21150，以最大经济价值为基准，求得CCQI的理论取值范围0.5532,1。表2 计价指标对棉花单价调节范围按产区分类样本，并依次计算各产区棉花综合质量指数的基本统计量，结果如图1所示。由均值和中位数两项指标可以看出，新疆棉区棉花综合质量最优、黄河流域棉区棉花综合质量次之、长江流域棉区棉花综合质量最差；由方差可以看出新疆棉区棉花综合质量一致性最好、黄河流域棉区棉花综合质量一致性次之、长江流域棉区棉花综合质量一致性最差；由最大、最小值可以看出新疆棉区样本覆盖范围最大、黄河流域棉区样本覆盖范围次之、长江流域棉区样本覆盖范围最小，这与样本的数量分布状况一致。以上结果与领域先验知识高度吻合，表明本文所提出的棉花综合质量指数对棉区棉花综合质量评价结果符合领域现状。将CCQI取值区间0.5532,1细分为0.95,1.00、0.90,0.95）、0.85,0.90）、0.80,0.85）、0.75,0.80）、0.70,0.75）、0.65,0.70）、0.60,0.65）以及0.5532,0.60）以下9个等级区间，按产区统计各EVmax=EV0 EVi-max7i=1EVk=EV0 EVki7i=1CCQIk=EVkEVmaxEV0=EVki7i=1EV0=EVi-max7i=1序号棉区省份实验室数量样本量/个样本占比/%1黄河流域北京111160.00102黄河流域河北66309830.55413黄河流域河南19770.00094黄河流域山东924884142.18515黄河流域天津1152750.01346新疆棉区甘肃16166150.54157新疆棉区新疆2010989429896.49948长江流域安徽3430390.03789长江流域湖北8801590.070410长江流域湖南211430.001011长江流域江苏31086990.095412长江流域江西1560.0000合计56113880774100指标范围EVi-minEVi-maxEVi-min，EVi-max颜色级-2450300-2450,300长度-1450900-1450,900整齐度-600150-600,150马克隆值-800350-800,350强度-600250-600,250轧工质量-300100-300,100异纤-700500-700,500合计范围-6900,255030中国纤检 2023年 8月 纤质量监测Fiber Quality Monitoring等级范围内样本比例，结果如图2所示。图2 棉区样本CCQI分布区间概况可见，3个棉区在0.95,1.00的最高等级区间内样本量均为0；在0.90,0.95）的次高等级区间内，新疆棉区样本比例为1.1730%、黄河流域和长江流域棉区样本比例均接近为0；在0.85,0.90）等级区间内，新疆棉区样本比例为61.6248%、黄河流域棉区样本比例为45.2327%、长江流域棉区样本比例为29.0584%；在0.80,0.85）等级区间内，新疆棉区样本比例为36.8411%、黄河流域棉区样本量比例为52.8627%，长江流域棉区样本比例为66.2388%；在0.75,0.80）等级区间内，新疆棉区样本比例为0.3448%、黄河流域棉区样比例为1.8618%，长江流域棉区样本比例为4.6719%；在0.70,0.75）等级区间内新疆棉区样本比例为0.0159%，黄河流域棉区样本比例为0.0363%，长江流域棉区样本比例为0.0305%；在0.70以下的区间内3个棉区样本比例均接近0.0000%。根据以上分析可知：一方面，三大棉区样本CCQI均主要分布在 0.80，0.90）的区间范围内，比例均不低于95%，说明近5年国产棉花总体质量中等偏好，且一致性较好；另一方面，新疆棉区棉花质量优势突出，不仅在0.85，0.95）的中高档区间内样本比例远大于黄河流域和长江流域棉区在此区间内的样本比例，在一致性方面也优于其他两个棉区。最后，总体而言，国内高品质棉花比例较少，在0.90，1.00 区间范围内的样本比例仅为1.173%，这说明高品质国产棉数量严重不足，这也是近些年来国内棉花产业的现状与症结。3.2 主产省份棉花综合质量分析按省份分析时，由于北京、湖南、河南和江西四省市样本数量均在1200以下，占比均低于0.001%，样本覆盖范围和均匀性都存在极大偶然性，因此后续分析将其排除在外。对其他省份样本逐一计算CCQI，并进行统计分析得到基本统计量如图3所示。图3 各省份样本CCQI统计量由均值和中位数两项指标可以看出，甘肃和新疆棉花样本CCQI位居前两位；黄河流域的天津、河北和山东3省份的棉花综合质量均低于甘肃和新疆棉花综合质量，且均不低于长江流域的安徽、湖北和江苏3省份棉花综合质量；由方差可以看出，在一致性方面新疆棉区的新疆和甘肃两省市棉花一致性最好（方差最低），黄河流域的天津、河北和山东3省份的棉花质量一致性均低于新疆和甘肃，且高于长江流域的安徽、湖北和江苏。以上结果与领域先验知识高度吻合，表明本文所提出的棉花综合质量指数对棉区棉花综合质量评价结果符合领域现状。在0.95，1.00、0.90，0.95）、0.85，0.90）、0.80，0.85）、0.75，0.80）、0.70，0.75）、0.65，0.70）、0.60，0.65）以及0.5532，0.60）以下9个等级区间内统计各省份样本分布情况，结果如图4所示。可见，在0.95，1.00的区间范围内各地均无对应样本。在0.90，0.95）的区间范围内，新疆样本比例为1.1792%、甘肃样本比例为0.0681%、其他各地均为0.00%。在0.85，0.90）的区间范围内，各地样本比例分别为：甘肃82.4464%、新疆61.5080%、山东49.3586%、天津42.1150%、安徽32.2870%、河北30.8240%、湖北29.6286%、江苏27.3222%。在0.80,0.85）的区间范围内，各地样本比例分别为：甘肃17.3453%、图1 各棉区CCQI基本统计量312023年 8月 中国纤检 纤质量监测Fiber Quality Monitoring新疆36.9505%、山东48.8842%、天津57.3220%、安徽64.0744%、河北66.6511%、湖北64.3521%、江苏68.4882%。在0.75,0.80）的区间范围内，各地样本比例分别为：甘肃0.1393%、新疆0.3459%、山东1.7194%、天津0.5560%、安徽3.6316%、河北1.3931%、湖北6.0056%、江苏4.1362%。在0.70,0.75）的区间范围内，各地样本比例分别为：山东0.0301%、河北0.0611%、湖北0.0137%、江苏0.0524%，其他省市均接近或为0.00%。在0.70及以下的区间范围内各地占比均为0.00%。根据以上分析结果可知：首先，在0.90,1.00的高品质区间范围内，新疆样本比例为1.1792%、甘肃样本比例为0.0009%，其他各地样本比例均接近0.00%，这表明国产高品质棉主要集中在新疆；其次，在0.85,0.90）区间范围，甘肃和新疆样本比例分别为82.4464%和61.5080%，其他省份样本比例均低于50.00%。4 结论本研究从棉花经济价值角度出发，基于差价表构造了CCQI，其理论取值范围为0.5532,1，数值越大棉花综合质量越高、反之棉花综合质量越低。采用20172021年5年间113880774个公证检验样本进行回溯验证。首先，以棉区为单位，分析了新疆、黄河流域和长江流域三大棉区棉花综合质量分布情况，综合质量由高到低依次是新疆棉区、黄河流域棉区和长江流域棉区。其次，将CCQI理论取值范围 0.5532，1划分为9个区间，分析各区间段内棉花样本比例，一方面，就总体而言，CCQI主要分布在 0.80，0.90的范围内，三大棉区各自比例均不低于95%，这体现出近5年国产棉花总体质量中等偏好；另一方面，新疆棉区棉花质量优势突出，不仅在0.85,0.95）的中高档区间内样本比例远大于黄河流域和长江流域棉区，在一致性方面也优于其他两个棉区。区间0.90，1.00范围内的样本比例较低（1.173%），说明高品质国产棉数量严重不足，这也是近些年来国内棉花产业的现状与症结。CCQI既可用于评判单一棉包综合经济价值，也可衡量批量棉花综合质量，同时还具有衡量区域、国家棉花综合质量的潜力。参考文献：1曹吉强,徐红,谢占林.棉花初加工对机采棉杂质及棉结影响程度研究J.现代纺织技术,2019,27(6):21-25.2田景山.新疆机采棉纤维品质影响因素及提质途径研究D.石河子:石河子大学,2018.3Armijo,C.B.,Delhom C.D.,Whitelock D.P.,et al.Eval-uating Newly Designed Lint Cleaner Grid Bars to Remove Seed Coat FragmentsJ.The Journal of Cotton Science,2016,20:356-366.4Van Der Sluijs M.H.J.The influence of row unit settings and ground speed of modern spindle-type harvesters on cotton fibre and seed qualityJ.The Journal of The Textile Insti-tute,2021,112(12):1904-1912.5Wanjura,J.D.,Armijo C.B.,Delhom C.D.,et al.Ef-fects of harvesting and ginning practices on Southern High Plains cotton:fiber qualityJ.Textile Research Jour-nal,2019,89(23-24):4938-4958.6GB 1103.12012 棉花 第1部分：锯齿加工细绒棉S.7GB/T 321392015 棉花加工术语S.8叶戬春.棉纺企业对棉花质量的需求J.中国纤检,2018(1):1-6.9孙鲁云,王力.基于层次分析法-熵权法的中国棉花质量综合评价与分析J.江苏农业学报,2022,38(3):642-649.10Bourland,F.M.,Hogan R.,Jones D.C.,et al.Development and Utility of Q-score for Characterizing Cotton Fiber Quali-tyJ.The Journal of Cotton Science,2010,14:53-63.11张成梁,李雷,董全成,等.机采棉加工过程智能控制与试验优化J.农业机械学报,2017,48(4):73-81.12周万怀,李浩,梁后军,等.锯齿式加工过程中棉花品质的变化J.石河子大学学报（自然科学版）,2020,38(3):276-283.13许乃银,王杨,王丹涛,等.棉花纤维质量指数的构建与WGT双标图分析J.作物学报,2023,49(5):1262-1271.（作者单位：周万怀，安徽财经大学管理科学与工程学院、安徽财经大学棉花工程研究所；赵倚天，中国纤维质量监测中心；汪冬菲、李庆旭，安徽财经大学管理科学与工程学院；李浩，安徽财经大学管理科学与工程学院、石河子大学机械电气工程院）图4 各省份样本CCQI分布区间概况