運用層次分析法優(yōu)選新疆加工蘋果

郭 靖 ，張東亞 ，劉 珩 ，盧明艷 ，安 鷺 ，陳同森 ，齊 成

（1.新疆林業(yè)科學(xué)院 園林綠化研究所，新疆 烏魯木齊 830000；2.南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京 210000）

運用層次分析法優(yōu)選新疆加工蘋果

郭 靖1，2，張東亞1，劉 珩1，盧明艷1，安 鷺1，陳同森1，齊 成1

（1.新疆林業(yè)科學(xué)院 園林綠化研究所，新疆 烏魯木齊 830000；2.南京信息工程大學(xué)，江蘇 南京 210000）

為給加工蘋果品種資源選擇及其理論研究提供參考依據(jù)，初步優(yōu)選出適于新疆栽培的加工蘋果佳系，采用層次分析法（AHP），建立涵蓋了生長結(jié)果習(xí)性、經(jīng)濟性狀、加工性能、抗逆性等評價因子的綜合評價指標(biāo)體系，對普查的13個品系的生態(tài)適應(yīng)性進行了綜合評價。結(jié)果表明：13個參試加工蘋果優(yōu)良品系的綜合評價值從大到小依次為X1＞X2＞X3＞X4＞X5＞X6＞X9＞X7＞X8＞X10＞X11＞X12＞X13，其中的X1、X2、X3、X4、X5這5個品系表現(xiàn)出了極強的適應(yīng)能力及加工特性。

加工蘋果；生態(tài)適應(yīng)性；層次分析法（AHP）；綜合評價；新疆塔城地區(qū)

2001年，中國蘋果汁出口躍居世界第一[1-2]。在發(fā)展前景良好、經(jīng)濟效益顯著的態(tài)勢下，許多學(xué)者和業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，加工原料的匱乏成為制約蘋果加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸[3-6]。其原因主要如下：第一，加工蘋果基地面積不足，按產(chǎn)能計算，我國用于加工蘋果汁的高酸原料果基地應(yīng)為26.67萬～36.67萬 hm2，而目前國內(nèi)實際建成的基地面積尚不足實際需求面積的2%[7-8]；第二，蘋果品種結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失調(diào)，鮮食果比重太大，缺少加工專用品種[9]；第三，缺乏與現(xiàn)代化集約栽培相適應(yīng)的優(yōu)良抗性矮化砧木。加工原料的匱乏使得許多企業(yè)只能采用鮮食品種的殘次果替代加工原料，而采用殘次果作為原料又會導(dǎo)致果汁酸度低，根據(jù)國際市場標(biāo)準(zhǔn)，一般酸度每提高0.5個百分點，其每噸價格會提高100美元[10]，因此其經(jīng)濟效益受到很大影響；同時，殘次果還會導(dǎo)致果汁中棒曲霉素含量超標(biāo)，引發(fā)食品安全問題[11]。因此，開拓國外市場是我國蘋果生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急[12]，優(yōu)選蘋果加工專用品種迫在眉睫。

AHP層 次 分 析 法（Analytical Hierarchy Process，簡稱AHP方法）是由美國運籌學(xué)家A．L．Saaty于20世紀(jì)70年代提出的一種系統(tǒng)分析與決策的綜合評價方法[13]，是在充分研究人們思維過程的基礎(chǔ)上提出的、比較合理地將定性問題作定量化處理的過程，也是一種將決策者對復(fù)雜系統(tǒng)的決策思維過程模型化、數(shù)量化的過程。應(yīng)用這種方法，決策者通過將復(fù)雜問題分解為若干層次和若干因素，在各因素之間進行簡單的比較和計算，就可以得出不同方案的權(quán)重，從而為最佳方案的選擇提供依據(jù)。1982年，此法曾在中美能源、資源、環(huán)境學(xué)術(shù)會議上首次被介紹到中國[14]，近幾年來，AHP方法已在能源利用[15]、土地資源評價[16]、生態(tài)環(huán)境評價[17]及農(nóng)業(yè)評價[18]等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并在林業(yè)領(lǐng)域生態(tài)環(huán)境[19-20]、林地生產(chǎn)力[21]、森林生態(tài)系統(tǒng)評價[22-23]、林業(yè)生態(tài)工程比較[24-25]、自然保護區(qū)生態(tài)評價[26]及植物景觀評價[27]等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是，有關(guān)AHP方法在果樹優(yōu)選中的應(yīng)用研究卻鮮見報道。為此，借助層次分析評價模型，對13個參試品系的生長結(jié)果習(xí)性、經(jīng)濟性狀、加工性能、抗逆性四個方面進行了綜合評價，以期為加工蘋果品種的選擇提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)塔城地區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)的西北部、伊犁哈薩克自治州的中部，地處東經(jīng)82°16′～87°21′、北緯 43°25′～ 47°15′之間。屬于中溫帶干旱和半干旱氣候區(qū)，夏季較為炎熱，冬季寒冷，春季升溫不穩(wěn)定，秋季氣溫下降迅速，氣溫年變化和日變化大；降水量地區(qū)間分布不均勻，年際變化大，年降水量較多。

2 材料與方法

2.1 材料選擇

新疆伊犁河谷是有名的賽威氏野蘋果的分布地，是世界蘋果的起源地之一，其種質(zhì)資源豐富，自然雜交形成了不同類型、不同品系的各類海棠果。為了優(yōu)選高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗性強的加工蘋果品系，本項目組先后對伊犁河谷加工蘋果的自然資源進行了普查，同時從內(nèi)地高寒地區(qū)引進3個新品種定植于新疆塔城市，優(yōu)選了引種成功、抗逆性強、加工性能好的 X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13作為研究材料，其來源詳見表1。定植的株行距為3 m×4 m，春季定植健壯的八楞海棠砧木，并采集13個參試品系接穗封藏，在4月上旬進行嫁接。試驗采用隨機區(qū)組排列，每小區(qū)10株，重復(fù)2次。

表1 13個參試加工蘋果品系的來源Table 1 Source of the 13 processed apple strains

2.2 研究方法

對13個參試品系采用完全相同的定植方法、嫁接方式和灌溉、施肥、松土除草及病蟲害防治等管理措施，并對其整個生長期的樹體生長、物候、初果年限、生長量、豐產(chǎn)性及產(chǎn)量、果實品質(zhì)、抗旱性、抗寒性和病蟲害發(fā)生等方面的情況進行了試驗研究。應(yīng)用層次分析法對各評價因子及試驗數(shù)據(jù)進行分析，提取對果樹優(yōu)選評價有影響的因子，以生長結(jié)果習(xí)性、經(jīng)濟性狀、加工性能及抗逆性各主導(dǎo)因子為自變量，以因子、準(zhǔn)則多層數(shù)列矩陣的特征向量為權(quán)向量，建立評價公式，最終選擇出加工蘋果的目標(biāo)樹種。

2.3 優(yōu)選評價指標(biāo)的選擇

為了使研究結(jié)果更加合理，在選擇樹種評價指標(biāo)時充分考慮以對加工蘋果有重要影響的經(jīng)濟性狀和加工性能為主導(dǎo)因子，同時還選擇對該體系綜合生態(tài)效益起潛在作用的因子，即對加工蘋果生長具有重要影響的生長結(jié)果習(xí)性和抗逆性因子作為評價指標(biāo)。根據(jù)層次分析法的基本原理和各優(yōu)選評價因子之間的支配關(guān)系，將優(yōu)選評價體系劃分成4個層次，分別形成了如表2所示的加工蘋果品系優(yōu)選評價的遞階層次表。

2.4 評價指標(biāo)模型的構(gòu)建

2.4.1 生長結(jié)果習(xí)性（GR）評價模型

生長結(jié)果習(xí)性是果樹生態(tài)適應(yīng)性的基本評價因素之一，綜合考慮腋花芽結(jié)果（AR）和單株產(chǎn)量（YP），建立的生長結(jié)果習(xí)性評價模型如下：

表2 最佳加工蘋果品系優(yōu)選評價指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)Table 2 Hierarchical structure of the best selection index system for processed apple strains

式中，GR表示生長結(jié)果習(xí)性指數(shù)；WAR為腋花芽結(jié)果的權(quán)重，CA為腋花芽結(jié)果量；WYP為單株產(chǎn)量的權(quán)重，YP為單株產(chǎn)量。

2.4.2 經(jīng)濟性狀（EC）評價模型

經(jīng)濟性狀是果樹生態(tài)適應(yīng)性的重要評價指標(biāo)之一，綜合考慮硬度（HN）和含糖量（SC），建立的經(jīng)濟性狀評價模型如下：

式中，EC表示生長結(jié)果習(xí)性指數(shù)；WHN為硬度的權(quán)重，HN為硬度；WSC為含糖量的權(quán)重，SC為含糖量。

2.4.3 加工性能（PP）評價模型

加工性能也是果樹生態(tài)適應(yīng)性的重要評價指標(biāo)之一，綜合考慮VC含量（VC）和總酸含量（TA），建立的加工性能評價模型如下：

式中，PP表示生長結(jié)果習(xí)性指數(shù)；WVC為VC的權(quán)重，VC為VC含量；WTA為總酸的權(quán)重，TA為總酸含量。

2.4.4 抗逆性（SR）評價模型

抗逆性也是果樹生態(tài)適應(yīng)性的重要評價指標(biāo)之一，綜合考慮抗寒指數(shù)（CR）、旱害率（DR）、相對生長量（RG）和抗病蟲害指數(shù)（DI），建立的抗逆性評價模型如下：

式中，SR表示生長結(jié)果習(xí)性指數(shù)；WCR為抗寒指數(shù)的權(quán)重，CR為抗寒指數(shù)；WDR為旱害率的權(quán)重，DR為旱害率；WRG為相對生長量的權(quán)重，RG為相對生長量；WDI為抗病蟲害指數(shù)的權(quán)重，DI為抗病蟲害指數(shù)。

2.4.5 最佳加工蘋果品系（ES）評價模型

最佳加工蘋果品系的篩選指標(biāo)，一般包括生長結(jié)果習(xí)性（GR）、經(jīng)濟性狀（EC）、加工性能（PP）和抗逆性（SR）四個層次的重要評價要素，通過綜合三四個單項要素構(gòu)建最佳加工蘋果品系的評價指數(shù)（ES），其評價模型如下：

式中：ES為最佳加工蘋果品系的綜合指數(shù)；WGR為生長結(jié)果習(xí)性的權(quán)重，GR為生長結(jié)果習(xí)性；WEC為經(jīng)濟性狀的權(quán)重，EC為經(jīng)濟性狀；WPP為加工性能的權(quán)重，PP為加工性能；WSR為抗逆性的權(quán)重，SR為抗逆性。其中，GR、EC、PP、SR均為通過歸一化后得到的值。通過比較最佳加工蘋果品系ES的大小，對加工蘋果各品系進行優(yōu)選。

2.5 評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于在評價指標(biāo)體系中選取的各項指標(biāo)因子其系數(shù)間的量綱不統(tǒng)一，使得評價不具有統(tǒng)一性與可比性，因此在評價研究中需要進行歸一化處理，以消除指標(biāo)間不同單位、不同度量的影響。按照指標(biāo)性質(zhì)的不同，可將評價指標(biāo)分為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)。指標(biāo)xi的值越大則反映該要素的生態(tài)適應(yīng)性能力越強，這類指標(biāo)即為正向指標(biāo)，其歸一化的計算公式為：

式中，xi為指標(biāo)的實際數(shù)值，xmin和xmax分別為指標(biāo)xi數(shù)據(jù)序列中的最大值和最小值。如果指標(biāo)xi的數(shù)值越高則反映該要素的生態(tài)適應(yīng)性能力越弱，這類指標(biāo)即為負(fù)向指標(biāo)，其歸一化的計算公式如下，下式中各個符號表示的含義均與上式相同。

2.6 以層次分析法（AHP）確定各評價指標(biāo)的權(quán)重

以層次分析法賦予評價指標(biāo)權(quán)重的基本步驟為：確定遞階層次結(jié)構(gòu)、構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序、層次總排序及矩陣一致性檢驗。文中首先將生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)評價模型的層次結(jié)構(gòu)確定為目標(biāo)層（A）、準(zhǔn)則層（B）和指標(biāo)層（C）三個層次，然后依次對每層各評價指標(biāo)的相對重要性進行判定。以AHP法確定權(quán)重的打分原則如下：（1）生態(tài)適應(yīng)性評價體系各指標(biāo)層的重要性依次為經(jīng)濟性狀（EC）＞加工性能（PP）＞抗逆性（SR）＞生長結(jié)果習(xí)性（GR）；（2）各單項評價指標(biāo)的重要性，基本按照等權(quán)重的原則打分，但同時也要遵守經(jīng)濟性狀指標(biāo)的重要性大于加工性能指標(biāo)的重要性、抗逆性指標(biāo)的重要性大于生長結(jié)果習(xí)性指標(biāo)的重要性這一基本原則。

3 結(jié)果與分析

3.1 構(gòu)建判斷矩陣

根據(jù)加工蘋果生態(tài)適應(yīng)性評價指標(biāo)層次分析模型，對準(zhǔn)則層各項評價指標(biāo)的相對重要性通過引入合適的標(biāo)度給出一定的判斷，列成判斷矩陣，結(jié)果見表3。

2.3 權(quán)重值的確定

應(yīng)用層次分析法得出的準(zhǔn)則層與指標(biāo)層各項評價指標(biāo)的權(quán)重如表4。

表3 最佳加工蘋果品系評價體系準(zhǔn)則層評價指標(biāo)的判斷矩陣?Table 3 Judgement matrix of the indexes in criterion layer of the best selection index system for processed apple strains

表4 準(zhǔn)則層與指標(biāo)層各項評價指標(biāo)的權(quán)重Table 4 Weights of each evaluation indexes in criterion layer and index layer

2.4 隸屬函數(shù)值的確定

對各項評價指標(biāo)的實測值進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到原始數(shù)據(jù)的隸屬函數(shù)矩陣表，最佳加工蘋果品系各項評價指標(biāo)的實測結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)化值見表5。

2.5 綜合評價結(jié)果

蘋果樹種的生態(tài)適應(yīng)性是其生長結(jié)果習(xí)性、經(jīng)濟性狀、加工性能、抗逆性綜合作用的結(jié)果。運用層次分析法模型對13個參試加工蘋果優(yōu)良品系其生態(tài)適應(yīng)性的強弱進行排序，排序值越靠前，說明該品種的生態(tài)適應(yīng)性越強，綜合評價與計算結(jié)果見表6。從表6中可以看出，13個參試加工蘋果優(yōu)良品系的綜合評價值從大到小依次為X1＞X2＞X3＞X4＞X5＞X6＞X9＞X7＞X8＞X10＞X11＞X12＞X13。

試驗觀測結(jié)果也表明，13個參試加工蘋果優(yōu)良品系在塔城地區(qū)的生長表現(xiàn)均為良好，說明該地區(qū)適宜其生存。根據(jù)綜合評價結(jié)果，從13個參試品種中優(yōu)選出高抗逆的最佳加工蘋果品系5個，其抗寒（可耐－36 ℃的低溫）、耐鹽堿（在總鹽量6‰的土壤中能正常生長）、抗病，適應(yīng)性廣，栽培管理技術(shù)簡單易于掌握，生產(chǎn)成本低，早果、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，加工性能優(yōu)良（優(yōu)選出的5個品種系，其總酸含量都在8 g/kg以上，最高的1個品系可達(dá)14 g/kg；每100 g 果實含Vc量高達(dá)5.66 mg；出汁率高達(dá)60%以上；可溶性固形物含量高達(dá)13%以上；且其果實耐貯運）。優(yōu)選出的這些優(yōu)良品系豐富了我國高抗逆加工果汁型蘋果的種質(zhì)資源，為新疆發(fā)展加工型蘋果提供了科學(xué)依據(jù)，為北疆高寒區(qū)發(fā)展經(jīng)濟林提供了優(yōu)良種源。

表5 最佳加工蘋果品系各項評價指標(biāo)的實測結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)化值Table 5 Measured values and standardized values of each evaluation indexes of the best processed apple strains

4 結(jié)論與討論

層次分析法作為一種定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)評價方法，在客觀上很大程度地提高了評價結(jié)果的有效性、可靠性和可行性，特別適用于評價因素難以量化且評價體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜的樹種資源評價，目前，層次分析法已在多個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[28-29]。韓玉潔等人[30]運用層次分析法對上海市沿海防護林樹種進行了評價。劉振虎等人[31]采用層次分析法對草坪草品種的耐鹽能力進行了綜合評價。樹種適應(yīng)性是樹種自身生物學(xué)特性和其對外界不良環(huán)境的適應(yīng)能力的綜合體現(xiàn)。針對用于加工果汁的經(jīng)濟樹種而言，首先要考慮的是經(jīng)濟性狀和加工性能；其次，試驗地選擇在新疆塔城地區(qū)，該地區(qū)具有新疆北疆地區(qū)典型的干旱、炎熱、寒冷等氣候特點，因此，選擇的樹種要具有較強的抗逆性，能夠適應(yīng)該地區(qū)的氣候環(huán)境。基于這兩點考慮，將13個蘋果品系的性狀特點分為生長習(xí)性、經(jīng)濟狀況、加工性能和抗逆性四個部分，采用定性與定量相結(jié)合的方法，建立多因子的評價指標(biāo)體系，并采用層次分析法進行綜合評價與計算，確定了生態(tài)適應(yīng)性評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)要素的重要性，結(jié)果表明，上述四個部分性狀指標(biāo)其重要性的大小順序為：經(jīng)濟性狀＞加工性能＞抗逆性＞生長結(jié)果習(xí)性。選擇的13個加工蘋果優(yōu)良品系均適宜在新疆塔城地區(qū)生存，且其生長表現(xiàn)均為良好，其綜合評價值的大小依次為：X1＞X2＞X3＞X4＞X5＞X6＞X9＞X7＞X8＞X10＞X11＞X12＞X13。其中，X1、X2、X3、X4、X5等5個品種極具有推廣價值。從評價結(jié)果來看，試驗樹種具有代表性，基本反映了其實際生長狀況。評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理避免了人為因素造成的失誤，確保了實驗結(jié)果的精確性，評價結(jié)果更加客觀合理。但是，該評價體系主要依靠參與評價者的經(jīng)驗選擇評價指標(biāo)，所以存在一定的主觀性，應(yīng)選擇更多的專家參與指標(biāo)的選擇及權(quán)重的確定，綜合更多人的意見，以降低個人的主觀片面性，這方面的工作還有待將來進一步改進。

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Selection of processed apples in Xinjiang by analytical hierarchy process

GUO Jing1,2, ZHANG Dong-ya1, LIU Heng1, LU Ming-yan1, AN Lu1, CHEN Tong-sen1, QI Cheng1
(1. Institute of Garden Greening, Xinjiang Academy of Forestry, Urumqi 830000, Xinjiang, China;2. Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210000, Jiangsu, China)

In order to provide a basis for resource selection and theoretical researches of processed apples cultivars,processed apple families suitable for cultivation in Xinjiang were preliminarily selected, and a comprehensive evaluation index system was established by using analytic hierarchy process (AHP), including growth and fruiting capacity,economic characters, processing performance and stress resistance. The ecological adaptabilities of investigated 13 strains were evaluated comprehensively. The results indicated that the order of the 13 strains based on the comprehensive evaluation values from high to low was X1, X2, X3, X4, X5, X6, X9, X7, X8, X10, X11, X12, X13, and X1, X2, X3, X4,X5 showed extremely strong adaptability and processing features.

processed apple; ecological adaptability; analytical hierarchy process; comprehensive evaluation; Tacheng region of Xinjiang

10.14067/j.cnki.1003-8981.2015.03.005 http: //qks.csuft.edu.cn

2014-10-29

新疆維吾爾自治區(qū)科技興農(nóng)項目“蘋果新優(yōu)品種矮化密植高效栽培技術(shù)示范與推廣”；國家國際科技合作專項（2014DFR31070）。

郭 靖，助理研究員，博士研究生。

張東亞，研究員。E-mail： 358999837@qq.com

郭 靖,張東亞,劉 珩,等. 運用層次分析法優(yōu)選新疆加工蘋果[J].經(jīng)濟林研究,2015,33(3):26－32.

S661.1

A

1003—8981(2015)03—0026—07

[本文編校：伍敏濤]