基于評(píng)價(jià)模型的寧夏沙土春玉米最佳灌水施氮量研究

嚴(yán)富來 張富倉(cāng) 范興科 王 英 侯翔皓 何 瓊

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所， 陜西楊凌 712100)

0 引言

春玉米是寧夏回族自治區(qū)(以下簡(jiǎn)稱寧夏)主要糧食作物之一，其種植面積最大、分布范圍最廣，對(duì)保障當(dāng)?shù)丶Z食安全和緩解能源危機(jī)具有重要意義[1]。據(jù)報(bào)道，寧夏沙土面積占其耕地面積的22.3%[2]。在沙土地區(qū)春玉米種植面積不斷增加的同時(shí)，由于玉米生產(chǎn)過程中不合理的灌溉方式，導(dǎo)致農(nóng)田水肥用量過大等現(xiàn)象依然普遍存在，這不僅造成資源浪費(fèi)和水肥利用效率降低，還會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn)和環(huán)境污染等[3-6]。近年來，在春玉米種植生產(chǎn)過程中，已不再只關(guān)注作物產(chǎn)量或者某個(gè)單一指標(biāo)，也開始考慮產(chǎn)量、水肥利用效率和作物養(yǎng)分吸收利用等綜合因素。因此，通過改善農(nóng)田灌溉方式和農(nóng)業(yè)水肥調(diào)控獲得高產(chǎn)，且節(jié)水節(jié)肥，提高作物養(yǎng)分吸收效率就顯得尤為重要。

利用田間試驗(yàn)手段研究滴灌水肥耦合對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量、水肥及養(yǎng)分吸收利用效率的影響是制定高效灌溉施肥制度的重要途徑。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已建立了對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)分析模型，其中主成分分析法[7-8]、層次分析法(AHP)[9-10]、隸屬函數(shù)分析法[11-12]、灰色關(guān)聯(lián)度分析法[13-14]和基于組合賦權(quán)的TOPSIS模型[15-16]等單一評(píng)價(jià)方法在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用較多。然而，在實(shí)際評(píng)價(jià)和分析過程中，由于不同評(píng)價(jià)模型的機(jī)理不同，模型分析數(shù)據(jù)的角度和側(cè)重點(diǎn)不同，加上評(píng)價(jià)過程中會(huì)存在人為的因素，導(dǎo)致對(duì)同一個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象會(huì)得出不同的評(píng)價(jià)結(jié)果，使得各評(píng)價(jià)方法之間存在一定的差異性。人為選擇任何一種方法都難以得出客觀的評(píng)價(jià)分析結(jié)果，從而導(dǎo)致管理者不能作出合理的判斷。因此，在解決多種單一獨(dú)立評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)結(jié)果不一致問題的研究中，有學(xué)者提出將多個(gè)評(píng)價(jià)模型通過合理的組合算法(即按照一定的準(zhǔn)則和規(guī)則將其進(jìn)行組合)將評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為客觀[17]。但這種將多種單一評(píng)價(jià)模型組合的綜合評(píng)價(jià)方法在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域尤其是春玉米水肥管理方面的應(yīng)用相對(duì)較少。

為探討組合評(píng)價(jià)方法及其在春玉米綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用，本文以春玉米滴灌水肥一體化試驗(yàn)為基礎(chǔ)，選取產(chǎn)量、氮素吸收累積量及水肥利用效率為指標(biāo)，研究不同水氮供應(yīng)條件對(duì)寧夏沙土春玉米生長(zhǎng)、產(chǎn)量、氮素吸收累積及水肥利用效率的影響，運(yùn)用主成分分析法、隸屬函數(shù)分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法和基于組合賦值的TOPSIS模型對(duì)春玉米的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立評(píng)價(jià)，并在綜合評(píng)價(jià)基本原則的指導(dǎo)下，通過合理的組合算法將單一評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，按照評(píng)價(jià)值選出最優(yōu)處理，探討春玉米綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)水氮因素的響應(yīng)關(guān)系，旨在提出較為適宜的滴灌水氮管理制度，為寧夏沙土地區(qū)滴灌春玉米精確水氮管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年4—9月在寧夏回族自治區(qū)吳忠市鹽池縣馮記溝試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地位于東經(jīng)106°31′，北緯38°34′，海拔1 204 m，屬典型的溫帶大陸性季風(fēng)氣候。試驗(yàn)區(qū)年日照時(shí)數(shù)為2 867 h，年平均氣溫8.5℃，大于等于10℃積溫為2 944.9℃，無霜期128 d；年平均降雨量290 mm，且年際變化大，多集中在7～9月，年蒸發(fā)量2 179.8 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤為沙土，土壤容重1.55 g/cm3，0～100 cm田間持水率為27.10%(體積含水率)，pH值8.60，地下水埋深30 m以上，基礎(chǔ)肥力(質(zhì)量比)為：有機(jī)質(zhì)4.13 g/kg，全氮0.30 g/kg，全磷0.34 g/kg，全鉀19.24 g/kg，速效磷5.48 mg/kg，速效鉀78.33 mg/kg。試驗(yàn)區(qū)玉米生育期(4—9月)有效降雨量為205 mm(圖1a)。供試春玉米品種為“先玉1225”，為當(dāng)?shù)赝茝V的密植品種。2018年4月20日播種，9月26日收獲，共160 d。肥料選用農(nóng)民常用肥，分別為尿素(N質(zhì)量分?jǐn)?shù)46.4%)、磷酸一銨(N質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%、P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)61%)和硫酸鉀(K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)52%)。滴灌施肥系統(tǒng)由水泵、過濾器、施肥罐和輸配水管道系統(tǒng)等組成。滴灌帶為內(nèi)嵌式滴灌帶，滴頭間距30 cm，滴頭流量2.5 L/h，滴頭工作壓力0.1 MPa。

圖1 春玉米生育期實(shí)際灌水量、施肥量、有效降雨量和多年平均潛在作物蒸騰蒸發(fā)量(ET0)Fig.1 Actual irrigation amount, fertilizer application rate,multi-year average potential reference crops evapotranspiration (ET0) and effective rainfall during spring maize growth period

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以灌水量和施氮量為試驗(yàn)因子，施氮量設(shè)置4個(gè)水平：N150、N225、N300和N375(施氮量分別為150、225、300、375 kg/hm2)，磷肥和鉀肥施用量均為150 kg/hm2。將試驗(yàn)區(qū)2000—2017年春玉米生育期內(nèi)潛在作物蒸發(fā)蒸騰量(ET0)和作物系數(shù)Kc相結(jié)合(圖1b)。Kc根據(jù)作物生育階段而定，苗期取0.7、拔節(jié)—灌漿期取1.2、乳熟—成熟期取0.6[18]。進(jìn)而推算出試驗(yàn)區(qū)春玉米生育期內(nèi)潛在充分耗水量(KcET0)為450 mm，記為W1.0。以此為依據(jù)，設(shè)3個(gè)滴灌水量W0.6(0.6KcET0)、W0.8(0.8KcET0)和W1.0，共12個(gè)處理，隨機(jī)排列，各處理3次重復(fù)。

試驗(yàn)區(qū)采用水肥一體化的滴灌施肥方式，每小區(qū)長(zhǎng)為20 m，寬為6.6 m，小區(qū)面積為132 m2，每個(gè)處理3次重復(fù)。春玉米采用寬窄行播種，寬行玉米間距為70 cm，窄行玉米間距為40 cm，玉米株距為20 cm，種植密度為90 900株/hm2。滴灌帶鋪設(shè)在窄行玉米中間，一條滴灌帶控制2行春玉米灌水施肥，為保證灌水施肥的均勻性，采用橫向供水方式[19]。根據(jù)春玉米的生長(zhǎng)特性，整個(gè)生育期共施肥4次，每次施肥量占總施肥量分別為20%(苗期)、30%(小喇叭口期)、30%(抽雄期)和20%(灌漿期)[20]。另外，試驗(yàn)區(qū)為引黃(水庫(kù)蓄水)灌區(qū)，需采取輪灌工作制度，因此采取10 d作為設(shè)計(jì)灌水間隔[17]。由于該地區(qū)春季極易發(fā)生春旱，導(dǎo)致出苗率降低，為了提高出苗率，該地區(qū)一般采用干播濕出的玉米播種方法，等到玉米小苗末期才開始灌水，促進(jìn)根系生長(zhǎng)；另外根據(jù)該地區(qū)歷史氣象資料，試驗(yàn)區(qū)年際降雨量變化較大，且多集中在7～9月。因此，春玉米的灌溉制度需根據(jù)實(shí)際降雨情況進(jìn)行灌水量和灌水日期的調(diào)整，2018年春玉米生育期內(nèi)的實(shí)際灌水量分別為W0.6(253 mm)、W0.8(327 mm)、W1.0(409 mm)。

1.3 測(cè)定內(nèi)容和方法

1.3.1地上部干物質(zhì)累積量與籽粒氮素累積量測(cè)定

在春玉米成熟期取樣，每個(gè)小區(qū)選取有代表性的3株植株，從莖基部與地上部分離，去除表面污垢，放入干燥箱105℃殺青0.5 h，75℃干燥至恒定質(zhì)量，采用電子天平稱量并計(jì)算單株地上干物質(zhì)量，最后換算成群體生物量(kg/hm2)。稱取籽粒的干物質(zhì)量后磨碎，用H2SO4-H2O2消煮，并用連續(xù)流動(dòng)分析儀(Auto Analyzer-Ⅲ，德國(guó)Bran Luebbe公司)測(cè)定植物樣品全氮含量[21]。

1.3.2產(chǎn)量測(cè)定

在春玉米成熟期，隨機(jī)選取小區(qū)1條滴灌帶控制的2行玉米，連續(xù)取20株，每個(gè)小區(qū)3次重復(fù)。曬干脫粒測(cè)定其總質(zhì)量，最終折算成含水率為14%的籽粒產(chǎn)量[22]。

1.3.3水分利用效率及氮肥偏生產(chǎn)力計(jì)算

水分利用效率(WUE)的計(jì)算公式為[22]

WUE=Y/ET

(1)

其中

ET=Pr+U+I-D-R-ΔW

(2)

式中Y——產(chǎn)量，kg/hm2

ET——作物耗水量，mm

Pr——有效降雨量，mm

U——地下水補(bǔ)給量，mm

I——灌水量，mm

D——深層滲漏量，mm

R——徑流量，mm

ΔW——試驗(yàn)初期和試驗(yàn)?zāi)┢谕寥浪趾康淖兓浚琺m

春玉米播前和收獲后，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)取土，距滴灌帶0、20、40 cm 3個(gè)位置點(diǎn)取樣，每20 cm取1次，土壤剖面范圍分別在0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm，采用干燥法測(cè)定土壤含水率，取其平均值作為該小區(qū)的土壤含水率(%)。因試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)平坦，地下水埋藏較深，根據(jù)實(shí)測(cè)，生育期內(nèi)1 m深土壤含水率變化不大，且滴灌濕潤(rùn)程度較淺，U、R和D均可忽略不計(jì)。則可將式(2)簡(jiǎn)化為

ET=Pr+I-ΔW

(3)

氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)的計(jì)算公式為[23]

PFPN=Y/FN

(4)

式中FN——施氮量，kg/hm2

1.3.4基于整體差異組合評(píng)價(jià)模型的春玉米綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)

將主成分分析法、隸屬函數(shù)分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法和TOPSIS分析模型的評(píng)價(jià)值用矩陣A(不失一般性，設(shè)n≥3,m≥3)表示，即

(5)

式中n——評(píng)價(jià)對(duì)象個(gè)數(shù)

m——評(píng)價(jià)方法種數(shù)

將式(5)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，求解實(shí)對(duì)稱矩陣H=ATA，求解矩陣H的最大特征值及相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征向量；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)特征向量中各分量的取值情況確定組合權(quán)向量；將權(quán)向量代入

yi=λiai1+λiai2+…+λiaim
(i=1,2,…，n)

(6)

式中yi——評(píng)價(jià)對(duì)象的組合評(píng)價(jià)值

λi——最大特征值所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)特征向量

計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象的組合評(píng)價(jià)值(組合評(píng)價(jià)值越大表明評(píng)價(jià)對(duì)象越優(yōu))，并對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象按組合評(píng)價(jià)值進(jìn)行排序[24]。

1.3.5數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2016對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行隸屬函數(shù)分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、TOPSIS分析模型和整體差異組合模型的計(jì)算；采用SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析法的運(yùn)算、Spearman和Pearson相關(guān)系數(shù)的求解及對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。用Mathematica 9.0軟件對(duì)春玉米綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)值與水氮供應(yīng)的關(guān)系進(jìn)行回歸分析并進(jìn)行尋優(yōu)，用Origin 9.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮處理對(duì)春玉米地上部干物質(zhì)累積量、產(chǎn)量、水分利用效率及氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由表1可知，灌水量和施氮量對(duì)地上部干物質(zhì)累積量、產(chǎn)量、籽粒氮素累積量、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN)(除施氮量)均有極顯著性影響(P<0.01)，二者的耦合作用對(duì)產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力有極顯著性影響(P<0.01)，對(duì)地上部干物質(zhì)累積量和籽粒氮素累積量有顯著性影響(P<0.05)。在各灌水水平下，地上部干物質(zhì)累積量、產(chǎn)量、水分利用效率均隨施氮量的增加先增加后減小，氮肥偏生產(chǎn)力與施氮量呈反比例關(guān)系。其中，W0.8N300處理的產(chǎn)量和WUE最大，分別為16 387 kg/hm2和3.34 kg/m3；W1.0N300處理的籽粒氮素累積量最大，為95.29 kg/hm2；W0.8N150處理的PFPN最大，為84.79 kg/kg。

2.2 不同優(yōu)化目標(biāo)下最佳水氮用量組合及單一指標(biāo)間的相關(guān)分析

運(yùn)用Mathematica 9.0軟件對(duì)春玉米各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行尋優(yōu)，灌水量上下限分別設(shè)為W1.0處理和W0.6處理的灌水量，施氮量的上下限設(shè)為N375和N150處理的施氮量，結(jié)果見表2。由表2可知，各指標(biāo)下的最佳灌水量和施氮量存在一定的差異，相同灌水條件下，很難滿足4個(gè)指標(biāo)同時(shí)達(dá)到最大值。進(jìn)一步分析各指標(biāo)間的相關(guān)性可知(表3，樣本量n=12)，地上部干物質(zhì)累積量與產(chǎn)量顯著正相關(guān)，與水分利用效率(WUE)極顯著正相關(guān)；產(chǎn)量與WUE和PFPN呈極顯著正相關(guān)；其余各指標(biāo)間無顯著相關(guān)性。說明地上部干物質(zhì)累積量的提高是產(chǎn)量增長(zhǎng)的基礎(chǔ)，是評(píng)價(jià)WUE的依據(jù)，較高的地上部干物質(zhì)累積量能顯著促進(jìn)春玉米增產(chǎn)；籽粒氮素累積量與各個(gè)指標(biāo)之間無顯著相關(guān)性。總地來看，春玉米單一指標(biāo)之間有一定的重疊性，同時(shí)又互相不可替代，需要依據(jù)各項(xiàng)單一指標(biāo)建立綜合評(píng)價(jià)體系，對(duì)春玉米各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

表1 不同水氮處理對(duì)地上部干物質(zhì)累積量、產(chǎn)量、籽粒氮素累積量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力的影響Tab.1 Effects of different water and nitrogen treatments on aboveground dry biomass, yield, grain nitrogen accumulation, water use efficiency and nitrogen partial factor productivity

表2 不同優(yōu)化目標(biāo)下最佳水氮用量組合Tab.2 Optimal combination of water and nitrogen under different targets for optimization

表3 春玉米單一指標(biāo)間的Spearman相關(guān)系數(shù)Tab.3 Spearman correlation coefficients between single indicators of spring maize

2.3 基于多種評(píng)價(jià)分析方法的最優(yōu)灌水施氮量選取

由于我國(guó)目前沒有關(guān)于春玉米各項(xiàng)指標(biāo)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此本文采用向量歸一化法對(duì)春玉米各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)測(cè)值進(jìn)行無量綱化處理。分別采用主成分分析法、隸屬函數(shù)分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、基于組合賦權(quán)的TOPSIS模型對(duì)春玉米綜合指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立評(píng)價(jià)(表4)。由表4可知，多個(gè)處理在不同的單一評(píng)價(jià)模型中的排名存在一定的差異。因此對(duì)4種單一評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià)值進(jìn)行Kendall相關(guān)性分析(表5)。由表5可知，各單一模型的評(píng)價(jià)值與其他3種間的相關(guān)系數(shù)均值在0.465～0.787之間。進(jìn)一步采用整體差異組合模型對(duì)這4種單一模型的評(píng)價(jià)值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并按評(píng)價(jià)值進(jìn)行排序，評(píng)價(jià)值越大表明評(píng)價(jià)對(duì)象越優(yōu)，結(jié)果如表4所示。根據(jù)整體差異組合評(píng)價(jià)模型結(jié)果可知，模型評(píng)價(jià)值由大到小依次為W0.8N300、 W1.0N300、W0.8N225、 W0.8N375、 W1.0N225、 W0.8N150、 W0.6N225、 W0.6N150、 W1.0N375、 W0.6N300、 W1.0N150、 W0.6N375；并且整體差異組合評(píng)價(jià)模型與該4種單一模型之間具有較高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)均值為0.841。

表4 各模型評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.4 Results of different evaluation models

表5 各評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)值的相關(guān)系數(shù)Tab.5 Correlation coefficients of evaluation values of each evaluation model

2.4 春玉米綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)水氮供應(yīng)的響應(yīng)

考慮試驗(yàn)區(qū)年降雨分配不均，運(yùn)用Mathematica 9.0軟件將灌水量與有效降雨量之和與施氮量相結(jié)合對(duì)春玉米綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)值進(jìn)行回歸分析擬合，得出灌水量與有效降雨量之和與施氮量2個(gè)因素和春玉米綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)值Z的二次多項(xiàng)式

Z=-33.10+0.12x-0.000 12x2+
0.007 6y+0.000 038xy-0.000 055y2

(7)

式中x——灌水量與有效降雨量之和，mm

y——施氮量，kg/hm2

由式(7)可得灌水量+有效降雨量與施氮量的耦合效應(yīng)曲面(圖2)(圖中紅點(diǎn)代表實(shí)測(cè)值)。由圖2可以看出，無論灌水量+有效降雨量處于任何水平，評(píng)價(jià)值均隨著施氮量的增加先增加后減小；同樣，無論施氮量處于任何水平，春玉米綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)值均隨著灌水量+有效降雨量的增加先增加后減小，說明二者的交互作用對(duì)春玉米綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)值存在一個(gè)最優(yōu)解。由式(7)計(jì)算可知，當(dāng)灌水量+有效降雨量為544 mm，施氮量為260 kg/hm2時(shí)，春玉米綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)值最高，為1.47。

圖2 灌水量+有效降雨量和施氮量對(duì)春玉米綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)值的耦合效應(yīng)Fig.2 Coupling effect of irrigation amount+effective rainfall and nitrogen application on evaluations of comprehensive index of spring maize

3 討論

構(gòu)建綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)體系可為提高作物產(chǎn)量、節(jié)水、節(jié)肥和養(yǎng)分吸收利用效率提供科學(xué)依據(jù)，提高農(nóng)業(yè)管理水平[25]。本研究結(jié)果表明，水氮供應(yīng)對(duì)產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力有極顯著性影響(P<0.01)，對(duì)地上部干物質(zhì)累積量和籽粒氮素累積量有顯著性影響(P<0.05)。相同灌水條件下，地上部干物質(zhì)累積量、產(chǎn)量和水分利用效率(WUE)均隨施氮量的增加呈先增加后減小的趨勢(shì)，PFPN與施氮量呈反比，與前人研究結(jié)果大致相似[22,26-27]。根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)可知，地上部干物質(zhì)累積量與產(chǎn)量和WUE呈正相關(guān)性，因此可以通過水肥供應(yīng)調(diào)節(jié)地上部干物質(zhì)累積量從而優(yōu)化產(chǎn)量和WUE。另外，在評(píng)價(jià)各項(xiàng)指標(biāo)時(shí)，單一處理不能同時(shí)滿足各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)化，使得各項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)處理差異較大。因而，需要進(jìn)一步選擇恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)指標(biāo)、建立科學(xué)的評(píng)價(jià)模型對(duì)春玉米各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

在作物種植生產(chǎn)和評(píng)價(jià)體系過程中，選擇合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)、建立正確的評(píng)價(jià)模型值得繼續(xù)深入研究。本研究運(yùn)用系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型方法，結(jié)合4種單一評(píng)價(jià)分析模型對(duì)本試驗(yàn)各個(gè)處理的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立分析，所得出的各個(gè)處理之間的評(píng)價(jià)結(jié)果具有一定的差異性，原因可能在于各個(gè)單一評(píng)價(jià)方法對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的分析角度和信息利用的不同。另外，在這4種單一評(píng)價(jià)模型中，由于基于組合賦權(quán)的TOPSIS模型的評(píng)價(jià)結(jié)果與其他3種單一評(píng)價(jià)模型的綜合相關(guān)性較弱(表5)，評(píng)價(jià)結(jié)果較差，因而并不推薦使用。針對(duì)此類問題，部分學(xué)者也對(duì)獨(dú)立模型之間相組合的相關(guān)性和實(shí)用性進(jìn)行了探討研究[28-29]，其中包括在組合評(píng)價(jià)值結(jié)論的基礎(chǔ)上再進(jìn)行二次組合評(píng)價(jià)，通常這種方法也會(huì)增加計(jì)算和模型的復(fù)雜性。本文在4種單一模型評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析各模型之間的相關(guān)性，得出該4種單一評(píng)價(jià)模型的相關(guān)性系數(shù)較高，進(jìn)而采用整體差異組合評(píng)價(jià)模型將4種單一評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià)值進(jìn)行采集和綜合評(píng)價(jià)，從而得出最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。整體差異組合評(píng)價(jià)模型與本文中的4種單一評(píng)價(jià)模型的相關(guān)系數(shù)平均值為0.841，具有較高的相關(guān)性。這種評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)結(jié)果克服了多種單一評(píng)價(jià)方法結(jié)論不一致的問題，使結(jié)果更加客觀準(zhǔn)確，可用于春玉米的水肥管理決策。基于整體差異組合評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，W0.8N300處理的評(píng)價(jià)值最高，為本試驗(yàn)研究的最優(yōu)處理。

進(jìn)一步分析春玉米綜合評(píng)價(jià)值對(duì)水氮供應(yīng)的響應(yīng)，并在分析過程中考慮到試驗(yàn)區(qū)年降雨分配不均，得出春玉米綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)值與水氮用量的回歸模型，表明無論固定灌水量+有效降雨量(施氮量)在任何水平，評(píng)價(jià)值均隨著施氮量(灌水量+有效降雨量)的增加先增加后減小，二者呈拋物線型變化。因而，要獲得較高的春玉米產(chǎn)量、水肥利用效率及養(yǎng)分吸收利用率，水氮用量要控制在合適的范圍。為提高水氮管理優(yōu)化結(jié)果的適用性，進(jìn)一步分析春玉米綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)和灌水量+有效降雨量與施氮量之間的關(guān)系，得出當(dāng)灌水量+有效降雨量為544 mm，施氮量為260 kg/hm2時(shí)，春玉米綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)值最高，為1.47，可推薦為該沙土地區(qū)適宜的春玉米滴灌灌水施氮制度。但本研究只進(jìn)行了1年的試驗(yàn)，本文采用的整體差異組合評(píng)價(jià)模型得出的結(jié)果的可靠性有待進(jìn)一步長(zhǎng)期的試驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)。

4 結(jié)論

(1)水氮耦合作用對(duì)產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力有極顯著影響，對(duì)地上部干物質(zhì)累積量和籽粒氮素累積量有顯著影響；在相同灌水條件下，地上部干物質(zhì)累積量、產(chǎn)量、水分利用效率均隨施氮量的增加先增加后減小，氮肥偏生產(chǎn)力與施氮量呈反比例關(guān)系。

(2)主成分分析法、隸屬函數(shù)分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法與基于組合賦權(quán)的TOPSIS模型之間的相關(guān)系數(shù)均值在0.465～0.787之間；基于整體差異組合評(píng)價(jià)模型得出W0.8N300為最優(yōu)處理；考慮試驗(yàn)區(qū)年降雨量分配不均，通過優(yōu)化水氮管理方案得出，灌水量+有效降雨量544 mm、施氮量260 kg/hm2為寧夏沙土地區(qū)適宜的春玉米滴灌灌水施肥制度。本研究成果對(duì)寧夏沙土地區(qū)春玉米滴灌水氮管理具有指導(dǎo)意義。