不同土壤中循環曝氣滴灌盆栽草莓的綜合評價

馮凱　雷宏軍

摘要：選取灌溉水費、電費、人工費、試驗周期、單果重、果實糖度、果實維生素C含量以及根系狀況為評價指標，利用主觀賦權法與熵權信息法相結合的綜合評價方法對不同土壤條件下循環曝氣滴灌盆栽草莓綜合效益進行評價，并按照評價系數的大小對各處理排序。結果表明，較對照處理，鄭州黃黏土（YC）、洛陽粉質黏壤土（SCL）和駐馬店重壤土（HL）中循環曝氣滴灌處理均可以改善盆栽草莓的種植效果，提高草莓種植的綜合效益，而由于土壤質地不同的影響以及循環曝氣處理需要增加水電費、人工費等資金的投入，南陽黏壤土（CL）中曝氣處理的綜合效益稍低于對照處理；循環曝氣滴灌處理條件下，YC中草莓種植的綜合效益最高，其次為CL和HL，最低的是SCL。

關鍵詞：循環曝氣滴灌；熵權信息法；綜合效益；評價

中圖分類號：S668.4 文獻標識碼：B 文章編號：0439-8114（2017）10-1839-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.10.010

Evaluation of Comprehensive Benefit on Potted Strawberry under

Cycle Aerated Drip Irrigation

FENG Kai， LEI Hong-jun

（School of Water Conservancy， North China University of Water Conservancy and Electric Power， Zhengzhou 450045， China）

Abstract： The research select the cost of irrigation water， electricity bills， labor cost， test cycles， single fruit weight， fruit total sugar， vitamin C content and root condition as evaluation index， making use of the comprehensive evaluation method that combined the subjective weighting method and the entropy information method to evaluate the comprehensive benefit of aerated drip irrigation on potted strawberry under different soil condition. The results showed that compared with control treatments， aerated drip irrigation could significantly improve the growth and comprehensive benefit of strawberry in the Zhengzhou yellow clay（YC）， Luoyang silty clay loam（SCL） and Zhumadian heavy loam（HL） treatment， but the comprehensive benefit in the Nanyang sticky loam（CL） treatment decreased due to the difference of soil condition and the investment of electricity， labor cost increased. In the aerated groups， the comprehensive benefit in the YC treatment was the best， followed by the CL and HL treatment， the SCL treatment was the lowest.

Key words： cycle aerated irrigation； entropy information method； comprehensive benefit； evaluation

作物生長狀況以及果實產量品質既受作物本身遺傳特性的影響同時也受到外界環境的影響，主要的外界環境因素包括土壤水分、養分、溫度、氣體、鹽分等，這些因素共同作用影響著作物的生長發育[1]。土壤水分、養分的缺失會抑制作物生長，土壤氣體對作物有著同等重要的作用，土壤氧氣含量過低會降低作物的蒸騰速率以及根系活力，進而抑制對水分和養分的吸收，最終會影響作物的生長發育和果實產量品質[2，3]。傳統的地下滴灌在灌溉的同時會驅趕土壤孔隙中的氣體，導致土壤氧氣含量的降低，造成根系短時缺氧，缺氧環境造成根細胞受損，活力降低，甚至是死亡[4]。而曝氣滴灌可以改善上述狀況，利用文丘里吸氣原理使灌溉水中摻雜大量微小氣泡，灌水后氣泡破裂增加土壤氧氣含量，改善作物根際的缺氧環境，增強根系的生理活動，促進作物生長[5，6]。陳新明等[7]研究表明，與對照相比，加氧灌溉使得土壤呼吸增加了100%，果實鮮重、生物量鮮重、干物質重和收獲指數明顯增大，加氧灌溉使得作物的水分生產率增加了17.2%。Pendergast等[8]在澳大利亞的大田棉花試驗中得出，空氣射流器加氧灌溉方式改善了根系缺氧環境，使根系發育更強大，增強作物生理機能，促進光合作用，最終作物產量和水分利用效率較對照處理分別增加了10%和7%。

目前，諸多學者針對加氧灌溉對作物的生長及產量的影響已經進行了大量研究[9，10]，但是大多數研究都是針對作物生長及收割之后所測定指標數據進行分析討論總結出結果，而利用評價方法通過定量計算進行分析討論的還尚不多見。在多指標綜合評價中，常見的評價方法包括熵權信息法、層次分析法、灰色關聯分析法等[11-13]。為了更加準確全面的掌握循環曝氣滴灌對盆栽草莓生長的改善效果，結合試驗實際情況，將熵權信息法和主觀賦權法相結合應用于循環曝氣條件下不同土壤中盆栽草莓的綜合效益評價，不僅為推廣應用這種新型的節水灌溉技術提供理論基礎，還可以給相關的綜合評價研究提供一定的借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

循環曝氣滴灌試驗于2016年4～6月在華北水利水電大學農業高效用水實驗場進行，該地屬北溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫14.4 ℃，年均相對濕度29%。試驗用的玻璃溫室建筑總面積537.6 m2，跨度9.6 m，開間4 m，玻璃溫室內南面北面分別裝有風機和濕簾來調節溫室內溫度濕度。

1.2 材料

草莓品種為紅袖添香，屬于早熟品種，植株生長旺盛，株態直立，抗白粉病、灰霉病能力強。果實長圓錐形，深紅色，有光澤，口味酸甜適中，耐儲運。

選用的土壤分別為鄭州黃黏土（YC）、南陽黏壤土（CL）、洛陽粉質黏壤土（SCL）和駐馬店重壤土（HL），其基本理化參數見表1。

1.3 試驗設計

4種土壤，每種土壤分曝氣和對照兩種處理，每個處理6個重復，共48盆。盆栽布置為8行6列，相鄰的2行采用同種土壤，其中一行進行循環曝氣滴灌處理（Air），另一行進行普通滴灌作為對照（CK）。所有的盆栽草莓采用半埋式，試驗用盆型號如下。大桶上口直徑38 cm，高35 cm，裝土33.3 kg；小桶上口直徑30 cm，高25 cm，裝土16.5 kg。試驗用土風干過篩，然后加入適當底肥攪拌均勻，2016年4月15日下午選取長勢一致的草莓植株定植，每盆1株，定植后每個處理灌相同的保苗水。

所有處理均采用地下滴灌的灌水方式，滴頭埋深10 cm，滴頭平均流量為2 L/h，水源處的供水壓力通過自動壓力控制器和空壓機控制在0.1 MPa。每次灌溉先進行對照處理，直接使用自來水灌溉；曝氣處理使用曝氣裝置循環曝氣20 min之后形成穩定的水氣耦合物再進行灌溉。所有盆栽草莓定植之前采用烘干法測定其初始含水率，根據經驗來控制灌水[14]，當土壤含水率下降到55%田間持水量時開始灌水，每次灌水后土壤含水率要達到田間持水量的85%，據此控制每次灌水時長，灌水周期根據每天稱重結果計算的土壤含水率確定。

所有盆栽草莓剪枝、噴藥等其他日常管理措施均相同，7月初該試驗全部結束。

1.4 項目觀測及方法

本研究中包含盆栽草莓種植的投入部分和產出部分，投入部分包括灌溉水費、電費和人工費；產出部分包括試驗周期、單果重、果實糖度、果實維生素C含量以及根系狀況。不同土壤盆栽草莓曝氣處理及對照的灌溉水總量和試驗周期見表2。

1.4.1 水費Fw 水費（Fw，元）可以表示為灌溉水總量（Q，L）的函數[14]，經查鄭州綜合水價為2.4元/m3，則水費的計算可表示如下：

1.4.2 電費Fp 電費（Fp，元）分為兩種情況，循環曝氣處理包括空氣壓縮機和循環水泵運轉所耗電費，對照處理只有空氣壓縮機所耗電費，可以表示為試驗周期內機器使用次數（N=8次）、電價[0.56元/（kW·h）]和壓縮機及循環水泵每次做功（W，kW·h）的函數：

試驗所用空氣壓縮機的額定功率P1=1 500 w，循環水泵的額定功率P2=400 w，所有處理每次灌水壓縮機做功持續時間10 min，循環曝氣處理時水泵工作時間80 min。因此，

循環曝氣處理時，W=0.78 kW·h，對照處理時，W=0.25 kW·h。

1.4.3 人工費Fi 人工費（Fi，元）為試驗周期（D，d）的函數，計勞動力價格為50元/d，則人工費的計算可以表示為：

1.4.4 作物果實指標 單果重采用精度為0.01 g的天平稱量；果實糖度使用日本ATAGO（愛拓）公司的PAL-1糖度計測定；維生素C含量測定采用2，6-二氯靛酚滴定法[15]；根系的發育狀況可以反映不同灌溉方式對作物生長的改善效果，灌溉方式對作物生長越有利，作物根系越發達，地上部分越旺盛，利用測定的根長、根體積、根系活力等指標來綜合評定根系狀況。

1.5 綜合評價方法的基本原理

多指標綜合評價中，指標權重的確定分為主觀賦權法和客觀賦權法兩大類。主觀賦權法是根據專家或個人的知識和經驗進行主觀判斷確定指標權重系數，該方法忽略了指標之間的相互影響，缺乏科學理論基礎[16]；客觀賦權法是根據指標的統計性質和各指標之間的相關關系來客觀確定指標的權重，該方法具有很強的科學依據，但是主觀靈活性較差[17]。權重確定的是否合理，直接影響著評價結果的科學合理性，若某一指標的權重發生變化，整個評價結果將會受到影響。因此，權重的賦值必須做到科學和客觀，這就要求探尋較為合適的權重確定方法。上述方法各有優缺點，為了保證本研究的評價結果更加科學合理，結合試驗實際情況，合理選擇權重確定方法。

熵權信息法是以熵權理論為基礎的綜合評價方法，利用各個指標值的變異程度，根據信息熵計算出各個指標的權重，為多指標綜合評價奠定基礎[18]。在信息理論系統中，系統的有序程度可以用信息來衡量，而系統的無序程度則用熵來衡量，這兩個變量符號相反，但是絕對值保持相等。某評價指標的信息熵值較小，就表明其指標值的變異程度較大，在整個綜合評價體系中發揮較大作用，則該指標所占權重也應該較大；相反，某評價指標的信息熵值較大，表明其指標值的變異程度較小，在評價體系中發揮的作用較小，則該指標所占權重就較小。所以，本研究將熵權信息法與主觀賦權法相結合，既考慮了評價者的主觀感受，又兼顧了各指標之間的相互關系，是一種較客觀、全面的評價方法[19]。

假設某系統有m個待評對象，n個評價指標，則可以得到評價指標組成的數據矩陣：R=（rij）m×n，對于某個指標rj，其信息熵為：

矩陣R中每列的最優值記為rj*，然后再對矩陣R中的所有元素做標準化處理，最后得到標準化后的數據元素dij為：

dij=rijrj*……（指標j的值越大越好）rj*rij ……（指標j的值越小越好） （8）

結合（7）、（8）式可以計算出各評價對象的綜合評價系數（熵權評價值）為：

最終根據計算所得的綜合評價系數從大到小排序，就可以評判各個評價對象的好壞程度。

2 結果與分析

以不同土壤中循環曝氣滴灌及對照等8個處理為評價對象，選取灌溉水費、電費、人工費、試驗周期、單果重、果實糖度、果實維生素C含量以根系狀況等作為指標進行評價，基本數據資料見表3。

依據上述評價原理和步驟，計算各評價指標的熵權信息值及各評價對象的綜合評價系數，結果見表4、表5。

由計算出來的綜合評價系數可得，不同土壤中循環曝氣滴灌和對照處理盆栽草莓的綜合效益排序為：T1>T4>T2>T7>T8>T3>T5>T6。較對照處理，鄭州黃黏土（YC）、洛陽粉質黏壤土（SCL）和駐馬店重壤土（HL）中循環曝氣滴灌處理均可以改善盆栽草莓的種植效果，提高了草莓種植的綜合效益，而南陽黏壤土（CL）中曝氣處理的綜合效益稍低于對照處理，這與僅利用草莓生長生理指標、果實產量品質以及根系指標等方面測得數據定性分析的結果一致。4種土壤中，單一從循環曝氣滴灌處理來看，鄭州黃黏土中草莓種植的綜合效益最高，其次為駐馬店重壤土、南陽黏壤土，最低的是洛陽粉質黏壤土。在不同的土壤條件下，循環曝氣滴灌對草莓生長的改善效果有差異，主要原因是土壤質地不同，土壤孔隙度大小受到土壤容重的影響，土壤容重小，土壤孔隙度大，意味著灌溉水快速擴散，對根際的水氣環境影響不大，容重較大的土壤情況恰好相反。無論哪種土壤條件下，循環曝氣滴灌均可提高草莓產量和品質，但是由于循環曝氣處理需要增加水電費、人工費等資金的投入，因此不同土壤中種植草莓的綜合效益高低不同，甚至會低于對照處理。

3 小結

將熵權信息法與主觀賦權法相結合的綜合評價方法用于不同土壤中盆栽草莓種植的綜合效益評價，本研究結果與利用草莓生長生理指標、果實產量品質以及根系指標等方面測得數據定性分析的結果一致。根據結果來看，4種土壤中循環曝氣滴灌均可提高草莓產量和品質，但由于土壤種類的影響以及循環曝氣處理需要增加水電費、人工費等資金的投入。因此，不同土壤中種植草莓的綜合效益高低不同，甚至會低于對照處理，鄭州黃黏土（YC）中草莓種植的綜合效益最高，其次為南陽黏壤土（CL）和駐馬店重壤土（HL），最低的是洛陽粉質黏壤土（SCL）。本研究結果為合理地推廣使用循環曝氣滴灌技術提供了理論依據。

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