基于模糊Borda法評價晝夜溫差對番茄秧苗生長的影響

黃 媛， 李瑜玲， 高欣娜， 武 猛， 杜亞茹， 康藝凡， 張 燕， 楊英茹， 李海杰

(1.石家莊市農林科學研究院/石家莊市農業信息化工程技術研究中心/河北省都市農業技術創新中心，河北石家莊 050041；2.北京農業信息技術研究中心，北京 100094)

番茄是喜溫喜光作物，北方地區設施番茄種植茬口一般分為早春茬、秋冬茬、冬春茬等，秋冬茬番茄秧苗8月中旬至9月初定植，定植后秧苗抗逆性較差，夏末高溫直接限制設施番茄的生長發育和品質形成，傳統認為，番茄秧苗期適宜的溫度范圍為17～30 ℃，高于35 ℃會擾亂植株細胞內穩態、損害植物細胞膜、產生過量的活性氧(ROS)及代謝紊亂等，出現一系列不正常的生長發育現象，妨礙產量和品質的提升。因此不少學者開展了空氣濕度、土壤濕度等環境條件以緩解高溫脅迫方面的研究。楊世瓊等通過擬合高溫高濕脅迫下設施番茄光響應曲線，發現空氣濕度增加至70%左右，可有效緩解41 ℃的日最高溫度對設施番茄光合機制帶來的損害。張潔等研究表明，120%ET的灌溉量可以維持亞高溫下番茄幼苗較高的光合作用，緩解亞高溫脅迫，提高幼苗質量。但提高空氣和土壤濕度易增加番茄秧苗染病、造成徒長的風險，因此綜合生產實際，開展番茄秧苗晝夜溫差生長試驗，通過調節農業設施夜晚溫度緩解高溫脅迫，提高番茄秧苗的生長質量。

多種維度的農藝指標可以反映番茄秧苗生長質量，例如簡單指標(全株干質量、根質量、莖粗、葉面積等)、相對指標(莖粗/莖高、根質量/冠質量、冠質量/莖高等)、復合指標即壯苗指數、生理指標(生長函數、代謝活性、體內物質含量)。單一農藝指標的評價已經不能滿足研究和種植的需要，基于不同學科運算邏輯的評價方法涌現。對多個指標的綜合評價一般分為指標的選擇、權重的確定、評分評價3個步驟，其中確定權重和評價評分的方法較多，常見的有基于經驗的專家評價法，基于運籌學的層次分析法和模糊綜合評價法，基于多元統計學的因子分析法，基于計算機科學的網絡神經評價法，以及綜合多種評價法的算法，例如基于專家評價的層次分析法、基于模糊綜合評價的網絡神經評價法等。張婧等利用主成分分析綜合評價了不同復合基質對番茄幼苗生長、葉片生理及光合特性的影響，篩選出番茄適宜的育苗基質配方。申寶營等通過模糊綜合評價方法研究不同時長的暗期補光對黃瓜幼苗的影響。胡田田等運用Broda法、Copeland法、模糊Borda法和基于整體差異的組合評價方法，構建番茄產量-品質組合評價模型。

不同評價方法由于運算原理不同，評價結果存在差異，本研究采用主成分分析法、信息量權重法、基于熵值法TOPSIS評價法、獨立性權重法、CRITTIC權重法5種方法對不同晝夜溫差處理下番茄生長、生理指標進行評價，再通過模糊Borda法綜合各單一評價法的序值和排名信息進行綜合評價，以尋找最為適宜番茄定植后苗期的晝夜溫度條件。

1 數據來源與分析方法

1.1 數據來源

數據來源于2019—2020年在河北石家莊市農林科學研究院進行的16組番茄定植后苗期的晝夜溫差栽培試驗。試驗采用大果型番茄合作906(撫順市北方農業科學研究所育成)為試驗苗材，在番茄苗5葉1心，由盤穴移栽至花盆度過緩苗階段后開始試驗，以晝均溫(26、29、32、35 ℃)和晝夜溫差(0、3、6、9 ℃)為試驗因素，采用兩因素交叉組合，利用人工氣候室模擬不同晝、夜溫度進行9 d的栽培試驗，試驗溫度見表1。試驗方案、數據測量方法參考文獻[18]，試驗材料的株高生長速率、莖粗生長速率、根冠比、壯苗指數、光合速率、蒸騰速率、水分利用率、氣孔導度、光能利用率9項指標作為數據研究對象，具體見表2。

表1 試驗晝、夜溫度及溫差設置

表2 供試材料生長、生理數據

1.2 模型構建

1.2.1 單一評價方法 采用主成分分析法、信息量權重、基于熵值法TOPSIS評價法、獨立性權重法、CRITTIC權重法5種單一評價方法分別對番茄生長-生理指標進行權重劃分和綜合評分計算。

1.2.2 基于模糊Borda組合評價 模糊Borda法是針對不同評價方法的結果進行組合評價的方法，主要步驟包括事前檢驗(Kendall相關系數法)、組合評價、事后檢驗(Spearman相關性分析)。模糊Borda法的評價步驟為首先計算各單一評價方法對評價項目得分的隸屬優度，即該評價方法決定其得到好的評價結果的能力。

式中：為第項在第種方法的得分；為第項在第種方法下屬于“優”的隸屬度。

計算第項處于位的模糊頻數及模糊頻率：

式中：為使用的單一評價方法數。

將排名名次轉化為得分：

式中：為第項在位的得分；為評價項目總數。

計算第項的模糊Borda數得分。

=∑。

1.3 數據處理

試驗數據利用SPSS 23.0及Excel 2007進行分析，其中顯著性水平設置為=0.05，并通過Excel 2007軟件進行表格繪制。

2 結果與分析

2.1 單一評價分析

通過主成分分析法、信息量權重法、基于熵值法TOPSIS評價法、獨立性權重法、CRITTIC權重法對16組處理的生長、生理指標進行權重賦值和綜合評分，評價結果和排名見表3。由表3可知，5種方法的評價值排名標準差在0～4.980之間，且無明顯規律。其中T處理排名相差最大，標準差為4.980；T、T、T、T、T、T、T、T、T、T、T處理排名標準差介于1.000～4.000之間，排名略有不同；T、T、T處理排名標準差介于0.000～1.000之間，排名差距較小；T處理排名標準差為0.000，說明5種評價方法的排名一致。

表3 供試材料生長、生理參數基本表現

2.2 番茄單一評價模型的事前檢驗

采用Kendall相關系數對5種單一評價方法的序值進行檢驗，結果表明主成分分析模型與信息量權重、基于熵值法TOPSIS評價、獨立性權重、CRITTIC權重共4項之間相關系數分別為0.467、0.200、0.367、0.283，并且值均大于0.05，意味著主成分分析模型與其他4種評價方法之間均沒有相關關系。因此，剔除主成分分析模型的評價結果，對其他4種評價方法再次進行Kendall相關系數檢驗，結果表明信息量權重與基于熵值法TOPSIS評價、獨立性權重、CRITTIC權重共3項之間全部均呈現出顯著性，相關系數分別為0.667、0.833、0.783，并且相關系數均大于0，意味著信息量權重與基于熵值TOPSIS評價、獨立性權重、CRITTIC權重共3項之間有著正相關關系。

進一步采用Kendall-W協和系數檢驗顯著性，當協調系數越接近1時，說明數據之間的一致性較強。計算得到協和系數(表4)，說明4種單一評價一致性程度很高，滿足事前一致性檢驗。

表4 單一評價模型序值Kendall相關系數

2.3 基于模糊Borda法的番茄產量-品質組合評價模型

通過模糊Borda法對信息量權重、基于熵值法TOPSIS評價、獨立性權重、CRITTIC權重法4項單一評價方法的結果進行綜合打分和排名，結果見表5。其中，T處理得分115.54，排名第1，即晝均溫35 ℃、夜均溫26 ℃的處理綜合排名最好；綜合排名最后一位的是T處理，即晝夜均溫為35 ℃/35 ℃時，番茄苗生長、生理指標的綜合評價最低。

表5 基于模糊Borda法綜合得分及排名

2.4 番茄產量-品質的組合評價模型的事后檢驗

采用Spearman相關性分析對4種單一評價法與模糊Borda法的序值進行相關性檢驗，由表6可知，模糊Borda法與信息權重、熵值法、獨立性權重、CRITTIC權重之間相關系數分別為0.926、0.950、0.979、0.997，并且相關系數值均大于0，意味著模糊Borda法與4種單一評價方法之間有著正相關關系，通過事后檢驗。

表6 Spearman等級相關系數事后檢驗

3 討論與結論

本研究采用模糊Broda組合評價模型，將不同晝均溫和晝夜溫差處理下的番茄定植后苗期的9個生長、生理指標進行了綜合評價，充分利用了番茄植株不同生長特征信息，綜合了信息量權重法、基于熵值法TOPSIS評價法、獨立性權重法、CRITTIC權重法4種單一評價方法的評價值和序值信息，克服了單一評價方法結論不一致的問題。結果表明，晝溫35 ℃、晝夜溫差9 ℃時， 番茄定植后苗期的生長、生理綜合評價最優。但這一結論與通過主成分分析所得結論并不一致，這可能是由于晝溫35 ℃為番茄苗期適宜生長的溫度上限，植物經過非致死高溫一段時間后，其耐熱性得到明顯提高，這種現象稱為熱鍛煉，也叫耐熱性獲得，是提高植物耐熱性的一個重要途徑，由于植物生存在受到外界脅迫時，常通過補償生長的方式來保護自身生存。關于高溫對番茄生長的影響，袁昌洪等研究了金冠五號番茄品種在高溫、高濕脅迫后的生長指標、抗氧化酶活性及葉綠素含量，結果表明32 ℃以下番茄生長呈超補償。趙勇竣等以不同番茄品種為試材，在人工模擬高溫環境下研究38 ℃高溫在不同時長下對各品種番茄幼苗根長、株高、滲透調節物質含量、保護酶活性的影響，結果表明，SOD、POD、CAT活性總體表現為先升后降，高溫處理5 d為各品種番茄幼苗感受高溫脅迫的轉折點。由此可見，番茄定植經過緩苗階段后，適當進行白天高溫脅迫，并增大晝夜溫差可促進番茄植株生長。