用灰色關(guān)聯(lián)度法綜合評價(jià)扁蓿豆生產(chǎn)性能

李鴻雁，李志勇，李 紅，蔡麗艷，張靜萍，邢建軍

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所 農(nóng)業(yè)部沙爾沁牧草資源重點(diǎn)野外科學(xué)觀測試驗(yàn)站,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古草原工作站,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020； 3.內(nèi)蒙古大學(xué)交通學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021)

隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略部署的實(shí)施以及種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，扁蓿豆(Medicagoruthenica)作為退耕還草和生態(tài)建設(shè)的主要備選草種和北方干旱寒冷草原地區(qū)重要的高蛋白飼料，其優(yōu)異特性及應(yīng)用價(jià)值越來越引起人們的重視。

生產(chǎn)性能可用不同的指標(biāo)來衡量，同一份材料在不同的指標(biāo)體系中生產(chǎn)性能表現(xiàn)差異較大[1]。在進(jìn)行材料或品種評價(jià)時(shí)，一般常用的定量分析方法都是數(shù)理統(tǒng)計(jì)或多元分析法，往往要求有大量樣本和典型的概率分布，且多限于品種間進(jìn)行?；疑到y(tǒng)理論中關(guān)聯(lián)度分析法可以克服以上不足[2-3]。近年來，隨著灰色系統(tǒng)理論的研究和發(fā)展，該方法以其信息量大、簡便實(shí)用、結(jié)果準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)，倍受研究者青睞，已在玉米(Zeamays)[4-6]、大豆(Glycinemax)[7]、小麥(Triticumaestivum)[8]、番茄(Lycopersiconesculentum)[9]、草坪草[10]、苜蓿(Medicagosativa)[11]、檸條(Caraganakorshinskii)[12]等植物的綜合評估中加以應(yīng)用，并取得較好的效果。本研究從株高、生育期、株高生長速度、干鮮比、鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量和種子產(chǎn)量等指標(biāo)入手，用灰色關(guān)聯(lián)度法對20份野生扁蓿豆材料的生產(chǎn)性能進(jìn)行綜合評價(jià)，旨在為野生扁蓿豆材料的篩選和生產(chǎn)性能好的品種培育提供一定的指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2008年在呼和浩特南郊試驗(yàn)場國家多年生牧草圃進(jìn)行，位于呼和浩特市西南約30 km的土默特左旗沙爾沁鄉(xiāng)，地理坐標(biāo)為111°45′ E，40°36′ N；屬于半干旱大陸性氣候，海拔1 065 m，年平均氣溫5.6 ℃，7月極端最高氣溫37.3 ℃，1月極端最低氣溫-32.8 ℃，≥10 ℃年活動積溫2 700 ℃·d 以上，年均降水量400 mm左右，無霜期130 d 左右，初霜日一般出現(xiàn)在9月15日左右，終霜日出現(xiàn)在5月12日左右；土壤類型為砂壤土，肥力中等；全生育期澆水4次，施肥1次，中耕除草3次。

1.2材料 20份野生扁蓿豆材料均為國家牧草種質(zhì)中期庫課題組野外考察收集的材料(表1)。

1.3試驗(yàn)方法 供試材料于2008年4月在溫室內(nèi)播種育苗，溫度控制在(26±2) ℃，自然光照。約1個(gè)月后開始發(fā)芽出苗，最初的發(fā)育比較緩慢，經(jīng)過20 d株高只有3～5 cm。幼苗在溫室內(nèi)生長70 d后，移栽于試驗(yàn)小區(qū)，扁蓿豆從花蕾期起生長發(fā)育明顯加快，每天能長1～2 cm，從花蕾的出現(xiàn)到開花需要7～10 d，開花期可持續(xù)35～45 d，扁蓿豆生育天數(shù)約為120 d。試驗(yàn)按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積3.5 m2，每小區(qū)之間相隔60 cm。2009-2010年連續(xù)觀測兩年，分別測定株高、生育期、株高生長速度、干鮮比、鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量和種子產(chǎn)量等指標(biāo)。株高，在開花期測量從地表面到植株最高點(diǎn)的絕對高度，隨機(jī)10次,取平均值(cm)；生育期，從播種至種子成熟的天數(shù)；生長速度，春季間隔20 d測定的株高值，其差除以20所得的數(shù)，隨機(jī)測定10株，取平均值；干鮮比，稱量過的干樣與鮮樣的質(zhì)量比值，測定10次，取平均值；鮮草產(chǎn)量，于開花期稱量，重復(fù)測定10次，取平均值(kg)；干草產(chǎn)量，稱量過的鮮樣自然風(fēng)干后稱干質(zhì)量，重復(fù)測定10次，取平均值(kg)；種子產(chǎn)量，小區(qū)的種子產(chǎn)量(g)。

表1 供試材料來源及農(nóng)藝性狀Table 1 Sources and agronomic characteristics of materials in this study

2 結(jié)果與分析

2.1灰色關(guān)聯(lián)度原理與方法 采用灰色關(guān)聯(lián)度理論和模糊數(shù)學(xué)方法中的權(quán)重決策法[13-14]，按照灰色系統(tǒng)理論，將所有參試的野生扁蓿豆材料視為一個(gè)灰色系統(tǒng)，而每個(gè)參試扁蓿豆材料是該系統(tǒng)中的一個(gè)因素。根據(jù)育種目標(biāo)和生產(chǎn)實(shí)際需要，把各參試扁蓿豆材料主要性狀的最佳值結(jié)合起來，構(gòu)成一個(gè)理想的“參考材料”，選用株高等7項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重綜合評價(jià)，以確定不同指標(biāo)在評價(jià)體系中的權(quán)重比例。以“參考材料”各個(gè)性狀指標(biāo)所構(gòu)成的數(shù)列為參考數(shù)列，記作X0，以參試材料各個(gè)性狀指標(biāo)所構(gòu)成的數(shù)列為比較數(shù)列。

比較數(shù)列為Xi，i=1，2，3，…，n，且

X0={X0(1)，X0(2)，X0(3)，…，X0(n)}，

Xi={Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)，…，Xi(n)}，

i=1，2，3，…，n，由公式(1)計(jì)算參試材料與“參考材料”之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，則稱為X0與Xi在第k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

(1)

Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|.

(2)

2.2關(guān)聯(lián)度的計(jì)算及其分析

2.2.1構(gòu)建“參考材料” 在株高、生育期、株高生長速度、干鮮比、鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量和種子產(chǎn)量指標(biāo)中，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要，7項(xiàng)指標(biāo)均選擇分別高于“參考材料”中最大值的5%[15-17]。即株高78.29 cm，生育期143 d，生長速度2.14 cm·d-1，干鮮比0.987，鮮草產(chǎn)量596 kg，干草產(chǎn)量160.3 kg，種子產(chǎn)量10.34 g。構(gòu)成最優(yōu)指標(biāo)集

{X0(k)}={78.29，143，2.14，0.987，596，160.3，10.34}。

2.2.2數(shù)據(jù)的無量綱化處理 由于各性能指標(biāo)量綱不同，需對各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理[18]。采用初值法，將表1中的數(shù)據(jù)壓縮的[0,1]的區(qū)間內(nèi)，即所有指標(biāo)數(shù)值被相應(yīng)的X0值除，將所得的數(shù)據(jù)列于表3。

2.2.3求出關(guān)聯(lián)系數(shù) 首先根據(jù)公式

Δi (k)=|X0(k)-Xi(k)|

求出參考數(shù)列與比較數(shù)列的絕對差值，結(jié)果見表3。然后利用公式

ξi(k)=(a+b)/(Δi(k)+ρb)[15]

計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果見表4。式中，a=min min|X0(k)-Xi(k)|，b=max max|X0(k)-Xi(k)|，ρ為分辨率系數(shù)，取值0.5。

表3 X0對Xi的絕對差值[Δi(k)]Table 3 The absolute difference of X0 to Xi[Δi(k)]

表4 各性狀指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)值Table 4 The correlation coefficient of each characteristic

2.2.4確定各性能指標(biāo)的權(quán)重及排序 根據(jù)模糊數(shù)學(xué)方法中的權(quán)重決策法，可根據(jù)公式ri=1/n∑ξi (k)計(jì)算各指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度(表4)，由rj=ri/(∑ri)計(jì)算各指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)值，賦予各性狀不同權(quán)重，結(jié)果為：r1=0.981 8，r2=0.858 5，r3=0.751 1，r4=0.695 2，r5=0.706 7，r6=0.713 6，r1>r2>r3>r6>r5>r4，說明在評價(jià)指標(biāo)中所占的權(quán)重順序?yàn)橹旮?生育期>株高生長速度>干草產(chǎn)量>鮮草產(chǎn)量>干鮮比。

2.2.5關(guān)聯(lián)分析 根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析原則，關(guān)聯(lián)度大的數(shù)列與參考數(shù)列最為接近，值越大說明參試材料與“參考材料”越接近，綜合性能越理想。根據(jù)權(quán)重構(gòu)造扁蓿豆供試材料的綜合評價(jià)模型計(jì)算各供試材料的綜合評價(jià)值Zk(表5)，結(jié)果表明，綜合表現(xiàn)較好的材料依次為來自錫林郭勒盟灰騰梁的M-4、通遼市的M-8、錫林郭勒盟西蘇旗的M-5和通遼市的M-6，而來自包頭市達(dá)茂旗的M-20、烏蘭察布市四子王旗的M-19、錫林浩特市的M-3和赤峰市的M-10生產(chǎn)性能較低。

Zk=0.981 8X1+0.858 5X2+0.751 1X3+0.695 2X4+0.706 7X5+0.713 6X6

3 結(jié)論

研究應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度理論，對20個(gè)野生扁蓿豆材料的栽培生產(chǎn)性能進(jìn)行綜合評價(jià)?；疑P(guān)聯(lián)度分析在牧草引種、苜蓿生產(chǎn)性能評定、干草調(diào)制方法的綜合評價(jià)等已有應(yīng)用[19-21]。本研究表明，采用灰色系統(tǒng)理論對扁蓿豆材料進(jìn)行綜合評價(jià)是切實(shí)可行的，能夠較全面地反映一個(gè)材料綜合生產(chǎn)性能的優(yōu)劣，且結(jié)果與試驗(yàn)表現(xiàn)相吻合。說明扁蓿豆的生產(chǎn)性能可用株高、生育期、株高生長速度、干鮮比、鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量和種子產(chǎn)量等指標(biāo)來綜合評價(jià)，根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重比較可得株高>生育期>株高生長速度>干草產(chǎn)量>鮮草產(chǎn)量>干鮮比，從而構(gòu)造扁蓿豆試驗(yàn)材料綜合評價(jià)。最終評價(jià)結(jié)果為，最好的是來自錫林郭勒盟灰騰梁的材料M-4，較好的為來自通遼市的兩份材料M-6、M-8和錫林郭勒盟西蘇旗的M-5，表現(xiàn)中等的為海拉爾市的M-11、呼和浩特市的M-14、通遼市的M-7、包頭市土默特右旗的M-18，而來自包頭市達(dá)茂旗的M-20、烏蘭察布市四子王旗的M-19、錫林浩特市的M-3和赤峰市的M-10生產(chǎn)綜合評價(jià)值較低。通過加權(quán)指標(biāo)分析，鮮草產(chǎn)量指標(biāo)在整個(gè)指標(biāo)體系中的排位在生育期、株高、生長速度之后,這與扁蓿豆生長后期產(chǎn)量指標(biāo)易受環(huán)境影響變動較大有關(guān)，僅憑產(chǎn)量因素來評價(jià)扁蓿豆的栽培生產(chǎn)性能對扁蓿豆種質(zhì)材料選擇工作有誤導(dǎo)的風(fēng)險(xiǎn)。采用多指標(biāo)體系綜合評價(jià)，其結(jié)果較為合理可信，能夠全面反映出一份材料生產(chǎn)性能的優(yōu)劣。綜合評價(jià)要選擇適應(yīng)某個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境條件和生產(chǎn)實(shí)際狀況的代表性性狀作為綜合評價(jià)的因子，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐和社會需要，從而使賦予各性狀的權(quán)重值更能充分反映出客觀實(shí)際。

表5 各供試材料綜合評價(jià)Zk值Table 5 Zk value of the tested materials

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