基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢決策法在宜機收玉米品種綜合評價中的應(yīng)用

夏來坤 齊建雙 谷利敏 穆心愿 馬智艷 丁勇 唐保軍 張鳳啟 張君 趙發(fā)欣 張?zhí)m薰

摘要：【目的】綜合評價玉米品種的宜機收性，篩選適宜黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)的機械收粒玉米新品種，為該區(qū)域宜機收玉米品種的選育和推廣提供參考依據(jù)?！痉椒ā坎捎渺刂蒂x權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢決策法，對2017—2018年10個新審定和生產(chǎn)上的主栽玉米品種進(jìn)行綜合評價?！窘Y(jié)果】DTOPSIS法計算結(jié)果表明，按照10個玉米品種與理想解的相對接近度Ci排序為京農(nóng)科728>粒收1號>豫單9953>新單68>創(chuàng)玉107>先玉335>迪卡517>華皖267>懷川39>鄭單958，綜合產(chǎn)量和宜機收性狀，京農(nóng)科728和豫單9953兩個品種表現(xiàn)較好?；疑謩輿Q策法計算結(jié)果表明，各參試品種的加權(quán)綜合效果測度值排序為京農(nóng)科728>粒收1號>豫單9953>先玉335>新單68>創(chuàng)玉107>迪卡517>懷川39>華皖267>鄭單958，結(jié)合產(chǎn)量和綜合優(yōu)勢量化值，同樣是京農(nóng)科728和豫單9953表現(xiàn)較好。兩種方法中，京農(nóng)科728、粒收1號、豫單9953、迪卡517和鄭單958等5個品種的排序基本一致，其余5個品種的綜合評價排序稍有不同。【結(jié)論】兩種評價方法均能客觀全面評價玉米品種的宜機收性，但灰色局勢決策法分類更準(zhǔn)確，計算過程也相對簡單。依據(jù)各品種的產(chǎn)量和宜機收性綜合評價10個參試玉米品種，初步篩選出適宜黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)的高產(chǎn)宜機收品種為京農(nóng)科728和豫單9953。

關(guān)鍵詞： 玉米;機械收粒;熵權(quán);DTOPSIS法;灰色局勢決策法

中圖分類號： S513.091? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：2095-1191（2019）09-1953-07

Abstract：【Objective】Comprehensive evaluation of characteristics of mechanical kernel harvest was conducted and new maize cultivar suitable for mechanical kernel harvest in the Huanghuaihai maize planting region was selected. It could provide reference for the selection and promotion of cultivars suitable for mechanical kennel harvest in the region. 【Method】Two evalua-ting methods，DTOPSIS mode and grey situation decision based on entropy were adopted in this paper to comprehensively evaluate 10 newly approved and produced main maize cultivars in 2017–2018. 【Result】DTOPSIS analysis results indicated the rank order of relative approach degree（Ci） of each cultivar was Jingnongke 728>Lishou No.1>Yudan 9953>Xindan 68>Chuangyu 107>Xianyu 335>Dika 517>Huawan 267>Huaichuan 39>Zhengdan 958. Two cultivars Jingnongke 728 and Yudan 9953 performed better in comprehensive yield and suitable traits. Analysis results of grey situation decision method indicated the rank of weighted composite effect value of each cultivars was Jingnongke 728>Lishou No.1>Yudan 9953>Xindan 68>Chuangyu 107>Xianyu 335>Dika 517>Huawan 267>Huaichuan 39>Zhengdan 958. Combined with the quantitative value of yield and comprehensive advantages， the performance of Jingnongke 728 and Yudan 9953 were fine. Among the two methods， the rankings of five cultivars including Jingnongke 728， Lishou No.1， Yudan 9953， Dika 517 and Zhengdan 958 were identical， and the rankings of the other five cultivars were slightly different. 【Conclusion】Both evaluation methods can objectively and comprehensively evaluate characters of mechanical kernel harvest of the maize cultivars， but the gray situation decision method is more accurate and the calculation process is relatively simple. According to the comprehensive evaluation of cultivar yield and suitable traits， the high-yield and suitable harvesting varieties suitable for the Huanghuaihai maize producing region from 10 tested maize cultivars are Jingnongke 728 and Yudan 9953.

Key words： maize; mechanical kernel harvest; entropy; DTOPSIS; grey situation decision

0 引言

【研究意義】隨著我國城市化進(jìn)程的加快和土地流轉(zhuǎn)集約化經(jīng)營的需求，全程機械化是玉米生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢。在玉米生產(chǎn)全程機械化過程中，黃淮海玉米主產(chǎn)區(qū)由于受小麥/玉米一年兩熟耕作制度的限制，為保證小麥播種時間，玉米從成熟到收獲的時間非常有限，目前生產(chǎn)上許多品種仍達(dá)不到機械化粒收的要求。因此，選擇合適的評價指標(biāo)，采用簡單有效的方法對現(xiàn)有品種的宜機收性狀進(jìn)行準(zhǔn)確評價，并篩選出一批宜機收玉米新品種是當(dāng)前黃淮海玉米生產(chǎn)的迫切需求?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】玉米品種的宜機收性狀是一個綜合性狀，需要對品種的抗倒性、籽粒脫水速率、機收籽粒破碎率等多個指標(biāo)進(jìn)行綜合評價。在不同作物品種的綜合評價中，DTOPSIS法和灰色局勢決策法均是對各性狀指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理后再統(tǒng)一度量，能有效克服綜合評價的片面性，全面客觀地評價目標(biāo)效果，已被廣泛應(yīng)用于小麥（吳志會等，2005）、玉米（郭永忠等，2007;邵美紅等，2017）、煙草（李彥平等，2012）、水稻（黃秋要等，2017）、甘蔗（楊昆等，2015）、棉花（馬輝等，2015）、大豆（余文遠(yuǎn)和李霖超，2015;昝凱等，2018）、番茄（楊禹偉等，2017）、馬鈴薯（宋潔等，2017）、草莓（李文硯等，2018）等各類作物的評價型研究。綜合分析前人的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)DTOPSIS法和灰色局勢決策法對品種進(jìn)行綜合評價較單用產(chǎn)量進(jìn)行分析更合理。郭永忠等（2007）采用灰色局勢決策方法對16個玉米品種的生物學(xué)性狀進(jìn)行綜合評價，認(rèn)為灰色局勢決策方法應(yīng)用于玉米品種綜合評價具有可行性，可多層次地綜合多個目標(biāo)性狀、客觀、全面地反映每個品種的性狀特征;馬輝等（2015）采用灰色關(guān)聯(lián)度法和DTOPSIS法綜合分析了4個機采棉品種的10個性狀，結(jié)果表明，灰色關(guān)聯(lián)度法和DTOPSIS法綜合評價結(jié)果完全一致，但DTOPSIS法優(yōu)于灰色關(guān)聯(lián)度法;昝凱等（2018）采灰色關(guān)聯(lián)度和DTOPSIS法綜合分析河南區(qū)域試驗中大豆新品種（系）的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)，認(rèn)為DTOPSIS法中品種間綜合性狀的差異表現(xiàn)充分，具有相對更好的評價效果。同時，有學(xué)者關(guān)注到DTOPSIS法和灰色局勢決策法對品種進(jìn)行綜合評價時，調(diào)查性狀的權(quán)重賦值至關(guān)重要（李彥平等，2012）?！颈狙芯壳腥朦c】傳統(tǒng)的DTOPSIS法和灰色局勢決策法在計算不同指標(biāo)對目標(biāo)效果的貢獻(xiàn)時一般是采用等權(quán)賦值或根據(jù)經(jīng)驗進(jìn)行賦值，易因權(quán)重賦值不合理導(dǎo)致評價結(jié)果不準(zhǔn)確。熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法，熵權(quán)法的權(quán)重計算完全按照指標(biāo)間數(shù)值的離散程度來設(shè)置，能有效排除人為干擾因素，使研究結(jié)果更加公正有效，但目前利用該方法對玉米品種的宜機收性進(jìn)行綜合評價的研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】將熵權(quán)法引入到傳統(tǒng)的DTOPSIS模型和灰色局勢決策評價體系中，綜合評價黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)10個玉米品種的宜機收性，同時對兩種評價方法進(jìn)行比較，篩選適宜該產(chǎn)區(qū)種植的宜機收玉米新品種，為黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)宜機收玉米品種的選育和推廣提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試玉米品種共10個（表1），均為2017—2018年國家審定或河南省新審定的玉米品種及生產(chǎn)上的主栽玉米品種。

1. 2 試驗方法

試驗于2018年在河南省原陽現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究示范基地進(jìn)行。試驗地土壤類型為潮土，地勢平整，排灌設(shè)施完善，地力均勻。前茬作物為小麥，小麥?zhǔn)斋@后秸稈全部粉碎還田，玉米貼茬播種。隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，10行區(qū)，行長6.67 m，行距0.60 m，小區(qū)面積40.00 m2，播種密度75000株/ha， 6月13日播種，10月13日收獲，生產(chǎn)管理同大田。收獲機具為奧地利溫特斯泰格（Wintersteiger）DELTA型號和配套HM800測產(chǎn)系統(tǒng)（Juniper System，inc），割幅為3行。

1. 3 測定項目及方法

各參試品種的性狀指標(biāo)取3個重復(fù)的平均值，測量和調(diào)查株高、穗位高、生育期、子粒破碎率、腐粒率、雜質(zhì)率、生理成熟期水含量、生理成熟后10 d的脫水速率和產(chǎn)量，收獲前取莖稈地上第2～4節(jié)，測定第3節(jié)的莖粗、莖稈穿刺力、折斷力和壓碎力。收獲時每小區(qū)收獲中間6行進(jìn)行測產(chǎn)和雜質(zhì)率、破碎率及腐粒率等指標(biāo)的測定。

1. 3. 1 株高、穗位高、生育期及產(chǎn)量測定 按照NY/T 1290—2006《農(nóng)作物品種試驗規(guī)程》，在玉米乳熟期調(diào)查株高和穗位高;臘熟完熟期調(diào)查玉米成熟期，計算玉米生育期;產(chǎn)量按照標(biāo)準(zhǔn)水份（14%）折算。

1. 3. 2 脫水速率測定 測定生理成熟后10 d的脫水速率，分別調(diào)查每個品種的成熟期，在該品種生理成熟期當(dāng)天測定一次子粒水含率，第11 d同一時間再測定一次子粒水含率，計算生理成熟后10 d的脫水速率。脫水速率（%/d）=（生理成熟時子粒水含率-第11 d的子粒水含率）/10 d×100

具體子粒水含率的測定方法：每品種每次取3穗，選取每個果穗中部子粒100粒，稱鮮重（W鮮）后放入80 ℃烘箱烘干至恒重，稱干重（W干）。子粒水含率（%）=（W鮮-W干）/W鮮×100。

1. 3. 3 莖粗、莖稈穿刺力、折斷力和壓碎力測定 收獲前1 d每組合的第1行從第3株開始連續(xù)取3株莖稈，取第3節(jié)間，去除葉鞘后用塑料薄膜包裹好，1 d內(nèi)測量莖粗并用YYD-1型莖稈強度測定儀測第3節(jié)間莖稈穿刺力、折斷力和壓碎力。每個樣品測3次，取其平均值。

1. 3. 4 雜質(zhì)率、破碎率和腐粒率測定 在收獲時，每個品種均隨機取出子粒樣品約2 kg，稱重（W），手工分揀將其分為子粒和非子粒兩部分，分別稱重子粒（W1）和非子粒（ZW）;再將子粒部分根據(jù)子粒的完整性和腐爛與否，將其分為完整非腐子粒、破碎子粒和腐病子粒，分別稱重，破碎子粒計為PW，腐病子粒計為FW。雜質(zhì)率（%）=ZW/W×100;破碎率（%）=PW/W1×100;腐粒率（%）=FW/W1×100。

1. 4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel 2013進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)的整理和統(tǒng)計分析。各性狀權(quán)重計算方法參照任亮等（2019）的評價模型，參試品種數(shù)目計為m，性狀指標(biāo)數(shù)目計為n。

（1）原始數(shù)據(jù)歸一化處理：

（2）各項指標(biāo)的熵值計算：

ej即為第個j指標(biāo)的熵值，其中ej不能大于1，lnm必須大于0。

（3）各項指標(biāo)的權(quán)重計算：

αj為第j個指標(biāo)的權(quán)重，gj為第j個指標(biāo)的差異性系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2. 1 DTOPSIS法評價結(jié)果

2. 1. 1 構(gòu)建評價矩陣及無量綱化處理 表2為10個參試玉米品種13個指標(biāo)性狀表現(xiàn)的平均值。 將13個指標(biāo)分為兩類：（1）逆向指標(biāo)，包括株高（I1）、穗位高（I2）、生育期（I3）、籽粒破碎率（I4）、腐粒率（I5）、雜質(zhì)率（I6）和生理成熟期水含量（I7），以10個樣本中最小值為分子，分別除以各樣本該指標(biāo)的數(shù)值;（2）正向指標(biāo)，包括莖粗（I8）、穿刺力（I9）、折斷力（I10）、壓碎力（I11）、生理成熟后10 d的脫水速率（I12）和產(chǎn)量（I13），以10個樣本中最大值作為分母，分別除以各樣本該指標(biāo)的數(shù)值。無量綱化結(jié)果（矩陣Z）見表3。

2. 1. 2 建立決策矩陣R 按照公式（1）～（3）計算各指標(biāo)的熵值和權(quán)重（表4）。指標(biāo)的熵值越大，表示差異性系數(shù)越小;權(quán)重越大，在綜合評價中所承載的信息越多。各性狀指標(biāo)權(quán)重（αj）乘以矩陣Z的第j列得到?jīng)Q策矩陣R（表5）。

2. 1. 3 各品種性狀指標(biāo)的理想解和負(fù)理想解 根據(jù)決策矩陣R得到13個性狀的正理想解與負(fù)理想解，按照表5順序分別為：

2. 1. 4 10個品種理想解的相對接近度 根據(jù)公式Ci=S?/（S++S?），計算出10個玉米品種與理想解的相對接近度Ci（表6），Ci越大，表示品種的宜機收性越接近理想目標(biāo)，其中S+為各品種與理想解的距離，S?為各品種與負(fù)理想解的距離。

10個參試玉米品種的Ci排序依次為：京農(nóng)科728>粒收1號>豫單9953>新單68>創(chuàng)玉107>先玉335>迪卡517>華皖267>懷川39>鄭單958。Ci最大的品種是京農(nóng)科728，其產(chǎn)量排名第4，表明該品種的宜機收性很好，產(chǎn)量也在中上等水平;Ci排第2名的品種是粒收1號，但其產(chǎn)量排名第9，說明該品種的宜機收性較好，但產(chǎn)量偏低;Ci排第3名的品種是豫單9953，產(chǎn)量排名第1，表明該品種的宜機收性較好，產(chǎn)量也較高。綜合產(chǎn)量和宜機收性性狀，京農(nóng)科728和豫單9953兩個品種是最適宜黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)機械收粒的高產(chǎn)玉米品種。

2. 2 灰色局勢決策法評價結(jié)果

2. 2. 1 效果測度矩陣的構(gòu)建 與DTOPSIS法不同，灰色局勢決策法將用于綜合評價的13個指標(biāo)分為三類：（1）上限效果測度，包括莖粗（I8）、穿刺力（I9）、折斷力（I10）、壓碎力（I11）、生理成熟后10 d的脫水速率（I12）和產(chǎn)量（I13）;（2）下限效果測度，包括株高（I1）、穗位高（I2）、生育期（I3）、籽粒破碎率（I4）、腐粒率（I5）、雜質(zhì)率（I6）和生理成熟期水含量（I7）;（3）適中效果測度，包括株高（I1）、穗位高（I2）和生育期（I3）。參照郭永忠等（2007）的方法得到效果測度矩陣L（表7）。

2. 2. 2 參試品種綜合優(yōu)勢值的計算 根據(jù)各性狀指標(biāo)的權(quán)重值（表4），帶入公式rij= [j=1nαjLij]（郭永忠等，2007），計算出各參試品種的加權(quán)綜合效果測度值，即為各品種的綜合優(yōu)勢量化值rij（表8）。結(jié)果表明：各參試品種的加權(quán)綜合效果測度值排序為京農(nóng)科728>粒收1號>豫單9953>先玉335>新單68>創(chuàng)玉107>迪卡517>懷川39>華皖267>鄭單958。結(jié)合產(chǎn)量和綜合優(yōu)勢量化值，在10個參試品種中篩選出最適宜黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)的高產(chǎn)宜機收籽粒品種同樣是京農(nóng)科728和豫單9953。

3 討論

本研究采用熵權(quán)法計算出13個測試性狀對目標(biāo)性狀的貢獻(xiàn)權(quán)重系數(shù)，分別代入DTOPSIS法和灰色局勢決策法兩種評價模型中，結(jié)果表明：兩種方法的評價結(jié)果排名不完全一致，其中京農(nóng)科728、粒收1號、豫單9953、迪卡517和鄭單958等5個品種的排序基本一致，其余5個品種的排序存在差異，但兩種評價方法在10個參試品種中篩選出的最適宜機收品種均為京農(nóng)科728和豫單9953，綜合評價結(jié)果基本一致。DTOPSIS法和灰色局勢決策法的共同點在于均是對各性狀指標(biāo)進(jìn)行無量鋼化處理后再統(tǒng)一度量，不同點是DTOPSIS法對評價指標(biāo)的分類只有正向和逆向兩類，而灰色局勢決策法則分為上限、下限和適中三類效果指標(biāo)，分類相對更準(zhǔn)確。對比兩種評價方法，發(fā)現(xiàn)綜合評價值（Ci和rij）分散程度相差不明顯，品種評價排序差異也較小，但灰色局勢決策法的計算過程更簡單，與左安建等（2014）在卷煙質(zhì)量綜合評價中的研究結(jié)果一致。

按照GB/T 21962—2008《玉米收獲機械技術(shù)條件》規(guī)定，機收玉米應(yīng)達(dá)到子粒破碎率≤5%、雜質(zhì)率≤3%。本研究的10個參試品種中，僅鄭單958的子粒破碎率大于5%，其余9個品種均小于5%，平均破碎率2.7%;子粒雜質(zhì)率均遠(yuǎn)小于3%，低于GB/T 21962—2008的相關(guān)規(guī)定，也低于李少昆（2017）關(guān)于我國玉米機械粒收質(zhì)量的研究結(jié)果，其原因可能與試驗材料收獲時間及收獲機械性能有關(guān)。本研究中各品種均在生理成熟后10 d左右收獲，即比正常收獲時間晚10 d左右，籽粒水含率較低，因此，破碎率較低，與柳楓賀等（2013）、謝瑞芝等（2014）和李少昆（2017）的研究結(jié)果一致;同時，本研究使用的收獲機具為奧地利溫特斯泰格（Wintersteiger）DELTA型號和配套HM800測產(chǎn)系統(tǒng)，機械性能較好，而李少昆（2017）的研究中使用的是多種國產(chǎn)福田雷沃谷神GE60系列、花田玉溪、博遠(yuǎn)等機型和進(jìn)口機械（凱斯CASS-6088、John Deere系列JD-3518與JD-3316）。本課題組在其他試驗中也發(fā)現(xiàn)，同時播種、同時收獲的同一個玉米品種，采用不同的收獲機械進(jìn)行收粒時，子粒的破碎率和雜質(zhì)率差異明顯。因此，在評價玉米品種的宜機收性時也應(yīng)充分考慮收獲機械的性能水平。

通過審定的玉米品種，均有其優(yōu)勢存在，對玉米品種的評價僅是針對品種在不同生態(tài)區(qū)的適應(yīng)性、品質(zhì)或宜機收性等某一特性進(jìn)行。因此，對品種的評價準(zhǔn)確與否，前提是能否準(zhǔn)確選擇評價指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上選擇合適有效的評價方法才能準(zhǔn)確篩選出最符合目標(biāo)的品種。本研究中選擇的性狀指標(biāo)，主要從玉米的抗倒伏能力、機收質(zhì)量、產(chǎn)量和脫水性等方面考慮，這些指標(biāo)是黃淮海夏玉米籽粒機收的主要性狀指標(biāo)，具有較強代表性，采用熵值賦權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢決策法也能較全面客觀地對玉米品種的宜機收性進(jìn)行綜合評價。因此，本研究初步篩選出的宜機收玉米品種對黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)上選擇、種植推廣該類品種具有一定參考價值，但其結(jié)果尚需進(jìn)行多年多點重復(fù)試驗予以驗證。

4 結(jié)論

DTOPSIS法和灰色局勢決策法兩種評價方法均能客觀全面評價玉米品種的宜機收性，但灰色局勢決策法分類更準(zhǔn)確，計算過程也相對簡單。依據(jù)品種產(chǎn)量和宜機收性綜合評價，從10個參試玉米品種中初步篩選出適宜黃淮海玉米產(chǎn)區(qū)的高產(chǎn)宜機收品種為京農(nóng)科728和豫單9953，可進(jìn)入下一年的多點篩選試驗。

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（責(zé)任編輯 王 暉）