基于未確知測(cè)度理論的旱砂地籽瓜間作花生模式評(píng)價(jià)

劉　斌，安　力，寇燕燕，劉　濤

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅　蘭州　730070；2.西北礦冶研究院，甘肅　白銀　730900）

基于未確知測(cè)度理論的旱砂地籽瓜間作花生模式評(píng)價(jià)

劉斌1，安力1，寇燕燕1，劉濤2

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅蘭州730070；2.西北礦冶研究院，甘肅白銀730900）

摘要：基于未確知測(cè)度理論，建立旱砂地籽瓜與花生不同間作密度的優(yōu)越性等級(jí)評(píng)價(jià)和排序模型。選取籽瓜種子千粒重、產(chǎn)籽率、種子產(chǎn)量、花生產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)投比6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立各影響因素的未確知測(cè)度函數(shù)。根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行定量分析，利用熵計(jì)算各影響因素的指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)置信度識(shí)別準(zhǔn)則對(duì)不同密度的間作模式效果等級(jí)進(jìn)行判定，并對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)排序。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，花生株距為50 cm時(shí)的評(píng)價(jià)結(jié)果最佳，未確知綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為3.26。該方法在評(píng)價(jià)和優(yōu)選不同間作模式中更具客觀性，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行靈活選擇評(píng)價(jià)因素，評(píng)價(jià)結(jié)果更具客觀性，在評(píng)價(jià)和選擇間作最佳栽培密度時(shí)具有一定的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：未確知測(cè)度；旱砂地；間作；籽瓜；花生

甘肅省中部地區(qū)位于黃土高原西部，干旱少雨，植被稀少，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)以旱作農(nóng)業(yè)為主，旱砂田耕作便是旱作農(nóng)業(yè)的主要方式之一［1］。甘肅省的旱砂田主要分布在蘭州、白銀兩市，面積約6.0 萬(wàn)hm2，占全國(guó)旱砂田總面積的60.0%，甘肅省的73.8%［2-3］。該區(qū)為生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，耕作方式比較粗放，土地沙化逐年加重，降水少、干旱半干旱是目前面臨的最大威脅，生態(tài)脆弱，風(fēng)蝕嚴(yán)重，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的另一難題。生態(tài)環(huán)境問(wèn)題正受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注［4］。因此，確定最佳的種植模式對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)發(fā)展有著重要的意義。

間作是一種充分利用自然資源，提高土地利用率、有效減少病蟲(chóng)草害的生態(tài)種植模式，使作物種植在時(shí)間和空間上集約化的耕作制度。籽瓜間作花生模式作為旱砂田新型種植模式，不僅使籽瓜的成熟期提前，全生育期縮短，種子的千粒重顯著提高，且對(duì)籽瓜產(chǎn)量影響不大，可以獲得較單作籽瓜高的經(jīng)濟(jì)效益，并且因花生自身具有固氮作用，一般不用施氮肥，還可能將其固定的氮素供給與之間作的作物使用，產(chǎn)生的根瘤菌進(jìn)入土壤可增加土壤中的微生物種類，改變連作土壤中微生物的環(huán)境，改善旱砂田連作障礙［5］。

目前，評(píng)價(jià)種植模式的方法很多，大多采用單項(xiàng)指標(biāo)（如產(chǎn)量指標(biāo)或生態(tài)環(huán)境指標(biāo)等）來(lái)進(jìn)行直接對(duì)比或采用統(tǒng)計(jì)分析（方差分析、回歸分析）評(píng)價(jià)其優(yōu)劣，或選用多項(xiàng)指標(biāo)，定出評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，然后對(duì)各種耕作模式按評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)給出每項(xiàng)指標(biāo)的得分，最后依其總分的高低判斷其優(yōu)劣［6］。由于種植模式的組成是多方位、多層次和多指標(biāo)的，因此很難客觀、全面地評(píng)價(jià)種植模式的綜合效益。未確知信息及其數(shù)學(xué)處理理論是一種不同于模糊信息、隨機(jī)信息和灰色信息的新的不確定性信息［7］，該方法是由我國(guó)學(xué)者王光遠(yuǎn)于1990年提出的［8］。未確知測(cè)度理論是未確知數(shù)學(xué)理論的重要成果，目前該理論己被運(yùn)用到多個(gè)領(lǐng)域［9 -18］。在此基礎(chǔ)上，劉開(kāi)第等建立了未確知數(shù)學(xué)理論，并將該理論運(yùn)用到社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)中［17］。在未確知數(shù)學(xué)的應(yīng)用研究中，成果最多的是未確知測(cè)度評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用［9-10］。

本研究借鑒未確知測(cè)度評(píng)價(jià)模型的理論和思想，將未確知數(shù)學(xué)理論運(yùn)用到農(nóng)作物間作評(píng)價(jià)問(wèn)題中，可以解決旱砂地間作模式評(píng)價(jià)系統(tǒng)中諸多因素不確定性問(wèn)題，還能對(duì)其進(jìn)行定量分析。與其它評(píng)價(jià)方法比較，未確知測(cè)度方法還可以進(jìn)行等級(jí)評(píng)定［19］，未確知評(píng)價(jià)模型具有結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，評(píng)價(jià)結(jié)果合理、精細(xì)、分辨率高的特點(diǎn)［20］。我們基于未確知測(cè)度理論，建立旱砂地籽瓜與花生的間作種植模式評(píng)價(jià)模型，根據(jù)生產(chǎn)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立適合各影響因素的未確知測(cè)度函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行定量分析；利用熵計(jì)算各影響因素的指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)置信度識(shí)別準(zhǔn)則對(duì)不同密度的間作模式效果等級(jí)進(jìn)行判定，并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)排序，對(duì)西北地區(qū)特有的旱砂地間作種植模式進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選適宜的間作模式，以期為該地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1　材料與方法

1.1供試材料

指示籽瓜品種為黑豐1號(hào)，花生品種為扶余四粒紅。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2013年4—10月在甘肅省靖遠(yuǎn)縣高灣鄉(xiāng)賈崖村進(jìn)行，前茬籽瓜。播前整地、施基肥以當(dāng)?shù)氐臉?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。起平壟后用旱砂地專用地膜覆蓋壟面，壟寬100 cm，地膜寬120 cm，播后田間管理與當(dāng)?shù)睾瞪暗毓芾硐嗤?。試?yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每壟籽瓜種植2行，株距75 cm，行距50 cm，花生株距設(shè)3個(gè)水平，分別為A1（40 cm）、A2 （50 cm）和A3（60 cm），以單作籽瓜作為CK（對(duì)照），花生播種于籽瓜行間，與籽瓜水平距離25 cm，3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為15 m2。

1.3評(píng)價(jià)方法（未確知測(cè)度理論）

假設(shè)評(píng)價(jià)對(duì)象R共有n個(gè)，則評(píng)價(jià)對(duì)象的空間向量為R={ R1，R2，…Rn}，假設(shè)每個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象Ri（i=1，2，…，n）有m個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，記為：X={ X1，X2，…Xn}。則Ri可表示為m維向量Ri= {xi1，xi2，…xim}，其中，xij是表示研究對(duì)象Ri的的評(píng)價(jià)指標(biāo)Xj的測(cè)量值。對(duì)每個(gè)子項(xiàng)xij（i=1，2，…，n；j=1，2，……，m）假設(shè)含有p個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)（C1，C2，…，Cp）。

將評(píng)價(jià)空間記為U，則U={ C1，C2，…，Cp}。設(shè)Ck（k=1，2，…，p）為第k級(jí)的評(píng)價(jià)等級(jí)，且k級(jí)評(píng)價(jià)危險(xiǎn)等級(jí)要比k+1級(jí)要“高”，記為Ck＞Ck+1。如果C1＞C2＞C3＞…＞Cn，那么，{C1，C2，…，Cp}是評(píng)價(jià)空間U的一個(gè)有序分割類。

1.3.1單指標(biāo)測(cè)評(píng)假設(shè)μijk=μ（xij∈ck）為測(cè)量值xij屬于第k個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)Ck的程度，且滿足以下要求：

公式（2）為體現(xiàn)了μ的“歸一性”，公式（3）則體現(xiàn)了μ的可加性，滿足（1）~（3）的μ被稱為未確定測(cè)度，簡(jiǎn)稱測(cè)度。

矩陣（μijk）m×p被稱為單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣，矩陣表達(dá)式為：

1.3.2指標(biāo)權(quán)重的確定假設(shè)wj表示測(cè)量指標(biāo)Xj與其他的指標(biāo)相對(duì)重要的程度，且，并滿足0≤≤1，0≤wj≤1稱wj為Xj的權(quán)重，那么向量w={ w1，w2，…，wm}被稱為指標(biāo)權(quán)重向量。通過(guò)熵確定指標(biāo)權(quán)重，即：

通過(guò)公式（4）、（5）和（6）可算出wj。

1.3.3多指標(biāo)綜合測(cè)度設(shè)μik=μ（Ri∈Ck）是關(guān)于評(píng)價(jià)Ri第k個(gè)評(píng)價(jià)類的程度，即有：

1.3.4置信度識(shí)別若C1＞C2＞C3＞…＞Cp，則令：

式中λ為置信度（λ≥0.5），通過(guò)引入置信度識(shí)別準(zhǔn)則，從而對(duì)研究對(duì)象做出評(píng)價(jià)。

1.3.5排序在工程當(dāng)中，通常除了要對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象做出評(píng)價(jià)等級(jí)，往往還需對(duì)所研究的對(duì)象進(jìn)行排序，因?yàn)橥ǔＧ闆r下。若：C1＞C2＞C3＞…＞Cp，令Cl的分值為Il，則有Il＞Il+1，且：

式中，qRi為Ri的未確知重要度，q=｛qR1，qR2，…，qRn｝被稱為評(píng)價(jià)對(duì)象未確知重要度向量。通過(guò)數(shù)值的大小對(duì)其進(jìn)行排序。

1.4評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取及分級(jí)

通過(guò)對(duì)籽瓜、花生的生長(zhǎng)發(fā)育和生產(chǎn)情況進(jìn)行田間觀察統(tǒng)計(jì)和分析，選取與產(chǎn)量和效益相關(guān)的指標(biāo)，即籽瓜種子千粒重（g）、籽瓜種子產(chǎn)量（kg/hm2）、產(chǎn)籽率（%）、花生產(chǎn)量（kg/hm2）、經(jīng)濟(jì)效益（元/hm2）和產(chǎn)投比等6個(gè)影響因素建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分別記為（X1，X2，…，X6），很據(jù)田間實(shí)際生產(chǎn)情況將各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，評(píng)判集為（C1，C2，C3，C4），即優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級(jí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)與影響等級(jí)之間的關(guān)系見(jiàn)表1。

1.5單指標(biāo)評(píng)價(jià)測(cè)度函數(shù)

根據(jù)單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)的定義和各評(píng)價(jià)指標(biāo)的取值范圍及評(píng)價(jià)等級(jí)，構(gòu)建適合本研究單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)度函數(shù)如圖1所示。

2　結(jié)果與分析

表1　評(píng)價(jià)指標(biāo)與影響等級(jí)之間的關(guān)系

表2　籽瓜田間生長(zhǎng)發(fā)育與生產(chǎn)情況測(cè)定統(tǒng)計(jì)

2.1田間測(cè)定統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從對(duì)籽瓜田間生長(zhǎng)發(fā)育與生產(chǎn)情況測(cè)定統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表2）可以看出，籽瓜種子產(chǎn)量評(píng)價(jià)A1為差，A2為良，A3為中。產(chǎn)籽率評(píng)價(jià)A1為中，A2為良，A3為優(yōu)。花生產(chǎn)量評(píng)價(jià)A1為優(yōu)，A2為良，A3為中。籽瓜千粒重評(píng)價(jià)A1為良，A2為優(yōu)，A3為優(yōu)。經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)A1為優(yōu)，A2為優(yōu)，A3為良。產(chǎn)投比評(píng)價(jià)A1為良，A2為優(yōu)，A3為良。

圖1　單指標(biāo)測(cè)度函數(shù)

2.2多指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣及置信度識(shí)別

根據(jù)公式（1）-（6）可計(jì)算出物候期等6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)合公式（7）與單指標(biāo)矩陣公式（4）可計(jì)算出3個(gè)試驗(yàn)組的多指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)向量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。運(yùn)用公式（8）對(duì)3組試驗(yàn)做出評(píng)價(jià)，本研究取置信度，根據(jù)置信度準(zhǔn)則，計(jì)算得出試驗(yàn)組A1的評(píng)價(jià)等級(jí)為中，A2為優(yōu)，A3為良。

表3　未確知測(cè)度模型評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3排序

根據(jù)公式（9）對(duì)3組試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)良進(jìn)行排序。由于C1＞C2＞C3＞C4，假設(shè)（C1，C2，C3，C4）= （1，2，3，4），計(jì)算可得：2.14，3.26，3.20，即3組花生與籽瓜間作試驗(yàn)效果的排序?yàn)锳2＞A3＞A1。

3　小結(jié)和討論

1）基于未確知測(cè)度理論，建立旱砂地籽瓜與花生間作種植模式評(píng)價(jià)模型，根據(jù)生產(chǎn)試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立未確知測(cè)度函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行定量分析；利用熵計(jì)算各影響因素的指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)置信度識(shí)別準(zhǔn)則對(duì)不同密度的間作模式效果等級(jí)進(jìn)行判定，并對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)排序，得出花生株距50 cm的試驗(yàn)效果最佳，未確知綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為3.26，評(píng)價(jià)結(jié)果為優(yōu)；株距為60 cm時(shí)試驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為3.20，評(píng)價(jià)結(jié)果良好。

2）本研究結(jié)果與王明山等對(duì)灌溉地地膜籽瓜與花生間作密度的研究結(jié)果較為一致［21］，研究表明，適宜的花生間作密度為50～60 cm，與賈青德等、武延安等研究籽瓜間作試驗(yàn)中的結(jié)論也保持一致［22-23］。與張寶東等采用灰色關(guān)聯(lián)的方法評(píng)價(jià)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的結(jié)果具有一定的相似性［6-7］。未確知信息是一種不同于模糊信息、隨機(jī)信息和灰色信息的新的不確定信息，該方法在評(píng)價(jià)和優(yōu)選不同間作種植模式中也具有客觀性，且該方法中的評(píng)價(jià)影響因素可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行靈活選擇，評(píng)價(jià)和選擇間作最佳栽培密度較其他評(píng)價(jià)方法具有一定的創(chuàng)新性。

3）種植模式是組織農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)和依據(jù)，合理的種植模式可以充分利用當(dāng)?shù)氐馁Y源，提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)農(nóng)民增收，同時(shí)還能保護(hù)水土資源，改善生態(tài)環(huán)境［6］。隨著中國(guó)花生帶的北移，西北地區(qū)的花生種植面積增長(zhǎng)相對(duì)較快，但在西北地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境下，帶來(lái)的連作單產(chǎn)逐年降低和風(fēng)蝕加劇的問(wèn)題已經(jīng)顯現(xiàn)。旱砂地籽瓜間作花生種植模式正處于試驗(yàn)初期，本研究采用的評(píng)價(jià)因子較少，在一定程度上可能影響到評(píng)價(jià)結(jié)果，今后應(yīng)擴(kuò)大指標(biāo)覆蓋范圍，加強(qiáng)研究的系統(tǒng)性和深入性。

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（本文責(zé)編：陳偉）

Evaluation of Planting Modes of Seed Watermelon Intercropped Peanut in Dry Sandy Land Based on Uncertainty Measurement Theory

LIUBin1，ANLi1，KOUYanyan1，LIUTao2
（1. College of Horticultural，Gansu Agricultural University，Lanzhou Gansu 730070，China；2. Northwest Research Institute of Mining and Metallurgy，Baiyin Gansu 730900，China）

Abstract：Based on the uncertainty measurement theory，to enrich the method for evaluating different planting modes quality. a superior-evaluating and order-arranging model of planting modes of intercropped seed watermelon and different planting density of peanut in dry sandy land was established. Considering the test condition of intercropped production，selecting six evaluation index are the seed watermelon thousand-seed weight，seed output ratio，seed yield，peanut yield，economic benefit and output ratio，and uncertainty measurement function was obtained based on the in-situ data. The uncertainty problems planting modes of intercropped seed watermelon and peanut which the production in the field was solved quantitative analysis respectively. Entropy theory was used to calculate the index weight of factors，and credible degree recognition criteria were established according to the theory uncertainty measurement and arrange the order of comprehensive evaluation，F(xiàn)inally，the results can be obtained. The results show that the best evaluation result which the planting density of peanut is 50 cm，the evaluation index is 3.26. The method in different intercropping mode of melon and fruit by evaluation and optimization more objective，evaluation of influence factors can be flexible to choose according site actual conditions，the result of evaluation is more objective，and it shows the advantage in the evaluation and selection of the best intercropped density.

Key words：Uncertainty measurement；Dry sandy land；Intercrop；Seed watermelon；Peanut

通訊作者：安力（1961—），女，河北唐山人，副研究員，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事蔬菜生理與栽培技術(shù)研究。E-mail：605367143@qq.com

作者簡(jiǎn)介：劉斌（1989—），男，甘肅景泰人，碩士，主要從事蔬菜生理與栽培技術(shù)研究。聯(lián)系電話：（0）18794868011。E-mail：liubin3626570@163.com

基金項(xiàng)目：甘肅省財(cái)政廳項(xiàng)目“籽瓜優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培及病蟲(chóng)害防治技術(shù)示范推廣”部分內(nèi)容

收稿日期：2014-05-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2015.09.023

中圖分類號(hào)：S651；S565.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-1463（2015）09-0060-05