不同土壤中循環(huán)曝氣滴灌盆栽草莓的綜合評(píng)價(jià)

馮凱　雷宏軍

摘要：選取灌溉水費(fèi)、電費(fèi)、人工費(fèi)、試驗(yàn)周期、單果重、果實(shí)糖度、果實(shí)維生素C含量以及根系狀況為評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用主觀賦權(quán)法與熵權(quán)信息法相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)不同土壤條件下循環(huán)曝氣滴灌盆栽草莓綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，并按照評(píng)價(jià)系數(shù)的大小對(duì)各處理排序。結(jié)果表明，較對(duì)照處理，鄭州黃黏土（YC）、洛陽粉質(zhì)黏壤土（SCL）和駐馬店重壤土（HL）中循環(huán)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(zhì)地不同的影響以及循環(huán)曝氣處理需要增加水電費(fèi)、人工費(fèi)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(duì)照處理；循環(huán)曝氣滴灌處理?xiàng)l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(guān)鍵詞：循環(huán)曝氣滴灌；熵權(quán)信息法；綜合效益；評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：S668.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：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(shí)產(chǎn)量品質(zhì)既受作物本身遺傳特性的影響同時(shí)也受到外界環(huán)境的影響，主要的外界環(huán)境因素包括土壤水分、養(yǎng)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(fā)育[1]。土壤水分、養(yǎng)分的缺失會(huì)抑制作物生長，土壤氣體對(duì)作物有著同等重要的作用，土壤氧氣含量過低會(huì)降低作物的蒸騰速率以及根系活力，進(jìn)而抑制對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，最終會(huì)影響作物的生長發(fā)育和果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)[2，3]。傳統(tǒng)的地下滴灌在灌溉的同時(shí)會(huì)驅(qū)趕土壤孔隙中的氣體，導(dǎo)致土壤氧氣含量的降低，造成根系短時(shí)缺氧，缺氧環(huán)境造成根細(xì)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(huán)境，增強(qiáng)根系的生理活動(dòng)，促進(jìn)作物生長[5，6]。陳新明等[7]研究表明，與對(duì)照相比，加氧灌溉使得土壤呼吸增加了100%，果實(shí)鮮重、生物量鮮重、干物質(zhì)重和收獲指數(shù)明顯增大，加氧灌溉使得作物的水分生產(chǎn)率增加了17.2%。Pendergast等[8]在澳大利亞的大田棉花試驗(yàn)中得出，空氣射流器加氧灌溉方式改善了根系缺氧環(huán)境，使根系發(fā)育更強(qiáng)大，增強(qiáng)作物生理機(jī)能，促進(jìn)光合作用，最終作物產(chǎn)量和水分利用效率較對(duì)照處理分別增加了10%和7%。

目前，諸多學(xué)者針對(duì)加氧灌溉對(duì)作物的生長及產(chǎn)量的影響已經(jīng)進(jìn)行了大量研究[9，10]，但是大多數(shù)研究都是針對(duì)作物生長及收割之后所測(cè)定指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析討論總結(jié)出結(jié)果，而利用評(píng)價(jià)方法通過定量計(jì)算進(jìn)行分析討論的還尚不多見。在多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中，常見的評(píng)價(jià)方法包括熵權(quán)信息法、層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法等[11-13]。為了更加準(zhǔn)確全面的掌握循環(huán)曝氣滴灌對(duì)盆栽草莓生長的改善效果，結(jié)合試驗(yàn)實(shí)際情況，將熵權(quán)信息法和主觀賦權(quán)法相結(jié)合應(yīng)用于循環(huán)曝氣條件下不同土壤中盆栽草莓的綜合效益評(píng)價(jià)，不僅為推廣應(yīng)用這種新型的節(jié)水灌溉技術(shù)提供理論基礎(chǔ)，還可以給相關(guān)的綜合評(píng)價(jià)研究提供一定的借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

循環(huán)曝氣滴灌試驗(yàn)于2016年4～6月在華北水利水電大學(xué)農(nóng)業(yè)高效用水實(shí)驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，該地屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.4 ℃，年均相對(duì)濕度29%。試驗(yàn)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(nèi)南面北面分別裝有風(fēng)機(jī)和濕簾來調(diào)節(jié)溫室內(nèi)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(tài)直立，抗白粉病、灰霉病能力強(qiáng)。果實(shí)長圓錐形，深紅色，有光澤，口味酸甜適中，耐儲(chǔ)運(yùn)。

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

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

4種土壤，每種土壤分曝氣和對(duì)照兩種處理，每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)，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(jìn)行循環(huán)曝氣滴灌處理（Air），另一行進(jìn)行普通滴灌作為對(duì)照（CK）。所有的盆栽草莓采用半埋式，試驗(yàn)用盆型號(hào)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(yàn)用土風(fēng)干過篩，然后加入適當(dāng)?shù)追蕯嚢杈鶆颍?016年4月15日下午選取長勢(shì)一致的草莓植株定植，每盆1株，定植后每個(gè)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(dòng)壓力控制器和空壓機(jī)控制在0.1 MPa。每次灌溉先進(jìn)行對(duì)照處理，直接使用自來水灌溉；曝氣處理使用曝氣裝置循環(huán)曝氣20 min之后形成穩(wěn)定的水氣耦合物再進(jìn)行灌溉。所有盆栽草莓定植之前采用烘干法測(cè)定其初始含水率，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來控制灌水[14]，當(dāng)土壤含水率下降到55%田間持水量時(shí)開始灌水，每次灌水后土壤含水率要達(dá)到田間持水量的85%，據(jù)此控制每次灌水時(shí)長，灌水周期根據(jù)每天稱重結(jié)果計(jì)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(yàn)全部結(jié)束。

1.4 項(xiàng)目觀測(cè)及方法

本研究中包含盆栽草莓種植的投入部分和產(chǎn)出部分，投入部分包括灌溉水費(fèi)、電費(fèi)和人工費(fèi)；產(chǎn)出部分包括試驗(yàn)周期、單果重、果實(shí)糖度、果實(shí)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(duì)照的灌溉水總量和試驗(yàn)周期見表2。

1.4.1 水費(fèi)Fw 水費(fèi)（Fw，元）可以表示為灌溉水總量（Q，L）的函數(shù)[14]，經(jīng)查鄭州綜合水價(jià)為2.4元/m3，則水費(fèi)的計(jì)算可表示如下：

1.4.2 電費(fèi)Fp 電費(fèi)（Fp，元）分為兩種情況，循環(huán)曝氣處理包括空氣壓縮機(jī)和循環(huán)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)所耗電費(fèi)，對(duì)照處理只有空氣壓縮機(jī)所耗電費(fèi)，可以表示為試驗(yàn)周期內(nèi)機(jī)器使用次數(shù)（N=8次）、電價(jià)[0.56元/（kW·h）]和壓縮機(jī)及循環(huán)水泵每次做功（W，kW·h）的函數(shù)：

試驗(yàn)所用空氣壓縮機(jī)的額定功率P1=1 500 w，循環(huán)水泵的額定功率P2=400 w，所有處理每次灌水壓縮機(jī)做功持續(xù)時(shí)間10 min，循環(huán)曝氣處理時(shí)水泵工作時(shí)間80 min。因此，

循環(huán)曝氣處理時(shí)，W=0.78 kW·h，對(duì)照處理時(shí)，W=0.25 kW·h。

1.4.3 人工費(fèi)Fi 人工費(fèi)（Fi，元）為試驗(yàn)周期（D，d）的函數(shù)，計(jì)勞動(dòng)力價(jià)格為50元/d，則人工費(fèi)的計(jì)算可以表示為：

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

1.5 綜合評(píng)價(jià)方法的基本原理

多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中，指標(biāo)權(quán)重的確定分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩大類。主觀賦權(quán)法是根據(jù)專家或個(gè)人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主觀判斷確定指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，該方法忽略了指標(biāo)之間的相互影響，缺乏科學(xué)理論基礎(chǔ)[16]；客觀賦權(quán)法是根據(jù)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)和各指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系來客觀確定指標(biāo)的權(quán)重，該方法具有很強(qiáng)的科學(xué)依據(jù)，但是主觀靈活性較差[17]。權(quán)重確定的是否合理，直接影響著評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)合理性，若某一指標(biāo)的權(quán)重發(fā)生變化，整個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果將會(huì)受到影響。因此，權(quán)重的賦值必須做到科學(xué)和客觀，這就要求探尋較為合適的權(quán)重確定方法。上述方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了保證本研究的評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)合理，結(jié)合試驗(yàn)實(shí)際情況，合理選擇權(quán)重確定方法。

熵權(quán)信息法是以熵權(quán)理論為基礎(chǔ)的綜合評(píng)價(jià)方法，利用各個(gè)指標(biāo)值的變異程度，根據(jù)信息熵計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，為多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)[18]。在信息理論系統(tǒng)中，系統(tǒng)的有序程度可以用信息來衡量，而系統(tǒng)的無序程度則用熵來衡量，這兩個(gè)變量符號(hào)相反，但是絕對(duì)值保持相等。某評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息熵值較小，就表明其指標(biāo)值的變異程度較大，在整個(gè)綜合評(píng)價(jià)體系中發(fā)揮較大作用，則該指標(biāo)所占權(quán)重也應(yīng)該較大；相反，某評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息熵值較大，表明其指標(biāo)值的變異程度較小，在評(píng)價(jià)體系中發(fā)揮的作用較小，則該指標(biāo)所占權(quán)重就較小。所以，本研究將熵權(quán)信息法與主觀賦權(quán)法相結(jié)合，既考慮了評(píng)價(jià)者的主觀感受，又兼顧了各指標(biāo)之間的相互關(guān)系，是一種較客觀、全面的評(píng)價(jià)方法[19]。

假設(shè)某系統(tǒng)有m個(gè)待評(píng)對(duì)象，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，則可以得到評(píng)價(jià)指標(biāo)組成的數(shù)據(jù)矩陣：R=（rij）m×n，對(duì)于某個(gè)指標(biāo)rj，其信息熵為：

矩陣R中每列的最優(yōu)值記為rj*，然后再對(duì)矩陣R中的所有元素做標(biāo)準(zhǔn)化處理，最后得到標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)元素dij為：

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

結(jié)合（7）、（8）式可以計(jì)算出各評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)（熵權(quán)評(píng)價(jià)值）為：

最終根據(jù)計(jì)算所得的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)從大到小排序，就可以評(píng)判各個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的好壞程度。

2 結(jié)果與分析

以不同土壤中循環(huán)曝氣滴灌及對(duì)照等8個(gè)處理為評(píng)價(jià)對(duì)象，選取灌溉水費(fèi)、電費(fèi)、人工費(fèi)、試驗(yàn)周期、單果重、果實(shí)糖度、果實(shí)維生素C含量以根系狀況等作為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，基本數(shù)據(jù)資料見表3。

依據(jù)上述評(píng)價(jià)原理和步驟，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)信息值及各評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)，結(jié)果見表4、表5。

由計(jì)算出來的綜合評(píng)價(jià)系數(shù)可得，不同土壤中循環(huán)曝氣滴灌和對(duì)照處理盆栽草莓的綜合效益排序?yàn)椋篢1>T4>T2>T7>T8>T3>T5>T6。較對(duì)照處理，鄭州黃黏土（YC）、洛陽粉質(zhì)黏壤土（SCL）和駐馬店重壤土（HL）中循環(huán)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(duì)照處理，這與僅利用草莓生長生理指標(biāo)、果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)以及根系指標(biāo)等方面測(cè)得數(shù)據(jù)定性分析的結(jié)果一致。4種土壤中，單一從循環(huán)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(zhì)黏壤土。在不同的土壤條件下，循環(huán)曝氣滴灌對(duì)草莓生長的改善效果有差異，主要原因是土壤質(zhì)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(kuò)散，對(duì)根際的水氣環(huán)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(huán)曝氣滴灌均可提高草莓產(chǎn)量和品質(zhì)，但是由于循環(huán)曝氣處理需要增加水電費(fèi)、人工費(fèi)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?xí)陀趯?duì)照處理。

3 小結(jié)

將熵權(quán)信息法與主觀賦權(quán)法相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)方法用于不同土壤中盆栽草莓種植的綜合效益評(píng)價(jià)，本研究結(jié)果與利用草莓生長生理指標(biāo)、果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)以及根系指標(biāo)等方面測(cè)得數(shù)據(jù)定性分析的結(jié)果一致。根據(jù)結(jié)果來看，4種土壤中循環(huán)曝氣滴灌均可提高草莓產(chǎn)量和品質(zhì)，但由于土壤種類的影響以及循環(huán)曝氣處理需要增加水電費(fèi)、人工費(fèi)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?xí)陀趯?duì)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(zhì)黏壤土（SCL）。本研究結(jié)果為合理地推廣使用循環(huán)曝氣滴灌技術(shù)提供了理論依據(jù)。

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