我國主產(chǎn)蔗區(qū)多系品種布局的試驗方案探討

謝源 ，賴曉燕 ，許玉冬 ，陳如凱

（1.福建農(nóng)林大學(xué)國家甘蔗工程技術(shù)研究中心，福建福州 350002；2.福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院，福建福州350002）

為了進一步優(yōu)化農(nóng)業(yè)區(qū)域布局，科學(xué)合理地規(guī)劃包括糖料蔗在內(nèi)的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護區(qū)，建立評價標準和技術(shù)支撐體系，形成優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品的布局規(guī)劃，是我國糖料發(fā)展的重要方向。多系品種選擇、產(chǎn)區(qū)規(guī)劃布局成為“十三五”期間甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要課題。 2000 年以前，我國甘蔗畝（667m2）單產(chǎn) 3.2～3.7t（48～55.5t/hm2），噸糖耗蔗10～11t，總體處于當(dāng)時世界的平均水平。我國引進的ROC22等3個新臺糖系列良種，深受蔗農(nóng)歡迎，應(yīng)用面積迅速占到全國的 85%，全國平均畝單產(chǎn)上升到 4.5～4.7t（67.5～70.5t/hm2），最高達到 5t（75t/hm2），甘蔗產(chǎn)糖率從10.2%提高到12.8%。但是十多年來，ROC22等大面積應(yīng)用，品種更新?lián)Q代慢，單一化和重茬種植，導(dǎo)致原料蔗成熟期過于集中，平均出糖率不能達到合理水平，而且易造成病蟲害大面積傳播，加大了甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的自然風(fēng)險。

關(guān)乎國計民生“糧棉油糖”的品種選育和多系布局的研究文獻中，關(guān)于糖料，特別是占我國糖料92%的主要原料—甘蔗品種選育的客觀評價體系，尤其是多系布局的文獻，對比“糧棉油”三大類作物而言是相對較少的。在國際方面，甘蔗整體產(chǎn)業(yè)宏觀方面的研究主要集中于對各國甘蔗產(chǎn)業(yè)的綜述，采用的方法以AMMI分析及文字梳理為主，如Ramon R等[1-9]對委內(nèi)瑞拉、印度尼西亞、東南亞聯(lián)盟、斯里蘭卡、泰國、印度等甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綜述。在國內(nèi)甘蔗產(chǎn)業(yè)方面，主要研究集中于：第一，品種的適應(yīng)性、穩(wěn)定性分析，如主要利用GGE雙標圖分析等方法對甘蔗參試品種(系)進行產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的穩(wěn)定性分析，如Luo J等[10-11]，或采用因子分析、聚類分析、方差分析、多項式回歸分析等對品種的性狀進行描述和分析，如侯朝祥等[12]，唐仕云等[13]，周鴻凱等[14]，鄧祖湖、徐良年等[15-17]，李純佳等[18]，鄧祖湖等[19]，高三基等[20-21]，楊昆等[22]。 第二，優(yōu)良雜交組合、優(yōu)良抗性的評價，如優(yōu)良雜交組合對品種多系布局起到了重要的支撐作用，之前此方面的研究文獻主要利用模型篩選優(yōu)良雜交組合進行品種的評價，主要采用的方法有方差分析、模糊綜合評判、灰色關(guān)聯(lián)度分析等，如譚芳等[23]，黎煥光等[24]，王勤南等[25]，經(jīng)艷芬等[26]，吳嘉云等[27]，鄧祖湖等[28]。 第三，品種規(guī)劃布局，關(guān)于品種多系布局的規(guī)劃和設(shè)計的研究文獻，主要有：Aizhen CHENG等[29]基于廣西甘蔗種植天氣優(yōu)越性的基礎(chǔ)上進行的分析，鄧軍等[30]對云南省蔗糖產(chǎn)業(yè)的布局進行分析，賀貴柏等[31]對廣西蔗區(qū)的甘蔗品種多系布局進行的探討，鄧軍等[32]對中國蔗糖產(chǎn)業(yè)布局及發(fā)展進行的對策分析等，其文獻分析方法主要以文字梳理為主，通過宏觀分析我國主要蔗區(qū)的品種布局，給出意見和建議。

綜合之前的研究成果，在國際上關(guān)于我國甘蔗產(chǎn)業(yè)布局的設(shè)計方法開展的研究較少。本文擬采用因子分析和AHP分析法，以我國農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系廣西百色試驗站、廣西崇左試驗站、云南保山試驗站為代表，以我國第四輪國家集成示范的甘蔗品種及其數(shù)據(jù)進行產(chǎn)量、糖分、生長發(fā)育能力的分析和綜合評價，針對目前我國甘蔗產(chǎn)業(yè)亟待解決的產(chǎn)業(yè)布局問題，給出適宜進入多系布局選擇的品種及方案。

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 研究方法

因子分析法的基本目的就是用少數(shù)幾個因子去描述指標或因素之間的聯(lián)系，即將相關(guān)比較密切的幾個變量歸在同一類中，每一類變量就成為一個因子，以較少的幾個因子反映原資料的大部分信息，并且給出這些因子的得分和綜合得分。本文將采用因子分析法綜合出能夠反映甘蔗主要特性的糖分因子、產(chǎn)量因子及發(fā)育因子，并給出每個品種新植及宿根蔗的因子得分和綜合得分。在因子分析得出結(jié)論的基礎(chǔ)上，利用AHP分析法進行多系布局。AHP分析法[33]是美國運籌學(xué)家T．L．沙旦于20世紀70年代提出的一種解決多目標復(fù)雜問題的定性與定量相結(jié)合的決策分析方法。在本文中，在利用因子分析計算出每個品種的新植蔗和宿根蔗的因子得分及綜合得分后，可以利用各個具體的因子得分，給出每個品種不同因子兩兩比較的相對重要程度，在通過檢驗后，合理地給出多系布局中各個品種的權(quán)重。因子分析結(jié)合AHP分析對作物進行布局規(guī)劃，既可以發(fā)揮因子分析化繁為簡的優(yōu)點，又能彌補AHP分析兩兩比較矩陣主觀判斷的缺點。

1.2 研究材料

本文對我國農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代糖料產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系15個試驗站的數(shù)據(jù)進行了整體分析。15個試驗站中，廣西和云南是我國甘蔗主要產(chǎn)區(qū)，這兩個省份的甘蔗產(chǎn)糖量占到全國的77%以上，兩個省份的11個試驗站數(shù)量占到總體的73%以上。作為廣西及云南的主要種植區(qū)域，在保證指標完整，數(shù)據(jù)可靠的基礎(chǔ)上，本文選取了2013—2015年廣西百色試驗站、廣西崇左試驗站以及云南保山試驗站第四輪國家甘蔗品種區(qū)域試驗集成示范參試品種數(shù)據(jù)：共10個品種，分別是桂糖31、桂糖32、福農(nóng)1110、福農(nóng)0335、云蔗99－596、云蔗05－49、粵甘39和粵甘42、柳城03－1137及對照品種ROC22。各試驗站的集成示范試驗設(shè)計按當(dāng)?shù)貤l件施行，保持基本一致，地塊肥力在中上水平，田間管理按當(dāng)?shù)厮綏l件進行。

1.3 研究設(shè)計

根據(jù)糖料蔗品種選育的特點以及涉及到甘蔗生長發(fā)育的各種指標，本文將影響糖料品種生長轉(zhuǎn)化能力的因素歸納為發(fā)育性狀、產(chǎn)量性狀和糖分性狀3個方面。為了保證選取數(shù)據(jù)指標的一致性、完整性、實效性、可操作性及可獲得性，本文采集3個試驗站10個參試品種新植、1年宿根及2年宿根數(shù)據(jù)量共720個，經(jīng)過篩選和檢驗，建立如表1指標體系。

表1 新植及宿根蔗生產(chǎn)能力指標體系Table 1 Newly planted and perennial cane input and output indicators

2 對集成示范數(shù)據(jù)的因子分析及品種選擇

2.1 對集成示范數(shù)據(jù)的因子分析

2.1.1 KMO和Barlett的檢驗 在進行因子分析前，首先對3個試驗站的數(shù)據(jù)進行KMO和Barlett檢驗（見表2），通過KMO值判定變量間的相關(guān)性是否適合作因子分析；通過Bartlett球度檢驗的相伴概率值來判斷相關(guān)系數(shù)矩陣是否為單位陣，是否適合做因子分析。

通過3個試驗站的KMO和Barlett的檢驗，3個試驗站的新植和宿根蔗數(shù)據(jù)的KMO值均＞0．5，可以進行因子分析。此外，Barlett的球形檢驗均達到顯著，表明相關(guān)系數(shù)矩陣間有共同因素存在，適合進行因子分析。

表2 3個試驗站品種KMO和Barlett的檢驗Table 2 The KMO and Barlett test in 3 test stations

2.1.2 總方差檢驗 其次，根據(jù)各試驗站的相關(guān)數(shù)據(jù)，對解釋的方差進行檢驗。通過表3可見，3個試驗站的新植及宿根數(shù)據(jù)前3個特征值的累積貢獻率已達到85%及以上，所以本文保留了3個因子。

2.1.3 因子得分及綜合得分根據(jù)表1生產(chǎn)能力指標體系所對應(yīng)的具體指標，由每個試驗站的因子載荷矩陣中起決定作用的指標系數(shù)的大小，將因子分別命名，則廣西百色站3個決定因子為：糖分因子、產(chǎn)量因子和發(fā)育因子；廣西崇左站與云南保山站的3個決定因子為：產(chǎn)量因子、糖分因子和發(fā)育因子（見表4）。

表3 解釋的總方差Table 3 Explained total variance

表4 各站試驗結(jié)果的因子載荷矩陣Table 4 The factor loading matrix after rotation in 3 test stations

表5 3個試驗站品種公共因子和綜合得分Table 5 Public factors and comprehensive scores in 3 test stations

2.2 基于AHP分析法的品種選擇

根據(jù)3個試驗站的因子得分及綜合評價結(jié)果（見表5），選擇新植及宿根蔗中糖分因子、發(fā)育因子、產(chǎn)量因子及綜合得分均為正的品種，即不論糖分水平、發(fā)育水平及產(chǎn)量水平均在平均水平之上的品種，列入3個地區(qū)最終的多系布局考慮方案。由此可得各地區(qū)入選品種，廣西百色：1年宿根粵甘39、2年宿根桂糖32、2年宿根粵甘39、2年宿根ROC22；廣西崇左：新植福農(nóng)1110、新植云蔗 99－596、新植 ROC22；云南保山：1 年宿根桂糖31、1年宿根桂糖32、1年宿根云蔗99－596、1年宿根云蔗 05－49、1年宿根粵甘 39、1年宿根ROC22、2年宿根桂糖 32。

對3個試驗站入選品種的糖分因子、發(fā)育因子和產(chǎn)量因子的兩兩比較矩陣進行一致性檢驗，3個試驗站的兩兩比較矩陣的一致性率均＜0．1，通過了一致性檢驗，這意味著糖分因子、發(fā)育因子和產(chǎn)量因子的兩兩比較矩陣通過了一致性要求，相應(yīng)求得的特征向量均有效。計算3個試驗站品種選擇標準的權(quán)重（見表6）。

表6 3個試驗站各品種特征向量Table 6 Eigenvector of varieties in 3 test stations

利用以上權(quán)重計算3個試驗站每個品種選擇標準的特征向量（見表7），作為多系布局中品種的播種方案（見表8）。

3 結(jié)果與討論

3.1 結(jié)果分析

根據(jù)在廣西百色、廣西崇左及云南保山試驗站第四輪集成示范的結(jié)果分析，對參試10個品種的新植、1年宿根及2年宿根的生長發(fā)育及糖分等各項指標進行分析，對產(chǎn)量、糖分及生長發(fā)育水平做出了綜合評價，為了得到整體的最優(yōu)效益，本文根據(jù)10個品種在3個地區(qū)的不同結(jié)果選擇了不同品種，并且給出了其多系布局的方案（表8）。

表7 3個試驗站不同標準下的特征向量Table 7 Eigenvector of varieties in 3 test stations

3.1.1 廣西百色 在廣西百色，10個參試品種中，決定整體的最重要因子為糖分因子（表6），其權(quán)重占到70.84%，其次為產(chǎn)量因子，其權(quán)重為16.59%，最后為發(fā)育因子，權(quán)重為12.57%。糖分、產(chǎn)量、發(fā)育及綜合得分均為正值，即整體水平在平均水平之上的入選品種為粵甘39、桂糖32及ROC22，其多系布局比例分別為27.55%、9.85%以及62.60%。其中，粵甘39的27.55%包括了1年及2年宿根布局，桂糖32為1年宿根布局，ROC22為2年宿根布局。

3.1.2 廣西崇左 在廣西崇左，10個參試品種中，決定整體的最重要因子為產(chǎn)量因子，其次分別為糖分因子與發(fā)育因子（見表6）。糖分、產(chǎn)量、發(fā)育及綜合得分均為正值，即整體水平在平均水平之上的入選品種為福農(nóng)1110、云蔗99-596及ROC22，其多系布局分別為30.05%、33.89%及36.06%。其中3個品種均為新植布局。

3.1.3 云南保山 在云南保山，10個參試品種中，決定整體的最重要因子為產(chǎn)量因子（見表6）。糖分、產(chǎn)量、發(fā)育及綜合得分均為正值，即整體水平在平均水平之上的入選品種為桂糖31、桂糖32、云蔗99-596、云蔗05-49、粵甘39及ROC22，其多系布局分別為9.88%、25.46%、15.29%、5.28%、35.41%及8.68%。其中，桂糖32包括了1年及2年宿根，其他品種均為1年宿根。

3.2 討論

由于常年主載ROC22，致種性退化，糖分、產(chǎn)量及發(fā)育水平不斷下降。本文通過因子分析和AHP分析，解決ROC22布局單一的問題，本文對集成示范的品種給出了根據(jù)產(chǎn)量、糖分及生長發(fā)育水平的客觀評價，并給出了布局權(quán)重，其權(quán)重結(jié)果基本可靠。入選的品種及布局說明國家集成示范的品種，在不同地區(qū)，其新植及宿根的糖分、發(fā)育、產(chǎn)量等水平已經(jīng)超過原有的ROC22，完全可以通過加大應(yīng)用面積，逐步取代ROC22，獲得更高的糖分、生長等綜合效益。本文的研究方法已經(jīng)廣泛適用于社會科學(xué)中各學(xué)科的研究，在甘蔗產(chǎn)業(yè)品種選擇中選用此研究方法，可以為主要蔗區(qū)品種的應(yīng)用和推廣提供可以借鑒的結(jié)論和方法，能夠有力地推動產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

目前由于各實驗采集的指標數(shù)據(jù)不夠統(tǒng)一全面，本文未引入更多的判別指標，同時，目前國家體系育成的品種數(shù)量眾多，未能一一列入對照品種。今后將考慮列入更多指標、品種，同時根據(jù)不同主產(chǎn)區(qū)的特點展開多系布局方案的探討。

表8 3個試驗站品種多系布局方案Table 8 Distribution project of multiple varieties in 3 test stations