AHP法和灰色關(guān)聯(lián)法在觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)評價中的應(yīng)用

王佳敏，劉敏，郭詠梅，杜方，王軍娥

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801)

觀賞辣椒(Capsicumfrutescensvar.fasciculatum)屬茄科(Solanaceae)辣椒屬(Capsicum)觀果類蔬菜，多年生草本常做一年生栽培[1]。觀賞辣椒不僅果形奇特美觀而且顏色豐富多變，既可用于日常食用、蔬菜制品加工，又可用于公園綠化、花壇布置及家居裝飾，具有較好的應(yīng)用前景[2，3]。

果實品質(zhì)主要包括內(nèi)在品質(zhì)和外觀品質(zhì)。果實品質(zhì)評價已經(jīng)由定性向定量、單一指標(biāo)向多指標(biāo)的綜合評價過渡[4]。近年來，果實品質(zhì)評價的對象主要有蘋果[5]、梨[6]等果樹和辣椒[7]、番茄[8]等茄果類蔬菜,關(guān)于觀賞辣椒的果實品質(zhì)評價鮮有報道。因此，需要建立一套評價體系對觀賞辣椒果實的外觀品質(zhì)進行評價，從而篩選出果實外觀品質(zhì)優(yōu)良的材料，以此滿足種質(zhì)資源的綜合評估和大眾對觀賞辣椒觀賞性的需求。

層次分析法是美國運籌學(xué)家Saaty教授提出的一種多準則決策方法[9]。因其適用性廣，簡單方便，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在多學(xué)科領(lǐng)域中。灰色關(guān)聯(lián)分析法是參考觀賞性育種目標(biāo)構(gòu)造出‘理想材料’，在與待測材料進行對比分析之后，再結(jié)合層次分析法所得出的權(quán)重值進行評價與分析[10]。這一方法近年來已經(jīng)用于葡萄[11]、櫻桃[12]、棗[13]等果實的品質(zhì)評價上。本試驗運用層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)法對12份觀賞辣椒果實進行綜合分析，以期建立一套較全面的觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)評價體系，為今后觀賞辣椒的評價及應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

本試驗材料為引自全國不同地區(qū)的12份觀賞辣椒(表1)。在2017年3月挑選籽粒飽滿的種子，開始催芽，待種子露白后播于50孔穴盤育苗，于5月底定植在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝站內(nèi)，進行統(tǒng)一肥水管理。

表1 試驗材料Table 1 Experimental materials

1.2 試驗方法

1.2.1 測定指標(biāo)

在果實成熟期，統(tǒng)一測量記錄果形、果橫徑、果縱徑、果肩徑、果形指數(shù)、單果重、果肉厚、果實著生方式、果表、果柄長、心室數(shù)和果實顏色變化等指標(biāo)。

1.2.2 測定方法

果實顏色采用RAL K7色卡比對得出；果形的確定采用田浩[14]的辣椒果實形態(tài)分類方法；果橫徑、果縱徑、果肩徑和果肉厚等指標(biāo)使用游標(biāo)卡尺隨機取10個觀賞辣椒果實進行測量；隨機取20個觀賞辣椒果實，用分析天平稱其質(zhì)量求出平均值即為單果重；果縱徑與果橫徑的比值為果形指數(shù)；橫切出10個觀賞辣椒果實的橫截面觀察出心室數(shù)；果表分為光滑、略皺和凹凸不平三種；果實著生方式分為散生直立、簇生直立和散生下垂三種。

1.3 層次分析法確定指標(biāo)的權(quán)重

1.3.1 建立觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)評價分層結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)觀賞辣椒果實各指標(biāo)間從屬與層次的關(guān)系，建立觀賞辣椒果實評價分層模型。第一層是目標(biāo)層(A)，為觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)綜合評價，第二層是約束層(C)，包括果型、果色、果重和其他。第三層是指標(biāo)層(P)，包括選取的果形、果實成熟期顏色、果實變色期顏色等13個評價指標(biāo)(表2)。

1.3.2 構(gòu)建判斷矩陣及一致性檢驗

根據(jù)T.L.Saaty 1-9比率標(biāo)度法[15]，按照各評價指標(biāo)對觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)影響的重要程度，構(gòu)建判斷矩陣并進行一致性檢驗(表3)。

1.4 灰色關(guān)聯(lián)度分析

1.4.1 數(shù)據(jù)處理

對于定性的指標(biāo)果形、果實成熟期顏色、果實變色期顏色、果實著生方式和果表采用賦值打分的方法轉(zhuǎn)換為定量數(shù)據(jù)具體參照表4。對于定量數(shù)據(jù)如單果質(zhì)量、果柄長等直接進行無量綱化分析。

1.4.2 計算加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度

根據(jù)鄧聚龍的灰色系統(tǒng)理論[16]中的灰色關(guān)聯(lián)分析得出灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)δij，進而按照公式計算出加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度，得出觀賞辣椒果實品質(zhì)優(yōu)劣的位次。

δij.Wi

表2 觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)評價分層結(jié)構(gòu)模型Table 2 Layered structure model for evaluation of appearance quality of ornamental pepper fruits

表3 判斷矩陣及一致性檢驗Table 3 Judgment matrix and consistency test

注：一致性比例:0.006 0; λmax:4.015 9。

Note：Consistency ratio:0.006 0; λmax:4.015 9.

C1-Pi

注:果型一致性比例:0.009 5; λmax:5.042 6。

Note：Consistency ratio of fruit shape:0.009 5; λmax:5.042 6.

C2-Pi

注：果色一致性比例:0.000 0; λmax:2.000 0。

Note：Consistency ratio of fruit color:0.000 0; λmax:2.000 0.

C3-Pi

注：果重一致性比例:0.008 8; λmax:3.009 2。

Note：Consistency ratio of fruit weight:0.008 8; λmax:3.009 2.

C4-Pi

注：其他一致性比例:0.003 6; λmax:3.003 7。

Note：Other consistency ratio:0.003 6; λmax:3.003 7.

公式中γi為第i個材料的灰色關(guān)聯(lián)度，Wi為第i個指標(biāo)的權(quán)重值。

2 結(jié)果與分析

2.1 觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)各評價指標(biāo)權(quán)重的排序

基于A-Ci 和 Ci-Pi 所得出的權(quán)重值，計算得出指標(biāo)層(P)中的各評價指標(biāo)對于目標(biāo)層(A)的權(quán)重值并進行排序(表5)。從表5中可以看出，對于約束層中的果型和果色的權(quán)重均為0.425 4，這表明果型和果色是影響觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)的重要因素，果重次之。在所選取的13個指標(biāo)中，果實變色期顏色對觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)影響最大，其權(quán)重值為0.319 4；其次為果形，其權(quán)重值為0.136 5；果形指數(shù)和果實成熟期顏色也是影響觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)的重要因素，其權(quán)重分別為0.124 4和0.106 3；果橫徑、果肩徑、果實著生方式、果縱徑、單果重、果表、果肉厚、果柄長和心室數(shù)對觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)影響較小，其權(quán)重值分別為0.065 9、0.061 4、0.060 6、0.037 3、0.030 1、0.021 5、0.016 6、0.011 4和0.009 1。因此，果實變色期顏色和果形成為影響觀賞辣椒外觀品質(zhì)的最為重要的兩個指標(biāo)，此結(jié)果符合觀賞性評價的基本要求。

表4 觀賞辣椒部分評價指標(biāo)賦值標(biāo)準Table 4 Appreciation standard for evaluation index of ornamental pepper

表5 指標(biāo)層(P)對目標(biāo)層(A)的權(quán)重值Table 5 The weighted value of the indicator layer (P) to the target layer (A)

2.2 ‘理想材料’的評價指標(biāo)值和不同觀賞辣椒果實各指標(biāo)的平均觀測值

綜合分析各材料的觀測值和最佳觀賞果實的外觀，構(gòu)造出‘理想材料’V0,對于越大越優(yōu)良的指標(biāo)，采取上限測度的方法，如本試驗的果形、果實成熟期顏色、果實變色期顏色、單果重、果肉厚、果實著生方式、心室數(shù)和果表。對于越小越優(yōu)良的指標(biāo)，采取下限測度的方法，如本試驗的果柄長。對于越適中越優(yōu)良的指標(biāo)，采取適中測度的方法，如本試驗的果橫徑、果縱徑、果形指數(shù)和果肩徑，結(jié)果見表6。從表6可以看出對于不同觀賞辣椒果實果形這一指標(biāo)，Q1、Q4、Q6、W1、W4和B3的果形比較符合美學(xué)原則，W6和B7則相對較差；果橫徑分布在5.92～43.76 mm，以W4最大為43.76 mm，Q3最小為5.92 mm；果縱徑分布在17.08～68.70 mm之間，其中Q5果縱徑最大為68.70 mm，Q6果縱徑最小為17.08 mm；果形指數(shù)分布在0.52～8.65之間，以W4果形指數(shù)最小，Q3果形指數(shù)最大；果肩徑分布在6.04～41.18 mm之間，以B7最小為6.04 mm，W4最大為41.18 mm；果實成熟期顏色以紅色系為主，橙色系較少；果實變色期顏色以Q2和Q5變色種類豐富，B7變色種類較少；單果重分布在1.29～18.94 g之間，W4最重為18.94 g，B3最輕為1.29 g；果肉厚分布在0.64～3.55 mm之間，W4最厚為3.55 mm，B3最薄為0.64 mm；心室數(shù)分布在2～3之間；Q6和B7果實著生方式較好，S1較差；大部分觀賞辣椒果實的果表表現(xiàn)優(yōu)良；果柄長分布在1.52～4.54 mm之間，以S1最長為4.54 mm，W4最短為1.52 mm。由上述分析可知：不同觀賞辣椒果實性狀表現(xiàn)各異，在本次試驗中使不同觀賞辣椒栽培管理措施相一致，因此觀賞辣椒果實性狀的差異性來源于材料間的差異。

表6 ‘理想材料’果實和不同觀賞辣椒果實各指標(biāo)觀測值Table 6 Observations on the indicators of ‘ideal material’ fruits and different ornamental pepper fruits

2.3 觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)的灰色關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)公式求出不同觀賞辣椒果實品質(zhì)的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度，以觀賞辣椒果實品質(zhì)的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度的大小來進行排名(表7)。根據(jù)計算的加權(quán)關(guān)聯(lián)度γi，按大小順次排序，用有序樣品聚類法關(guān)于γi進行分級。將不同觀賞辣椒果實品質(zhì)分為3個層次：第一個層次γ>0.860 0共5個材料，分別為Q6、W1、Q1、Q4和W4，觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)良；第二個層次0.800 0≤γ≤0.860 0共四個材料，分別為B3、Q5、S1和Q2，觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)表現(xiàn)中等；第三個層次0.750 0<γ<0.800 0共三個材料，分別為W6、B7和Q3，觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)表現(xiàn)較差。

3 討論與結(jié)論

觀賞辣椒作為觀果類植物，其觀賞性評價主要以果實性狀評價為主。本論文以12份觀賞辣椒果實為研究對象，觀測果形、果形指數(shù)、果實成熟期顏色、果實變色期顏色等13個指標(biāo)，建立層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)法相結(jié)合的觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)評價體系。在此評價體系下，對不同觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)進行綜合評價，得出：Q6、W1、Q1、Q4和W4五個材料果實品質(zhì)較優(yōu)；B3、Q5、S1和Q2四個材料果實品質(zhì)良好；W6、B7和Q3三個材料果實品質(zhì)較差。

表7 12份觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)的灰色關(guān)聯(lián)分析

Table7 Gray relation analysis of 12 ornamental pepper fruit appearance quality

編號Numbers加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度Weighted grey correlation degree排名RankQ60.906 01W10.892 52Q10.881 33Q40.866 64W40.864 25B30.850 46Q50.843 47S10.830 38Q20.818 89W60.791 610B70.761 711Q30.759 912

本試驗建立的觀賞辣椒觀賞性評價AHP模型，分為目標(biāo)層、準則層和方案層，方案層包含觀果類植物觀賞性狀相關(guān)的13個指標(biāo)性狀，建立的5個判斷矩陣一致性比例均小于0.1，故通過一致性檢驗，說明建立的判斷矩陣合理。在本試驗中，果實變色期顏色和果形的權(quán)重值分別為0.319 4和0.136 5，在所有指標(biāo)的權(quán)重值中排名分別為第一和第二，這與金翡翡[17]得出的果色和果形是影響觀賞茄果類蔬菜觀賞價值最重要的兩個指標(biāo)的結(jié)果相一致，說明果色和果形是影響觀賞辣椒外觀品質(zhì)最為重要的兩個指標(biāo)，這符合果實外觀品質(zhì)(果形美觀、果色鮮艷和變色豐富)評價的要求。AHP 法指標(biāo)的重要性采用主觀標(biāo)度的方法進行, 易出現(xiàn)較大偏差，故本試驗將AHP法與灰色關(guān)聯(lián)分析法相結(jié)合。使用灰色關(guān)聯(lián)法對觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)進行評價，較重要的步驟是‘理想材料’的確定?！硐氩牧稀仨毞嫌^賞性的基本要求，可以使得評價體系更加合理客觀。范士杰[18]認為‘理想材料’的各評價指標(biāo)值均應(yīng)高于所有待測材料的指標(biāo)值。王東棟[19]則從實際情況出發(fā)，在株高、花徑和花梗長采用適中性的測度方法，節(jié)間長采用下限測度的方法，株型和花期長短采用上限測度方法。本試驗中果橫徑、果縱徑、果形指數(shù)、果肩徑采取適中測度方法，果柄長采用下限測度的方法，其余指標(biāo)采取上限測度的方法，得出的觀賞性較優(yōu)的五種材料均表現(xiàn)為果形奇特、小巧精致、果色豐富，符合大眾審美，而品質(zhì)較差的三種材料果型較普通，且果色較單一。將AHP法和灰色關(guān)聯(lián)度兩種分析方法相結(jié)合，可以降低層次分析法中各指標(biāo)的人為賦予分值和灰色關(guān)聯(lián)法中指標(biāo)權(quán)重的主觀賦值的誤差，從而使得觀賞辣椒果實外觀品質(zhì)評價體系更加合理客觀。