遼西地區(qū)適宜機(jī)械化生產(chǎn)釀造高粱品種綜合評價

孔凡信，劉 志，肖繼兵

（遼寧省旱地農(nóng)林研究所，遼寧朝陽122000）

0 引言

高粱是全球第5大作物，其具有的抗旱、耐澇、抗鹽堿、耐貧瘠、耐高溫等特點(diǎn)使其在平原、山丘、澇洼、鹽堿地均可種植[1]。在中國，高粱是傳統(tǒng)釀酒、釀醋產(chǎn)業(yè)的主要原料，85%以上的高粱用于釀造[2]。高粱是遼西地區(qū)主要雜糧作物之一，常年播種面積約8萬hm2，占遼寧省高粱播種面積80%。目前，遼西地區(qū)釀造高粱生產(chǎn)應(yīng)用的品種混雜多樣，且植株比較高大（平均株高170 cm以上），不利于機(jī)械化收獲作業(yè)[3]，因此引進(jìn)篩選及評價適宜機(jī)械化生產(chǎn)的釀造高粱品種，對推動高粱產(chǎn)業(yè)在遼西地區(qū)的健康發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

傳統(tǒng)的品種評價主要采用對產(chǎn)量數(shù)據(jù)和與產(chǎn)量有關(guān)的其他性狀（如株高、穗長、粒重等）單獨(dú)進(jìn)行方差分析、回歸分析等，致使分析結(jié)果相互獨(dú)立，對品種優(yōu)劣的評價不夠全面，而灰色系統(tǒng)理論中的關(guān)聯(lián)度分析方法則克服了這種局限性?；疑P(guān)聯(lián)度分析是一種將灰色系統(tǒng)中各個要素進(jìn)行綜合描述和量化的評價方法，可以將產(chǎn)量和其它性狀綜合起來，客觀地、定量地評定參試品種，其特點(diǎn)是能對系統(tǒng)關(guān)鍵要素進(jìn)行全面的、客觀的評價，而且不會由于某一個或某幾個性狀表現(xiàn)優(yōu)良進(jìn)而認(rèn)可該品種，近年來廣泛應(yīng)用于農(nóng)作物品種綜合評價方面[4-9]。在高粱品種綜合評價方面，馮海生等[10]運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對青海省8個甜高粱(Sorghum dochna)品種的9個性狀進(jìn)行了綜合評價，結(jié)果表明在青海東部農(nóng)業(yè)區(qū)表現(xiàn)較好的甜高粱品種有‘九甜雜三’、‘大力士’、‘超級放牧者’。粱萬鵬等[11]在甘肅省慶陽地區(qū)對16個飼用高粱(Forage sorghum)品種的8個農(nóng)藝性狀利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法進(jìn)行了綜合評價，表現(xiàn)較好的飼用高粱品種有‘BJ0602’、‘大卡(Big Kahuna)’。丁品等[12]對甘肅省11種甜高粱材料運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行了篩選鑒定，灰色綜合評判排序顯示‘08-2’、‘2043’、‘09-1’、‘雅津43號’分別排列前4位。

遼西地區(qū)是遼寧省高粱主產(chǎn)區(qū)，品種是影響高粱高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要因素之一，而且采用灰色關(guān)聯(lián)度對該區(qū)釀造高粱品種進(jìn)行綜合評價還未見報道。因此，本研究在同一栽培條件下，利用2016年和2018年高粱品種試驗數(shù)據(jù)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對引進(jìn)的高粱品種進(jìn)行綜合評價，以期為遼西地區(qū)選擇適宜的機(jī)械化生產(chǎn)釀造高粱品種，優(yōu)化高粱生產(chǎn)的品種結(jié)構(gòu)和提高產(chǎn)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在遼寧省旱地農(nóng)林研究所示范基地進(jìn)行，該區(qū)地處北緯40°35'—42°20'，東經(jīng) 118°50'—121°20'，屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，晝夜溫差大，年平均氣溫7.15℃，年平均日照時數(shù)2800 h，10℃以上積溫平均為3220℃，無霜期150天左右，年平均降水量為438.9 mm，季節(jié)分布不均，70%～74%的降水集中在6—8月份，以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主，一年一熟。供試土壤為砂壤質(zhì)褐土，0～20 cm耕層土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2016年和2018年在遼寧省旱地農(nóng)林研究所試驗基地進(jìn)行。供試品種隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積24 m2，8行區(qū)，行長6 m，行距0.5 m。每品種施肥量相同，種肥為磷酸二銨(300 kg/hm2，N 18%，P2O546%)，拔節(jié)初期追施尿素(375 kg/hm2，N 46%)，生育期間未灌溉。2016年5月18日和2018年5月15日播種，4葉期按品種密度進(jìn)行間苗和補(bǔ)苗，9月下旬收獲，其他田間管理同正常種植。供試材料見表2。

1.3 測定項目與方法

株高、穗長用米尺測定，莖粗用游標(biāo)卡尺測定。高粱收獲后，每品種試驗小區(qū)全部測產(chǎn)，籽粒產(chǎn)量按含水量13%計，同時每個小區(qū)取30穗風(fēng)干后考種，按常規(guī)方法測定單穗重、單穗粒重、千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

選擇株高、莖粗、穗長、單穗重、單穗粒重、千粒重、產(chǎn)量、生育期8個指標(biāo)（以k1～k8表示）進(jìn)行權(quán)重比較，以此為基礎(chǔ)構(gòu)建綜合評價模型，做灰色關(guān)聯(lián)度分析[13]。參試品種以X表示，性狀以k表示，各參試品種X在性狀k處的值構(gòu)成比較數(shù)列Xi，X0是所有參試材料各項指標(biāo)的最優(yōu)值，作為構(gòu)建的理想?yún)⒖计贩N，記為｛X0(k)｝(k＝1，2，3，…，8)，參試品種各項指標(biāo)作為評價指標(biāo)作為比較數(shù)列，即參評指標(biāo)觀測值集合，記為｛Xi(k)｝(i＝1，2，3，…，19；k＝1，2，3，…，8)，ρ∈(0，1)，根據(jù)公式(1)～(5)計算加權(quán)關(guān)聯(lián)度。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

表2 品種及來源

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL 2010和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種灰色關(guān)聯(lián)度評價

2.1.1 參試品種主要性狀指標(biāo)及參考數(shù)列的確定 2年試驗結(jié)果表明，所有參試品種均能正常成熟，且無明顯倒伏現(xiàn)象發(fā)生，其中生育期最長的品種為‘白雜13號’，為106.50天，生育期最短品種為‘吉雜140號’，為88.50天。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高的品種為‘遼雜19號’，為9979.50 kg/hm2，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最低的品種為‘吉雜140號’，為5608.38 kg/hm2。

灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)論與構(gòu)造一個理想的“參考品種”有關(guān)，本研究共選取了8個主要性狀指標(biāo)，分別為株高、莖粗、穗長、穗重、穗粒重、千粒重、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、生育期。根據(jù)遼西地區(qū)氣候特點(diǎn)及釀造高粱實際生產(chǎn)經(jīng)驗，結(jié)合優(yōu)良機(jī)械化生產(chǎn)釀造高粱品種的上限指標(biāo)，同時參考各參試品種的8個主要性狀指標(biāo)構(gòu)建成的參比數(shù)列Xi(k)來設(shè)計一個理想的參考數(shù)列X0(k)。其中正向指標(biāo)（莖粗、穗長、穗重、穗粒重、千粒重、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量）以參試品種每個指標(biāo)最大值構(gòu)成參考數(shù)列X0[10]，中性指標(biāo)（株高和生育期）根據(jù)機(jī)械化生產(chǎn)釀造高粱品種育種目標(biāo)和生產(chǎn)實際確定。各品種參比數(shù)列由2016年和2018年2年試驗數(shù)據(jù)的平均值構(gòu)成。

2.1.2 參試品種主要性狀指標(biāo)無量綱化 根據(jù)灰色系統(tǒng)理論要求，將19個參試高粱品種的8個性狀視為一個整體，即灰色系統(tǒng)，由于同一品種不同性狀的單位不同，為保證各性狀因素具有等效性和同序性，需對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，正向指標(biāo)以參考數(shù)列性狀為分母，參試品種性狀為分子，Xi'(k)=Xi(k)/X0(k)，中性指標(biāo)取參考數(shù)列性狀為分子，各參試品種性狀值與參考品種性狀值差的絕對值再加上參考品種性狀值為分母進(jìn)行無量綱化處理Xi'(k)，見公式(6)，從而得到一個新的數(shù)列（表4）。然后用△i(k)=|X0'(k)-Xi'(k)|表示X0'數(shù)列與Xi'數(shù)列在k列(k=1，2，3，4，5，6，7，8)的絕對差值，求出各對應(yīng)列點(diǎn)的絕對差值（表5）。

表3 參試高粱不同品種評價指標(biāo)值

表4 參試品種主要性狀指標(biāo)無量綱化

續(xù)表4

表5 參試品種主要性狀指標(biāo)絕對離差

根據(jù)公式（2）計算參試品種主要性狀指標(biāo)絕對離差。

2.1.3 參試品種主要性狀指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù) 由表5可知，二級最小差minmin|X0'(k)-Xi'(k)|為0.0000，二級最大差maxmax|X0'(k)-Xi'(k)|為0.6046，根據(jù)公式(1)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)。

2.1.4 參試品種主要性狀等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度 根據(jù)模糊數(shù)學(xué)方法中的權(quán)重決策法，由公式(3)、公式(4)計算各指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)值，賦予各性狀不同權(quán)重，ωk1=0.1494，ωk2=0.1198，ωk3=0.1296，ωk4=0.1027，ωk5=0.1114，ωk6=0.1231，ωk7=0.1365，ωk8=0.1274。根據(jù)權(quán)重值的大小，可判斷出每個指標(biāo)在機(jī)械化釀造高粱品種綜合評價中的作用大小，其權(quán)重順序為株高＞經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量＞穗長＞生育期＞千粒重＞莖粗＞單穗粒重＞單穗重，根據(jù)權(quán)重可構(gòu)造釀造高粱綜合評價模型(7)。將權(quán)重系數(shù)及關(guān)聯(lián)系數(shù)代入公式(5)，求得各參試品種的加權(quán)關(guān)聯(lián)度（表7）。

本試驗中等權(quán)關(guān)聯(lián)度與加權(quán)關(guān)聯(lián)度排名結(jié)果基本一致，但加權(quán)關(guān)聯(lián)度排名比等權(quán)關(guān)聯(lián)度排名更加合理準(zhǔn)確，可更真實的反應(yīng)參試品種與最優(yōu)指標(biāo)集的差異大小，因此綜合評價排名采用加權(quán)關(guān)聯(lián)度排名。按照灰色系統(tǒng)理論中關(guān)聯(lián)度分析法原則，關(guān)聯(lián)度越大的品種與理想品種越接近，說明綜合性能越理想，反之則差異大。從表7可以看出，在綜合各性狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)度評判時，各品種的優(yōu)劣排序是X1＞X15＞X18＞X3＞X6＞X9＞X10＞X4＞X12＞X7＞X2＞X16＞X11＞X19＞X17＞X14＞X5＞X13＞X8，其加權(quán)關(guān)聯(lián)度分別為 0.8370、0.6897、0.6573、0.6356、0.6355、0.6308、0.6293、0.6238、0.6190、0.5873、0.5824、0.5730、0.5686、0.5554、0.5452、0.5323、0.5255、0.4613、0.3976，供試釀造高粱品種綜合生產(chǎn)性能評價排在前3位的分別為‘遼雜19號’、‘平試13號’、‘濟(jì)粱2號’。

表6 參試品種關(guān)聯(lián)系數(shù)

2.2 釀造高粱品種系統(tǒng)聚類分析

運(yùn)用SPSS軟件對參試高粱品種進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。從圖1可以看出，X1（‘遼雜19號’）、X15（‘平試13號’）、X18（‘濟(jì)粱2號’）聚為一類，X2（‘遼雜37號’）、X12（‘白雜 12號’）、X6（‘吉雜 137號’）、X10（‘吉雜145號’）、X9（‘吉雜142號’）、X11（‘白雜11號’）、X16（‘通雜108號’）聚為一類，X4（‘吉雜127號’）、X7（‘吉雜138號’）、X3（‘吉雜124號’）、X19（‘機(jī)糯粱1號’）、X5（‘吉雜136號’）、X14（‘白雜14號’）、X17（‘通雜127號’）聚為一類，X8（‘吉雜140號’）為一類，X13（‘白雜13號’）為一類。其中‘遼雜19號’、‘平試13號’、‘濟(jì)粱2號’聚為一類，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明這3個品種綜合生產(chǎn)性能分別排在前3位，‘吉雜140號’在所有參試品種中產(chǎn)量最低，單獨(dú)聚為一類。聚類分析結(jié)果與灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果基本一致。

3 討論

農(nóng)作物品種試驗的結(jié)果能否從總體水平上客觀真實地反映參試品種，與科學(xué)合理的評價方法密切相關(guān)。系統(tǒng)綜合評價的方法很多，如層次分析法、模糊綜合評判法、主成分分析法、因子分析法等。這些方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在著一定的不足[17]。在客觀系統(tǒng)中，灰色是絕對的，灰色系統(tǒng)分析可較為真實和全面地反映人們對客觀系統(tǒng)的實際認(rèn)識程度，不但可以給出質(zhì)的定性解釋，同時也可以給出量的確切描述[18-19]。生物系統(tǒng)本身可以作為一種灰色系統(tǒng)，因而可采用灰色系統(tǒng)提供的灰色關(guān)聯(lián)分析方法對生物體的各種性狀進(jìn)行分析評價[20-23]?；疑P(guān)聯(lián)度分析法在系統(tǒng)綜合評價中是一種極為有效的方法，它能夠充分利用備選方案的各指標(biāo)值來構(gòu)造數(shù)據(jù)序列，從而分析計算出備選方案和理想方案的灰色關(guān)聯(lián)度，從而來確定最佳方案[17]。本文運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對釀造高粱品種進(jìn)行了綜合評價，評價結(jié)果與生產(chǎn)實踐一致，表明運(yùn)用此方法進(jìn)行高粱品種綜合評價是可行的，與前人研究結(jié)果一致[10-12]。

表7 參試品種關(guān)聯(lián)度及排名

圖1 聚類分析樹狀圖

灰色關(guān)聯(lián)度分析法的關(guān)鍵在于“理想品種”的選擇，“理想品種”各性狀過高過低都會造成優(yōu)異材料的丟失和一般材料的誤選。本研究中參考“理想品種”的株高選擇155 cm，主要基于國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系對機(jī)械化釀造高粱品種的株高要求在160 cm以下，同時結(jié)合遼西地區(qū)生產(chǎn)實踐做出的選擇。文中‘遼雜19號’高粱綜合生產(chǎn)性能最高，但其株高在所有參試品種中也最高，而且通過試驗數(shù)據(jù)可以看出，隨著株高的降低，高粱產(chǎn)量呈下降趨勢。因此，如何在降低高粱株高適應(yīng)機(jī)械化生產(chǎn)的同時保證高粱產(chǎn)量需要認(rèn)真研究。綜合生產(chǎn)性能排在前3位的只有‘濟(jì)粱2號’株高(166.09 cm)較接近理想品種株高；生育期選擇120天，因為相關(guān)研究表明，一定范圍內(nèi)作物產(chǎn)量與生育期顯著正相關(guān)[24-25]，同時結(jié)合遼西地區(qū)的氣候條件做出的選擇。

本文主要考察了與釀造高粱經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量有關(guān)的農(nóng)藝性狀指標(biāo)，與高粱釀造品質(zhì)有關(guān)的一些指標(biāo)，如單寧含量、脂肪含量、蛋白質(zhì)含量、淀粉含量等未考慮在內(nèi)，在下一步的研究中，應(yīng)把這些釀造品質(zhì)指標(biāo)考察在內(nèi)，并根據(jù)具體的選育目標(biāo)選擇評價指標(biāo)并為其合理賦值，以期建立適宜的評價體系，形成統(tǒng)一的綜合評價標(biāo)準(zhǔn)，使機(jī)械化釀造高粱品種的綜合生產(chǎn)性能評價更全面、更科學(xué)。

4 結(jié)論

參試適宜機(jī)械化生產(chǎn)釀造高粱品種各性狀的權(quán)重大小依次為株高＞經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量＞穗長＞生育期＞千粒重＞莖粗＞單穗粒重＞單穗重，因此，在進(jìn)行機(jī)械化釀造高粱品種的引進(jìn)篩選時，應(yīng)首先考慮株高，其次為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、穗長和生育期等指標(biāo)。

參試釀造高粱品種加權(quán)關(guān)聯(lián)度大小依次為‘遼雜19號’＞‘平試13號’＞‘濟(jì)粱2號’＞‘吉雜124號’＞‘吉雜137號’＞‘吉雜142號’＞‘吉雜145號’＞‘吉雜127號’＞‘白雜12號’＞‘吉雜138號’＞‘遼雜37號’＞‘通雜108號’＞‘白雜11號’＞‘機(jī)糯粱1號’＞‘通雜127號’＞‘白雜14號’＞‘吉雜136號’＞‘白雜13號’＞‘吉雜140號’，其中‘遼雜19號’綜合生產(chǎn)性能最高，‘吉雜140號’綜合生產(chǎn)性能最低，灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果與生產(chǎn)實踐一致。