基于多層次模糊評(píng)判的櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)水肥耦合調(diào)控

張 智 和志豪 洪婷婷 朱常安 蔡澤林 劉建飛

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院， 陜西楊凌 712100； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北設(shè)施園藝工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西楊凌 712100)

0 引言

櫻桃番茄是一種果蔬皆宜的高檔型園藝作物，因其含有較高的可溶性固形物、獨(dú)特的香氣和口感而深受全世界人民的喜愛(ài)[1-2]。水分管理和肥料施用是影響櫻桃番茄生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)最重要的兩個(gè)因素[3-4]。無(wú)節(jié)制的灌水和盲目施肥除了造成嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)和肥料利用率低下，地下水受污染和土壤鹽漬化等[5]，更使作物本身也遭受損害，致使作物生長(zhǎng)受阻，產(chǎn)量品質(zhì)下降[6]。

對(duì)于櫻桃番茄的水肥耦合研究，大多集中在不同氮磷鉀的配比對(duì)作物的效應(yīng)影響[7-8]，然而研究表明，鈣元素也是作物生長(zhǎng)不可缺少的元素之一[9]，它能有效減少番茄的病害發(fā)生，增強(qiáng)番茄的抗逆能力[10]。近年來(lái)，一些種植者盲目追求作物產(chǎn)量，施入大量的氮元素導(dǎo)致土壤鈣元素流失，在肥料投入時(shí)也較少考慮鈣元素，導(dǎo)致土壤鈣元素缺乏[11]；另一方面，土壤中能被作物直接吸收的鈣素形態(tài)含量少，導(dǎo)致作物對(duì)鈣元素的吸收較為匱乏[12]。因此，研究櫻桃番茄施入鈣元素的水肥耦合十分必要。

不同的水肥耦合對(duì)作物的生長(zhǎng)、果實(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)的影響不同，即使同一水肥條件，對(duì)這些指標(biāo)的影響差異也較大。傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法主要采用綜合分析法，即通過(guò)單項(xiàng)指標(biāo)的比較以及各指標(biāo)之間的因果關(guān)系或相關(guān)性進(jìn)行評(píng)價(jià)分析[13-14]。由于受到研究者主觀性的影響，使得評(píng)價(jià)結(jié)果具有某種程度的不確定性[15]。因此，借助數(shù)學(xué)原理建立科學(xué)的評(píng)價(jià)模型，進(jìn)而明確最佳水肥方案且有重要意義。多層次模糊綜合評(píng)判隸屬于模糊算法，是一種定性與定量相結(jié)合、精確與非精確相統(tǒng)一的分析評(píng)價(jià)方法，通過(guò)對(duì)各級(jí)指標(biāo)逐級(jí)進(jìn)行模糊評(píng)判，最終得出較為全面、精確的評(píng)判值。因其在處理復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題方面的優(yōu)越性，多層次模糊綜合評(píng)判在氣候變化模擬研究、農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化和精密齒輪制造等評(píng)價(jià)分析中取得了很好的應(yīng)用效果[16-18]。

本研究旨在通過(guò)多層次模糊評(píng)價(jià)方法建立對(duì)櫻桃番茄的生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)等指標(biāo)的科學(xué)評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地構(gòu)建融合鈣元素的水肥多因子耦合對(duì)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)的調(diào)控模型，模擬尋優(yōu)得出適合西北干旱地區(qū)的最佳水肥組合，以期為實(shí)現(xiàn)櫻桃番茄科學(xué)灌溉施肥、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2018年3—7月在楊凌示范區(qū)揉谷鎮(zhèn)千玉農(nóng)業(yè)合作社(34°16′N，108°02′E，海拔450 m)的大跨度非對(duì)稱塑料大棚中進(jìn)行，該設(shè)施是雙層塑料薄膜覆蓋，棚長(zhǎng)100 m，寬17 m，南北可種植區(qū)跨度分別為9.6 m和6.5 m,脊高5.5 m。棚內(nèi)設(shè)有小型氣象站(HOBO event logger,Onset computer corporation,美國(guó))，可同時(shí)自動(dòng)記錄溫度、濕度、光照輻射強(qiáng)度(lx)。為消除設(shè)施小環(huán)境造成試驗(yàn)誤差，只在南跨度設(shè)置試驗(yàn)小區(qū)，并在靠近出口和最內(nèi)側(cè)各種植4行保護(hù)行。

供試土壤耕層為塿土，土壤的硝銨態(tài)氮質(zhì)量比為27.48 mg/kg，速效磷質(zhì)量比為23.64 mg/kg，速效鉀質(zhì)量比152.14 mg/kg，電導(dǎo)率(EC) 0.34 mS/cm，pH值7.32，土壤容重約1.34 g/cm3，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量比約5.89 g/kg，供試土壤最大田間持水率為24.3%。試驗(yàn)采用的品種為“粉妹一號(hào)”。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用四因素五水平正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)方法，各因素編碼如表1所示[19-20]，表中X1為將土壤含水率由灌溉下限(田間持水率的55%)灌至灌溉上限(田間持水率的100%)所需灌水量的百分比，X2、X3、X4分別為單株施肥肥料中的N、K2O、CaO含量。小區(qū)長(zhǎng)9 m，寬1.2 m，每小區(qū)種植32株番茄，株距與滴灌管孔距保持一致且在孔下栽植，均為0.5 m。試驗(yàn)有23個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，呈隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)間用0.1 mm黑色塑料薄膜隔開，防止處理間水肥側(cè)滲相互影響。

表1 試驗(yàn)因素編碼Tab.1 Experimental factors and codes

櫻桃番茄幼苗于五葉一心(2018年3月15日)移栽至田間，留七穗果，同年7月20日拉秧。定植后隨即灌水緩苗，待其第1穗花現(xiàn)蕾(4月27日)開始灌水處理，首先使所有處理均處于同一灌溉下限(田間持水率的50%±5%)，之后開始水肥處理，灌水方式為膜下滴灌，可減少蒸騰蒸散量，以達(dá)到保水目的。各處理的水分監(jiān)測(cè)為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，使用TDR型環(huán)境水分監(jiān)測(cè)儀(Spectrum Technologies, lnc.,美國(guó))測(cè)量土壤的含水率(體積含水率)來(lái)確定是否灌水，一般灌水周期為2～3 d/次，陰雨天不進(jìn)行灌水。由每個(gè)處理灌水設(shè)備首部的Hall數(shù)顯電子流量計(jì)記錄灌水用量。將肥料溶于施肥設(shè)施中通過(guò)施肥器以滴灌方式施入植株根部，采用多頻率滴灌施肥[21]，在每穗果膨大時(shí)進(jìn)行，共施7次，每次用量均一致，灌溉施肥方案見表2，表中x1～x4為X1～X4編碼值。F1為X1各水平下的單株灌水量，F(xiàn)2、F3、F4分別為X2、X3、X4各水平下的實(shí)際單株施肥量,施用的肥料依次為尿素、硝酸鉀、硝酸鈣。

表2 灌溉施肥方案Tab.2 Fertigation design

1.3 試驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目

1.3.1產(chǎn)量指標(biāo)

產(chǎn)量指標(biāo)包括單果質(zhì)量、單株果數(shù)、公頃產(chǎn)量。每個(gè)處理共測(cè)定10株，均在果實(shí)全熟后測(cè)定，單果質(zhì)量和單株果數(shù)均為平均值；公頃產(chǎn)量由小區(qū)產(chǎn)量折算，小區(qū)產(chǎn)量為單株產(chǎn)量與小區(qū)櫻桃番茄株數(shù)的乘積。質(zhì)量均用千分之一精度電子天平測(cè)定。

1.3.2生長(zhǎng)指標(biāo)

生長(zhǎng)指標(biāo)包括總生物量，凈光合速率，植株全N、K、Ca含量。總生物量為根、莖、葉、果各部位生物量總和；凈光合速率在第4穗果全熟時(shí)期利用Li-6800型便攜式光合測(cè)定儀(Li-Cor,美國(guó))測(cè)定；全N、全P含量利用AA3型高分辨自動(dòng)化學(xué)分析儀(Bran+Luebbe corporation,德國(guó))測(cè)定，全K含量利用M410型火焰分光光度計(jì)(Sherwood corporation,英國(guó))測(cè)定，全效元素含量分別測(cè)定根、莖、葉、果的含量再累加。測(cè)定總生物量和全效元素含量均在第7穗果采收結(jié)束時(shí)期，每個(gè)處理測(cè)定3株。

1.3.3營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)包括維生素C和番茄紅素含量。維生素C含量采用鉬藍(lán)比色法測(cè)定，番茄紅素含量采用EV300PC型紫外-可見分光光度計(jì) (Thermo Fisher，美國(guó))測(cè)定。

1.3.4風(fēng)味品質(zhì)

風(fēng)味品質(zhì)包括：可溶性總糖、有機(jī)酸、可溶性固形物含量和糖酸比?？扇苄钥偺呛坎捎幂焱壬y(cè)定；有機(jī)酸含量采用0.1 mol/L NaOH滴定法測(cè)定；可溶性固形物含量和糖酸比采用PAL-Easy ACID3型番茄糖酸一體機(jī) (ATAGO,日本)測(cè)定。

果實(shí)品質(zhì)測(cè)定在第4穗果全熟時(shí)期測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、分類。利用DPS 7.05進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)及多元統(tǒng)計(jì)分析，并建立四元二次正交旋轉(zhuǎn)模型。使用Yaahp 10.01對(duì)櫻桃番茄4類指標(biāo)進(jìn)行層次分類(圖1)，并對(duì)模型解析以及繪制相關(guān)圖表。圖中u1、u2、u3、u4分別為產(chǎn)量指標(biāo)、生長(zhǎng)指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)和風(fēng)味品質(zhì)指標(biāo)；u11、u12、u13分別為單株果數(shù)、單果質(zhì)量、公頃產(chǎn)量；u21、u22、u23、u24、u25分別為總生物量、凈光合速率、植株全N、P、K含量；u31、u32分別為維生素C含量、番茄紅素含量；u41、u42、u43、u44分別為可溶性總糖、有機(jī)酸、可溶性固形物含量和糖酸比。

圖1 櫻桃番茄綜合評(píng)價(jià)層次模型Fig.1 Hierarchical model of cherry tomatoes comprehensive evaluation

2 結(jié)果與分析

2.1 基于多層次模糊評(píng)判的櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)評(píng)價(jià)

2.1.1模糊評(píng)判因素集及所屬子因素集構(gòu)建

(1)根據(jù)多層次模糊評(píng)判方法，首先將櫻桃番茄的所有指標(biāo)分為4大類：產(chǎn)量指標(biāo)、生長(zhǎng)指標(biāo)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)、風(fēng)味品質(zhì)指標(biāo)，將這4類指標(biāo)定義為第1層指標(biāo)，即因素集

U={u1,u2,u3,u4}

(1)

(2)將所有2級(jí)指標(biāo)進(jìn)行分類，并將其定義為子因素(共14類)，其中歸類于產(chǎn)量指標(biāo)u1的有：?jiǎn)沃旯麛?shù)、單果質(zhì)量、公頃產(chǎn)量；歸類于生長(zhǎng)指標(biāo)u2的有：總生物量、凈光合速率、植株全N、P、K含量；歸類于果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)u3的有：維生素C含量、番茄紅素含量；歸類于果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)指標(biāo)u4有：可溶性總糖、有機(jī)酸、可溶性固形物含量和糖酸比。

(2)

2.1.2因素及所屬子因素評(píng)判集構(gòu)建

各因素以及所屬子因素有其對(duì)應(yīng)隸屬的評(píng)判值集合，一般用V、vij表示，因試驗(yàn)設(shè)有23個(gè)處理，因此各有23個(gè)評(píng)判值。

V={V1,V2,…,V23}

(3)

vij={v1,v2,…,v23}

(4)

2.1.3多層次模糊評(píng)判因素權(quán)重的確定

(1)AHP法

層次分析法(AHP)是根據(jù)調(diào)查問(wèn)卷的結(jié)果建立判斷矩陣，將總決策分解成目標(biāo)層、因素層、子因素層，比較各個(gè)子因素之間的重要性，建立對(duì)比矩陣，利用調(diào)查問(wèn)卷對(duì)子因素進(jìn)行打分，對(duì)比矩陣中各指標(biāo)的數(shù)值一般采用1～9為標(biāo)度法確定，用一致性檢驗(yàn)對(duì)比矩陣可接受程度，當(dāng)一致性比例指標(biāo)CR<0.1時(shí)認(rèn)為一致性檢驗(yàn)通過(guò)，指標(biāo)判斷矩陣可接受。因素層、產(chǎn)量指標(biāo)、生長(zhǎng)指標(biāo)、果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)、果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)指標(biāo)子因素對(duì)比矩陣分別為

利用Yaahp 10.01處理所有子因素分值，最終獲得產(chǎn)量、生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、風(fēng)味品質(zhì)4個(gè)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，具體方法參照文獻(xiàn)[22]，結(jié)果如表3所示。

(2)熵權(quán)法

在對(duì)櫻桃番茄所有因素下的子因素進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，考慮到因素較多，采用熵權(quán)法進(jìn)行權(quán)重確定，以減小人為因素的主觀影響。

熵權(quán)法是利用標(biāo)準(zhǔn)化后的實(shí)測(cè)值獲取權(quán)重，考慮到多個(gè)樣本之間的聯(lián)系，能使多樣本的數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、合理。利用ZOU等[23]的方法計(jì)算各子因素的客觀權(quán)重，具體權(quán)重如表4所示。表中w11為單株果數(shù)權(quán)重，w12為單果質(zhì)量權(quán)重，w13為公頃產(chǎn)量權(quán)重，w21為總生物量權(quán)重，w22為凈光合速率權(quán)重，w23、w24、w25分別為植株全N、P、K含量權(quán)重，w31為果實(shí)維生素C含量權(quán)重，w32為果實(shí)番茄紅素含量權(quán)重，w41為果實(shí)可溶性總糖含量權(quán)重，w42為果實(shí)有機(jī)酸含量權(quán)重，w43為果實(shí)可溶性固形物含量權(quán)重，w44為果實(shí)糖酸比權(quán)重。

表3 基于AHP法的因素權(quán)重Tab.3 Determination of factor weights based on AHP

注：a1為產(chǎn)量指標(biāo)權(quán)重，a2為生長(zhǎng)指標(biāo)權(quán)重，a3為果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)權(quán)重，a4為果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)指標(biāo)權(quán)重。

2.1.4多層次模糊評(píng)判值計(jì)算

(1)因素集的單層次模糊評(píng)判

利用各因素集下所屬的子因素進(jìn)行各因素集模糊評(píng)判指數(shù)的計(jì)算

(5)

其中

表4 基于熵權(quán)法的因素子集權(quán)重Tab.4 Determination of factor subset weight based on entropy weight method

式中biz——第i因素集的模糊評(píng)判指數(shù)

wij——第i因素集下第j子因素集客觀權(quán)重

rjz——第i個(gè)因素集歸一化后數(shù)據(jù)矩陣

(2)各處理的二次模糊評(píng)判

利用各因素集最終的模糊評(píng)判指數(shù)進(jìn)行所有處理的綜合模糊評(píng)判指數(shù)的計(jì)算

(6)

其中

式中Bz——第z處理的多層次模糊評(píng)判指數(shù)

ai——第i因素集的權(quán)重

根據(jù)Bz值對(duì)各處理進(jìn)行排序，最終櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)評(píng)價(jià)結(jié)果如表5所示。

表5 多層次模糊評(píng)判指數(shù)及排序Tab.5 Multi-level fuzzy evaluation index and ranking

2.2 基于模糊評(píng)判的櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)對(duì)水肥耦合的響應(yīng)

對(duì)櫻桃番茄的多層次模糊評(píng)判指數(shù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，在剔除不顯著項(xiàng)后，得出回歸模型為

(7)

其決定系數(shù)R2=0.836 9，F(xiàn)=2.932 4>F0.05(9,13)=2.17。

2.2.1單因素對(duì)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)的影響

對(duì)回歸模型進(jìn)行降維消元處理，定義各因素在其編碼范圍內(nèi)，其余元素均取中間水平，能夠消除其余元素對(duì)分析元素的影響作用[24-26]。由圖2可知，隨著灌水水平的升高，櫻桃番茄的多層次模糊綜合評(píng)判指數(shù)越高，即綜合生長(zhǎng)最好；對(duì)于N、K2O、CaO施用量，圖像均呈開口向下拋物線，即過(guò)高或過(guò)低均對(duì)綜合生長(zhǎng)不利。由圖2可知，灌水量和N、K2O、CaO施用量均存在一個(gè)合理的用量區(qū)間，在達(dá)到最適值后會(huì)變?yōu)樨?fù)效應(yīng)。

圖2 多層次模糊綜合評(píng)判指數(shù)的單因素效應(yīng)分析Fig.2 Single factor effect analysis of multi-level comprehensive fuzzy evaluation index

2.2.2兩因素交互效應(yīng)對(duì)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)的影響

(1)灌水量和施K2O量的交互作用

對(duì)式(7)進(jìn)行降維消元處理，使x2、x4處于0水平。圖3中柵格的顏色深淺代表了多層次模糊綜合評(píng)判指數(shù)的大小，由圖3可以看出，在一定范圍內(nèi)櫻桃番茄評(píng)判指數(shù)隨著灌水量的增加而升高，隨施K2O量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)評(píng)判指數(shù)越高時(shí)，灌水量需要較高的水平，施K2O量則需要較低的水平，說(shuō)明兩者之間在一定范圍內(nèi)存在負(fù)交互作用，并存在著相互抑制作用。

(2)灌水量和施CaO量的交互作用

同理對(duì)式(7)進(jìn)行降維消元處理，使x2、x3處于0水平。由圖4可知，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，當(dāng)灌水量及施CaO量都在較低水平時(shí)，對(duì)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)最為不利；之后，隨著灌水量及施CaO量的提升，綜合生長(zhǎng)評(píng)判指數(shù)逐漸提升；但在評(píng)判指數(shù)處于最優(yōu)區(qū)間時(shí)，灌水量需要較高水平，而施CaO量則需要較低水平，因此兩者之間同樣在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)負(fù)交互作用，存在相互抑制作用。

2.3 櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)的最適水肥因子解析

2.3.1水肥多因子耦合對(duì)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)的影響

圖3 灌水量和施K2O量對(duì)多層次模糊綜合評(píng)判指數(shù) 的交互影響Fig.3 Interactive effects of irrigation quantity and K2O amount on multi-level comprehensive fuzzy evaluation index

將灌水量、施N量、施K2O量、施CaO量分別進(jìn)行三因子組合模擬，并且使用Matlab進(jìn)行最佳值計(jì)算，結(jié)果如圖5所示。由圖5a可知，在施CaO量為中等水平時(shí)，低灌水量、低施N量、高施K2O量對(duì)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)的促進(jìn)作用較小，而較高的灌水量、中等偏上施N量以及中等偏下施K2O量的組合有利于櫻桃番茄的綜合生長(zhǎng)。由圖5b可知，當(dāng)施K2O量為中等水平時(shí)，低灌水量、低施N量和高施CaO量不利于櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)，而較高灌水量、中等偏上施N量以及較偏下施CaO量對(duì)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)影響最佳。由圖5c可知，當(dāng)施N量為中等水平時(shí)，低灌水量、高施K2O量和高施CaO量限制櫻桃番茄的綜合生長(zhǎng)，較高灌水量、中等偏下施K2O量以及較偏下施CaO量更能促進(jìn)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)。

圖4 灌水量和施CaO量對(duì)多層次模糊綜合評(píng)判指數(shù) 的交互影響Fig.4 Interactive effects of irrigation quantity and CaO amount on multi-level comprehensive fuzzy evaluation index

由圖5d可知，當(dāng)灌水量為中等水平時(shí)，施N量為中等偏上、施K2O量為中等偏下，施CaO量為中等水平時(shí)，對(duì)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)最有利。4種模型的最佳編碼值組合以及相應(yīng)的多層次模糊綜合評(píng)判指數(shù)如表6所示，由表6可知，當(dāng)x1、x2、x3、x4為1.682、0、-0.744、-1.223時(shí)的綜合生長(zhǎng)評(píng)判指數(shù)最大，最有利于櫻桃番茄的生長(zhǎng)發(fā)育。

圖5 櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)對(duì)水肥多因子耦合的響應(yīng)模型Fig.5 Response models of comprehensive growth of cherry tomatoes to multi-factor coupling of water and fertilizer

表6 不同模型最佳編碼值組合及評(píng)判指數(shù)Tab.6 The best code combination and evaluation index for different models

2.3.2不同施CaO量對(duì)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)的影響

為研究施CaO量對(duì)常規(guī)水肥因子耦合效果的影響，將施CaO量編碼值分別設(shè)為-1.682、-1、0、1、1.682，將其余3因子組合模擬，結(jié)果如圖5a和圖6所示。由圖可知，當(dāng)x4從-1.682上升至1時(shí)，灌水量、施N量、施K2O量的耦合效應(yīng)有著相似的規(guī)律，即當(dāng)評(píng)判指數(shù)越大時(shí)，灌水量水平越高，施N量接近中等偏上水平，施K2O量為中等偏上或中等偏下水平。當(dāng)x4從1上升至1.682時(shí)，評(píng)判指數(shù)越大，灌水量水平越低，施N量和施K2O量變化規(guī)律和其余x4水平的變化規(guī)律相同。結(jié)合各模型的多層次模糊綜合評(píng)判指數(shù)，x1、x2、x3、x4為1.682、0.521、0.071、-1時(shí)獲得最高評(píng)判指數(shù)，更有利于櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)(表7)。

圖6 不同施CaO量下櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)對(duì)水肥多因子耦合的響應(yīng)模型Fig.6 Response models of multi-factor coupling of water and fertilizer to cherry tomatoes under different CaO application levels

表7 不同施CaO量模型最佳編碼值組合及評(píng)判指數(shù)Tab.7 The best combination of coding and evaluation index for different CaO amount models

2.3.3基于多層次模糊評(píng)判的櫻桃番茄最佳生長(zhǎng)水肥因子

利用Matlab軟件對(duì)式(7)進(jìn)行在固定區(qū)間的最優(yōu)值求解，結(jié)合圖5、6中最佳評(píng)判指數(shù)模型相應(yīng)的最優(yōu)組合以及模型圖切片，得出在櫻桃番茄多層次模糊綜合評(píng)判指數(shù)最大時(shí)，各因子相應(yīng)的最優(yōu)編碼值區(qū)間分別為：灌水量1.318～1.682、施N量0.318～0.521、施K2O量-0.682～0.071、施CaO量-1.223～-0.932，即當(dāng)灌水量為補(bǔ)充至灌溉上限用量的91.34%～100%、施N量為12.26～13.50 g/株、施K2O量為2.92～5.13 g/株、施CaO量為2.69～4.39 g/株時(shí)，櫻桃番茄的多層次模糊綜合評(píng)判指數(shù)有最優(yōu)值區(qū)間，此時(shí)最有利于櫻桃番茄的綜合生長(zhǎng)。

3 討論

大多數(shù)的評(píng)價(jià)方法是利用主觀評(píng)價(jià)或客觀評(píng)價(jià)亦或主客觀綜合評(píng)價(jià)法對(duì)作物的某一類指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，但在兼顧研究對(duì)象多個(gè)方面的綜合評(píng)判的研究甚少。有研究得出灌水量過(guò)高，施N量過(guò)高不利于番茄綜合品質(zhì)的提高[27-28]，也有研究得出充分灌溉的2/3能夠協(xié)調(diào)番茄的產(chǎn)量和綜合品質(zhì)[29]。為了統(tǒng)籌各類指標(biāo)對(duì)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)的影響，本文利用多層次模糊綜合評(píng)判法對(duì)櫻桃番茄4類大指標(biāo)共14類小指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)判，將模糊評(píng)判進(jìn)行分層，并使用主客觀權(quán)重進(jìn)行分層運(yùn)算，能夠更加準(zhǔn)確地解釋櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)中的需水需肥規(guī)律。

產(chǎn)量和品質(zhì)是櫻桃番茄生產(chǎn)中最重要的兩類指標(biāo)，而保證作物正常生長(zhǎng)發(fā)育也是產(chǎn)量和品質(zhì)的重要保證來(lái)源[30]，作物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)之間既存在協(xié)同關(guān)系，也存在拮抗效應(yīng)[31]。減少灌溉會(huì)使作物減少側(cè)枝和生殖生長(zhǎng)，但作物體內(nèi)碳水化合物會(huì)從韌皮部向果實(shí)運(yùn)輸，提高品質(zhì)，但產(chǎn)量會(huì)有所降低[32-33]。本試驗(yàn)中櫻桃番茄的綜合生長(zhǎng)評(píng)判指數(shù)隨著施肥量呈先上升后降低的趨勢(shì)，這也與前人的研究結(jié)果相似[34-35]。隨著灌水量逐漸增加到一定值，可以有效地權(quán)衡櫻桃番茄產(chǎn)量、生長(zhǎng)參數(shù)和兩類品質(zhì)指標(biāo)以及各自所屬的多種指標(biāo)，使櫻桃番茄的綜合生長(zhǎng)達(dá)到最優(yōu)、最平衡的區(qū)間。因此通過(guò)綜合評(píng)判，得出灌水量為中等偏高和施肥量中等偏低是櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)的最佳條件。

鈣元素不僅是維系土壤活性的元素之一，更是作物吸收的重要營(yíng)養(yǎng)因子。鈣在作物體內(nèi)的運(yùn)輸是緩慢的，作物不同部位對(duì)鈣素的吸收效應(yīng)也不同，且存在“離子競(jìng)爭(zhēng)”現(xiàn)象[36]。有研究報(bào)道若施用過(guò)量的氮素會(huì)導(dǎo)致作物缺鈣，也有研究指出環(huán)境中鈣離子濃度過(guò)高會(huì)抑制作物根系生長(zhǎng)，導(dǎo)致對(duì)K+和Mg2+等離子的吸收，影響作物的正常發(fā)育，這與本研究結(jié)果相似[37]。

櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)受水肥因子不同組合的影響，不同的水肥組合會(huì)影響綜合生長(zhǎng)中的不同指標(biāo)，進(jìn)而影響最終的多層次模糊綜合評(píng)判指數(shù)，并在最終的評(píng)判模型的模擬尋優(yōu)中得出與前人不盡相同的結(jié)論，一方面是因?yàn)榍叭藢?duì)多種指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)判的研究甚少，另一方面也可能與栽培設(shè)施、溫室小氣候等外界因素影響有關(guān)，因此未來(lái)在綜合各類指標(biāo)的評(píng)判中還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

(1)基于多層次模糊評(píng)判方法對(duì)櫻桃番茄生長(zhǎng)、產(chǎn)量、品質(zhì)等指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)判，獲得不同水肥處理下的評(píng)判指數(shù)，評(píng)價(jià)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)更為可靠。

(2)構(gòu)建了水肥因子耦合對(duì)櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)的調(diào)控模型，發(fā)現(xiàn)在單因素分析下，櫻桃番茄綜合生長(zhǎng)與灌水量接近于線性，與施N量、施K2O量、施CaO量均呈開口向下的拋物線關(guān)系；灌水量和施K量、灌水量和施Ca量均存在著負(fù)交互作用。

(3)對(duì)于不同多因子組合模型，x1、x2、x3、x4為1.682、0、-0.744、-1.223更有利于櫻桃番茄的綜合生長(zhǎng)；對(duì)于不同的施CaO量，當(dāng)x1、x2、x3、x4為1.682、0.521、0.071、-1最有利于櫻桃番茄的綜合生長(zhǎng)；最優(yōu)區(qū)間為：最終灌水量補(bǔ)充至灌溉上限用量的91.34%～100%，施N量12.26～13.50 g/株，施K2O量2.92～5.13 g/株，施CaO量2.69～4.39 g/株。