基于層次分析法的葉用甜菜種質(zhì)資源觀賞性評價

孫佳平，劉乃新

(1.黑龍江大學(xué)中俄學(xué)院，哈爾濱 150080；2.黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甜菜品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，哈爾濱 150080)

1 引言

葉用甜菜，為藜科甜菜屬中的變種, 二年生草本植物,又名莙荙菜、牛皮菜、火焰菜[1-3]。葉用甜菜在我國已經(jīng)有2 500多年的栽培歷史，長江 、黃河流域以及西南地區(qū)都有廣泛的分布，土耳其、希臘等地中海沿岸國家也均有分布[4-6]。葉用甜菜以觀賞、食用作為主要的特性[7]。觀賞型葉用甜菜外觀艷麗多彩, 色澤誘人, 具有很好的觀賞性,觀賞甜菜屬于葉用甜菜的一個變種，早在1800年末觀賞甜菜就頻繁出現(xiàn)在美國園丁的目錄和百科全書上[8-10]。1923年Vilmorin[11]描述了一種甜菜，它的葉子和葉柄顏色非常深(紅色、黃色、綠色)，生長在花園中供觀賞用。同時葉用甜菜由于其自身豐富的營養(yǎng)價值而被作為特色蔬菜食用，小株幼苗食用方法與菠菜相似, 可以生食、炒食、焯后涼拌、煮食、做湯、做餡等。大株葉片可葉肉、葉柄分開來食用, 葉柄還可以做蔬菜泥[12]。民以食為天，我們對葉用甜菜食用方面研究的較多，而對其觀賞性方面卻鮮少研究[13]。對于葉用甜菜品種觀賞價值的評價多為主觀性描述，針對性不強(qiáng)，缺乏系統(tǒng)性。需要建立一套科學(xué)的綜合評價模型對葉用甜菜品種的觀賞價值進(jìn)行客觀評價，對于優(yōu)良品種的選育及葉甜菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

植物的觀賞性與許多性狀有關(guān)，是一種綜合指標(biāo)，是園林植物品種選育的先決步驟[14]。目前層次分析法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于園林植物觀賞價值評價研究上[15-18]。層次分析法，簡稱AHP，是1973年美國匹茨堡大學(xué)運(yùn)籌學(xué)家托馬斯·薩蒂提出來的一種將定性與定量相結(jié)合，來客觀描述人們主觀判斷定量化的一種分析手段[19]。因此本研究采用層次分析法對葉用甜菜的觀賞性進(jìn)行了評價。本試驗(yàn)基于對葉甜菜品種觀賞性狀的調(diào)查和綜合分析，采用層次分析法構(gòu)建了一套科學(xué)客觀的葉用甜菜品種觀賞價值綜合評價模型，并對收集的8個葉用甜菜品種進(jìn)行了綜合評價。

2 材料與方法

2.1 材料

分別在中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所，國家甜菜種質(zhì)資源中期庫以及市場獲得葉用甜菜品種8個(表1)，從2017年到2019年，在哈爾濱市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田進(jìn)行形態(tài)特征觀察。在苗圃中，每個品種隨機(jī)選擇15株植物進(jìn)行調(diào)查。主要針對葉片、株型及其他特性進(jìn)行觀測。

表1 試驗(yàn)用葉甜菜種質(zhì)資源信息表Tab.1 Information table of leaf beet germplasm resources for testing

2.2 方法

利用層次分析法對8個葉用甜菜品種的觀賞價值進(jìn)行了評價。

2.2.1 主要觀賞性狀的調(diào)查

利用形態(tài)學(xué)特征是區(qū)分個體之間差異最直觀的指標(biāo)，也是植物育種選擇親本和設(shè)定育種目標(biāo)的直接依據(jù)。表型特征的異同是研究物種間親緣關(guān)系的第一步和探索物種遺傳背景的重要數(shù)據(jù)[20]。不同植物葉片觀賞特性主要有葉形、大小、數(shù)量、顏色、 香味、質(zhì)地、斑紋、附屬物等。

中國甜菜種質(zhì)資源形態(tài)特征差異很大，生長習(xí)性有一年生 、二年生和多年生。葉片形狀有盾形、心臟形、舌形、犁鏵形、團(tuán)扇形、柳葉形、戟葉形、披針形和箭形。葉片顏色有淡綠 、濃綠 、黃綠 、粉色 、紅色和紫紅色 。葉緣形有大波、中波、小波和全緣，葉表面形狀有平滑、波浪 、微皺和多皺 。葉叢型有直立型 、斜立型和匍匐型[21]。

本研究選用生長健康的葉用甜菜種質(zhì)為試材，主要調(diào)査性狀有：株高、葉叢型、抗逆性、葉形、葉緣形、葉片數(shù)、皺度、葉色、葉梗長、葉梗寬、葉梗色等11性狀。

2.2.2 綜合評價的 AHP 層次分析模型

根據(jù)葉用甜菜各評價因子之間的相互關(guān)系，構(gòu)建觀賞性評價模型。葉用甜菜觀賞性綜合評價 AHP 層次分析評價模型總共分為四層：①目標(biāo)層(A)，即是對葉甜菜品種觀賞性評價體系；②約束層(B)，是制約葉甜菜觀賞價值的 3個方面，包括整體性、葉片和葉柄；③指標(biāo)層(C)，即具體的有代表性的 11 個外部形態(tài)性狀指標(biāo)。④最低層(D)，是待評價的葉用甜菜品種。具體見表2。

表2 葉用甜菜品種觀賞性綜合評價體系Tab.2 Comprehensive evaluation model of ornamental value for sect.Cicle (Beta vulgaris L.)

2.2.3 判斷矩陣的構(gòu)建以及一致性檢驗(yàn)

本次研究綜合10位專家對觀葉植物各觀賞性狀之間重要性的意見，利用 1～9 標(biāo)度法(表3)[22]表示各個指標(biāo)之間的相對重要性標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)判斷矩陣標(biāo)度表的評分標(biāo)準(zhǔn)，對葉甜菜品種觀賞性綜合評價模型進(jìn)行判斷矩陣的構(gòu)造，分別對模型中目標(biāo)層、約束層和指標(biāo)層各因素進(jìn)行兩兩相對重要性的判斷比較，并給予相應(yīng)分值。從而構(gòu)建目標(biāo)層(A)相對于約束層 B1、B2、B3以及約束層Bi 相對于指標(biāo)層 Ci 的判斷距陣共四個矩陣，以此計算出每一層中各元素的權(quán)重值(W)。

表3 1-9標(biāo)度方法表[22]

為保證判斷矩陣的賦值基本合理，還需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。計算判斷矩陣的最大特征根(λmax)及其對應(yīng)特征向量(W)，通過最大特征根(λmax)對判斷矩陣的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，特征向量(W)則視為下一層影響因素對上一層影響因素的影響權(quán)重。以 CI 作為度量指標(biāo)，只要滿足矩陣最大特征根λmax稍大于 n，其余的特征根趨近于零，即認(rèn)為達(dá)到滿意的一致性。

一致性檢驗(yàn)指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1)，n為矩陣內(nèi)因子總數(shù)；隨機(jī)一致性指標(biāo)CR=CI/RI,RI(表8)為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，當(dāng)CR<0.1時，則認(rèn)為該矩陣具有滿意一致性。

表4 A-B判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

表5 B1-Ci判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

表6 B2-Ci判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

表7 B3-Ci判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

表8 判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

2.2.4 指標(biāo)賦分標(biāo)準(zhǔn)

通過征詢各個相關(guān)領(lǐng)域相關(guān)人員及甜菜體系專家意見的基礎(chǔ)上，對指標(biāo)層中的各性狀指標(biāo)打分，打分形式采用 4分制，各評價性狀指標(biāo)賦分標(biāo)準(zhǔn)見表9。

表9 葉用甜菜觀賞性指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與分析

3.1 葉用甜菜品種觀賞性綜合評價體系層次總排序

根據(jù)對AHP 層次分析模型中目標(biāo)層(A)相對于約束層 B1、B2、B3的判斷矩陣及約束層Bi 相對于指標(biāo)層Ci 的判斷矩陣的構(gòu)建，由表4-7可知各單層之間的權(quán)重值，將各層指標(biāo)的權(quán)重值進(jìn)行加權(quán)處理后得到各指標(biāo)對總目標(biāo)葉用甜菜觀賞性評價的總排序權(quán)重(見表10)。

表10 葉用甜菜品種觀賞性綜合評價體系各指標(biāo)權(quán)重分配表

從表10中可以看出，在約束層中，權(quán)重值的排序依次為葉梗(B1)、葉片(B2)、整體感(B3), 花部形態(tài)是評價建蘭觀賞價值的核心要素(W=0.6508)，其次是葉片(W=0.183)和整體感(W=0.1662)。在目標(biāo)層中，葉梗以葉梗色(C3)的權(quán)重值最大(W=0.4146)，其次為葉梗厚(C1)(W=0.1681)；葉片以葉色(C5 )的權(quán)重值最大(W=0.0881)；整體感以葉叢型葉叢型(C9)的權(quán)重值最大(W=0.1229)。由此可見，葉梗色、葉梗厚、葉色、葉叢型是評價葉甜菜品種觀賞價值的重要因子，葉梗寬(C2)也起著重要的作用(W>0.05),而葉緣形(C6)對葉用甜菜觀賞價值的影響較小(W<0.01)。

圖1 葉用甜菜品種觀賞性綜合評價體系各指標(biāo)權(quán)重排行圖Fig.1 Ranking index weights of the comprehensive evaluation system of leaf beet varieties

由總排序權(quán)重結(jié)果顯示：各個因子權(quán)重總排序?yàn)镃3>C1>C9>C5>C2>C4>C10>C8>C11>C7>C6，葉梗顏色在葉用甜菜觀賞性評價中具有最高權(quán)重，葉梗厚次之。 可見，人們對葉用甜菜葉梗的性狀情有獨(dú)鐘。而對于葉色的要求并不高。這種結(jié)果的產(chǎn)生可能與紅葉甜菜葉色較深而降低了人們對其的喜愛程度。此結(jié)果也充分顯示出人們對新奇特觀賞植物的興趣日益濃厚。

3.2 葉甜菜品種綜合評價分析

根據(jù)各性狀指標(biāo)的賦分標(biāo)準(zhǔn)，分別對各葉用甜菜品種的各個相應(yīng)性狀指標(biāo)進(jìn)行打分，將相應(yīng)性狀指標(biāo)所得分值與其相應(yīng)權(quán)重值相乘，得到相應(yīng)性狀指標(biāo)的得分，再將各個性狀性狀分和權(quán)重分的乘積相加得到單個品種的綜合評分。分析結(jié)果表明，觀賞價值排在前三位的是Clnx系列的兩個粉色系品種Clnx-fen2018，Clnx-blush2018以及荷蘭必久。

圖2 8個葉用甜菜品種觀賞價值綜合排行圖Fig.2 Comprehensive ranking of ornamental value of eight leaf beet varieties

表11 8個甜菜品種觀賞性性狀指標(biāo)調(diào)查和評分表

續(xù)表11

4 討論與結(jié)論

葉用甜菜是甜菜中栽培容易、觀賞價值高的一類甜菜。本研究通過運(yùn)用層次分析法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方法，對葉用甜菜的的觀賞性進(jìn)行評價。雖然這一過程之中存在著一定的主觀因素，但是本次研究通過大量的問卷調(diào)查和反復(fù)的對比分析，這在一定程度上降低了主觀因素對其最終評價結(jié)果的影響，并且最終所評定的結(jié)果多數(shù)符合一般大眾的審美。與此同時，由于層次分析法本身是一種拆分影響因素構(gòu)建數(shù)學(xué)矩陣的計算思維方法，其具有較強(qiáng)的客觀性，因此常被人們廣泛的運(yùn)用于各類復(fù)雜問題的判斷與抉擇，如：櫻花品種的選擇、電網(wǎng)規(guī)劃方案的選擇、自然保護(hù)區(qū)的評價等等。所以，在前人運(yùn)用的基礎(chǔ)之上結(jié)合本次評價對象的特點(diǎn)，層次分析法是可以對觀賞蔬菜的觀賞價值進(jìn)行較為準(zhǔn)確的評價。

本試驗(yàn)基于葉用甜菜表型形狀的調(diào)查，再結(jié)合葉用甜菜觀賞特性及專家意見的基礎(chǔ)上，運(yùn)用層次分析法，將葉用甜菜品種的觀賞性狀進(jìn)行了量化賦值，確定了各個評價因子的權(quán)重，構(gòu)建了一套較為全面科學(xué)的葉用甜菜觀賞價值綜合評價體系。其中葉梗色、葉梗厚、葉色、葉叢型是觀賞葉用甜菜的重要評價因子。葉梗色為紅、粉紅、粉白的最好，葉梗厚度較厚的最好，葉叢型為直立型的最好，葉色為紫紅色的最好。本實(shí)驗(yàn)通過對8個葉用甜菜品種進(jìn)行觀賞價值評價，挑選出‘Clnx-fen2018’、 ‘Clnx-blush2018’以及‘荷蘭必久’三個觀賞價值較高的葉用甜菜品種。本次試驗(yàn)為葉用甜菜品種觀賞價值的評價提供了理論依據(jù)，有利于葉用甜菜優(yōu)良品種的選育和推廣應(yīng)用。