基于層次分析(AHP)-灰色關(guān)聯(lián)分析的盆栽荷花早花品種的綜合評價與篩選

常寶亮， 陳俊杰， 錢 萍， 沈志國， 王永江， 金奇江， 王彥杰， 徐迎春，①

(1. 南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部景觀農(nóng)業(yè)重點實驗室， 江蘇 南京 210095；2. 杭州西湖風景名勝區(qū)靈隱管理處， 浙江 杭州 310007； 3. 浙江偉達園林工程有限公司， 浙江 杭州 311201)

荷花(NelumbonuciferaGaertn.)為中國十大傳統(tǒng)名花中惟一的水生花卉，其文化底蘊深厚，香氣濃郁，姿態(tài)優(yōu)雅，觀賞價值高[1]，是夏季開花的代表花卉。近年來，隨著中國生態(tài)文明建設(shè)的快速推進，荷花在濕地公園建設(shè)以及湖塘河道等水體的生態(tài)治理中發(fā)揮越來越重要的作用，產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景良好[2]。然而，大部分荷花品種在6月下旬進入初花期，7月初進入盛花期，此時天氣炎熱，不利于人們賞花和荷花觀光旅游業(yè)發(fā)展。如能選育出5月下旬至6月上旬開花的早花品種應(yīng)用于荷花旅游景區(qū)，則能提早荷花觀賞期，滿足人們在怡人的溫度下觀賞荷花的需求。目前，采用人工調(diào)控花期的方法可使荷花提早開花[3]，但需要加溫和補光等處理，能耗較大，生產(chǎn)成本高[4]，無法滿足大量展示的需要。解決這一問題的根本途徑是選育荷花早花品種，建立荷花早花品種評價體系。

數(shù)學評價方法在園藝領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用[5-7]，其中，層次分析(AHP)法是一種具有定性和定量相結(jié)合優(yōu)勢的決策方法[8]，灰色關(guān)聯(lián)分析法是一種分析供試選項與理想選項的相近或相異程度作為衡量因子間關(guān)聯(lián)程度的方法[9]。層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法相結(jié)合，既可以避開層次分析法不能充分利用各性狀全部信息的局限性，又能避開灰色關(guān)聯(lián)分析法中性狀指標權(quán)重由人為賦值、較為主觀的缺點，從而使分析結(jié)果更具科學性和合理性。該方法已在盆栽多頭小菊(Chrysanthemum×morifoliumRamat.)株系選擇[10]、多頭切花菊立面裝飾適宜品種篩選[11]以及郁金香(TulipagesnerianaLinn.)品種評價和篩選[12]中科學運用并取得了良好結(jié)果。

近2年，作者所在研究團隊對248個盆栽荷花品種的開花時間觀測時發(fā)現(xiàn)一批初花期較早的荷花品種，可在5月下旬至6月初進入初花期，但關(guān)于其花期、觀賞性狀及生長性狀等特征尚不清楚。為此，本研究以荷花早花品種為評價目標，運用層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法相結(jié)合的方法，對初選的30個荷花早花品種進行系統(tǒng)觀測，并在初花時間早這一主要性狀之外，兼顧其他11個觀賞性相關(guān)性狀，以篩選出自然花期早、觀賞性優(yōu)良的荷花品種并建立評價體系，為荷花早花品種的開發(fā)應(yīng)用提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

在浙江省風景園林學會水生植物偉達研究所(浙江偉達園林工程有限公司)荷花基地內(nèi)初選出30個盆栽荷花早花品種，包括‘星月點翠’(‘Xingyuediancui’)、‘錢塘春潮’(‘Qiantangchunchao’)、‘城山秋月’(‘Chengshanqiuyue’)、‘湘湖明月’(‘Xianghumingyue’)、‘湘湖鳴翠’(‘Xianghumingcui’)、‘越城芙蕖’(‘Yuechengfuqu’)、‘跨湖橋’(‘Kuahuqiao’)、‘錢塘驕陽’(‘Qiantangjiaoyang’)、‘荷塘曉月’(‘Hetangxiaoyue’)、‘丹陽點絳’(‘Danyangdianjiang’)、‘湘湖漣漪’(‘Xianghulianyi’)、‘湘湖煙雨’(‘Xianghuyanyu’)、‘白菊花’(‘Baijuhua’)、‘光輝’(‘Guanghui’)、‘錢塘奇觀’(‘Qiantangqiguan’)、‘舒云’(‘Shuyun’)、‘錦繡江南’(‘Jinxiujiangnan’)、‘湘湖映紅’(‘Xianghuyinghong’)、‘湘湖玉露’(‘Xianghuyulu’)、‘錢塘潮涌’(‘Qiantangchaoyong’)、‘俊愉蓮’(‘Junyulian’)、‘湘湖流霞’(‘Xianghuliuxia’)、‘披針粉’(‘Pizhenfen’)、‘城山粉黛’(‘Chengshanfendai’)、‘舞之戀’(‘Wuzhilian’)、‘湘湖仙子’(‘Xianghuxianzi’)、‘錢塘春曉’(‘Qiantangchunxiao’)、‘湘湖鳳蝶’(‘Xianghufengdie’)、‘湘湖秀’(‘Xianghuxiu’)和‘粉燕子’(‘Fenyanzi’)。

于2020年4月5日上盆(口徑53.5 cm、高36.0 cm)種植，基質(zhì)為該基地內(nèi)園土。每個品種選擇相對一致的種藕，每盆種植1支，每個品種5盆。采取常規(guī)栽培管理措施。

1.2 方法

1.2.1 各性狀的觀測方法 采用NY/T 2756—2015[13]中的方法對供試荷花早花品種的花色、花葉協(xié)調(diào)性、花態(tài)、瓣型、著花數(shù)量、株高和抗病蟲害能力7個指標進行記錄。其他性狀中，初花時間為植株第1朵花完全開放的時間；群體花期為單盆荷花的開花持續(xù)時間；于盛花期使用直尺(精度0.1 cm)測量花的最大直徑，每盆測量3朵，計算平均值，記為花徑；使用直尺(精度0.1 cm)測量植株頂平面最長距離與最短距離，計算平均值，記為冠幅；各品種的成活率為成活盆數(shù)所占比例。

于2020年5月15日至2020年9月15日每天拍照及測量，獲取各品種的生長開花數(shù)據(jù)。系統(tǒng)記錄30個荷花早花品種的初花時間、花色、花徑、花葉協(xié)調(diào)性、花態(tài)、瓣型、著花數(shù)量和群體花期8個花部性狀指標，以及株高、冠幅、抗病蟲害能力和成活率4個生長性狀指標。

1.2.2 層次分析 將評價荷花的層次結(jié)構(gòu)模型分為3層。第1層為目標層(A)：觀賞性優(yōu)良的荷花早花品種；第2層為中間層(C)：包括花部性狀(C1)和生長性狀(C2)2個方面；第3層為指標層(P)：包括初花時間(P1)、花色(P2)、花徑(P3)、花葉協(xié)調(diào)性(P4)、花態(tài)(P5)、瓣型(P6)、著花數(shù)量(P7)、群體花期(P8)、株高(P9)、冠幅(P10)、抗病蟲害能力(P11)和成活率(P12)12個荷花觀賞性相關(guān)性狀。

為構(gòu)建判斷矩陣，根據(jù)1～9比率標度法[14]，利用1～9數(shù)值及倒數(shù)表示同一層次中某一指標相對于另一指標的重要程度。結(jié)合篩選目的及專家意見，各評價因子對荷花觀賞性的重要程度進行兩兩比較，構(gòu)建各層判斷矩陣共3個，并進行一致性檢驗(表1)。其中，λmax為判斷矩陣的最大特征根，CR為隨機一致性比率，當CR小于0.1時，認為各指標權(quán)重合理，判斷矩陣滿足一致性檢驗。

表1 判斷矩陣及一致性檢驗1)

1.2.3 理想品種的確定 根據(jù)本研究目的，以供試30個荷花早花品種12個性狀的實際測度值為基礎(chǔ)，以各品種各性狀的最優(yōu)值構(gòu)建理想品種。對于數(shù)值越大品種越優(yōu)良的指標采取上限測度的方法，如著花數(shù)量、冠幅、群體花期和成活率等，取所有品種中該指標的最大值；對于數(shù)值需要在合理范圍內(nèi)的指標采用適中測度的方法，如株高，以適宜人們正常觀賞為最優(yōu)值；對于數(shù)值越小(早)品種越優(yōu)良的指標采用下限測度的方法，如初花時間，取所有品種中該指標的最小(早)值。

1.2.4 灰色關(guān)聯(lián)分析 根據(jù)觀察和測量結(jié)果對部分指標賦值：1)初花時間(6月2日及以前賦值5，6月3日至6月8日賦值4，6月9日至6月14日賦值3，6月15日至6月20日賦值2，6月21日及以后賦值1)；2)花色(紅色、粉色、黃色和白色賦值1，淡紫堇色和復色賦值3，灑錦色賦值5)；3)花葉協(xié)調(diào)性(花低于葉、花葉等高和花高于葉分別賦值1、3和5)；4)花態(tài)(碟狀、碗狀和杯狀賦值1，疊球狀賦值3，飛舞狀賦值5)；5)瓣型(單瓣、半重瓣、重瓣、重臺和千瓣分別賦值1、2、3、4和5)；6)株高(100 cm180 cm賦值1)；7)抗病蟲害能力(弱、較弱、一般、較強和強分別賦值1、2、3、4和5)；8)成活率(0%

采用EXCEL 2019軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用SPSS 26.0統(tǒng)計分析軟件進行K-means聚類分析，對供試30個荷花早花品種進行等級劃分。

2 結(jié)果和分析

2.1 各性狀權(quán)重的排序

在層次分析法確定的荷花早花品種生長性狀和花部性狀的權(quán)重分別為0.25和0.75，說明花部性狀為主要評價因子，同時兼顧生長性狀。再基于C-P層次各指標的權(quán)重，計算指標層相對于目標層的權(quán)重，排序結(jié)果見表2。由表2可見：相對于目標層，初花時間(P1)所占權(quán)重最大，為0.264 6，符合早花篩選這一主要目標；著花數(shù)量(P7)、花葉協(xié)調(diào)性(P4)和株高(P9)所占權(quán)重也較大，分別為0.135 5、0.121 0和0.114 7，表明除滿足初花時間外，還需有較多的著花數(shù)量、良好的花葉協(xié)調(diào)性和合適的株高，其中，花葉協(xié)調(diào)性為本研究新采用的指標；剩余指標所占權(quán)重較低，瓣型(P6)、花徑(P3)、冠幅(P10)、群體花期(P8)、成活率(P12)、抗病蟲害能力(P11)、花色(P2)和花態(tài)(P5)所占權(quán)重依次為0.066 0、0.065 0、0.056 6、0.043 6、0.042 8、0.035 9、0.027 5和0.026 8。上述結(jié)果符合本次評價目標。

表2 指標層相對于目標層的權(quán)重1)

2.2 加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果及荷花早花品種評價

供試30個荷花早花品種和理想品種(X0，母序列)12個觀賞性相關(guān)性狀的測度值見表3。對數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)進行加權(quán)處理，得出加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度(ri)，使用ri值對各荷花早花品種進行評價(表4)。

表3 供試30個荷花早花品種和理想品種12個觀賞性相關(guān)性狀的測度值1)

表4 供試荷花早花品種的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度(ri)

加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度值介于0～1之間，該值越大，表示其與理想品種間的相關(guān)性越強，也表明其評價越高。采用K-means聚類分析將30個荷花早花品種分為優(yōu)秀、良好和一般3個等級，分別有6、16和8個品種。排名第1的‘錢塘驕陽’(X8)的ri值為0.962，其初花時間、花徑、花葉協(xié)調(diào)性、花態(tài)、株高和成活率6個性狀與理想品種一致，與理想品種最為接近。優(yōu)秀級的品種還有‘湘湖映紅’(X18)、‘湘湖鳳蝶’(X28)、‘越城芙蕖’(X6)、‘俊愉蓮’(X21)和‘湘湖煙雨’(X12)，各項性狀表現(xiàn)也處于較高水平，可根據(jù)實際生產(chǎn)和應(yīng)用選擇合適的品種。6個優(yōu)秀級荷花早花品種花部觀賞性優(yōu)良(圖1)，且與常規(guī)品種相比，這6個品種的初花時間整體提前1周左右。

A： ‘錢塘驕陽’‘Qiantangjiaoyang’； B： ‘湘湖映紅’‘Xianghuyinghong’； C： ‘湘湖鳳蝶’‘Xianghufengdie’； D： ‘越城芙蕖’‘Yuechengfuqu’； E： ‘俊愉蓮’‘Junyulian’； F： ‘湘湖煙雨’‘Xianghuyanyu’.

3 討論和結(jié)論

觀賞荷花主要應(yīng)用于夏季觀賞，但目前，國內(nèi)對荷花早花品種的篩選還沒有完整的評價體系和標準，且在實際生產(chǎn)中，由于調(diào)查人員的個人經(jīng)驗、喜好以及審美標準的不同，對荷花品種性狀的評價不夠全面和客觀。因此，建立荷花評價體系十分必要。形成統(tǒng)一的綜合評價標準，不僅能為建立荷花品種體系提供理論基礎(chǔ)，還能促進荷花的深入研究。目前，已有多種方法應(yīng)用于荷花評價體系中[15-17]，其中，層次分析法在荷花觀賞性評價[18]、引種篩選[19]以及切花品種綜合評價和良種篩選[20]中已取得科學的結(jié)果，但層次分析法通常采用人工賦值，不能夠完全利用品種信息，將其與灰色關(guān)聯(lián)分析法相結(jié)合能夠優(yōu)勢互補，構(gòu)建出更為科學的評價體系。

本研究結(jié)合層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法建立荷花早花品種的綜合評價體系。由于荷花早花品種評價以初花時間和觀賞性為主，荷花早花品種應(yīng)具有以下特點：初花時間明顯早于一般品種、花朵顏色視覺吸引力強、花形姿態(tài)優(yōu)美、整盆荷花長勢良好及整體觀賞性高等。綜合研究目的及專家意見后，初花時間、著花數(shù)量、花葉協(xié)調(diào)性和株高4個指標符合荷花早花品種的篩選標準。供試30個荷花品種中，‘錢塘驕陽’、‘湘湖映紅’、‘湘湖鳳蝶’、‘越城芙蕖’、‘俊愉蓮’和‘湘湖煙雨’為優(yōu)秀級的荷花早花品種，這6個荷花品種的花色涵蓋了紅色、粉色和白色3種色系，半重瓣、重瓣或重臺品種多，其中，‘錢塘驕陽’的初花時間最早至當年5月24日，遠遠滿足篩選需求。以上6個荷花品種整體上花葉協(xié)調(diào)性高、著花數(shù)量多、株高適宜，綜合性狀優(yōu)良，為觀賞性高、整體效果好的荷花早花品種，普遍符合研究目的，其中排名第1的‘錢塘驕陽’為2019年培育出的荷花新品種[21]，觀賞性相關(guān)性狀總體表現(xiàn)優(yōu)異，說明最初的人工篩選取得了較好的效果。

在前期的生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，除荷花不同品種間的開花期具有較大差異外，荷花花期還受天氣等環(huán)境因子影響。因此，在科學的評價體系篩選荷花早花品種的基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)境和栽培管理措施，可獲得優(yōu)秀的荷花早花品種。荷花品種的持續(xù)優(yōu)化一直是研究重點，應(yīng)結(jié)合荷花花期調(diào)控分子機制的研究，為進一步培育早花新品種提供參考。