基于DTOPSIS分析法的廣西甘蔗品系評價

韋宏錘 韋貴劍 陳用 劉明 韋維 羅奧柔 韋曉

(1河池市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/廣西農(nóng)科院河池分院 廣西宜州 546306;2廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所 廣西南寧 530007)

甘蔗是中國最為重要的糖料作物。廣西是中國蔗糖的主產(chǎn)區(qū)，甘蔗種植面積及產(chǎn)量均居全國第1位［1］。桂西北的河池市具有獨特的喀斯特地形地貌，冬夏季光照和雨水量充足，很適宜甘蔗生長。據(jù)統(tǒng)計，河池市2018年甘蔗種植面積為5.73萬hm2［2-3］，蔗糖業(yè)是該市“十大百萬”扶貧產(chǎn)業(yè)之一，已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)和農(nóng)民脫貧致富的主要經(jīng)濟來源［4］。甘蔗品種是甘蔗生產(chǎn)諸多要素中最為重要的一個［5］。當(dāng)前河池蔗區(qū)以種植新臺糖16號、新臺糖22號、桂糖42號、柳城05-136為主。但是由于多年的種植，這些品種已經(jīng)出現(xiàn)宿根發(fā)株率低、易感病、易倒伏和宿根年限短等退化情況［6］。甘蔗栽培品種單一，一方面會造成該品種不能適時采收，另一方面也會導(dǎo)致病害流行，甚至?xí)頌?zāi)難性的后果。因此，選育優(yōu)質(zhì)新品種迫在眉睫。

DTOPSIS法是姚興濤［7］提出的一種多目標決策方法，該方法從多性狀的角度對參試材料進行評價，考慮的性狀多，包含的信息量大，得到的結(jié)果更加客觀［8］。目前，DTOPSIS法已在甘蔗、水稻、玉米、大豆、油菜等作物新品種綜合評價上得到廣泛應(yīng)用。對于品種的綜合評價，楊昆等［9］認為，在客觀評價品種方面，DTOPSIS法相比灰色關(guān)聯(lián)度法更加準確。近年來，DTOPSIS法也被廣泛用于甘蔗區(qū)域試驗的綜合評價。秦昌鮮等［10］利用DTOPSIS法評價2015—2017年龍州點區(qū)試甘蔗新品種；覃耀冠等［11］采用DTOPSIS法對廣西區(qū)試甘蔗新品種進行綜合評價。本研究擬采用DTOPSIS分析法對廣西2017—2019年甘蔗品種區(qū)域試驗河池點1年新植2宿根新品系進行評價，了解其在河池蔗區(qū)的適應(yīng)性、豐產(chǎn)性、含糖量等綜合性狀表現(xiàn)，為其在河池蔗區(qū)推廣種植提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

參試材料10個，分別為桂糖10-517、桂糖10-434、柳糖10-21、桂糖11-80、河糖11-145、桂糖10-2018、桂糖10-3006、桂糖10-2003、桂糖11-2142和新臺糖22號。以新臺糖22號（下稱ROC22）為對照品種。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

開展1年新植2年宿根試驗，在廣西河池市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗基地進行。試驗地肥力中等，用大型拖拉機一犁二耙后開行。試驗采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，每個參試品種為一個處理，3次重復(fù)，4行小區(qū)，小區(qū)面積35.2 m2。第一年新植采用等行距種植，行距為1.1 m，行長8 m，下種量為90 000芽/hm2，設(shè)2行保護行。

1.2.2 項目調(diào)查

調(diào)查甘蔗農(nóng)藝性狀指標發(fā)株率、分蘗率等。病蟲害主要調(diào)查黑穗病發(fā)病率。分別分析新植、宿根蔗的蔗糖分；調(diào)查甘蔗收獲前的株高、莖徑及有效莖數(shù)；收獲時測定小區(qū)的蔗莖產(chǎn)量，根據(jù)平均甘蔗蔗糖分和原料蔗產(chǎn)量計算得出含糖量。采用DTOPSIS綜合評價法，以1年生新植2年宿根發(fā)株率（%）、分蘗率（%）、株高（cm）、莖徑（cm）、有效莖數(shù)（條/hm2）、實際產(chǎn)量（kg/hm2）、蔗糖分（%）、含糖量（kg/hm2）、黑穗病率（%）等9個工農(nóng)藝性狀的平均值作為綜合評價指標。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1.2.3.1 原始數(shù)據(jù)無量綱化

由于各性狀單位不同不便比較，在分析前先對各性狀數(shù)據(jù)進行無量綱化處理。根據(jù)育種目標，將選育過程中數(shù)值越大越好的性狀發(fā)株率、分蘗率、有效莖數(shù)、實際產(chǎn)量、蔗糖分、含糖量等作為正向指標，株高、莖徑為中性指標，數(shù)值越小越好的性狀黑穗病率作為負向指標。

正向指標：

式中，Y imax=max(Y ij)，max代表最大值。

中性指標：

式中，Y j0代表第j個性狀目標值（由于株高和莖徑過大或者過小都不好，因此目標值取中間值），abs代表絕對值。

負向指標：

式中，Y imin=min(Y ij)，min代表最小值；i代表甘蔗品種編號i＝1，2，3……10（下同），j代表性狀指標i=1，2，3……10（下同），Y ij代表第i個品種的第j個性狀，Z ij表示Z中第i個品種第j個性狀的觀察測量值進行無量鋼化處理后的對應(yīng)值。

1.2.3.2 求取決策矩陣

計算對應(yīng)的決策矩陣（R ij）：

式中，R ij為R中第i個品系第j個性狀的相應(yīng)值，根據(jù)孫玉勇等［12］利用DTOPSIS法綜合評價甘蔗新品種的經(jīng)驗，賦值各性狀指標權(quán)重，按發(fā)株率、分蘗率、黑穗病率、株高、莖徑、有效莖數(shù)、實際產(chǎn)量、11—12月糖分、1—3月糖分、含糖量順序為：

Wj＝｛0.07，0.08，0.05，0.05，0.05，0.1，0.2，0.1，0.1，0.2｝

1.2.3.3 計算正負理想解

1.2.3.4 計算各新品系對理想解的接近度

根據(jù)距離測度公式和歐幾里德范數(shù)計算各品系與理想解的距離，其中分別代表正理想解、負理想解和決策矩陣，公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 各品系發(fā)株率

從表1可知，參試品系發(fā)株率介于60.38%～95.48%，總體的發(fā)株率表現(xiàn)較好，各品系發(fā)株率均高于對照，而發(fā)株率達90%以上的有桂糖10-2003、桂糖10-434和桂糖10-3006。

表1 1年新植2年宿根試驗調(diào)查結(jié)果

2.2 各品系分蘗率

從表1可知，分蘗率總體較低，介于23.73%～54.26%，參試品系間差異較小。新植砍收后天氣干旱以及未能及時破壟松蔸是導(dǎo)致分蘗率普遍較低的原因。有7個品系分蘗率高于對照，分蘗率表現(xiàn)較好的分別是河糖11-145和桂糖11-2142。

2.3 各品系黑穗病情況

黑穗病是田間種植普遍存在的病害。從表1可知，黑穗病發(fā)病率在0.45%～12.14%，只有4個品系黑穗病發(fā)病率低于對照，分別是桂糖10-517、桂糖10-434、桂糖10-2018、桂糖11-2142。發(fā)病最少的是桂糖10-434，發(fā)病率僅為0.45%；其次是桂糖11-2142，發(fā)病率為0.73%。

2.4 有效莖

甘蔗有效莖是影響甘蔗最終產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。從表1可知，各品系有效莖整體表現(xiàn)一般，只有河糖11-145和桂糖10-3006有效莖低于對照，這2個品系其他性狀表現(xiàn)較好，但是由于有效莖較低，最終含糖量也相對較低。

2.5 各品系實際產(chǎn)量情況

從表1可知，各品質(zhì)實際產(chǎn)量總體表現(xiàn)較好，只有柳糖10-21和河糖11-145實際產(chǎn)量低于對照。實際產(chǎn)量前5排序為桂糖10-2003＞桂糖10-517＞桂糖11-2142＞桂糖10-2018＞桂糖10-434。

2.6 各品系糖分情況

從表1可知，1—3月份甘蔗蔗糖分含量表現(xiàn)較好的是桂糖10-2003、河糖11-145、桂糖10-2018、桂糖10-3006、桂糖10-434，其余品種均低于對照。從11—12月份蔗糖分含量表現(xiàn)情況可看出，以上4個品系為早熟高糖品系，蔗糖分含量最高可達15.12%。

2.7 各品系含糖量情況

含糖量是衡量甘蔗最重要的指標之一。從表1可知，參試品系中只有柳糖10-21含糖量低于對照，含糖量排序為桂糖10-2003＞桂糖10-517＞桂糖10-2018＞桂糖10-434＞桂糖10-2142。

2.8 DTOPSIS分析

2.8.1 數(shù)據(jù)無量鋼化處理

各性狀數(shù)據(jù)無量綱化處理結(jié)果見表2。

表2 無量綱化數(shù)據(jù)處理結(jié)果

2.8.2 求取決策矩陣和計算理想解數(shù)列

根據(jù)DTOPSIS法決策矩陣計算公式得出決策矩陣（表3），根據(jù)正理想解計算公式和負理想解計算公式得出X+j＝｛0.070，0.080，0.050，0.050，0.050，0.100，0.209，0.100，0.100，0.20｝，＝｛0.044，0.035，0.003，0.046，0.045，0.067，0.134，0.082，0.085，0.118｝

表3 DTOPSIS法決策矩陣及正負理想解數(shù)列

2.8.3 計算各新品系對理想解的接近度

由表4可知，除柳糖10-21外，其余品系Ci值均高于對照，說明其他8個品系的綜合性狀均優(yōu)于對照ROC22。

表4 綜合性狀分析結(jié)果及排序

3 討論與結(jié)論

根據(jù)甘蔗育種的高產(chǎn)糖量目標，本研究的甘蔗各品系綜合性狀排序與含糖量排序大致吻合，排名前5的新品系基本一致。說明采用DTOPSIS法對甘蔗各品系性狀進行綜合評價結(jié)果非常可靠；結(jié)合各品系在田間的性狀表現(xiàn)，桂糖10-517、桂糖10-434、桂糖10-2018、桂糖10-2003和桂糖11-2142這5個品系的綜合性狀表現(xiàn)較好，適宜在河池地區(qū)大面積推廣應(yīng)用；河糖11-145前期發(fā)株率低，但其他性狀表現(xiàn)較好，特別是糖分表現(xiàn)突出，若前期加大下種量保證出苗率，該品系亦可在河池蔗區(qū)推廣應(yīng)用。權(quán)重系數(shù)對綜合評價結(jié)果影響較大，因此對于權(quán)重的分配一定要遵循育種目標和作物本身的特性［13］，高產(chǎn)量和高含糖量是甘蔗育種的重要目標，其權(quán)重應(yīng)適當(dāng)加大。

DTOPSIS法計算雖然復(fù)雜，但結(jié)果差異明顯，不僅能對品種進行綜合性狀排序，而且還能體現(xiàn)品種間差異，有利于對品種進行分類淘汰，特別適用于大量品種材料的取舍。同時對多個性狀進行評價時，應(yīng)著重強調(diào)各性狀在綜合評價中的重要性差異。桂糖11-2142在C1排序中為第2，而在含糖量排序中為第5，說明其綜合性狀較好，糖分一般，該品系可用于親本材料改良，應(yīng)當(dāng)加以保護和利用。