基于熵權的TOPSIS模型在黃瓜適宜抗蒸騰產(chǎn)品評價中的應用

岳煥芳 郭芳 王鐵臣 徐進 孟范玉 安順偉 胡瀟怡 祝寧

摘? ? 要：為了篩選適宜的抗蒸騰產(chǎn)品，提高黃瓜抗旱性，選用2種代謝型、2種成膜型和1種生長調(diào)節(jié)劑型共5種抗蒸騰產(chǎn)品進行葉面噴施處理，以噴施清水作為對照，測定黃瓜植株生長、植株生物量和產(chǎn)量品質指標，將熵權法和TOPSIS法相結合，對11個評價指標及6個評價方案進行綜合分析。結果表明，代謝型國光抗蒸騰劑處理后黃瓜株高比CK提高1.64%，葉片SPAD比CK提高7.37%，地上部和地下部含水率比CK分別提高2.7和9.7個百分點，黃瓜維生素C含量比CK提高25.70%，利用基于熵權的TOPSIS模型分析，代謝型國光抗蒸騰劑處理與最優(yōu)值的相對接近度為0.991 8，在所有處理中最高。黃瓜整個生育期葉面噴施3次代謝型國光抗蒸騰劑，可以有效提高抗旱能力，促進生長和產(chǎn)量品質提升。

關鍵詞：黃瓜;抗蒸騰;熵權;TOPSIS模型

中圖分類號：S642.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2022）2-049-06

Application of TOPSIS model based on entropy weight to evaluate coupling effect of suitable anti-transpiration products on cucumber

YUE Huanfang1， GUO Fang1， WANG Tiechen1， XU Jin1， MENG Fanyu1， AN Shunwei1， HU Xiaoyi1， ZHU Ning2

（1. Beijing Agriculture Technology Extension Station， Beijing 100029， China; 2. Agricultural Technology Extension Station of Changping District， Beijing 102200， China）

Abstract： Five anti-transpiration products， including two metabolic type， two film-forming type and one growth regulator， were sprayed on the leaves to select suitable anti-transpiration product for improving drought tolerance of cucumber. Spraying water was used as control and the growth index， biomass index， yield and quality index of cucumber were measured. The TOPSIS model based on entropy weight were used to evaluate 11 indexes and 6 comprehensive evaluation plan. The results showed that the height of cucumber treated with metabolized Guoguang anti-transpiration increased by 1.64%， the SPAD of leaves increased by 7.37%， the water content of shoot and underground increased by 2.7 and 9.7 percentage points compared with CK， the content of vitamin C in cucumber increased by 25.70%. The relative close degree of the metabolized Guoguang anti-transpiration treatment and the optimal value was 0.991 8， the highest among all treatments. Cucumber leaves were sprayed with metabolic Guoguang antitranspirant three times throughout the whole growth period， it could improve the drought resistance effectively， promote growth， yield and quality improvement.

Key words： Cucumber; Anti-transpiration; Entropy weight; TOPSIS model

黃瓜作為高耗水作物，水分需求量較大，容易缺水萎蔫，影響產(chǎn)量和品質[1]，利用現(xiàn)代生物節(jié)水技術進行水分調(diào)控，成為重要的研究方向之一。其中，研制抗蒸騰產(chǎn)品、研究作物的生理生態(tài)響應，以及田間應用效果是其中熱點之一[2]。前人研究表明，葉面噴施抗蒸騰劑或者植物激素生長調(diào)節(jié)物質等可以提高作物抗旱能力[3]。目前，抗蒸騰劑產(chǎn)品根據(jù)作用機制可以分為代謝型、成膜型和反射型三種類型[4]。其中，反射型抗蒸騰劑主要利用高嶺土等反射材料，反射部分太陽輻射能，減少葉片蒸騰，實際應用較少。目前，市場上代謝型和成膜型抗蒸騰劑產(chǎn)品應用較多，成膜型抗蒸騰劑利用十六烷醇等高分子化合物，在植物葉片表面形成一層薄膜，減少氣孔擴散，降低水分蒸騰損失;代謝型抗蒸騰劑主要是通過調(diào)節(jié)氣孔開度抑制蒸騰，并通過調(diào)控保護酶活性，提高抗旱能力;油菜素內(nèi)酯作為第六大植物激素，被稱為“逆境緩和激素”[5]。在針對抗旱產(chǎn)品的研究中，大部分研究人員關注重點集中在新產(chǎn)品的研發(fā)、適用范圍和適宜劑量[6]方面。陳怡昊等[7]的研究表明，黃瓜噴施0.5% FA為適宜濃度，可以提高作物抗旱能力。體積分數(shù)為1.5 mL·L-1的復合醇抗蒸騰劑在黃瓜上噴施3次，具有明顯節(jié)水增產(chǎn)作用[8]。采用0.10～0.15 μmoL·L-1的油菜素內(nèi)酯葉面噴施黃瓜，可以提高其光合效率[9]。然而，關于不同類型抗蒸騰產(chǎn)品在同一作物使用效果的對比較少，過往研究對象多集中在大田作物和園林植物上[10]。設施蔬菜蒸發(fā)量大，經(jīng)濟價值高，對水分較為敏感，但抗蒸騰產(chǎn)品在設施蔬菜上應用的相關研究匱乏，對于設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)缺少指導性數(shù)據(jù)，不利于其推廣應用。

抗蒸騰產(chǎn)品對于作物生長的影響包括多個方面，比如生長、產(chǎn)量和品質等，客觀合理的評價是獲得適宜抗蒸騰劑產(chǎn)品的前提。熵在熱力學中是系統(tǒng)無序程度的度量，可以反映某個指標在評價體系中起作用的大小，根據(jù)指標提供信息量的大小賦予相對應的權值，熵權系數(shù)法則是根據(jù)熵的定義，建立基于熵值權重的多目標決策評價模型[11]，可以直觀反映該指標在項目優(yōu)先級評價中的作用大小，有效避免主觀賦權導致的評價結果失準。TOPSIS模型是多指標多決策分析中常用的方法[12]，可以將評價對象與最差解和最優(yōu)解的距離進行排序，傳統(tǒng)的TOPSIS模型在評價指標權重方面，主觀因素會影響最終評價結果的準確性[13]，將熵權法與TOPSIS模型相結合，可以獲得更客觀，更準確的評價結果，在多個研究領域均得到了有效應用，趙思騰等[14]利用熵權法及TOPSIS模型篩選了隴中旱作區(qū)適宜玉米輪作的土壤可持續(xù)系統(tǒng)，季延海等[15]利用熵權法和TOPSIS法相結合的方法，得出限根栽培下番茄最佳日灌溉量為0.8 L。筆者旨在利用基于熵權的TOPSIS模型，確定黃瓜適宜的抗蒸騰產(chǎn)品，為生產(chǎn)應用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種為黃瓜津優(yōu)35號，華北型黃瓜，由天津科潤黃瓜研究所選育。

試驗選用國光抑制蒸騰劑（代謝型）、旱地龍抗蒸騰劑（代謝型）、神潤抗蒸騰劑（成膜型）、植物抗蒸騰劑（成膜型）和油菜素內(nèi)酯（生長調(diào)節(jié)劑型）5種抗蒸騰劑產(chǎn)品。

采用混合基質椰糠栽培，容重0.15 g·cm-3，通氣孔隙為9.15%，持水能力744%，pH 6.8，EC值為0.3 mS·cm-1，有機質含量為66.3%。

1.2 試驗設計

試驗于2019年7—10月在北京市昌平區(qū)金六環(huán)農(nóng)業(yè)園塑料大棚進行，大棚占地面積390 m2，棚體為鍍鋅管組裝式結構，跨度7.8 m、長度50 m、肩高1.5 m。7月30日定植，行距為1.5 m，株距25 cm，共栽種1060株·棚-1，密度合計271 95株·hm-2。水肥管理通過營養(yǎng)液濃度EC值（Electrical Conductivity）和灌溉量調(diào)控：8月5—22日為初花期，使用圣誕樹水溶肥（20-20-20+TE），EC值為1.5～2 mS·cm-1，正常水肥管理;8月23日至10月20日為結瓜期，營養(yǎng)液EC值為2～2.5 mS·cm-1，期間進行虧缺灌溉：初瓜期（8月23日至9月10日）平均600 mL·d-1·株-1，盛瓜期（9月11日至10月2日）平均800 mL·d-1·株-1，末瓜期（10月3—20日）平均720 mL·d-1·株-1，定植到拉秧累計灌溉量為3004 m3·hm-2，總用肥量為4500 kg·hm-2。

根據(jù)產(chǎn)品說明中推薦的濃度范圍進行噴施，將試劑對入清水中攪拌均勻，由上至下均勻噴在黃瓜葉片上，以清水為對照。大棚內(nèi)株距25 cm，行距160 cm，每個處理小區(qū)面積為6.5 m2，每個小區(qū)內(nèi)16株，3次重復，隨機區(qū)組設計。從初花期開始，共噴施3次。其中，8月13日第1次噴施，體積約11 mL·株-1，8月27日和9月11日分別為第2、3次噴施，體積為22 mL·株-1。

1.3 指標測定及方法

每處理每個重復選生長一致的3株黃瓜進行掛牌調(diào)查。

1.3.1 植株生長指標 株高：采用直尺測量由植株基部到頂端生長點的高度。

葉片數(shù)：數(shù)植株葉片數(shù)。

葉綠素相對含量：采用SPAD 502 Plus葉綠素計（日本konica minolta公司）測定第4片葉，每個葉片重復測定3次，取平均值。

以上指標共測定3次，8月13日進行第1次測定，8月27日和9月11日分別測定第2、3次。

1.3.2? ? 植株生理指標? ? 拉秧后取植株地上部和地下部鮮樣品，包括莖、葉、果和根，分別稱量鮮質量;鮮樣品放入烘箱105 ℃殺青，80 ℃烘干至恒質量，稱量干質量，分別計算地上部、地下部含水率。

地上部含水率/%=

[地上部鮮質量-地上部干質量地上部鮮質量]×100;

地下部含水率/%=

[地下部鮮質量-地下部干質量地下部鮮質量]×100。

1.3.3? ? 果實品質指標? ? 盛瓜期采收商品瓜，采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測定黃瓜維生素C含量[16]，手持折射儀測定可溶性固形物含量[17]，采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[18]，采用考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白質含量[19]，采用紫外分光光度法測定亞硝酸鹽含量[20]，每個處理測定3個黃瓜。

1.3.4? ? 產(chǎn)量指標? ? 在坐果期對各處理標記的黃瓜植株進行累計測產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用WPS Office 2019進行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS Statistics 26.0進行數(shù)據(jù)分析，對測定指標進行單因素LSD方差分析，顯著水平為0.05。參考前人基于熵權的TOPSIS模型的研究結果進行相關數(shù)據(jù)分析[11]。

以黃瓜的四大類指標體系：生長指標（株高、葉片數(shù)、葉綠素相對含量）、生理指標（地上部含水率和地下部含水率）、品質指標（可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白、亞硝酸鹽、維生素C含量）、產(chǎn)量指標（單株產(chǎn)量），共11個參數(shù)，對6個不同處理進行基于熵權的TOPSIS模型的綜合評價分析，首先利用熵權系數(shù)法計算出各指標的權重，評價方案數(shù)量n=6，評價指標數(shù)量m=11，根據(jù)下述公式計算出初始評價矩陣[X]=（xij）n×m，第j項指標熵值Hj計算公式如下：

Hj=-k[i=1nfijlnfij]。

fij=[xiji=1nxij]，k=[1lnn]。

再通過下列公式計算出第j項指標熵權：

ωj=[1-Hjm-j=1mHj]。

其次，利用TOPSIS模型計算各評價方案的正理想解、負理想解，以及各評價方案和正理想解、負理想解之間的歐氏距離，并計算出接近度Ci。將標準化矩陣與上述熵權值ωj相乘，計算出加權標準化決策矩陣：

[Z]=（zij）n×m。

zij=ωj×rij;對于高優(yōu)指標rij=[yij-minyijmaxyij-minyij]，低優(yōu)指標rij=[maxyij-yijmaxyij-minyij]。

最后，根據(jù)公式計算出接近度Ci：

Ci=[di-（di++di-）]

[di+]=[j=1m（zij-xi+）2];[di-]=[j=1m（zij-xi-）2]。

2 結果與分析

2.1 不同抗蒸騰產(chǎn)品對黃瓜生長的影響

由圖1可知，定植后42 d，在各處理中，T1處理黃瓜株高值最大，為267.3 cm，與CK差異不顯著，T1處理比T2處理株高顯著提高17.75%，T3、T4和T5平均株高分別為247.7、258.7、249.0 cm，均與T1和CK差異不顯著。T1和CK處理葉片數(shù)均為28.3片，分別比T2、T3和T4處理明顯提高16.44%，10.36%和11.84%。T1和T5處理SPAD分別為37.9、36.2，比CK分別提高7.36%和2.55%。T1處理黃瓜株高、葉片數(shù)和SPAD等生長指標優(yōu)于其他處理。

2.2 不同抗蒸騰產(chǎn)品對黃瓜生物量的影響

從圖2可以看出，T1處理地上部單株鮮質量為278.4 g，比CK顯著提高了25.97%;地下部單株鮮質量T1處理最大，為91.2 g，顯著高于T2、T3、T4、CK處理，比CK處理的57.7 g提高了58.06%。地上部單株干質量中各處理數(shù)值均比CK高，T4和T5分別比CK（38.5 g）提高了12.99%和21.56%，但各處理之間差異均不顯著。地下部單株干質量T1處理最大，為30.7 g，顯著高于其他處理，比CK處理的25.0 g顯著提高了22.80%， T1處理地上部和地下部含水率均最大，分別為85.3%和66.3%，比CK的地上部含水率（82.6%）和地下部含水率（56.6%）分別顯著提高2.7和9.7個百分點;T5處理的地上部含水率83.7%、T3處理的地下部含水率60.1%均顯著高于CK相應指標，其余各處理含水率與CK差異均不顯著。

2.3 不同抗蒸騰產(chǎn)品對黃瓜產(chǎn)量和品質的影響

由表2可以看出，T1、T3和CK單株產(chǎn)量顯著高于T2、T4處理，T3單株產(chǎn)量為1.22 kg，比CK提高5.17%，T1單株產(chǎn)量為1.16 kg，比T2和T4處理分別顯著提高28.89%和22.11%。

噴施不同抗蒸騰產(chǎn)品，可以對黃瓜果實品質指標產(chǎn)生影響。在各處理中，T1、T4和T5維生素C含量（w，后同）分別為8.74、8.47、7.65 mg·100 g-1，分別比CK顯著提高25.70%、21.86%和10.13%。T4處理可溶性固形物含量最高，為3.20 g·100 g-1，T2處理最小，為3.03 g·100 g-1，T4處理顯著高于T2，其他處理之間及其他處理與T2、T4之間均無顯著差異。T1處理可溶性糖含量最高，為2.31 g·100 g-1，比CK處理顯著提高7.00%。T1可溶性蛋白含量最高，為0.290 mg·g-1，但與CK差異不顯著，T1和CK顯著高于T2、T5、T4，T4處理可溶性蛋白含量最低，為0.173 mg·g-1。T4處理亞硝酸鹽含量最低，為0.077 mg·kg-1;T1處理亞硝酸鹽含量最高，為0.338 mg·kg-1，T1、T2亞硝酸鹽含量均顯著高于CK，T3、T4、T5和CK相比無顯著差異。綜合分析表明，T1處理維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量均顯著高于對照，但亞硝酸鹽含量也最高。

2.4 基于熵權的TOPSIS模型的不同抗蒸騰產(chǎn)品對黃瓜影響綜合評價分析

通過熵權計算公式，計算得出熵值Hj=（0.999 2，0.999 1，0.999 7，0.999 4，0.998 9，0.999 9，0.999 7，0.990 3，0.920 6，0.998 1，0.996 5），根據(jù)熵值計算出不同指標的熵權重，判斷出各個指標對于評定最優(yōu)方案重要性，ωj=（0.007 9，0.009 1，0.003 0，0.006 2，0.010 7，0.000 8，0.003 1，0.098 0，0.805 7，0.019 7，0.035 8）?？梢钥闯鳇S瓜果實內(nèi)亞硝酸鹽含量熵權值最大為0.805 7，表示該指標變異性小，提供的信息量少;黃瓜果實內(nèi)可溶性固形物含量的熵權值為0.000 8，表征指標變異性大，提供的信息量最多，為了消除評價指標之間不同量綱對決策方案造成的影響，利用熵權重將原始矩陣進行標準化處理，計算出標準化決策矩陣如下（圖3）。

接著，計算出各評價方案和最佳方案的正理想解、負理想解向量，對于高優(yōu)指標則最大值為正理想解，最小值為負理想解，低優(yōu)指標則相反，正理想解x+=（0.007 9，0.009 1，0.003 0，0.006 2，0.010 7，0.000 8，0.003 1，0.098 0，0，0.019 7，0.035 8）。

負理想解x-=（0，0，0，0，0，0，0，0，0.805 7，0，0）。其中黃瓜果實中亞硝酸鹽含量屬于低優(yōu)指標，其余指標均為高優(yōu)指標。最終根據(jù)各個評價方案與理想方案的歐氏距離，計算出接近度Ci，由表3可以看出，各個方案的評價順序為T1>T2>T3>CK>T5>T4，T1處理綜合分析排名最高。

3 討論與結論

水分對于黃瓜正常生長具有重要作用，在黃瓜處于干旱缺水條件下，水分脅迫會減緩其生長發(fā)育進程，株高、莖粗等生長指標會受到不同程度的影響，光合產(chǎn)物運輸受阻，最終會影響黃瓜產(chǎn)量和品質形成[21]。減少水資源用量，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路，利用各項技術手段提高作物的抗旱能力具有重要意義[22]，當作物遭受干旱脅迫時，葉片氣孔導度降低，抑制了蒸騰的同時，正常光合作用也受到影響，通過噴施抗蒸騰劑產(chǎn)品，優(yōu)化氣孔導度，在保持正常光合作用的前提下，減少奢侈蒸騰量，具有重要意義[6]。前人研究表明，噴施抗蒸騰劑產(chǎn)品后，可以提高葡萄葉片葉綠素含量[23]。本試驗表明，不同類型抗蒸騰劑產(chǎn)品應用效果不同，其中代謝型國光抗蒸騰劑處理黃瓜葉片SPAD比CK提高7.37%，可能是因為不同產(chǎn)品適用范圍不一致，黃瓜葉片葉面積較大，通過高分子化合物在葉片表面形成薄膜，減少了氣孔水分散失，減緩干旱脅迫對黃瓜葉片造成的影響[24]。

抗蒸騰劑產(chǎn)品可以降低蒸騰強度，減緩植物的萎蔫程度，提高組織含水率。前人在小麥[25]、黃瓜[7]等作物上的研究表明，噴施抗蒸騰劑產(chǎn)品后均起到減少水分散失的作用。筆者研究表明，代謝型抗蒸騰劑使用效果優(yōu)于成膜型抗蒸騰劑，T1處理地上部和地下部含水率均最大，分別為85.3%和66.3%，比CK提高2.7和9.7個百分點。原因可能是代謝型抗蒸騰劑通過調(diào)控脯氨酸等抗旱物質，提高了根系滲透勢，促進黃瓜吸水[26]。水分對于作物產(chǎn)量和品質形成具有重要的調(diào)控作用，植物在遇到干旱脅迫時，會造成產(chǎn)量損失[22]，抗蒸騰劑產(chǎn)品減緩植物萎蔫，確保光合產(chǎn)物的供應，增強根系吸收養(yǎng)分的能力，從而提高產(chǎn)量和品質，本研究結果和已有研究成果一致[27]，T3處理單株產(chǎn)量比CK提高5.17%。維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量等是評價黃瓜品質的重要指標，T1、T4和T5處理維生素C含量分別比對照提高25.70%、21.86%和10.13%，T1處理維生素C、可溶性糖和可溶性蛋白含量均顯著高于對照。

通過采用基于熵權的TOPSIS模型對不同抗蒸騰劑產(chǎn)品對黃瓜的影響進行綜合評價，黃瓜果實內(nèi)可溶性固形物含量為評價結果提供最多信息量，最終評價結果顯示T1處理與最優(yōu)值的相對接近度為0.991 8，在所有處理中最高，T4處理為0.024 0，為所有處理中最低。T1處理為代謝型國光抗蒸騰劑，主要功能成分為黃腐酸，稀釋500倍，通過葉面噴施，共噴施3次，可以有效提高黃瓜抗旱能力，促進生長和產(chǎn)量、品質形成。

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