基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法對(duì)云南雜交玉米新組合的評(píng)價(jià)分析

姚宗澤, 伊應(yīng)良, 楊肖艷, 楊昆紅, 馬玉云, 張艷明, 孫 波, 李麗娟, 趙自仙, 段 忠

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所,云南昆明 650205; 2.大理白族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)推廣研究院,云南大理 671005;3.云南省綠色食品發(fā)展中心,云南昆明 650032; 4.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院,云南昆明 650201)

目前,主要農(nóng)作物新品種審定前要進(jìn)行2年區(qū)域試驗(yàn)和1年生產(chǎn)試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn)對(duì)新品種進(jìn)行評(píng)價(jià),再?zèng)Q定是否通過(guò)。但在新品種審定過(guò)程中主要以新品種產(chǎn)量為依據(jù),沒(méi)有將農(nóng)作物新品種的主要農(nóng)藝性狀作為重要考量指標(biāo),也沒(méi)有用統(tǒng)一的分析方法對(duì)新品種各農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。所以提高除產(chǎn)量以外的主要性狀表現(xiàn)在品種審定中的評(píng)價(jià)占比顯得非常重要,并且探索一種比較產(chǎn)量的同時(shí)兼顧其他性狀表現(xiàn)的評(píng)價(jià)方法具有必要性。本研究用基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法對(duì)53個(gè)雜交玉米材料進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,旨在分析基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法在玉米新組合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用效果,并通過(guò)對(duì)52個(gè)雜交玉米新組合作出客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)分析,為雜交玉米新組合的轉(zhuǎn)化利用和種植推廣提供科學(xué)理論依據(jù)。我國(guó)到目前為止,均沒(méi)有統(tǒng)一的作物區(qū)域試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法,不同農(nóng)作物區(qū)域試驗(yàn)分析方法不同,同種農(nóng)作物不同主持單位使用的評(píng)價(jià)分析方法也不盡相同[1]。當(dāng)前在玉米區(qū)域試驗(yàn)中主要使用的分析工具有SPSS、SAS、DPS等軟件[2-4],主要采用的評(píng)價(jià)方法有方差分析、AMMI模型、因子分析、主成分分析、GGE雙標(biāo)圖法等[5-7],但這些分析軟件及評(píng)價(jià)方法均存在各自的不足之處,在評(píng)價(jià)分析品種與環(huán)境互作方面有較大局限性,未能從新品種選育推廣角度進(jìn)行全面評(píng)價(jià)[1,8-9]。而且全國(guó)各地對(duì)玉米區(qū)域試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析大多是聚焦在品種產(chǎn)量上,其他性狀指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響不大。DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法在玉米[10]、小麥[11-12]、大豆[13]、馬鈴薯[14-15]等農(nóng)作物的評(píng)價(jià)分析中有廣泛應(yīng)用,但傳統(tǒng)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法計(jì)算指標(biāo)對(duì)目標(biāo)效果貢獻(xiàn)時(shí)采用等權(quán)賦值或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行賦值,受主觀因素影響較大[16]。在已報(bào)道的相關(guān)研究中,齊建雙等運(yùn)用基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法對(duì)河南省玉米區(qū)域試驗(yàn)的18個(gè)品種進(jìn)行探討,建議玉米區(qū)域試驗(yàn)中采用多種評(píng)價(jià)方法相結(jié)合,在確保審定品種產(chǎn)量的基礎(chǔ)上,降低品種在實(shí)際種植過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)[2]。在其他作物上許多研究表明[17-18],基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法的評(píng)價(jià)結(jié)果比較客觀科學(xué),且能避免主觀因素在評(píng)價(jià)分析中的影響?；陟貦?quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法在云南玉米雜交種上的評(píng)價(jià)應(yīng)用還未有報(bào)道,本研究是有關(guān)云南玉米雜交種上應(yīng)用探討的首次報(bào)道,并且選擇的材料較齊建雙等[2]要更加豐富。本研究以52個(gè)雜交玉米新組合和對(duì)照品種(海禾2號(hào))為材料,測(cè)試了53個(gè)試驗(yàn)材料的14個(gè)重要性狀和指標(biāo),并基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法對(duì)53個(gè)雜交玉米材料進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,再結(jié)合產(chǎn)量性狀,旨在分析2種分析方法在雜交玉米新組合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用效果,擬篩選出該52個(gè)雜交玉米新組合中綜合表現(xiàn)俱佳的組合,為雜交玉米新組合的轉(zhuǎn)化利用和種植推廣工作提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究選用53個(gè)雜交玉米材料,均由云南高原種業(yè)玉米聯(lián)合體提供,其中52個(gè)為聯(lián)合體成員單位選育的雜交玉米新組合,另外1個(gè)為對(duì)照品種(海禾2號(hào))。

1.2 試驗(yàn)地概述及田間設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)在云南省大理市喜洲鎮(zhèn)六綠農(nóng)業(yè)科技種植專(zhuān)業(yè)合作社農(nóng)業(yè)基地,海拔為1 940 m,地理坐標(biāo)為25.84°N,100.14°E。田塊耕作層深厚,為沙壤土質(zhì),土壤酸堿度為中性,試驗(yàn)地排水灌溉設(shè)施條件齊全,整塊土地肥力均勻且中等偏上。試驗(yàn)田塊面積較大,為盡可能保證相同肥力,施肥時(shí)進(jìn)行局部控制。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)置3次重復(fù),5行區(qū),小區(qū)面積20 m2,行距為0.8 m,行長(zhǎng)5 m,定苗時(shí)每行留24株,種植密度60 030株/hm2。設(shè)置海禾2號(hào)為對(duì)照品種(CK),四周種植2行保護(hù)行。考慮到參試品種較多,將52個(gè)玉米新組合分為6組,每組試驗(yàn)中均種植對(duì)照品種。實(shí)收中間3行計(jì)產(chǎn)(面積為12 m2),取10包待晾干后進(jìn)行考種。

1.3 性狀調(diào)查

本試驗(yàn)需調(diào)查玉米的14個(gè)重要性狀和指標(biāo),田間調(diào)查性狀有5個(gè),分別為生育期、株高、穗位高、雄穗分枝、單株有效穗;室內(nèi)考種和計(jì)算的指標(biāo)性狀有9個(gè),分別為穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量、出籽率、單穗粒質(zhì)量、產(chǎn)量。按《云南省普通玉米聯(lián)合體試驗(yàn)調(diào)查項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)》采集數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

對(duì)照品種(海禾2號(hào))以6組試驗(yàn)結(jié)果的平均值參與分析,并參考齊建雙等的評(píng)價(jià)模型[2]對(duì)53個(gè)試驗(yàn)材料進(jìn)行基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法的評(píng)價(jià)分析?；陟貦?quán)的DTOPSIS法得到的Ci值越大,通過(guò)基于熵權(quán)的灰色局勢(shì)決策法得到的綜合優(yōu)勢(shì)量化值rij越大,表示該組合越接近育種的理想目標(biāo)。最后篩選出產(chǎn)量超過(guò)對(duì)照品種,且Ci值、rij值排名為前25%,即排名在前13的雜交玉米新組合,擬建議可以對(duì)其進(jìn)行示范和推廣種植。

2 結(jié)果與分析

2.1 DTOPSIS法評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1.1 評(píng)價(jià)矩陣構(gòu)建 將53個(gè)雜交玉米材料的14個(gè)指標(biāo)性狀表現(xiàn)的平均值構(gòu)建成表1,品種(組合)以產(chǎn)量從高到低排列,即為評(píng)價(jià)矩陣A。從表1可以看出,52個(gè)雜交玉米新組合中云良11號(hào)產(chǎn)量最高,為16 409.85 kg/hm2,惠單6號(hào)產(chǎn)量最低,為 9 091.20 kg/hm2,對(duì)照品種(海禾2號(hào))產(chǎn)量為 12 013.05 kg/hm2, 有31個(gè)雜交玉米新組合產(chǎn)量高于對(duì)照品種產(chǎn)量。增產(chǎn)最少和最多組合分別為黔農(nóng)1907、云良11號(hào),較對(duì)照品種增幅分別為0.05%、36.60%;減產(chǎn)最少和最多組合分別為盛禾985、惠單6號(hào),較對(duì)照品種降幅分別為0.91%、24.32%;52個(gè)雜交玉米新組合中產(chǎn)量最低組合比產(chǎn)量最高組合減產(chǎn)44.60%。參試材料的生育期為111～131 d,均屬于中等成熟組合,差異不大。52個(gè)雜交玉米新組合的株高為240.9～322.2 cm、穗位高為95.6～236.1 cm。

表1 53個(gè)參試雜交玉米品種(組合)各指標(biāo)性狀表現(xiàn)的平均值(矩陣A)

2.1.2 各指標(biāo)性狀的熵權(quán)和權(quán)重分析 根據(jù)評(píng)價(jià)矩陣A,采用夏來(lái)坤等的評(píng)價(jià)方法[19]先進(jìn)行無(wú)量綱化處理,再通過(guò)計(jì)算得到14個(gè)指標(biāo)性狀的熵權(quán)和權(quán)重結(jié)果。由表2可知,指標(biāo)禿尖的權(quán)重值最大,為0.684 1,指標(biāo)出籽率的權(quán)重值最小,為 0.000 7。

表2 53個(gè)雜交玉米品種(組合)14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)和權(quán)重

2.1.3 玉米參試組合理想解的相對(duì)接近度計(jì)算 53個(gè)玉米品種(組合)理想解的相對(duì)接近度結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知,Ci值最大的組合為云良10號(hào),其產(chǎn)量排名第20,比對(duì)照增產(chǎn),說(shuō)明該組合性狀表現(xiàn)非常好,但產(chǎn)量表現(xiàn)在本試驗(yàn)中不是很突出,可通過(guò)其他方式達(dá)到進(jìn)一步增產(chǎn)的可能性非常大。Ci值排名第2至第4的3個(gè)組合產(chǎn)量均低于對(duì)照品種產(chǎn)量,說(shuō)明這3個(gè)組合的環(huán)境穩(wěn)定性也非常突出,但產(chǎn)量不達(dá)標(biāo)。產(chǎn)量最高的云良11號(hào),Ci值排名第8,說(shuō)明該組合不僅產(chǎn)量高,其各性狀在環(huán)境中的綜合表現(xiàn)也不錯(cuò)。云良11號(hào)、聚玉5號(hào)、云良10號(hào)、鑫禾豐1號(hào)、瑞興673和貝玉002 6個(gè)雜交玉米新組合Ci值排名在前25%,且產(chǎn)量均超過(guò)對(duì)照品種。

表3 53個(gè)雜交玉米品種(組合)DTOPSIS法計(jì)算結(jié)果

2.2 灰色局勢(shì)決策分析結(jié)果

通過(guò)計(jì)算53個(gè)雜交玉米材料的加權(quán)綜合效果測(cè)度值,即為各品種(組合)的綜合優(yōu)勢(shì)量化值rij(表4)。結(jié)果顯示:rij值最大的組合為云良10號(hào),其產(chǎn)量排名為第20,比對(duì)照增產(chǎn);rij值排名在第2至第4的3個(gè)組合產(chǎn)量均低于對(duì)照品種產(chǎn)量,產(chǎn)量不達(dá)標(biāo);產(chǎn)量最高的為云良11號(hào),rij值排名也比較靠前,為第5,說(shuō)明該組合不僅產(chǎn)量高,其各性狀在環(huán)境中的綜合表現(xiàn)也很好,比較接近育種的理想目標(biāo)。云良11號(hào)、聚玉5號(hào)、云良10號(hào)、鑫禾豐1號(hào)、瑞興673和貝玉002 6個(gè)雜交玉米新組合rij值排名在前25%,且產(chǎn)量超過(guò)對(duì)照品種。

表4 53個(gè)雜交玉米品種(組合)灰色局勢(shì)決策法計(jì)算結(jié)果

2.3 基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法評(píng)價(jià)結(jié)果的比較分析

將53個(gè)雜交玉米材料基于熵權(quán)的DTOPSIS法得到的Ci值和灰色局勢(shì)決策法得到的綜合優(yōu)勢(shì)量化值rij作折線圖(圖1)。由圖1可知,2條折線走勢(shì)幾乎一致,說(shuō)明53個(gè)雜交玉米材料在2個(gè)不同的評(píng)價(jià)分析結(jié)果中的相對(duì)得分值非常接近。R2=0.984 0,說(shuō)明基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法的2個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

3 討論與結(jié)論

3.1 雜交玉米新組合的14個(gè)指標(biāo)性狀表現(xiàn)分析

參試的53個(gè)雜交玉米新品種(組合)在14個(gè)指標(biāo)性狀上表現(xiàn)非常多元化。53個(gè)雜交玉米新品種(組合)在穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖等性狀上的平均表現(xiàn)也呈現(xiàn)多樣性分布,好、中、差均有存在。由此可知,參試的53個(gè)雜交玉米新品種(組合)間存在非常明顯的差異,說(shuō)明試驗(yàn)材料間可能存在較大的遺傳差異,具有不同的遺傳背景,這可能也是近年來(lái)有更多的玉米種質(zhì)資源被開(kāi)發(fā)利用的結(jié)果[20],也說(shuō)明本研究所選的材料代表性較高。

朝禾188、黔農(nóng)1903、云合6號(hào)、定單1號(hào)等新品種(組合)的株高非常高,云合8號(hào)、洱之玉8859、云合6號(hào)、惠單6號(hào)等新品種(組合)的穗位高接近株高的1/2,這對(duì)品種抗倒伏非常不利,在實(shí)際情況中一般不建議推廣此類(lèi)品種,因?yàn)榉N植高穗位的品種會(huì)大大增加田間管理強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)。但在目前的品種審定中主要考慮品種產(chǎn)量,有時(shí)會(huì)忽略這種情況。禿尖指標(biāo)的權(quán)重相對(duì)偏高,為0.684 1,是因?yàn)槎d尖數(shù)據(jù)的分散度相對(duì)較高,范圍為0.1～2.4 cm,這與吳玥等報(bào)道的結(jié)果[17]相一致。農(nóng)作物性狀的調(diào)查分析是作物區(qū)域試驗(yàn)的重要手段,也為作物新品種審定和品種推廣示范提供了重要參考[21-23]。故在對(duì)新品種進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),應(yīng)考慮各測(cè)試性狀指標(biāo)的綜合表現(xiàn),而不是僅僅參考產(chǎn)量表現(xiàn),這樣在很大程度上會(huì)減少新品種推廣種植過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)[9]。本研究在試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí),由于考慮到財(cái)力物力有限,選擇的材料有限,一定程度上限制了研究結(jié)果的說(shuō)服力。

3.2 基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法評(píng)價(jià)結(jié)果分析

基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法評(píng)價(jià)中,53個(gè)雜交玉米材料的Ci值與rij值最高值均高于齊建雙等的研究結(jié)果[2]。有的新品種(組合)產(chǎn)量排名相對(duì)靠前,但Ci值與rij值排名靠后,有的新組合產(chǎn)量排名靠后,Ci值與rij值排名卻靠前;說(shuō)明有些組合產(chǎn)量表現(xiàn)不錯(cuò),但其他性狀綜合表現(xiàn)不佳,有些組合性狀綜合表現(xiàn)很好,產(chǎn)量卻不達(dá)標(biāo),與齊建雙等的結(jié)果[2]相似,建議此2類(lèi)新品種(組合)在品種審定中不應(yīng)被晉級(jí)。為降低新品種在推廣種植中的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù),我們應(yīng)該綜合考量,篩選產(chǎn)量高及其他性狀表現(xiàn)俱佳的新品種(組合)進(jìn)行示范和種植推廣[17]。

除此之外,從Ci值與rij值及其排名來(lái)看,當(dāng)前在云南大多數(shù)地區(qū)玉米區(qū)域試驗(yàn)中選用的對(duì)照品種(海禾2號(hào))的各性狀綜合表現(xiàn)不好,一定程度上限制了對(duì)照品種的產(chǎn)量表現(xiàn),降低了審定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。為激勵(lì)廣大育種工作者追求更高的育種目標(biāo),建議選擇更優(yōu)良的玉米雜交種作為對(duì)照品種,重新樹(shù)立一個(gè)新的標(biāo)桿。

本研究中,基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法的2個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果非常接近,同一新組合在評(píng)價(jià)結(jié)果中的Ci值比rij值小,但在53個(gè)雜交玉米材料中的排名是相對(duì)一致的。2條折線走勢(shì)幾乎一致,說(shuō)明53個(gè)雜交玉米品種在2個(gè)不同的評(píng)價(jià)分析結(jié)果中的相對(duì)得分值非常接近。R2=0.984 0,說(shuō)明基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法的2個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果間存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系。眾多學(xué)者已經(jīng)對(duì)基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法有所報(bào)道,認(rèn)為該評(píng)價(jià)模型是一個(gè)比較科學(xué)、合理和有效的決策方法[17],可以將其評(píng)價(jià)結(jié)果作為農(nóng)作物新組合、新品種及其他種質(zhì)資源評(píng)價(jià)的重要參考依據(jù)[2]。

3.3 結(jié)論

本研究中,對(duì)照品種(海禾2號(hào))的產(chǎn)量及其他性狀綜合表現(xiàn)不好,建議在云南玉米區(qū)域試驗(yàn)中選擇更優(yōu)良的玉米雜交種作為對(duì)照品種,以提高玉米新品種審定標(biāo)準(zhǔn)?；陟貦?quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法對(duì)雜交玉米新品種(組合)的2個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果高度吻合,建議在進(jìn)行玉米區(qū)域試驗(yàn)、品種審定及品種示范推廣參考產(chǎn)量的同時(shí),將基于熵權(quán)的DTOPSIS法和灰色局勢(shì)決策法評(píng)價(jià)結(jié)果作為考量新品種綜合表現(xiàn)的重要參考依據(jù)。根據(jù)52個(gè)雜交玉米新組合的產(chǎn)量及其他性狀的綜合表現(xiàn),可以將云良11號(hào)、聚玉5號(hào)、云良10號(hào)、鑫禾豐1號(hào)、瑞興673和貝玉002 6個(gè)雜交玉米新品種(組合)進(jìn)行推廣示范。