基于層次分析法的筍用竹引種質(zhì)量評(píng)價(jià)體系研究

楊 碩 徐繩武 施仕勝 鄭 麗 夏文娟 余安安 瞿和平

(咸寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 湖北咸寧 437100)

竹為多年生禾本科竹亞科(Bambusoideae)植物，主要分布區(qū)域包括以季風(fēng)氣候?yàn)橹鞯臒釒Ъ皝啛釒У貐^(qū)，在我國(guó)主要分布于東部亞熱帶地區(qū)，如四川省、重慶市、湖北省、江西省、浙江省等。其莖分為地上及地下部分，竹筍則由地下莖的芽發(fā)育而成，按不同收獲季節(jié)大多分為春筍及冬筍。竹筍因口感細(xì)膩，營(yíng)養(yǎng)豐富，富含蛋白質(zhì)及膳食纖維，已逐漸成為消費(fèi)者青睞的綠色食品，以竹筍為主要經(jīng)營(yíng)目標(biāo)的竹則稱為筍用竹。

咸寧市是湖北省的主要產(chǎn)竹區(qū)，現(xiàn)有竹種17屬140余種，面積11.53萬(wàn)hm2，面積、立竹量、年產(chǎn)量均占湖北省總量的80%以上[1]。咸寧市竹林栽培面積雖大，但品種單一，主要為毛竹、雷竹及少量水竹，出筍期集中于12月至翌年4月，無法滿足消費(fèi)者四季對(duì)鮮筍的需求?；谘娱L(zhǎng)供筍周期，提高經(jīng)濟(jì)效益考慮，應(yīng)引進(jìn)不同筍用竹種進(jìn)行品種搭配，因此需對(duì)其引種質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，篩選出幾個(gè)綜合表現(xiàn)優(yōu)良的筍用竹種。然而，在筍用竹引種質(zhì)量評(píng)價(jià)研究中，前人僅側(cè)重于筍用竹種的單一類別指標(biāo)，或某些指標(biāo)的相互作用，未總結(jié)出一套系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法或體系。如何建立一種評(píng)價(jià)筍用竹引種質(zhì)量的可量化的評(píng)價(jià)方法或體系，對(duì)引種的筍用竹品種進(jìn)行全面、科學(xué)的評(píng)估是目前亟待解決的問題。

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)作為一種定性與定量分析相結(jié)合的綜合性評(píng)價(jià)方法，在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)決策中應(yīng)用廣泛，其中包括農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、科技進(jìn)步、氣象災(zāi)害以及農(nóng)業(yè)決策方案和生產(chǎn)基地的優(yōu)選、農(nóng)業(yè)安全度評(píng)價(jià)等方面。層次分析法對(duì)于確定決策優(yōu)選與評(píng)價(jià)過程中的主要制約因素，并進(jìn)而提出相應(yīng)對(duì)策發(fā)揮著重要作用[2]。本文基于AHP研究出一套筍用竹引種質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，為今后的引種栽培研究提供依據(jù)。

1 筍用竹引種與評(píng)價(jià)概述

我國(guó)有筍用竹種29個(gè)屬200余種[3]。近年來，隨鮮筍及筍制品的暢銷，竹筍需求量劇增，筍用竹栽培面積逐年增加。浙江、江西、重慶等地筍用竹種質(zhì)資源豐富，咸寧從這些地區(qū)引進(jìn)優(yōu)良筍用竹種具備極高可行性。現(xiàn)有的研究顯示，對(duì)引種竹種篩選的評(píng)價(jià)指標(biāo)可以歸為3類：生態(tài)適應(yīng)性、商品性及市場(chǎng)性。

1.1 生態(tài)適應(yīng)性

生態(tài)適應(yīng)性指標(biāo)反映了筍用竹對(duì)栽培環(huán)境的適應(yīng)程度，包括母竹成活率、發(fā)筍數(shù)、成竹率、病蟲害情況、斷梢率、地下竹鞭長(zhǎng)等。早在1992年，江西省就開展了從浙江引種優(yōu)良筍用竹種的試驗(yàn)研究，其中包括6個(gè)筍用竹種共1.56萬(wàn)株，觀測(cè)指標(biāo)有成活率、出筍率、成竹率及出筍期[4]。王海霞等[5]、吳炳生等[6]及阮俊峰等[7]以母竹存活率、發(fā)筍率、發(fā)筍數(shù)等恢復(fù)適應(yīng)性指標(biāo)對(duì)雷竹、烏哺雞竹、早竹等優(yōu)良筍用竹進(jìn)行引種評(píng)價(jià)。

盡管生態(tài)適應(yīng)性是評(píng)價(jià)筍用竹引種的一個(gè)重要指標(biāo)，但引種目的是為推廣適宜栽培的筍用竹種以獲得優(yōu)質(zhì)的竹筍產(chǎn)品，因此對(duì)竹筍品質(zhì)及特性，即商品性及市場(chǎng)性的評(píng)定應(yīng)同樣得到重視。

1.2 商品性

商品性指標(biāo)主要包括單筍質(zhì)量、可食率、風(fēng)味、筍長(zhǎng)、胸徑、水分、蛋白質(zhì)、總氨基酸、總糖、纖維素、單寧等，以竹筍生物學(xué)特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)等為主。近年來，對(duì)竹筍營(yíng)養(yǎng)成分分析的研究較多，但較少應(yīng)用于筍用竹引種綜合評(píng)價(jià)中。金川等[8]以出筍力、筍產(chǎn)量、營(yíng)養(yǎng)成分、風(fēng)味、筍體可食率等為選種指標(biāo)，對(duì)浙南地區(qū)21個(gè)優(yōu)良筍用竹種進(jìn)行綜合考察及評(píng)定，篩選出了適宜當(dāng)?shù)卦耘嗟睦硐胫穹N。劉躍鈞等[9]對(duì)方竹筍的可食率、氨基酸含量進(jìn)行了測(cè)定與比較。陳興福等[10]在早竹引種試驗(yàn)中，一方面觀測(cè)記錄生長(zhǎng)適應(yīng)性指標(biāo)，另一方面對(duì)筍體、筍味、產(chǎn)量及收入等經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行綜合分析。王裕霞等[11]則系統(tǒng)性對(duì)10種叢生竹及4種雜種竹的竹筍鮮食品質(zhì)、加工性能及營(yíng)養(yǎng)成分含量進(jìn)行綜合分析，并對(duì)不同品質(zhì)進(jìn)行了比較與分級(jí)。

1.3 市場(chǎng)性

市場(chǎng)性指標(biāo)可反映不同品種竹筍在消費(fèi)者選擇時(shí)的受歡迎程度及市場(chǎng)需求情況，包括筍產(chǎn)量、出筍歷期、平均單價(jià)等。陳松河等[12]在前人研究基礎(chǔ)上以出筍歷期、筍產(chǎn)量、竹筍口感等指標(biāo)建立了優(yōu)良筍用竹種的量化評(píng)價(jià)方法，并依據(jù)該指標(biāo)體系對(duì)其竹種園的竹種進(jìn)行了評(píng)價(jià)及篩選。近年來，筍用竹發(fā)展迅速的一個(gè)主要原因就是筍價(jià)格的提高，從市場(chǎng)角度看，平均單價(jià)、出筍歷期等指標(biāo)具有重要的參考價(jià)值。

1.4 層次分析法的原理和步驟

層次分析法(AHP)由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家Saaty于20世紀(jì)70年代初首先提出[13]。該方法是將復(fù)雜問題中與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析，為最佳方案提供依據(jù)，該方法具有系統(tǒng)、靈活、簡(jiǎn)潔的優(yōu)點(diǎn)。該方法不僅考慮了定性因素，通過結(jié)合專家的經(jīng)驗(yàn)判斷，融入遞階層次結(jié)構(gòu)中，還運(yùn)用一定數(shù)學(xué)方法建模并計(jì)算，最終得出可量化的數(shù)據(jù)[14]。運(yùn)用AHP建模來解決實(shí)際問題，主要有4個(gè)步驟：建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型；構(gòu)造出各層次中的所有判斷矩陣；層次單排序及一致性檢驗(yàn)；依據(jù)權(quán)重值計(jì)算綜合得分并排序。

2 建立基于AHP的筍用竹引種質(zhì)量評(píng)價(jià)體系

通過建立筍用竹引種質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，可篩選出適宜當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境及市場(chǎng)需求的筍用竹品種。依據(jù)AHP原理，評(píng)價(jià)體系分為5個(gè)步驟(圖1)。

圖1 筍用竹引種質(zhì)量評(píng)價(jià)步驟

2.1 篩選評(píng)價(jià)因子

根據(jù)筍用竹的生長(zhǎng)習(xí)性、竹筍特性、市場(chǎng)反饋等因素，并依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)篩選配置適用于評(píng)價(jià)筍用竹引種質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括生態(tài)適應(yīng)性、商品性及市場(chǎng)性3類指標(biāo)，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)包括成活率、發(fā)筍數(shù)、成竹率、病蟲害情況、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、可食率、單筍質(zhì)量、感官品質(zhì)、總產(chǎn)量、歷期、價(jià)格等11個(gè)。評(píng)估體系所采用的評(píng)價(jià)因子可包含但不限于上述指標(biāo)。

2.2 建立層次評(píng)估模型

將各評(píng)價(jià)因子分類并進(jìn)行層次排序，并建立層次評(píng)估模型(圖2)。評(píng)價(jià)體系共分為3個(gè)層次，從上至下分別為目的層、準(zhǔn)則層及方案層。

圖2 筍用竹引種質(zhì)量評(píng)價(jià)層次評(píng)估模型

方案層共包括11個(gè)因子，成活率、發(fā)筍數(shù)、成竹率及病蟲害情況4個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)應(yīng)生態(tài)適應(yīng)性；營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、可食率、單筍重及感官品質(zhì)4個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)應(yīng)商品性；總產(chǎn)量、歷期及價(jià)格3個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)應(yīng)市場(chǎng)性。生態(tài)適應(yīng)性、商品性及市場(chǎng)性3個(gè)因子為準(zhǔn)則層，目的層為筍用竹引種質(zhì)量。該評(píng)估體系通過3個(gè)層次，共15個(gè)評(píng)價(jià)因子，為筍用竹引種評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

2.3 建立判斷矩陣并計(jì)算權(quán)重值

建立判斷矩陣并計(jì)算各層次指標(biāo)的權(quán)重，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。因各指標(biāo)在目標(biāo)衡量中所占比重不同，需對(duì)每個(gè)層次中相應(yīng)類別中各指標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行兩兩比較并計(jì)算權(quán)重值，此處采用1—9比例標(biāo)度法[15]以數(shù)字進(jìn)行量化描述(表1)。

表1 1—9比例標(biāo)度法定義

定義矩陣A=(aij)n×n，n為矩陣階數(shù)，依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)兩兩比較確定aij數(shù)值，分別得到4個(gè)判斷矩陣，并計(jì)算最大特征根λmax及其所對(duì)應(yīng)的特征向量W，W即為權(quán)重值。

由于判斷矩陣各指標(biāo)標(biāo)度的確定具有一定的主觀性，為保證層次分析法分析結(jié)果更合理，需對(duì)權(quán)重值進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，首先計(jì)算一致性指標(biāo)CI，公式為：

(1)

為衡量CI的大小，引入隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，其與判斷矩陣的階數(shù)有關(guān)，對(duì)應(yīng)關(guān)系見表2。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI標(biāo)準(zhǔn)值

將CI與RI比較后得出一致性比例CR，計(jì)算公式為：

(2)

當(dāng)CR<0.10或λmax=n，CI=0時(shí)，可認(rèn)為該判斷矩陣的一致性可接受，否則應(yīng)對(duì)判斷矩陣予以修正。判斷矩陣A1—Bi、B1—Ci、B2—Ci、B3—Ci的計(jì)算結(jié)果見表3至表6。

表3 判斷矩陣A1—Bi

表4 判斷矩陣B1—Ci

表5 判斷矩陣B2—Ci

表6 判斷矩陣B3—Ci

以上4個(gè)判斷矩陣均滿足CR<0.1，通過一致性檢驗(yàn)，表明評(píng)價(jià)因子權(quán)重值合理，可得出筍用竹引種質(zhì)量評(píng)價(jià)體系各層指標(biāo)權(quán)重，如表7所示。

表7 筍用竹引種質(zhì)量評(píng)價(jià)體系權(quán)重值

2.4 統(tǒng)計(jì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理

建立評(píng)估體系建立判斷矩陣并計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重后，即可統(tǒng)計(jì)各筍用竹品種的各項(xiàng)指標(biāo)實(shí)際數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)方法為每個(gè)品種調(diào)查地塊面積4 m × 4 m，3次重復(fù)。由于各類數(shù)據(jù)量綱不同，因此需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即將可量化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為百分制，便于統(tǒng)計(jì)綜合得分，不適合量化的數(shù)據(jù)可采用分類定義方式進(jìn)行處理，具體方法如下：

1) 成活率：調(diào)查單位面積的母竹成活數(shù)及移栽數(shù)。成活率=母竹成活數(shù)/移栽數(shù)×100%；采用公式X=(原始數(shù)據(jù)-極小值)/(極大值-極小值)×100進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

2) 發(fā)筍率：調(diào)查單位面積的母竹數(shù)及總發(fā)筍數(shù)。發(fā)筍率=發(fā)筍數(shù)/母竹數(shù)×100%；采用公式X=(原始數(shù)據(jù)-極小值)/(極大值-極小值)×100進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

3) 成竹率：調(diào)查單位面積的總出筍數(shù)、留筍養(yǎng)竹數(shù)及成竹數(shù)。成竹率=成竹數(shù)/留筍養(yǎng)竹數(shù)×100%；采用公式X=(原始數(shù)據(jù)-極小值)/(極大值-極小值)×100進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

4) 病蟲害情況：調(diào)查病蟲害發(fā)生級(jí)別，分0～Ⅳ共5個(gè)級(jí)別，即0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)，分別代表無、輕微、中等、較嚴(yán)重、嚴(yán)重。具體判斷標(biāo)準(zhǔn)為：0級(jí)為5片以下竹葉有輕微危害；Ⅰ級(jí)為6～30片有危害；Ⅱ級(jí)為31～50片有危害；Ⅲ級(jí)為51～70片，且有危害的竹葉面積不超過50%；Ⅳ級(jí)為71片以上，或有危害竹葉面積超過50%。0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)依次對(duì)應(yīng)數(shù)值為100、80、60、40、20分。

5) 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)：氨基酸是評(píng)價(jià)森林蔬菜鮮味的重要指標(biāo)之一，因此重點(diǎn)對(duì)竹筍的氨基酸含量進(jìn)行測(cè)定與比較。測(cè)定方法：利用高靈敏度多功能氨基酸分析儀(型號(hào)：DE61M/A300-IC)測(cè)定不同竹筍的氨基酸含量。采用公式X=(原始數(shù)據(jù)-極小值)/(極大值-極小值)×100進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

6)可食率：統(tǒng)計(jì)除去筍籜、筍基部木質(zhì)化等部位后的質(zhì)量即為凈質(zhì)量?？墒陈?凈質(zhì)量/總質(zhì)量×100%；采用公式X=(原始數(shù)據(jù)-極小值)/(極大值-極小值)×100進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

7) 單筍質(zhì)量：統(tǒng)計(jì)單筍總質(zhì)量；采用公式X=(原始數(shù)據(jù)-極小值)/(極大值-極小值)×100進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

8) 感官品質(zhì)：風(fēng)味是評(píng)價(jià)竹筍感官品質(zhì)的重要指標(biāo)，因此重點(diǎn)對(duì)竹筍風(fēng)味進(jìn)行評(píng)價(jià)與比較。評(píng)價(jià)方法：采用評(píng)分法，分5個(gè)梯度：好、較好、一般、較差、很差，依次對(duì)應(yīng)數(shù)值為100、80、60、40、20分。

9) 總產(chǎn)量：統(tǒng)計(jì)單位面積的鮮筍產(chǎn)量。鮮筍產(chǎn)量=(總出筍數(shù)-留筍養(yǎng)竹數(shù))×單筍質(zhì)量；采用公式X=(原始數(shù)據(jù)-極小值)/(極大值-極小值)×100進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

10) 歷期：統(tǒng)計(jì)出筍起始及終止日期，以及出筍持續(xù)時(shí)間T。按T>150 d、120 d

11) 價(jià)格：統(tǒng)計(jì)出筍時(shí)的市場(chǎng)價(jià)格P，單位為元/kg。按P>30、20

2.5 計(jì)算綜合得分并排序

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到的數(shù)據(jù)，代入公式(3)至公式(6)分別計(jì)算出生態(tài)適應(yīng)性、商品性、市場(chǎng)性以及筍用竹引種質(zhì)量綜合得分，按照綜合得分高低進(jìn)行排序，即可篩選出該地區(qū)引種質(zhì)量相對(duì)較高的筍用竹品種。

3 討論

3.1 確定判斷矩陣存在一定主觀性

層次分析法作為對(duì)定性問題進(jìn)行定量分析的一種多準(zhǔn)則決策方法，具有高度的邏輯性、系統(tǒng)性、簡(jiǎn)潔性和實(shí)用性?；谠摲椒ń⒃u(píng)價(jià)體系的前提是確定合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)并構(gòu)筑判斷矩陣，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)篩選指標(biāo)并兩兩比較確定標(biāo)度，因此具有一定的主觀性。為盡可能減少主觀判斷對(duì)該體系的影響，降低可能產(chǎn)生的偏差，可選取多位專家的篩選意見，并對(duì)各指標(biāo)標(biāo)度進(jìn)行算術(shù)平均處理，以使得出的結(jié)果更加合理。

3.2 評(píng)價(jià)體系的進(jìn)一步驗(yàn)證

對(duì)評(píng)價(jià)體系的驗(yàn)證是完善其科學(xué)性及實(shí)用性的重要一環(huán)，因此應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其合理性進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)[16]。在建立筍用竹引種質(zhì)量評(píng)價(jià)體系后，下一步應(yīng)引種不同筍用竹種，在栽培過程中對(duì)其相應(yīng)性狀及表現(xiàn)進(jìn)行記錄，應(yīng)用該體系進(jìn)行評(píng)價(jià)及綜合分析，并對(duì)比各竹種的實(shí)際適應(yīng)情況等對(duì)該評(píng)價(jià)體系進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)。