利用隸屬函數(shù)模型評(píng)價(jià)黑龍江省大慶地區(qū)引進(jìn)的20個(gè)紫花苜蓿品種

劉淑霞 郭永霞 魏國(guó)江 肖宇 王曉飛 孫宇峰 石杰 高宇 關(guān)向軍

摘要：采用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)分析法對(duì)黑龍江省大慶地區(qū)引進(jìn)的20個(gè)紫花苜蓿品種的15個(gè)生物學(xué)性狀調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，黑龍江省大慶地區(qū)引進(jìn)的20個(gè)紫花苜蓿品種中綜合表現(xiàn)良好的品種為龍牧803，其次為龍牧806，最差的品種為巨能耐濕。評(píng)價(jià)結(jié)果與田間長(zhǎng)勢(shì)和收獲后獲得草產(chǎn)量一致，可為黑龍江省大慶地區(qū)紫花苜蓿引種栽培和推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：紫花苜蓿;產(chǎn)草量;隸屬函數(shù);生物學(xué)性狀;綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)： S541+.102.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）10-0202-06

收稿日期：2019-05-30

基金項(xiàng)目：黑龍江省基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（編號(hào)：ZNBZ2017ZQ03、ZNBZ2019DQ02）;黑龍江省大慶市指導(dǎo)性科技計(jì)劃（編號(hào)：ZD-2016-123）。

作者簡(jiǎn)介：劉淑霞（1982—），女，河南平頂山人，博士研究生，副研究員，主要從事作物栽培學(xué)與耕作學(xué)研究。E-mail：258426121@qq.com。

通信作者：關(guān)向軍，研究員，主要從事作物栽培和育種研究。E-mail：123722665@qq.com。

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是世界栽培歷史悠久的牧草品種，具有易于栽培、耐寒、抗逆性強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、適口性好等特點(diǎn)，備受廣大養(yǎng)殖戶和飼料生產(chǎn)者的喜愛，紫花苜蓿本身也具有改良鹽漬化土壤的作用[1-2]。黑龍江省是我國(guó)主要的畜牧大省之一，要推動(dòng)糧經(jīng)飼統(tǒng)籌、農(nóng)林牧漁結(jié)合、種養(yǎng)加一體發(fā)展，推廣糧改飼和種養(yǎng)結(jié)合模式，牧草的需求量就會(huì)加大。大慶地區(qū)地處黑龍江省西部，地廣人稀，由于土壤鹽漬化程度高，種植糧食作物和飼草植物在質(zhì)量和產(chǎn)量上均會(huì)受到不同程度的影響[3-4]。種植優(yōu)良的紫花苜蓿品種，不僅能起到改良土壤的作用，還能滿足該地區(qū)對(duì)牧草的需求[5-6]。目前，雖然黑龍江省大慶地區(qū)種植不少紫花苜蓿地方品種，但是由于品種混雜、退化等，紫花苜蓿出現(xiàn)倒伏、低產(chǎn)等現(xiàn)象。因此，引進(jìn)外來(lái)優(yōu)良紫花苜蓿品種勢(shì)在必行。紫花苜蓿的引種篩選試驗(yàn)和綜合評(píng)價(jià)是選擇適于當(dāng)?shù)胤N植的優(yōu)質(zhì)紫花苜蓿主栽品種的先決條件。紫花苜蓿在大慶地區(qū)適應(yīng)性評(píng)價(jià)的影響因子很多，僅僅以某些單一生物學(xué)性狀引進(jìn)品種有失全面準(zhǔn)確性，只有對(duì)紫花苜蓿的多個(gè)生物學(xué)性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，才能客觀反映引進(jìn)紫花苜蓿品種的綜合表現(xiàn)。同時(shí)，綜合表現(xiàn)結(jié)果可為紫花苜蓿種質(zhì)資源評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支持。模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)分析方法是對(duì)多種因素所影響的事物或現(xiàn)象的全體中每一個(gè)個(gè)體作出評(píng)價(jià)——賦予非實(shí)數(shù)表示的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)對(duì)[0，1]區(qū)間的隸屬函數(shù)值和權(quán)重值的關(guān)聯(lián)，獲得模糊轉(zhuǎn)換矩陣后進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，該方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種植物的引種篩選、新品種選育等試驗(yàn)中[7-11]。

本研究通過(guò)對(duì)引進(jìn)20個(gè)紫花首宿品種的產(chǎn)草量、分枝數(shù)、莖葉比、越冬率、粗蛋白含量、粗纖維含量等15個(gè)生物學(xué)指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)評(píng)估法分析比較，旨在通過(guò)對(duì)引進(jìn)的品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，篩選出適宜大慶地區(qū)鹽漬化土壤種植的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效和抗逆性強(qiáng)的紫花苜蓿主栽品種和搭配品種，為該區(qū)大面積推廣紫花苜蓿新品種提供科學(xué)的理論依據(jù)，也可為發(fā)展黑龍江省乃至我國(guó)畜牧業(yè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)在黑龍江省中西部大慶市讓胡路區(qū)星火牧場(chǎng)試驗(yàn)種植基地進(jìn)行[12-13]，該基地以黑鈣土為主，是黑龍江省土地鹽漬化比較嚴(yán)重的地區(qū)之一。地理位置為45°46′～46°55′N，124°19′～125°12′E，屬大陸性季風(fēng)氣候。試驗(yàn)區(qū)域光照充足，四季分明，溫差較大，年平均降水量約400 mm，有效積溫約 2 600 ℃，無(wú)霜期約143 d。試驗(yàn)地前茬是玉米，秋收后進(jìn)行深翻，耙平，耙細(xì)。土壤堿解氮含量為221.30 mg/kg、速效磷含量為16.90 mg/kg、速效鉀含量為 101.50 mg/kg、有機(jī)質(zhì)含量為7.32%，pH值為8.05。

1.2 試驗(yàn)材料

供試紫花苜蓿品種國(guó)內(nèi)9份，國(guó)外11份，共計(jì)20份，紫花首宿品種及來(lái)源見表1。

1.3 試驗(yàn)方法

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積長(zhǎng) 4.0 m、寬3.0 m，重復(fù)步道寬為1.0 m，區(qū)間道寬為0.5 m，周圍設(shè)保護(hù)行。播種前灌溉增加底墑，供試的20個(gè)紫花苜蓿品種于2015年6月10日進(jìn)行田間播種，播種量為1 kg/667 m2，人工條播，行距 20 cm，播深2 cm。試驗(yàn)統(tǒng)一播種，鎮(zhèn)壓和田間管理。每年分枝期、初花期分別灌溉（透灌）1次，人工除草3次，初花期進(jìn)行刈割。2015年8月初、9月底進(jìn)行2次刈割;2016年進(jìn)行3次刈割，分別為6月中旬，7月下旬、9月中旬。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

供試20個(gè)紫花苜蓿品種在不同生育時(shí)期進(jìn)行農(nóng)藝性狀調(diào)查，參照龐丹波等的方法[14-16]進(jìn)行，調(diào)查指標(biāo)包括越冬率、粗蛋白含量、粗纖維含量、葉長(zhǎng)、株高、鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、莖粗、葉寬、分枝數(shù)、莖葉比、千粒質(zhì)量、發(fā)芽率、清潔率、種子質(zhì)量15個(gè)指標(biāo)。每個(gè)小區(qū)均選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻一致、能反映該小區(qū)紫花苜蓿生長(zhǎng)整體情況的紫花苜蓿進(jìn)行測(cè)量和取樣。測(cè)定主要項(xiàng)目與方法如下：

（1）發(fā)芽率。選飽滿均勻的紫花苜蓿種子100粒，加dH2O放在發(fā)芽盒中25 ℃光照16 h，黑暗8 h交替培養(yǎng)，5 d后計(jì)算種子的發(fā)芽率，設(shè)3次重復(fù)。發(fā)芽率=正常發(fā)芽種苗數(shù)/供試種子數(shù)×100%。（2）清潔率。隨機(jī)取5 g種子除去破碎籽粒和雜質(zhì)后的質(zhì)量的比率，設(shè)3次重復(fù)。（3）千粒質(zhì)量。隨機(jī)稱出1 000粒種子的質(zhì)量，重復(fù)3次。（4）株高。刈割前測(cè)量地面至植株頂端垂直距離，每次刈割重復(fù)10次，求2015年2次刈割和2016年3次刈割所測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。（5）鮮草產(chǎn)量。每次刈割1 m2紫花苜蓿后立即稱質(zhì)量，計(jì)算平均值即得鮮草產(chǎn)量。（6）干草產(chǎn)量。將每次測(cè)鮮草產(chǎn)量用的樣品風(fēng)干測(cè)質(zhì)量，計(jì)算平均值。（7）種子產(chǎn)量。2016年每個(gè)小區(qū)在刈割時(shí)均留下3 m2作為種子測(cè)產(chǎn)地，待種子成熟后選取收獲測(cè)產(chǎn)。（8）莖葉比。在每次初花期刈割后取0.25 kg樣品，莖葉分開，測(cè)鮮質(zhì)量、干質(zhì)量，進(jìn)行莖葉比確定。（9）分枝數(shù)。從根莖處數(shù)枝條的個(gè)數(shù)，10次重復(fù)。（10）越冬率。2015年10月25日，每小區(qū)隨機(jī)選1 m2測(cè)定入冬前植株數(shù);2016年5月10日返青后，再次統(tǒng)計(jì)該小區(qū)植株數(shù)。越冬 率=（返青植株數(shù)/越冬前植株數(shù)）×100%。（11）葉長(zhǎng)、葉寬。2015年第1茬初花期測(cè)產(chǎn)前，選相同高度、相同部位上3小葉，測(cè)量3小葉葉梗到葉尖的距離即為葉長(zhǎng)。3小葉中單個(gè)小葉最寬處的距離即為葉寬。共測(cè)量10株，求平均值。（12）粗蛋白、粗纖維含量。2015年第1茬初花期刈割，按對(duì)角線法隨機(jī)取樣混合均勻，105 ℃條件下殺青 10 min，65 ℃烘干制成粉。采用凱氏定氮法測(cè)定樣品的粗蛋白含量;采用酸堿法測(cè)定粗纖維含量。

1.5 分析方法

評(píng)價(jià)因素由產(chǎn)量因子和豐產(chǎn)因子2個(gè)部分組成，合理的權(quán)重系數(shù)，是隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)法的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響著評(píng)判結(jié)果。引進(jìn)的20個(gè)紫花苜蓿品種干草產(chǎn)量直接決定著品種的優(yōu)劣，并賦予較大的權(quán)重;而遺傳力高，并且與紫花苜蓿的干草產(chǎn)量密切相關(guān)的其他農(nóng)藝指標(biāo)如株高、莖葉比、葉長(zhǎng)、葉寬等將作為豐產(chǎn)因素之一進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，并賦予相應(yīng)的權(quán)重，這樣能更全面地評(píng)價(jià)引進(jìn)的20個(gè)紫花苜蓿品種。根據(jù)鄭敏娜等對(duì)各指標(biāo)權(quán)重的賦予[15，17]以及筆者所在課題組的研究經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合分析，列出紫花苜蓿各項(xiàng)生物學(xué)性狀指標(biāo)所占權(quán)重（表2）。

1.6 隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型的建立

要對(duì)引進(jìn)的20個(gè)紫花苜蓿品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，就是要對(duì)多種因素所影響的事物或現(xiàn)象的全體中每一個(gè)個(gè)體作出評(píng)價(jià)——賦予非實(shí)數(shù)表示的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。計(jì)算公式為B=A×R（b1 b2…bn），其中B為綜合評(píng)價(jià)集，A為權(quán)重分?jǐn)?shù)，R為模糊轉(zhuǎn)換矩陣，即所選各紫花苜蓿品種的生物學(xué)指標(biāo)所獲得的隸屬函數(shù)[18-19]。具體為試驗(yàn)過(guò)程中所測(cè)得原始數(shù)據(jù)按照隸屬函數(shù)公式進(jìn)行隸屬函數(shù)值處理，獲得數(shù)據(jù)在[0，1]區(qū)間的隸屬函數(shù)值，分別將各項(xiàng)生物學(xué)性狀所占權(quán)重值帶入計(jì)算得模糊轉(zhuǎn)換矩陣，然后將模糊矩陣進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)引進(jìn)的20個(gè)紫花苜蓿品種。

其中：隸屬函數(shù)計(jì)算公式為

u（x）=x-xminxmax-xmin。

（1）

式中：u（x）為隸屬度函數(shù);x為2個(gè)特征數(shù)值;xmax為最大特征數(shù)值;xmin為最小特征數(shù)值。

由此干草產(chǎn)量的隸屬度函數(shù)為

uA1（x）=0x≤0.37

x-0.370.91-0.370.37

1x≥0.91。

（2）

由此鮮草產(chǎn)量的隸屬度函數(shù)為

uA2（x）=0x≤0.68

x-0.681.29-0.680.68

1x≥1.29。

（3）

由此粗纖維含量的隸屬度函數(shù)為

uA15（x）=0x≤13.53

x-13.5316.37-13.530.68

1x≥16.37。

（4）

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紫花首宿品種生物學(xué)性狀比較

供試20個(gè)紫花苜蓿品種生物學(xué)性狀見表3。龐大的數(shù)據(jù)很不容易直觀看出引進(jìn)紫花苜蓿品種的優(yōu)劣。

2.2 隸屬函數(shù)模型評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)方法“1.6”節(jié)中的隸屬函數(shù)模型建立公式，將每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，得到隸屬函數(shù)模糊矩陣R（表4），權(quán)重分配集A為（0.02 0.02 0.03 0.15 0.20 0.30 0.08 0.02 0.02 0.03 0.03 0.05 0.02 0.03 0.02），通過(guò)計(jì)算B=A×R，得到相應(yīng)的結(jié)果B（0.406 1 0.393 1 0.809 0 0.442 5 0.461 7 0.442 2 0.557 6 0.615 0 0.800 4 0.391 7 0.630 8 0.287 8 0.333 8 0.421 7 0.323 2 0.496 8 0.502 7 0.447 7 0.451 5 0.276 6）。為了更直觀地看出結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理（表5），并按隸屬函數(shù)處理結(jié)果進(jìn)行排序。

從表5可以直觀看出，紫花苜蓿品種龍牧803，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果最高，為0.809 0;其次是紫花苜蓿品種龍牧806，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為0.800 4;紫花苜蓿品種肇東綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為0.630 8，位居第3;以上3個(gè)品種都明顯高于其他紫花苜蓿品種，是可以在黑龍江省大慶地區(qū)種植的優(yōu)良紫花苜蓿品種。也進(jìn)一步驗(yàn)證了引種馴化栽培的原則，氣候相似地理位置相近進(jìn)行引種最容易成功，紫花苜蓿品種龍牧803、龍牧806分別由齊齊哈爾市、肇東市培育而成，而齊齊哈爾市、肇東市地處黑龍江省并距離大慶地區(qū)很近。評(píng)價(jià)結(jié)果最低的為紫花苜蓿品種巨能耐濕，為0.276 6，這可能是該地區(qū)常年多風(fēng)干燥，不能有效滿足植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中空氣的濕度和土壤水分導(dǎo)致的。

3 討論與結(jié)論

本研究所引進(jìn)的不同紫花苜蓿品種在黑龍江省大慶鹽漬化地區(qū)，土壤墑情好、播期適當(dāng)條件下種植，20個(gè)紫花苜蓿品種在2015年進(jìn)行了2次刈割，2016年進(jìn)行3次刈割，且20個(gè)紫花苜蓿品種均能完成整個(gè)生育期，秋季可收獲飽滿的籽粒。

相關(guān)研究把紫花苜蓿越冬率作為引種試驗(yàn)的主要指標(biāo)，賦予較大的權(quán)重，本研究發(fā)現(xiàn)引進(jìn)的20個(gè)紫花苜蓿品種越冬率都在80%以上，均能在黑龍江省大慶地區(qū)進(jìn)行第2年的生長(zhǎng)發(fā)育，說(shuō)明該地區(qū)紫花苜蓿生長(zhǎng)過(guò)程中氣溫的影響不是最主要因素，因此把越冬率的權(quán)重相對(duì)于其他研究有所降低。而紫花苜蓿鮮草產(chǎn)量是當(dāng)前畜牧業(yè)中亟需解決的問(wèn)題， 因此把紫花苜蓿的鮮草量和株高作為重要權(quán)重進(jìn)行了分析設(shè)置。

紫花苜蓿引種篩選試驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)方法較多，其中隸屬函數(shù)分析是植物引種評(píng)價(jià)和應(yīng)用較為廣泛的統(tǒng)計(jì)方法之一。應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)分析法對(duì)引進(jìn)的紫花苜蓿進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，關(guān)鍵在于供試的紫花苜蓿品種生物學(xué)性狀的選擇及各生物學(xué)性狀所占權(quán)重的確定。把紫花苜蓿不同品種生物學(xué)性狀和生物學(xué)性狀所占權(quán)重確定后利用田間調(diào)查及室內(nèi)調(diào)查結(jié)果就可把引進(jìn)紫花苜蓿品種的綜合性狀進(jìn)行數(shù)據(jù)量化[20-21]。把模糊數(shù)學(xué)的計(jì)算方法運(yùn)用到農(nóng)業(yè)實(shí)際引種試驗(yàn)上，不僅克服了單純的依靠紫花苜蓿的草產(chǎn)量、粗蛋白產(chǎn)量、粗纖維產(chǎn)量、株高等單一性狀來(lái)評(píng)判1個(gè)紫花苜蓿品種在黑龍江省大慶地區(qū)表現(xiàn)優(yōu)劣的片面性，還能簡(jiǎn)化計(jì)算工作量并且比較客觀直觀地反映引進(jìn)品種的綜合生產(chǎn)性能，是紫花苜蓿引種篩選試驗(yàn)過(guò)程中一種簡(jiǎn)單快捷的綜合評(píng)價(jià)方法。

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