基于CRITIC-TOPSIS綜合評價法優化溫室作物灌溉策略

王宏飛，李彥彬，柳騰飛，丁家樂，龔雪文

基于CRITIC-TOPSIS綜合評價法優化溫室作物灌溉策略

王宏飛，李彥彬*，柳騰飛，丁家樂，龔雪文*

（華北水利水電大學 水利學院，鄭州 450046）

【目的】探討基于蒸發皿水面蒸發量（p）的溫室黃瓜和甜瓜最優灌溉策略。【方法】以直徑20 cm標準蒸發皿的累計水面蒸發量為灌水依據，開展溫室滴灌黃瓜和甜瓜灌溉試驗，每種作物設置4種灌水量：0.5p、0.7p、0.9p和1.1p。系統研究了不同灌水量對果實形態指標、品質指標、產量和水分利用效率（）等指標的影響，并基于CRITIC-TOPSIS綜合評價方法確定了2種作物的灌溉策略。【結果】果實形態方面，溫室黃瓜灌水量為0.7p和0.9p時各項形態指標顯著優于其他處理，且0.7p的單果質量和平均果徑略高于0.9p，但單株果數和平均果長相反；灌水量為0.9p時對溫室甜瓜各項形態指標比較有利。果實品質方面，溫室黃瓜可溶性固形物（）、維生素C（c）、可溶性糖（）和可溶性蛋白質（）均隨著灌水量的增加而降低，而甜瓜的最大c、和均為0.7p處理，最大出現在0.5p處理。溫室黃瓜最大產量為96.1 t/hm2（0.9p），但和灌溉水利用效率（）較最大值（0.5p）降低了17.9%和32.2%；溫室甜瓜灌水量為0.9p和1.1p時，產量無顯著性差異，但0.9p的和較1.1p顯著高9.2%和16.3%。【結論】利用CRITIC-TOPSIS綜合評價法確定了黃瓜和甜瓜灌溉策略，黃瓜灌水量為0.9p，甜瓜灌水量為0.7p時，可實現果實形態、產量、品質和水分利用效率的最優化。

CRITIC-TOPSIS綜合評價法；果實形態；產量；品質；水分利用效率

0 引言

【研究意義】在嚴守耕地保護紅線和水資源節約利用背景下，設施農業在農業生產中的地位和作用日益突出，發展設施農業，提高設施蔬菜產量、品質和水分生產力是高效利用耕地資源和水資源的有效途徑[1]。灌溉是溫室作物的唯一水源，也是影響作物生長、產量和品質的重要因素，因此，優化溫室作物灌溉策略是促進設施農業可持續發展的首要任務。

【研究進展】針對溫室作物最優灌溉制度下的灌水量如何確定，國內外學者進行了大量工作，主要集中在作物產量、品質和水分利用效率對水分調控的響應方面，如李毅杰等[2]通過研究不同土壤水分下限對溫室甜瓜產量和品質的影響，認為甜瓜適宜土壤水分下限為65%田間持水率（f）；毋海梅等[3]研究了不同水分虧缺對溫室黃瓜產量和品質的影響，認為黃瓜適宜灌水量分別為累計水面蒸發量的0.8倍（發育期）和1.2倍（生長中/后期）。袁寧寧等[4]認為溫室番茄在開花坐果期之后采用70%f可實現產量和水分利用效率的最大化；Yang等[5]發現溫室辣椒灌水量為70%f，溫室番茄灌水量為89.5%和77.0%蒸發蒸騰量可獲得最大產量和水分利用效率。郭勇等[6]綜合考慮溫室芹菜的外葉生長期、立心期和心葉生長期以及產量等指標，認為灌水量為70%f～90%f最優；李銀坤等[7]綜合考慮地上部生物量、產量和水分利用效率，認為溫室生菜適宜灌溉量為0.7倍累計水面蒸發量；Hooshmand等[8]綜合考慮單果質量、收獲指數等果實形態指標以及番茄產量，認為分根區交替灌溉采用灌水量為85.0%蒸發蒸騰量可達到最佳效果。優化灌溉制度不僅要關注產量或品質等單一目標，更多地要綜合考慮產量、品質、果實形態和水分利用效率等多目標的優化，這就需要建立多目標評價模型。如朱艷等[9]利用主成分分析法將具有相關性的產量和品質指標組合成一組新的互相無關聯的綜合指標，確定了溫室番茄基于產量和品質下的最優加氣量；劉聰等[10]基于主成分分析法對日光溫室椰糠栽培番茄產量、水分利用效率和品質等11個指標進行了分析，認為單株產量和果形指數的累積貢獻率最大，以此確定了不同處理主成分綜合得分；此外，基于TOPSIS的組合評價模型在溫室灌溉策略中的評價也逐漸得到應用，如Li等[11]利用主成分分析法確定了溫室番茄在不同水肥條件下的主要品質指標，并結合TOPSIS法獲得了溫室滴灌番茄最優水肥組合；李紅崢等[12]采用變異系數法對不同溝灌方式和灌水量下的溫室番茄品質、產量、灌溉水利用效率賦權，結合TOPSIS法對各處理的綜合效益進行了評價；李波等[13]采用熵權法對不同深埋秸稈量和滴灌量下的溫室番茄品質、產量和灌溉水利用效率賦權，結合TOPSIS法確定了溫室不同灌水量下的最佳秸稈埋設深度。【切入點】這些評價方法已在溫室灌溉策略評價中得到了較好的效果，但通過評價單一或少量因子獲得最優灌溉制度仍存在一定缺陷，隨著人們對外觀品質的追求，果實形態-產量-品質-水分利用效率等多目標的優化越顯重要，這就需要綜合評價多個指標因子組合優化灌溉制度，CRITIC賦權法可以對不同指標間的差異性和關聯性分析，得到各項指標的信息量和權重，能夠克服主觀賦權法和熵權法的缺陷，所得權重更加客觀可靠。目前基于CRITIC賦權法和TOPSIS法組合的綜合評價方法在溫室灌溉策略中的評價還鮮見報道。

【擬解決的關鍵問題】因此，本文選擇溫室黃瓜和甜瓜為研究對象，參考水面蒸發累計蒸發量為灌水依據，通過系統研究果實形態指標、產量指標、品質指標和水分利用效率等多指標因子，采用CRITIC-TOPSIS綜合評價法獲得溫室滴灌黃瓜和甜瓜最優灌溉策略，旨在為優化溫室作物灌溉制度提供一種新的評價方法。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗于2021年3—6月在華北水利水電大學農業高效用水試驗場的塑料大棚中進行（34°47′N，113°47′E），該地區屬暖溫帶大陸性季風氣候區，年平均日照時間2 366 h，年平均氣溫14.5 ℃，無霜期為220 d，年均降水量616 mm。試驗所用溫室占地面積240 m2，在溫室頂部和底部設置通風口，人工控制溫室內部環境變化。在溫室頂部鋪設2.5 cm厚保溫棉被，保證作物生長初期的生長溫度。溫室內部3—6月的環境變化如圖1所示，溫度（a）在9.1～32.4 ℃之間變化，平均值為22.7 ℃，相對濕度（）在20.3%～83.5%之間變化，平均值為51.7%，太陽輻射（s）在11.0～187.3 W/m2之間變化，平均值為110.7 W/m2，水汽壓差（）在0.3～3.4 kPa之間變化，平均值為1.7 kPa。試驗區土壤為黏壤土，0～20 cm土層有機質量為22.4 g/kg，全氮量、全磷量和全鉀量分別為1.2、0.8 g/kg和28.4 g/kg。0～100 cm土層平均體積質量為1.42 g/cm3，田間持水率為0.35 cm3/cm3。

圖1 試驗期間溫室內部環境變化

1.2 試驗設計

試驗研究對象分別為黃瓜（夏秋1號）和甜瓜（紅蜜17），選用3葉1心的幼苗進行移栽，黃瓜和甜瓜的移栽時間分別為3月25日和4月12日，黃瓜于5月17日開始采摘，于6月22日采摘結束，甜瓜于6月18日開始采摘，于6月25日采摘結束。黃瓜和甜瓜均采用寬窄行種植模式，寬行為70 cm，窄行為40 cm，株距為30 cm，每個試驗處理的種植面積為21.45 m2（3×6.5 m×1.1 m）。移栽前，以85 kg/hm2尿素（46% N）、130 kg/hm2硫酸鉀（50% K2O）和95 kg/hm2過磷酸鉀（14% P2O5）作為基肥。采用滴灌方式灌水，在水源首部依次安裝壓差式施肥罐、疊片式過濾器、壓力表和控制閘閥，在每個小區管道上安裝精度為0.001 m3的旋轉式水表，沿每個小區作物行帶鋪設滴灌帶，選用耐特菲姆壓力補償式滴灌帶，滴頭間距為30 cm，滴頭額定流量為1.1 L/h，滴頭工作壓力為0.1 MPa。進入坐果期之后，每次追施量為16 kg/hm2尿素和24 kg/hm2硫酸鉀，全生育期黃瓜和甜瓜分別施肥5次和3次。

黃瓜和甜瓜的灌水時間和灌水量參考20 cm標準蒸發皿的累計蒸發量（p）進行，蒸發皿放置在作物冠層上方20 cm位置，隨著作物高度調整，每日早上07:00采用雨量筒測量前1天的水面蒸發量，測量完畢后，清理蒸發皿內部，添加自來水至20 mm深度。當累計水面蒸發量達到18 mm以上且不超過22 mm時進行灌水，設置蒸發皿系數分別為0.5、0.7、0.9和1.1，黃瓜灌水處理分別為：T1（0.5p）、T2（0.7p）、T3（0.9p）和T4（1.1p），甜瓜灌水處理分別為：K1（0.5p）、K2（0.7p）、K3（0.9p）和K4（1.1p），全生育期黃瓜和甜瓜累計水面蒸發量分別為209.5 mm和167.4 mm，灌水次數分別為10次和8次。為防止水分側滲，各小區之間埋設60 cm深塑料薄膜，每個處理3次重復。為確保幼苗成活率，移栽后黃瓜和甜瓜均灌水25 mm用于緩苗。試驗小區采用相同農藝管理措施。

1.3 觀測項目與方法

1.3.1 氣象指標

溫室中部安裝有自動氣象站，可測量太陽輻射、空氣溫度和相對濕度，傳感器安裝在距地表以上2 m高位置，氣象數據每隔5 s采集1次，15 min計算1次平均值存儲在CR1000數據采集器中（Campbell Scientifc Inc.，USA）。試驗期間，溫室內部的環境變化如圖1所示。

1.3.2 果實形態指標

黃瓜形態指標包括單果質量、單株果數、平均果長和平均直徑，甜瓜形態指標包括單果質量、果實橫徑、果實縱徑和果型指數。測量方法如下：在每個小區中部選取20棵代表植株，采用精度為5 g的電子秤測量每棵植株的果實質量，單果質量為總質量除以總個數；黃瓜單株果數為代表植株全部采摘次數的平均值；采用直尺測量黃瓜果長、縱徑和橫徑，取平均值；甜瓜果型指數為果實橫徑/果實縱徑，果型指數越接近于1，說明果型越好。

1.3.3 品質指標

品質指標包括總可溶性固形物（Total Soluble Solids,）、維生素C（Vitamin C,c）、可溶性糖（Soluble Sugar Content,）和可溶性蛋白質（Soluble Protein Content,）。對于黃瓜試驗，每個處理選取9根形態和色澤相近果實進行測量，第3、第5、第7次采摘時進行品質測量，取平均值作為黃瓜最終品質。對于甜瓜試驗，只測量最后1次采摘的果實品質，每個處理取3個形態和色澤相近的果實進行測量。采用手持測糖儀測定，c采用2,6-二氯酚靛酚滴定法測定，采用蒽酮比色法進行測定，采用紫外可見光分光光度計法進行測定。

1.3.4 土壤含水率和耗水量

采用取土烘干法測量0～80 cm范圍內的土壤含水率，于每次灌水前用土鉆每隔20 cm為1層進行取樣，樣品放在鋁盒內立刻稱濕質量，樣品全部取完后放置于烘箱105 ℃烘干。取樣點選擇滴灌帶2個滴頭中間位置，每個小區3次重復。此外，在播種前和全部采摘后對每個小區含水率進行測量。

采用水量平衡法計算每個小區的耗水量，計算式為：

式中：為耗水量（mm）；r為灌水量（mm）；r為降雨量（mm）；和分別為地下水補給量和深層滲漏量（mm）；Δ為播種前和播種后土壤儲水量的變化（mm）。溫室中沒有降雨量，因此r=0；試驗點地下水位在5.0 m以下，因此=0；試驗最大灌溉定額為22 mm，不會發生深層滲漏，故=0。

1.3.5 產量和水分利用效率

黃瓜和甜瓜產量測定方法與果實形態指標的測定方法相同，在形態指標測量結束后進行產量測定。黃瓜采摘標準為瓜長在35～40 cm之間，在每個小區中間位置選取20棵代表性植株進行測產，采用精度為5 g電子秤測量每個小區的產量，每個小區3次重復。

黃瓜和甜瓜的水分利用效率和灌溉水利用效率分別采用式（2）和式（3）進行計算：

式中：為水分利用效率（kg/m3）；為灌溉水利用效率（kg/m3）；a為果實產量（t/hm2）。

1.4 CRITIC-TOPSIS綜合評價方法

CRITIC權重法是一種基于數據波動性的客觀賦權法。采用CRITIC賦權法為溫室黃瓜和甜瓜各項指標賦權，同時考慮不同指標之間的差異性，增加各項指標之間的關聯性分析，最終計算得到較為客觀的權重。TOPSIS法是一種常用的綜合評價方法，能充分利用原始數據信息，結合權重指標計算結果準確反映各處理之間的差距。本文將CRITIC權重法與TOPSIS法組合，綜合多項指標評價溫室黃瓜和甜瓜的灌溉策略，具體步驟如下：

1）將參與評價的處理集設為，=（1,2, …,A），參與各處理的評價指標設為，=（1,2, …,B），處理A中的B指標定義為X, j，將各處理的指標進行組合后形成對策矩陣=(X, j)×（1≤≤; 1≤≤）。

2）為消除量綱影響，將所得決策矩陣進行標準化處理，得到標準化矩陣=(M, j)×。對于正向指標采用式（4）處理，對于逆向指標采用式（5）處理。

3）計算信息承載量，信息量（C）的計算為指標變異性與沖突性指標的乘積。變異性（S）使用標準差衡量，標準差越大則權重越大，采用式（6）和式（7）計算。沖突性（R）使用各指標之間的相關系數（r，）衡量，相關性越強則沖突性較低，權重越小，采用式（8）計算。指標的信息量越大，表明該指標在評價體系中的作用越大，應分配更多的權重，采用式（9）計算。

4）指標的權重采用式（10）計算，通過計算各指標的權重，得到權重向量：= (1,2, …,w)T。

5）TOPSIS法的計算步驟為：首先，將標準化矩陣與各指標權重相乘，得到加權的標準化決策矩陣。其次，確定正理想解（+）和負理想解（-），并確定各評價對象指標值與理想解之間的截距。最后，計算各方案與最優方案的相對貼近度（N）。計算式為：

式中：N為處理的綜合評價指標（0≤N≤1）；D+和D-分別為正理想解和負理想解的截距；max和min分別為正理想解和負理想解的向量；Z是標準化指標。N的值越接近1，表明評價對象的結果越優。

1.5 數據處理

本文所有數據均采用Microsoft Excel 2016處理并作圖，利用SPSS Statistics 20.0軟件進行方差分析和顯著性檢驗，多重比較采用Duncan(D)法進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同灌水量對溫室黃瓜和甜瓜果實形態的影響

圖2是不同灌水量下溫室黃瓜和甜瓜的果實形態指標。對于溫室黃瓜，T2處理的各項果實形態表現較好，且平均單果質量最大，為0.24 kg，T1處理的平均單果質量最小，為0.20 kg，T1處理顯著低于T2處理和T3處理（<0.05）（圖2（a））；T1處理的單株果數顯著低于其他處理，分別較T2、T3處理和T4處理低5.8%、6.1%和4.8%（圖2（b））；T3處理的平均果長最大（38.5 cm），僅顯著高于T1處理6.0%（圖2（c））；T1處理和T2處理的平均果徑顯著高于T3處理和T4處理，但T1處理和T2處理之間無顯著性差異（圖2（d））。

對于溫室甜瓜，K3處理的各項形態指標表現較好，K3處理單果質量最高（1.16 kg），顯著高于K4、K2處理和K1處理6.0%、11.2%和21.7%，且不同灌水處理之間的單果質量差異顯著（<0.05）（圖2（e））；甜瓜K3處理的果實橫徑和縱徑顯著高于K1處理和K4處理，但K1處理和K4處理之間無顯著性差異（圖2（f），圖2（g））；不同灌水處理下甜瓜果型指數在0.89～0.92之間變化，各處理之間無顯著性差異（圖2（h））。

圖2 不同灌水量下溫室黃瓜和甜瓜的果實形態指標

2.2 不同灌水量對溫室黃瓜和甜瓜品質的影響

圖3為不同灌水量下溫室黃瓜和甜瓜的品質指標。溫室黃瓜的各項品質指標均表現為隨著灌水量的增加而降低，T4處理的最小（3.34%），且顯著低于其他處理，但T1、T2處理和T3處理的無顯著性差異（圖3（a））；T1處理的c最高，為59.0 mg/kg，T2處理和T3處理的c分別為51.9和51.1 mg/kg，二者無顯著性差異，T4處理的c最低，僅為45.6 mg/kg，顯著低于其他處理（圖3（b））；在1.1%～1.3%之間變化，顯著性差異僅表現在T1與T4處理之間，T1處理比T4處理高11.6%（圖3（c））；的變化趨勢和顯著性差異與c相同（圖3（d））。

溫室甜瓜的同樣表現出隨灌水量增加而降低的趨勢，且K1處理顯著高于其他處理，而K2處理和K3處理之間無顯著性差異，但顯著高于K4處理（圖3（e））；K1處理和K2處理的c分別為61.5 mg/kg和64.6 mg/kg，二者無顯著性差異，但顯著高于K3處理和K4處理（圖3（f））；不同灌水處理的表現為：K2處理>K3處理>K1處理>K4處理，且不同處理間差異顯著（圖3（g））；K2處理和K3處理的顯著高于K1處理和K4處理，其中K2處理比K1處理高28.5%（圖3（h））。

圖3 不同灌水量下溫室黃瓜和甜瓜的品質指標

2.3 不同灌水量對溫室黃瓜和甜瓜產量和水分利用效率的影響

表1是溫室黃瓜和甜瓜在不同灌水量下的產量、耗水量（）、水分利用效率（）和灌溉水利用效率（）。溫室黃瓜的產量隨著灌水量的增加呈先增大后減小的趨勢，最大產量為T3處理，為96.1 t/hm2，T2處理的產量僅次于T3處理，二者無顯著性差異，對照T3處理，T1處理和T4處理的產量分別降低10.3%和3.7%。隨著灌水量的增加，逐漸增加，但和顯著下降，T1、T2處理和T3處理的和與T4處理的比值分別為1.83、1.52和1.24。

對于溫室甜瓜，K3處理和K4處理的產量相同且最高，分別較K1處理和K2處理顯著高25.5%和12.8%。溫室甜瓜的同樣是隨著灌水量的增加而增加，和下降，K1處理和K2處理的和無顯著性差異，溫室甜瓜最高和分別為18.5 kg/m3和28.6 kg/m3，K3處理和K4處理的和分別較最大值低6.0%和16.9%、14.5%和30.4%。

表1 不同灌水量下溫室黃瓜和甜瓜產量、灌水量、耗水量、水分利用效率和灌溉水利用效率

2.4 基于CRITIC-TOPSIS法綜合評價溫室黃瓜和甜瓜灌溉策略

黃瓜的評價指標包括單果質量（1）、單株果數（2）、平均果長（3）、平均果徑（4）、（5）、c（6）、（7）、（8）、產量（9）、（10）和（11），共11個指標作為評價因子。甜瓜的評價指標包括果實橫徑（1）、果實縱徑（2）、單果質量（3）、（4）、c（5）、（6）、（7）、產量（8）、（9）和（10），共10個指標作為評價因子。將因子作為逆向指標，其余因子均為正向指標，計算得到各因子的信息量和權重，如表2所示。黃瓜平均果長指標的權重最高，為14.66%，其次為單株果數，產量指標排在第3位，指標的權重最低，僅為3.34%。甜瓜產量指標的權重最高，為16.96%，其次為單果質量，同樣是指標的權重最低，僅為5.53%。

表2 各評價指標的信息量和權重

將各指標的權重代入TOPSIS中，可以得到不同處理的排名情況。表3為CRITIC-TOPSIS綜合評價結果和排序，溫室黃瓜各處理的貼近度N從優到劣依次為T3處理>T2處理>T1處理>T4處理，溫室甜瓜依次為T2處理>T3處理>T1處理>T4處理。可見，溫室黃瓜采用0.9p的灌水量，溫室甜瓜采用0.7p的灌水量可實現果實形態、品質、產量和水分利用效率的最優化。

表3 CRITIC-TOPSIS評價結果和排序

3 討論

追求節水增產優質高效的灌溉策略始終是設施農業發展的目標，本試驗以溫室滴灌黃瓜和甜瓜為研究對象，以20 cm標準蒸發皿的水面蒸發量為灌水依據，深入系統地探討了不同灌水量對果實形態、品質指標、產量和水分利用效率等指標的影響。研究發現，適宜灌水量有利于果實的外觀品質，溫室黃瓜灌水量為0.7p時單果質量、單株果數、平均果長和平均果徑較佳。雖然黃瓜需水量較大，但過多的土壤水分會導致根系缺氧，抑制黃瓜生殖生長過程，從而降低果實的單果質量和平均果徑[14]，本研究試驗地為黏壤土，透水性較差可能是導致根部缺氧的主要原因。研究結果與毋海梅等[3]較為相似，但Ertek等[15]認為大田環境下蒸發皿系數選用1.0，Zhang等[16]認為地下滴灌條件下蒸發皿系數選用0.8時黃瓜的果實形態指標最好，這種差異主要是環境條件和灌水方式的不同造成的。對于溫室甜瓜，灌水量為0.9p時單果質量、果實橫徑、縱徑和果形指數較好，這可能是甜瓜在果實膨大期對水分需求較大引起的，但研究發現水分過多同樣會導致甜瓜根系缺氧，不利于果實生長[17]。郜森等[18]認為對于秋季甜瓜土壤水分下限和上限為65%f～100%f時果實橫徑和縱徑最大，這與本研究略有不同，原因可能是生長季節不同導致的差異。

研究發現，通過減少灌水量使作物遭受干旱逆境之后可有效提高果實品質，這是因為水分虧缺影響了汁液從韌皮部向果實的運輸，減少了從木質部向果實的水分流量，降低了果實中水分量有利于品質提升[19]。本研究發現溫室黃瓜、c、和同樣是隨著灌水量的增加而降低，這與多數研究相似[3,16,20]。對于溫室甜瓜，除之外，c、和的最大值均出現在0.7p處理，這可能是由于灌水量為0.5p造成土壤水分脅迫過重，植株合成碳水化合物等營養物質的功能收到抑制，從而導致甜瓜果實品質下降[2]。該結果與溫室葡萄[21]、番茄[22]和西瓜[23]等作物的研究結果相似。追求作物產量最大化的同時往往無法獲得較高的和，本研究發現溫室黃瓜最大產量為灌水量0.9p，但灌水量為0.5p時和最大，且2個處理差異顯著，該研究結果與溫室芹菜[6]、甜瓜[17]和番茄[8,11,22]等作物相似。然而，Zhang等[16]認為溫室秋季黃瓜蒸發皿系數為0.8時可獲得最大和，這可能是由于生長季節不同造成的差異。溫室甜瓜灌水量為0.9p和1.1p時產量最大，且無顯著性差異，而灌水量為0.5p和0.7p時和最大，無顯著性差異，說明灌水量為0.7p（土壤含水率為65%f～75%f）是平衡產量與水分利用的閾值。該結論與郜森等[18]研究結果較為相似。然而，李毅杰等[2]認為甜瓜在營養生長階段的虧水程度閾值在55%f左右，低于該閾值產量、和均產生影響，這可能是由于不同地域和氣候條件差異造成的。

本研究選擇黃瓜11個指標和甜瓜10個指標評價不同灌溉策略的優劣，在使用多指標綜合評價時，關鍵要準確客觀的確定各項指標的權重，本研究采用CRITIC賦權法為溫室黃瓜和甜瓜各項指標賦權，對不同指標間的差異性和關聯性分析，得到各項指標的信息量和權重，克服了主觀賦權法和熵權法的缺陷，所得權重更加客觀可靠。通過計算發現黃瓜的平均果長和甜瓜的產量指標權重最高，而指標權重最低。TOPSIS是一種多目標決策方法，能夠正確、有效地評價規劃方案的優劣，因此在灌溉施肥計劃、水利、工程等領域得到廣泛應用，具有真實、直觀、可靠的優點。目前基于TOPSIS方法評價溫室灌溉制度的研究主要集中在單一模型方面，如Li等[11]以溫室番茄產量、作物水分生產力、氮素利用效率和果實品質為評價指標，根據各因素的重要性設置權重，結合TOPSIS提出高產優質番茄的最優施肥策略；Liu等[24]利用TOPSIS方法，通過平衡產量、果實品質和之間的關系，優化了溫室番茄的灌溉頻率和灌溉量；Luo等[25]基于TOPSIS方法評價了3種滴灌方式與5種氮肥組合下的番茄產量、品質和。本研究采用CRITIC和TOPSIS組合評價法對溫室滴灌黃瓜和甜瓜進行了綜合評價后發現，溫室黃瓜采用0.9p的灌水量，而溫室甜瓜采用0.7p的灌水量可實現果實形態、品質、產量和水分利用效率的最優化。

4 結論

1）溫室滴灌黃瓜的單果質量、單株果數和平均果長隨著灌水量的減少而顯著降低，但平均果徑卻相反。采用較低（0.5p）或較高（1.1p）的灌水量均會降低溫室甜瓜的形態指標，灌水量為0.9p時甜瓜的各項形態指標最優。

2）溫室黃瓜和甜瓜的均隨著灌水量的增加而下降，黃瓜灌水量為0.7p和0.9p時各項品質指標無顯著性差異，但0.5p灌水量卻大幅提高了黃瓜品質，甜瓜的最大c、可溶性糖和可溶性蛋白質均出現在灌水量為0.7p處理。

3）溫室黃瓜的灌水量為0.9p時可獲得最大產量（96.1 t/hm2），但和卻比最大值低17.9%和32.2%。灌水量為0.9p和1.1p時溫室甜瓜產量無顯著性差異，但0.9p的和卻顯著較1.1p高9.2%和16.3%。黃瓜和甜瓜權重最高的指標分別是平均果長和產量，分別為14.66%和16.96%，本試驗條件下利用CRITIC-TOPSIS綜合評價法得出溫室黃瓜和甜瓜的最優灌水量分別為0.9p和0.7p。

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Optimizing Irrigation Scheduling for Greenhouse Crops Using the CRITIC-TOPSIS Framework

WANG Hongfei, LI Yanbin*, LIU Tengfei, DING Jiale, GONG Xuewen*

(School of Water Conservancy, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450046, China)

【Objective】Greenhouse agriculture relies on irrigation and optimizing irrigation to balance crop yield and quality is critical to maximizing its profitability. Taking cucumber and melon as an example, we propose to optimize the irrigation based on evaporation measured from standard 20 cm evaporation pan (p) and other factors.【Method】The experiment is carried out in a drip-irrigated greenhouse. It compares four irrigation treatments with the irrigation amount setting at 50 (I5), 70 (I7), 90 (I9) and 110% (I11) ofprespectively. In each treatment, we analyze the changes in morphological and quality indexes of the fruits, as well as yield and water use efficiency (). The optimal irrigation for each crop is determined using the CRITIC-TOPSIS framework.【Results】①I7 and I9 increase the weight and diameter of the cucumber significantly compared with other treatments, but at the expense of fruit numbers and fruit length. For the melon, I9 is optimal for improving morphological traits of the fruits. ②Increasing irrigation amount reduces the total soluble solids (), vitamin C (c), soluble sugars content () and soluble proteins content () in the cucumbers. For the melon, itsc,andpeakes in I7, andmaximizes in I5. ③The maximum cucumber yield is 96.1 t/hm2, achieved in I9, with itsand irrigation water use efficiency () being 17.9% and 32.2% respectively less than those in I5. There is no significant difference in melon yield between I9 and I11, but theandof the former are 9.2% and 16.3% higher than those in the latter.【Conclusion】Comprehensive evaluation using 11 indicators for the cucumber and 10 for the melon shows that the optimal irrigation for the greenhouse cucumber and melon is to irrigate 90% and 70% of water evaporated from the 20 cm standard evaporation pan installed in the greenhouse, respectively.

CRITIC-TOPSIS comprehensive evaluation method; fruit morphology; yield; quality; water use efficiency

1672 - 3317（2023）02 - 0052 - 08

S274.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022600

王宏飛, 李彥彬, 柳騰飛, 等. 基于CRITIC-TOPSIS綜合評價法優化溫室作物灌溉策略[J]. 灌溉排水學報, 2023, 42(2): 52-59.

WANG Hongfei, LI Yanbin, LIU Tengfei, et al. Optimizing Irrigation Scheduling for Greenhouse Crops Using the CRITIC-TOPSIS Framework[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(2): 52-59.

2022-10-25

國家自然科學基金項目（52179015）；河南省重點研發與推廣專項（192102110090）

王宏飛（1992-），男。碩士研究生，主要從事農業水資源高效利用方面的研究。E-mail: 718729456@qq.com

李彥彬（1973-），男。教授，博士生導師，主要從事農業水資源高效利用方面的研究。E-mail: liyb101@sina.com

龔雪文（1987-），男。講師，碩士生導師，主要從事作物水分生理與高效利用方面的研究。E-mail: gxw068@126.com

責任編輯：趙宇龍