基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法對云南雜交玉米新組合的評價分析

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

(1.云南省農業科學院質量標準與檢測技術研究所,云南昆明 650205; 2.大理白族自治州農業科學推廣研究院,云南大理 671005;3.云南省綠色食品發展中心,云南昆明 650032; 4.云南農業大學農學與生物技術學院,云南昆明 650201)

目前,主要農作物新品種審定前要進行2年區域試驗和1年生產試驗,通過試驗對新品種進行評價,再決定是否通過。但在新品種審定過程中主要以新品種產量為依據,沒有將農作物新品種的主要農藝性狀作為重要考量指標,也沒有用統一的分析方法對新品種各農藝性狀的表現進行評價分析。所以提高除產量以外的主要性狀表現在品種審定中的評價占比顯得非常重要,并且探索一種比較產量的同時兼顧其他性狀表現的評價方法具有必要性。本研究用基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法對53個雜交玉米材料進行評價分析,旨在分析基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法在玉米新組合評價中的應用效果,并通過對52個雜交玉米新組合作出客觀準確的評價分析,為雜交玉米新組合的轉化利用和種植推廣提供科學理論依據。我國到目前為止,均沒有統一的作物區域試驗評價方法,不同農作物區域試驗分析方法不同,同種農作物不同主持單位使用的評價分析方法也不盡相同[1]。當前在玉米區域試驗中主要使用的分析工具有SPSS、SAS、DPS等軟件[2-4],主要采用的評價方法有方差分析、AMMI模型、因子分析、主成分分析、GGE雙標圖法等[5-7],但這些分析軟件及評價方法均存在各自的不足之處,在評價分析品種與環境互作方面有較大局限性,未能從新品種選育推廣角度進行全面評價[1,8-9]。而且全國各地對玉米區域試驗的數據分析大多是聚焦在品種產量上,其他性狀指標對評價結果影響不大。DTOPSIS法和灰色局勢決策法在玉米[10]、小麥[11-12]、大豆[13]、馬鈴薯[14-15]等農作物的評價分析中有廣泛應用,但傳統的DTOPSIS法和灰色局勢決策法計算指標對目標效果貢獻時采用等權賦值或根據經驗進行賦值,受主觀因素影響較大[16]。在已報道的相關研究中,齊建雙等運用基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法對河南省玉米區域試驗的18個品種進行探討,建議玉米區域試驗中采用多種評價方法相結合,在確保審定品種產量的基礎上,降低品種在實際種植過程中的風險[2]。在其他作物上許多研究表明[17-18],基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法的評價結果比較客觀科學,且能避免主觀因素在評價分析中的影響。基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法在云南玉米雜交種上的評價應用還未有報道,本研究是有關云南玉米雜交種上應用探討的首次報道,并且選擇的材料較齊建雙等[2]要更加豐富。本研究以52個雜交玉米新組合和對照品種(海禾2號)為材料,測試了53個試驗材料的14個重要性狀和指標,并基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法對53個雜交玉米材料進行評價分析,再結合產量性狀,旨在分析2種分析方法在雜交玉米新組合評價中的應用效果,擬篩選出該52個雜交玉米新組合中綜合表現俱佳的組合,為雜交玉米新組合的轉化利用和種植推廣工作提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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

1.2 試驗地概述及田間設計

試驗地點在云南省大理市喜洲鎮六綠農業科技種植專業合作社農業基地,海拔為1 940 m,地理坐標為25.84°N,100.14°E。田塊耕作層深厚,為沙壤土質,土壤酸堿度為中性,試驗地排水灌溉設施條件齊全,整塊土地肥力均勻且中等偏上。試驗田塊面積較大,為盡可能保證相同肥力,施肥時進行局部控制。試驗采用隨機區組設計,設置3次重復,5行區,小區面積20 m2,行距為0.8 m,行長5 m,定苗時每行留24株,種植密度60 030株/hm2。設置海禾2號為對照品種(CK),四周種植2行保護行。考慮到參試品種較多,將52個玉米新組合分為6組,每組試驗中均種植對照品種。實收中間3行計產(面積為12 m2),取10包待晾干后進行考種。

1.3 性狀調查

本試驗需調查玉米的14個重要性狀和指標,田間調查性狀有5個,分別為生育期、株高、穗位高、雄穗分枝、單株有效穗;室內考種和計算的指標性狀有9個,分別為穗長、穗粗、禿尖、穗行數、行粒數、百粒質量、出籽率、單穗粒質量、產量。按《云南省普通玉米聯合體試驗調查項目和標準》采集數據。

1.4 數據處理與分析

對照品種(海禾2號)以6組試驗結果的平均值參與分析,并參考齊建雙等的評價模型[2]對53個試驗材料進行基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法的評價分析。基于熵權的DTOPSIS法得到的Ci值越大,通過基于熵權的灰色局勢決策法得到的綜合優勢量化值rij越大,表示該組合越接近育種的理想目標。最后篩選出產量超過對照品種,且Ci值、rij值排名為前25%,即排名在前13的雜交玉米新組合,擬建議可以對其進行示范和推廣種植。

2 結果與分析

2.1 DTOPSIS法評價結果

2.1.1 評價矩陣構建 將53個雜交玉米材料的14個指標性狀表現的平均值構建成表1,品種(組合)以產量從高到低排列,即為評價矩陣A。從表1可以看出,52個雜交玉米新組合中云良11號產量最高,為16 409.85 kg/hm2,惠單6號產量最低,為 9 091.20 kg/hm2,對照品種(海禾2號)產量為 12 013.05 kg/hm2, 有31個雜交玉米新組合產量高于對照品種產量。增產最少和最多組合分別為黔農1907、云良11號,較對照品種增幅分別為0.05%、36.60%;減產最少和最多組合分別為盛禾985、惠單6號,較對照品種降幅分別為0.91%、24.32%;52個雜交玉米新組合中產量最低組合比產量最高組合減產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個參試雜交玉米品種(組合)各指標性狀表現的平均值(矩陣A)

2.1.2 各指標性狀的熵權和權重分析 根據評價矩陣A,采用夏來坤等的評價方法[19]先進行無量綱化處理,再通過計算得到14個指標性狀的熵權和權重結果。由表2可知,指標禿尖的權重值最大,為0.684 1,指標出籽率的權重值最小,為 0.000 7。

表2 53個雜交玉米品種(組合)14個評價指標的熵權和權重

2.1.3 玉米參試組合理想解的相對接近度計算 53個玉米品種(組合)理想解的相對接近度結果見表3。由表3可知,Ci值最大的組合為云良10號,其產量排名第20,比對照增產,說明該組合性狀表現非常好,但產量表現在本試驗中不是很突出,可通過其他方式達到進一步增產的可能性非常大。Ci值排名第2至第4的3個組合產量均低于對照品種產量,說明這3個組合的環境穩定性也非常突出,但產量不達標。產量最高的云良11號,Ci值排名第8,說明該組合不僅產量高,其各性狀在環境中的綜合表現也不錯。云良11號、聚玉5號、云良10號、鑫禾豐1號、瑞興673和貝玉002 6個雜交玉米新組合Ci值排名在前25%,且產量均超過對照品種。

表3 53個雜交玉米品種(組合)DTOPSIS法計算結果

2.2 灰色局勢決策分析結果

通過計算53個雜交玉米材料的加權綜合效果測度值,即為各品種(組合)的綜合優勢量化值rij(表4)。結果顯示:rij值最大的組合為云良10號,其產量排名為第20,比對照增產;rij值排名在第2至第4的3個組合產量均低于對照品種產量,產量不達標;產量最高的為云良11號,rij值排名也比較靠前,為第5,說明該組合不僅產量高,其各性狀在環境中的綜合表現也很好,比較接近育種的理想目標。云良11號、聚玉5號、云良10號、鑫禾豐1號、瑞興673和貝玉002 6個雜交玉米新組合rij值排名在前25%,且產量超過對照品種。

表4 53個雜交玉米品種(組合)灰色局勢決策法計算結果

2.3 基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法評價結果的比較分析

將53個雜交玉米材料基于熵權的DTOPSIS法得到的Ci值和灰色局勢決策法得到的綜合優勢量化值rij作折線圖(圖1)。由圖1可知,2條折線走勢幾乎一致,說明53個雜交玉米材料在2個不同的評價分析結果中的相對得分值非常接近。R2=0.984 0,說明基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法的2個評價結果間存在極顯著的正相關關系。

3 討論與結論

3.1 雜交玉米新組合的14個指標性狀表現分析

參試的53個雜交玉米新品種(組合)在14個指標性狀上表現非常多元化。53個雜交玉米新品種(組合)在穗長、穗粗、禿尖等性狀上的平均表現也呈現多樣性分布,好、中、差均有存在。由此可知,參試的53個雜交玉米新品種(組合)間存在非常明顯的差異,說明試驗材料間可能存在較大的遺傳差異,具有不同的遺傳背景,這可能也是近年來有更多的玉米種質資源被開發利用的結果[20],也說明本研究所選的材料代表性較高。

朝禾188、黔農1903、云合6號、定單1號等新品種(組合)的株高非常高,云合8號、洱之玉8859、云合6號、惠單6號等新品種(組合)的穗位高接近株高的1/2,這對品種抗倒伏非常不利,在實際情況中一般不建議推廣此類品種,因為種植高穗位的品種會大大增加田間管理強度和風險。但在目前的品種審定中主要考慮品種產量,有時會忽略這種情況。禿尖指標的權重相對偏高,為0.684 1,是因為禿尖數據的分散度相對較高,范圍為0.1～2.4 cm,這與吳玥等報道的結果[17]相一致。農作物性狀的調查分析是作物區域試驗的重要手段,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]。故在對新品種進行評價時,應考慮各測試性狀指標的綜合表現,而不是僅僅參考產量表現,這樣在很大程度上會減少新品種推廣種植過程中存在的風險[9]。本研究在試驗設計時,由于考慮到財力物力有限,選擇的材料有限,一定程度上限制了研究結果的說服力。

3.2 基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法評價結果分析

基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法評價中,53個雜交玉米材料的Ci值與rij值最高值均高于齊建雙等的研究結果[2]。有的新品種(組合)產量排名相對靠前,但Ci值與rij值排名靠后,有的新組合產量排名靠后,Ci值與rij值排名卻靠前;說明有些組合產量表現不錯,但其他性狀綜合表現不佳,有些組合性狀綜合表現很好,產量卻不達標,與齊建雙等的結果[2]相似,建議此2類新品種(組合)在品種審定中不應被晉級。為降低新品種在推廣種植中的風險系數,我們應該綜合考量,篩選產量高及其他性狀表現俱佳的新品種(組合)進行示范和種植推廣[17]。

除此之外,從Ci值與rij值及其排名來看,當前在云南大多數地區玉米區域試驗中選用的對照品種(海禾2號)的各性狀綜合表現不好,一定程度上限制了對照品種的產量表現,降低了審定時的標準。為激勵廣大育種工作者追求更高的育種目標,建議選擇更優良的玉米雜交種作為對照品種,重新樹立一個新的標桿。

本研究中,基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法的2個評價結果非常接近,同一新組合在評價結果中的Ci值比rij值小,但在53個雜交玉米材料中的排名是相對一致的。2條折線走勢幾乎一致,說明53個雜交玉米品種在2個不同的評價分析結果中的相對得分值非常接近。R2=0.984 0,說明基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法的2個評價結果間存在極顯著的正相關關系。眾多學者已經對基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法有所報道,認為該評價模型是一個比較科學、合理和有效的決策方法[17],可以將其評價結果作為農作物新組合、新品種及其他種質資源評價的重要參考依據[2]。

3.3 結論

本研究中,對照品種(海禾2號)的產量及其他性狀綜合表現不好,建議在云南玉米區域試驗中選擇更優良的玉米雜交種作為對照品種,以提高玉米新品種審定標準。基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法對雜交玉米新品種(組合)的2個評價結果高度吻合,建議在進行玉米區域試驗、品種審定及品種示范推廣參考產量的同時,將基于熵權的DTOPSIS法和灰色局勢決策法評價結果作為考量新品種綜合表現的重要參考依據。根據52個雜交玉米新組合的產量及其他性狀的綜合表現,可以將云良11號、聚玉5號、云良10號、鑫禾豐1號、瑞興673和貝玉002 6個雜交玉米新品種(組合)進行推廣示范。