鮮食玉米品種的TOPSIS 法綜合評價及飼用價值探討

耿智廣， 張金霞， 高 鈺， 李 峰， 李曉莉

（1.慶陽市農業(yè)科學研究院，甘肅西峰 745000；2.華池縣蔬菜產業(yè)辦公室，甘肅華池 745600）

我國鮮食玉米的種植區(qū)域主要分布在東北三省、京津冀、甘肅、江浙滬、四川、重慶、貴州、云南、廣西和廣東等地。 鮮食玉米經(jīng)濟價值及加工價值較高，《全國種植業(yè)結構調整規(guī)劃（2016—2020年）》提出，促進玉米結構調整，適當發(fā)展鮮食玉米，到2020 年種植面積達100 萬hm2（周文期等，2018；胡建廣等，2004），目前，鮮食玉米種植面積已突破134 萬hm2， 成為全球第一大鮮食玉米生產國和消費國（徐麗等，2022；宋俏姮等，2020）。

甘肅近幾年隨全膜雙壟溝播栽培技術和復種等栽培模式成功推廣， 鮮食玉米種植面積逐年擴大（賀峰，2008；史振聲2006），逐漸成為鮮食玉米生產和消費大省， 因其土地條件非常適合玉米生長，玉米生產設備齊全、農民生產經(jīng)驗豐富，鮮食玉米產業(yè)發(fā)展很快（陳碧梅等，2015）。鮮食甜玉米籽粒含糖量比普通玉米高出10 倍以上，油分含量高于普通玉米，富含蛋白質和維生素，果穗不但可鮮食，也可做罐頭和速凍食品，青苞收獲后的莖葉為奶牛場的上好青貯飼料（王顥，2017）。 另一方面， 種植鮮食玉米利潤空間巨大， 其利潤率可達81%（韓學偉等，2020），因其風味獨特，口感鮮嫩香甜，營養(yǎng)價值高，經(jīng)濟效益好，種植鮮食玉米收獲鮮穗52500 ～60000 個/hm2， 經(jīng)濟效益可達到20000 ～25000 元/hm2（王亞靜等，2022），而這僅是果穗收益。 由于鮮食玉米收獲較早，采摘后莖葉持綠性好、營養(yǎng)豐富，可作為牲畜的優(yōu)質飼料，有利于當?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展。但目前鮮食玉米的研究工作多集中在育種、栽培等方面，將鮮食玉米飼用價值提到和果穗價值同樣重要層面的研究較少。本研究在確定鮮食玉米果穗生產價值不受影響的情況下，充分探討其飼用價值的開發(fā)，為鮮食玉米的飼用價值最大化、提高單位面積土地產出率提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 2017 年引進鮮食玉米品種15 個作為供試材料，其名稱及來源見表1。

表1 鮮食玉米供試材料

1.2 試驗地點及土壤狀況 試驗于2017 年在慶陽市農業(yè)科學研究院和盛科研基地（甘肅寧縣和盛鎮(zhèn)） （35°25＇N，107°48＇）進行。該區(qū)海拔1173 m，年均溫度9.1 ℃，年日照時數(shù)2449.2 h，≥10 ℃積溫2725 ℃，年日照2380 h，無霜期160 ～180 d。 屬西北半濕潤偏旱區(qū)。年均降水量600 mm 左右，主要集中在7 ～9 月份。

試驗地土壤為黑壚土，含有機質11.8 g/kg，全氮0.97 mg/kg，堿解氮93 mg/kg，速效磷15 mg/kg，速效鉀22 mg/kg。播前深翻，施農家肥2800 kg/hm2、磷酸二銨300 kg/hm2、硫酸鉀75 kg/hm2，隨后旋耕覆膜，5 月1 日播種，播種深度3 ～5 cm。 苗期和大喇叭口期各人工除草一次。

1.3 試驗設計 隨機區(qū)組設計，三次重復，小區(qū)面積3 m×7 m=21 m2， 鮮食玉米種植株距32 cm，行距50 cm。

1.4 測定項目和方法

1.4.1 生育期 出苗期： 全區(qū)發(fā)芽出土高約3 cm左右的穴數(shù)達50%的日期。 抽雄期：從出苗期到全區(qū)50%的植株雄穗尖端露出頂葉的天數(shù)。 吐花絲期： 從出苗期到全區(qū)50%的雌穗抽出花絲的天數(shù)。采收期：散粉后的第23 天采收，前后不超過3 d。

1.4.2 特征特性 株高： 乳熟期連續(xù)取小區(qū)正常株10 株，測量從地表至雄穗頂端的高度，取平均值。穗位：乳熟期連續(xù)取小區(qū)正常株10 株，測量從地表至果穗柄著生節(jié)高度，取平均值。 穗長：小區(qū)內連續(xù)取10 個正常果穗，測定從穗基部到穗頂端的長度，取平均值。穗行數(shù)：小區(qū)內連續(xù)取10 個正常果穗，數(shù)果穗中部籽粒行數(shù)，取其最大值和最小值。行粒數(shù)：小區(qū)內連續(xù)取10 個正常果穗，數(shù)果穗上從穗基至穗頂一行的籽粒數(shù)，求平均值。 產量：每小區(qū)收獲中間3 行，稱果穗和秸稈鮮重，折算小區(qū)產量，并折算成公頃產量。

1.4.3 果穗品質評價 參照GB/T 5492 標準進行果穗品質評價。

1.4.4 果穗、 秸稈產量及品質的綜合評價 采用Topsis 法進行綜合評價，具體步驟如下（舒澤兵，2022；邵美紅，2017）：

設有n 個處理，m 個性狀，建立評價決策矩陣A：

（1） 由矩陣A 構造規(guī)范化的決策矩陣Z'，其元素為Z'ij，且有：

（2）構造規(guī)范化的加權決策矩陣Z，其元素為Zij：

（3）確定正理想解與負理想解：

（4）計算各處理與理想解的相近度：

與正理想解的相近度

與負理想解的相近度

與理想解的相對接近度

1.5 數(shù)據(jù)分析 試驗數(shù)據(jù)采用Excel 進行整理，SPSS 19.0 軟件進行統(tǒng)計分析，LSD 法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同鮮食玉米品種的生產性能分析

2.1.1 生育期 15 個鮮食玉米生育期見表2，所有玉米品種播種期均在5 月3 日， 出苗期也基本一致， 在6 月底進入喇叭口期的品種有CT618、QC1、JNJ 三個品種，CT1、JYN 兩個品種喇叭口期在出現(xiàn)在7 月1 日，其采收期也相對較早，出苗到采收總天數(shù)不到100 d。 生育期最長的是JXN，采收期到8 月29 日，采收期天數(shù)達到118 d。總的來說糯玉米育周期普遍較長。

2.1.2 田間表現(xiàn) 15 個品種中，田間綜合評定較好的品種有 MT1、BM68、MN75、JXN、CT618、CT518、ZH5 7 個品種，試驗中無倒伏，植株整齊度較好（表3）。這7 個品種中株高最高的是MT1，達到266 cm，其次是FRC，株高為255.5 cm ，QC1、FRJ 株高均在240 cm 以上。

表3 2017 年鮮食玉米各品種田間表現(xiàn)

2.1.3 產量性狀 15 個引進品種中， 鮮穗產量最高的品種是BM68， 達14463.8 kg/hm2， 其次是FRC，產量達14307 kg/hm2，第三位是MT1，產量達13819.5 kg/hm2， 排前5 位的還有CT518 和JNJ 兩個品種，各品種之間差異顯著（P ＜0.05）（表4）。

2.1.4 秸稈產量 由表4 可知， 鮮食玉米收獲后鮮秸稈產量最高的是FRC，達48412.5 kg/hm2，其次是CT518， 達46669.5 kg/hm2， 第三是MT1，達40672.5 kg/hm2，且各品種之間產量差異顯著（P ＜0.05）。 所有品種在鮮穗收獲后秸稈都表現(xiàn)出較好的持綠性。

2.2 不同鮮食玉米品種的綜合評價 對15 個品種生育期、產量、品質等單向指標進行了方差分析，明確了各品種在這些指標上的差異。 在此，取收獲時期、株高、穗長、品質綜合評分、果穗產量、秸稈產量六個指標，整理成綜合評價指標表格（表5）。品質總分中CT1、CT518、FRC 三個品種最高，均為83 分， 其次為MT1， 品質總分為82 分，BM68品質總分為81 分。 FRJ、CT618、CT1825、JNJ 等四個品種品質總分80 分。

表5 鮮食玉米各品種品質評價

2.3 K-means 聚類分析 對收獲時期、 株高、穗長、品質綜合評分、果穗產量、秸稈產量六個指標，用K-means 算法進行聚類分析，類別設定為三類，迭代次數(shù)為20， 期望找出綜合指標能滿足果穗產量、品質及秸稈產量較優(yōu)的類。 分析結果見表6，15個品種共分為3 類，第1 類MT1、BM68、JNJ，第2類CT518、FRC，其他品種歸為第3 類（表6）。

表6 K-means 聚類分析成員

將15 個成員聚成3 類， 其各指標方差可見（表7），采收期天數(shù)、株高、穗長F 測驗沒有顯著性，品質總分、鮮穗產量、秸稈產量三個指標則表現(xiàn)出顯著性， 說明選中的聚類最大化的差別主要來自后面三個指標。

表7 K-means 聚類方差分析

對第3 類的10 個成員進行了系統(tǒng)聚類 （圖1）， 其中CT618、CT825、FRJ、ZH5 四個品種表現(xiàn)相近。

圖1 類群3 品種的系統(tǒng)聚類分析樹狀圖

2.4 TOPSIS 分析 TOPSIS 分析也取收獲時期、株高、穗長、品質綜合評分、果穗產量、秸稈產量六個指標（表8），在反映鮮食玉米果穗產量、品質的基礎上充分考慮秸稈產量， 株高是秸稈產量的重要指標之一，因此也作為一個評價決策指標。由這6 項指標建立評價決策矩陣A。

鮮食玉米采收期天數(shù)以較小為好，生產中有利于提前上市，因此先用差值法（max-x）對其進行了正向化處理，再由矩陣A 算出規(guī)范化矩陣Z'。

權重向量以各項指標的重要性賦值，其WT={0.1 0.1 0.1 0.2 0.25 0.25}，得到規(guī)范后的加權矩陣Z 為：

由矩陣Z 確定最優(yōu)方案和最劣方案：

表8值及排序排序結果3 BM680.0260160.0134280.340445 FRJ0.0297970.0072640.195997 MN750.0344200.0055150.1381011 JXN0.0325430.0064720.1658810 CT10.0354450.0050080.1238012 CT6180.0309200.0066040.175989 CT5180.0034560.0330980.905462 SB100.0354700.0032340.0835614 CT18250.0305650.007420.195348 ZH50.0288440.0080130.217416 FRC0.0002760.0363990.992481 JYN0.0335100.0032130.0874913 JNJ0.0160290.0207660.564374 QC10.0341180.0024530.0670715編碼MT10.0136550.0232120.62962

從表9 可以看出， 把Ci排序得，CFRC＞CCT518＞CMT1＞CJNJ＞CBM68＞CZH5＞CFRJ＞CCT1825＞CCT618＞CJXN＞CMN75＞CCT1＞CJYN＞CSB＞CQC1。

表9 綜合評價較高的6 個鮮食玉米品種秸桿營養(yǎng)及相對飼料價值 %

2.5 綜合評價較高的6 個鮮食玉米品種秸桿營養(yǎng)及相對飼料價值 將聚類分析1、2 類包含的5 個品種，結合TOPSIS 綜合評價排序結果，將排前6 的品種秸稈進行了營養(yǎng)含量及飼料價值測定， 其結果見表9，F(xiàn)RC 的粗蛋白質含量達12.886%，6 個品種的粗蛋白質含量均在10%以上。相對飼料價值CT518 和MT1 低于100 外，其他4 個品種均高于100，飼料價值較高。 飼草品質ZH5 最高，達151%。

3 討論

3.1 鮮食玉米品種的生產性能分析 優(yōu)質新品種篩選是品種推廣應用的基礎， 對促進品種更新及配套標準化栽培技術的研究具有重要意義（趙小敏等，2022）。 產量與性狀之間存在著千絲萬縷的聯(lián)系（劉天龍等，2020；孫少利等，2020），既要關注產量等主要指標， 又要協(xié)調各農藝性狀之間的關系（劉世敏等，2020）。 本文中研究比較了15 個鮮食玉米品種的生育期，作為選種的參考，重點對采收期長短進行了方差分析， 以便生產中選取最佳生育期的品種。 對鮮食玉米來說采收期天數(shù)短比較好，可早于其他品種上市，也可作為復種品種來提高土地的利用率， 因此收獲時期是品種的競爭力的一個方面。生育期最長的是JXN，采收期到8 月29 日，生育期達到118 d，最短的是CT518，生育期達到83 d， 兩個品種的收獲期相差35 d。總的來說鮮食玉米中糯玉米生育周期普遍較長。田間綜合評定較好的品種有MT1、BM68、MN75、JXN、CT618、CT518、ZH5 7 個品種， 試驗中無倒伏，植株整齊度較好。

在引進品種的生產性能比較中， 鮮穗產量最高的品種是BM68， 達14463.8 kg/hm2， 其次是FRC，產量達14307 kg/hm2，第三位是MT1，產量達13819.5 kg/hm2。 鮮食玉米收獲后鮮秸稈產量最高的是FRC，達48412.5 kg/hm2，其次是CT518，達46669.5 kg/hm2，第三是MT1，達40672.5 kg/hm2，且三個品種在鮮穗收獲后秸稈都表現(xiàn)出較好的持綠性。 品質評價共有7 個指標， 總分中CT1、CT518、FRC 三個品種最高，均為83 分。 這些分析對單個品種在單項選擇時可以提供幫助， 要么選擇產量，要么選擇品質，秸稈產量僅在選種時具有參考價值，無法用其進行決策。

3.2 鮮食玉米品種的綜合評價 要保證鮮食玉米所選品種的高產、優(yōu)質且具有一定的飼用價值，需對每一個品種進行綜合評價， 本研究選取收獲時期、株高、穗長、品質綜合評分、果穗產量、秸稈產量六個指標， 用K-means 算法進行聚類分析，設定三類，迭代次數(shù)為20，期望找出綜合指標能滿足果穗產量、品質及秸稈產量較優(yōu)的類。通過分析將15 個品種共分為3 類， 第1 類MT1、BM68、JNJ，第2 類CT518、FRC，其他品種歸為第3 類。第1 類和第2 類的5 個品種結合前面分析， 發(fā)現(xiàn)都具有產量、品質及飼草價值等綜合性能好的特點，1 類傾向于鮮穗生產，2 類傾向于飼草生產， 但僅能得出這一結論。 K-means 算法簡單， 收斂速度快，但得到的結果是局部最優(yōu)而不是全局最優(yōu)解，聚類準則單一， 不能綜合考慮每個類內樣本的相似性（楊娜等，2014）。

為了進一步了解各品種果穗產量、 品質及飼草價值，采用TOPSIS 法對15 個品種進行綜合分析（費永紅等，2017；盧華兵等，2012），取收獲時期、株高、穗長、品質綜合評分、果穗產量、秸稈產量六個指標， 收獲時期如前面討論在一定程度上影響品種的市場競爭力。 穗長作為果穗產量的輔助指標，株高是秸稈產量的輔助指標，綜合評價權重賦值時充分考慮產量，其次是品質，將收獲期、株高、穗長權重確定為0.1，品質權重為0.2，鮮穗產量、秸稈產量權重為0.25。 綜合分析后Ci排序的前6 位為，CFRC＞CCT518＞CMT1＞CJNJ＞CBM68＞CZH5， 這6個品種均表現(xiàn)較好的綜合生產能力， 而K-means聚類中的第2 類2 個品種排在前2 位， 第1 類中的三個品種排在了3、4、5 位。 兩種方法相互印證和補充。

3.3 鮮食玉米品種營養(yǎng)綜合評價 將聚類分析和TOPSIS 綜合評價排序結果排前6 的品種秸稈進行了營養(yǎng)含量及飼料價值測定，F(xiàn)RC 的粗蛋白質含量達12.886%，6 個品種的粗蛋白質含量均在10%以上。 相對飼料價值CT518 和MT1 低于100 外，其他4 個品種均高于100，飼料價值較高。飼草品質ZH5 最高，達151%。前人研究優(yōu)質青貯玉米有粗蛋白質含量達12.80%的報道（郭江等，2022）， 大多數(shù)報道的粗蛋白質含量在4% ～8%（侯燕紅等，2022；王曉春，2022）。我國青貯玉米分級指標包括CP、ADF、NDF 和淀粉含量，分級標準為： 一級青貯玉米NDF 含量≤45%，ADF 含量≤23%，淀粉含量≥25%，CP 含量≥7%；二級青貯玉米NDF 含量≤50%，ADF 含量≤26%， 淀粉含量≥20%，CP 含量≥7%； 三級青貯玉米NDF 含量≤55%，ADF 含量≤29%， 淀粉含量≥15%，CP含量≥7%（全國畜牧總站，2010）。可以看出，優(yōu)質的青貯玉米應具有較高的CP 和淀粉含量， 較低的ADF 和NDF 含量。這是因為CP 是氮素營養(yǎng)的主要來源， 對于飼料和飼草的營養(yǎng)價值具有決定作用（侯湃等，2021；王運濤，2020）。6 個品種中除CT518 外其余品種NDF 含量均小于55%， 達到三級水平，但所有品種的ADF 均高于29%，達不到三級水平。 6 個品種的淀粉含量均較低，僅為一級水平的10%左右，可能因不帶果穗所致。 所以鮮食玉米秸稈因其遠高于普通青貯玉米的蛋白含量、 較低的NDF 含量及較高的相對飼料價值和飼草品質，具有極大的開發(fā)利用價值，但因其較低的淀粉含量， 不能完全等同于青貯玉米，作飼草使用時還需區(qū)別對待，具體如何利用還需做進一步研究。

4 結論

在引進品種的生產性能比較中， 鮮穗產量最高的品種是BM68， 達14463.8 kg/hm2， 其次是FRC，產量達14307 kg/hm2，第三位是MT1，產量達13819.5 kg/hm2。 鮮食玉米收獲后鮮秸稈產量最高的是FRC，達48412.5 kg/hm2，其次是CT518，達46669.5 kg/hm2，第三是MT1，達40672.5 kg/hm2，且三個品種在鮮穗收獲后秸桿都表現(xiàn)出較好的持綠性。品質評價共有7 個指標，總分中CT1、CT518、FRC 三個品種最高，均為83 分。

用K-means 算法進行聚類分析將15 個品種共分為3 類， 第1 類MT1、BM68、JNJ， 第2 類CT518、FRC，兩類所含品種相對于其他品種，均表現(xiàn)出較好的綜合生產能力（果穗產量、品質和飼草產量），第1 類傾向用于高品質鮮穗生產，第2 類傾向用于飼草生產。

用TOPSIS 法對15 個品種進行綜合分析，Ci排序為CFRC＞CCT518＞CMT1＞CJNJ＞CBM68＞CZH5＞CFRJ＞CCT1825＞CCT618＞CJXN＞CMN75＞CCT1＞CJYN＞CSB＞CQC1。

綜合評價前6 的品種中，F(xiàn)RC 的粗蛋白質含量達12.886%，6 個品種的粗蛋白質含量均在10%以上。 相對飼料價值CT518 和MT1 低于100外，其他4 個品種均高于100，飼料價值較高，飼草品質ZH5 最高，達151%。