基于模糊Borda法评价昼夜温差对番茄秧苗生长的影响

黄 媛， 李瑜玲， 高欣娜， 武 猛， 杜亚茹， 康艺凡， 张 燕， 杨英茹， 李海杰

(1.石家庄市农林科学研究院/石家庄市农业信息化工程技术研究中心/河北省都市农业技术创新中心，河北石家庄 050041；2.北京农业信息技术研究中心，北京 100094)

番茄是喜温喜光作物，北方地区设施番茄种植茬口一般分为早春茬、秋冬茬、冬春茬等，秋冬茬番茄秧苗8月中旬至9月初定植，定植后秧苗抗逆性较差，夏末高温直接限制设施番茄的生长发育和品质形成，传统认为，番茄秧苗期适宜的温度范围为17～30 ℃，高于35 ℃会扰乱植株细胞内稳态、损害植物细胞膜、产生过量的活性氧(ROS)及代谢紊乱等，出现一系列不正常的生长发育现象，妨碍产量和品质的提升。因此不少学者开展了空气湿度、土壤湿度等环境条件以缓解高温胁迫方面的研究。杨世琼等通过拟合高温高湿胁迫下设施番茄光响应曲线，发现空气湿度增加至70%左右，可有效缓解41 ℃的日最高温度对设施番茄光合机制带来的损害。张洁等研究表明，120%ET的灌溉量可以维持亚高温下番茄幼苗较高的光合作用，缓解亚高温胁迫，提高幼苗质量。但提高空气和土壤湿度易增加番茄秧苗染病、造成徒长的风险，因此综合生产实际，开展番茄秧苗昼夜温差生长试验，通过调节农业设施夜晚温度缓解高温胁迫，提高番茄秧苗的生长质量。

多种维度的农艺指标可以反映番茄秧苗生长质量，例如简单指标(全株干质量、根质量、茎粗、叶面积等)、相对指标(茎粗/茎高、根质量/冠质量、冠质量/茎高等)、复合指标即壮苗指数、生理指标(生长函数、代谢活性、体内物质含量)。单一农艺指标的评价已经不能满足研究和种植的需要，基于不同学科运算逻辑的评价方法涌现。对多个指标的综合评价一般分为指标的选择、权重的确定、评分评价3个步骤，其中确定权重和评价评分的方法较多，常见的有基于经验的专家评价法，基于运筹学的层次分析法和模糊综合评价法，基于多元统计学的因子分析法，基于计算机科学的网络神经评价法，以及综合多种评价法的算法，例如基于专家评价的层次分析法、基于模糊综合评价的网络神经评价法等。张婧等利用主成分分析综合评价了不同复合基质对番茄幼苗生长、叶片生理及光合特性的影响，筛选出番茄适宜的育苗基质配方。申宝营等通过模糊综合评价方法研究不同时长的暗期补光对黄瓜幼苗的影响。胡田田等运用Broda法、Copeland法、模糊Borda法和基于整体差异的组合评价方法，构建番茄产量-品质组合评价模型。

不同评价方法由于运算原理不同，评价结果存在差异，本研究采用主成分分析法、信息量权重法、基于熵值法TOPSIS评价法、独立性权重法、CRITTIC权重法5种方法对不同昼夜温差处理下番茄生长、生理指标进行评价，再通过模糊Borda法综合各单一评价法的序值和排名信息进行综合评价，以寻找最为适宜番茄定植后苗期的昼夜温度条件。

1 数据来源与分析方法

1.1 数据来源

数据来源于2019—2020年在河北石家庄市农林科学研究院进行的16组番茄定植后苗期的昼夜温差栽培试验。试验采用大果型番茄合作906(抚顺市北方农业科学研究所育成)为试验苗材，在番茄苗5叶1心，由盘穴移栽至花盆度过缓苗阶段后开始试验，以昼均温(26、29、32、35 ℃)和昼夜温差(0、3、6、9 ℃)为试验因素，采用两因素交叉组合，利用人工气候室模拟不同昼、夜温度进行9 d的栽培试验，试验温度见表1。试验方案、数据测量方法参考文献[18]，试验材料的株高生长速率、茎粗生长速率、根冠比、壮苗指数、光合速率、蒸腾速率、水分利用率、气孔导度、光能利用率9项指标作为数据研究对象，具体见表2。

表1 试验昼、夜温度及温差设置

表2 供试材料生长、生理数据

1.2 模型构建

1.2.1 单一评价方法 采用主成分分析法、信息量权重、基于熵值法TOPSIS评价法、独立性权重法、CRITTIC权重法5种单一评价方法分别对番茄生长-生理指标进行权重划分和综合评分计算。

1.2.2 基于模糊Borda组合评价 模糊Borda法是针对不同评价方法的结果进行组合评价的方法，主要步骤包括事前检验(Kendall相关系数法)、组合评价、事后检验(Spearman相关性分析)。模糊Borda法的评价步骤为首先计算各单一评价方法对评价项目得分的隶属优度，即该评价方法决定其得到好的评价结果的能力。

式中：为第项在第种方法的得分；为第项在第种方法下属于“优”的隶属度。

计算第项处于位的模糊频数及模糊频率：

式中：为使用的单一评价方法数。

将排名名次转化为得分：

式中：为第项在位的得分；为评价项目总数。

计算第项的模糊Borda数得分。

=∑。

1.3 数据处理

试验数据利用SPSS 23.0及Excel 2007进行分析，其中显著性水平设置为=0.05，并通过Excel 2007软件进行表格绘制。

2 结果与分析

2.1 单一评价分析

通过主成分分析法、信息量权重法、基于熵值法TOPSIS评价法、独立性权重法、CRITTIC权重法对16组处理的生长、生理指标进行权重赋值和综合评分，评价结果和排名见表3。由表3可知，5种方法的评价值排名标准差在0～4.980之间，且无明显规律。其中T处理排名相差最大，标准差为4.980；T、T、T、T、T、T、T、T、T、T、T处理排名标准差介于1.000～4.000之间，排名略有不同；T、T、T处理排名标准差介于0.000～1.000之间，排名差距较小；T处理排名标准差为0.000，说明5种评价方法的排名一致。

表3 供试材料生长、生理参数基本表现

2.2 番茄单一评价模型的事前检验

采用Kendall相关系数对5种单一评价方法的序值进行检验，结果表明主成分分析模型与信息量权重、基于熵值法TOPSIS评价、独立性权重、CRITTIC权重共4项之间相关系数分别为0.467、0.200、0.367、0.283，并且值均大于0.05，意味着主成分分析模型与其他4种评价方法之间均没有相关关系。因此，剔除主成分分析模型的评价结果，对其他4种评价方法再次进行Kendall相关系数检验，结果表明信息量权重与基于熵值法TOPSIS评价、独立性权重、CRITTIC权重共3项之间全部均呈现出显著性，相关系数分别为0.667、0.833、0.783，并且相关系数均大于0，意味着信息量权重与基于熵值TOPSIS评价、独立性权重、CRITTIC权重共3项之间有着正相关关系。

进一步采用Kendall-W协和系数检验显著性，当协调系数越接近1时，说明数据之间的一致性较强。计算得到协和系数(表4)，说明4种单一评价一致性程度很高，满足事前一致性检验。

表4 单一评价模型序值Kendall相关系数

2.3 基于模糊Borda法的番茄产量-品质组合评价模型

通过模糊Borda法对信息量权重、基于熵值法TOPSIS评价、独立性权重、CRITTIC权重法4项单一评价方法的结果进行综合打分和排名，结果见表5。其中，T处理得分115.54，排名第1，即昼均温35 ℃、夜均温26 ℃的处理综合排名最好；综合排名最后一位的是T处理，即昼夜均温为35 ℃/35 ℃时，番茄苗生长、生理指标的综合评价最低。

表5 基于模糊Borda法综合得分及排名

2.4 番茄产量-品质的组合评价模型的事后检验

采用Spearman相关性分析对4种单一评价法与模糊Borda法的序值进行相关性检验，由表6可知，模糊Borda法与信息权重、熵值法、独立性权重、CRITTIC权重之间相关系数分别为0.926、0.950、0.979、0.997，并且相关系数值均大于0，意味着模糊Borda法与4种单一评价方法之间有着正相关关系，通过事后检验。

表6 Spearman等级相关系数事后检验

3 讨论与结论

本研究采用模糊Broda组合评价模型，将不同昼均温和昼夜温差处理下的番茄定植后苗期的9个生长、生理指标进行了综合评价，充分利用了番茄植株不同生长特征信息，综合了信息量权重法、基于熵值法TOPSIS评价法、独立性权重法、CRITTIC权重法4种单一评价方法的评价值和序值信息，克服了单一评价方法结论不一致的问题。结果表明，昼温35 ℃、昼夜温差9 ℃时， 番茄定植后苗期的生长、生理综合评价最优。但这一结论与通过主成分分析所得结论并不一致，这可能是由于昼温35 ℃为番茄苗期适宜生长的温度上限，植物经过非致死高温一段时间后，其耐热性得到明显提高，这种现象称为热锻炼，也叫耐热性获得，是提高植物耐热性的一个重要途径，由于植物生存在受到外界胁迫时，常通过补偿生长的方式来保护自身生存。关于高温对番茄生长的影响，袁昌洪等研究了金冠五号番茄品种在高温、高湿胁迫后的生长指标、抗氧化酶活性及叶绿素含量，结果表明32 ℃以下番茄生长呈超补偿。赵勇竣等以不同番茄品种为试材，在人工模拟高温环境下研究38 ℃高温在不同时长下对各品种番茄幼苗根长、株高、渗透调节物质含量、保护酶活性的影响，结果表明，SOD、POD、CAT活性总体表现为先升后降，高温处理5 d为各品种番茄幼苗感受高温胁迫的转折点。由此可见，番茄定植经过缓苗阶段后，适当进行白天高温胁迫，并增大昼夜温差可促进番茄植株生长。