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利用隶属函数模型评价黑龙江省大庆地区引进的20个紫花苜蓿品种

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刘淑霞郭永霞魏国江肖宇王晓飞孙宇峰石杰高宇关向军

摘要：采用模糊数学中隶属函数分析法对黑龙江省大庆地区引进的20个紫花苜蓿品种的15个生物学性状调查数据进行比较分析。结果表明，黑龙江省大庆地区引进的20个紫花苜蓿品种中综合表现良好的品种为龙牧803，其次为龙牧806，最差的品种为巨能耐湿。评价结果与田间长势和收获后获得草产量一致，可为黑龙江省大庆地区紫花苜蓿引种栽培和推广应用提供科学依据。

关键词：紫花苜蓿;产草量;隶属函数;生物学性状;综合评价

中图分类号： S541+.102.2 ?文献标志码： A ?文章编号：1002-1302（2020）10-0202-06

收稿日期：2019-05-30

基金项目：黑龙江省基本科研业务费专项（编号：ZNBZ2017ZQ03、ZNBZ2019DQ02）;黑龙江省大庆市指导性科技计划（编号：ZD-2016-123）。

作者简介：刘淑霞（1982—），女，河南平顶山人，博士研究生，副研究员，主要从事作物栽培学与耕作学研究。E-mail：258426121@qq.com。

通信作者：关向军，研究员，主要从事作物栽培和育种研究。E-mail：123722665@qq.com。

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）是世界栽培历史悠久的牧草品种，具有易于栽培、耐寒、抗逆性强、营养价值高、适口性好等特点，备受广大养殖户和饲料生产者的喜爱，紫花苜蓿本身也具有改良盐渍化土壤的作用[1-2]。黑龙江省是我国主要的畜牧大省之一，要推动粮经饲统筹、农林牧渔结合、种养加一体发展，推广粮改饲和种养结合模式，牧草的需求量就会加大。大庆地区地处黑龙江省西部，地广人稀，由于土壤盐渍化程度高，种植粮食作物和饲草植物在质量和产量上均会受到不同程度的影响[3-4]。种植优良的紫花苜蓿品种，不仅能起到改良土壤的作用，还能满足该地区对牧草的需求[5-6]。目前，虽然黑龙江省大庆地区种植不少紫花苜蓿地方品种，但是由于品种混杂、退化等，紫花苜蓿出现倒伏、低产等现象。因此，引进外来优良紫花苜蓿品种势在必行。紫花苜蓿的引种筛选试验和综合评价是选择适于当地种植的优质紫花苜蓿主栽品种的先决条件。紫花苜蓿在大庆地区适应性评价的影响因子很多，仅仅以某些单一生物学性状引进品种有失全面准确性，只有对紫花苜蓿的多个生物学性状进行综合评价，才能客观反映引进紫花苜蓿品种的综合表现。同时，综合表现结果可为紫花苜蓿种质资源评价提供数据支持。模糊数学隶属函数分析方法是对多种因素所影响的事物或现象的全体中每一个个体作出评价——赋予非实数表示的一个评价指标，通过对[0，1]区间的隶属函数值和权重值的关联，获得模糊转换矩阵后进行综合评价，该方法已经广泛应用于各种植物的引种筛选、新品种选育等试验中[7-11]。

本研究通过对引进20个紫花首宿品种的产草量、分枝数、茎叶比、越冬率、粗蛋白含量、粗纤维含量等15个生物学指标进行隶属函数评估法分析比较，旨在通过对引进的品种进行综合评价，筛选出适宜大庆地区盐渍化土壤种植的高产、优质、高效和抗逆性强的紫花苜蓿主栽品种和搭配品种，为该区大面积推广紫花苜蓿新品种提供科学的理论依据，也可为发展黑龙江省乃至我国畜牧业提供强有力的技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验在黑龙江省中西部大庆市让胡路区星火牧场试验种植基地进行[12-13]，该基地以黑钙土为主，是黑龙江省土地盐渍化比较严重的地区之一。地理位置为45°46′～46°55′N，124°19′～125°12′E，属大陆性季风气候。试验区域光照充足，四季分明，温差较大，年平均降水量约400 mm，有效积温约 2 600 ℃，无霜期约143 d。试验地前茬是玉米，秋收后进行深翻，耙平，耙细。土壤碱解氮含量为221.30 mg/kg、速效磷含量为16.90 mg/kg、速效钾含量为 101.50 mg/kg、有机质含量为7.32%，pH值为8.05。

1.2 试验材料

供试紫花苜蓿品种国内9份，国外11份，共计20份，紫花首宿品种及来源见表1。

1.3 试验方法

采用随机区组设计，3次重复，小区面积长 4.0 m、宽3.0 m，重复步道宽为1.0 m，区间道宽为0.5 m，周围设保护行。播种前灌溉增加底墒，供试的20个紫花苜蓿品种于2015年6月10日进行田间播种，播种量为1 kg/667 m2，人工条播，行距 20 cm，播深2 cm。试验统一播种，镇压和田间管理。每年分枝期、初花期分别灌溉（透灌）1次，人工除草3次，初花期進行刈割。2015年8月初、9月底进行2次刈割;2016年进行3次刈割，分别为6月中旬，7月下旬、9月中旬。

1.4 测定项目及方法

供试20个紫花苜蓿品种在不同生育时期进行农艺性状调查，参照庞丹波等的方法[14-16]进行，调查指标包括越冬率、粗蛋白含量、粗纤维含量、叶长、株高、鲜草产量、干草产量、茎粗、叶宽、分枝数、茎叶比、千粒质量、发芽率、清洁率、种子质量15个指标。每个小区均选择长势均匀一致、能反映该小区紫花苜蓿生长整体情况的紫花苜蓿进行测量和取样。测定主要项目与方法如下：

（1）发芽率。选饱满均匀的紫花苜蓿种子100粒，加dH2O放在发芽盒中25 ℃光照16 h，黑暗8 h交替培养，5 d后计算种子的发芽率，设3次重复。发芽率=正常发芽种苗数/供试种子数×100%。（2）清洁率。随机取5 g种子除去破碎籽粒和杂质后的质量的比率，设3次重复。（3）千粒质量。随机称出1 000粒种子的质量，重复3次。（4）株高。刈割前测量地面至植株顶端垂直距离，每次刈割重复10次，求2015年2次刈割和2016年3次刈割所测数据的平均值。（5）鲜草产量。每次刈割1 m2紫花苜蓿后立即称质量，计算平均值即得鲜草产量。（6）干草产量。将每次测鲜草产量用的样品风干测质量，计算平均值。（7）种子产量。2016年每个小区在刈割时均留下3 m2作为种子测产地，待种子成熟后选取收获测产。（8）茎叶比。在每次初花期刈割后取0.25 kg样品，茎叶分开，测鲜质量、干质量，进行茎叶比确定。（9）分枝数。从根茎处数枝条的个数，10次重复。（10）越冬率。2015年10月25日，每小区随机选1 m2测定入冬前植株数;2016年5月10日返青后，再次统计该小区植株数。越冬率=（返青植株数/越冬前植株数）×100%。（11）叶长、叶宽。2015年第1茬初花期测产前，选相同高度、相同部位上3小叶，测量3小叶叶梗到叶尖的距离即为叶长。3小叶中单个小叶最宽处的距离即为叶宽。共测量10株，求平均值。（12）粗蛋白、粗纤维含量。2015年第1茬初花期刈割，按对角线法随机取样混合均匀，105 ℃条件下杀青 10 min，65 ℃烘干制成粉。采用凯氏定氮法测定样品的粗蛋白含量;采用酸碱法测定粗纤维含量。

1.5 分析方法

评价因素由产量因子和丰产因子2个部分组成，合理的权重系数，是隶属函数评价法的一个关键环節，直接影响着评判结果。引进的20个紫花苜蓿品种干草产量直接决定着品种的优劣，并赋予较大的权重;而遗传力高，并且与紫花苜蓿的干草产量密切相关的其他农艺指标如株高、茎叶比、叶长、叶宽等将作为丰产因素之一进行评价分析，并赋予相应的权重，这样能更全面地评价引进的20个紫花苜蓿品种。根据郑敏娜等对各指标权重的赋予[15，17]以及笔者所在课题组的研究经验进行综合分析，列出紫花苜蓿各项生物学性状指标所占权重（表2）。

1.6 隶属函数综合评价数学模型的建立

要对引进的20个紫花苜蓿品种进行综合评价，就是要对多种因素所影响的事物或现象的全体中每一个个体作出评价——赋予非实数表示的一个评价指标。计算公式为B=A×R（b1 b2…bn），其中B为综合评价集，A为权重分数，R为模糊转换矩阵，即所选各紫花苜蓿品种的生物学指标所获得的隶属函数[18-19]。具体为试验过程中所测得原始数据按照隶属函数公式进行隶属函数值处理，获得数据在[0，1]区间的隶属函数值，分别将各项生物学性状所占权重值带入计算得模糊转换矩阵，然后将模糊矩阵进行综合评价引进的20个紫花苜蓿品种。

其中：隶属函数计算公式为

u（x）=x-xminxmax-xmin。

（1）

式中：u（x）为隶属度函数;x为2个特征数值;xmax为最大特征数值;xmin为最小特征数值。

由此干草产量的隶属度函数为

uA1（x）=0x≤0.37

x-0.370.91-0.370.37

1x≥0.91。

（2）

由此鲜草产量的隶属度函数为

uA2（x）=0x≤0.68

x-0.681.29-0.680.68

1x≥1.29。

（3）

由此粗纤维含量的隶属度函数为

uA15（x）=0x≤13.53

x-13.5316.37-13.530.68

1x≥16.37。

（4）

2 结果与分析

2.1 不同紫花首宿品种生物学性状比较

供试20个紫花苜蓿品种生物学性状见表3。庞大的数据很不容易直观看出引进紫花苜蓿品种的优劣。

2.2 隶属函数模型评价结果

根据方法“1.6”节中的隶属函数模型建立公式，将每一个评价指标进行计算，得到隶属函数模糊矩阵R（表4），权重分配集A为（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），通过计算B=A×R，得到相应的结果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）。为了更直观地看出结果，对数据进行了整理（表5），并按隶属函数处理结果进行排序。

从表5可以直观看出，紫花苜蓿品种龙牧803，综合评价结果最高，为0.809 0;其次是紫花苜蓿品种龙牧806，综合评价结果为0.800 4;紫花苜蓿品种肇东综合评价结果为0.630 8，位居第3;以上3个品种都明显高于其他紫花苜蓿品种，是可以在黑龙江省大庆地区种植的优良紫花苜蓿品种。也进一步验证了引种驯化栽培的原则，气候相似地理位置相近进行引种最容易成功，紫花苜蓿品种龙牧803、龙牧806分别由齐齐哈尔市、肇东市培育而成，而齐齐哈尔市、肇东市地处黑龙江省并距离大庆地区很近。评价结果最低的为紫花苜蓿品种巨能耐湿，为0.276 6，这可能是该地区常年多风干燥，不能有效满足植物生长发育过程中空气的湿度和土壤水分导致的。

3 讨论与结论

本研究所引进的不同紫花苜蓿品种在黑龙江省大庆盐渍化地区，土壤墒情好、播期适当条件下种植，20个紫花苜蓿品种在2015年进行了2次刈割，2016年进行3次刈割，且20个紫花苜蓿品种均能完成整个生育期，秋季可收获饱满的籽粒。

相关研究把紫花苜蓿越冬率作为引种试验的主要指标，赋予较大的权重，本研究发现引进的20个紫花苜蓿品种越冬率都在80%以上，均能在黑龙江省大庆地区进行第2年的生长发育，说明该地区紫花苜蓿生长过程中气温的影响不是最主要因素，因此把越冬率的权重相对于其他研究有所降低。而紫花苜蓿鲜草产量是当前畜牧业中亟需解决的问题，因此把紫花苜蓿的鲜草量和株高作为重要权重进行了分析设置。

紫花苜蓿引种筛选试验综合评价方法较多，其中隶属函数分析是植物引种评价和应用较为广泛的统计方法之一。应用模糊数学隶属函数分析法对引进的紫花苜蓿进行综合评价，关键在于供试的紫花苜蓿品种生物学性状的选择及各生物学性状所占权重的确定。把紫花苜蓿不同品种生物学性状和生物学性状所占权重确定后利用田间调查及室内调查结果就可把引进紫花苜蓿品种的综合性状进行数据量化[20-21]。把模糊数学的计算方法运用到农业实际引种试验上，不仅克服了单纯的依靠紫花苜蓿的草产量、粗蛋白产量、粗纤维产量、株高等单一性状来评判1个紫花苜蓿品种在黑龙江省大庆地区表现优劣的片面性，还能简化计算工作量并且比较客观直观地反映引进品种的综合生产性能，是紫花苜蓿引种筛选试验过程中一种简单快捷的综合评价方法。

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