2023 年 2 月 灌溉排水學(xué)報(bào) 第 42 卷 第 2 期 Feb 2023 Journal of Irrigation and Drainage No 2 Vol 42 52 文章編號(hào) 1672 3317 2023 02 0052 08 基于 CRITIC TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法 優(yōu)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(xué) 水利學(xué)院 鄭州 450046 摘 要 目的 探討 基于蒸發(fā)皿水面蒸發(fā)量 Ep 的溫室黃瓜和甜瓜最優(yōu)灌溉策略 方法 以直徑 20 cm 標(biāo)準(zhǔn)蒸 發(fā)皿的累計(jì)水面蒸發(fā)量為灌水依據(jù) 開展溫室滴灌黃瓜和甜瓜灌溉試驗(yàn) 每種作物設(shè)置 4 種灌水量 0 5Ep 0 7Ep 0 9Ep 和 1 1Ep 系統(tǒng)研究了不同灌水量對(duì)果實(shí)形態(tài)指標(biāo) 品質(zhì)指標(biāo) 產(chǎn)量和水分利用效率 WUE 等 指標(biāo)的影響 并基于 CRITIC TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)方法確定了 2 種作物的灌溉策略 結(jié)果 果實(shí)形態(tài) 方面 溫室黃瓜灌水量為 0 7Ep 和 0 9Ep 時(shí) 各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo) 顯著優(yōu) 于其他處理 且 0 7Ep 的單果質(zhì)量和平均果徑略 高于 0 9Ep 但單株果數(shù)和平均果長(zhǎng) 相反 灌水量為 0 9Ep 時(shí)對(duì) 溫室甜瓜各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)比較 有利 果實(shí)品質(zhì)方面 溫室黃瓜可溶性固形物 TSS 維生 素 C Vc 可溶性糖 SSC 和可溶性蛋白質(zhì) SPC 均隨著灌水量的增加而降低 而甜瓜的最大 Vc SSC 和 SPC 均為 0 7Ep處理 最大 TSS 出現(xiàn)在 0 5Ep處理 溫室黃瓜最大產(chǎn)量為 96 1 t hm2 0 9Ep 但 WUE 和灌溉水利用效率 IWUE 較 最大值 0 5Ep 降低了 17 9 和 32 2 溫室甜瓜灌水量為 0 9Ep 和 1 1Ep 時(shí) 產(chǎn)量無(wú)顯著性差異 但 0 9Ep的 WUE 和 IWUE 較 1 1Ep顯著高 9 2 和 16 3 結(jié)論 利用 CRITIC TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法確定了 黃瓜和甜瓜 灌溉策略 黃瓜灌水量為 0 9Ep 甜瓜灌水量為 0 7Ep時(shí) 可實(shí)現(xiàn)果實(shí)形態(tài) 產(chǎn)量 品質(zhì)和水分利用效率的最優(yōu)化 關(guān) 鍵 詞 CRITIC TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法 果實(shí)形態(tài) 產(chǎn)量 品質(zhì) 水分利用效率 中圖分類號(hào) S274 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A doi 10 13522 ki ggps 2022600 OSID 王宏飛 李彥彬 柳騰飛 等 基于 CRITIC TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法優(yōu)化溫室作物灌溉策略 J 灌溉排水學(xué)報(bào) 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 0 引 言 研究意義 在嚴(yán)守耕地保護(hù)紅線和水資源節(jié)約 利用背景下 設(shè)施農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位和作用日 益突出 發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè) 提高設(shè)施 蔬菜產(chǎn)量 品質(zhì)和 水分生產(chǎn)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(zhǎng) 產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素 因此 優(yōu)化溫室作物灌 溉策略是促進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的首要任務(wù) 研究進(jìn)展 針對(duì)溫室作物最優(yōu)灌溉制度下的灌 水量如何確定 國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量工作 主要集 中在作物產(chǎn)量 品質(zhì) 和水分利用效率對(duì)水分調(diào)控 的響 應(yīng) 方面 如李毅杰等 2 通過研究不同土壤水分下限對(duì) 溫室甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 認(rèn)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 收稿日期 2022 10 25 基金項(xiàng)目 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 52179015 河南省重點(diǎn)研發(fā)與推廣 專項(xiàng) 192102110090 作者簡(jiǎn)介 王宏飛 1992 男 碩士研究生 主要從事農(nóng)業(yè)水資源高效 利用方面的研究 E mail 718729456 qq com 通 信 作者 李彥彬 1973 男 教授 博士生導(dǎo)師 主要從事農(nóng)業(yè)水資 源高效利用方面的研究 E mail liyb101 龔雪文 1987 男 講師 碩士生導(dǎo)師 主要從事作物水分生理與高效 利用方面的研究 E mail gxw068 水分虧缺對(duì)溫室黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 認(rèn)為黃瓜適 宜灌水量分別為累計(jì)水面蒸發(fā)量的 0 8 倍 發(fā)育期 和 1 2 倍 生長(zhǎng)中 后期 袁寧寧等 4 認(rèn)為溫室番茄 在開花坐果期之后采用 70 f 可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和水分利 用效率的最大化 Yang 等 5 發(fā)現(xiàn)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(fā)蒸騰量 可獲得最大產(chǎn)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(zhǎng)期 立心期和心葉生長(zhǎng)期以及產(chǎn) 量等指標(biāo) 認(rèn)為灌水量為 70 f 90 f最優(yōu) 李銀坤 等 7 綜合考慮地上部生物量 產(chǎn)量和水分利用效率 認(rèn)為溫室生菜適宜灌溉量為 0 7 倍 累計(jì) 水面蒸發(fā)量 Hooshmand 等 8 綜合考慮單果質(zhì)量 收獲指數(shù)等果實(shí) 形態(tài)指標(biāo)以及番茄產(chǎn)量 認(rèn)為分根區(qū)交替灌溉采用灌 水量為 85 0 蒸發(fā)蒸騰量可達(dá)到最佳效果 優(yōu)化灌溉 制度不僅要關(guān)注產(chǎn)量或品質(zhì)等單一目標(biāo) 更 多地 要綜 合考慮產(chǎn)量 品質(zhì) 果實(shí)形態(tài)和水分利用效率等多目 標(biāo)的優(yōu)化 這就需要建立多目標(biāo)評(píng)價(jià)模型 如朱艷等 9 利用主成分分析法將具有相關(guān)性的產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo) 組合成一組新的互相無(wú)關(guān)聯(lián)的綜合指標(biāo) 確定了溫室 番茄基于產(chǎn)量和品質(zhì)下的最優(yōu)加氣量 劉聰?shù)?10 基于 主成分分析法對(duì)日光溫室椰糠栽培番茄產(chǎn)量 水分利 用效率和品質(zhì)等 11 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了分析 認(rèn)為單株產(chǎn) 王宏飛 等 基于 CRITIC TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法優(yōu)化溫室作物灌溉策略 53 量和果形指數(shù)的累積貢獻(xiàn)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(píng)價(jià) 模型在溫室灌溉策略中的評(píng)價(jià)也逐漸得到應(yīng)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(zhì)指標(biāo) 并結(jié)合 TOPSIS 法 獲得了 溫室滴灌番茄最優(yōu)水肥組合 李紅崢等 12 采用變異系 數(shù)法對(duì)不同溝灌方式和灌水量下的溫室番茄品質(zhì) 產(chǎn) 量 灌溉水利用效率賦權(quán) 結(jié)合 TOPSIS 法對(duì)各處理 的綜合效益進(jìn)行了評(píng)價(jià) 李波等 13 采用熵權(quán)法對(duì)不同 深埋秸稈量和滴灌量下的溫室番茄品質(zhì) 產(chǎn)量和 灌溉 水利用效率賦權(quán) 結(jié)合 TOPSIS 法確定了溫室不同灌 水量下的最佳秸稈埋設(shè)深度 切入點(diǎn) 這些評(píng)價(jià)方 法 已在溫室灌溉策略評(píng)價(jià)中得到了較好的效果 但通 過評(píng)價(jià) 單一或少量因子獲得最優(yōu)灌溉制度仍存在一 定缺陷 隨著 人們對(duì)外觀品質(zhì) 的追求 果實(shí)形態(tài) 產(chǎn) 量 品質(zhì) 水分利用效率等多目標(biāo)的優(yōu)化越顯重要 這 就需要綜合評(píng)價(jià)多個(gè)指標(biāo)因子組合優(yōu)化灌溉制度 CRITIC賦權(quán)法 可以 對(duì)不同指標(biāo)間的差異性和關(guān)聯(lián)性分 析 得到各項(xiàng)指標(biāo)的信息量和權(quán)重 能夠克服主觀賦權(quán) 法和熵權(quán)法的缺陷 所得權(quán)重更加客觀可靠 目前基于 CRITIC 賦權(quán)法和 TOPSIS 法組合的綜合評(píng)價(jià)方法在 溫室灌溉策略中的 評(píng)價(jià) 還鮮見報(bào)道 擬解決的關(guān)鍵問題 因此 本文 選擇 溫室黃 瓜和甜瓜為研究對(duì)象 參考水面蒸發(fā)累計(jì)蒸發(fā)量為 灌水依據(jù) 通過系統(tǒng)研究果實(shí)形態(tài)指標(biāo) 產(chǎn)量指標(biāo) 品質(zhì)指標(biāo)和水分利用 效率 等多 指標(biāo)因子 采用 CRITIC TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法獲得溫室滴灌黃瓜和甜 瓜最優(yōu)灌溉策略 旨在為優(yōu)化溫室作物灌溉制度提供 一種新的評(píng)價(jià)方法 1 材料與方法 1 1 研究區(qū)概況 試驗(yàn)于 2021年 3 6月在華北水利水電大學(xué)農(nóng)業(yè) 高效用水試驗(yàn)場(chǎng)的 塑料大棚 中進(jìn)行 34 47 N 113 47 E 該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū) 年平 均日照 時(shí)間 2 366 h 年平均氣溫 14 5 無(wú)霜期為 220 d 年均降水量 616 mm 試驗(yàn)所用溫室占地面積 240 m2 在溫室頂部和底部設(shè)置通風(fēng)口 人工控制溫 室內(nèi)部環(huán)境變化 在溫室頂部鋪設(shè) 2 5 cm 厚保溫棉被 保證作物生長(zhǎng)初期的生長(zhǎng)溫度 溫室內(nèi)部 3 6 月的 環(huán)境變化如圖 1 所示 溫度 Ta 在 9 1 32 4 之間 變化 平均值為 22 7 相對(duì)濕度 RH 在 20 3 83 5 之間變化 平均值為 51 7 太陽(yáng)輻射 Rs 在 11 0 187 3 W m2之間變化 平均值為 110 7 W m2 水汽壓差 VPD 在 0 3 3 4 kPa 之間變化 平均值 為 1 7 kPa 試驗(yàn)區(qū)土壤為黏壤土 0 20 cm 土層有機(jī) 質(zhì)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(zhì) 量為 1 42 g cm3 田間持水率為 0 35 cm3 cm3 圖 1 試驗(yàn)期間溫室內(nèi)部環(huán)境變化 Fig 1 Variations of meteorological factors in greenhouse during the experiment study 1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)研究對(duì)象分別為黃瓜 夏秋 1 號(hào) 和甜瓜 紅蜜 17 選用 3 葉 1 心的幼苗進(jìn)行移栽 黃瓜和 甜瓜的 移栽時(shí)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(jié)束 甜瓜于 6 月 18 日開始采摘 于 6 月 25 日采摘結(jié)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(gè)試驗(yàn)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 P 2O5 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(gè)小區(qū)管道上 安裝精度為 0 001 m3的旋轉(zhuǎn)式水表 沿每個(gè)小區(qū)作物 行帶鋪設(shè)滴灌帶 選用耐特菲姆壓力補(bǔ)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(jìn)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(shí)間和灌水量參考 20 cm標(biāo)準(zhǔn) 蒸發(fā)皿的累計(jì)蒸發(fā)量 Ep 進(jìn)行 蒸發(fā)皿放置在作物 冠層上方 20 cm 位置 隨著作物高度調(diào)整 每日早上 7 00 采用雨量筒測(cè)量前 1 天 的水面蒸發(fā)量 測(cè)量完畢 后 清理蒸發(fā)皿內(nèi)部 添加自來水至 20 mm 深度 當(dāng)累計(jì)水面蒸發(fā)量達(dá)到 18 mm 以上且不超過 22 mm 時(shí) 進(jìn)行灌水 設(shè)置蒸發(fā)皿系數(shù) 分別 為 0 5 0 7 0 9 和 1 1 黃瓜灌水處理分別為 T1 0 5Ep T2 0 7Ep T3 0 9Ep 和 T4 1 1Ep 甜瓜灌水處理分別為 K1 0 5Ep K2 0 7Ep K3 0 9Ep 和 K4 1 1Ep 全生育期黃瓜和甜瓜累計(jì)水面蒸發(fā)量分別為 209 5 mm 和 167 4 mm 灌水次數(shù)分別為 10 次和 8 次 為 0 20 40 60 80 100 0 8 相對(duì)濕度 空氣溫度 40 Ta RH 32 24 16 0 1 2 3 4 5 0 50 100 150 200 25 69 77 85 93 101109117125133141149157165173181 水汽壓差 kPa 太陽(yáng)輻射 W m 2 日序數(shù) Rs VPD 5 灌溉排水學(xué)報(bào) 54 防止水分側(cè)滲 各小區(qū)之間埋設(shè) 60 cm 深塑料薄膜 每個(gè)處理 3 次重復(fù) 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(yàn)小區(qū)采用相同 農(nóng)藝管理 措施 1 3 觀測(cè)項(xiàng)目與方法 1 3 1 氣象指標(biāo) 溫室中部安裝有自動(dòng)氣象站 可測(cè)量太陽(yáng)輻射 空氣溫度和相對(duì)濕度 傳感器安裝在距地表以上 2 m 高位置 氣象數(shù)據(jù)每隔 5 s 采集 1 次 15 min 計(jì)算 1 次平均值存儲(chǔ)在 CR1000 數(shù)據(jù)采集器中 Campbell Scientifc Inc USA 試驗(yàn)期間 溫室內(nèi)部的環(huán)境變 化如圖 1 所示 1 3 2 果實(shí)形態(tài)指標(biāo) 黃瓜形態(tài)指標(biāo)包括單果質(zhì)量 單株果數(shù) 平均果 長(zhǎng)和平均直徑 甜瓜形態(tài)指標(biāo)包括單果質(zhì)量 果實(shí)橫 徑 果實(shí)縱徑和果型指數(shù) 測(cè)量方法如下 在每個(gè)小 區(qū)中部選取 20 棵代表植株 采用精度為 5 g 的電子 秤 測(cè)量每棵植株的果實(shí)質(zhì)量 單果質(zhì)量為總質(zhì)量除以 總個(gè)數(shù) 黃瓜單株果數(shù)為代表植株全部采摘次數(shù)的平 均值 采用直尺測(cè)量黃瓜果長(zhǎng) 縱徑和橫徑 取平均 值 甜瓜果型指數(shù)為果實(shí)橫徑 果實(shí)縱徑 果型指數(shù) 越接近于 1 說明果型越好 1 3 3 品質(zhì)指標(biāo) 品質(zhì)指標(biāo)包括總可溶性固形物 Total Soluble Solids TSS 維生素 C Vitamin C Vc 可溶性糖 Soluble Sugar Content SSC 和可溶性蛋白質(zhì) Soluble Protein Content SPC 對(duì)于黃瓜試驗(yàn) 每 個(gè)處理選取 9 根形態(tài)和色澤相近果實(shí)進(jìn)行測(cè)量 第 3 第 5 第 7 次采摘時(shí)進(jìn)行品質(zhì)測(cè)量 取平均值作為黃 瓜最終品質(zhì) 對(duì)于甜瓜試驗(yàn) 只測(cè)量最后 1 次采摘的 果實(shí)品質(zhì) 每個(gè)處理取 3 個(gè)形態(tài)和色澤相近的果實(shí)進(jìn) 行測(cè)量 TSS 采用手持測(cè)糖儀測(cè)定 Vc采用 2 6 二氯 酚靛酚滴定法測(cè)定 SSC 采用蒽酮比色法進(jìn)行測(cè)定 SPC 采用 紫外可見光分光光度計(jì)法 進(jìn)行測(cè)定 1 3 4 土壤含水率和耗水量 采用取土烘干法測(cè)量 0 80 cm 范圍內(nèi)的土壤 含 水率 于每次灌水前用土鉆 每隔 20 cm 為 1 層進(jìn)行取 樣 樣品放在鋁盒內(nèi)立刻稱濕 質(zhì)量 樣品全部取完后 放置于烘箱 105 烘干 取樣點(diǎn)選擇滴灌帶 2 個(gè)滴頭 中間位置 每個(gè)小區(qū) 3 次重復(fù) 此外 在播種前和全 部采摘后對(duì)每個(gè)小區(qū)含水率進(jìn)行測(cè)量 采用水量平衡法計(jì)算每個(gè)小區(qū)的耗水量 計(jì)算式 為 ET Ir Pr U D W 1 式中 ET 為耗水量 mm Ir 為灌水量 mm Pr 為降雨量 mm U 和 D 分別為地下水補(bǔ)給量和深 層滲漏量 mm W 為播種前和播種后土壤儲(chǔ)水量 的變化 mm 溫室中沒有降雨量 因此 Pr 0 試驗(yàn) 點(diǎn)地下水位在 5 0 m 以下 因此 U 0 試驗(yàn)最大灌溉 定額為 22 mm 不會(huì)發(fā)生深層滲漏 故 D 0 1 3 5 產(chǎn)量和水分利用效率 黃瓜和甜瓜產(chǎn)量測(cè)定方法與果實(shí)形態(tài)指標(biāo)的測(cè) 定方法相同 在形態(tài)指標(biāo)測(cè)量結(jié)束后進(jìn)行產(chǎn)量測(cè)定 黃瓜采摘標(biāo)準(zhǔn)為瓜長(zhǎng)在 35 40 cm 之間 在每個(gè)小區(qū) 中間位置選取 20 棵代表性植株進(jìn)行 測(cè)產(chǎn) 采用精度為 5 g 電子秤測(cè)量每個(gè)小區(qū)的產(chǎn)量 每個(gè)小區(qū) 3 次 重復(fù) 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(jìn)行計(jì)算 WUE Ya ET 100 2 IWUE Ya Ir 100 3 式中 WUE 為水分利用效率 kg m3 IWUE 為灌溉 水利用效率 kg m3 Ya為 果實(shí)產(chǎn)量 t hm 2 1 4 CRITIC TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)方法 CRITIC 權(quán)重法是一種基于數(shù)據(jù)波動(dòng)性的客觀賦 權(quán)法 采用 CRITIC 賦權(quán)法為溫室黃瓜和甜瓜各項(xiàng)指 標(biāo)賦權(quán) 同時(shí)考慮不同指標(biāo)之間的差異性 增加各項(xiàng) 指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性分析 最終計(jì)算得到較為客觀的權(quán) 重 TOPSIS 法是一種常用的綜合評(píng)價(jià)方法 能充分 利用原始數(shù)據(jù)信息 結(jié)合權(quán)重指標(biāo)計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確反映 各處理之間的差距 本文將 CRITIC 權(quán)重法與 TOPSIS 法組合 綜合多項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)溫室黃瓜和甜瓜的灌溉策 略 具體步驟如下 1 將 參與評(píng)價(jià)的處理集設(shè)為 A A A1 A2 An 參與各處理的評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)為 B B B1 B2 Bm 處理 Ai中的 Bj指標(biāo)定義為 Xi j 將各 處理的指標(biāo)進(jìn)行 組合后形成對(duì)策矩陣 X Xi j n m 1 i n 1 i m 2 為消除量綱影響 將所得決策矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn) 化處理 得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣 M Mi j n m 對(duì)于正向指標(biāo) 采用式 4 處理 對(duì)于 逆向指標(biāo)采用式 5 處理 Mi j Xi j XminX max Xmin 4 Mi j Xmax Xi jX max Xmin 5 3 計(jì)算信息承載量 信息量 Cj 的計(jì)算為指 標(biāo)變異性與沖突性指標(biāo)的乘積 變異性 S j 使用標(biāo) 準(zhǔn)差衡量 標(biāo)準(zhǔn)差越大則權(quán)重越大 采用式 6 和 式 7 計(jì)算 沖突性 Rj 使用 各指標(biāo)之間的相關(guān) 系數(shù) ri j 衡量 相關(guān)性越強(qiáng)則沖突性較低 權(quán)重 越小 采用式 8 計(jì)算 指標(biāo)的信息量越大 表明 該指標(biāo)在評(píng)價(jià)體系中的作用越大 應(yīng)分配更多的權(quán)重 采用式 9 計(jì)算 Xj 1n Xi jni 1 6 Sj Xi j Xj ni 1 n 1 7 王宏飛 等 基于 CRITIC TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法優(yōu)化溫室作物灌溉策略 55 Rj 1 ri j ni 1 8 Cj Sj Rj 9 4 指標(biāo)的 權(quán)重采用式 10 計(jì)算 通過計(jì)算各 指標(biāo)的權(quán)重 得到權(quán)重向量 w w1 w2 w m T Wj Cj C jmj 1 10 5 TOPSIS 法 的計(jì)算步驟為 首先 將標(biāo)準(zhǔn)化矩 陣 M 與各指標(biāo)權(quán)重相乘 得到加權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣 Z 其次 確定正理想解 D 和負(fù)理想解 D 并 確定各評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)值與理想解之間的 截距 最后 計(jì)算各方案與最優(yōu)方案的相對(duì)貼近度 Ni 計(jì)算式為 Ni Di Di Di 11 Di Zmax j Zi j 2mj 12 Di Zmin j Zi j 2mj 13 式中 Ni 為 i 處理的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo) 0 Ni 1 Di 和 Di 分別為正理想解和負(fù)理想解的截距 Zmax j 和 Zmin j 分別為正理想解和負(fù)理想解的向量 Zi j 是標(biāo)準(zhǔn) 化指標(biāo) Ni的值越接近 1 表明評(píng)價(jià)對(duì)象的結(jié)果越優(yōu) 1 5 數(shù)據(jù)處理 本文 所有數(shù)據(jù)均采用 Microsoft Excel 2016 處理 并作圖 利用 SPSS Statistics 20 0 軟件進(jìn)行方差分析 和顯著性檢驗(yàn) 多重比較采用 Duncan D 法 進(jìn)行分析 2 結(jié)果與分析 2 1 不同灌水量對(duì)溫室黃瓜和甜瓜果實(shí)形態(tài)的影響 圖 2 是 不同灌水量下溫室黃瓜和甜瓜的果實(shí)形 態(tài)指標(biāo) 對(duì)于溫室黃瓜 T2 處理的各項(xiàng)果實(shí)形態(tài)表 現(xiàn)較好 且平均單果質(zhì)量最大 為 0 24 kg T1 處理 的平均單果質(zhì)量最小 為 0 20 kg T1 處理顯著低于 T2 處理 和 T3 處理 P 0 05 圖 2 a T1 處理的 單株果數(shù)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(zhǎng)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(wú)顯著 性差異 圖 2 d 對(duì)于溫室甜瓜 K3 處理的各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo) 表現(xiàn) 較 好 K3 處理單果質(zhì)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(zhì)量 差異顯著 P 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 SPC 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 a 黃瓜可溶性固形物 b 黃瓜維生素 C c 黃瓜可溶性糖 d 黃瓜可溶性蛋白質(zhì) e 甜瓜可溶性固形物 f 甜瓜維生素 C g 甜瓜可溶性糖 h 甜瓜可溶性蛋白質(zhì) 圖 3 不同灌水量下溫室黃瓜和甜瓜的品質(zhì)指標(biāo) Fig 3 Quality indexes of cucumber and melon under different irrigation amounts 2 3 不同灌水量對(duì)溫室黃瓜和甜瓜 產(chǎn)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(chǎn)量 耗水量 ET 水分利用效率 WUE 和灌溉水利用 效率 IWUE 溫室黃瓜的產(chǎn)量隨著灌水量的增加呈 先增大后減小的趨勢(shì) 最大產(chǎn)量為 T3 處理 為 96 1 t hm2 T2 處理 的產(chǎn)量?jī)H次于 T3 處理 二者 無(wú)顯著性 差異 對(duì)照 T3 處理 T1 處理和 T4 處理的產(chǎn)量分別 降低 10 3 和 3 7 隨著灌水量的增加 ET 逐漸增 加 但 WUE 和 IWUE 顯著 下降 T1 T2 處理 和 T3 處理的 WUE和 IWUE與 T4處理的比值分別為 1 83 1 52 和 1 24 對(duì)于溫室甜瓜 K3 處理和 K4 處理的產(chǎn)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 ET同樣是隨著灌水量的增加而 增加 WUE 和 IWUE 下降 K1 處理和 K2 處理 的 WUE 和 IWUE 無(wú)顯著性差異 溫室甜瓜最高 WUE 和 IWUE 分別 為 18 5 kg m3和 28 6 kg m3 K3 處理 和 K4 處理的 WUE 和 IWUE 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(chǎn)量 灌水量 耗水量 水分利用效率和灌溉水利用效率 Table 1 Yield irrigation amount water consumption water use efficiency and irrigation water use efficiency of cucumber and melon under different irrigation amounts 作物 處理 產(chǎn)量 t hm 2 灌水量 mm ET mm WUE kg m 3 IWUE kg m 3 黃瓜 T1 86 1 3 0 c 129 8 182 2 0 8 d 47 3 1 6 a 66 4 2 3 a T2 94 3 1 6 ab 171 7 213 4 1 2 c 44 2 0 7 b 54 9 0 9 b T3 96 1 1 9a 213 6 247 8 4 2 b 38 8 1 0 c 45 0 0 9 c T4 92 5 1 9 b 255 5 279 3 4 7 a 33 1 0 5 d 36 2 0 8 d 甜瓜 K1 31 1 0 5 c 108 7 168 8 2 0 d 18 4 0 1 a 28 6 0 4 a K2 36 4 0 5 b 136 8 196 8 1 7 c 18 5 0 4 a 26 6 0 3 a K3 41 7 1 3 a 175 7 240 0 1 2 b 17 4 0 5 b 23 8 0 8 b K4 41 7 1 2 a 209 1 263 4 2 0 a 15 8 0 3 c 19 9 0 6 c 2 4 基于 CRITIC TOPSIS 法 綜合評(píng)價(jià)溫室黃瓜和甜 瓜 灌溉策略 黃瓜的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括單果質(zhì)量 X1 單株果數(shù) X2 平均果長(zhǎng) X 3 平均果徑 X4 TSS X5 Vc X6 SSC X7 SPC X8 產(chǎn)量 X9 WUE X10 和 ET X11 共 11 個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子 甜 a a a b 3 2 3 4 3 6 3 8 4 0 T1 T2 T3 T4 TS S a b b c 40 45 50 55 60 65 T1 T2 T3 T4 V c mg kg 1 a ab ab b 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 T1 T2 T3 T4 SSC a b b c 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 T1 T2 T3 T4 SP C mg g 1 a b b c 10 12 14 16 K1 K2 K3 K4 TS S a a b c 40 45 50 55 60 65 K1 K2 K3 K4 V c mg kg 1 c a b d 6 8 10 12 K1 K2 K3 K4 SSC b a a b 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 K1 K2 K3 K4 SP C mg g 1 王宏飛 等 基于 CRITIC TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法優(yōu)化溫室作物灌溉策略 57 瓜的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括果實(shí)橫徑 Y1 果實(shí)縱徑 Y2 單果質(zhì)量 Y3 TSS Y4 Vc Y5 SSC Y6 SPC Y7 產(chǎn)量 Y8 WUE Y9 和 ET Y10 共 10 個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子 將 ET 因子作為逆向指標(biāo) 其 余因子均為正向指標(biāo) 計(jì)算得到各因子的信息量和權(quán) 重 如 表 2 所示 黃瓜平均果長(zhǎng)指標(biāo)的權(quán)重最高 為 14 66 其次為單株果數(shù) 產(chǎn)量指標(biāo)排在第 3 位 ET 指標(biāo)的權(quán)重最低 僅為 3 34 甜瓜產(chǎn)量指標(biāo)的權(quán)重 最高 為 16 96 其次為單果質(zhì)量 同樣是 ET 指標(biāo) 的權(quán)重最低 僅為 5 53 表 2 各評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息量和權(quán)重 Table 2 The information and weight of each evaluation index 黃瓜 指標(biāo) 信息量 C 權(quán)重 W 甜瓜 指標(biāo) 信息量 C 權(quán)重 W 單果質(zhì)量 X1 8 489 9 96 果實(shí)橫徑 Y1 4 731 7 51 單株果數(shù) X2 11 422 13 40 果實(shí)縱徑 Y2 4 990 7 92 平均果長(zhǎng) X3 12 498 14 66 單果質(zhì)量 Y3 9 287 14 74 平均果徑 X4 5 903 6 92 TSS Y4 7 303 11 59 TSS X5 5 875 6 89 Vc Y5 6 625 10 52 Vc X6 6 969 8 17 SSC Y6 4 741 7 53 SSC X7 6 389 7 49 SPC Y7 5 350 8 49 SPC X8 7 647 8 97 產(chǎn)量 Y8 10 683 16 96 產(chǎn)量 X9 11 002 12 90 WUE Y9 5 802 9 21 WUE X10 6 213 7 29 ET Y10 3 486 5 53 ET X11 2 852 3 34 將各指標(biāo)的權(quán)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(píng)價(jià) 結(jié)果和排序 溫室黃瓜各處理的貼近度 Ni 從優(yōu)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 9Ep 的灌水量 溫室甜瓜采用 0 7Ep 的灌水量可實(shí)現(xiàn)果實(shí)形態(tài) 品質(zhì) 產(chǎn)量和水分利用效 率的最優(yōu)化 表 3 CRITIC TOPSIS 評(píng)價(jià)結(jié)果和排序 Table 3 Evaluation results and ranking by using CRITIC TOPSIS 作物 處理 正理想解 距離 D 負(fù)理想解 距離 D 相對(duì) 接近度 C 排序結(jié)果 黃瓜 T1 1 605 1 232 0 434 3 T2 0 828 1 745 0 678 2 T3 0 766 1 628 0 680 1 T4 1 742 1 087 0 384 4 甜瓜 K1 1 615 1 561 0 491 3 K2 0 802 1 694 0 679 1 K3 0 949 1 711 0 643 2 K4 1 729 1 06 0 380 4 3 討 論 追求節(jié)水增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的灌溉策略始終是設(shè)施 農(nóng)業(yè)發(fā)展的目標(biāo) 本試驗(yàn)以溫室滴灌黃瓜和甜瓜為研 究對(duì)象 以 20 cm 標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿的水面蒸發(fā)量為灌水依 據(jù) 深入系統(tǒng)地探討了不同灌水量對(duì)果實(shí)形態(tài) 品質(zhì) 指標(biāo) 產(chǎn)量和水分利用效率等指標(biāo)的影響 研究發(fā)現(xiàn) 適宜灌水量有利于果實(shí)的外觀品質(zhì) 溫室黃瓜灌水量 為 0 7Ep時(shí)單果質(zhì)量 單株果數(shù) 平均果長(zhǎng)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(huì) 導(dǎo)致根系缺氧 抑制黃瓜生殖生長(zhǎng)過程 從而降低果 實(shí)的單果質(zhì)量和平均果徑 14 本研究試驗(yàn)地為黏壤土 透水性較差可能是導(dǎo)致根部缺氧的主要原因 研究結(jié) 果與毋海梅等 3 較為 相似 但 Ertek 等 15 認(rèn)為大田環(huán) 境下蒸發(fā)皿系數(shù)選用 1 0 Zhang 等 16 認(rèn)為地下滴灌 條件下蒸發(fā)皿系數(shù)選用 0 8 時(shí)黃瓜的果實(shí)形態(tài)指標(biāo)最 好 這種差異主要是環(huán)境條件和灌水方式的不同 造成 的 對(duì)于溫室甜瓜 灌水量為 0 9Ep時(shí)單果質(zhì)量 果 實(shí)橫徑 縱徑和果形指數(shù)較好 這可能是甜瓜在果實(shí) 膨大期對(duì)水分需求較大引起的 但研究發(fā)現(xiàn)水分過多 同樣會(huì)導(dǎo)致甜瓜根系缺氧 不利于果實(shí)生長(zhǎng) 17 郜森 等 18 認(rèn)為對(duì)于秋季甜瓜土壤水分下限和上限為 65 f 100 f 時(shí)果實(shí)橫徑和縱徑最大 這與本研究 略有不同 原因可能是生長(zhǎng)季節(jié)不同導(dǎo)致的 差異 研究發(fā)現(xiàn) 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(shí)品質(zhì) 這是因?yàn)樗痔澣庇绊懥?汁液從韌皮部向果實(shí)的運(yùn)輸 減少了從木質(zhì)部向果實(shí) 的水分流量 降低了果實(shí)中水分量有利于品質(zhì)提升 19 本研究發(fā)現(xiàn)溫室黃瓜 TSS Vc SSC 和 SPC 同樣是隨 著灌水量的增加而降低 這與多數(shù)研究相似 3 16 20 對(duì)于溫室甜瓜 除 TSS 之外 Vc SSC 和 SPC 的最大 值均出現(xiàn)在 0 7Ep處理 這可能是由于灌水量為 0 5Ep 造成土壤水分脅迫過重 植株合成碳水化合物等營(yíng)養(yǎng) 物質(zhì)的功能收到抑制 從而導(dǎo)致甜瓜果實(shí)品質(zhì)下降 2 該結(jié)果與溫室葡萄 21 番茄 22 和西瓜 23 等作物的研 究結(jié)果相似 追求作物產(chǎn)量最大化的同時(shí)往往無(wú)法獲 得較高的 WUE 和 IWUE 本研究發(fā)現(xiàn)溫室黃瓜 最大 產(chǎn)量為灌水量 0 9Ep 但灌水量為 0 5Ep 時(shí) WUE 和 IWUE 最大 且 2 個(gè)處理差異顯著 該研究結(jié)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(rèn)為溫室秋季黃瓜蒸發(fā)皿系數(shù)為 0 8 時(shí)可 獲得最大 WUE 和 IWUE 這可能是由于生長(zhǎng)季節(jié)不 同造成的差異 溫室甜瓜灌水量為 0 9Ep和 1 1Ep時(shí)產(chǎn) 量最大 且無(wú)顯著性差異 而灌水量為 0 5Ep和 0 7Ep 時(shí) WUE 和 IWUE 最大 無(wú)顯著性差異 說明灌水量 為 0 7Ep 土壤含水率為 65 f 75 f 是平衡產(chǎn)量 與水分利用的閾值 該結(jié)論與郜森等 18 研究結(jié)果較為 相似 然而 李毅杰等 2 認(rèn)為甜瓜在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的 虧水程度閾值在 55 f左右 低于該閾值產(chǎn)量 WUE 和 IWUE 均產(chǎn)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(gè) 指標(biāo)和甜瓜 10個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià) 不同灌溉策略的優(yōu)劣 在使用多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)時(shí) 關(guān) 鍵要準(zhǔn)確客觀的確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重 本研究采用 CRITIC 賦權(quán)法為溫室黃瓜和甜瓜各項(xiàng)指標(biāo)賦權(quán) 對(duì) 灌溉排水學(xué)報(bào) 58 不同指標(biāo)間的差異性和關(guān)聯(lián)性分析 得到各項(xiàng)指標(biāo)的 信息量和權(quán)重 克服了主觀賦權(quán)法和熵權(quán)法的缺陷 所得權(quán)重更加客觀可靠 通過計(jì)算 發(fā)現(xiàn)黃瓜 的平均果 長(zhǎng)和甜瓜的產(chǎn)量指標(biāo)權(quán)重最高 而 ET 指標(biāo)權(quán)重最低 TOPSIS 是一種多目標(biāo)決策方法 能夠正確 有效地 評(píng)價(jià)規(guī)劃方案的優(yōu)劣 因此在灌溉施肥計(jì)劃 水利 工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用 具有真實(shí) 直觀 可靠的 優(yōu)點(diǎn) 目前基于 TOPSIS 方法評(píng)價(jià)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(chǎn)量 作物水分生產(chǎn)力 氮素利用效率和果實(shí)品質(zhì)為 評(píng)價(jià)指標(biāo) 根據(jù)各因素的重要性設(shè)置權(quán)重 結(jié)合 TOPSIS提出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)番茄的最優(yōu)施肥策略 Liu等 24 利用 TOPSIS 方法 通過平衡產(chǎn)量 果實(shí)品質(zhì)和 WUE 之間的關(guān)系 優(yōu)化了溫室番茄的灌溉頻率和灌溉量 Luo 等 25 基于 TOPSIS 方法評(píng)價(jià)了 3 種滴灌方式與 5 種氮肥組合下的番茄產(chǎn)量 品質(zhì)和 WUE 本研究采 用 CRITIC 和 TOPSIS 組合評(píng)價(jià)法對(duì)溫室滴灌黃瓜和 甜瓜進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)后發(fā)現(xiàn) 溫室黃瓜采用 0 9Ep的 灌水量 而溫室甜瓜采用 0 7Ep的灌水量可實(shí)現(xiàn)果實(shí) 形態(tài) 品質(zhì) 產(chǎn)量和水分利用效率的最優(yōu)化 4 結(jié) 論 1 溫室滴灌黃瓜的單果質(zhì)量 單株果數(shù)和平均果 長(zhǎng)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 5Ep 或較高 1 1Ep 的灌水量均會(huì)降 低溫室甜瓜的形態(tài)指標(biāo) 灌水量為 0 9Ep時(shí)甜瓜 的各 項(xiàng) 形態(tài)指標(biāo)最優(yōu) 2 溫室黃瓜和甜瓜的 TSS 均隨著灌水量的增加 而下降 黃瓜灌水量為 0 7Ep和 0 9Ep時(shí)各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo) 無(wú)顯著性差異 但 0 5Ep灌水量卻大幅提高了黃瓜品 質(zhì) 甜瓜的最大 Vc 可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)均出現(xiàn) 在 灌水量為 0 7Ep處理 3 溫室黃瓜的灌水量為 0 9Ep時(shí)可獲得最大產(chǎn)量 96 1 t hm2 但 WUE 和 IWUE 卻比最大值低 17 9 和 32 2 灌水量為 0 9Ep和 1 1Ep時(shí)溫室甜瓜產(chǎn)量無(wú) 顯著性差異 但 0 9Ep的 WUE和 IWUE卻 顯著 較 1 1Ep 高 9 2 和 16 3 黃瓜和甜瓜權(quán)重最高的指標(biāo)分別是 平均果長(zhǎng)和產(chǎn)量 分別為 14 66 和 16 96 本試驗(yàn) 條件下利用 CRITIC TOPSIS 綜合評(píng)價(jià)法得出溫室黃 瓜 和甜瓜的最優(yōu)灌水量分別為 0 9Ep和 0 7Ep 參考文獻(xiàn) 1 劉霓紅 蔣先平 程俊峰 等 國(guó)外有機(jī)設(shè)施園藝現(xiàn)狀及對(duì)中國(guó)設(shè)施 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的啟示 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2018 34 15 1 9 LIU Nihong JIANG Xianping CHENG Junfeng et al Current situation of foreign organic greenhouse horticulture and its inspiration for sustainable development of Chinese protected agriculture J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2018 34 15 1 9 2 李毅杰 原保忠 別之龍 等 不同土壤水分下限對(duì)大棚滴灌甜瓜產(chǎn) 量和品質(zhì)的影響 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2012 28 6 132 138 LI Yijie YUAN Baozhong BIE Zhilong et al Effects of drip irrigation threshold on yield and quality of muskmelon in plastic greenhouse J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2012 28 6 132 138 3 毋海梅 閆浩芳 張川 等 溫室滴灌黃瓜產(chǎn)量和水分利用效率對(duì)水 分脅迫的響應(yīng) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2020 36 9 84 93 WU Haimei YAN Haofang ZHANG Chuan et al Responses of yield and water use efficiency of drip irrigated cucumber in greenhouse to water stress J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2020 36 9 84 93 4 袁寧寧 白清俊 張明智 等 溫室番茄在寬壟覆膜溝灌下水分調(diào)虧 下限指標(biāo)研究 J 灌溉排水學(xué)報(bào) 2020 39 1 17 23 YUAN Ningning BAI Qingjun ZHANG Mingzhi et al Optimizing the soil moisture threshold for scheduling deficit furrow irrigation of greenhouse tomato grown in r