李龍保,林世通,黎瑞君,張巨明

(華南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，廣東 廣州 510642)

草坪質(zhì)量是草坪在生長期內(nèi)實用功能的綜合體現(xiàn)，它與草坪的品質(zhì)、所需的功能和使用的目的密切相關[1]。草坪質(zhì)量評定是對草坪整體性狀的評定，用來反映成坪后的草坪是否滿足人們對它的期望與要求[2]。然而，草坪質(zhì)量評價目前還沒有形成科學、客觀、統(tǒng)一、有效的評價方法，現(xiàn)有的方法在確定評價指標的權重時都是人為分配，主觀性很強。近年來，層次分析法和隸屬函數(shù)數(shù)學方法逐漸應用于決策分析[3]、適應性評價[4]、生態(tài)效益評價[5-6]及綜合評價[7-8]，這兩種方法減小了分配指標權重的主觀性[9]。本研究以2010年第16屆廣州亞運會16塊運動場草坪為對象，應用層次分析法構建隸屬函數(shù)，對不同的指標數(shù)值賦以不同的隸屬度，將各指標的權重和隸屬度進行耦合，最后加權作為草坪質(zhì)量的綜合評價值，使草坪質(zhì)量的綜合評價具有客觀性與說服力。

1 評價對象與方法

1.1評價的球場、建植草種及測試時間

1.1.1評價的球場 全部球場均為第16屆廣州亞運會足球比賽場和訓練場，共16個，分別是英東體育場、黃埔體育場、人民體育場、花都體育場、工人體育場、燕子崗體育場、番禺體校體育場、仲元中學體育場、執(zhí)信中學體育場、石樓中學體育場、市橋二中體育場、番禺中學體育場、禺山中學體育場、東涌中學體育場、化龍中學體育場、南村中學體育場。

1.1.2建植草種 全部測試球場的建植草種均為蘭引Ⅲ號結縷草(Zoysiajaponicacv．Lanyin No.3)，經(jīng)過十幾年的使用，證明該品種是熱帶亞熱帶地區(qū)優(yōu)良的運動場草坪草[10]。

1.1.3測試時間 測試時間為2010年6月至9月。

1.2評價指標的選擇和檢測方法

1.2.1評價指標的選擇 本研究根據(jù)足球運動對草坪質(zhì)量的要求特點，選擇平整度、牽引力、滾動摩擦、回彈性、硬度、密度、蓋度、高度、質(zhì)地9項作為測量指標，來構建草坪質(zhì)量綜合評價體系。

1.2.2樣點選擇和各指標的檢測方法 每塊場地測定樣點5個，分別是南北小禁區(qū)各1個、南北大禁區(qū)各1個、中場圓弧區(qū)1個。檢測方法如下。

密度采用實測法。對每塊待測草坪取面積為10 cm×10 cm的樣方，人工計數(shù)樣方內(nèi)的草坪草枝條數(shù)。每樣點測定3次，取平均值。

蓋度采用針刺法。將由100個小格組成的10 cm×10 cm樣方放在被測草坪上，針刺每個節(jié)點，然后統(tǒng)計接觸到草坪草的節(jié)點數(shù)量，用百分數(shù)表示草坪的蓋度。每樣點測定3次，取平均值。

質(zhì)地采用實測法。對每個待測草坪隨機取樣30株，測定生長正常且成熟的葉片最寬處寬度，取平均值。

高度采用實測法。對每個待測草坪隨機取樣30株，測量高度，取平均值。

回彈性測定，采用自制回彈儀，讓氣壓為70 KPa的標準足球從3 m高度處自由下落，觀測其彈起高度。每樣點測定3次，取平均值。

平整度測定。將10根等長帶有刻度的細鋼釬，間隔20 cm等距離置于2 m長的平整架上，其中鋼釬可以自由地上下移動。測定時，將該裝置放在足球場上，讀取各鋼釬頂端至平整架表面的高度，減去鋼釬上端長度，得到高差，然后平均。每樣點測定3次，取平均值。

硬度用CLEGG草坪硬度計測定。測錘為圓柱形，質(zhì)量為2.25 kg，直徑50 mm，在300 mm的導管中下落，記錄草坪硬度計所示數(shù)值，單位為重力加速度(m/s2)。每樣點測定3次，取平均值。

滾動摩擦測定。將標準比賽用球從45°斜面的測槽，高1 m處自由滑下，測定球從接觸草坪起到滾動停止時的直線距離。在測定中要正反兩個方向以及垂直方向各測一次，取平均值。

牽引力測定。將圓盤底部帶足球鞋釘、上面負重46 kg的扭矩儀用力水平旋轉，讀取扭矩峰值，單位為N·m。每樣點測定3次，取平均值。

1.3綜合評價體系構建

1.3.1權重矩陣的構建 利用層次分析法(analytic hierarchy process，簡記為AHP)中有關原理，根據(jù)Saaty的1-9尺度法[11]來確定各指標對綜合評價目標的權重值。該方法采用兩兩指標相互對比的方法，即采用相對尺度，以判斷各指標對草坪質(zhì)量的相對影響，使評價有統(tǒng)一的參照。設X1，X2，X3，…，X9為平整度、牽引力、滾動摩擦、回彈性、硬度、密度、蓋度、高度、質(zhì)地對草坪質(zhì)量的影響，每次取兩個因素Xi和Xj，用aij表示Xi和Xj對草坪質(zhì)量的影響之比。若認為兩項指標(Xi，Xj)同等重要，其權重取1，一項比另一項稍重要取3，重要取5，很重要取7，絕對重要取9，介于兩者之間的分別取2，4，6，8。將全部比較結果用比較矩陣表示為：

A=(aij)n×n(aij>0,aii=1,aji=1/aij)。

1.3.2權重值的檢驗 為確定權重向量的可接受性，引入一致性指標CI=(λmax-n)/(n-1)(式中，n為評價指標個數(shù))和隨機性一致指標RI，并將RI數(shù)值列入表1。

表1 隨機一致性指標RI的數(shù)值

當一致性比率CI/RI<0.1時，就可以認為矩陣A具有滿意的一致性，表明用其最大特征根λmax所對應的特征向量WA=(W1，W2，W3，…，W9)作權重向量是可以接受的。

1.3.3隸屬函數(shù)的構建 根據(jù)模糊數(shù)學中評價指標評語集的劃分，建立指標數(shù)據(jù)與其對應的隸屬函數(shù)[12]。評語集指標的評判劃分范圍參考英國運動場草坪標準[13]和我國《草坪質(zhì)量分級標準》(NY/T 634-2002)[14]而制定(表2)。

表2 運動場草坪質(zhì)量的評價指標集

由于表2中各指標是在評語集內(nèi)呈線性上升或下降，故可做出評定草坪質(zhì)量各指標的線性隸屬函數(shù)Uij，即為第j個球場的第i個指標的隸屬函數(shù)，將各指標模糊化計算后得到模糊關系矩陣R=(Uij)m×n(式中，m表示球場的個數(shù)，n表示測試的指標數(shù))。

1.3.4綜合評價 草坪質(zhì)量的綜合評價可用公式表示為B=R·WAT(式中，WAT是各指標的權重向量的轉置，可視為一行模糊矩陣)，B=(bj)T，(j=1，2，3，…，16)是模糊綜合評價集，bj(j=1，2，3，…，16)是模糊綜合評價指標。評價集是評判者對評價對象可能做出各種總的評價結果所組成的集合。為進一步使評價集定量化，在綜合評價過程中，按照運動場草坪質(zhì)量五級分級法[15]，建立評價集:V={Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級}及綜合質(zhì)量評價分級標準(表3)。草坪質(zhì)量綜合評價值bj越大表明該運動場的草坪質(zhì)量越好，越小草坪質(zhì)量越差。

表3 運動場草坪質(zhì)量標準

2 結果與分析

2.1權重計算 根據(jù)1.3.1提及的構建權重矩陣的原則，給足球場草坪質(zhì)量的9個評價指標(平整度、牽引力、滾動摩擦、回彈性、硬度、密度、蓋度、高度、質(zhì)地)構建權重比值矩陣A(2-1)。利用MatlabR2009a軟件計算求得矩陣A的最大特征值λmax=9.041 7。對矩陣A進行一致性檢驗，CI/RI=(λmax-n)/(n-1)/RI=0.036<0.1，表明矩陣A具有滿意的一致性。故矩陣A的最大特征值λmax=9.041 7所對應的特征向量WA=(0.257 7，0.147 7，0.147 7，0.147 7，0.078 8，0.078 8，0.076 5，0.045 9，0.027 9)作為球場這9個指標的權重是可以接受的。

2.2足球場草坪質(zhì)量指標測定結果 16塊球場平整度差異較大，有12塊平整度符合±2 cm高差范圍，其中有10塊在±1 cm范圍之內(nèi)，平整度較好(表4)；牽引力最大的是南村中學體育場，為69.00 N·m，最小的是黃埔體育場，為40.67 N·m，其余大都集中在50～60 N·m；滾動摩擦最大的是東涌中學體育場，為4.99 m，最小的是市橋二中體育場，為3.29 m；而回彈性的變化幅度比較大，從執(zhí)信中學體育場的17.48%到人民體育場的35.26%，回彈性在20%以下的只有執(zhí)信中學體育場和仲元中學體育場，回彈性在20%～30%的運動場有8個，回彈性在30%～40%的有6個球場；硬度差別較大，分布在42.44～109.50 m/s2；密度比較一致，在1.02 ～1.66枝/cm2；蓋度最小的是花都體育場，為83.89%，最大的是工人體育場和燕子崗體育場，均為100%；高度在2.80～6.80 cm；質(zhì)地是由草坪草品種決定的，結果比較一致，葉片寬度在3.72～4.25 mm。

(2-1)

表4 足球場草坪質(zhì)量檢測結果

2.3足球場草坪質(zhì)量的綜合評判 將表4中的足球場草坪質(zhì)量指標數(shù)據(jù)與其對應的隸屬函數(shù)Uij(x)進行模糊化，得到矩陣R(2-2)。足球場草坪的綜合評價集B=R·WAT，即為BT={0.771 9，0.807 7，0.758 3，0.779 6，0.891 1，0.760 1，0.859 4，0.750 7，0.634 0，0.672 5，0.553 9，0.688 4，0.675 7，0.679 6，0.772 5，0.747 4}。根據(jù)表3的分級方法，可將16塊足球場草坪進行質(zhì)量分級(表5)。

(2-2)

表5 足球場草坪質(zhì)量分級結果

從綜合評價結果(表5)可以看出，測試的16塊足球場草坪質(zhì)量總體達到良好，質(zhì)量等級都在中等以上，其中3塊優(yōu)秀等級，12塊良好等級，1塊中等等級。綜合評價值排序：工人體育場(0.891 1)>番禺體校體育場(0.859 4)>黃埔體育場(0.807 7)>花都體育場(0.779 6)>化龍中學體育場(0.772 5)>英東球場(0.771 9)>燕子崗體育場(0.760 1)>人民體育場(0.758 3)>仲元中學體育場(0.750 7)>南村中學體育場(0.747 4)>番禺中學體育場(0.688 4)>東涌中學體育場(0.679 6)>禺山中學體育場(0.675 7)>石樓中學體育場(0.672 5)>執(zhí)信中學體育場(0.634 0)>市橋二中體育場(0.553 9)。所有場地中工人體育場的評價值最高，達到0.891 1，該球場除高度指標尚不合格和密度指標只達到合格之外，其他7項指標均是最佳值。而綜合評價值最低的市橋二中體育場為中等級別，該場地的指標中最佳值雖然有4個，但是不合格指標有2個，而且還有2個指標值在合格范圍的下限水平。由此可見，足球場草坪綜合質(zhì)量不是由某些單個指標決定的，而是取決于所有指標的綜合表現(xiàn)，只有所有指標均表現(xiàn)優(yōu)良草坪質(zhì)量才能達到優(yōu)良水平，而且草坪質(zhì)量受權重大的指標影響較權重小的指標大。

3 討論

3.1草坪質(zhì)量綜合評價方法的比較 盡管國內(nèi)外學者從不同角度提出了一些草坪質(zhì)量綜合評價方法，但在評價理論和實踐上仍不是很成熟, 尚未形成一套較全面而系統(tǒng)的評定方法。目前，在評價體系上有九分制和五分制;在評價方法上有目測法和測定法；在綜合評定時有將各指標評定值通過簡單的相加、平均，也有應用復雜的數(shù)學方法將各指標評定值進行處理的綜合評價方法[16-18]。其中Robert的九分法[16]在實踐中是應用最廣泛的草坪質(zhì)量評價方法之一，該方法主要是采用密度、顏色、蓋度及均一性等少數(shù)幾個外觀指標通過目測打分對草坪質(zhì)量進行評價，它具有簡單易操作的特點，但是由于它的指標過少并完全依靠主觀判斷獲得，特別是缺少能夠反映運動場草坪使用質(zhì)量的指標，所以應用該體系評價運動場草坪不夠全面和準確。劉曉靜[17]認為Robert的九分法在評價過程中數(shù)據(jù)的獲得需要一定的專業(yè)知識和技能，不便于在生產(chǎn)中應用，其根據(jù)實踐經(jīng)驗總結出了更易于操作的綜合外觀質(zhì)量法。此方法采用 6 個草坪外觀質(zhì)量指標，將其定量分級，分為5個質(zhì)量等級，以五分制按等級給每個指標打分，然后以各指標得分的總和對草坪質(zhì)量進行綜合評價的評價體系。本研究認為此方法雖然簡單易行，但還是屬于主觀評價的范疇，而且綜合評價值只是簡單的相加，不能反映各個指標不同的重要性。同樣，該體系也缺少能夠反映運動場草坪使用質(zhì)量的指標。

灰色關聯(lián)度分析法是一種比較先進的運動場草坪質(zhì)量綜合評價方法，它是用量化指標來評判草坪質(zhì)量的高低，也避免了一定程度的人為評價的主觀性。張鶴山等[18]將各指標性狀作為一個灰色系統(tǒng)對草坪質(zhì)量進行了綜合評價，但是此方法的綜合評價值只與灰色關聯(lián)度即指標的理想值相關，而本研究運用的層次分析法和模糊數(shù)學綜合評判方法，其綜合評價值是在指標評價集內(nèi)與指標值呈線性相關的，評價結果的代表性比灰色關聯(lián)度分析法更廣泛，并且在草坪質(zhì)量評價過程中，將各評價指標具有的不同單位的指標特征值轉化為反映指標優(yōu)劣的隸屬度，也實現(xiàn)了評價由定性向定量的轉化。

3.2草坪質(zhì)量綜合評價指標的選取及其權重分配 衡量草坪質(zhì)量的指標很多，選取具有代表性能反映足球場草坪質(zhì)量的指標是正確合理地評價的前提。本研究既考慮了草坪的外觀質(zhì)量指標，又考慮了使用質(zhì)量指標。在外觀質(zhì)量上選取了高度、蓋度、密度等指標，而在使用質(zhì)量上按照國際足聯(lián)和英國國家運動委員會的推薦標準選取了回彈性、滾動摩擦、硬度、牽引力、平整度等指標[19]。因此，本研究的足球場草坪質(zhì)量綜合評價體系較為完善，從而使評價結果更具代表性。

由于各指標在不同類型的草坪質(zhì)量評價中的重要性并不相同，因此科學合理地確定評價指標的權重值是進行草坪質(zhì)量評價的關鍵。本研究運用層次分析法，通過構造權重比值矩陣，計算該矩陣最大特征值所對應的特征向量，通過一致性檢驗后，獲得了較客觀而科學的評價指標權重值，克服了前人[1, 20]憑經(jīng)驗主觀評估的不足。

3.3草坪質(zhì)量綜合評價指標數(shù)據(jù)的精確性 提高測定數(shù)據(jù)的精確性，是準確評價運動場草坪質(zhì)量的基礎。本研究評價體系中的所有指標都是現(xiàn)場測定的結果，如密度、蓋度、高度、質(zhì)地等外觀質(zhì)量指標均在現(xiàn)場借助常規(guī)工具及方法直接測定，硬度、回彈性、滾動摩擦、牽引力、平整度等使用質(zhì)量指標的測定儀器及方法均符合國際標準，這使得本評價體系數(shù)據(jù)來源可靠，也提高了數(shù)據(jù)精度，從而為準確評價足球場草坪質(zhì)量奠定了基礎。

3.4廣州亞運會草坪質(zhì)量綜合評價結果的評定 按照本研究草坪質(zhì)量綜合評價體系，本次廣州亞運會的足球場草坪質(zhì)量基本達到了比賽要求，大部分指標達到了國際推薦標準[20]或亞運會標準。如回彈性國際推薦標準是20%～50%，本研究的16塊足球場草坪有14塊運動場草坪均符合國際推薦標準，平整度有12塊符合亞運會要求，滾動摩擦盡管距離較短，但均符合國際推薦標準，硬度指標有12個場地達到了亞運會標準。值得指出的是，本研究是在亞運會開幕前一個月進行的，由于許多球場建植時間較短，導致外觀質(zhì)量指標并不理想，如蓋度有9塊球場、高度有8塊球場尚未達標，密度雖然都達到了標準，但屬于標準的下限，尚不理想。而這些指標通過養(yǎng)護在亞運會開幕時得到了明顯改善，均達到了要求。

本研究構建的足球場草坪質(zhì)量綜合評價體系評價結果表明，該體系綜合評價數(shù)學模型具有靈敏度高、數(shù)學處理運算過程簡單的優(yōu)點，能直接客觀的反映出足球場草坪的質(zhì)量等級，可用于運動場草坪等不同類型草坪質(zhì)量的數(shù)量化綜合評價。然而，本評價體系還存在一定缺陷，在構建權重矩陣時主觀信度雖然通過了一致性檢驗，但為了更準確客觀地確定指標權重，尚需進一步研究探討使權重矩陣CI/RI值盡可能減小的相對尺度，或者另尋他法找到更準確地確定指標權重的科學方法。

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