俞華先，周清明，安汝?yáng)|，郎榮斌，馮 蔚，邊 芯，經(jīng)艷芬

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所瑞麗育種站，云南 瑞麗678600)

甘蔗是我國(guó)重要的糖料作物，甘蔗品種的選育和推廣是提升蔗糖產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要保障。國(guó)家甘蔗品種區(qū)域試驗(yàn)是檢驗(yàn)甘蔗品種(系)豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性及其蔗區(qū)適應(yīng)性的重要舉措。國(guó)家區(qū)域試驗(yàn)云南瑞麗點(diǎn)地處中國(guó)西南邊陲，全年僅雨旱兩季，基本無(wú)霜，屬南亞熱帶濕潤(rùn)生態(tài)型蔗區(qū)，是我國(guó)甘蔗新品種區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)之一。

信息熵用于對(duì)隨機(jī)變量的不確定性或信息量的度量［1］。熵［2］是系統(tǒng)無(wú)序性(混亂度)的度量，即一個(gè)系統(tǒng)越有序，信息熵越低;反之，則越高。變量的不確定性越大，熵值越大，理解它所需要的信息量也就越大。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，信息熵能夠描述其相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)被利用的程度，即可以用來(lái)量化評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度［3］。在多目標(biāo)性狀綜合評(píng)價(jià)中，某性狀指標(biāo)的熵越小，則表明其指標(biāo)值的變異程度越大，提供的信息量越多，其權(quán)重越大;反之亦然。近年來(lái)，信息熵理論被應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，萬(wàn)星火等［4］、周薇等［5］提出基于信息熵理論的綜合評(píng)價(jià)方法;嚴(yán)寶文等［6］應(yīng)用信息熵理論對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境地質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià);許學(xué)娜等［7］利用信息熵結(jié)合DTOPSIS 法對(duì)企業(yè)對(duì)標(biāo)評(píng)價(jià)模型及實(shí)證進(jìn)行研究。信息熵理論在農(nóng)作物綜合評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用也較多，曹雯梅等［8］應(yīng)用熵權(quán)法對(duì)棉花區(qū)試品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià);蘇恒強(qiáng)等［9］提出熵權(quán)系數(shù)法在土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用;余健等［10］提出熵權(quán)模糊物元模型在土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的應(yīng)用;安汝?yáng)|等［11］認(rèn)為信息熵理論用于甘蔗品種(系)的綜合評(píng)價(jià)是可行的。本文以第9 輪國(guó)家區(qū)試云南瑞麗試驗(yàn)點(diǎn)12 個(gè)甘蔗參試品種(系)2年新植(2012 、2013年)、1年宿根(2013年)的區(qū)域化品比試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行基于信息熵理論的綜合評(píng)價(jià)，旨在為參試品種(系)在瑞麗及其相似蔗區(qū)的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

國(guó)家第9 輪區(qū)試參試品種(系)為福農(nóng)1110、福農(nóng)0335、粵甘40、粵甘42 號(hào)、云蔗05-49、云蔗06-80、云瑞06-189、閩糖01-77、柳城05-136、、德蔗03-83、新臺(tái)農(nóng)22(CK1)、粵糖93-159(CK2)，共計(jì)12 個(gè)品種。

1.2 試驗(yàn)方法

2012年在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所瑞麗育種站進(jìn)行宿根試驗(yàn)，該地為海拔780 m 的水澆地，北緯24°01＇，東經(jīng)97°51＇，前作為甘蔗;2013 在瑞麗站所轄的隴川基地進(jìn)行新植試驗(yàn)，該地為海拔923 m 的水田，北緯24°11＇25＇＇，東經(jīng)97°45＇，肥力均勻、地勢(shì)平坦、陽(yáng)光充足、排灌方便，前作為甘蔗。

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)5 行區(qū)，行長(zhǎng)6.66 m，行距1.1 m，株距0.12 m，小區(qū)面積36.7 m2。按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)下種，四周設(shè)保護(hù)行，試驗(yàn)地田間管理同大田生產(chǎn)一致。

1.3 調(diào)查項(xiàng)目

1.3.1 農(nóng)藝性狀 按照國(guó)家區(qū)試實(shí)施方案，3月20日前播種，4 -5月調(diào)查苗情，8 -10月調(diào)查生長(zhǎng)速度，12月分別調(diào)查株高、莖徑、有效莖等農(nóng)藝性狀，并實(shí)測(cè)蔗莖單產(chǎn)。以出苗率、分蘗率、宿根萌苗率、株高、莖徑、有效莖數(shù)、甘蔗產(chǎn)量7 個(gè)農(nóng)藝性狀平均值綜合評(píng)價(jià)參試品種(系)的農(nóng)藝表現(xiàn)。

1.3.2 工藝性狀 2012年11月至2013年3月，每月下旬采樣，采用兩次旋光法［12］進(jìn)行全面分析。選用出汁率、蔗糖分、纖維分、重力純度、還原糖分、蔗糖產(chǎn)量6 個(gè)指標(biāo)的平均值綜合評(píng)價(jià)參試品種(系)的工藝表現(xiàn)，并進(jìn)行工藝性狀分析。

1.4 信息熵評(píng)價(jià)方法

1.4.1 樣本矩陣R 的構(gòu)建 用n 表示參試品系的個(gè)數(shù)(n =12);m 表示調(diào)查性狀(m =13)。樣本評(píng)價(jià)矩陣R 如下。

1.4.2 無(wú)量綱化處理 用比值法對(duì)樣本矩陣R 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到規(guī)范化矩陣R＇=(rij)n ×m。定量數(shù)據(jù)越大越好的性狀(除還原糖、纖維分外)采用上限測(cè)度:rij=Xij(Xij)max;定量數(shù)據(jù)越小越好的性狀(還原糖)采用下限測(cè)度:rij=Xij(Xij)min;定量數(shù)據(jù)要求適中的性狀(纖維分)采用中性測(cè)度:rij=X0abs(Xij-X0)+X0。其中，i 為第i 個(gè)品系(i=1，2，…n);j 為第j 個(gè)性狀(j=1，2，…，m);rij為第i 個(gè)品系第j 個(gè)性狀指標(biāo)無(wú)量綱化處理變量分值;Xij為性狀觀察值;(Xij)max為性狀指標(biāo)最大值;(Xij)min為性狀指標(biāo)最小值;X0為性狀指標(biāo)理想值;abs 表示取絕對(duì)值。

1.4.3 比重P 用比重Pij構(gòu)成矩陣R＇，即R＇=Pij。其中，Pij為第i 個(gè)品系在第j 個(gè)性狀指標(biāo)值的比重，n為品系數(shù)(n=12)。根據(jù)信息理論，各評(píng)價(jià)性狀的比重如下。

1.4.4 各性狀指標(biāo)的信息熵Ej值 根據(jù)熵的定義，第j 項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值如下。

式中，n 為評(píng)價(jià)品系(材料)的數(shù)量(n=12)。Ej∈(0，1)，Ej值越趨近于0，表示系統(tǒng)內(nèi)評(píng)價(jià)指標(biāo)的變異程度越大;Ej值越趨近于1，表示變異程度越小。

1.4.5 客觀權(quán)重Wj及評(píng)價(jià)品系(材料)的綜合評(píng)價(jià)值Fi客觀權(quán)重Wj及評(píng)價(jià)品系(材料)的綜合評(píng)價(jià)值Fi如下。

式中，rij為第i 個(gè)品系第j 個(gè)性狀指標(biāo)無(wú)量綱化處理變量分值;Xij為性狀觀察值;Pij為第i 個(gè)品系在第j個(gè)性狀指標(biāo)值的比重;Ej表示第j 項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值;Wj表示第j 項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀權(quán)重值;Fi表示第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 構(gòu)建樣本評(píng)價(jià)矩陣R

第9 輪國(guó)家區(qū)試云南瑞麗點(diǎn)12 個(gè)甘蔗參試品種(系)的農(nóng)藝性狀見(jiàn)表1，構(gòu)成樣本矩陣:R=(Xij)n ×m。由表1 可知，12 個(gè)參試品種(系)中，云蔗05-49 和云蔗06-80 宿根萌苗率最高，莖徑均為中莖，早期出苗率二者均偏少;閩糖01-77 有效莖數(shù)最高，但株高不高，莖徑不粗;粵甘42 有效莖最少;德蔗03-83 為中莖種，有效徑數(shù)、甘蔗產(chǎn)量均位于第2 位，但分蘗率低;云瑞06-189 為中莖種，有效徑數(shù)適中，分蘗率、出苗率分別位于第2、4 位，其余性狀指標(biāo)適中。甘蔗糖分以柳城05-136 最高，粵甘42 最低，二者相差2.26%;蔗糖產(chǎn)量以福農(nóng)1110 最高，粵甘42 最低，二者相差6.7 t·hm-2。

表1 第9 輪國(guó)家區(qū)試云南瑞麗點(diǎn)甘蔗參試品種(系)工、農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic and technical characters of tested sugarcane species (lines)in Ruili site of Yunnan in the ninth national regional trial

續(xù)表1

2.2 無(wú)量綱處理

根據(jù)糖料甘蔗育種目標(biāo)，纖維分按中性指標(biāo)處理，最適宜含量為10%，故X0=10%。還原糖分含量越低甘蔗糖分越好，因此采用下限測(cè)度。其余11 個(gè)性狀數(shù)值為越大越好，采用上限測(cè)度。經(jīng)過(guò)無(wú)量綱轉(zhuǎn)化后構(gòu)成規(guī)范化矩陣:R=(rij)n×m(表2)。

表2 第9 輪國(guó)家區(qū)試云南瑞麗點(diǎn)甘蔗參試品種(系)各性狀無(wú)量綱化處理結(jié)果1)Table 2 Dimensionless processing results of the characters of tested sugarcane species (lines)in Ruili site of Yunnan in the ninth national regional trial

2.3 熵權(quán)法確定各性狀權(quán)重

根據(jù)熵權(quán)法原理，將初始矩陣進(jìn)行均值化處理得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣R＇，將矩陣中的數(shù)據(jù)代入公式(1)、(2)、(3)，計(jì)算得出熵值Ej及其權(quán)重Wj(表3)。由表3 可知，蔗糖產(chǎn)量權(quán)重最大，為0.254 5，重力純度的權(quán)重最小，僅0.002 6。

表3 第9 輪國(guó)家區(qū)試云南瑞麗點(diǎn)甘蔗參試品種(系)各性狀的熵值及權(quán)重Table 3 Entropy values and weights of the characters of tested sugarcane species (lines)in Ruili site of Yunnan in the ninth national regional trial

2.4 參試品種(系)的綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)公式(4)，將甘蔗品種(系)工、農(nóng)藝性狀的權(quán)重乘以其無(wú)量綱化值，得出各指標(biāo)的權(quán)重分值，并通過(guò)累加得到各參試品種(系)的綜合評(píng)價(jià)總分值Fi及排序(表4)。由表4 可以看出，12 個(gè)參試品種(系)中，F(xiàn)i值大于CK1和CK2的依次是福農(nóng)1110、柳城05-136、云蔗05-49、德蔗03-83、云瑞06-189、云蔗06-80，其中福農(nóng)1110 的Fi最大，為0.940 8，柳城05-136 居第2 位，為0.934 8;粵甘40、福農(nóng)0335、閩糖01-77、粵甘42 的Fi值均小于CK1和CK2。根據(jù)信息熵原理，F(xiàn)i值越大說(shuō)明該品種綜合性狀越好，表明福農(nóng)1110、柳城05-136、云蔗05-49、德蔗03-83、云瑞06-189、云蔗06-80 的綜合性狀均優(yōu)于2 個(gè)對(duì)照種;粵甘40、福農(nóng)0335、閩糖01-77、粵甘42 等4 個(gè)品種的Fi值在0.796 4 -0.687 0 之間，均低于CK1和CK2，說(shuō)明其綜合性狀比2 個(gè)對(duì)照種差，其中粵甘42 的Fi值最小，僅0.687 0，比CK2小0.132 2，低于19%，建議綜合考慮其他蔗區(qū)情況再做出淘汰。

表4 第9 輪國(guó)家區(qū)試云南瑞麗點(diǎn)甘蔗品種(系)綜合評(píng)價(jià)及排序Table 4 Comprehensive evaluation and sorting for sugarcane species (lines)in Ruili site of Yunnan in the ninth national regional trial

3 結(jié)論與討論

本研究表明，信息熵理論綜合評(píng)價(jià)的目標(biāo)性狀權(quán)重與文獻(xiàn)［13 -20］專家經(jīng)驗(yàn)評(píng)判法確定的性狀指標(biāo)權(quán)重大小基本趨勢(shì)一致，即蔗糖含量的權(quán)重值最大。本文蔗糖含量的權(quán)重值為0.254 5，與文獻(xiàn)［11 -20］的蔗糖含量的權(quán)重值相接近;其次是甘蔗產(chǎn)量，權(quán)重值為0.194 8;重力純度權(quán)重值最小，僅0.002 6，這與安汝?yáng)|等［11］研究結(jié)果一致，其原因是在引用資料中各品種重力純度信息熵值最大。根據(jù)信息熵理論，評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值越大，該指標(biāo)值的變異程度越小，提供的信息量就越少，其權(quán)重也就越小。但重力純度作為衡量工藝性狀的重要指標(biāo)，其權(quán)重似乎難以反映其在工、農(nóng)藝性狀綜合評(píng)價(jià)中的重要性。

本研究評(píng)價(jià)結(jié)果與田間表現(xiàn)吻合，F(xiàn)i同時(shí)優(yōu)于2 個(gè)對(duì)照的品種(系)包括:福農(nóng)1110、柳城05-136、云蔗05-49、德蔗03-83、云瑞06-189、云蔗06-80，其田間綜合性狀表現(xiàn)較好，蔗糖含量均高于2 個(gè)對(duì)照。該評(píng)價(jià)結(jié)果可作為甘蔗品種(系)在云南瑞麗蔗區(qū)及其相似蔗區(qū)推廣應(yīng)用的依據(jù)。

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