宮彬彬，王 寧，章鐵軍，吳曉蕾，呂桂云，褚新培，高洪波※

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綜合形態(tài)與葉片葉綠素含量的番茄壯苗指數(shù)篩選

宮彬彬1，王 寧1，章鐵軍2，吳曉蕾1，呂桂云1，褚新培1，高洪波1※

（1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，保定 071001；2. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代教育技術(shù)中心，保定 071001）

為建立最佳的番茄秧苗壯苗指數(shù)，提高秧苗評(píng)判的準(zhǔn)確度，該文以四葉一心番茄秧苗為研究對(duì)象，在測(cè)定11項(xiàng)秧苗指標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用模糊綜合評(píng)判法建立番茄秧苗綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，使用主成分分析進(jìn)行指標(biāo)篩選并組合構(gòu)成多個(gè)番茄壯苗指數(shù)，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)與壯苗指數(shù)的相關(guān)分析篩選出適宜的壯苗指數(shù)并驗(yàn)證。結(jié)果表明：對(duì)300株樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，番茄秧苗綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.26～0.79，可全面概括秧苗的整體素質(zhì)，能客觀、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)秧苗健壯程度；通過(guò)秧苗單一指標(biāo)的主成分分析將各指標(biāo)劃分為形態(tài)指標(biāo)、色素指標(biāo)和株高3個(gè)主成分，表明秧苗的質(zhì)量必須從形態(tài)、葉綠素含量和株高這3方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。從主成分中各選一種指標(biāo)進(jìn)行完全隨機(jī)排列組合成25種壯苗指數(shù)，并篩選出與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相關(guān)性較高且具有代表性的4種壯苗指數(shù)；并用3種不同品種番茄秧苗對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)證，其中壯苗指數(shù)“（總?cè)~綠素/株高）?全株干質(zhì)量”與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相關(guān)性最大為0.797且極顯著（<0.01），穩(wěn)定性好、代表性強(qiáng)，可作為衡量番茄秧苗素質(zhì)的推薦壯苗指數(shù)。以番茄秧苗的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為分級(jí)依據(jù)，根據(jù)推薦壯苗指數(shù)將秧苗質(zhì)量分為3個(gè)等級(jí)（等級(jí)Ⅰ（壯苗指數(shù)≥0.065）為優(yōu)質(zhì)苗，等級(jí)Ⅱ（壯苗指數(shù)：0.030～0.065）為合格苗，等級(jí)Ⅲ（壯苗指數(shù)≤0.030）為弱苗（幼苗或老苗）），各等級(jí)間差異顯著，可以作為較好的判別指標(biāo)。該研究表明可為番茄育苗生產(chǎn)提供參考，也可為其他蔬菜秧苗評(píng)判提供參考。

葉綠素；形態(tài)；番茄；壯苗指數(shù)；模糊綜合評(píng)判；主成分分析；相關(guān)性分析

0 引 言

蔬菜育苗已成為現(xiàn)代蔬菜產(chǎn)業(yè)的首要和關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，秧苗健壯程度的評(píng)價(jià)是工廠化育苗成功與否的關(guān)鍵，也是后期蔬菜生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的保障[1]。在傳統(tǒng)育苗過(guò)程中，通常通過(guò)觀察或測(cè)定秧苗的株高、莖粗、葉片顏色等單一指標(biāo)進(jìn)行秧苗健壯程度的評(píng)判，但這種方法包含的指標(biāo)較少，有時(shí)與秧苗的實(shí)際質(zhì)量存在較大偏差。在對(duì)蔬菜秧苗壯苗指數(shù)的大量研究過(guò)程中，提出了（莖粗/莖高）×全株干質(zhì)量、（莖粗/株高+根干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量、（根干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量等一些較為適用的評(píng)價(jià)指標(biāo)[2-4]。其中1984年建立的（莖粗/莖高）×全株干質(zhì)量[5]仍是目前較為通用的蔬菜秧苗好壞的評(píng)判依據(jù)，在實(shí)際生產(chǎn)和科學(xué)研究中得到了廣泛應(yīng)用[6]。然而，由于這些壯苗評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)主要以番茄形態(tài)指標(biāo)為基礎(chǔ)，而且在品種和育苗條件發(fā)生變化時(shí)，這一壯苗指數(shù)準(zhǔn)確率存在下降的風(fēng)險(xiǎn)。近年來(lái)，大量研究證明葉片色素指標(biāo)是秧苗光合作用的關(guān)鍵因素，與秧苗質(zhì)量有著密切的關(guān)系，因此葉綠素指標(biāo)已作為蔬菜等秧苗質(zhì)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)[7-10]。但是，如何科學(xué)將葉綠素指標(biāo)與形態(tài)指標(biāo)聯(lián)系在一起，作為蔬菜等秧苗健壯程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)尚不明確。

模糊綜合評(píng)判法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的評(píng)價(jià)方法，可以在大量樣本的情況下提供一個(gè)較為可靠的評(píng)判依據(jù)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要應(yīng)用在溫室環(huán)境控制[11]、灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)[12]、植物抗逆性評(píng)價(jià)[13-15]、土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)[16]等領(lǐng)域，而應(yīng)用數(shù)學(xué)模型評(píng)價(jià)幼苗壯苗指數(shù)的研究卻比較少見(jiàn)，尤其對(duì)于工廠化蔬菜育苗模式。為此，本文以工廠化培育的番茄秧苗為研究對(duì)象，在大量、全面測(cè)定秧苗單項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用模糊綜合評(píng)判法，首先建立番茄秧苗指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，再依據(jù)秧苗指標(biāo)的主成分分析結(jié)果將關(guān)鍵性指標(biāo)組合構(gòu)成壯苗指數(shù)，最后根據(jù)壯苗指數(shù)和綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的相關(guān)性分析，篩選出極顯著相關(guān)，且穩(wěn)定性好、代表性強(qiáng)的番茄壯苗指數(shù)，并根據(jù)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)和壯苗指數(shù)聚類分析的結(jié)果對(duì)番茄秧苗質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)，旨在為番茄育苗提供理論依據(jù)以及為蔬菜秧苗健壯程度的評(píng)價(jià)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源

本試驗(yàn)于2017年9月–2018年9月在河北饒陽(yáng)萬(wàn)禾冠蔬菜種植專業(yè)合作社和定興縣華龍蔬菜專業(yè)合作社的工廠化育苗基地進(jìn)行。育苗采用72孔育苗穴盤(pán)，基質(zhì)采用“商道”育苗專用基質(zhì)（容重0.32 g/cm3，總孔隙度80.5%，氣水比0.27，pH值0.64，EC值810S/cm），番茄秧苗生長(zhǎng)至四葉一心時(shí)進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。

構(gòu)建壯苗指數(shù)所用番茄品種為‘金棚一號(hào)’，指數(shù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)所用番茄品種為‘金棚一號(hào)’、‘東圣’和‘美顏1319’。

1.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

隨機(jī)抽取300株四葉一心番茄秧苗，洗凈并用濾紙擦干，用直尺測(cè)定株高；用游標(biāo)卡尺（日本三豐/IP67）測(cè)定莖粗；用剪刀將地上和地下部分開(kāi)，采用萬(wàn)分之一電子天平（奧豪斯/CP114）分別稱量地上部、地下部鮮質(zhì)量和全株鮮質(zhì)量；再將其裝于信封袋內(nèi)置于鼓風(fēng)干燥箱（SHKTYQ/101-2AB）105 ℃殺青30 min，80 ℃下烘至恒質(zhì)量，并稱量地下部干質(zhì)量、地上部干質(zhì)量和全株干質(zhì)量，并用地下部鮮質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量、地下部干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量分別表示烘干前和烘干后秧苗根冠比；葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素含量采用乙醇丙酮[17]浸提法測(cè)定；采用葉綠素儀（SPAD-502Plus）測(cè)定葉片葉綠素相對(duì)含量。

1.3 壯苗指標(biāo)評(píng)判體系的建立

參照吳克寧等[18]模糊綜合評(píng)判法，以番茄秧苗單項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值范圍[19]和單項(xiàng)指標(biāo)所屬的隸屬函數(shù)確定單因素評(píng)價(jià)矩陣；以番茄秧苗單項(xiàng)指標(biāo)與其他指標(biāo)的線性回歸確定權(quán)重系數(shù)矩陣；再通過(guò)單因素評(píng)價(jià)矩陣乘權(quán)重系數(shù)確定綜合評(píng)價(jià)矩陣即每棵秧苗的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

1.3.1 單項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)的確定

隸屬函數(shù)主要分為4種類型，戒上型，戒下型、峰型和直線型[20]。戒上型隸屬函數(shù)是指指標(biāo)在某一范圍與秧苗質(zhì)量正相關(guān)，超過(guò)此范圍對(duì)秧苗質(zhì)量影響不大，多用于有利因子。戒下型隸屬函數(shù)是指指標(biāo)在某一范圍與秧苗質(zhì)量負(fù)相關(guān)，超過(guò)此范圍對(duì)秧苗質(zhì)量影響不大，多用于有害因子。峰型隸屬函數(shù)是指指標(biāo)在某一范圍對(duì)秧苗質(zhì)量最為有益，偏離這一范圍增長(zhǎng)或是減少都不利于秧苗質(zhì)量。直線型隸屬函數(shù)是指指標(biāo)沒(méi)有明顯的上下限，隨指標(biāo)的增長(zhǎng)與秧苗質(zhì)量成正相關(guān)。在具體表達(dá)式方面，戒上型，戒下型和峰型這3種隸屬函數(shù)又分為線性和非線性[21]，由于本研究中所涉及到的11項(xiàng)指標(biāo)與番茄秧苗質(zhì)量之間存在較好的線性關(guān)系，因此根據(jù)煙草[22]和黃瓜[23]單項(xiàng)指標(biāo)的特性，將各單項(xiàng)指標(biāo)分為3種類型的線性隸屬函數(shù)：“拋物線型”（式（1））、“正S型”（式（2））和“直線型”（式（3））。根據(jù)隸屬函數(shù)和設(shè)定的指標(biāo)臨界值，將每株秧苗單項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定值代入相應(yīng)隸屬函數(shù)公式，計(jì)算隸屬度，組合成單因素評(píng)價(jià)矩陣（式（4））。

3()=+（3）

式中μ()（=1,2,3）為隸屬函數(shù)值，1表示指標(biāo)數(shù)值下限，2表示指標(biāo)最優(yōu)數(shù)值下限，3表示指標(biāo)最優(yōu)數(shù)值上限，4表示指標(biāo)數(shù)值上限。其中=(1-0.1)/(max–min)，=1–max，max表示數(shù)值上限，min表示數(shù)值下限。為行列矩陣，樣本數(shù)量，為每個(gè)樣本秧苗指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

1.3.2 單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的確定

采用多元線性回歸法，根據(jù)各指標(biāo)與其他指標(biāo)之間的共線性強(qiáng)弱來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重。

3）通過(guò)對(duì)每個(gè)指標(biāo)的復(fù)相關(guān)系數(shù)取倒數(shù)后歸一化得到各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)r，組成權(quán)重系數(shù)矩陣（式（7））。

1.3.3 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

利用模糊矩陣合成計(jì)算綜合評(píng)價(jià)矩陣，×T=（式（8））[24-25]。

式中為綜合評(píng)判矩陣；為單因素指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣；為權(quán)重系數(shù)矩陣。

1.4 壯苗指數(shù)的篩選

將番茄11項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)采用IBM SPSS Statistics對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，去除各主成分中貢獻(xiàn)率小于0.4的成分后，得到對(duì)各主成分相關(guān)性較大的關(guān)鍵指標(biāo)。

將每個(gè)主成分中相關(guān)性較大的指標(biāo)進(jìn)行完全隨機(jī)排列組合，初步建立壯苗指數(shù)。以綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為番茄秧苗的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，以傳統(tǒng)壯苗指數(shù)為對(duì)照，進(jìn)行壯苗指數(shù)與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相關(guān)性分析[26]，篩選出相關(guān)性較高且優(yōu)于傳統(tǒng)壯苗指數(shù)的壯苗指數(shù)。

1.5 壯苗指數(shù)的穩(wěn)定性驗(yàn)證

分別選取60株‘金棚1號(hào)’，‘東圣’和‘美顏1319’四葉一心的秧苗，對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，分別建立3種品種秧苗的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，并與篩選出的壯苗指數(shù)做相關(guān)性分析，以驗(yàn)證其的穩(wěn)定性。

采用-均值聚類的方法[27-28]，以300株番茄秧苗樣本的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)作為類別中心值，對(duì)篩選出的壯苗指數(shù)進(jìn)行聚類分析，根據(jù)中心值結(jié)果確定依據(jù)壯苗指數(shù)劃分的番茄秧苗質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

從表1可以看出，番茄秧苗單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)整體偏低，在0.070～0.180之間，表明多項(xiàng)指標(biāo)之間存在明顯的共線性。其中株高的權(quán)重系數(shù)最大為0.180，可能是由于株高和其他指標(biāo)的相關(guān)性較差，而且在番茄秧苗生長(zhǎng)過(guò)程中差異性較大；莖粗、根冠比（鮮樣）、全株鮮質(zhì)量、根冠比（干樣）、全株干質(zhì)量、葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素、SPAD等指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)均小于0.1，證明這些指標(biāo)之間關(guān)系較為密切，共線性較高。

表1 番茄秧苗單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

2.2 單項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)

番茄秧苗單項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)參數(shù)[19,22-23]如表2所示，其中株高在一定范圍可以提高秧苗質(zhì)量，偏離這一范圍都容易導(dǎo)致秧苗素質(zhì)變差，這種趨勢(shì)適合于“拋物線型”隸屬函數(shù)；莖粗、全株鮮質(zhì)量和全株干質(zhì)量在一定范圍與秧苗質(zhì)量呈正相關(guān)，超過(guò)這一范圍后對(duì)秧苗質(zhì)量評(píng)價(jià)影響較小，這一特性符合“正S型”隸屬函數(shù)；葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素、SPAD和根冠比在秧苗質(zhì)量評(píng)價(jià)中沒(méi)有明顯的上下限，且均與秧苗質(zhì)量呈正相關(guān)，為“直線型”隸屬函數(shù)的特點(diǎn)。

表2 番茄秧苗單項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)和臨界值

2.3 綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

由于篇幅有限，在此處僅列出6株樣本的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算結(jié)果。

1）首先根據(jù)四葉一心番茄秧苗的指標(biāo)測(cè)定建立秧苗指標(biāo)參數(shù)矩陣，如式（9）所示。

式中從左至右的列依次為指標(biāo)株高、莖粗、根冠比（鮮樣）、全株鮮質(zhì)量、根冠比（干樣）、全株干質(zhì)量、葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素和SPAD。下同。

2）將番茄秧苗每一列指標(biāo)帶入所屬的隸屬函數(shù)中進(jìn)行計(jì)算，得到番茄秧苗單因素評(píng)價(jià)矩陣，如式（10）所示。

3）將番茄秧苗單因素評(píng)價(jià)矩陣與表（1）中指標(biāo)權(quán)質(zhì)量系數(shù)相乘，得到綜合評(píng)價(jià)矩陣，結(jié)果如式（11）所示。

將300株番茄秧苗樣本的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行匯總（圖1），番茄質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)在0.26～0.79，曲線的上下范圍較大，表明本次試驗(yàn)取樣范圍較廣，包含各種優(yōu)劣番茄秧苗，能夠準(zhǔn)確地作為壯苗指數(shù)準(zhǔn)確性的評(píng)判依據(jù)。

圖1 番茄秧苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

2.4 單項(xiàng)指標(biāo)主成分分析

根據(jù)11項(xiàng)番茄秧苗單項(xiàng)指標(biāo)主成分分析結(jié)果，前3個(gè)主成分總方差的累計(jì)貢獻(xiàn)率大于80%，可作為番茄秧苗的鑒別指標(biāo)。從（表3）番茄秧苗主成分旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣可以看出，去除掉相關(guān)性小于0.4的成分后，番茄秧苗總?cè)~綠素、葉綠素a、類胡蘿卜素、葉綠素b、和SPAD等色素指標(biāo)是主成分1的主要因子，根冠比（干樣）、根冠比（鮮樣）、全株干質(zhì)量、全株鮮質(zhì)量和莖粗等形態(tài)指標(biāo)是主成分2主要因子，株高是主成分3的主要因子。

表3 番茄秧苗指標(biāo)主成分旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣

2.5 壯苗指數(shù)的初步建立

通過(guò)主成分分析，將番茄秧苗的11項(xiàng)單一指標(biāo)組合為3個(gè)主要成分，壯苗指數(shù)必須同時(shí)包括這3個(gè)主成分中一個(gè)或多個(gè)指標(biāo)才能全面的體現(xiàn)番茄秧苗質(zhì)量差異[29-30]。為了使壯苗指數(shù)盡量簡(jiǎn)化且包含全面，在本研究中，從每類主成分中分別選取1項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行完全隨機(jī)排列組合，得到25個(gè)壯苗指數(shù)（表4），由于株高為拋物線類型（表2），說(shuō)明株高大于一定數(shù)值后對(duì)壯苗指數(shù)有負(fù)向的決定作用，這與張世祥[31]的研究結(jié)果一致。為了保障壯苗指數(shù)的單調(diào)性，壯苗指數(shù)的組合中采用“/株高”的方式，其余指標(biāo)均組合在分子的位置。并以傳統(tǒng)壯苗指數(shù)公式“（莖粗/株高）×全株干質(zhì)量”和“（莖粗/株高+根干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量”為對(duì)照CK1和CK2。

表4 番茄壯苗指數(shù)構(gòu)建

2.6 壯苗指數(shù)與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相關(guān)分析

將得到的壯苗指數(shù)與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)做相關(guān)性分析（表5）。所有構(gòu)建的番茄壯苗指數(shù)均與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈極顯著相關(guān)，CK1“（莖粗/株高）×全株干質(zhì)量”和CK2“（莖粗/株高+根干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量”的相關(guān)系數(shù)分別為0.723和0.738，其中X15“（總?cè)~綠素/株高）×全株干質(zhì)量”與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)相關(guān)性最大，達(dá)到0.798。篩選得到的4個(gè)相關(guān)性高于對(duì)照的壯苗指數(shù)相關(guān)性分別為：X5、X15、X20、X25，用于后續(xù)評(píng)價(jià)驗(yàn)證。

表5 番茄幼苗壯苗指數(shù)與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的相關(guān)性分析

注：“**”極顯著（<0.01）。下同。

Note: “**”means different significantly at 0.01 level. Same as follows.

2.7 壯苗指數(shù)穩(wěn)定性驗(yàn)證

不同番茄品種秧苗之間壯苗指數(shù)相關(guān)性存在差異（表6），其中對(duì)照CK1、CK2均表現(xiàn)出相關(guān)性不穩(wěn)定（‘金鵬1號(hào)’分別為0.627和0.607，‘美顏1319’分別為0.802和0.822），表明CK1、CK2在番茄品種改變時(shí)不能全面的評(píng)定秧苗質(zhì)量。在所篩選的壯苗指數(shù)中，只有X5“（葉綠素a/株高）×全株干質(zhì)量”和X15“（總?cè)~綠素/株高）×全株干質(zhì)量”表現(xiàn)出較高的相關(guān)性和較好的穩(wěn)定性，‘金棚1號(hào)’ X5和X15的相關(guān)性分別為0.81和0.826；‘東圣’ X5和X15的相關(guān)性分別為0.865和0.894；‘美顏1319’ X5和X15的相關(guān)性分別為0.883和0.886，且均顯著高于對(duì)照。綜合3種番茄品種的壯苗指數(shù)，X5和X15均可作為番茄秧苗壯苗的準(zhǔn)確評(píng)判，其中X15“（總?cè)~綠素/株高）×全株干質(zhì)量”最為可靠。

圖2為在構(gòu)建番茄秧苗綜合評(píng)價(jià)指數(shù)時(shí)所用的300株番茄秧苗樣本的壯苗指數(shù)X15的分布情況?？梢钥闯鏊鶚?gòu)建出的壯苗指數(shù)隨著綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的增加線性增長(zhǎng)，相關(guān)系數(shù)0.797(2=0.635)。可以依據(jù)壯苗指數(shù)的大小的比較直接判定秧苗質(zhì)量。

表6 不同品種壯苗指數(shù)與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的相關(guān)性分析

圖2 番茄壯苗指數(shù)在綜合評(píng)價(jià)指數(shù)范圍內(nèi)的分布圖

2.8 番茄秧苗質(zhì)量分類標(biāo)準(zhǔn)

以300株番茄秧苗樣本的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)作為聚類劃分依據(jù)，將壯苗指數(shù)X15進(jìn)行等級(jí)劃分。由表7可以看出，番茄秧苗共分為3個(gè)等級(jí)，其中等級(jí)Ⅰ（壯苗指數(shù)≥0.065）為優(yōu)質(zhì)苗，等級(jí)Ⅱ（壯苗指數(shù)：0.030～0.065）為合格苗，等級(jí)Ⅲ（壯苗指數(shù)≤0.030）為弱苗（幼苗或老苗）。在300樣本中，Ⅰ、Ⅱ等級(jí)苗占65%，Ⅲ等級(jí)苗占35%。通過(guò)方差分析可以看出，壯苗指數(shù)各等級(jí)間差異顯著，可以作為較好的判別指標(biāo)[32]。

表7 番茄秧苗質(zhì)量等級(jí)

注：、為方差分析參數(shù)。

Note:andare parameters for variance analysis.

3 討 論

不同果菜類蔬菜秧苗的壯苗指數(shù)均不相同，張菊平等[33]以“（莖粗/莖高）×全株干質(zhì)量”來(lái)評(píng)價(jià)辣椒秧苗；張碩等[34]以“（莖粗/株高+地下干質(zhì)量/地上干質(zhì)量）×單株干質(zhì)量”作為黃瓜的壯苗指數(shù)；高玉紅等[35]采用“（根鮮質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量+莖粗/株高）×全株鮮質(zhì)量”作為甜瓜的壯苗指數(shù)，因此，在壯苗指數(shù)使用時(shí)需要謹(jǐn)慎選擇。論文以番茄秧苗為試材，創(chuàng)建了一種科學(xué)的壯苗指數(shù)建立的方法，采用模糊綜合評(píng)判法建立起番茄秧苗的評(píng)價(jià)體系，求得能全面反映番茄秧苗整體質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，通過(guò)主成分分析對(duì)秧苗形態(tài)、色素指標(biāo)進(jìn)行了篩選和排列組合，并將組合的壯苗指數(shù)分別與綜合評(píng)價(jià)指數(shù)做相關(guān)性分析，篩選出對(duì)番茄秧苗質(zhì)量評(píng)價(jià)較好的壯苗指數(shù)，研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，形態(tài)、葉片葉綠素含量對(duì)于番茄秧苗的質(zhì)量均存在較大影響，能反映番茄農(nóng)藝性狀指標(biāo)與生理生化指標(biāo)的協(xié)調(diào)關(guān)系，充分體現(xiàn)番茄各項(xiàng)指標(biāo)相互依存、相互制約的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律。因此，壯苗指數(shù)的構(gòu)建應(yīng)包含色素指標(biāo)，這與前人的研究結(jié)果是不同的。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)以提高物質(zhì)積累為基礎(chǔ)，以防止幼苗徒長(zhǎng)為前提，通過(guò)壯苗措施，提高葉綠素含量，增加總干質(zhì)量，來(lái)達(dá)到培育壯苗的目的。

4 結(jié) 論

本研究通過(guò)大量番茄秧苗樣本的指標(biāo)測(cè)定、各類指標(biāo)權(quán)重的分析以及指標(biāo)隸屬函數(shù)類型的分類，構(gòu)建了覆蓋面較大的綜合評(píng)判指數(shù)（0.26~0.79）。并以此為依據(jù)篩選出了相關(guān)性、穩(wěn)定性均較好的“（總?cè)~綠素/株高）×全株干質(zhì)量”作為番茄秧苗的推薦壯苗指數(shù)。這一指數(shù)包含了株高、全株干質(zhì)量、總?cè)~綠素等重要指標(biāo)，且與綜合評(píng)判指數(shù)成線性關(guān)系，可以通過(guò)壯苗指數(shù)數(shù)值的大小直觀的判定秧苗質(zhì)量。同時(shí)，綜合形態(tài)和葉片葉綠素指標(biāo)的壯苗指數(shù)充分考慮了秧苗內(nèi)在和外在的生長(zhǎng)狀態(tài)，可以更加全面的評(píng)價(jià)番茄秧苗健碩程度。最后，本研究同樣依據(jù)覆蓋面較廣的番茄秧苗綜合評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)一步聚類分級(jí)的結(jié)果，對(duì)所篩選出的壯苗指數(shù)進(jìn)行了分級(jí)，將番茄秧苗分為3個(gè)等級(jí)，其中等級(jí)Ⅰ（壯苗指數(shù)≥0.065），等級(jí)Ⅱ（壯苗指數(shù)：0.030～0.065），等級(jí)Ⅲ（壯苗指數(shù)≤0.030）。此結(jié)果可以為實(shí)際生產(chǎn)提供較方便的質(zhì)量評(píng)價(jià)依據(jù)，同時(shí)也可以為其他研究者研究番茄秧苗質(zhì)量提供參考。

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Selection of tomato seedling index based on comprehensive morphology and leaf chlorophyll content

Gong Binbin1, Wang Ning1, Zhang Tiejun2, Wu Xiaolei1, Lü Guiyun1, Chu Xinpei1, Gao Hongbo1※

(1.071001,2.071001,)

In this study, we aimed to establish an optimal index model of tomato seedlings to improve the accuracy of seedlings evaluation. Based on the determination of eleven individual indicators such as plant height, stem circumference, root-shoot ratio (Fresh), plant fresh weight, root-shoot ratio (Dry), plant dry weight, chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, carotenoid and SPAD of about 300 tomato seedlings with three leaves, according to the seedling standard, the membership function formula of each index was established and the single factor evaluation matrix was calculated. The weight coefficient matrix was calculated according to multiple linear regression. Finally, the fuzzy comprehensive evaluation method was used to multiply the single factor evaluation matrix and the weight coefficient matrix to calculate the comprehensive evaluation matrix and establish a comprehensive evaluation index of tomato seedlings. This index can stably and accurately evaluate tomato seedlings, but the calculation was relatively complicated. Therefore, a simple and effective seedling model was needed instead of the comprehensive evaluation index. Then the principal component analysis was used to screen the indicators and combine them into index model of tomato seedlings. After that, the suitable model was selected through the correlation analysis between the comprehensive evaluation index and seedling index model. Finally, the optimal model was selected based on the verification of suitable model using industrialized nursery seedlings of three different tomato varieties. The results showed that the weight coefficients of each indicator such as plant height, stem circumference, root-shoot ratio (Fresh), plant fresh weight, root-shoot ratio (Dry), plant dry weight, chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, carotenoid and SPAD of tomato seedlings were 0.180, 0.085, 0.098, 0.076, 0.103, 0.078, 0.070, 0.070, 0.070, 0.072, and 0.097, respectively. And the index was divided into three subordinate functions: parabola, positive S and straight line. The parabola included plant height, the positive S included stem circumference, plant fresh weight and plant dry weight, and the straight line included root-shoot ratio (Fresh), root-shoot ratio (Dry), chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, carotenoid and SPAD. The comprehensive evaluation index of tomato seedlings was calculated to be 0.26-0.79, which could comprehensively summarize the overall quality of seedlings as well as objectively and accurately evaluate the robustness degree of seedlings. The eleven individual indicators of seedlings could be divided into three principal components, including morphological indicators, pigment indicators and plant height. The morphological indicators included stem circumference, root-shoot ratio (Fresh), plant fresh weight, root-shoot ratio (Dry) and plant dry weight. The pigment indicators included chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll, carotenoid and SPAD. Plant height was divided into one component. Twenty-five seedlings index models were combined using one indicator from each principal component and taking (stem circumference/plant height) × whole plant dry weight and (stem circumference/plant height + root dry weight/dry weight of the ground) × whole plant dry weight as the control group, furthermore, four suitable models such as (chlorophyll a/plant height) × whole plant dry weight, (total chlorophyll / plant height) × whole plant dry weight, (carotenoid/plant height) × whole plant dry weight and (SPAD/plant height) × whole plant dry weight were selected due to the high correlation and representativeness. According to the model verification results of three different tomato varieties, (chlorophyll a / plant height) × whole plant dry weight and (total chlorophyll/plant height) × whole plant dry weight were identified as the optimal models to evaluate the quality of tomato seedlings because of high correlation with the comprehensive evaluation index, good stability and representativeness. This result showed that the fuzzy comprehensive evaluation was good for assessment of tomato seedlings. According to the comprehensive evaluation index and cluster analysis of the selected seedling index model of tomato seedlings, the quality of tomato seedlings was divided into three grades, and the range of seedling index of different grades was given. The research can provide theoretical basis for tomato seedling production and also provide an optimized reference for evaluating quality of other vegetable seedlings.

chlorophyll; morphology; tomato; seedling index; fuzzy comprehensive evaluation; principal component analysis; correlation analysis

2018-10-15

2019-02-12

河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（農(nóng)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)專項(xiàng)）（18226907D）

宮彬彬，講師，從事設(shè)施工程與無(wú)土栽培配套栽培技術(shù)研究。Email：yygbb@hebau.edu.cn

高洪波，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事設(shè)施蔬菜與無(wú)土栽培研究。Email：hongbogao@hebau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.028

S641.2

A

1002-6819(2019)-08-0237-08

宮彬彬，王 寧，章鐵軍，吳曉蕾，呂桂云，褚新培，高洪波.綜合形態(tài)與葉片葉綠素含量的番茄壯苗指數(shù)篩選[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(8)：237－244. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.028 http://www.tcsae.org

Gong Binbin, Wang Ning, Zhang Tiejun, Wu Xiaolei, Lü Guiyun, Chu Xinpei, Gao Hongbo. Selection of tomato seedling index based on comprehensive morphology and leaf chlorophyll content[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(8): 237－244. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.08.028 http://www.tcsae.org