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        基于熵權(quán)系數(shù)評價(jià)模型的白茶節(jié)水灌溉模式研究

        2020-05-28 07:16:02王會(huì)全陳競楠
        節(jié)水灌溉 2020年4期
        關(guān)鍵詞:產(chǎn)量評價(jià)

        陳 康,王會(huì)全,2,陳競楠

        (1.福建農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院園藝園林學(xué)院,福建 福清 350000;2. 福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院,福建 福州 350000)

        白茶外形細(xì)秀,鮮爽甘醇,香高持久,是中國的六大茶類之一[1,2]。在我國,白茶主要產(chǎn)區(qū)包括福建福鼎、政和蕉城天山、松溪和云南景谷等地。優(yōu)質(zhì)白茶主產(chǎn)區(qū)常在丘陵地區(qū),隨著白茶及其制品需求量日益增加,相應(yīng)的白茶栽培面積也不斷擴(kuò)大,不少丘陵地區(qū)出現(xiàn)過度開墾的情況,水土流失嚴(yán)重,威脅下游生態(tài)環(huán)境。

        眾多影響因素中,灌溉水是土壤滲漏和地表徑流損失的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子,同時(shí)灌溉水分也對茶樹生長發(fā)育和茶葉產(chǎn)量品質(zhì)有直接影響[3,4]。然而,現(xiàn)階段茶區(qū)節(jié)水灌溉總體上停留在工程建設(shè)層面,缺乏不同節(jié)水灌溉模式優(yōu)劣的比較試驗(yàn),不同灌溉制度對茶葉產(chǎn)量及其綜合效益的影響研究則更為匱乏。本研究設(shè)計(jì)噴灌和滴灌2種灌溉方式及3種不同灌溉制度,分析不同節(jié)水灌溉模式對白茶生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響,探討不同節(jié)水灌溉模式對應(yīng)的實(shí)際工程的經(jīng)濟(jì)效益,構(gòu)建指標(biāo)體系和熵權(quán)系數(shù)評價(jià)模型,優(yōu)選白茶節(jié)水灌溉模式,以期為相似茶區(qū)水利工程建設(shè)提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

        試驗(yàn)區(qū)位于福建省福鼎市磻溪鎮(zhèn),屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),海洋性季風(fēng)氣候明顯,四季分明,雨量適宜。試驗(yàn)區(qū)多年平均降雨量1 578 mm,年平均溫度18.5℃,相對濕度80%,無霜期227天。試驗(yàn)茶葉品種為12年生白茶樹,土壤為典型福建地區(qū)紅壤土,pH 5.6,土壤容重1.42 g/cm3,孔隙度45.3%,有機(jī)質(zhì)含量2.1%,速效氮含量42 mg/kg,速效磷含量11.4 mg/kg,速效鉀含量58 mg/kg。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)時(shí)間為2018年7月-2019年6月,試驗(yàn)區(qū)總面積0.4 hm2。試驗(yàn)設(shè)計(jì)噴灌和滴灌2種節(jié)水灌溉方式,及65%、75%和85%共3種相對土壤含水率的灌水下限,即共有6個(gè)處理,每個(gè)處理占地15 m×15 m,各處理均重復(fù)3次。噴灌選用PY130型噴頭,壓力0.25 MPa。滴灌管選擇滴頭滴灌管,滴頭間距30 cm,內(nèi)徑8 mm,滴灌工作壓力0.25 MPa。滴灌和噴灌的干管均沿丘陵等高線布置,支管垂直于干管,毛管與支管垂直并雙向輸水。水分傳感器埋于茶樹主根區(qū)即40 cm土層深度。白茶于3月底陸續(xù)采摘。試驗(yàn)期間滴灌處理累積灌水量分別為93、109和165 mm,噴灌處理灌水量為102,121和188 mm。

        1.3 測定指標(biāo)與計(jì)算方法

        百芽重:每個(gè)處理隨機(jī)抽取20株茶樹,每株茶樹隨機(jī)收集5個(gè)新梢(1芽3葉),共100個(gè)新梢,稱其重量。葉面積指數(shù):采用LAI-2200(美國LI-COR)測定,每個(gè)處理隨機(jī)選擇5個(gè)測量點(diǎn),在每個(gè)點(diǎn)上均測定一次白茶葉面積指數(shù),以5次測量結(jié)果的均值作為最終結(jié)果。干重和鮮重:將葉片置入烘箱,105 ℃殺青半小時(shí)后,烘干至恒重(約9 h)后稱量,鮮重直接測定,用于計(jì)算產(chǎn)量。產(chǎn)值:按照實(shí)際收購單價(jià)和產(chǎn)量計(jì)算。灌溉水利用效率:為產(chǎn)量與實(shí)際灌水量的比值。

        按照《噴灌與微灌工程技術(shù)管理規(guī)程》國家標(biāo)準(zhǔn)和福建省水利廳《福建省水利工程造價(jià)信息(2019)》對不同節(jié)水灌溉工程進(jìn)行規(guī)劃和概預(yù)算。納入工程建設(shè)造價(jià)的內(nèi)容包括建筑工程、機(jī)電與金屬結(jié)構(gòu)、臨時(shí)費(fèi)用和獨(dú)立費(fèi)用。其中建筑工程包括土方挖填、管材、管道附件、彈簧壓力表、過濾器、排水井、安裝費(fèi)等;機(jī)電與金屬結(jié)構(gòu)包括法蘭閘閥、逆止閥、水泵及安裝費(fèi)等;臨時(shí)費(fèi)用包括建筑工程臨時(shí)用水用電和臨時(shí)建筑費(fèi)用;獨(dú)立費(fèi)用包括建設(shè)單位管理費(fèi)、工程監(jiān)理費(fèi)、設(shè)計(jì)測量費(fèi)、工程保險(xiǎn)費(fèi)和安全生產(chǎn)費(fèi)等。節(jié)水灌溉工程屬于農(nóng)田水利工程,因此按照《水利建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)規(guī)范》( SL72-1994) 和《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法與參數(shù)》對不同工程進(jìn)行國民經(jīng)濟(jì)評價(jià),計(jì)算國民經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率(EIRR)、經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值(ENPV)和經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比(EBCR)[5]。

        1.4 數(shù)據(jù)分析

        數(shù)據(jù)分析采用SPSS17.0軟件,依據(jù)Duncan’s multiple range test進(jìn)行顯著性分析[6]。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同節(jié)水灌溉模式對白茶生長的影響

        表1所示為不同灌溉模式對番茄生長的影響。表中可看出,白茶百芽重隨灌水下限的提高成增長趨勢,以噴灌條件下85%下限白茶百芽重最高,達(dá)到58.1 g;滴灌條件下65%水分控制下限白茶百芽重最低,僅為50.0 g,顯著(p<0.05)低于噴灌條件下85%下限處理。不同灌溉模式下葉面積指數(shù)位于3.59~4.25,其中噴灌下85%、75%及滴灌下85%白茶葉面積指數(shù)處于較高水平,三者間差異并不顯著(p>0.05)。另外,噴灌模式下85%控水下限白茶干重為0.19 g,顯著(p<0.05)高于大多數(shù)其他處理。從芽葉顏色看,不同處理之間存在特征差異,其中滴灌模式下65%控水下限芽葉呈黃綠(夾紅),而滴灌模式下85%和噴灌模式下85%、75%控水下限芽葉顏色呈綠色。

        研究表明,水分的虧缺會(huì)對葉片生理代謝和光合過程產(chǎn)生直接影響,同時(shí)對氣孔開閉和植株生長有間接影響,最終導(dǎo)致葉面積的降低[3,4]。此外,低灌水量降低了茶樹葉片水勢和葉綠素含量[7]。這些研究解釋了低控水下限下葉面積指數(shù)降低和芽葉發(fā)暗的現(xiàn)象。吳瑞普[8]的研究成果表明,微噴灌改善了茶樹光合特性,使茶樹的新梢數(shù)量、芽葉數(shù)量和重量均有所提高,這與本研究的發(fā)現(xiàn)一致。

        表1 不同灌溉方式下白茶生長指標(biāo)

        注:同一列不同字母表示在P<0.05水平差異顯著。

        2.2 不同節(jié)水灌溉模式對應(yīng)建設(shè)工程的經(jīng)濟(jì)效益分析

        圖1所示為不同節(jié)水灌溉模式對應(yīng)建設(shè)工程的經(jīng)濟(jì)效益參數(shù)及其值。不同節(jié)水灌溉模式下經(jīng)濟(jì)效益參數(shù)的差異主要源于產(chǎn)值差異,圖中可看出,所有灌溉模式EIRR>12%、ENPV>0和EBCR>1,均滿足《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法與參數(shù)》的經(jīng)濟(jì)可行性要求。其中,噴灌模式下85%控水下限經(jīng)濟(jì)參數(shù)最優(yōu),EIRR、ENPV和EBCR分別為22.9%、3.24 萬元和1.73,這表明噴灌工程下85%控水下限的工程經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

        圖1 不同節(jié)水灌溉模式對應(yīng)實(shí)際工程的經(jīng)濟(jì)效益參數(shù)

        2.3 白茶節(jié)水灌溉模式優(yōu)選

        2.3.1 指標(biāo)體系

        綜合考慮產(chǎn)值、工程經(jīng)濟(jì)效益及資源利用效率等因素,本研究選擇產(chǎn)量、產(chǎn)值、國民經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率和灌溉水利用效率為主要評價(jià)指標(biāo),如表2所示。表2中可看出,不同灌溉模式均以噴灌的產(chǎn)量和產(chǎn)值優(yōu)于滴灌,這可能由于噴灌消除了根際土壤水分飽和區(qū),使得茶樹根系通氣性更好,為茶樹高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。相同灌溉方式下,提升灌溉水量使滴灌條件下產(chǎn)量提升54.7~65.0 kg/hm2,使噴灌條件下產(chǎn)量提升67.0~121.1 kg/hm2。灌溉水利用效率隨灌溉水量的增加呈下降趨勢,噴灌和滴灌模式均以65%控水下限最高,達(dá)到0.39 kg/m3。

        表2 白茶節(jié)水灌溉模式優(yōu)選的評價(jià)指標(biāo)與指標(biāo)值

        2.3.2 評價(jià)模型建立

        農(nóng)田水利方案評價(jià)往往涉及多目標(biāo)、多指標(biāo)的情況,需借助成熟的統(tǒng)計(jì)學(xué)工具協(xié)助方案決策[9,10]。本試驗(yàn)利用熵權(quán)系數(shù)評價(jià)模型對不同節(jié)水灌溉模式進(jìn)行優(yōu)選。設(shè)本研究中的節(jié)水灌溉模式的評價(jià)指標(biāo)共有n個(gè),節(jié)水灌溉模式有m種。本試驗(yàn)中的評價(jià)指標(biāo)包括產(chǎn)量、產(chǎn)值、EIRR和灌溉水利用效率共4項(xiàng)指標(biāo),節(jié)水灌溉模式共6種,所以n=4,m=6。所以用m種節(jié)水灌溉模式對應(yīng)n個(gè)不同指標(biāo)可以得到如下評價(jià)矩陣[11-13]:

        R=(rij)m×n

        式中:rij為第i種節(jié)水灌溉模式下第j個(gè)指標(biāo)值。對于某個(gè)指標(biāo)rj,存在信息熵:

        第j個(gè)指標(biāo)值的熵值按下式計(jì)算:

        第j個(gè)指標(biāo)的客觀權(quán)重按下式計(jì)算:

        不同節(jié)水灌溉模式的綜合效益熵權(quán)評價(jià)值λi可通過如下公式計(jì)算:

        2.3.3 計(jì)算結(jié)果

        本研究中所有指標(biāo)均為收益性指標(biāo)。此外,本研究主要考慮經(jīng)濟(jì)效益和資源利用效率,為了防止主觀經(jīng)驗(yàn)給決策造成不利影響,本研究將4個(gè)指標(biāo)的主觀權(quán)重均設(shè)置為0.25。計(jì)算所得不同節(jié)水灌溉模式綜合效益熵權(quán)系數(shù)評價(jià)值如圖2所示。依據(jù)熵權(quán)系數(shù)評價(jià)值越高,節(jié)水灌溉模式綜合效益越有的原則,本研究中噴灌條件下75%控水下限綜合效益最優(yōu),熵權(quán)系數(shù)評價(jià)值達(dá)到0.96;噴灌條件下85%控水下限綜合效益為次優(yōu),達(dá)到0.91;而滴灌條件下65%控水下限綜合效益最差,僅為0.73。

        圖2 不同節(jié)水灌溉模式綜合效益熵權(quán)系數(shù)評價(jià)值

        3 結(jié) 論

        根據(jù)上述分析,可得以下結(jié)論:

        (1)不同節(jié)水灌溉模式對白茶生長指標(biāo)的影響存在一定差異,噴灌下85%控水下限處理白茶百芽重、葉面積指數(shù)和干重處于最高水平。

        (2)相同灌溉方式下,提升控水下限使滴灌條件下白茶產(chǎn)量提升2.4%~17.7%,使噴灌條件下產(chǎn)量提升16.7%~30.2%。

        (3)熵權(quán)系數(shù)評價(jià)模型計(jì)算結(jié)果表明,噴灌條件下75%控水下限綜合效益最優(yōu),熵權(quán)系數(shù)評價(jià)值達(dá)到0.96。該灌溉模式下,白茶產(chǎn)量為468.6 kg/hm2,產(chǎn)值為252.4 萬元/hm2,節(jié)水灌溉工程建設(shè)的國民經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率為22.3%,灌溉水利用效率為0.387 kg/m3。

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