朱玲玲，梁森，周倩倩，王馥莉，牛奔，張雯葉

( 1.徐州市河湖管理中心，江蘇 徐州 221018；2.徐州市工程管理中心，江蘇 徐州 510635；3.河海大學(xué) 農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098 )

徐州市位于華北平原東南部，屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，受氣候條件影響，災(zāi)害性天氣頻發(fā)，春夏之交易受梅雨影響，夏秋之際多臺風(fēng)暴雨，屬于易產(chǎn)生大暴雨季風(fēng)氣候區(qū)，作物生長容易發(fā)生內(nèi)澇危害，嚴(yán)重影響其生長，受災(zāi)比重較大；沖積平原、低山丘陵和湖泊洼地相互交錯(cuò)插接，地勢低平，土壤構(gòu)型復(fù)雜，多層異質(zhì)組合，通透性差，下滲強(qiáng)度小，地下徑流排泄緩慢，長歷時(shí)降雨，土壤存在黏心滯水層，雨后包漿滯水，土壤飽和，降漬困難，旱作物易受漬澇災(zāi)害影響。許海濤等[1]通過人工模擬大田環(huán)境下水澇漬害研究夏玉米生理特性和主要產(chǎn)量性狀指標(biāo)的影響，向永玲等[2]研究了灌漿期澇漬害對弱筋小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成要素、蛋白質(zhì)含量等主要品質(zhì)指標(biāo)的影響，程倫國等[3]通過測坑試驗(yàn)研究了大豆開花期澇漬脅迫下對產(chǎn)量性狀的影響。這些研究多是對作物影響的部分指標(biāo)進(jìn)行分析，對整體評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)的研究不多。

為了全面了解徐州地區(qū)旱作物在澇漬脅迫下的影響情況，選取玉米和大豆兩種旱作物，開展?jié)碀n綜合排水試驗(yàn)，建立澇漬綜合排水試驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)體系，用熵權(quán)法確定賦重，采用模糊優(yōu)選可變模型，全面地評判徐州地區(qū)旱作物澇漬脅迫排水試驗(yàn)效果，旨在為下一步對澇漬脅迫的精準(zhǔn)防控進(jìn)行理論和實(shí)踐探索。

1 材料與方法

2020年8月，在徐州市水利科學(xué)研究所睢寧試驗(yàn)基地選取玉米、大豆兩種旱作物進(jìn)行澇漬綜合排水試驗(yàn)，采用本項(xiàng)目研制的一種澇漬綜合排水指標(biāo)試驗(yàn)裝置(ZL 2019 2 080651683)，如圖1所示。

1—測筒；2—原狀土；3—透水土工布；4—粗砂；5—碎石；6—反濾層多孔導(dǎo)水管；7—上部溢流管；8—帶刻度的透明玻璃(或塑料)水位觀測管；9—排水控制閥；10—供水控制閥；11—計(jì)量水表；12—測筒供水管；13—可升降水箱；14—浮球閥；15—浮球；16—外接進(jìn)水管；17—水箱支架

試驗(yàn)裝置主要由測筒、供水平水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和水位觀測系統(tǒng)組成，測筒直徑為680 mm、筒深1 200～1 350 mm。根據(jù)徐州地區(qū)歷年暴雨數(shù)據(jù)以及地下水位變化等相關(guān)資料，選取2020年8月上旬為排水試驗(yàn)時(shí)段，試驗(yàn)期處于玉米的抽雄期和大豆的開花期進(jìn)行澇漬脅迫處理，分別選擇不同的淹水歷時(shí)和淹水深度作為控制變量進(jìn)行設(shè)計(jì)，淹水歷時(shí)設(shè)計(jì)為2 d和4 d，淹水深度設(shè)計(jì)為5 cm、10 cm和15 cm。包含不澇不漬對照處理CK組，試驗(yàn)總共為7個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)為3次，具體見表1。淹水歷時(shí)結(jié)束后，共分為6 d進(jìn)行排水，首日排出地面積水，接著4 d進(jìn)行每天降低10 cm水位的降漬試驗(yàn)處理，6 d排至筒底。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)樣本處理

評價(jià)指標(biāo)的選取兼顧了代表性和可獲得性，數(shù)據(jù)來自試驗(yàn)測定項(xiàng)目的成果。綜合考慮建立旱作物澇漬綜合試驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)體系，體系框架按3層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層[4]。評價(jià)指標(biāo)體系見表2。

表2 旱作物澇漬綜合排水試驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)體系

2 單層多目標(biāo)模糊優(yōu)選可變模型

旱作物澇漬脅迫試驗(yàn)評價(jià)采用熵權(quán)法對各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行客觀賦權(quán)。通過熵計(jì)算確定權(quán)重。當(dāng)評價(jià)對象的某項(xiàng)指標(biāo)值相差較大時(shí)，熵值較小，說明該指標(biāo)提供的有效信息量較大，其權(quán)重也應(yīng)較大；反之，若某項(xiàng)指標(biāo)值相差較小，熵值較大，說明該指標(biāo)提供的信息量較小，其權(quán)重也應(yīng)較小[5]。

熵權(quán)法確定權(quán)重步驟：設(shè)有n個(gè)樣本，m個(gè)評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建判斷矩陣并歸一化得到判斷矩陣Bij，(i=1,2，…，n；j=1,2，…，m)。再定義評價(jià)指標(biāo)的熵Hj(j=1,2，…，m)。由此計(jì)算評價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)w。由于信息熵越大，系統(tǒng)無序度越大，其信息的效用值越小，權(quán)重值越小，結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)指標(biāo)和數(shù)據(jù)自身特點(diǎn)，計(jì)算熵權(quán)：

(1)

在旱作物澇漬綜合試驗(yàn)評價(jià)中，通過建立單層多目標(biāo)模糊優(yōu)選可變模型進(jìn)行評價(jià)。

計(jì)算步驟[6]如下：設(shè)有可供優(yōu)選的n個(gè)方案，每個(gè)方案由m個(gè)指標(biāo)組成，則目標(biāo)特征值矩陣為X。并對各目標(biāo)特征值進(jìn)行規(guī)范化，變換為目標(biāo)相對優(yōu)屬度矩陣R=(rij)。

設(shè)各指標(biāo)的綜合權(quán)重W=(w1，w2，…，wm)T，可得模糊優(yōu)選可變模型為：

(2)

式中：uj為方案j的相對優(yōu)屬度；p為距離參數(shù)(p=2，為歐氏距離；p=1，為海明距離)；α為優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)(α=2，為最小二乘方優(yōu)化準(zhǔn)則；α=1，為最小一乘方優(yōu)化準(zhǔn)則)。模型中α、p有4種搭配方式,構(gòu)成4種模型。

3 結(jié)果與分析

3.1 評價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)玉米和大豆的澇漬脅迫試驗(yàn)結(jié)果，見表3和表4，相對于CK組，玉米和大豆的整體各項(xiàng)指標(biāo)均隨著淹水深度的增加和淹水歷時(shí)的增加而降低。其中根冠比大豆出現(xiàn)了和玉米不同的規(guī)律，是由于隨著大豆淹水深度和淹水歷時(shí)的增加對莖部影響大于根部。

表3 玉米澇漬綜合排水試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)值

表4 大豆?jié)碀n綜合排水試指標(biāo)數(shù)值

為了綜合各項(xiàng)指標(biāo)，對玉米和大豆整體的澇漬綜合排水試驗(yàn)7個(gè)樣本進(jìn)行客觀有效的評價(jià)，采取基于熵權(quán)法的單層多目標(biāo)模糊優(yōu)選可變模型進(jìn)行處理。

3.2 評價(jià)過程

根據(jù)熵權(quán)法計(jì)算大豆和玉米7個(gè)樣本的評價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)w1，權(quán)重結(jié)果見表5和表6。

表5 用熵權(quán)法確定的玉米各指標(biāo)權(quán)重

表6 用熵權(quán)法確定的大豆各指標(biāo)權(quán)重

對評價(jià)指標(biāo)首先進(jìn)行規(guī)范化處理后，結(jié)合前面算得的綜合權(quán)重結(jié)果，根據(jù)式(3)、式(4)、式(5)、式(6)分別計(jì)算4種參數(shù)模型的綜合相對優(yōu)屬度向量，求得各方案的算術(shù)平均相對優(yōu)屬度向量，并根據(jù)優(yōu)屬度由大到小的原則對方案進(jìn)行排序，結(jié)果見表7和表8。

表7 玉米得分及排序結(jié)果

表8 大豆得分及排序結(jié)果

3.3 評價(jià)結(jié)果分析

從表7和表8中的結(jié)果可以看出，在玉米和大豆的7個(gè)樣本中，規(guī)律是一致的，其中CK組最高，淹水深度5 cm略低，淹水深度15 cm最低，呈現(xiàn)出淹水深度越大，淹水時(shí)間越長，整體評價(jià)值越差，與實(shí)際情況相符。玉米和大豆兩種作物的結(jié)果也是一致的，證明了不同作物結(jié)果一致合理性?；陟貦?quán)法的單層多目標(biāo)模糊優(yōu)選可變模型在評價(jià)中合理地考慮了客觀賦權(quán)。避免了主觀隨意性，另外，綜合考慮了旱作物澇漬綜合淹水試驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)，具有系統(tǒng)性，評價(jià)更加科學(xué)合理。

4 結(jié)語

通過澇漬綜合排水指標(biāo)試驗(yàn)裝置進(jìn)行旱作物澇漬綜合排水試驗(yàn)，建立的綜合評價(jià)指標(biāo)體系，采用基于熵權(quán)法進(jìn)行賦權(quán)的可變模糊優(yōu)選模型進(jìn)行整體評價(jià)，具有一定的可信度和適用性。為下一步對旱作物澇漬脅迫進(jìn)行精準(zhǔn)防控提供了理論和實(shí)踐依據(jù)。