劉曉坤，陳華

(新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830047)

0 引言

番茄醬加工業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、國(guó)際化的重要代表[1].作為中國(guó)加工番茄主產(chǎn)區(qū)，新疆每年番茄種植量以及番茄醬產(chǎn)量一直處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位.據(jù)烏魯木齊海關(guān)公布的數(shù)據(jù)可知，2013年全年出口番茄醬47.17萬噸，貿(mào)易額達(dá)4.31億美元；2018年全年出口番茄醬53.48萬噸，貿(mào)易額為3.79億美元.六年間番茄醬出口量有上升，但出口貿(mào)易額卻逐年減少，主要是番茄品質(zhì)下降和品種退化導(dǎo)致番茄制品的品質(zhì)難以得到保證，這將直接影響新疆番茄加工產(chǎn)業(yè)鏈的健康發(fā)展，因此提高番茄品質(zhì)及其可控性是目前加工番茄的研究重點(diǎn).加大番茄種植業(yè)研發(fā)投入，加快品種更新?lián)Q代，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，推廣合理種植方式才能保持中國(guó)加工番茄產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)競(jìng)爭(zhēng)力[2].

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)加工番茄綜合評(píng)價(jià)方法做了一些研究，韓澤群[3]通過主成分分析及聚類分析方法對(duì)22個(gè)加工番茄品種的17項(xiàng)農(nóng)藝性狀建立加工番茄品種綜合多性狀綜合評(píng)價(jià)；劉峰娟[4]采用隸屬函數(shù)法對(duì)6個(gè)加工番茄品種的5種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；許立志[5]選擇模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對(duì)田間農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀共17個(gè)指標(biāo)進(jìn)行19個(gè)加工番茄品種綜合評(píng)價(jià)；楊禹偉[6]利用熵權(quán)賦值的DTOPSIS法對(duì)20個(gè)加工番茄品種的7項(xiàng)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).但上述研究中加工番茄品種數(shù)量較少，所采用方法中主觀影響因素較多，并且僅根據(jù)本地種植的部分?jǐn)?shù)據(jù)很難客觀對(duì)品種做出綜合評(píng)價(jià).針對(duì)新疆加工番茄產(chǎn)業(yè)鏈中種植品種單一，加工制品品種少等突出問題，選育加工番茄新品種成為加工番茄產(chǎn)業(yè)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié).本文選取50種加工番茄品種，提出基于SECA加工番茄品種優(yōu)選方法，對(duì)其6項(xiàng)品質(zhì)特性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，旨在為加工番茄優(yōu)質(zhì)品種選育與利用提供理論依據(jù).

1 品種特性選擇

針對(duì)品種約束問題，需要進(jìn)行大范圍的品種篩選，以期引入較為適合后期試種推廣的新品種.為解決加工番茄綜合評(píng)價(jià)問題，首先從加工番茄咨詢委員會(huì)公布的2017年度大田種植數(shù)據(jù)中，選取種植面積最大的50個(gè)加工番茄品種，建立加工番茄品種集合.然后結(jié)合現(xiàn)行《加工用番茄》[7]中有關(guān)加工番茄等級(jí)規(guī)格所要求的可溶性固形物、感官、雜質(zhì)量等項(xiàng)目，以及《番茄醬加工技術(shù)規(guī)范》[8]中有關(guān)加工原材料的要求.針對(duì)加工番茄品種對(duì)加工制品品質(zhì)影響較大的六個(gè)品質(zhì)特性（分別為霉菌比、青果比、顏色值、加工局限性、固形物含量比和pH值）進(jìn)行多屬性綜合評(píng)價(jià).

2 綜合評(píng)價(jià)方法

SECA是2018年由GHORABAEE M K 等[9]提出的一種解決多屬性決策的新方法.與傳統(tǒng)多屬性決策方法[10?12]相比，不需要單獨(dú)確定各個(gè)屬性的客觀權(quán)重之后再通過多屬性決策方法進(jìn)行評(píng)價(jià).該方法的目的是同時(shí)確定各個(gè)方案的總體得分以及各個(gè)屬性的客觀權(quán)重.針對(duì)客觀權(quán)重選取了兩種類型的參考標(biāo)準(zhǔn)，第一種是基于標(biāo)準(zhǔn)差確定的屬性內(nèi)變異信息，第二種是基于每對(duì)屬性間相關(guān)性確定的屬性間差異信息.通過求解目標(biāo)模型，可以同時(shí)確定屬性權(quán)重并進(jìn)行方案綜合評(píng)價(jià).SECA的主要步驟如下：

(1)根據(jù)所選品種及各個(gè)品質(zhì)特性數(shù)據(jù)建立決策矩陣D.

式(1)中xij代表第i個(gè)品種的第j個(gè)品質(zhì)特性值；m為所選品種個(gè)數(shù)；n為所選品質(zhì)特性個(gè)數(shù)，i=1,2,···,m，j=1,2,···,n.

（2)為了避免數(shù)據(jù)量綱對(duì)最終結(jié)果的影響，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，針對(duì)正向指標(biāo)，使用公式(2)進(jìn)行處理，負(fù)向指標(biāo)則使用公式(3)進(jìn)行處理，可以得到規(guī)范決策矩陣DN.

式中代表第i個(gè)品種的第j個(gè)品質(zhì)特性歸一化后的值；maxxj表示第j個(gè)品質(zhì)特性最大值，minxj表示第j個(gè)品質(zhì)特性最小值.

(3)計(jì)算確定各個(gè)品質(zhì)特性內(nèi)的變異信息及品質(zhì)特性之間的變異信息.將這兩者作為品質(zhì)特性權(quán)重的參考標(biāo)準(zhǔn).

式(5)中σj為品質(zhì)特性內(nèi)的變異信息，為第j個(gè)特性的平均值；式(6)中為第l個(gè)特性的平均值，rjl為每對(duì)品質(zhì)特性之間的相關(guān)系數(shù)；式(7)中πj為品質(zhì)特性之間的變異信息；公式(8)進(jìn)行歸一化處理.分別為標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)特性內(nèi)及之間的變異信息.

(4)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型.在此模型中，按照公式(9)～(16)，可以直接求解各個(gè)品質(zhì)特性的權(quán)重及各個(gè)品種的綜合表現(xiàn).

式(10)中，Z為目標(biāo)函數(shù)，λa、λb、λc分別代表綜合表現(xiàn)、品質(zhì)特性內(nèi)變異信息、品質(zhì)特性間差異信息，β(β≥0)為系數(shù)；式(10)中，Si表示第i個(gè)品種的綜合得分；式(11)中，ωj代表第j個(gè)品質(zhì)特性的權(quán)重，權(quán)重范圍在ε到1之間.

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

所選用50個(gè)品種6個(gè)品質(zhì)特性的平均值經(jīng)歸一化處理后如表1所示.C1為霉菌比；C2為青果比；C3為顏色值；C4為加工局限性；C5為固形物含量比；C6為pH值.綜合加工番茄品質(zhì)特性及加工番茄制品訂單情況將C1、C2、C4和C6歸于負(fù)向指標(biāo)，C3和C5歸為正向指標(biāo).

表1 所選品種各屬性的平均值歸一化處理結(jié)果Tab 1 Normalized treatment of the average values of the attributes

3.1 權(quán)重分析

選取β從1到5五個(gè)正整數(shù)，可以分別得到各個(gè)品質(zhì)特性權(quán)重，同時(shí)使用相同的數(shù)據(jù)，通過CRITIC(Criteria Importance Though Intercriteria Correlation)方法[13]確定各項(xiàng)權(quán)重，結(jié)果如圖1所示.通過對(duì)比權(quán)重ω1～ω6隨β變化的情況，可明顯看出，在β從4增大到5時(shí)，各權(quán)重變化率較小，由此可知β=4時(shí)，各品質(zhì)特性的權(quán)重已趨于穩(wěn)定.通過對(duì)比兩種方法確定的權(quán)值并結(jié)合行業(yè)內(nèi)訂單品質(zhì)要求指標(biāo)，可知SECA方法確定的權(quán)重更為客觀.

3.2 排序結(jié)果及分析

根據(jù)圖1可知，β=4時(shí)，權(quán)重結(jié)果已明顯穩(wěn)定，故對(duì)50個(gè)品種進(jìn)行排序.結(jié)果如表2所示.為了確保結(jié)果的準(zhǔn)確性，調(diào)整β值分別取3和5重新排序，β值取3時(shí)，排序結(jié)果第30～33位及第35位存在差異；β值取5時(shí)，僅有第42、43位存在差異；故可以證明SECA方法適用于加工番茄的品質(zhì)特性綜合評(píng)價(jià).

結(jié)果表明，根據(jù)S值范圍，可將所有選用品種劃分為三級(jí)，大于0.65為特級(jí)，0.55～0.65之間為一級(jí)，小于0.55為二級(jí).在后期品種引入試種過程中可以優(yōu)先挑選特級(jí)中綜合表現(xiàn)優(yōu)秀的27號(hào)、38號(hào)、25號(hào)、16號(hào)、3號(hào)加工番茄品種，而第二級(jí)中材料則整體表現(xiàn)較差.通過分析品種排序結(jié)果，為新疆加工番茄的選種和育種提供了參考.

表2 β=4時(shí)排序結(jié)果Tab 2 The result of the sorting with β=4

3.3 方法對(duì)比分析

選取β=4時(shí)的一組權(quán)重ω1～ω6依次為0.214 9、0.209 2、0.130 9、0.202 5、0.134 4、0.108 0，進(jìn)行多種傳統(tǒng)多屬性決策方法分析，結(jié)果如表3所示.通過分別對(duì)比SECA方法得出的排序結(jié)果與SAW(Simple Additive Weighting)[14]、COPRAS(Complex Proportional Assessment)[15]、TOPSIS(Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution)[16]三種方法得到的排序結(jié)果，相關(guān)系數(shù)依次為0.975 6，0.974 7，0.980 9.結(jié)果表明，三種傳統(tǒng)多屬性決策方法得到的排序結(jié)果與SECA方法得到的排序結(jié)果保持高度一致.證明SECA方法擁有很好的加工番茄品質(zhì)特性綜合評(píng)價(jià)可行性.將SECA方法用于加工番茄品質(zhì)特性綜合評(píng)價(jià)，不僅能夠確定各個(gè)品質(zhì)特性的重要程度，還能比較不同品種間的優(yōu)劣，且該方法克服了傳統(tǒng)方法依賴權(quán)重的缺點(diǎn).

表3 傳統(tǒng)多屬性決策方法排序結(jié)果Tab 3 The ranking results of different MCDM methods

在追求加工番茄品種高產(chǎn)的同時(shí)，番茄品質(zhì)要求也不斷提高[17].相比產(chǎn)量，番茄品質(zhì)更能影響加工番茄制品的品質(zhì).本文選用正向和負(fù)向共六項(xiàng)指標(biāo)，選取50種大范圍種植的加工番茄品種作為研究對(duì)象，采用多屬性決策方法，考慮多品質(zhì)特性對(duì)番茄品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，避免了由于品種資源較少導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果不夠準(zhǔn)確的問題，為后期選種、育種及推廣種植環(huán)節(jié)提供重要的參考.

4 結(jié)論

本文選用50種大面積種植的加工番茄品種作為研究對(duì)象，建立品種集合，采用基于SECA的加工番茄品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)加工番茄的6個(gè)品質(zhì)特性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).該方法在確定各屬性客觀權(quán)重的同時(shí)，可以直接獲得目標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果，避免了傳統(tǒng)方法中屬性權(quán)重確定的主觀性，排序結(jié)果客觀可信，準(zhǔn)確度高.

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，27號(hào)、38號(hào)、25號(hào)、16號(hào)、3號(hào)加工番茄品種在綜合品質(zhì)特性中表現(xiàn)優(yōu)異，建議作為新品種引入，以期為新品種培育、實(shí)現(xiàn)面向訂單的種植計(jì)劃制定以及新的加工制品生產(chǎn)提供方法上的借鑒或支持，進(jìn)一步提高加工番茄品質(zhì)特性與番茄制品的產(chǎn)品特性一致性，提升新疆加工番茄制品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力.