張慧敏， 耿若飛， 王二偉， 常鴻杰， 賈真真， 王春英， 樊振杰， 晉海金

（平頂山市農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 河南 平頂山 467000）

大豆是重要的糧、油、食兼用作物，同時(shí)也是重要的高蛋白飼料和工業(yè)原料[1]。我國作為大豆種植起源國，已有5 000多年的種植歷史。雖然種植歷史悠久，但我國大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍存在進(jìn)口依賴程度高的弊端，2019年我國大豆進(jìn)口量為8 851 萬t，2020年我國大豆進(jìn)口量高達(dá)10 033 萬t。如何培育和篩選高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的大豆新品種，不僅是大豆育種的關(guān)鍵，同時(shí)也成為解決大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展依賴進(jìn)口問題的重要途徑。

最常用的大豆品種優(yōu)劣評價(jià)方法有方差分析、回歸分析和主成分分析。這些方法有的局限于產(chǎn)量等單因素分析，有的需要大量樣本，不僅增加了分析工作量和難度，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)定性結(jié)果和定量分析不一致的情況[2-3]?；疑P(guān)聯(lián)度分析法是通過構(gòu)建理想品種，對系統(tǒng)所包含各指標(biāo)之間關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行定量比較的研究方法，不需要大量樣本及樣本間具有某些規(guī)律，同時(shí)又能將不同性狀進(jìn)行量化使其具有可比性[4-5]。這種方法應(yīng)用廣泛，在小麥、玉米、大豆、花生[5-8]等多種作物的綜合評價(jià)中取得了較好的應(yīng)用效果。逼近理想解的排序方法（簡稱DTOPSIS），是近年來被廣泛應(yīng)用的新綜合評價(jià)方法，該方法廣泛應(yīng)用于多目標(biāo)決策分析中，其根據(jù)理想化目標(biāo)接近程度與評價(jià)對象有限個(gè)數(shù)排序，與現(xiàn)有對象進(jìn)行相對優(yōu)劣評價(jià)[9]，該方法被廣泛應(yīng)用于粳稻、玉米、小麥[10-12]等多種作物綜合評價(jià)中。目前，研究多為僅用單一方法對大豆農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析，多方法結(jié)合綜合評價(jià)大豆研究較少。試驗(yàn)采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法和DTOPSIS法綜合分析主要原因是二者均為通過構(gòu)建理想品種，根據(jù)現(xiàn)有品種與理想品種接近程度進(jìn)行優(yōu)劣排序。通過將灰色關(guān)聯(lián)度分析法融入到DTOPSIS法，使二者擁有相同的理想品種、權(quán)重系數(shù)，比較2 種方法的實(shí)用性。

文中以2020年河南省夏大豆品種比較試驗(yàn)中的13 個(gè)品種，10 個(gè)性狀作為研究對象，采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法和DTOPSIS法對大豆新品種（系）進(jìn)行綜合評估，旨在篩選出綜合性狀優(yōu)良的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)大豆新品種（系），同時(shí)為大豆新品種（系）的篩選鑒定提供科學(xué)合理的評估分析方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年在平頂山市農(nóng)業(yè)研究中心進(jìn)行，參試材料為13個(gè)大豆品種（系），分別為鄭196、南農(nóng)60、魯喜18、安豆1215、洛豆1303、許豆1209、中黃78、豫育豆19、科豆42、駐豆45、周豆51號、濮豆630和商豆2028。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)田為砂壤土，肥力中等，前茬作物為小麥。田間試驗(yàn)采用小區(qū)種植模式，隨機(jī)區(qū)組排列，2 組重復(fù)。小區(qū)面積8.0 m2，行長4 m，行距0.4 m，每小區(qū)5 行，收獲時(shí)取中間3 行單收單打，小區(qū)產(chǎn)量面積4.8 m2。田間管理按河南省試驗(yàn)要求進(jìn)行，同常規(guī)田間試驗(yàn)。

1.3 試驗(yàn)方法

采用Excel 2010對各試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；權(quán)重（Wi）參照昝凱[13]、張凡[14]等計(jì)算得出；以灰色關(guān)聯(lián)度分析法和DTOPSIS法對生育期、產(chǎn)量、倒伏級、株高、有效分枝、單株有效莢、單株粒數(shù)、百粒重、紫斑率和光澤度10 個(gè)主要性狀作為指標(biāo)，對參試品種進(jìn)行綜合評價(jià)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 灰色關(guān)聯(lián)度分析法

2.1.1 確定參考品種 參考品種是根據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際情況確定的，是各項(xiàng)性狀的理想值，這些指標(biāo)構(gòu)成參考序列X0，參試品種的各項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成被比較序列Xi（i=1，2，3…10）。計(jì)算參試品種和參考品種之間的關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度越高，參試品種和參考品種綜合性狀越接近理想值，為較理想的品種（系），反之亦然。各參試品種農(nóng)藝性狀原始數(shù)據(jù)具體如表1 所示。

表1 各參試品種農(nóng)藝性狀

2.1.2 無量綱化處理 由于各性狀量綱不一致，需對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，使數(shù)據(jù)具有可比較性。處理后各值均位于0～1 之間。以參考品種作為參考數(shù)列X0（k），參試品種為參試數(shù)列，記為Xij（k），為參試品種，共13 個(gè)，k 為某個(gè)性狀，共10 個(gè)。在考察的10 個(gè)性狀中，生育期和株高采用中性指標(biāo)測度；倒伏級、紫斑率和光澤度采用逆向指標(biāo)測度；其他性狀采用正向指標(biāo)測度。以下公式中Xij（k）為無量綱化后的值，X′ij（k）為無量綱化前的值，X0（k）為標(biāo)準(zhǔn)品種的值，k 為性狀數(shù)，k= 1～10。無量綱化處理結(jié)果見表2。

表2 無量綱化處理結(jié)果

將各性狀數(shù)列進(jìn)行無量綱化處理后，先求出參試品種（系）數(shù)列Xij（k）與參考品種數(shù)列X0（k）的差異絕對值△ij（k），△ij（k）=|Xij（k）-X0（k）|。找出各個(gè)性狀的二級最小差值min△i（k）和二級最大差值max△i（k）。

計(jì)算參試品種（系）各性狀與標(biāo)準(zhǔn)品種各性狀的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi（k）。

2.2 DTOPSIS 法

根據(jù)DTOPSIS 法的基本原理，原始數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)品種的確立和無量綱化處理均與灰色關(guān)聯(lián)法相同。借助多目標(biāo)決策問題的“理想解”和“非理想解”處理方法，計(jì)算出各品種對理想解的相對接近度Ci，按照Ci值大小確定各參試品種的優(yōu)劣順序。分析程序和計(jì)算公式如下:

2.2.1 計(jì)算決策矩陣R：

Rij=（X（ijk）×W（i））式中W（i）為各性狀權(quán)重，并求得每列數(shù)據(jù)的最大值和最小值決策矩陣見表3。

表3 決策矩陣R

2.3 權(quán)重值的合理性

由表4 可知，各性狀關(guān)聯(lián)度依次為株高＞有效分枝＞單株粒數(shù)＞倒伏級＞百粒重＞產(chǎn)量＞單株有效莢數(shù)＞紫斑率＞生育期＞光澤度。產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀（產(chǎn)量、有效分枝、單株有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、百粒重）的總權(quán)重為0.507 4，其他性狀的總權(quán)重為0.492 6，二者的比值為1.03，這符合大豆育種工作對高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的育種要求，同時(shí)也兼顧了品種（系）的品質(zhì)和外觀特性。

表4 各性狀的關(guān)聯(lián)度及權(quán)重

2.4 灰色關(guān)聯(lián)度Gi、DTOPSIS 值Ci 及產(chǎn)量排名分析

不同分析方法的排名結(jié)果如表5所示，排名從高到低依次為，產(chǎn)量 X12、X2、X4、X10、X5、X6、X7、X9、X8、X3、X1、X13、X11；Gi值 X12、X6、X4、X9、X8、X5、X2、X1、X10、X3、X13、X7、X11；Ci值X4、X9、X12、X6、X8、X5、X3、X1、X13、X10、X2、X11、X7。由以上排名情況可知，Gi值排名和Ci值排名情況具有較高的相似性，排名前6 位的品種相同，與產(chǎn)量排名情況差別較大。X12（濮豆630）和X4（安豆1215）無論在產(chǎn)量性狀還是其他綜合性狀上均穩(wěn)居前3 位，為具有潛力的優(yōu)勢品種。X11（周豆51號）無論在產(chǎn)量還是Ci值上均處于末位，綜合表現(xiàn)較差，建議舍棄。X2（南豆60）、X7（中黃78）和X10（駐豆45）產(chǎn)量性狀雖高，但綜合排名落后。其中，X2（南豆60）的株高、有效分枝和單株有效莢數(shù)性狀不理想；X7（中黃78）的有效分枝少、紫斑率高、光澤度差，外觀性狀不好；X10（駐豆45）主要是抗倒伏性較差，不符合抗性育種的要求；X9（科豆42）的產(chǎn)量排名為第8，Gi值排名第4，Ci值排名第2，說明X9（科豆42）在產(chǎn)量性狀上雖然沒有優(yōu)勢，但在抗倒伏、單株有效莢、單株粒數(shù)上具有顯著優(yōu)勢，可以篩選作為優(yōu)秀的親本材料。

表5 各品種灰色關(guān)聯(lián)度Gi、 DTOPSIS 值及Ci 產(chǎn)量位次

2.5 相關(guān)性分析

采用Excel 2020 的數(shù)據(jù)分析功能對各分析方法的排名結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表6 所示，Gi值排名和Ci值排名相關(guān)系數(shù)、Gi值排名和產(chǎn)量排名相關(guān)系數(shù)、Ci值排名和產(chǎn)量排名相關(guān)系數(shù)分別為 0.868 1、0.631 7 和 0.324 2。

表6 各分析方法的相關(guān)性分析

3 結(jié)論與討論

3.1 灰色關(guān)聯(lián)度分析法和DTOPSIS 法比較

根據(jù)分析結(jié)果可知，灰色關(guān)聯(lián)度分析法和DTOPSIS 法分析結(jié)果排名具有一致性但又不完全相同，且均與產(chǎn)量排名情況有較大差別。說明2 種方法均能對品種（系）進(jìn)行綜合評價(jià)，且具有可行性和參考價(jià)值。比如，X2（南農(nóng)60）產(chǎn)量排名第2，但 Gi值排名第 7，Ci值排名第 11；X9（科豆42）產(chǎn)量排名第8，但Gi值排名第4，Ci值排名第2。

在實(shí)際生產(chǎn)中，X2（南農(nóng)60）籽粒大、百粒重高是其明顯優(yōu)勢，但存在株高較低，無分枝等明顯缺陷，且籽粒外觀特性不佳；X9（科豆42）雖然產(chǎn)量優(yōu)勢不明顯，但其單株粒數(shù)及抗倒方面優(yōu)勢顯著，為田間綜合表現(xiàn)較好的優(yōu)勢品種。

從相關(guān)系數(shù)上看，灰色關(guān)聯(lián)度分析法和DTOPSIS 法的相關(guān)系數(shù)為0.868 1，具有較好的相關(guān)性，說明這2 種方法均能在一定程度上對品種綜合性狀進(jìn)行評價(jià)。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，僅依靠產(chǎn)量排名，品種間差異最大值為27.37%；灰色關(guān)聯(lián)度法品種間的Gi值最大差異為36.23%；DTOPSIS 法品種間的Ci值最大差異為50.02%。Gi值與Ci值之間差異明顯，說明DTOPSIS 法對品種綜合性狀進(jìn)行量化比較的能力較強(qiáng)，分析結(jié)果更為科學(xué)，更便于區(qū)分品種的優(yōu)劣，為更合理的品種（系）綜合性狀評價(jià)方法。這一結(jié)論也與昝凱[13]、李彥平[15]、楊昆[16]、姜永平[17]等的研究結(jié)果相一致。

3.2 理想品種及權(quán)重系數(shù)的合理性

影響評價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素有理想品種和各性狀的權(quán)重值。理想品種構(gòu)建是灰色關(guān)聯(lián)度分析法和DTOPSIS 法的前提，理想品種以參試品種的最優(yōu)性狀作為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際及育種目標(biāo)，不能僅以每個(gè)性狀最大值作為理想品種，這樣得出的計(jì)算結(jié)果不具有實(shí)際參考性。

以往多數(shù)研究者把產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)要素賦予較高的權(quán)重值，使得計(jì)算結(jié)果仍以產(chǎn)量為主，失去了綜合評價(jià)新品種（系）的初衷。文中的權(quán)重值依據(jù)灰色決策系統(tǒng)原理計(jì)算得出，避免了人為確定權(quán)重系數(shù)的主觀性和片面性，使得評價(jià)結(jié)果更科學(xué)可靠，可信度更高。

但同時(shí)也應(yīng)注意，計(jì)算得到的權(quán)重值可能與實(shí)際生產(chǎn)需求仍存在一定差距，比如試驗(yàn)中產(chǎn)量所占的權(quán)重值稍低，與農(nóng)民追求的高產(chǎn)性狀之間有差距。造成這一現(xiàn)象的原因是權(quán)重值的計(jì)算與各性狀變異幅度有很大的關(guān)系，變異幅度越大，權(quán)重值越高，結(jié)果造成某些基數(shù)較大（如產(chǎn)量）的性狀，無量綱化處理后變異幅度較小，在權(quán)重值計(jì)算時(shí)就會(huì)出現(xiàn)數(shù)值偏小的情況。另一方面，有些性狀可能是在一個(gè)合理區(qū)間都可以滿足生產(chǎn)需求，而不是一個(gè)固定的數(shù)值（如株高），這樣會(huì)相對提高其權(quán)重值。

針對權(quán)重值計(jì)算時(shí)出現(xiàn)的這些情況，（1）可以在理想品種的設(shè)定上對某些性狀進(jìn)行區(qū)間設(shè)定，使計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確，同時(shí)也能符合生產(chǎn)實(shí)際；（2）可以進(jìn)行二次加權(quán)處理，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，對計(jì)算得到的權(quán)重值進(jìn)行再次加權(quán)，強(qiáng)化產(chǎn)量或符合育種目標(biāo)的某些性狀的權(quán)重值。

3.3 品種綜合評價(jià)

試驗(yàn)中，建議保留大豆品種（系）X4（安豆1215）和X12（濮豆630），并進(jìn)入下一步試驗(yàn)；X2（南農(nóng)60）和X10（駐豆45）產(chǎn)量雖高，但綜合表現(xiàn)較差；X11（周豆51號）和X13（商豆2028）既無產(chǎn)量優(yōu)勢，也無特征優(yōu)勢，綜合表現(xiàn)較差，建議舍棄；X9（科豆42）雖然在產(chǎn)量上沒有優(yōu)勢，但在抗倒伏、單株有效莢、單株粒數(shù)性狀上具有顯著優(yōu)勢，可以作為親本材料加以利用。