摘要:為篩選出觀賞價值高的藜麥材料,拓寬藜麥的應用領域并加速推廣應用,以甘肅東鄉、天祝地區推廣種植的 22 個觀賞藜麥為試驗材料,對穗長、穗色、穗型、葉色、葉形、病蟲害、莖色、整齊度和抗倒伏等進行鑒定,運用層次分析法對其觀賞性進行綜合評價。結果表明,在 10 個影響藜麥綜合觀賞性的評價指標中,層次總排序權重占比最高的前 3 個依次為整齊度 (0.1144)、倒伏 (0.0742) 和莖色 (0.0471)。根據綜合指數分值將分別適種于天祝和東鄉兩地的 22 份材料分為 4 個等級,天祝區域評價等級為 Ⅰ 級的材料有 3 份,Ⅱ 級有 12 份材料,Ⅲ 級有 3 份材料,Ⅳ 級有 4 份材料;東鄉區域評價等級為 Ⅰ 級的材料有 4 份,Ⅱ 級有 7 份材料,Ⅲ 級有 8 份材料,Ⅳ 級有 3 份材料。東鄉和天祝兩地對部分材料的分級存在影響,如 XG662 在東鄉為 Ⅰ 級,在天祝為 Ⅲ 級。運用層次分析法可有效對藜麥綜合評價和分級,權重占比高的 3 個指標對觀賞藜麥的篩選和育種具有重要參考。CHLi-207、CHLi-211、CHLi-223 和 CHLi-265 的綜合評價得分較高,田間觀測表現優良,可作為觀賞藜麥的優良品系進行推廣。
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引言
藜麥原產于南美洲安第斯山附近的高海拔地區,距今已有 7000 多年的種植歷史,有著 “糧食之母” 的美譽。藜麥又被稱為南美藜、奎奴亞藜等,屬于莧科藜亞科藜屬植物,自花授粉,異交率極低。藜麥出苗時形狀類似灰菜,成熟時其果穗部位類似高粱果穗,藜麥果穗有紅、橙、黃、紫和粉等多種顏色。藜麥形態受環境和遺傳因素影響較大,其株高范圍在 1.00~3.00 m,單葉互生,兩性花,花序有傘狀、穗狀和圓錐狀等,種子為扁平狀圓球,直徑為 1.50~4.00 mm。藜麥果穗和籽粒顏色豐富,因此也常被作為觀賞植物。
近年來,藜麥逐漸受到國人喜愛。藜麥色彩艷麗,形態優美,生育期短,持續時間長,成本較低,差異化強,不同藜麥品種的葉片、莖稈和籽粒顏色存在明顯差異,可用作園林綠化。藜麥具有耐旱、耐寒、耐鹽堿和耐瘠薄等特性,在海拔 4500 m 以內、年降水量 50.00~2000.00 mm 地區均可種植,但在海拔 1000 m 以上更為適宜。在貴州六盤水海拔 1900~2100 m 的地區均能正常出苗、生長、開花和結實,且順利完成生育期;在浙西南海拔 1018 m、年平均降水量 1765.30 mm、pH 值 5.52 的黃土地區也能正常成熟,說明藜麥在不同氣候條件下都具有較強的適應性。藜麥資源豐富多樣,觀賞價值高的藜麥可以在生長發育時期豐富園林綠化格局,也可以在成熟后收割作為糧食作物,還可用于特色生態旅游開發。
花卉及作物的觀賞評價常用方法有灰色關聯度分析法、熵值法、層次分析法和模糊綜合評價法等。灰色關聯度分析法對于數據要求比較低,可以在很大程度上減少由于信息不對稱帶來的損失,但主觀性過強,部分指標的最優值難以確定。熵值法是根據各項指標值的變異程度來確定指標權數,避免了主觀人為因素帶來的偏差,但忽略了指標本身的重要程度,有時確定的指標權數會與預期的結果相差甚遠。模糊綜合評價法可以對呈現模糊性的資料做出比較科學、合理、貼近實際的量化評價,但計算復雜且對指標權重矢量的確定主觀性較強。層次分析法是一種系統性的分析方法,把研究對象作為一個系統,按照分解、比較判斷、綜合的思維方式進行決策,把定性與定量方法有機結合起來。層次分析法主要是從評價者對評價問題的本質、要素理解出發,比一般的定量方法更講究定性的分析和判斷,目前已被廣泛應用于花卉景觀評價和植物品種評價等方面。董鈉等運用層次分析法對 14 個酢漿草屬植物的觀賞性狀指標進行評價,建立酢漿草屬植物觀賞性評價體系,篩選出觀賞性高、適應性強,具有開發和應用價值的優良植物材料。王瑩等對 8 個紫薇種質資源觀賞性、生態適應性與生長特性進行綜合評判,篩選出適應當地種植的優良彩葉紫薇品種。
本研究以甘肅省臨夏回族自治州東鄉縣和甘肅省武威市天祝藏族自治縣兩地種植的 22 個藜麥材料為基礎,利用層次分析法,構建藜麥觀賞評價模型,對 22 個藜麥品種進行綜合評價,篩選出觀賞性好的品種,為推動園林化利用提供依據。
1 材料與方法
1.1 試驗地概況
試驗在甘肅省中部西南面和中部西北面的臨夏回族自治州東鄉縣灑勒村和武威市天祝藏族自治縣松山鎮祥瑞新村藜麥育種基地進行。灑勒村海拔 2283.00 m,年均高溫 14.00 ℃,低溫 - 1.00 ℃,年均降水量 200.00~500.00 mm,年均日照時數 2500 h,平均無霜期 138 d。天??h松山鎮祥瑞新村海拔 2604.00 m,屬溫帶大陸性半干旱氣候,年均氣溫 2.80 ℃,降水量 250~300 mm,日照 2600~2800 h,土壤類型為黃綿土、栗鈣土,是典型的高原寒旱農業區。
1.2 供試材料
供試的 22 份材料為甘肅推廣應用的藜麥。編號 1~11 的材料由中國科學院分子植物科學卓越創新中心提供,編號 12~22 由甘肅省農業科學院畜草與綠色農業研究所提供。
1.3 試驗方法
1.3.1 田間播種:試驗采取隨機區組設計,每份材料重復 3 次。兩地播種面積與方式相同,每小區面積、每份材料總面積、行距 0.25 m,24 行區。小區間隔 1.5 m。2 個試驗地均于 2023 年 4 月底點播,每穴點播 3~5 粒種子,播種深度 2 cm。于 6 葉期定苗,每穴定苗 1~2 株,在生育期進行田間管理,于成熟期參照《藜麥種質資源描述規范和數據標準》進行穗長、穗色、葉色、葉形、倒伏、病蟲害和莖色等農藝性狀的調查并評分。
1.3.2 層次分析法模型的構建:根據對觀賞藜麥材料的分析,篩選出 10 個與觀賞價值有關系的評價指標,構成層次分析模型。層次分析模型把不同特性按照屬性分成 4 組,形成不同的層次,使得上一層對下一層有支配作用,下一層對上一層有影響作用。目標層:觀賞藜麥的綜合評價;約束層:由穗部特征、葉片形狀、適應性和植株性狀構成,反映觀賞藜麥的主要評價準則;標準層由 10 種主要農藝性狀構成,與約束層形成遞階層次結構。其中與穗部特征關聯的特性有穗長、穗色和穗型;與葉片性狀關聯的特性有葉色和葉形;與適應性關聯的特性有整齊度、倒伏和病蟲害;與植株性狀關聯的特性有莖色和分枝數。
1.3.3 觀賞價值指標權重計算及一致性檢驗:為了保證評價結果的客觀性及準確性,有必要對判斷矩陣進行一致性檢驗。一般采用 1~9 的標度來轉化農藝性狀 10 個因素的統一量綱,定量性狀按相對數量等級也劃分為 1~9 級。計算矩陣最大特征根和相應特征向量 W,對 W 進行歸一化處理,即為某一層相應元素對于上一層中某一項因素相對重要性的權重向量。按公式計算指標權重,即得到各指標的權重值。按照公式對判斷矩陣進行一致性檢驗,首先計算出一致性指標 CI,CI=0 表示完全一致,CI 越大越不一致。查詢平均隨機一致性指標 RI,最后計算一致性比例 CR,當 CR<0.1,認為矩陣的一致性是可以接受的。
1.3.4 層次總排序權值:在計算出標準層 P 的各評估指數關于其所屬的約束層 C 的加權值之后,再將其與這個約束層 C 的權重進行加權合成,就可以得到標準層 P 對于目標層 A 的總體排序權值。
1.3.5 等級劃分:參考評分標準進行評價,首先對 10 個指標進行打分,再與 AHP 法的層次總排序權重相結合,采用加權秩和比法對調查區內所有材料的 WRSR 值和回歸方程進行計算,方程以概率單位 Probit 為自變量,WRSR 值為因變量。最后按照最佳分級原則確定出綜合評價分級標準。由于東鄉與天祝 2 個試驗點根據打分所得分值不同,故評價等級分值不相同。
1.4 測定項目與方法
采用層次分析法對 22 份藜麥材料進行觀賞特性綜合評價。本試驗將總目標利用層次分析法將問題層次化,建立層次分析結構模型,計算出各因素的影響權重,最終將各因素的加權后得分相加得出不同觀賞藜麥材料的綜合排名。具體評價指標參照《藜麥品種描述規范和數據標準》,根據藜麥材料的觀賞和生物學特性等并聽取專家意見,擬定了對藜麥材料 10 個主要性狀的 5 分制評價標準。在成熟期邀請 5 位專家對穗色、穗型、穗長、葉色、葉形、倒伏、整齊度和有效分枝數等 10 個性狀依據打分表按照 5 級標準進行打分,綜合打分結果并利用層次分析法計算出藜麥材料的觀賞價值并進行等級劃分。
2 結果與分析
2.1 供試品種觀賞性評價
2.1.1 判斷矩陣的構成:目標層到約束層、約束層到相應的標準層的判斷矩陣中,各判斷矩陣的一致性比例 CR 均小于 0.1,證明矩陣的一致性是可以接受的。從表中可知,適應性和植株性狀與其他因素相比所占權重較為突出,這與藜麥的觀賞價值具有較高的一致性,也從另一個角度說明了此層次結構模式的準確性和合理性。
2.1.2 各指標所占權重:從一級指標來看,權重大小依次為適應性、植株性狀、穗部特征和葉片性狀;從 10 項指標所占權重來看,整齊度和莖色的權重占比最高,占比最小的指標為葉形,其余指標在一定范圍之間;從總排序權重看,整齊度和倒伏為最主要影響因素,其次為莖色、病蟲害、穗色、有效分枝數、葉色、穗型、穗長和葉形。
2.1.3 觀賞性評價及等級劃分:對總得分進行計算后,再根據具體評分情況對藜麥材料進行分級。整齊度高、莖色觀賞價值高和抗倒伏能力較強的材料綜合評分相對較高,符合大眾人群對觀賞特點的要求。在天祝試驗點,共有 3 份材料處在 Ⅰ 級,12 份材料在 Ⅱ 級,3 份材料在 Ⅲ 級,4 份材料在 Ⅳ 級。在東鄉試驗地共有 4 份材料處在 Ⅰ 級,7 份材料在 Ⅱ 級,8 份材料在 Ⅲ 級,3 份材料在 Ⅳ 級。本次評價結果與專家評價結果無明顯差別,進一步說明了層次分析結構模型在藜麥觀賞評價中的適用性。
2.2 供試品種試驗地綜合評價分析
從最終評價結果來看,列入 Ⅰ 級的材料有 CHLi-211、CHLi-223、CHLi-265,這些材料在農藝性狀、生物學特性及適應性等方面均得到較高分數。同樣列入 Ⅰ 級的 XG662 與 Li-4F-133-1 雖然在東鄉或天祝試驗地表現優異,但在另一試驗地表現較差,主要影響因素為 2 份材料試驗地適應性較差,證明部分材料在特定氣候生境下才可表現優異,所以 2 份材料均不推薦大面積用作觀賞。同樣推薦觀賞用的材料還有 CHLi-255、CHLi-195、航 228-28、CHLi-267 和 XG305,這些材料均處于評價結果的中上游,且兩地評分差距不大,說明這些材料雖生境不同,但種植結果差異不大,適應性強,觀賞性好,可用作推廣。XG101、XG02-1、CHLi-251、CHLi-225、航 228-43 和 XG447-1 等觀賞價值不高,被列入 Ⅲ 級甚至 Ⅳ 級,原因主要是受抗逆性和農藝性狀等方面的限制,因此在綜合評價中得分不高。
3 討論
層次分析法是一種非常實用的、可針對一些復雜而模糊的問題做出決策的簡便且靈活的方法,適用于植物觀賞價值體系的建立。在層次分析法中,評價指標及其權重的設置非常重要。本研究采用定性和定量相結合的層次分析法,通過構建兩兩比較的判斷矩陣來確定觀賞藜麥不同指標的影響權重,消除了由偶然因素或主觀因素導致的認識上的差異。本研究中計算方法及對 22 份材料排序分級均參照李宇泊等的方法。孫明等基于層次分析法對地被菊品系綜合評價研究中,結合育種實踐,擬定了整株性狀、花部性狀、抗性及適應性等作為評價準則,其中整株性狀的權重最高,花部性狀和抗性及適應性次之。將對藜麥材料進行評價的 10 個指標分為 4 部分,分別為適應性、植株性狀、穗部特征及葉片性狀。權重值的排序為適應性 > 植株性狀 > 穗部特征 > 葉片形狀,其中適應性最為重要。西北黃土高原地處我國內陸,氣候干旱,水資源缺乏,土地貧瘠,土壤堿化較嚴重,植物種植成活難度較大,因此,在這種特殊生態環境下,抗逆性強、適應性強成為了觀賞藜麥的 10 個評價因子中的重要指標。
蔣欣琪等關于秋播藜麥生長發育規律及觀賞特性研究中,對秋播藜麥的發育期及觀賞性做了統計,主要體現在株型、穗型、葉片和莖稈等,不同材料葉色、莖色、穗色差異較大,篩選出 Q2、Q4、Q6 具有較好的綜合特性。在黃青云等的觀賞藜麥在亞熱帶地區的引種研究中,將 7 個藜麥品種在福建播種,對其農藝性狀、生育期及景觀效果等進行了調查,發現其呈現出多種色彩,是非常好的季節景觀營造物種。本研究以農藝性狀和抗性等 10 個指標作為觀賞評價標準,將甘肅即將推廣應用的藜麥材料進行觀賞性評價,篩選既適合景觀栽培又能兼顧作物經濟產量收入的藜麥材料,得出 CHLi-207、CHLi-211、CHLi-223、CHLi-265 具有較好的觀賞性,為拓寬藜麥在多領域大范圍推廣應用提供科學依據。本研究對觀賞藜麥材料的篩選以及后續育種利用具有一定的意義。未來可結合藜麥材料的耐寒、耐旱及耐鹽堿性再篩選出更優良材料,也可結合 22 份藜麥材料的營養品質分析,篩選出營養價值高的同時具有觀賞性的藜麥材料,做到糧景兼用。
4 結論
本研究以評價甘肅地區藜麥材料的觀賞性為主要研究目標,基于層次分析法構建了分析模型,對 22 份觀賞藜麥材料進行了評價,篩選出 CHLi-207、CHLi-211、CHLi-223 和 CHLi-265 共 4 個綜合性狀優良的藜麥材料,可作為觀賞藜麥的優良品系進行推廣應用。同樣可用作推廣的材料還有 CHLi-255、CHLi-195、航 228-28、CHLi-267 和 XG305,這些材料均處于兩地評價結果的中上游,且在兩地的種植結果差異不大,適應性好。XG447-1 和航 228-43 兩份材料的觀賞性不高,抗倒伏性和整齊度較差,不建議用作推廣。
李小雨;黃 杰;楊 釗;柴繼寬;楊發榮;魏玉明;劉文瑜;拜偉俊,甘肅農業大學草業學院;甘肅省農業科學院畜草與綠色農業研究所;甘肅省農業科學院,202503