运用层次分析法优选新疆加工苹果

郭 靖 ，张东亚 ，刘 珩 ，卢明艳 ，安 鹭 ，陈同森 ，齐 成

（1.新疆林业科学院 园林绿化研究所，新疆 乌鲁木齐 830000；2.南京信息工程大学，江苏 南京 210000）

运用层次分析法优选新疆加工苹果

郭 靖1，2，张东亚1，刘 珩1，卢明艳1，安 鹭1，陈同森1，齐 成1

（1.新疆林业科学院 园林绿化研究所，新疆 乌鲁木齐 830000；2.南京信息工程大学，江苏 南京 210000）

为给加工苹果品种资源选择及其理论研究提供参考依据，初步优选出适于新疆栽培的加工苹果佳系，采用层次分析法（AHP），建立涵盖了生长结果习性、经济性状、加工性能、抗逆性等评价因子的综合评价指标体系，对普查的13个品系的生态适应性进行了综合评价。结果表明：13个参试加工苹果优良品系的综合评价值从大到小依次为X1＞X2＞X3＞X4＞X5＞X6＞X9＞X7＞X8＞X10＞X11＞X12＞X13，其中的X1、X2、X3、X4、X5这5个品系表现出了极强的适应能力及加工特性。

加工苹果；生态适应性；层次分析法（AHP）；综合评价；新疆塔城地区

2001年，中国苹果汁出口跃居世界第一[1-2]。在发展前景良好、经济效益显著的态势下，许多学者和业内人士认为，加工原料的匮乏成为制约苹果加工产业发展的主要瓶颈[3-6]。其原因主要如下：第一，加工苹果基地面积不足，按产能计算，我国用于加工苹果汁的高酸原料果基地应为26.67万～36.67万 hm2，而目前国内实际建成的基地面积尚不足实际需求面积的2%[7-8]；第二，苹果品种结构严重失调，鲜食果比重太大，缺少加工专用品种[9]；第三，缺乏与现代化集约栽培相适应的优良抗性矮化砧木。加工原料的匮乏使得许多企业只能采用鲜食品种的残次果替代加工原料，而采用残次果作为原料又会导致果汁酸度低，根据国际市场标准，一般酸度每提高0.5个百分点，其每吨价格会提高100美元[10]，因此其经济效益受到很大影响；同时，残次果还会导致果汁中棒曲霉素含量超标，引发食品安全问题[11]。因此，开拓国外市场是我国苹果生产的当务之急[12]，优选苹果加工专用品种迫在眉睫。

AHP层 次 分 析 法（Analytical Hierarchy Process，简称AHP方法）是由美国运筹学家A．L．Saaty于20世纪70年代提出的一种系统分析与决策的综合评价方法[13]，是在充分研究人们思维过程的基础上提出的、比较合理地将定性问题作定量化处理的过程，也是一种将决策者对复杂系统的决策思维过程模型化、数量化的过程。应用这种方法，决策者通过将复杂问题分解为若干层次和若干因素，在各因素之间进行简单的比较和计算，就可以得出不同方案的权重，从而为最佳方案的选择提供依据。1982年，此法曾在中美能源、资源、环境学术会议上首次被介绍到中国[14]，近几年来，AHP方法已在能源利用[15]、土地资源评价[16]、生态环境评价[17]及农业评价[18]等领域得到了广泛应用，并在林业领域生态环境[19-20]、林地生产力[21]、森林生态系统评价[22-23]、林业生态工程比较[24-25]、自然保护区生态评价[26]及植物景观评价[27]等领域得到了广泛应用。但是，有关AHP方法在果树优选中的应用研究却鲜见报道。为此，借助层次分析评价模型，对13个参试品系的生长结果习性、经济性状、加工性能、抗逆性四个方面进行了综合评价，以期为加工苹果品种的选择提供科学的理论依据。

1 研究区概况

研究区塔城地区位于新疆维吾尔自治区的西北部、伊犁哈萨克自治州的中部，地处东经82°16′～87°21′、北纬 43°25′～ 47°15′之间。属于中温带干旱和半干旱气候区，夏季较为炎热，冬季寒冷，春季升温不稳定，秋季气温下降迅速，气温年变化和日变化大；降水量地区间分布不均匀，年际变化大，年降水量较多。

2 材料与方法

2.1 材料选择

新疆伊犁河谷是有名的赛威氏野苹果的分布地，是世界苹果的起源地之一，其种质资源丰富，自然杂交形成了不同类型、不同品系的各类海棠果。为了优选高产、稳产、抗性强的加工苹果品系，本项目组先后对伊犁河谷加工苹果的自然资源进行了普查，同时从内地高寒地区引进3个新品种定植于新疆塔城市，优选了引种成功、抗逆性强、加工性能好的 X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13作为研究材料，其来源详见表1。定植的株行距为3 m×4 m，春季定植健壮的八楞海棠砧木，并采集13个参试品系接穗封藏，在4月上旬进行嫁接。试验采用随机区组排列，每小区10株，重复2次。

表1 13个参试加工苹果品系的来源Table 1 Source of the 13 processed apple strains

2.2 研究方法

对13个参试品系采用完全相同的定植方法、嫁接方式和灌溉、施肥、松土除草及病虫害防治等管理措施，并对其整个生长期的树体生长、物候、初果年限、生长量、丰产性及产量、果实品质、抗旱性、抗寒性和病虫害发生等方面的情况进行了试验研究。应用层次分析法对各评价因子及试验数据进行分析，提取对果树优选评价有影响的因子，以生长结果习性、经济性状、加工性能及抗逆性各主导因子为自变量，以因子、准则多层数列矩阵的特征向量为权向量，建立评价公式，最终选择出加工苹果的目标树种。

2.3 优选评价指标的选择

为了使研究结果更加合理，在选择树种评价指标时充分考虑以对加工苹果有重要影响的经济性状和加工性能为主导因子，同时还选择对该体系综合生态效益起潜在作用的因子，即对加工苹果生长具有重要影响的生长结果习性和抗逆性因子作为评价指标。根据层次分析法的基本原理和各优选评价因子之间的支配关系，将优选评价体系划分成4个层次，分别形成了如表2所示的加工苹果品系优选评价的递阶层次表。

2.4 评价指标模型的构建

2.4.1 生长结果习性（GR）评价模型

生长结果习性是果树生态适应性的基本评价因素之一，综合考虑腋花芽结果（AR）和单株产量（YP），建立的生长结果习性评价模型如下：

表2 最佳加工苹果品系优选评价指标体系的层次结构Table 2 Hierarchical structure of the best selection index system for processed apple strains

式中，GR表示生长结果习性指数；WAR为腋花芽结果的权重，CA为腋花芽结果量；WYP为单株产量的权重，YP为单株产量。

2.4.2 经济性状（EC）评价模型

经济性状是果树生态适应性的重要评价指标之一，综合考虑硬度（HN）和含糖量（SC），建立的经济性状评价模型如下：

式中，EC表示生长结果习性指数；WHN为硬度的权重，HN为硬度；WSC为含糖量的权重，SC为含糖量。

2.4.3 加工性能（PP）评价模型

加工性能也是果树生态适应性的重要评价指标之一，综合考虑VC含量（VC）和总酸含量（TA），建立的加工性能评价模型如下：

式中，PP表示生长结果习性指数；WVC为VC的权重，VC为VC含量；WTA为总酸的权重，TA为总酸含量。

2.4.4 抗逆性（SR）评价模型

抗逆性也是果树生态适应性的重要评价指标之一，综合考虑抗寒指数（CR）、旱害率（DR）、相对生长量（RG）和抗病虫害指数（DI），建立的抗逆性评价模型如下：

式中，SR表示生长结果习性指数；WCR为抗寒指数的权重，CR为抗寒指数；WDR为旱害率的权重，DR为旱害率；WRG为相对生长量的权重，RG为相对生长量；WDI为抗病虫害指数的权重，DI为抗病虫害指数。

2.4.5 最佳加工苹果品系（ES）评价模型

最佳加工苹果品系的筛选指标，一般包括生长结果习性（GR）、经济性状（EC）、加工性能（PP）和抗逆性（SR）四个层次的重要评价要素，通过综合三四个单项要素构建最佳加工苹果品系的评价指数（ES），其评价模型如下：

式中：ES为最佳加工苹果品系的综合指数；WGR为生长结果习性的权重，GR为生长结果习性；WEC为经济性状的权重，EC为经济性状；WPP为加工性能的权重，PP为加工性能；WSR为抗逆性的权重，SR为抗逆性。其中，GR、EC、PP、SR均为通过归一化后得到的值。通过比较最佳加工苹果品系ES的大小，对加工苹果各品系进行优选。

2.5 评价指标的标准化处理

由于在评价指标体系中选取的各项指标因子其系数间的量纲不统一，使得评价不具有统一性与可比性，因此在评价研究中需要进行归一化处理，以消除指标间不同单位、不同度量的影响。按照指标性质的不同，可将评价指标分为正向指标和负向指标。指标xi的值越大则反映该要素的生态适应性能力越强，这类指标即为正向指标，其归一化的计算公式为：

式中，xi为指标的实际数值，xmin和xmax分别为指标xi数据序列中的最大值和最小值。如果指标xi的数值越高则反映该要素的生态适应性能力越弱，这类指标即为负向指标，其归一化的计算公式如下，下式中各个符号表示的含义均与上式相同。

2.6 以层次分析法（AHP）确定各评价指标的权重

以层次分析法赋予评价指标权重的基本步骤为：确定递阶层次结构、构造判断矩阵、层次单排序、层次总排序及矩阵一致性检验。文中首先将生态适应性指标评价模型的层次结构确定为目标层（A）、准则层（B）和指标层（C）三个层次，然后依次对每层各评价指标的相对重要性进行判定。以AHP法确定权重的打分原则如下：（1）生态适应性评价体系各指标层的重要性依次为经济性状（EC）＞加工性能（PP）＞抗逆性（SR）＞生长结果习性（GR）；（2）各单项评价指标的重要性，基本按照等权重的原则打分，但同时也要遵守经济性状指标的重要性大于加工性能指标的重要性、抗逆性指标的重要性大于生长结果习性指标的重要性这一基本原则。

3 结果与分析

3.1 构建判断矩阵

根据加工苹果生态适应性评价指标层次分析模型，对准则层各项评价指标的相对重要性通过引入合适的标度给出一定的判断，列成判断矩阵，结果见表3。

2.3 权重值的确定

应用层次分析法得出的准则层与指标层各项评价指标的权重如表4。

表3 最佳加工苹果品系评价体系准则层评价指标的判断矩阵†Table 3 Judgement matrix of the indexes in criterion layer of the best selection index system for processed apple strains

表4 准则层与指标层各项评价指标的权重Table 4 Weights of each evaluation indexes in criterion layer and index layer

2.4 隶属函数值的确定

对各项评价指标的实测值进行标准化处理，得到原始数据的隶属函数矩阵表，最佳加工苹果品系各项评价指标的实测结果及标准化值见表5。

2.5 综合评价结果

苹果树种的生态适应性是其生长结果习性、经济性状、加工性能、抗逆性综合作用的结果。运用层次分析法模型对13个参试加工苹果优良品系其生态适应性的强弱进行排序，排序值越靠前，说明该品种的生态适应性越强，综合评价与计算结果见表6。从表6中可以看出，13个参试加工苹果优良品系的综合评价值从大到小依次为X1＞X2＞X3＞X4＞X5＞X6＞X9＞X7＞X8＞X10＞X11＞X12＞X13。

试验观测结果也表明，13个参试加工苹果优良品系在塔城地区的生长表现均为良好，说明该地区适宜其生存。根据综合评价结果，从13个参试品种中优选出高抗逆的最佳加工苹果品系5个，其抗寒（可耐－36 ℃的低温）、耐盐碱（在总盐量6‰的土壤中能正常生长）、抗病，适应性广，栽培管理技术简单易于掌握，生产成本低，早果、高产、稳产，加工性能优良（优选出的5个品种系，其总酸含量都在8 g/kg以上，最高的1个品系可达14 g/kg；每100 g 果实含Vc量高达5.66 mg；出汁率高达60%以上；可溶性固形物含量高达13%以上；且其果实耐贮运）。优选出的这些优良品系丰富了我国高抗逆加工果汁型苹果的种质资源，为新疆发展加工型苹果提供了科学依据，为北疆高寒区发展经济林提供了优良种源。

表5 最佳加工苹果品系各项评价指标的实测结果及标准化值Table 5 Measured values and standardized values of each evaluation indexes of the best processed apple strains

4 结论与讨论

层次分析法作为一种定性与定量相结合的系统评价方法，在客观上很大程度地提高了评价结果的有效性、可靠性和可行性，特别适用于评价因素难以量化且评价体系结构复杂的树种资源评价，目前，层次分析法已在多个领域得到广泛的应用[28-29]。韩玉洁等人[30]运用层次分析法对上海市沿海防护林树种进行了评价。刘振虎等人[31]采用层次分析法对草坪草品种的耐盐能力进行了综合评价。树种适应性是树种自身生物学特性和其对外界不良环境的适应能力的综合体现。针对用于加工果汁的经济树种而言，首先要考虑的是经济性状和加工性能；其次，试验地选择在新疆塔城地区，该地区具有新疆北疆地区典型的干旱、炎热、寒冷等气候特点，因此，选择的树种要具有较强的抗逆性，能够适应该地区的气候环境。基于这两点考虑，将13个苹果品系的性状特点分为生长习性、经济状况、加工性能和抗逆性四个部分，采用定性与定量相结合的方法，建立多因子的评价指标体系，并采用层次分析法进行综合评价与计算，确定了生态适应性评价指标体系中各指标要素的重要性，结果表明，上述四个部分性状指标其重要性的大小顺序为：经济性状＞加工性能＞抗逆性＞生长结果习性。选择的13个加工苹果优良品系均适宜在新疆塔城地区生存，且其生长表现均为良好，其综合评价值的大小依次为：X1＞X2＞X3＞X4＞X5＞X6＞X9＞X7＞X8＞X10＞X11＞X12＞X13。其中，X1、X2、X3、X4、X5等5个品种极具有推广价值。从评价结果来看，试验树种具有代表性，基本反映了其实际生长状况。评价指标的标准化处理避免了人为因素造成的失误，确保了实验结果的精确性，评价结果更加客观合理。但是，该评价体系主要依靠参与评价者的经验选择评价指标，所以存在一定的主观性，应选择更多的专家参与指标的选择及权重的确定，综合更多人的意见，以降低个人的主观片面性，这方面的工作还有待将来进一步改进。

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Selection of processed apples in Xinjiang by analytical hierarchy process

GUO Jing1,2, ZHANG Dong-ya1, LIU Heng1, LU Ming-yan1, AN Lu1, CHEN Tong-sen1, QI Cheng1
(1. Institute of Garden Greening, Xinjiang Academy of Forestry, Urumqi 830000, Xinjiang, China;2. Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210000, Jiangsu, China)

In order to provide a basis for resource selection and theoretical researches of processed apples cultivars,processed apple families suitable for cultivation in Xinjiang were preliminarily selected, and a comprehensive evaluation index system was established by using analytic hierarchy process (AHP), including growth and fruiting capacity,economic characters, processing performance and stress resistance. The ecological adaptabilities of investigated 13 strains were evaluated comprehensively. The results indicated that the order of the 13 strains based on the comprehensive evaluation values from high to low was X1, X2, X3, X4, X5, X6, X9, X7, X8, X10, X11, X12, X13, and X1, X2, X3, X4,X5 showed extremely strong adaptability and processing features.

processed apple; ecological adaptability; analytical hierarchy process; comprehensive evaluation; Tacheng region of Xinjiang

10.14067/j.cnki.1003-8981.2015.03.005 http: //qks.csuft.edu.cn

2014-10-29

新疆维吾尔自治区科技兴农项目“苹果新优品种矮化密植高效栽培技术示范与推广”；国家国际科技合作专项（2014DFR31070）。

郭 靖，助理研究员，博士研究生。

张东亚，研究员。E-mail： 358999837@qq.com

郭 靖,张东亚,刘 珩,等. 运用层次分析法优选新疆加工苹果[J].经济林研究,2015,33(3):26－32.

S661.1

A

1003—8981(2015)03—0026—07

[本文编校：伍敏涛]