基于灰色关联度分析的旱砂地籽瓜/花生间作模式评价

刘 斌，安 力*，刘 涛，蒋志荣

(1.甘肃农业大学 园艺学院，甘肃 兰州 730070； 2.西北矿冶研究院，甘肃 白银 730900；3.甘肃农业大学 甘肃农村发展研究院，甘肃 兰州 730070)

基于灰色关联度分析的旱砂地籽瓜/花生间作模式评价

刘 斌1，安 力1*，刘 涛2，蒋志荣3

(1.甘肃农业大学 园艺学院，甘肃 兰州 730070； 2.西北矿冶研究院，甘肃 白银 730900；3.甘肃农业大学 甘肃农村发展研究院，甘肃 兰州 730070)

为了改善甘肃中部地区旱砂地籽瓜连作障碍严重的现象，在试验研究的基础上，采用灰色关联分析方法对旱砂地新型种植模式(籽瓜/花生间作模式)下3种花生间作密度(株距40 cm、50 cm、60 cm)进行了评价。结果表明，在等权重、权重侧重籽瓜产量和产籽率、权重侧重经济效益下，花生间作密度为株距60 cm的关联度均为最大，分别为0.718 0、0.692 3 和0.730 8，株距为40 cm次之，分别为0.657 3、0.647 0和0.662 4。表明花生间作株距60 cm为该间作模式的最佳种植密度。

灰色关联度分析； 间作模式； 旱砂地； 关联度

甘肃省中部地区位于黄土高原西部，干旱少雨，植被稀少，旱砂田耕作是当地旱作农业的主要耕作方式之一[1]。该地区的旱砂田主要分布在兰州、白银两市，占全国旱砂田总面积的60.0%、全省的73.8%[2]。“压砂种瓜”为旱作农业主要栽培模式，而现存的砂田大部分是20 a以上的老砂田，且90%以上都采用连作西瓜种植模式，长期连作不仅会造成病虫害大面积爆发(其中以西瓜枯萎病发生最为普遍和严重)，出现死苗、生长不良以及产量和品质下降等连作障碍，给农民带来极大的经济损失，而且还会导致严重的生态问题和环境问题，严重制约砂田农业的可持续发展[3-5]。生产上多采用变换品种或增施农家肥等措施缓解连作障碍，但随着种植年限的增加，这些措施仍然不能保证籽瓜的正常生长。

间作是一种充分利用自然资源、提高土地利用率、有效减少病虫草害的生态种植模式[6]。籽瓜/花生间作模式为旱砂田新型种植模式，不仅使籽瓜的成熟期提前、全生育期缩短、种子的千粒质量显著提高，而且对籽瓜产量无明显影响，在产量和经济效益方面较单作模式具有一定的优势。花生自身具有固氮作用，而且还可将固定的氮素供给间作作物使用[7-8]，此外，花生产生的根瘤菌进入土壤，可增加土壤中微生物种类，改变连作土壤中微生物环境，从而改善旱砂田连作障碍。因此，对该种植模式的评价和优化具有重要的意义。

目前，种植模式评价的方法很多，大多采用单项指标(如产量指标或生态环境指标等)进行直接对比或采用统计分析(方差分析、回归分析)评价其优劣；或选用多项指标，定出评分标准，然后对各种种植模式按评分标准定出每项指标的得分，最后依其总分的高低判断其优劣[9]。由于种植模式的组成是多方位、多层次和多指标的，因此很难客观、全面地评价种植模式的综合效益。灰色关联度分析(grey relational analysis)是一种定量化比较分析方法，根据数列的可比性和相近性，分析系统内部主要因素之间的相关程度，确定相关程度最大的因素。灰色关联分析的应用与评价，解决了众多因素作用评价排序问题，将复杂系统综合优势进行排序和量分析，具有简便、直观、有效的特点[10]，灰色关联理论在农业许多领域得到广泛应用[11-16]。因此，针对该地区自然特点和旱砂地籽瓜连作障碍严重的现象，在试验研究的基础上，采用灰色关联分析方法对旱砂地新型种植模式(籽瓜/花生间作模式)下3种花生间作密度(株距40 cm、50 cm、60 cm)进行了评价，以期筛选出花生最佳间作密度，为该地区农业种植模式的优化和旱砂地的可持续高效利用提供理论基础和技术支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

籽瓜品种：黑丰一号；花生品种：扶余四粒红。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，花生间作密度以株距调节，设3个水平，分别为40 cm(A1)、50 cm(A2)和60 cm(A3)，以单作籽瓜为对照(CK)。平地覆膜种植，每垄籽瓜种植2行，株距75 cm，大小行距均为50 cm，花生播种于2行籽瓜中间，与籽瓜水平距离25 cm，重复3次，共12个小区，小区面积为15 m2。试验于2013年4—10月在甘肃省靖远县高湾乡贾崖村进行，试验用地前茬为籽瓜，播种前整地、施基肥参照当地的标准进行，用旱砂地专用地膜覆盖，有效膜宽100 cm，播种后田间管理与当地其他旱砂地管理相同。

1.3 研究方法

灰色关联度分析来自灰色系统理论，基本思想是一种相对性的排序分析。其基本原理为：根据序列曲线几何形状的相似程度判断其联系是否紧密，如果1组几何曲线形状越相似，则关联度越大，反之则越小，由此从所考察的复杂系统中找出主次因素，为系统综合决策及提高综合效益提供信息参考，主要包括如下步骤[10,16]。

1.3.1 选择参考序列 将不同间作模式的各项评价指标组成的序列称为参考序列，可由对比试验组确定，也可由专家根据经验确定，记为：x0(k)，其中k为各项评价指标的序号，即：

x0=[x0(1),x0(2),…,x0(n)]

(1)

1.3.2 确定比较序列 通过不同间作模式下现场试验确定的各评价指标的数据序列称为比较序列，记为xi(k)，其中k为不同间作模式试验的编号，即：

xi=[xi(1),xi(2),…,xi(n)],(i=1,2,…,n)

(2)

(3)

关联度的计算见公式(4)，即：

(4)

ri为xi与x0关于所有评价指标的关联度，是表征两者之间关联性大小的指标，n为评价指标的数目。

1.4 评价指标的选取

各种模式的定义：x0为CK试验组，即单作籽瓜，株距75 cm，x1、x2、x3分别为A1、A2、A3间作模式试验组，选取能够反映种植模式经济效益的投入量、籽瓜产量、产籽率、经济效益、产投比5个因子构成灰色关联度分析评价指标体系，各指标的数据取3组试验的平均值进行计算。

2 结果与分析

2.1 不同间作模式评价指标的关联系数

由于各性状量纲不同，需对各性状原始数据进行初值化处理，即进行无量纲化处理，其处理方法为用x0行的数据分别除对应列x1、x2、x3的数据，从而得到无量纲化处理后的新序列。各间作模式下评价指标的试验值如表1所示，无量纲化处理后的新序列如表2所示。

表1 各间作模式评价指标值

表2 各指标的无量纲化值

由公式(3)可知，计算关联系数需要先计算xi与x0在第k个指标上的绝对差[Δi(k)]，各评价指标的绝对差值如表3所示。

表3 x0与xi数列的绝对差值

表4 各间作模式的关联系数

2.2 不同间作模式的关联度

根据公式(4)，可求出各间作模式下的关联度，计算可得：(r1,r2,r3)=(0.657 3,0.618 0,0.718 0)，根据最大关联度判别准则，说明试验组A3(60 cm)的间作栽培模式最佳。

2.3 不同间作模式在不同权重比例下的关联度

2.2中计算的关联度是在各评价指标权重一致的情况(即常权情况)下计算得到的，而在大部分的情况下，各评价指标的重要性往往是不相等的，这就需要对评价指标的相对重要性进行区别，因此，引入表示各指标关联度系数不同的权重(Wk)，公式(4)可表示为：

ri=∑Wkεi(k)

(5)

表5为分别表示侧重籽瓜产量和产籽率与侧重经济效益下的权重赋值。通过公式(5)，可求得不同权重赋值下的关联度，权重侧重籽瓜产量和产籽率时的关联度为：(r1,r2,r3)=(0.647 0,0.661 6,0.692 3)；权重侧重于经济效益时的关联度为：(r1,r2,r3)=(0.662 4,0.596 2,0.730 8)。

表5 各评价指标不同权重赋值

注：1.权重侧重籽瓜产量和产籽率； 2.权重侧重经济效益。

各间作密度的等权关联度、权重侧重籽瓜产量和产籽率关联度、权重侧重经济效益关联度及相应位次见表6。从表6可以看出，权重侧重籽瓜产量和产籽率与其他2种排序不一致。等权重关联度和权重侧重经济效益关联度排序一致。根据灰色关联度分析原则，关联度大，表明间作密度与理想密度的关联程度高，间作效果好，反之，间作效果则差。无论是等权重、权重侧重籽瓜产量和产籽率，还是权重侧重经济效益下，花生株距为60 cm的关联度均为最大，分别为0.718 0、0.692 3、0.730 8，评价结果与

表6 各间作模式的关联度和位次

实际情况相符合，说明关联度分析更加客观和全面，通过试验研究也证明了灰色关联分析的准确性。

3 结论与讨论

种植模式是组织农业生产活动的基础和依据，合理的种植模式可以充分利用当地的资源，提高经济效益，促进农民增收，同时还能保护水土资源，改善生态环境。由于人多地少，如何提高复种指数尤为重要，而间作便是我国许多地区提高复种指数的一项重要栽培制度，可在单位面积土地获得更高的经济产量和收益。本研究根据旱砂地新型种植模式籽瓜/花生间作模式的生产情况，选取了能反映种植模式经济效益的投入量、籽瓜产量、产籽率、经济效益、产投比5个因素构成灰色关联度分析评价指标体系，进行灰色关联度分析，在等权重、权重侧重籽瓜产量和产籽率、权重侧重经济效益3种情况下的评价结果均为x3(k)的关联度最大，表明该间作模式以花生株距为60 cm时，籽瓜产量、产籽率和经济效益最高，为该间作模式的最佳种植密度。该评价方法得出的结果与前人研究结果一致，如王明山等[17]研究表明，灌溉地籽瓜与花生间作模式适宜密度为50～60 cm，与生产实际结果较为接近；间作花生对籽瓜产量无明显影响，且每公顷可增收2 515元，评价结果与农业生产与经济效益也保持一致。因此，该方法对农业种植模式评价及最佳种植密度筛选有一定的优越性，结果具有可靠性，为农业种植模式的评价提供了一种新的分析方法。

随着中国花生带的北移，花生种植面积增长相对较快[18]。有研究表明，豆科(花生)与非豆科作物间作，由于非豆科作物可以更多地利用土壤氮素，降低了高氮条件下的氮阻碍作用，有利于提高豆科作物的固氮比率[19]。同时，豆科作物固定的氮素部分可以通过根际转移到非豆科作物中，改善非豆科作物的氮素水平，从而促进非豆科作物生长[20]。在这种新的复合生态系统中，花生产生的根瘤能固定大气中的氮，有效培肥土力，提高土壤有机质含量，改善当地常年连作籽瓜所造成的连作障碍问题，提高单位面积土地的产出率和利用率。甘肃中部地区为生态环境脆弱地区，种植模式单一，农业经济效益低，籽瓜/花生间作模式可在一定程度上提高经济收益，并改善其面临的脆弱生态环境，在该地区具有一定的生态意义和经济意义，但该间作模式在旱砂地正处于试验研究初期，其生态效益还未完全体现，因此对其还需进一步的研究和优化。由于本研究中选取的评价因子较少，可能在一定程度上影响了评价结果，在今后的研究中，还应加入更多的生产和生态因子，对该间作模式进行更系统全面的评价，为优化籽瓜/花生间作模式的关键技术提供理论依据。

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Evaluation of Planting Modes of Intercropped Seed Watermelon and Peanut in Dry Sandy Land Based on Grey Relational Analysis

LIU Bin1,AN Li1*,LIU Tao2,JIANG Zhirong3

(1.College of Horticulture,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China; 2.Northwest Research Institute of Mining and Metallurgy,Baiyin 730900,China; 3.Gansu Rural Development Research Institute,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

In order to improve the serious successive cropping obstacle of seed watermelon in dry sandy land in central region of Gansu,this paper evaluated three planting density(plant spacing of 40 cm,50 cm and 60 cm) in new cropping patterns(watermelon/peanut intercropping mode) in dry sandy land based on experimental studies and by the method of gray relational analysis.The research showed that whether under average or variable correlation of the yield of seed watermelon or economic benefits,the peanut plant spacing was 60 cm under intercropping was the best,with the correlation being 0.718 0,0.692 3,and 0.730 8,followed by the peanut plant spacing was 40 cm under intercropping,the worst peanut plant spacing was 50 cm under intercropping,with the correlation being 0.657 3,0.647 0,and 0.662 4.The study showed that the peanut intercropping spacing of 60 cm was the best planting density of planting modes of intercropped seed watermelon and peanut in dry sandy land.

gray relational analysis; intercropping pattern; dry sandy land; correlation degree

2015-08-20

甘肃省财政厅项目

刘 斌(1989-)，男，甘肃景泰人，在读硕士研究生，研究方向：蔬菜栽培生理。E-mail：liubin3626570@163.com

*通讯作者：安 力(1961-)，女，河北唐山人，副研究员，主要从事蔬菜生理与栽培技术研究。E-mail：605367143@qq.com

S651

A

1004-3268(2016)01-0096-04