基于熵值模型的亏缺灌溉对番茄产量与水分利用的综合评价

刘新华

（新疆塔里木河流域阿克苏管理局，新疆阿克苏843000）



基于熵值模型的亏缺灌溉对番茄产量与水分利用的综合评价

刘新华

（新疆塔里木河流域阿克苏管理局，新疆阿克苏843000）

摘要：为探讨西北干旱区温室番茄节水高效灌溉模式，采用熵值模型对不同生育阶段水分亏缺与膜下沟灌番茄产量、水分利用及经济效益的响应进行了综合评价。结果表明：番茄前期产量、后期产量、二类果产量与灌溉水分利用效率这4项指标是影响评价结果的主要因素；番茄苗期较正常灌水量应减少2 /3，开花和果实膨大期、果实成熟与采收期应保持正常灌水量。

关键词：亏缺灌溉；番茄；膜下沟灌；熵值；综合评价

番茄是人们日常膳食中的重要蔬菜之一，近年来，随着温室反季节蔬菜生产的日益扩大，温室番茄在番茄产业中的比重逐年增大［1-3］。

水资源短缺是一个全球性问题，由于番茄的需水量较大，又是世界上种植面积最大的蔬菜，在番茄种植中推行节水灌溉对于水资源的节约和高效利用具有重要意义。研究表明，水分亏缺对番茄产量和品质的影响呈现相反变化。当灌水较多时，番茄单果质量增加，产量提高，但番茄营养品质降低，口感和烹饪效果较差；当减少灌水时，番茄营养品质虽然得以改善，但小果数量增加，产量降低，而且植株早衰，发病率增加，总体经济效益下滑。当不考虑番茄内在品质时，其经济效益主要由总产量、产量时间分布、采收期和高价位市场收购期的重合度等因素决定。目前，有关温室番茄水分亏缺对番茄产量及其分布时间研究还相对较少［4-7］。鉴于以上原因，本文利用熵值模型开展了不同生育阶段水分亏缺对温室番茄产量及效益影响的综合评价，以期为寻求适合西北干旱区温室番茄节水高效灌溉模式提供参考。

1　番茄亏缺灌溉模式评价体系

根据文献［3］数据资料，膜下沟灌番茄亏缺灌溉模式评价体系包括：上市产量、外观品质、水分利用与经济效益4个方面。其中上市产量又包括前期产量、中期产量与后期产量这3项指标；外观品质包括一类果产量、二类果产量、三类果产量与舍弃果产量这4项指标；水分利用包括市场产量、灌溉水分利用效率与水分利用效率这3项指标；经济效益包括毛效益、单方灌水毛效益与单方耗水毛效益这3项指标。膜下沟灌番茄调亏灌溉模式评价指标体系见表1。

表1　膜下沟灌番茄调亏灌溉评价指标体系

在表1评价指标体系中，在上市产量方面，番茄前期产量与中期产量越高、后期产量越少，则种植效益越好；就外观品质而言，一、二类果产量越高，三类及舍弃果越少，则番茄经济效益越好；在水分利用方面，番茄市场产量（一、二、三类果产量之和）、灌溉水分利用效率与水分利用效率越大则表明水分利用越优；在经济效益方面，毛效益、单方灌水毛效益与单方耗水毛效益指标值越大，则表明该调亏灌溉方式越优。

2　熵值模型

2.1 熵权计算

假设膜下沟灌番茄调亏灌溉模式的评价方案为m个，评价指标为n个，则可以构成评价指标矩阵X=（xij）m×n，将矩阵X=（xij）m×n按照下式进行归一化处理，形成判断矩阵B=（bij）m×n：

式中：i为评价方案，j为评价指标；xmax、xmin分别为第j个指标在各方案中最大、最小值。

第j个评价指标的熵值Hj计算如下：

则第j个评价指标的熵权βj，得权重向量β= （β1，β2，βj，…，βn），即：

2.2 贴进度值计算

（1）构建加权决策矩阵

将判断矩阵B=（bij）m×n与评价指标权重相乘，得加权决策矩阵：R=（rij）m×n：

（2）计算理想解和负理想解

根据加权决策矩阵，确定方案理想解S+与负理想解S-：

（3）计算欧式距离

采用欧氏距离计算与理想解和负理想解的距离，计算式如下：

（4）贴近度计算

根据式（10）计算相对接近度值ξi，该值越接近于1，表示评价方案越优，反之越劣：

3　模型应用

3.1 数据来源

根据文献［3］中的数据资料，采用熵值模型对温室番茄不同亏缺灌溉模式进行综合评价。不同亏缺灌溉方案设计见表2（表2中，各处理的灌水周期同GK处理），各处理下的温室番茄上市产量、外观品质、水分利用与经济效益情况指标详见表3。

表2　温室番茄各处理设计灌水定额

3.2 熵值计算

首先，将表3中指标数据按照指标类型（正指标与负指标）分别按照式（1）进行归一化处理，结果见表4。

表3　不同亏缺灌溉处理评价指标值

表4　不同亏缺灌溉处理评价指标标准化值

之后，按照式（3）～式（5）计算评价指标的熵值与权重。

评价指标熵值Hj=（0.7006，0.7039，0.6529，0.7069，0.6944，0.7294，0.7176，0.7187，0.7000，0.7061，0.7052，0.7234，0.7145）。

评价指标权重w=（0.0783，0.0774，0.0907，0.0766，0.0799，0.0707，0.0738，0.0735，0.0784，0.0768，0.0771，0.0723，0.0746）。3.3 贴进度计算

按照式（6）～式（10）计算评价方案与理想解和负理想解的距离，结果如下：

Sd+=（0.0683，0.0863，0.1767，0.0894，0.2342，0.2280，0.1107）；

Sd-=（0.2336，0.2408，0.1329，0.2359，0.1220，0.0929，0.2107）。

根据上述计算结果，利用式（11）计算得到评价方案贴近度值ξi及方案排序（见表5）。

表5　亏缺灌溉方案综合评价值及排序

3.4 评价结果分析

由表5可知，SNN处理为番茄最优亏缺灌溉方式，NNM处理为最劣亏缺灌溉方式。根据表3数据可知，SNN处理的所有评价指标均处于最优或较优状态，表明该灌溉方式下的番茄具有良好的产量、水分利用及经济效益优势。因此，综合评价SNN处理为最优亏缺灌溉方案这是合理可信的。

4　结语

本文构建了基于熵值模型的膜下沟灌温室番茄亏缺灌溉综合评价模型，主要结论如下：

（1）番茄前期产量、后期产量、

二类果产量与灌溉水分利用效率这4项指标对亏缺灌溉模式评价的影响最大。

（2）综合考虑水分亏缺对温室番茄产量和效益的影响，SNN处理为最优亏缺灌溉制度，即在膜下沟灌灌溉方式下，番茄苗期较正常灌水量减少2 /3灌水量，开花和果实膨大期、果实成熟与采收期保持正常灌水量是较优的灌溉模式。

（3）在温室番茄栽培中，合理调亏灌溉能提高番茄水分利用效率，实现节水、高效用水目的，这对西北干旱缺水地区番茄种植具有重要意义。下一步应当重点研究亏缺灌溉对番茄品质的影响以及水分调控与品质的响应机理，探寻番茄节水、高产与优质的灌溉制度与模式。

参考文献

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［3］王峰，杜太生.亏缺灌溉对温室番茄产量与水分利用效率的影响［J］.农业工程学报，2010，26（09）：46-52.

［4］邵明星.风沙土微灌灌溉方式和水量对玉米生长的影响［J］.水利技术监督，2014（02）：79-82.

［5］齐肖华.棉花膜下滴灌与常规灌溉效益比较［J］.水利规划与设计，2014（07）：65-67.

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作者简介：刘新华（1978年—），女，工程师。

收稿日期：2015-02-03

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.012

中图分类号：S274

文献标识码：B

文章编号：1672-2469（2016）02-0033-03