基于层次分析法的笋用竹引种质量评价体系研究

2019-11-21徐绳武施仕胜夏文娟余安安瞿和平

世界竹藤通讯 2019年5期

杨硕徐绳武施仕胜郑丽夏文娟余安安瞿和平

(咸宁市农业科学院湖北咸宁 437100)

竹为多年生禾本科竹亚科(Bambusoideae)植物，主要分布区域包括以季风气候为主的热带及亚热带地区，在我国主要分布于东部亚热带地区，如四川省、重庆市、湖北省、江西省、浙江省等。其茎分为地上及地下部分，竹笋则由地下茎的芽发育而成，按不同收获季节大多分为春笋及冬笋。竹笋因口感细腻，营养丰富，富含蛋白质及膳食纤维，已逐渐成为消费者青睐的绿色食品，以竹笋为主要经营目标的竹则称为笋用竹。

咸宁市是湖北省的主要产竹区，现有竹种17属140余种，面积11.53万hm2，面积、立竹量、年产量均占湖北省总量的80%以上[1]。咸宁市竹林栽培面积虽大，但品种单一，主要为毛竹、雷竹及少量水竹，出笋期集中于12月至翌年4月，无法满足消费者四季对鲜笋的需求。基于延长供笋周期，提高经济效益考虑，应引进不同笋用竹种进行品种搭配，因此需对其引种质量进行评价，筛选出几个综合表现优良的笋用竹种。然而，在笋用竹引种质量评价研究中，前人仅侧重于笋用竹种的单一类别指标，或某些指标的相互作用，未总结出一套系统的评价方法或体系。如何建立一种评价笋用竹引种质量的可量化的评价方法或体系，对引种的笋用竹品种进行全面、科学的评估是目前亟待解决的问题。

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)作为一种定性与定量分析相结合的综合性评价方法，在农业系统决策中应用广泛，其中包括农业可持续发展、科技进步、气象灾害以及农业决策方案和生产基地的优选、农业安全度评价等方面。层次分析法对于确定决策优选与评价过程中的主要制约因素，并进而提出相应对策发挥着重要作用[2]。本文基于AHP研究出一套笋用竹引种质量评价体系，为今后的引种栽培研究提供依据。

1 笋用竹引种与评价概述

我国有笋用竹种29个属200余种[3]。近年来，随鲜笋及笋制品的畅销，竹笋需求量剧增，笋用竹栽培面积逐年增加。浙江、江西、重庆等地笋用竹种质资源丰富，咸宁从这些地区引进优良笋用竹种具备极高可行性。现有的研究显示，对引种竹种筛选的评价指标可以归为3类：生态适应性、商品性及市场性。

1.1 生态适应性

生态适应性指标反映了笋用竹对栽培环境的适应程度，包括母竹成活率、发笋数、成竹率、病虫害情况、断梢率、地下竹鞭长等。早在1992年，江西省就开展了从浙江引种优良笋用竹种的试验研究，其中包括6个笋用竹种共1.56万株，观测指标有成活率、出笋率、成竹率及出笋期[4]。王海霞等[5]、吴炳生等[6]及阮俊峰等[7]以母竹存活率、发笋率、发笋数等恢复适应性指标对雷竹、乌哺鸡竹、早竹等优良笋用竹进行引种评价。

尽管生态适应性是评价笋用竹引种的一个重要指标，但引种目的是为推广适宜栽培的笋用竹种以获得优质的竹笋产品，因此对竹笋品质及特性，即商品性及市场性的评定应同样得到重视。

1.2 商品性

商品性指标主要包括单笋质量、可食率、风味、笋长、胸径、水分、蛋白质、总氨基酸、总糖、纤维素、单宁等，以竹笋生物学特性及营养品质等为主。近年来，对竹笋营养成分分析的研究较多，但较少应用于笋用竹引种综合评价中。金川等[8]以出笋力、笋产量、营养成分、风味、笋体可食率等为选种指标，对浙南地区21个优良笋用竹种进行综合考察及评定，筛选出了适宜当地栽培的理想竹种。刘跃钧等[9]对方竹笋的可食率、氨基酸含量进行了测定与比较。陈兴福等[10]在早竹引种试验中，一方面观测记录生长适应性指标，另一方面对笋体、笋味、产量及收入等经济性状进行综合分析。王裕霞等[11]则系统性对10种丛生竹及4种杂种竹的竹笋鲜食品质、加工性能及营养成分含量进行综合分析，并对不同品质进行了比较与分级。

1.3 市场性

市场性指标可反映不同品种竹笋在消费者选择时的受欢迎程度及市场需求情况，包括笋产量、出笋历期、平均单价等。陈松河等[12]在前人研究基础上以出笋历期、笋产量、竹笋口感等指标建立了优良笋用竹种的量化评价方法，并依据该指标体系对其竹种园的竹种进行了评价及筛选。近年来，笋用竹发展迅速的一个主要原因就是笋价格的提高，从市场角度看，平均单价、出笋历期等指标具有重要的参考价值。

1.4 层次分析法的原理和步骤

层次分析法(AHP)由美国运筹学家Saaty于20世纪70年代初首先提出[13]。该方法是将复杂问题中与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础上进行定性和定量分析，为最佳方案提供依据，该方法具有系统、灵活、简洁的优点。该方法不仅考虑了定性因素，通过结合专家的经验判断，融入递阶层次结构中，还运用一定数学方法建模并计算，最终得出可量化的数据[14]。运用AHP建模来解决实际问题，主要有4个步骤：建立递阶层次结构模型；构造出各层次中的所有判断矩阵；层次单排序及一致性检验；依据权重值计算综合得分并排序。

2 建立基于AHP的笋用竹引种质量评价体系

通过建立笋用竹引种质量评价体系，可筛选出适宜当地自然环境及市场需求的笋用竹品种。依据AHP原理，评价体系分为5个步骤(图1)。

图1 笋用竹引种质量评价步骤

2.1 筛选评价因子

根据笋用竹的生长习性、竹笋特性、市场反馈等因素，并依据专家经验筛选配置适用于评价笋用竹引种质量的评价指标，包括生态适应性、商品性及市场性3类指标，具体评价指标包括成活率、发笋数、成竹率、病虫害情况、营养品质、可食率、单笋质量、感官品质、总产量、历期、价格等11个。评估体系所采用的评价因子可包含但不限于上述指标。

2.2 建立层次评估模型

将各评价因子分类并进行层次排序，并建立层次评估模型(图2)。评价体系共分为3个层次，从上至下分别为目的层、准则层及方案层。

图2 笋用竹引种质量评价层次评估模型

方案层共包括11个因子，成活率、发笋数、成竹率及病虫害情况4个评价因子对应生态适应性；营养品质、可食率、单笋重及感官品质4个评价因子对应商品性；总产量、历期及价格3个评价因子对应市场性。生态适应性、商品性及市场性3个因子为准则层，目的层为笋用竹引种质量。该评估体系通过3个层次，共15个评价因子，为笋用竹引种评价提供依据。

2.3 建立判断矩阵并计算权重值

建立判断矩阵并计算各层次指标的权重，进行一致性检验。因各指标在目标衡量中所占比重不同，需对每个层次中相应类别中各指标的相对重要性进行两两比较并计算权重值，此处采用1—9比例标度法[15]以数字进行量化描述(表1)。

表1 1—9比例标度法定义

定义矩阵A=(aij)n×n，n为矩阵阶数，依据专家经验两两比较确定aij数值，分别得到4个判断矩阵，并计算最大特征根λmax及其所对应的特征向量W，W即为权重值。

由于判断矩阵各指标标度的确定具有一定的主观性，为保证层次分析法分析结果更合理，需对权重值进行一致性检验，首先计算一致性指标CI，公式为：

(1)

为衡量CI的大小，引入随机一致性指标RI，其与判断矩阵的阶数有关，对应关系见表2。

表2 平均随机一致性指标RI标准值

将CI与RI比较后得出一致性比例CR，计算公式为：

(2)

当CR<0.10或λmax=n，CI=0时，可认为该判断矩阵的一致性可接受，否则应对判断矩阵予以修正。判断矩阵A1—Bi、B1—Ci、B2—Ci、B3—Ci的计算结果见表3至表6。

表3 判断矩阵A1—Bi

表4 判断矩阵B1—Ci

表5 判断矩阵B2—Ci

表6 判断矩阵B3—Ci

以上4个判断矩阵均满足CR<0.1，通过一致性检验，表明评价因子权重值合理，可得出笋用竹引种质量评价体系各层指标权重，如表7所示。

表7 笋用竹引种质量评价体系权重值

2.4 统计各指标数据并进行标准化处理

建立评估体系建立判断矩阵并计算出各指标的权重后，即可统计各笋用竹品种的各项指标实际数据，统计方法为每个品种调查地块面积4 m × 4 m，3次重复。由于各类数据量纲不同，因此需进行标准化处理，即将可量化数据转化为百分制，便于统计综合得分，不适合量化的数据可采用分类定义方式进行处理，具体方法如下：

1) 成活率：调查单位面积的母竹成活数及移栽数。成活率=母竹成活数/移栽数×100%；采用公式X=(原始数据-极小值)/(极大值-极小值)×100进行标准化处理。

2) 发笋率：调查单位面积的母竹数及总发笋数。发笋率=发笋数/母竹数×100%；采用公式X=(原始数据-极小值)/(极大值-极小值)×100进行标准化处理。

3) 成竹率：调查单位面积的总出笋数、留笋养竹数及成竹数。成竹率=成竹数/留笋养竹数×100%；采用公式X=(原始数据-极小值)/(极大值-极小值)×100进行标准化处理。

4) 病虫害情况：调查病虫害发生级别，分0～Ⅳ共5个级别，即0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，分别代表无、轻微、中等、较严重、严重。具体判断标准为：0级为5片以下竹叶有轻微危害；Ⅰ级为6～30片有危害；Ⅱ级为31～50片有危害；Ⅲ级为51～70片，且有危害的竹叶面积不超过50%；Ⅳ级为71片以上，或有危害竹叶面积超过50%。0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级依次对应数值为100、80、60、40、20分。

5) 营养品质：氨基酸是评价森林蔬菜鲜味的重要指标之一，因此重点对竹笋的氨基酸含量进行测定与比较。测定方法：利用高灵敏度多功能氨基酸分析仪(型号：DE61M/A300-IC)测定不同竹笋的氨基酸含量。采用公式X=(原始数据-极小值)/(极大值-极小值)×100进行标准化处理。

6)可食率：统计除去笋箨、笋基部木质化等部位后的质量即为净质量。可食率=净质量/总质量×100%；采用公式X=(原始数据-极小值)/(极大值-极小值)×100进行标准化处理。

7) 单笋质量：统计单笋总质量；采用公式X=(原始数据-极小值)/(极大值-极小值)×100进行标准化处理。

8) 感官品质：风味是评价竹笋感官品质的重要指标，因此重点对竹笋风味进行评价与比较。评价方法：采用评分法，分5个梯度：好、较好、一般、较差、很差，依次对应数值为100、80、60、40、20分。

9) 总产量：统计单位面积的鲜笋产量。鲜笋产量=(总出笋数-留笋养竹数)×单笋质量；采用公式X=(原始数据-极小值)/(极大值-极小值)×100进行标准化处理。

10) 历期：统计出笋起始及终止日期，以及出笋持续时间T。按T>150 d、120 d

11) 价格：统计出笋时的市场价格P，单位为元/kg。按P>30、20

2.5 计算综合得分并排序

根据标准化处理后得到的数据，代入公式(3)至公式(6)分别计算出生态适应性、商品性、市场性以及笋用竹引种质量综合得分，按照综合得分高低进行排序，即可筛选出该地区引种质量相对较高的笋用竹品种。

3 讨论

3.1 确定判断矩阵存在一定主观性

层次分析法作为对定性问题进行定量分析的一种多准则决策方法，具有高度的逻辑性、系统性、简洁性和实用性。基于该方法建立评价体系的前提是确定合适的评价指标并构筑判断矩阵，根据专家经验筛选指标并两两比较确定标度，因此具有一定的主观性。为尽可能减少主观判断对该体系的影响，降低可能产生的偏差，可选取多位专家的筛选意见，并对各指标标度进行算术平均处理，以使得出的结果更加合理。