基于组合赋权的甘薯品种抗病性模糊综合评价

2020-07-20刘忠玲李小艳王自力

江苏农业科学 2020年12期

刘忠玲李小艳王自力

摘要：甘薯抗病性评价是多因素的综合评价过程，是甘薯品种选育中非常重要的一个环节。根据病虫害危害程度和品种选育所在地区的病虫害发病严重程度来确定各指标的权重系数，将模糊综合评价法首次应用于甘薯品种选育中进行抗病性综合评价，得到12个甘薯品种抗病性的综合评价数值结果和优劣次序，洛薯11号的综合抗病性最好，济薯25、商Y10-1的综合抗病性好，烟薯09157、泰薯12、源薯1号、济农74的综合抗病性较好，冀982、皖苏58、徐薯33的綜合抗病性一般，徐薯22、阜0932-2的综合抗病性差。该评价方法弥补了传统评价方法的不足，为甘薯新品种的抗病性评价提供了一条具体而又切实可行的新途径。

关键词：甘薯品种;抗病性;组合赋权;模糊综合评价;权重

甘薯原产于南美洲，具有高产、稳产、适应性广等特点。目前，我国甘薯种植面积基本稳定在367万hm2，鲜薯年平均产量约7 804.8万t，占世界甘薯总产量的75.3%[1-2]。其中甘薯茎线虫病致使发病田减产10%～20%，严重时减产60%～70%，尤其连作重茬田的线虫病日益积累，病情逐年加重，甚至绝收[3-4];甘薯黑斑病造成的产量损失为5%～10%，危害严重时造成的损失为20%～50%，甚至更高[5];甘薯根腐病造成减产10%～20%，重者减产40%～50%，甚至绝收[6-7];甘薯蔓割病的危害在南方薯区田间随机分布，一般减产10%～20%，重者达50%以上[8]，近年来有向北方薯区蔓延的趋势。因此在樊晓中的研究中，将甘薯茎线虫病、黑斑病和根腐病列为我国北方薯区的三大主要病害[9];而在《中国甘薯品种鉴定年鉴（2014—2015）》中将甘薯茎线虫病、黑斑病、根腐病和蔓割病列为北方薯区甘薯病虫害抗性的检测对象[10]。

生产过程中，使用化学药剂防治成本高、环境污染严重，而采用轮作制度虽然有效，但仍具有很大的局限性。因此，甘薯抗病虫害品种的选育和推广无疑是最经济、最简单、最有效的途径之一，而准确评价甘薯品种抗病性也成了甘薯品种选育中一个至关重要的环节。我国研究人员对甘薯品种抗病性鉴定中仅针对某种病害的抗性进行检测，评价方法仅局限于对某种病虫害抗性的检测数据进行直观分析，不同病虫害抗性的分析结果相互独立，没有进一步的综合性分析。本研究将模糊综合评价方法首次应用于甘薯品种选育中进行抗病性综合评价，计算出品种抗病性的综合评价数值结果，以期为甘薯新品种病虫害抗性综合评价寻找新的可行途径。

1 综合评价对象

将2014—2015年国家甘薯品种北方薯区区域试验中12个参试品种的抗病性作为评价对象，参试品种分别为冀982、洛薯11号、商Y10-1、烟薯09157、济薯25、济农74、泰薯12、阜0932-2、皖苏58、徐薯33、源薯1号、徐薯22（CK）[10]。

2 甘薯抗病性评价指标简介和预处理

2.1 甘薯抗病性评价指标简介

在《中国甘薯品种鉴定年鉴（2014—2015）》中甘薯茎线虫病、黑斑病、根腐病和蔓割病的检测指标如下。甘薯抗茎线虫病有防治效果和病情指数2个检测指标，计算公式如下：

防治效果=（1-某品种病情指数感病对照品种病情指数）×100%;

病情指数=∑（各级感病株数×相应级数）调查总株数×最高病级数×100。

其中，防治效果（X）为极大型指标，评价分级为高抗（HR），防治效果（X）>80.0;抗病（R），60.080.0。

甘薯抗黑斑病的检测指标为表现百分率，计算公式如下：

抗病表现百分率=供试品种病斑平均直径2×供试品种病斑平均深度对照品种病斑平均直径2×对照品种病斑平均深度×100%。

甘薯抗黑斑病表现百分率（Y）属于极小型指标，其评价分级为高抗（HR），Y≤40.0;抗病（R），40.0160.0。

甘薯抗根腐病的检测指标为病情指数，计算公式如下：

病情指数=∑（各级感病株数×相应级数）调查总株数×最高病级数×100。

甘薯抗根腐病病情指数（DI）属于极小型指标，评价分级为高抗（HR），DI≤25.0;抗病（R），25.080.0。

甘薯抗蔓割病检测指标为病情指数，计算公式如下：

病情指数=∑（各级感病株数×相应级数）调查总株树×最高病级数×100。

甘薯抗蔓割病病情指数（DI）属于极小型指标，评价分级为：高抗（HR），DI≤25.0;抗病（R），25.080.0。

2.2 甘薯抗病性评价指标的预处理

甘薯抗病性评价指标中大部分属于极小型指标，为便于作进一步的分析，均取极小值，利用平移变换转化为极大型指标，根据各指标数据和评价分级的特点，具体转化方法如下：甘薯抗茎线虫病、抗根腐病、抗蔓割病的病情指数指标转化为100-病情指数;甘薯抗黑斑病抗病表现百分率指标转化为200-抗病表现百分率。甘薯抗病性评价指标转化为极大型后的评价级见表1。

根据《中国甘薯品种鉴定年鉴（2014—2015）》中抗病性鉴定要求，甘薯茎线虫病、黑斑病和根腐病的抗性鉴定结果取2年4次中最差值，甘薯蔓割病的抗性鉴定结果取2年2次中最差值，将抗性鉴定结果极大化后分别取最小值（表2）作为综合评价的数据。

3 甘薯抗病性的模糊综合评价

模糊综合评价是以模糊数学为基础，先将一些边界不清不易定量的因素定量化，再应用模糊关系合成原理，从多个因素对事物隶属等级状况进行综合性评价的一种方法[11]。

3.1 甘薯抗病性评价指标的权重系数

甘薯新品种的选育和推广具有一定的区域性，通常是以育种单位所在地为中心向外辐射。因此，在确定甘薯主要病害评价指标的权重时，不仅要考虑某种甘薯病害的危害程度，还应兼顾育种单位所在地区该甘薯病虫害的分布情况。

3.1.1 北方薯区甘薯主要病虫害的危害程度北方薯区甘薯主要病害为茎线虫病、黑斑病、根腐病等，而蔓割病本是南方薯区的主要病害之一，但近年来出现了逐渐向北方薯区迁移的趋势，因此也作为北方薯区育种工作中监测的一种病害，但目前其发病率及危害程度比其他3种病害要小[3-8]。根据病虫害危害程度，将甘薯4种病虫害进行权重分配（表3）。

3.1.2 北方薯区甘薯主要病虫害发病严重程度排序北方薯区主要包括河北、河南、山东、安徽及江苏北部等地区，甘薯茎線虫病、黑斑病、根腐病及蔓割病在不同区域的发病严重程度排序[12]如表4所示，而近年来逐渐向北扩展的蔓割病发病程度远小于其他3种病虫害，因此列在各地区病虫害的第4位。

根据病虫害发病严重程度排序，从高到低依次权重分配的0.4、0.3、0.2、0.1，可得各地区甘薯病虫害发病程度的权重（表5）。

3.2 甘薯主要病虫害评价指标的组合权重

将病虫害的危害程度和育种单位所在地区病虫害发病严重程度排序按6 ∶ 4的比例进行加法集成，可得北方薯区中河北、河南、安徽、山东、江苏等5个地区甘薯主要病虫害评价指标综合权重系数（表6）。

3.3 构建评价对象因素集

以2014—2015年我国甘薯北方薯区试验中4种病害的检测数值作为评价指标，建立以下评价对象因素集：

3.4 构建评价方案集

将参试的12个甘薯品种（冀982、洛薯11号、商Y10-1、烟薯09157、济薯25、济农74、泰薯12、阜0932-2、皖苏58、徐薯33、源薯1号、徐薯22）作为评价对象，建立评价方案集如下：

式中：v1为冀982;v2为洛薯11号;v3为商Y10-1;v4为烟薯09157;v5为济薯25;v6为济农74;v7为泰薯12;v8为阜0932-2;v9为皖苏58;v10为徐薯33;v11为源薯1号;v12为徐薯22。

3.5 建立模糊关系矩阵

3.5.1 甘薯主要病害评价指标及其隶属函数由甘薯品种抗病性各评价指标的评价分级（表1）可以看出，各因素的对应关系比较明显，即在区间内基本上为线性函数，因此各评价指标的隶属函数具体如下。

（1）甘薯茎线虫病隶属函数：

（2）甘薯黑斑病隶属函数：

（3）甘薯根腐病隶属函数：

（4）甘薯蔓割病隶属函数：

3.5.2 隶属度计算和综合评价矩阵建立将极大化后的各指标分别取最小值（表2），分别代入隶属函数计算其隶属度（表7）。因此，可分别得到河北（冀982）、河南（洛薯11号、商 Y10-1）、安徽（阜0932-2、皖苏58）、山东（烟薯09157、济薯25、济农74、泰薯12）、江苏（徐薯33、源薯1号、徐薯22）等地区的模糊综合评价矩阵：

3.6 综合评价计算

将不同地区的综合评价矩阵和其相应的各评价因素权重向量采用M（·，+）模型进行复合，计算公式如下：

式中：bj表示第j个品种的模糊综合评价值;wi表示第i种病虫害的权重;rij表示第j个品种第i种病害的评价指标值。

可得到模糊综合评价向量为B=（0.169 2，0.408 4，0.246 2，0.199 7，0.315 2，0.180 2，0.189 8，0，0.162 8，0.117 6，0.186 1，0.072 798）。进而可得12个甘薯品种抗病性的优劣次序排序（表8）。

3.7 品种抗病性综合评价结果

由表8可知，洛薯11号的综合抗病性最好，济薯25、商Y10-1的综合抗病性好，烟薯09157、泰薯12、源薯1号、济农74的综合抗病性较好，冀982、皖苏58、徐薯33的综合抗病性一般，徐薯22、阜0932-2的综合抗病性差。

4 结论

根据病虫害危害严重程度和品种选育所在地区病虫害发病严重程度综合确定权重，采用模糊综合评价方法计算出各评价对象的综合评价数值，根据数值结果进行降序排序，可以直观地反映甘薯品种的综合抗病情况，而且此方法简便，可在Excel表格中直接操作实现。

参考文献：

[1]马代夫，李强，曹清河，等. 中国甘薯产业及产业技术的发展与展望[J]. 江苏农业学报，2012，28（5）：969-973.

[2]陆建珍，汪翔，秦建军，等. 我国甘薯种植业发展状况调查报告（2017年）——基于国家甘薯产业技术体系产业经济固定观察点数据的分析[J]. 江苏农业科学，2018，46（23）：393-398.

[3]周忠，马代夫. 甘薯茎线虫病的研究现状和展望[J]. 杂粮作物，2003，23（5）：288-290.