基于层次分析法的叶用甜菜种质资源观赏性评价

孙佳平，刘乃新

(1.黑龙江大学中俄学院，哈尔滨 150080；2.黑龙江大学现代农业与生态环境学院，哈尔滨 150080；3.农业农村部甜菜品质监督检验测试中心，哈尔滨 150080)

1 引言

叶用甜菜，为藜科甜菜属中的变种, 二年生草本植物,又名莙荙菜、牛皮菜、火焰菜[1-3]。叶用甜菜在我国已经有2 500多年的栽培历史，长江 、黄河流域以及西南地区都有广泛的分布，土耳其、希腊等地中海沿岸国家也均有分布[4-6]。叶用甜菜以观赏、食用作为主要的特性[7]。观赏型叶用甜菜外观艳丽多彩, 色泽诱人, 具有很好的观赏性,观赏甜菜属于叶用甜菜的一个变种，早在1800年末观赏甜菜就频繁出现在美国园丁的目录和百科全书上[8-10]。1923年Vilmorin[11]描述了一种甜菜，它的叶子和叶柄颜色非常深(红色、黄色、绿色)，生长在花园中供观赏用。同时叶用甜菜由于其自身丰富的营养价值而被作为特色蔬菜食用，小株幼苗食用方法与菠菜相似, 可以生食、炒食、焯后凉拌、煮食、做汤、做馅等。大株叶片可叶肉、叶柄分开来食用, 叶柄还可以做蔬菜泥[12]。民以食为天，我们对叶用甜菜食用方面研究的较多，而对其观赏性方面却鲜少研究[13]。对于叶用甜菜品种观赏价值的评价多为主观性描述，针对性不强，缺乏系统性。需要建立一套科学的综合评价模型对叶用甜菜品种的观赏价值进行客观评价，对于优良品种的选育及叶甜菜产业发展具有重要意义。

植物的观赏性与许多性状有关，是一种综合指标，是园林植物品种选育的先决步骤[14]。目前层次分析法已经被广泛应用于园林植物观赏价值评价研究上[15-18]。层次分析法，简称AHP，是1973年美国匹茨堡大学运筹学家托马斯·萨蒂提出来的一种将定性与定量相结合，来客观描述人们主观判断定量化的一种分析手段[19]。因此本研究采用层次分析法对叶用甜菜的观赏性进行了评价。本试验基于对叶甜菜品种观赏性状的调查和综合分析，采用层次分析法构建了一套科学客观的叶用甜菜品种观赏价值综合评价模型，并对收集的8个叶用甜菜品种进行了综合评价。

2 材料与方法

2.1 材料

分别在中国农科院蔬菜花卉研究所，国家甜菜种质资源中期库以及市场获得叶用甜菜品种8个(表1)，从2017年到2019年，在哈尔滨市农业科学院试验田进行形态特征观察。在苗圃中，每个品种随机选择15株植物进行调查。主要针对叶片、株型及其他特性进行观测。

表1 试验用叶甜菜种质资源信息表Tab.1 Information table of leaf beet germplasm resources for testing

2.2 方法

利用层次分析法对8个叶用甜菜品种的观赏价值进行了评价。

2.2.1 主要观赏性状的调查

利用形态学特征是区分个体之间差异最直观的指标，也是植物育种选择亲本和设定育种目标的直接依据。表型特征的异同是研究物种间亲缘关系的第一步和探索物种遗传背景的重要数据[20]。不同植物叶片观赏特性主要有叶形、大小、数量、颜色、 香味、质地、斑纹、附属物等。

中国甜菜种质资源形态特征差异很大，生长习性有一年生 、二年生和多年生。叶片形状有盾形、心脏形、舌形、犁铧形、团扇形、柳叶形、戟叶形、披针形和箭形。叶片颜色有淡绿 、浓绿 、黄绿 、粉色 、红色和紫红色 。叶缘形有大波、中波、小波和全缘，叶表面形状有平滑、波浪 、微皱和多皱 。叶丛型有直立型 、斜立型和匍匐型[21]。

本研究选用生长健康的叶用甜菜种质为试材，主要调査性状有：株高、叶丛型、抗逆性、叶形、叶缘形、叶片数、皱度、叶色、叶梗长、叶梗宽、叶梗色等11性状。

2.2.2 综合评价的 AHP 层次分析模型

根据叶用甜菜各评价因子之间的相互关系，构建观赏性评价模型。叶用甜菜观赏性综合评价 AHP 层次分析评价模型总共分为四层：①目标层(A)，即是对叶甜菜品种观赏性评价体系；②约束层(B)，是制约叶甜菜观赏价值的 3个方面，包括整体性、叶片和叶柄；③指标层(C)，即具体的有代表性的 11 个外部形态性状指标。④最低层(D)，是待评价的叶用甜菜品种。具体见表2。

表2 叶用甜菜品种观赏性综合评价体系Tab.2 Comprehensive evaluation model of ornamental value for sect.Cicle (Beta vulgaris L.)

2.2.3 判断矩阵的构建以及一致性检验

本次研究综合10位专家对观叶植物各观赏性状之间重要性的意见，利用 1～9 标度法(表3)[22]表示各个指标之间的相对重要性标准，依据判断矩阵标度表的评分标准，对叶甜菜品种观赏性综合评价模型进行判断矩阵的构造，分别对模型中目标层、约束层和指标层各因素进行两两相对重要性的判断比较，并给予相应分值。从而构建目标层(A)相对于约束层 B1、B2、B3以及约束层Bi 相对于指标层 Ci 的判断距阵共四个矩阵，以此计算出每一层中各元素的权重值(W)。

表3 1-9标度方法表[22]

为保证判断矩阵的赋值基本合理，还需进行一致性检验。计算判断矩阵的最大特征根(λmax)及其对应特征向量(W)，通过最大特征根(λmax)对判断矩阵的一致性进行检验，特征向量(W)则视为下一层影响因素对上一层影响因素的影响权重。以 CI 作为度量指标，只要满足矩阵最大特征根λmax稍大于 n，其余的特征根趋近于零，即认为达到满意的一致性。

一致性检验指标CI=(λmax-n)/(n-1)，n为矩阵内因子总数；随机一致性指标CR=CI/RI,RI(表8)为平均随机一致性指标，当CR<0.1时，则认为该矩阵具有满意一致性。

表4 A-B判断矩阵及一致性检验

表5 B1-Ci判断矩阵及一致性检验

表6 B2-Ci判断矩阵及一致性检验

表7 B3-Ci判断矩阵及一致性检验

表8 判断矩阵的平均随机一致性指标

2.2.4 指标赋分标准

通过征询各个相关领域相关人员及甜菜体系专家意见的基础上，对指标层中的各性状指标打分，打分形式采用 4分制，各评价性状指标赋分标准见表9。

表9 叶用甜菜观赏性指标评价标准

3 结果与分析

3.1 叶用甜菜品种观赏性综合评价体系层次总排序

根据对AHP 层次分析模型中目标层(A)相对于约束层 B1、B2、B3的判断矩阵及约束层Bi 相对于指标层Ci 的判断矩阵的构建，由表4-7可知各单层之间的权重值，将各层指标的权重值进行加权处理后得到各指标对总目标叶用甜菜观赏性评价的总排序权重(见表10)。

表10 叶用甜菜品种观赏性综合评价体系各指标权重分配表

从表10中可以看出，在约束层中，权重值的排序依次为叶梗(B1)、叶片(B2)、整体感(B3), 花部形态是评价建兰观赏价值的核心要素(W=0.6508)，其次是叶片(W=0.183)和整体感(W=0.1662)。在目标层中，叶梗以叶梗色(C3)的权重值最大(W=0.4146)，其次为叶梗厚(C1)(W=0.1681)；叶片以叶色(C5 )的权重值最大(W=0.0881)；整体感以叶丛型叶丛型(C9)的权重值最大(W=0.1229)。由此可见，叶梗色、叶梗厚、叶色、叶丛型是评价叶甜菜品种观赏价值的重要因子，叶梗宽(C2)也起着重要的作用(W>0.05),而叶缘形(C6)对叶用甜菜观赏价值的影响较小(W<0.01)。

图1 叶用甜菜品种观赏性综合评价体系各指标权重排行图Fig.1 Ranking index weights of the comprehensive evaluation system of leaf beet varieties

由总排序权重结果显示：各个因子权重总排序为C3>C1>C9>C5>C2>C4>C10>C8>C11>C7>C6，叶梗颜色在叶用甜菜观赏性评价中具有最高权重，叶梗厚次之。 可见，人们对叶用甜菜叶梗的性状情有独钟。而对于叶色的要求并不高。这种结果的产生可能与红叶甜菜叶色较深而降低了人们对其的喜爱程度。此结果也充分显示出人们对新奇特观赏植物的兴趣日益浓厚。

3.2 叶甜菜品种综合评价分析

根据各性状指标的赋分标准，分别对各叶用甜菜品种的各个相应性状指标进行打分，将相应性状指标所得分值与其相应权重值相乘，得到相应性状指标的得分，再将各个性状性状分和权重分的乘积相加得到单个品种的综合评分。分析结果表明，观赏价值排在前三位的是Clnx系列的两个粉色系品种Clnx-fen2018，Clnx-blush2018以及荷兰必久。

图2 8个叶用甜菜品种观赏价值综合排行图Fig.2 Comprehensive ranking of ornamental value of eight leaf beet varieties

表11 8个甜菜品种观赏性性状指标调查和评分表

续表11

4 讨论与结论

叶用甜菜是甜菜中栽培容易、观赏价值高的一类甜菜。本研究通过运用层次分析法构建数学模型的方法，对叶用甜菜的的观赏性进行评价。虽然这一过程之中存在着一定的主观因素，但是本次研究通过大量的问卷调查和反复的对比分析，这在一定程度上降低了主观因素对其最终评价结果的影响，并且最终所评定的结果多数符合一般大众的审美。与此同时，由于层次分析法本身是一种拆分影响因素构建数学矩阵的计算思维方法，其具有较强的客观性，因此常被人们广泛的运用于各类复杂问题的判断与抉择，如：樱花品种的选择、电网规划方案的选择、自然保护区的评价等等。所以，在前人运用的基础之上结合本次评价对象的特点，层次分析法是可以对观赏蔬菜的观赏价值进行较为准确的评价。

本试验基于叶用甜菜表型形状的调查，再结合叶用甜菜观赏特性及专家意见的基础上，运用层次分析法，将叶用甜菜品种的观赏性状进行了量化赋值，确定了各个评价因子的权重，构建了一套较为全面科学的叶用甜菜观赏价值综合评价体系。其中叶梗色、叶梗厚、叶色、叶丛型是观赏叶用甜菜的重要评价因子。叶梗色为红、粉红、粉白的最好，叶梗厚度较厚的最好，叶丛型为直立型的最好，叶色为紫红色的最好。本实验通过对8个叶用甜菜品种进行观赏价值评价，挑选出‘Clnx-fen2018’、 ‘Clnx-blush2018’以及‘荷兰必久’三个观赏价值较高的叶用甜菜品种。本次试验为叶用甜菜品种观赏价值的评价提供了理论依据，有利于叶用甜菜优良品种的选育和推广应用。