鲜食玉米品种的TOPSIS 法综合评价及饲用价值探讨

耿智广， 张金霞， 高 钰， 李 峰， 李晓莉

（1.庆阳市农业科学研究院，甘肃西峰 745000；2.华池县蔬菜产业办公室，甘肃华池 745600）

我国鲜食玉米的种植区域主要分布在东北三省、京津冀、甘肃、江浙沪、四川、重庆、贵州、云南、广西和广东等地。 鲜食玉米经济价值及加工价值较高，《全国种植业结构调整规划（2016—2020年）》提出，促进玉米结构调整，适当发展鲜食玉米，到2020 年种植面积达100 万hm2（周文期等，2018；胡建广等，2004），目前，鲜食玉米种植面积已突破134 万hm2， 成为全球第一大鲜食玉米生产国和消费国（徐丽等，2022；宋俏姮等，2020）。

甘肃近几年随全膜双垄沟播栽培技术和复种等栽培模式成功推广， 鲜食玉米种植面积逐年扩大（贺峰，2008；史振声2006），逐渐成为鲜食玉米生产和消费大省， 因其土地条件非常适合玉米生长，玉米生产设备齐全、农民生产经验丰富，鲜食玉米产业发展很快（陈碧梅等，2015）。鲜食甜玉米籽粒含糖量比普通玉米高出10 倍以上，油分含量高于普通玉米，富含蛋白质和维生素，果穗不但可鲜食，也可做罐头和速冻食品，青苞收获后的茎叶为奶牛场的上好青贮饲料（王颢，2017）。 另一方面， 种植鲜食玉米利润空间巨大， 其利润率可达81%（韩学伟等，2020），因其风味独特，口感鲜嫩香甜，营养价值高，经济效益好，种植鲜食玉米收获鲜穗52500 ～60000 个/hm2， 经济效益可达到20000 ～25000 元/hm2（王亚静等，2022），而这仅是果穗收益。 由于鲜食玉米收获较早，采摘后茎叶持绿性好、营养丰富，可作为牲畜的优质饲料，有利于当地畜牧业的发展。但目前鲜食玉米的研究工作多集中在育种、栽培等方面，将鲜食玉米饲用价值提到和果穗价值同样重要层面的研究较少。本研究在确定鲜食玉米果穗生产价值不受影响的情况下，充分探讨其饲用价值的开发，为鲜食玉米的饲用价值最大化、提高单位面积土地产出率提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 2017 年引进鲜食玉米品种15 个作为供试材料，其名称及来源见表1。

表1 鲜食玉米供试材料

1.2 试验地点及土壤状况 试验于2017 年在庆阳市农业科学研究院和盛科研基地（甘肃宁县和盛镇） （35°25＇N，107°48＇）进行。该区海拔1173 m，年均温度9.1 ℃，年日照时数2449.2 h，≥10 ℃积温2725 ℃，年日照2380 h，无霜期160 ～180 d。 属西北半湿润偏旱区。年均降水量600 mm 左右，主要集中在7 ～9 月份。

试验地土壤为黑垆土，含有机质11.8 g/kg，全氮0.97 mg/kg，碱解氮93 mg/kg，速效磷15 mg/kg，速效钾22 mg/kg。播前深翻，施农家肥2800 kg/hm2、磷酸二铵300 kg/hm2、硫酸钾75 kg/hm2，随后旋耕覆膜，5 月1 日播种，播种深度3 ～5 cm。 苗期和大喇叭口期各人工除草一次。

1.3 试验设计 随机区组设计，三次重复，小区面积3 m×7 m=21 m2， 鲜食玉米种植株距32 cm，行距50 cm。

1.4 测定项目和方法

1.4.1 生育期 出苗期： 全区发芽出土高约3 cm左右的穴数达50%的日期。 抽雄期：从出苗期到全区50%的植株雄穗尖端露出顶叶的天数。 吐花丝期： 从出苗期到全区50%的雌穗抽出花丝的天数。采收期：散粉后的第23 天采收，前后不超过3 d。

1.4.2 特征特性 株高： 乳熟期连续取小区正常株10 株，测量从地表至雄穗顶端的高度，取平均值。穗位：乳熟期连续取小区正常株10 株，测量从地表至果穗柄着生节高度，取平均值。 穗长：小区内连续取10 个正常果穗，测定从穗基部到穗顶端的长度，取平均值。穗行数：小区内连续取10 个正常果穗，数果穗中部籽粒行数，取其最大值和最小值。行粒数：小区内连续取10 个正常果穗，数果穗上从穗基至穗顶一行的籽粒数，求平均值。 产量：每小区收获中间3 行，称果穗和秸秆鲜重，折算小区产量，并折算成公顷产量。

1.4.3 果穗品质评价 参照GB/T 5492 标准进行果穗品质评价。

1.4.4 果穗、 秸秆产量及品质的综合评价 采用Topsis 法进行综合评价，具体步骤如下（舒泽兵，2022；邵美红，2017）：

设有n 个处理，m 个性状，建立评价决策矩阵A：

（1） 由矩阵A 构造规范化的决策矩阵Z'，其元素为Z'ij，且有：

（2）构造规范化的加权决策矩阵Z，其元素为Zij：

（3）确定正理想解与负理想解：

（4）计算各处理与理想解的相近度：

与正理想解的相近度

与负理想解的相近度

与理想解的相对接近度

1.5 数据分析 试验数据采用Excel 进行整理，SPSS 19.0 软件进行统计分析，LSD 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同鲜食玉米品种的生产性能分析

2.1.1 生育期 15 个鲜食玉米生育期见表2，所有玉米品种播种期均在5 月3 日， 出苗期也基本一致， 在6 月底进入喇叭口期的品种有CT618、QC1、JNJ 三个品种，CT1、JYN 两个品种喇叭口期在出现在7 月1 日，其采收期也相对较早，出苗到采收总天数不到100 d。 生育期最长的是JXN，采收期到8 月29 日，采收期天数达到118 d。总的来说糯玉米育周期普遍较长。

2.1.2 田间表现 15 个品种中，田间综合评定较好的品种有 MT1、BM68、MN75、JXN、CT618、CT518、ZH5 7 个品种，试验中无倒伏，植株整齐度较好（表3）。这7 个品种中株高最高的是MT1，达到266 cm，其次是FRC，株高为255.5 cm ，QC1、FRJ 株高均在240 cm 以上。

表3 2017 年鲜食玉米各品种田间表现

2.1.3 产量性状 15 个引进品种中， 鲜穗产量最高的品种是BM68， 达14463.8 kg/hm2， 其次是FRC，产量达14307 kg/hm2，第三位是MT1，产量达13819.5 kg/hm2， 排前5 位的还有CT518 和JNJ 两个品种，各品种之间差异显著（P ＜0.05）（表4）。

2.1.4 秸秆产量 由表4 可知， 鲜食玉米收获后鲜秸秆产量最高的是FRC，达48412.5 kg/hm2，其次是CT518， 达46669.5 kg/hm2， 第三是MT1，达40672.5 kg/hm2，且各品种之间产量差异显著（P ＜0.05）。 所有品种在鲜穗收获后秸秆都表现出较好的持绿性。

2.2 不同鲜食玉米品种的综合评价 对15 个品种生育期、产量、品质等单向指标进行了方差分析，明确了各品种在这些指标上的差异。 在此，取收获时期、株高、穗长、品质综合评分、果穗产量、秸秆产量六个指标，整理成综合评价指标表格（表5）。品质总分中CT1、CT518、FRC 三个品种最高，均为83 分， 其次为MT1， 品质总分为82 分，BM68品质总分为81 分。 FRJ、CT618、CT1825、JNJ 等四个品种品质总分80 分。

表5 鲜食玉米各品种品质评价

2.3 K-means 聚类分析 对收获时期、 株高、穗长、品质综合评分、果穗产量、秸秆产量六个指标，用K-means 算法进行聚类分析，类别设定为三类，迭代次数为20， 期望找出综合指标能满足果穗产量、品质及秸秆产量较优的类。 分析结果见表6，15个品种共分为3 类，第1 类MT1、BM68、JNJ，第2类CT518、FRC，其他品种归为第3 类（表6）。

表6 K-means 聚类分析成员

将15 个成员聚成3 类， 其各指标方差可见（表7），采收期天数、株高、穗长F 测验没有显著性，品质总分、鲜穗产量、秸秆产量三个指标则表现出显著性， 说明选中的聚类最大化的差别主要来自后面三个指标。

表7 K-means 聚类方差分析

对第3 类的10 个成员进行了系统聚类 （图1）， 其中CT618、CT825、FRJ、ZH5 四个品种表现相近。

图1 类群3 品种的系统聚类分析树状图

2.4 TOPSIS 分析 TOPSIS 分析也取收获时期、株高、穗长、品质综合评分、果穗产量、秸秆产量六个指标（表8），在反映鲜食玉米果穗产量、品质的基础上充分考虑秸秆产量， 株高是秸秆产量的重要指标之一，因此也作为一个评价决策指标。由这6 项指标建立评价决策矩阵A。

鲜食玉米采收期天数以较小为好，生产中有利于提前上市，因此先用差值法（max-x）对其进行了正向化处理，再由矩阵A 算出规范化矩阵Z'。

权重向量以各项指标的重要性赋值，其WT={0.1 0.1 0.1 0.2 0.25 0.25}，得到规范后的加权矩阵Z 为：

由矩阵Z 确定最优方案和最劣方案：

表8值及排序排序结果3 BM680.0260160.0134280.340445 FRJ0.0297970.0072640.195997 MN750.0344200.0055150.1381011 JXN0.0325430.0064720.1658810 CT10.0354450.0050080.1238012 CT6180.0309200.0066040.175989 CT5180.0034560.0330980.905462 SB100.0354700.0032340.0835614 CT18250.0305650.007420.195348 ZH50.0288440.0080130.217416 FRC0.0002760.0363990.992481 JYN0.0335100.0032130.0874913 JNJ0.0160290.0207660.564374 QC10.0341180.0024530.0670715编码MT10.0136550.0232120.62962

从表9 可以看出， 把Ci排序得，CFRC＞CCT518＞CMT1＞CJNJ＞CBM68＞CZH5＞CFRJ＞CCT1825＞CCT618＞CJXN＞CMN75＞CCT1＞CJYN＞CSB＞CQC1。

表9 综合评价较高的6 个鲜食玉米品种秸杆营养及相对饲料价值 %

2.5 综合评价较高的6 个鲜食玉米品种秸杆营养及相对饲料价值 将聚类分析1、2 类包含的5 个品种，结合TOPSIS 综合评价排序结果，将排前6 的品种秸秆进行了营养含量及饲料价值测定， 其结果见表9，FRC 的粗蛋白质含量达12.886%，6 个品种的粗蛋白质含量均在10%以上。相对饲料价值CT518 和MT1 低于100 外，其他4 个品种均高于100，饲料价值较高。 饲草品质ZH5 最高，达151%。

3 讨论

3.1 鲜食玉米品种的生产性能分析 优质新品种筛选是品种推广应用的基础， 对促进品种更新及配套标准化栽培技术的研究具有重要意义（赵小敏等，2022）。 产量与性状之间存在着千丝万缕的联系（刘天龙等，2020；孙少利等，2020），既要关注产量等主要指标， 又要协调各农艺性状之间的关系（刘世敏等，2020）。 本文中研究比较了15 个鲜食玉米品种的生育期，作为选种的参考，重点对采收期长短进行了方差分析， 以便生产中选取最佳生育期的品种。 对鲜食玉米来说采收期天数短比较好，可早于其他品种上市，也可作为复种品种来提高土地的利用率， 因此收获时期是品种的竞争力的一个方面。生育期最长的是JXN，采收期到8 月29 日，生育期达到118 d，最短的是CT518，生育期达到83 d， 两个品种的收获期相差35 d。总的来说鲜食玉米中糯玉米生育周期普遍较长。田间综合评定较好的品种有MT1、BM68、MN75、JXN、CT618、CT518、ZH5 7 个品种， 试验中无倒伏，植株整齐度较好。

在引进品种的生产性能比较中， 鲜穗产量最高的品种是BM68， 达14463.8 kg/hm2， 其次是FRC，产量达14307 kg/hm2，第三位是MT1，产量达13819.5 kg/hm2。 鲜食玉米收获后鲜秸秆产量最高的是FRC，达48412.5 kg/hm2，其次是CT518，达46669.5 kg/hm2，第三是MT1，达40672.5 kg/hm2，且三个品种在鲜穗收获后秸秆都表现出较好的持绿性。 品质评价共有7 个指标， 总分中CT1、CT518、FRC 三个品种最高，均为83 分。 这些分析对单个品种在单项选择时可以提供帮助， 要么选择产量，要么选择品质，秸秆产量仅在选种时具有参考价值，无法用其进行决策。

3.2 鲜食玉米品种的综合评价 要保证鲜食玉米所选品种的高产、优质且具有一定的饲用价值，需对每一个品种进行综合评价， 本研究选取收获时期、株高、穗长、品质综合评分、果穗产量、秸秆产量六个指标， 用K-means 算法进行聚类分析，设定三类，迭代次数为20，期望找出综合指标能满足果穗产量、品质及秸秆产量较优的类。通过分析将15 个品种共分为3 类， 第1 类MT1、BM68、JNJ，第2 类CT518、FRC，其他品种归为第3 类。第1 类和第2 类的5 个品种结合前面分析， 发现都具有产量、品质及饲草价值等综合性能好的特点，1 类倾向于鲜穗生产，2 类倾向于饲草生产， 但仅能得出这一结论。 K-means 算法简单， 收敛速度快，但得到的结果是局部最优而不是全局最优解，聚类准则单一， 不能综合考虑每个类内样本的相似性（杨娜等，2014）。

为了进一步了解各品种果穗产量、 品质及饲草价值，采用TOPSIS 法对15 个品种进行综合分析（费永红等，2017；卢华兵等，2012），取收获时期、株高、穗长、品质综合评分、果穗产量、秸秆产量六个指标， 收获时期如前面讨论在一定程度上影响品种的市场竞争力。 穗长作为果穗产量的辅助指标，株高是秸秆产量的辅助指标，综合评价权重赋值时充分考虑产量，其次是品质，将收获期、株高、穗长权重确定为0.1，品质权重为0.2，鲜穗产量、秸秆产量权重为0.25。 综合分析后Ci排序的前6 位为，CFRC＞CCT518＞CMT1＞CJNJ＞CBM68＞CZH5， 这6个品种均表现较好的综合生产能力， 而K-means聚类中的第2 类2 个品种排在前2 位， 第1 类中的三个品种排在了3、4、5 位。 两种方法相互印证和补充。

3.3 鲜食玉米品种营养综合评价 将聚类分析和TOPSIS 综合评价排序结果排前6 的品种秸秆进行了营养含量及饲料价值测定，FRC 的粗蛋白质含量达12.886%，6 个品种的粗蛋白质含量均在10%以上。 相对饲料价值CT518 和MT1 低于100 外，其他4 个品种均高于100，饲料价值较高。饲草品质ZH5 最高，达151%。前人研究优质青贮玉米有粗蛋白质含量达12.80%的报道（郭江等，2022）， 大多数报道的粗蛋白质含量在4% ～8%（侯燕红等，2022；王晓春，2022）。我国青贮玉米分级指标包括CP、ADF、NDF 和淀粉含量，分级标准为： 一级青贮玉米NDF 含量≤45%，ADF 含量≤23%，淀粉含量≥25%，CP 含量≥7%；二级青贮玉米NDF 含量≤50%，ADF 含量≤26%， 淀粉含量≥20%，CP 含量≥7%； 三级青贮玉米NDF 含量≤55%，ADF 含量≤29%， 淀粉含量≥15%，CP含量≥7%（全国畜牧总站，2010）。可以看出，优质的青贮玉米应具有较高的CP 和淀粉含量， 较低的ADF 和NDF 含量。这是因为CP 是氮素营养的主要来源， 对于饲料和饲草的营养价值具有决定作用（侯湃等，2021；王运涛，2020）。6 个品种中除CT518 外其余品种NDF 含量均小于55%， 达到三级水平，但所有品种的ADF 均高于29%，达不到三级水平。 6 个品种的淀粉含量均较低，仅为一级水平的10%左右，可能因不带果穗所致。 所以鲜食玉米秸秆因其远高于普通青贮玉米的蛋白含量、 较低的NDF 含量及较高的相对饲料价值和饲草品质，具有极大的开发利用价值，但因其较低的淀粉含量， 不能完全等同于青贮玉米，作饲草使用时还需区别对待，具体如何利用还需做进一步研究。

4 结论

在引进品种的生产性能比较中， 鲜穗产量最高的品种是BM68， 达14463.8 kg/hm2， 其次是FRC，产量达14307 kg/hm2，第三位是MT1，产量达13819.5 kg/hm2。 鲜食玉米收获后鲜秸秆产量最高的是FRC，达48412.5 kg/hm2，其次是CT518，达46669.5 kg/hm2，第三是MT1，达40672.5 kg/hm2，且三个品种在鲜穗收获后秸杆都表现出较好的持绿性。品质评价共有7 个指标，总分中CT1、CT518、FRC 三个品种最高，均为83 分。

用K-means 算法进行聚类分析将15 个品种共分为3 类， 第1 类MT1、BM68、JNJ， 第2 类CT518、FRC，两类所含品种相对于其他品种，均表现出较好的综合生产能力（果穗产量、品质和饲草产量），第1 类倾向用于高品质鲜穗生产，第2 类倾向用于饲草生产。

用TOPSIS 法对15 个品种进行综合分析，Ci排序为CFRC＞CCT518＞CMT1＞CJNJ＞CBM68＞CZH5＞CFRJ＞CCT1825＞CCT618＞CJXN＞CMN75＞CCT1＞CJYN＞CSB＞CQC1。

综合评价前6 的品种中，FRC 的粗蛋白质含量达12.886%，6 个品种的粗蛋白质含量均在10%以上。 相对饲料价值CT518 和MT1 低于100外，其他4 个品种均高于100，饲料价值较高，饲草品质ZH5 最高，达151%。