基于 CRITIC-TOPSIS 综合评价法优化温室作物灌溉策略.pdf

2023 年 2 月 灌溉排水学报 第 42 卷 第 2 期 Feb 2023 Journal of Irrigation and Drainage No 2 Vol 42 52 文章编号 1672 3317 2023 02 0052 08 基于 CRITIC TOPSIS 综合评价法 优化 温室作物灌溉策略 王宏飞 李彦彬 柳腾飞 丁家乐 龚雪文 华北水利水电大学 水利学院 郑州 450046 摘 要 目的 探讨 基于蒸发皿水面蒸发量 Ep 的温室黄瓜和甜瓜最优灌溉策略 方法 以直径 20 cm 标准蒸 发皿的累计水面蒸发量为灌水依据 开展温室滴灌黄瓜和甜瓜灌溉试验 每种作物设置 4 种灌水量 0 5Ep 0 7Ep 0 9Ep 和 1 1Ep 系统研究了不同灌水量对果实形态指标 品质指标 产量和水分利用效率 WUE 等 指标的影响 并基于 CRITIC TOPSIS 综合评价方法确定了 2 种作物的灌溉策略 结果 果实形态 方面 温室黄瓜灌水量为 0 7Ep 和 0 9Ep 时 各项形态指标 显著优 于其他处理 且 0 7Ep 的单果质量和平均果径略 高于 0 9Ep 但单株果数和平均果长 相反 灌水量为 0 9Ep 时对 温室甜瓜各项形态指标比较 有利 果实品质方面 温室黄瓜可溶性固形物 TSS 维生 素 C Vc 可溶性糖 SSC 和可溶性蛋白质 SPC 均随着灌水量的增加而降低 而甜瓜的最大 Vc SSC 和 SPC 均为 0 7Ep处理 最大 TSS 出现在 0 5Ep处理 温室黄瓜最大产量为 96 1 t hm2 0 9Ep 但 WUE 和灌溉水利用效率 IWUE 较 最大值 0 5Ep 降低了 17 9 和 32 2 温室甜瓜灌水量为 0 9Ep 和 1 1Ep 时 产量无显著性差异 但 0 9Ep的 WUE 和 IWUE 较 1 1Ep显著高 9 2 和 16 3 结论 利用 CRITIC TOPSIS 综合评价法确定了 黄瓜和甜瓜 灌溉策略 黄瓜灌水量为 0 9Ep 甜瓜灌水量为 0 7Ep时 可实现果实形态 产量 品质和水分利用效率的最优化 关 键 词 CRITIC TOPSIS 综合评价法 果实形态 产量 品质 水分利用效率 中图分类号 S274 1 文献标志码 A doi 10 13522 ki ggps 2022600 OSID 王宏飞 李彦彬 柳腾飞 等 基于 CRITIC TOPSIS 综合评价法优化温室作物灌溉策略 J 灌溉排水学报 2023 42 2 52 59 WANG Hongfei LI Yanbin LIU Tengfei et al Optimizing Irrigation Scheduling for Greenhouse Crops Using the CRITIC TOPSIS Framework J Journal of Irrigation and Drainage 2023 42 2 52 59 0 引 言 研究意义 在严守耕地保护红线和水资源节约 利用背景下 设施农业在农业生产中的地位和作用日 益突出 发展设施农业 提高设施 蔬菜产量 品质和 水分生产力是高效利用耕地资源和水资源的有效途 径 1 灌溉是温室作物的唯一水源 也是影响作物生 长 产量和品质的重要因素 因此 优化温室作物灌 溉策略是促进设施农业可持续发展的首要任务 研究进展 针对温室作物最优灌溉制度下的灌 水量如何确定 国内外学者进行了大量工作 主要集 中在作物产量 品质 和水分利用效率对水分调控 的响 应 方面 如李毅杰等 2 通过研究不同土壤水分下限对 温室甜瓜产量和品质的影响 认为甜瓜适宜土壤水分 下限为 65 田间持水率 f 毋海梅等 3 研究了不同 收稿日期 2022 10 25 基金项目 国家自然科学基金项目 52179015 河南省重点研发与推广 专项 192102110090 作者简介 王宏飞 1992 男 硕士研究生 主要从事农业水资源高效 利用方面的研究 E mail 718729456 qq com 通 信 作者 李彦彬 1973 男 教授 博士生导师 主要从事农业水资 源高效利用方面的研究 E mail liyb101 龚雪文 1987 男 讲师 硕士生导师 主要从事作物水分生理与高效 利用方面的研究 E mail gxw068 水分亏缺对温室黄瓜产量和品质的影响 认为黄瓜适 宜灌水量分别为累计水面蒸发量的 0 8 倍 发育期 和 1 2 倍 生长中 后期 袁宁宁等 4 认为温室番茄 在开花坐果期之后采用 70 f 可实现产量和水分利 用效率的最大化 Yang 等 5 发现温室辣椒灌水量为 70 f 温室番茄灌水量为 89 5 和 77 0 蒸发蒸腾量 可获得最大产量和水分利用效率 郭勇等 6 综合考虑 温室芹菜的外叶生长期 立心期和心叶生长期以及产 量等指标 认为灌水量为 70 f 90 f最优 李银坤 等 7 综合考虑地上部生物量 产量和水分利用效率 认为温室生菜适宜灌溉量为 0 7 倍 累计 水面蒸发量 Hooshmand 等 8 综合考虑单果质量 收获指数等果实 形态指标以及番茄产量 认为分根区交替灌溉采用灌 水量为 85 0 蒸发蒸腾量可达到最佳效果 优化灌溉 制度不仅要关注产量或品质等单一目标 更 多地 要综 合考虑产量 品质 果实形态和水分利用效率等多目 标的优化 这就需要建立多目标评价模型 如朱艳等 9 利用主成分分析法将具有相关性的产量和品质指标 组合成一组新的互相无关联的综合指标 确定了温室 番茄基于产量和品质下的最优加气量 刘聪等 10 基于 主成分分析法对日光温室椰糠栽培番茄产量 水分利 用效率和品质等 11 个指标进行了分析 认为单株产 王宏飞 等 基于 CRITIC TOPSIS 综合评价法优化温室作物灌溉策略 53 量和果形指数的累积贡献率最大 以此确定了不同处 理主成分综合得分 此外 基于 TOPSIS 的组合评价 模型在温室灌溉策略中的评价也逐渐得到应用 如 Li 等 11 利用主成分分析法确定了温室番茄在不同水 肥条件下的主要品质指标 并结合 TOPSIS 法 获得了 温室滴灌番茄最优水肥组合 李红峥等 12 采用变异系 数法对不同沟灌方式和灌水量下的温室番茄品质 产 量 灌溉水利用效率赋权 结合 TOPSIS 法对各处理 的综合效益进行了评价 李波等 13 采用熵权法对不同 深埋秸秆量和滴灌量下的温室番茄品质 产量和 灌溉 水利用效率赋权 结合 TOPSIS 法确定了温室不同灌 水量下的最佳秸秆埋设深度 切入点 这些评价方 法 已在温室灌溉策略评价中得到了较好的效果 但通 过评价 单一或少量因子获得最优灌溉制度仍存在一 定缺陷 随着 人们对外观品质 的追求 果实形态 产 量 品质 水分利用效率等多目标的优化越显重要 这 就需要综合评价多个指标因子组合优化灌溉制度 CRITIC赋权法 可以 对不同指标间的差异性和关联性分 析 得到各项指标的信息量和权重 能够克服主观赋权 法和熵权法的缺陷 所得权重更加客观可靠 目前基于 CRITIC 赋权法和 TOPSIS 法组合的综合评价方法在 温室灌溉策略中的 评价 还鲜见报道 拟解决的关键问题 因此 本文 选择 温室黄 瓜和甜瓜为研究对象 参考水面蒸发累计蒸发量为 灌水依据 通过系统研究果实形态指标 产量指标 品质指标和水分利用 效率 等多 指标因子 采用 CRITIC TOPSIS 综合评价法获得温室滴灌黄瓜和甜 瓜最优灌溉策略 旨在为优化温室作物灌溉制度提供 一种新的评价方法 1 材料与方法 1 1 研究区概况 试验于 2021年 3 6月在华北水利水电大学农业 高效用水试验场的 塑料大棚 中进行 34 47 N 113 47 E 该地区属暖温带大陆性季风气候区 年平 均日照 时间 2 366 h 年平均气温 14 5 无霜期为 220 d 年均降水量 616 mm 试验所用温室占地面积 240 m2 在温室顶部和底部设置通风口 人工控制温 室内部环境变化 在温室顶部铺设 2 5 cm 厚保温棉被 保证作物生长初期的生长温度 温室内部 3 6 月的 环境变化如图 1 所示 温度 Ta 在 9 1 32 4 之间 变化 平均值为 22 7 相对湿度 RH 在 20 3 83 5 之间变化 平均值为 51 7 太阳辐射 Rs 在 11 0 187 3 W m2之间变化 平均值为 110 7 W m2 水汽压差 VPD 在 0 3 3 4 kPa 之间变化 平均值 为 1 7 kPa 试验区土壤为黏壤土 0 20 cm 土层有机 质量为 22 4 g kg 全氮量 全磷量和全钾量分别为 1 2 0 8 g kg 和 28 4 g kg 0 100 cm 土层 平均 体积质 量为 1 42 g cm3 田间持水率为 0 35 cm3 cm3 图 1 试验期间温室内部环境变化 Fig 1 Variations of meteorological factors in greenhouse during the experiment study 1 2 试验设计 试验研究对象分别为黄瓜 夏秋 1 号 和甜瓜 红蜜 17 选用 3 叶 1 心的幼苗进行移栽 黄瓜和 甜瓜的 移栽时间分别 为 3 月 25 日和 4 月 12 日 黄 瓜于 5 月 17 日开始采摘 于 6 月 22 日采摘结束 甜瓜于 6 月 18 日开始采摘 于 6 月 25 日采摘结束 黄瓜和甜瓜均 采用宽窄行种植模式 宽行为 70 cm 窄行为 40 cm 株距为 30 cm 每个试验处理的种植面 积为 21 45 m2 3 6 5 m 1 1 m 移栽前 以 85 kg hm2 尿素 46 N 130 kg hm2硫酸钾 50 K2O 和 95 kg hm2过磷酸钾 14 P 2O5 作为基肥 采用滴 灌方式灌水 在水源首部依次 安装 压差式施肥罐 叠 片式过滤器 压力表和控制闸阀 在每个小区管道上 安装精度为 0 001 m3的旋转式水表 沿每个小区作物 行带铺设滴灌带 选用耐特菲姆压力补偿式滴灌带 滴头间距为 30 cm 滴头额定流量为 1 1 L h 滴头工 作压力为 0 1 MPa 进入坐果期之后 每次 追施 量为 16 kg hm2尿素和 24 kg hm2硫酸钾 全生育期黄瓜和 甜瓜分别施肥 5 次和 3 次 黄瓜和甜瓜的灌水时间和灌水量参考 20 cm标准 蒸发皿的累计蒸发量 Ep 进行 蒸发皿放置在作物 冠层上方 20 cm 位置 随着作物高度调整 每日早上 7 00 采用雨量筒测量前 1 天 的水面蒸发量 测量完毕 后 清理蒸发皿内部 添加自来水至 20 mm 深度 当累计水面蒸发量达到 18 mm 以上且不超过 22 mm 时 进行灌水 设置蒸发皿系数 分别 为 0 5 0 7 0 9 和 1 1 黄瓜灌水处理分别为 T1 0 5Ep T2 0 7Ep T3 0 9Ep 和 T4 1 1Ep 甜瓜灌水处理分别为 K1 0 5Ep K2 0 7Ep K3 0 9Ep 和 K4 1 1Ep 全生育期黄瓜和甜瓜累计水面蒸发量分别为 209 5 mm 和 167 4 mm 灌水次数分别为 10 次和 8 次 为 0 20 40 60 80 100 0 8 相对湿度 空气温度 40 Ta RH 32 24 16 0 1 2 3 4 5 0 50 100 150 200 25 69 77 85 93 101109117125133141149157165173181 水汽压差 kPa 太阳辐射 W m 2 日序数 Rs VPD 5 灌溉排水学报 54 防止水分侧渗 各小区之间埋设 60 cm 深塑料薄膜 每个处理 3 次重复 为确保幼苗成活率 移栽后黄瓜 和甜瓜均灌水 25 mm 用于缓苗 试验小区采用相同 农艺管理 措施 1 3 观测项目与方法 1 3 1 气象指标 温室中部安装有自动气象站 可测量太阳辐射 空气温度和相对湿度 传感器安装在距地表以上 2 m 高位置 气象数据每隔 5 s 采集 1 次 15 min 计算 1 次平均值存储在 CR1000 数据采集器中 Campbell Scientifc Inc USA 试验期间 温室内部的环境变 化如图 1 所示 1 3 2 果实形态指标 黄瓜形态指标包括单果质量 单株果数 平均果 长和平均直径 甜瓜形态指标包括单果质量 果实横 径 果实纵径和果型指数 测量方法如下 在每个小 区中部选取 20 棵代表植株 采用精度为 5 g 的电子 秤 测量每棵植株的果实质量 单果质量为总质量除以 总个数 黄瓜单株果数为代表植株全部采摘次数的平 均值 采用直尺测量黄瓜果长 纵径和横径 取平均 值 甜瓜果型指数为果实横径 果实纵径 果型指数 越接近于 1 说明果型越好 1 3 3 品质指标 品质指标包括总可溶性固形物 Total Soluble Solids TSS 维生素 C Vitamin C Vc 可溶性糖 Soluble Sugar Content SSC 和可溶性蛋白质 Soluble Protein Content SPC 对于黄瓜试验 每 个处理选取 9 根形态和色泽相近果实进行测量 第 3 第 5 第 7 次采摘时进行品质测量 取平均值作为黄 瓜最终品质 对于甜瓜试验 只测量最后 1 次采摘的 果实品质 每个处理取 3 个形态和色泽相近的果实进 行测量 TSS 采用手持测糖仪测定 Vc采用 2 6 二氯 酚靛酚滴定法测定 SSC 采用蒽酮比色法进行测定 SPC 采用 紫外可见光分光光度计法 进行测定 1 3 4 土壤含水率和耗水量 采用取土烘干法测量 0 80 cm 范围内的土壤 含 水率 于每次灌水前用土钻 每隔 20 cm 为 1 层进行取 样 样品放在铝盒内立刻称湿 质量 样品全部取完后 放置于烘箱 105 烘干 取样点选择滴灌带 2 个滴头 中间位置 每个小区 3 次重复 此外 在播种前和全 部采摘后对每个小区含水率进行测量 采用水量平衡法计算每个小区的耗水量 计算式 为 ET Ir Pr U D W 1 式中 ET 为耗水量 mm Ir 为灌水量 mm Pr 为降雨量 mm U 和 D 分别为地下水补给量和深 层渗漏量 mm W 为播种前和播种后土壤储水量 的变化 mm 温室中没有降雨量 因此 Pr 0 试验 点地下水位在 5 0 m 以下 因此 U 0 试验最大灌溉 定额为 22 mm 不会发生深层渗漏 故 D 0 1 3 5 产量和水分利用效率 黄瓜和甜瓜产量测定方法与果实形态指标的测 定方法相同 在形态指标测量结束后进行产量测定 黄瓜采摘标准为瓜长在 35 40 cm 之间 在每个小区 中间位置选取 20 棵代表性植株进行 测产 采用精度为 5 g 电子秤测量每个小区的产量 每个小区 3 次 重复 黄瓜和甜瓜的水分利用效率和灌溉水利用效率 分别采用式 2 和式 3 进行计算 WUE Ya ET 100 2 IWUE Ya Ir 100 3 式中 WUE 为水分利用效率 kg m3 IWUE 为灌溉 水利用效率 kg m3 Ya为 果实产量 t hm 2 1 4 CRITIC TOPSIS 综合评价方法 CRITIC 权重法是一种基于数据波动性的客观赋 权法 采用 CRITIC 赋权法为温室黄瓜和甜瓜各项指 标赋权 同时考虑不同指标之间的差异性 增加各项 指标之间的关联性分析 最终计算得到较为客观的权 重 TOPSIS 法是一种常用的综合评价方法 能充分 利用原始数据信息 结合权重指标计算结果准确反映 各处理之间的差距 本文将 CRITIC 权重法与 TOPSIS 法组合 综合多项指标评价温室黄瓜和甜瓜的灌溉策 略 具体步骤如下 1 将 参与评价的处理集设为 A A A1 A2 An 参与各处理的评价指标设为 B B B1 B2 Bm 处理 Ai中的 Bj指标定义为 Xi j 将各 处理的指标进行 组合后形成对策矩阵 X Xi j n m 1 i n 1 i m 2 为消除量纲影响 将所得决策矩阵进行标准 化处理 得到标准化矩阵 M Mi j n m 对于正向指标 采用式 4 处理 对于 逆向指标采用式 5 处理 Mi j Xi j XminX max Xmin 4 Mi j Xmax Xi jX max Xmin 5 3 计算信息承载量 信息量 Cj 的计算为指 标变异性与冲突性指标的乘积 变异性 S j 使用标 准差衡量 标准差越大则权重越大 采用式 6 和 式 7 计算 冲突性 Rj 使用 各指标之间的相关 系数 ri j 衡量 相关性越强则冲突性较低 权重 越小 采用式 8 计算 指标的信息量越大 表明 该指标在评价体系中的作用越大 应分配更多的权重 采用式 9 计算 Xj 1n Xi jni 1 6 Sj Xi j Xj ni 1 n 1 7 王宏飞 等 基于 CRITIC TOPSIS 综合评价法优化温室作物灌溉策略 55 Rj 1 ri j ni 1 8 Cj Sj Rj 9 4 指标的 权重采用式 10 计算 通过计算各 指标的权重 得到权重向量 w w1 w2 w m T Wj Cj C jmj 1 10 5 TOPSIS 法 的计算步骤为 首先 将标准化矩 阵 M 与各指标权重相乘 得到加权的标准化决策矩阵 Z 其次 确定正理想解 D 和负理想解 D 并 确定各评价对象指标值与理想解之间的 截距 最后 计算各方案与最优方案的相对贴近度 Ni 计算式为 Ni Di Di Di 11 Di Zmax j Zi j 2mj 12 Di Zmin j Zi j 2mj 13 式中 Ni 为 i 处理的综合评价指标 0 Ni 1 Di 和 Di 分别为正理想解和负理想解的截距 Zmax j 和 Zmin j 分别为正理想解和负理想解的向量 Zi j 是标准 化指标 Ni的值越接近 1 表明评价对象的结果越优 1 5 数据处理 本文 所有数据均采用 Microsoft Excel 2016 处理 并作图 利用 SPSS Statistics 20 0 软件进行方差分析 和显著性检验 多重比较采用 Duncan D 法 进行分析 2 结果与分析 2 1 不同灌水量对温室黄瓜和甜瓜果实形态的影响 图 2 是 不同灌水量下温室黄瓜和甜瓜的果实形 态指标 对于温室黄瓜 T2 处理的各项果实形态表 现较好 且平均单果质量最大 为 0 24 kg T1 处理 的平均单果质量最小 为 0 20 kg T1 处理显著低于 T2 处理 和 T3 处理 P 0 05 图 2 a T1 处理的 单株果数显著低于其他处理 分别较 T2 T3 处理 和 T4 处理 低 5 8 6 1 和 4 8 图 2 b T3 处理 的平均果长最大 38 5 cm 仅显著高于 T1 处理 6 0 图 2 c T1 处理 和 T2 处理的平均果径显著高于 T3 处理 和 T4 处理 但 T1 处理和 T2 处理之间无显著 性差异 图 2 d 对于温室甜瓜 K3 处理的各项形态指标 表现 较 好 K3 处理单果质量最高 1 16 kg 显著高于 K4 K2 处理 和 K1 处理 6 0 11 2 和 21 7 且不同 灌水处理之间的单果质量 差异显著 P K3 处理 K1 处理 K4 处理 且不同处理间差异显著 图 3 g K2 处理和 K3 处理的 SPC 显著高于 K1 处理和 K4 处理 其中 K2 处理比 K1 处理高 28 5 图 3 h a 黄瓜可溶性固形物 b 黄瓜维生素 C c 黄瓜可溶性糖 d 黄瓜可溶性蛋白质 e 甜瓜可溶性固形物 f 甜瓜维生素 C g 甜瓜可溶性糖 h 甜瓜可溶性蛋白质 图 3 不同灌水量下温室黄瓜和甜瓜的品质指标 Fig 3 Quality indexes of cucumber and melon under different irrigation amounts 2 3 不同灌水量对温室黄瓜和甜瓜 产量和水分利用 效率的影响 表 1 是温室黄瓜和甜瓜在不同灌水量下的产量 耗水量 ET 水分利用效率 WUE 和灌溉水利用 效率 IWUE 温室黄瓜的产量随着灌水量的增加呈 先增大后减小的趋势 最大产量为 T3 处理 为 96 1 t hm2 T2 处理 的产量仅次于 T3 处理 二者 无显著性 差异 对照 T3 处理 T1 处理和 T4 处理的产量分别 降低 10 3 和 3 7 随着灌水量的增加 ET 逐渐增 加 但 WUE 和 IWUE 显著 下降 T1 T2 处理 和 T3 处理的 WUE和 IWUE与 T4处理的比值分别为 1 83 1 52 和 1 24 对于温室甜瓜 K3 处理和 K4 处理的产量 相同且 最高 分别较 K1处理和 K2处理显著高 25 5 和 12 8 温室甜瓜的 ET同样是随着灌水量的增加而 增加 WUE 和 IWUE 下降 K1 处理和 K2 处理 的 WUE 和 IWUE 无显著性差异 温室甜瓜最高 WUE 和 IWUE 分别 为 18 5 kg m3和 28 6 kg m3 K3 处理 和 K4 处理的 WUE 和 IWUE 分别较最大值低 6 0 和 16 9 14 5 和 30 4 表 1 不同灌水量 下温室 黄瓜和甜瓜 产量 灌水量 耗水量 水分利用效率和灌溉水利用效率 Table 1 Yield irrigation amount water consumption water use efficiency and irrigation water use efficiency of cucumber and melon under different irrigation amounts 作物 处理 产量 t hm 2 灌水量 mm ET mm WUE kg m 3 IWUE kg m 3 黄瓜 T1 86 1 3 0 c 129 8 182 2 0 8 d 47 3 1 6 a 66 4 2 3 a T2 94 3 1 6 ab 171 7 213 4 1 2 c 44 2 0 7 b 54 9 0 9 b T3 96 1 1 9a 213 6 247 8 4 2 b 38 8 1 0 c 45 0 0 9 c T4 92 5 1 9 b 255 5 279 3 4 7 a 33 1 0 5 d 36 2 0 8 d 甜瓜 K1 31 1 0 5 c 108 7 168 8 2 0 d 18 4 0 1 a 28 6 0 4 a K2 36 4 0 5 b 136 8 196 8 1 7 c 18 5 0 4 a 26 6 0 3 a K3 41 7 1 3 a 175 7 240 0 1 2 b 17 4 0 5 b 23 8 0 8 b K4 41 7 1 2 a 209 1 263 4 2 0 a 15 8 0 3 c 19 9 0 6 c 2 4 基于 CRITIC TOPSIS 法 综合评价温室黄瓜和甜 瓜 灌溉策略 黄瓜的评价指标包括单果质量 X1 单株果数 X2 平均果长 X 3 平均果径 X4 TSS X5 Vc X6 SSC X7 SPC X8 产量 X9 WUE X10 和 ET X11 共 11 个指标作为评价因子 甜 a a a b 3 2 3 4 3 6 3 8 4 0 T1 T2 T3 T4 TS S a b b c 40 45 50 55 60 65 T1 T2 T3 T4 V c mg kg 1 a ab ab b 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 T1 T2 T3 T4 SSC a b b c 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 T1 T2 T3 T4 SP C mg g 1 a b b c 10 12 14 16 K1 K2 K3 K4 TS S a a b c 40 45 50 55 60 65 K1 K2 K3 K4 V c mg kg 1 c a b d 6 8 10 12 K1 K2 K3 K4 SSC b a a b 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 K1 K2 K3 K4 SP C mg g 1 王宏飞 等 基于 CRITIC TOPSIS 综合评价法优化温室作物灌溉策略 57 瓜的评价指标包括果实横径 Y1 果实纵径 Y2 单果质量 Y3 TSS Y4 Vc Y5 SSC Y6 SPC Y7 产量 Y8 WUE Y9 和 ET Y10 共 10 个指标作为评价因子 将 ET 因子作为逆向指标 其 余因子均为正向指标 计算得到各因子的信息量和权 重 如 表 2 所示 黄瓜平均果长指标的权重最高 为 14 66 其次为单株果数 产量指标排在第 3 位 ET 指标的权重最低 仅为 3 34 甜瓜产量指标的权重 最高 为 16 96 其次为单果质量 同样是 ET 指标 的权重最低 仅为 5 53 表 2 各评价指标的信息量和权重 Table 2 The information and weight of each evaluation index 黄瓜 指标 信息量 C 权重 W 甜瓜 指标 信息量 C 权重 W 单果质量 X1 8 489 9 96 果实横径 Y1 4 731 7 51 单株果数 X2 11 422 13 40 果实纵径 Y2 4 990 7 92 平均果长 X3 12 498 14 66 单果质量 Y3 9 287 14 74 平均果径 X4 5 903 6 92 TSS Y4 7 303 11 59 TSS X5 5 875 6 89 Vc Y5 6 625 10 52 Vc X6 6 969 8 17 SSC Y6 4 741 7 53 SSC X7 6 389 7 49 SPC Y7 5 350 8 49 SPC X8 7 647 8 97 产量 Y8 10 683 16 96 产量 X9 11 002 12 90 WUE Y9 5 802 9 21 WUE X10 6 213 7 29 ET Y10 3 486 5 53 ET X11 2 852 3 34 将各指标的权重代入 TOPSIS 中 可以得到不同 处理的排名情况 表 3 为 CRITIC TOPSIS 综合评价 结果和排序 温室黄瓜各处理的贴近度 Ni 从优到劣 依次为 T3 处理 T2 处理 T1 处理 T4 处理 温室甜 瓜依次为 T2处理 T3 处理 T1处理 T4处理 可见 温室黄瓜采用 0 9Ep 的灌水量 温室甜瓜采用 0 7Ep 的灌水量可实现果实形态 品质 产量和水分利用效 率的最优化 表 3 CRITIC TOPSIS 评价结果和排序 Table 3 Evaluation results and ranking by using CRITIC TOPSIS 作物 处理 正理想解 距离 D 负理想解 距离 D 相对 接近度 C 排序结果 黄瓜 T1 1 605 1 232 0 434 3 T2 0 828 1 745 0 678 2 T3 0 766 1 628 0 680 1 T4 1 742 1 087 0 384 4 甜瓜 K1 1 615 1 561 0 491 3 K2 0 802 1 694 0 679 1 K3 0 949 1 711 0 643 2 K4 1 729 1 06 0 380 4 3 讨 论 追求节水增产优质高效的灌溉策略始终是设施 农业发展的目标 本试验以温室滴灌黄瓜和甜瓜为研 究对象 以 20 cm 标准蒸发皿的水面蒸发量为灌水依 据 深入系统地探讨了不同灌水量对果实形态 品质 指标 产量和水分利用效率等指标的影响 研究发现 适宜灌水量有利于果实的外观品质 温室黄瓜灌水量 为 0 7Ep时单果质量 单株果数 平均果长和平均果 径较佳 虽然黄瓜需水量较大 但过多的土壤水分会 导致根系缺氧 抑制黄瓜生殖生长过程 从而降低果 实的单果质量和平均果径 14 本研究试验地为黏壤土 透水性较差可能是导致根部缺氧的主要原因 研究结 果与毋海梅等 3 较为 相似 但 Ertek 等 15 认为大田环 境下蒸发皿系数选用 1 0 Zhang 等 16 认为地下滴灌 条件下蒸发皿系数选用 0 8 时黄瓜的果实形态指标最 好 这种差异主要是环境条件和灌水方式的不同 造成 的 对于温室甜瓜 灌水量为 0 9Ep时单果质量 果 实横径 纵径和果形指数较好 这可能是甜瓜在果实 膨大期对水分需求较大引起的 但研究发现水分过多 同样会导致甜瓜根系缺氧 不利于果实生长 17 郜森 等 18 认为对于秋季甜瓜土壤水分下限和上限为 65 f 100 f 时果实横径和纵径最大 这与本研究 略有不同 原因可能是生长季节不同导致的 差异 研究发现 通过减少灌水量使作物遭受干旱逆境 之后可有效提高果实品质 这是因为水分亏缺影响了 汁液从韧皮部向果实的运输 减少了从木质部向果实 的水分流量 降低了果实中水分量有利于品质提升 19 本研究发现温室黄瓜 TSS Vc SSC 和 SPC 同样是随 着灌水量的增加而降低 这与多数研究相似 3 16 20 对于温室甜瓜 除 TSS 之外 Vc SSC 和 SPC 的最大 值均出现在 0 7Ep处理 这可能是由于灌水量为 0 5Ep 造成土壤水分胁迫过重 植株合成碳水化合物等营养 物质的功能收到抑制 从而导致甜瓜果实品质下降 2 该结果与温室葡萄 21 番茄 22 和西瓜 23 等作物的研 究结果相似 追求作物产量最大化的同时往往无法获 得较高的 WUE 和 IWUE 本研究发现温室黄瓜 最大 产量为灌水量 0 9Ep 但灌水量为 0 5Ep 时 WUE 和 IWUE 最大 且 2 个处理差异显著 该研究结果与温 室芹菜 6 甜瓜 17 和番茄 8 11 22 等作物相似 然而 Zhang 等 16 认为温室秋季黄瓜蒸发皿系数为 0 8 时可 获得最大 WUE 和 IWUE 这可能是由于生长季节不 同造成的差异 温室甜瓜灌水量为 0 9Ep和 1 1Ep时产 量最大 且无显著性差异 而灌水量为 0 5Ep和 0 7Ep 时 WUE 和 IWUE 最大 无显著性差异 说明灌水量 为 0 7Ep 土壤含水率为 65 f 75 f 是平衡产量 与水分利用的阈值 该结论与郜森等 18 研究结果较为 相似 然而 李毅杰等 2 认为甜瓜在营养生长阶段的 亏水程度阈值在 55 f左右 低于该阈值产量 WUE 和 IWUE 均产生影响 这可能是由于不同地域和气候 条件差异造成的 本研究选择 黄瓜 11个 指标和甜瓜 10个指标评价 不同灌溉策略的优劣 在使用多指标综合评价时 关 键要准确客观的确定各项指标的权重 本研究采用 CRITIC 赋权法为温室黄瓜和甜瓜各项指标赋权 对 灌溉排水学报 58 不同指标间的差异性和关联性分析 得到各项指标的 信息量和权重 克服了主观赋权法和熵权法的缺陷 所得权重更加客观可靠 通过计算 发现黄瓜 的平均果 长和甜瓜的产量指标权重最高 而 ET 指标权重最低 TOPSIS 是一种多目标决策方法 能够正确 有效地 评价规划方案的优劣 因此在灌溉施肥计划 水利 工程等领域得到广泛应用 具有真实 直观 可靠的 优点 目前基于 TOPSIS 方法评价温室灌溉制度的研 究主要集中在单一模型方面 如 Li 等 11 以温室番茄 产量 作物水分生产力 氮素利用效率和果实品质为 评价指标 根据各因素的重要性设置权重 结合 TOPSIS提出高产优质番茄的最优施肥策略 Liu等 24 利用 TOPSIS 方法 通过平衡产量 果实品质和 WUE 之间的关系 优化了温室番茄的灌溉频率和灌溉量 Luo 等 25 基于 TOPSIS 方法评价了 3 种滴灌方式与 5 种氮肥组合下的番茄产量 品质和 WUE 本研究采 用 CRITIC 和 TOPSIS 组合评价法对温室滴灌黄瓜和 甜瓜进行了综合评价后发现 温室黄瓜采用 0 9Ep的 灌水量 而温室甜瓜采用 0 7Ep的灌水量可实现果实 形态 品质 产量和水分利用效率的最优化 4 结 论 1 温室滴灌黄瓜的单果质量 单株果数和平均果 长随着灌水量的减少而显著降低 但平均果径却相反 采用较低 0 5Ep 或较高 1 1Ep 的灌水量均会降 低温室甜瓜的形态指标 灌水量为 0 9Ep时甜瓜 的各 项 形态指标最优 2 温室黄瓜和甜瓜的 TSS 均随着灌水量的增加 而下降 黄瓜灌水量为 0 7Ep和 0 9Ep时各项品质指标 无显著性差异 但 0 5Ep灌水量却大幅提高了黄瓜品 质 甜瓜的最大 Vc 可溶性糖和可溶性蛋白质均出现 在 灌水量为 0 7Ep处理 3 温室黄瓜的灌水量为 0 9Ep时可获得最大产量 96 1 t hm2 但 WUE 和 IWUE 却比最大值低 17 9 和 32 2 灌水量为 0 9Ep和 1 1Ep时温室甜瓜产量无 显著性差异 但 0 9Ep的 WUE和 IWUE却 显著 较 1 1Ep 高 9 2 和 16 3 黄瓜和甜瓜权重最高的指标分别是 平均果长和产量 分别为 14 66 和 16 96 本试验 条件下利用 CRITIC TOPSIS 综合评价法得出温室黄 瓜 和甜瓜的最优灌水量分别为 0 9Ep和 0 7Ep 参考文献 1 刘霓红 蒋先平 程俊峰 等 国外有机设施园艺现状及对中国设施 农业可持续发展的启示 J 农业工程学报 2018 34 15 1 9 LIU Nihong JIANG Xianping CHENG Junfeng et al Current situation of foreign organic greenhouse horticulture and its inspiration for sustainable development of Chinese protected agriculture J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2018 34 15 1 9 2 李毅杰 原保忠 别之龙 等 不同土壤水分下限对大棚滴灌甜瓜产 量和品质的影响 J 农业工程学报 2012 28 6 132 138 LI Yijie YUAN Baozhong BIE Zhilong et al Effects of drip irrigation threshold on yield and quality of muskmelon in plastic greenhouse J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2012 28 6 132 138 3 毋海梅 闫浩芳 张川 等 温室滴灌黄瓜产量和水分利用效率对水 分胁迫的响应 J 农业工程学报 2020 36 9 84 93 WU Haimei YAN Haofang ZHANG Chuan et al Responses of yield and water use efficiency of drip irrigated cucumber in greenhouse to water stress J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2020 36 9 84 93 4 袁宁宁 白清俊 张明智 等 温室番茄在宽垄覆膜沟灌下水分调亏 下限指标研究 J 灌溉排水学报 2020 39 1 17 23 YUAN Ningning BAI Qingjun ZHANG Mingzhi et al Optimizing the soil moisture threshold for scheduling deficit furrow irrigation of greenhouse tomato grown in r