冯凯　雷宏军

摘要：选取灌溉水费、电费、人工费、试验周期、单果重、果实糖度、果实维生素C含量以及根系状况为评价指标，利用主观赋权法与熵权信息法相结合的综合评价方法对不同土壤条件下循环曝气滴灌盆栽草莓综合效益进行评价，并按照评价系数的大小对各处理排序。结果表明，较对照处理，郑州黄黏土（YC）、洛阳粉质黏壤土（SCL）和驻马店重壤土（HL）中循环曝气滴灌处理均可以改善盆栽草莓的种植效果，提高草莓种植的综合效益，而由于土壤质地不同的影响以及循环曝气处理需要增加水电费、人工费等资金的投入，南阳黏壤土（CL）中曝气处理的综合效益稍低于对照处理；循环曝气滴灌处理条件下，YC中草莓种植的综合效益最高，其次为CL和HL，最低的是SCL。

关键词：循环曝气滴灌；熵权信息法；综合效益；评价

中图分类号：S668.4 文献标识码：B 文章编号：0439-8114（2017）10-1839-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.10.010

Evaluation of Comprehensive Benefit on Potted Strawberry under

Cycle Aerated Drip Irrigation

FENG Kai， LEI Hong-jun

（School of Water Conservancy， North China University of Water Conservancy and Electric Power， Zhengzhou 450045， China）

Abstract： The research select the cost of irrigation water， electricity bills， labor cost， test cycles， single fruit weight， fruit total sugar， vitamin C content and root condition as evaluation index， making use of the comprehensive evaluation method that combined the subjective weighting method and the entropy information method to evaluate the comprehensive benefit of aerated drip irrigation on potted strawberry under different soil condition. The results showed that compared with control treatments， aerated drip irrigation could significantly improve the growth and comprehensive benefit of strawberry in the Zhengzhou yellow clay（YC）， Luoyang silty clay loam（SCL） and Zhumadian heavy loam（HL） treatment， but the comprehensive benefit in the Nanyang sticky loam（CL） treatment decreased due to the difference of soil condition and the investment of electricity， labor cost increased. In the aerated groups， the comprehensive benefit in the YC treatment was the best， followed by the CL and HL treatment， the SCL treatment was the lowest.

Key words： cycle aerated irrigation； entropy information method； comprehensive benefit； evaluation

作物生長状况以及果实产量品质既受作物本身遗传特性的影响同时也受到外界环境的影响，主要的外界环境因素包括土壤水分、养分、温度、气体、盐分等，这些因素共同作用影响着作物的生长发育[1]。土壤水分、养分的缺失会抑制作物生长，土壤气体对作物有着同等重要的作用，土壤氧气含量过低会降低作物的蒸腾速率以及根系活力，进而抑制对水分和养分的吸收，最终会影响作物的生长发育和果实产量品质[2，3]。传统的地下滴灌在灌溉的同时会驱赶土壤孔隙中的气体，导致土壤氧气含量的降低，造成根系短时缺氧，缺氧环境造成根细胞受损，活力降低，甚至是死亡[4]。而曝气滴灌可以改善上述状况，利用文丘里吸气原理使灌溉水中掺杂大量微小气泡，灌水后气泡破裂增加土壤氧气含量，改善作物根际的缺氧环境，增强根系的生理活动，促进作物生长[5，6]。陈新明等[7]研究表明，与对照相比，加氧灌溉使得土壤呼吸增加了100%，果实鲜重、生物量鲜重、干物质重和收获指数明显增大，加氧灌溉使得作物的水分生产率增加了17.2%。Pendergast等[8]在澳大利亚的大田棉花试验中得出，空气射流器加氧灌溉方式改善了根系缺氧环境，使根系发育更强大，增强作物生理机能，促进光合作用，最终作物产量和水分利用效率较对照处理分别增加了10%和7%。

目前，诸多学者针对加氧灌溉对作物的生长及产量的影响已经进行了大量研究[9，10]，但是大多数研究都是针对作物生长及收割之后所测定指标数据进行分析讨论总结出结果，而利用评价方法通过定量计算进行分析讨论的还尚不多见。在多指标综合评价中，常见的评价方法包括熵权信息法、层次分析法、灰色关联分析法等[11-13]。为了更加准确全面的掌握循环曝气滴灌对盆栽草莓生长的改善效果，结合试验实际情况，将熵权信息法和主观赋权法相结合应用于循环曝气条件下不同土壤中盆栽草莓的综合效益评价，不仅为推广应用这种新型的节水灌溉技术提供理论基础，还可以给相关的综合评价研究提供一定的借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

循环曝气滴灌试验于2016年4～6月在华北水利水电大学农业高效用水实验场进行，该地属北温带大陆性季风气候，年平均气温14.4 ℃，年均相对湿度29%。试验用的玻璃温室建筑总面积537.6 m2，跨度9.6 m，开间4 m，玻璃温室内南面北面分别装有风机和湿帘来调节温室内温度湿度。

1.2 材料

草莓品种为红袖添香，属于早熟品种，植株生长旺盛，株态直立，抗白粉病、灰霉病能力强。果实长圆锥形，深红色，有光泽，口味酸甜适中，耐储运。

选用的土壤分别为郑州黄黏土（YC）、南阳黏壤土（CL）、洛阳粉质黏壤土（SCL）和驻马店重壤土（HL），其基本理化参数见表1。

1.3 试验设计

4种土壤，每种土壤分曝气和对照两种处理，每个处理6个重复，共48盆。盆栽布置为8行6列，相邻的2行采用同种土壤，其中一行进行循环曝气滴灌处理（Air），另一行进行普通滴灌作为对照（CK）。所有的盆栽草莓采用半埋式，试验用盆型号如下。大桶上口直径38 cm，高35 cm，装土33.3 kg；小桶上口直径30 cm，高25 cm，装土16.5 kg。试验用土风干过筛，然后加入适当底肥搅拌均匀，2016年4月15日下午选取长势一致的草莓植株定植，每盆1株，定植后每个处理灌相同的保苗水。

所有处理均采用地下滴灌的灌水方式，滴头埋深10 cm，滴头平均流量为2 L/h，水源处的供水压力通过自动压力控制器和空压机控制在0.1 MPa。每次灌溉先进行对照处理，直接使用自来水灌溉；曝气处理使用曝气装置循环曝气20 min之后形成稳定的水气耦合物再进行灌溉。所有盆栽草莓定植之前采用烘干法测定其初始含水率，根据经验来控制灌水[14]，當土壤含水率下降到55%田间持水量时开始灌水，每次灌水后土壤含水率要达到田间持水量的85%，据此控制每次灌水时长，灌水周期根据每天称重结果计算的土壤含水率确定。

所有盆栽草莓剪枝、喷药等其他日常管理措施均相同，7月初该试验全部结束。

1.4 项目观测及方法

本研究中包含盆栽草莓种植的投入部分和产出部分，投入部分包括灌溉水费、电费和人工费；产出部分包括试验周期、单果重、果实糖度、果实维生素C含量以及根系状况。不同土壤盆栽草莓曝气处理及对照的灌溉水总量和试验周期见表2。

1.4.1 水费Fw 水费（Fw，元）可以表示为灌溉水总量（Q，L）的函数[14]，经查郑州综合水价为2.4元/m3，则水费的计算可表示如下：

1.4.2 电费Fp 电费（Fp，元）分为两种情况，循环曝气处理包括空气压缩机和循环水泵运转所耗电费，对照处理只有空气压缩机所耗电费，可以表示为试验周期内机器使用次数（N=8次）、电价[0.56元/（kW·h）]和压缩机及循环水泵每次做功（W，kW·h）的函数：

试验所用空气压缩机的额定功率P1=1 500 w，循环水泵的额定功率P2=400 w，所有处理每次灌水压缩机做功持续时间10 min，循环曝气处理时水泵工作时间80 min。因此，

循环曝气处理时，W=0.78 kW·h，对照处理时，W=0.25 kW·h。

1.4.3 人工费Fi 人工费（Fi，元）为试验周期（D，d）的函数，计劳动力价格为50元/d，则人工费的计算可以表示为：

1.4.4 作物果实指标 单果重采用精度为0.01 g的天平称量；果实糖度使用日本ATAGO（爱拓）公司的PAL-1糖度计测定；维生素C含量测定采用2，6-二氯靛酚滴定法[15]；根系的发育状况可以反映不同灌溉方式对作物生长的改善效果，灌溉方式对作物生长越有利，作物根系越发达，地上部分越旺盛，利用测定的根长、根体积、根系活力等指标来综合评定根系状况。

1.5 综合评价方法的基本原理

多指标综合评价中，指标权重的确定分为主观赋权法和客观赋权法两大类。主观赋权法是根据专家或个人的知识和经验进行主观判断确定指标权重系数，该方法忽略了指标之间的相互影响，缺乏科学理论基础[16]；客观赋权法是根据指标的统计性质和各指标之间的相关关系来客观确定指标的权重，该方法具有很强的科学依据，但是主观灵活性较差[17]。权重确定的是否合理，直接影响着评价结果的科学合理性，若某一指标的权重发生变化，整个评价结果将会受到影响。因此，权重的赋值必须做到科学和客观，这就要求探寻较为合适的权重确定方法。上述方法各有优缺点，为了保证本研究的评价结果更加科学合理，结合试验实际情况，合理选择权重确定方法。

熵权信息法是以熵权理论为基础的综合评价方法，利用各个指标值的变异程度，根据信息熵计算出各个指标的权重，为多指标综合评价奠定基础[18]。在信息理论系统中，系统的有序程度可以用信息来衡量，而系统的无序程度则用熵来衡量，这两个变量符号相反，但是绝对值保持相等。某评价指标的信息熵值较小，就表明其指标值的变异程度较大，在整个综合评价体系中发挥较大作用，则该指标所占权重也应该较大；相反，某评价指标的信息熵值较大，表明其指标值的变异程度较小，在评价体系中发挥的作用较小，则该指标所占权重就较小。所以，本研究将熵权信息法与主观赋权法相结合，既考虑了评价者的主观感受，又兼顾了各指标之间的相互关系，是一种较客观、全面的评价方法[19]。

假设某系统有m个待评对象，n个评价指标，则可以得到评价指标组成的数据矩阵：R=（rij）m×n，对于某个指标rj，其信息熵为：

矩阵R中每列的最优值记为rj*，然后再对矩阵R中的所有元素做标准化处理，最后得到标准化后的数据元素dij为：

dij=rijrj*……（指标j的值越大越好）rj*rij ……（指标j的值越小越好） （8）

结合（7）、（8）式可以计算出各评价对象的综合评价系数（熵权评价值）为：

最终根据计算所得的综合评价系数从大到小排序，就可以评判各个评价对象的好坏程度。

2 结果与分析

以不同土壤中循环曝气滴灌及对照等8个处理为评价对象，选取灌溉水费、电费、人工费、试验周期、单果重、果实糖度、果实维生素C含量以根系状况等作为指标进行评价，基本数据资料见表3。

依据上述评价原理和步骤，计算各评价指标的熵权信息值及各评价对象的综合评价系数，结果见表4、表5。

由计算出来的综合评价系数可得，不同土壤中循环曝气滴灌和对照处理盆栽草莓的综合效益排序为：T1>T4>T2>T7>T8>T3>T5>T6。较对照处理，郑州黄黏土（YC）、洛阳粉质黏壤土（SCL）和驻马店重壤土（HL）中循环曝气滴灌处理均可以改善盆栽草莓的种植效果，提高了草莓种植的综合效益，而南阳黏壤土（CL）中曝气处理的综合效益稍低于对照处理，这与仅利用草莓生长生理指标、果实产量品质以及根系指标等方面测得数据定性分析的结果一致。4种土壤中，单一从循环曝气滴灌处理来看，郑州黄黏土中草莓种植的综合效益最高，其次为驻马店重壤土、南阳黏壤土，最低的是洛阳粉质黏壤土。在不同的土壤条件下，循环曝气滴灌对草莓生长的改善效果有差异，主要原因是土壤质地不同，土壤孔隙度大小受到土壤容重的影响，土壤容重小，土壤孔隙度大，意味着灌溉水快速扩散，对根际的水气环境影响不大，容重较大的土壤情况恰好相反。无论哪种土壤条件下，循环曝气滴灌均可提高草莓产量和品质，但是由于循环曝气处理需要增加水电费、人工费等资金的投入，因此不同土壤中种植草莓的综合效益高低不同，甚至会低于对照处理。

3 小结

将熵权信息法与主观赋权法相结合的综合评价方法用于不同土壤中盆栽草莓种植的综合效益评价，本研究结果与利用草莓生长生理指标、果实产量品质以及根系指标等方面测得数据定性分析的结果一致。根据结果来看，4种土壤中循环曝气滴灌均可提高草莓产量和品质，但由于土壤种类的影响以及循环曝气处理需要增加水电费、人工费等资金的投入。因此，不同土壤中种植草莓的综合效益高低不同，甚至会低于对照处理，郑州黄黏土（YC）中草莓种植的综合效益最高，其次为南阳黏壤土（CL）和驻马店重壤土（HL），最低的是洛阳粉质黏壤土（SCL）。本研究结果为合理地推广使用循环曝气滴灌技术提供了理论依据。

参考文献：

[1] BOYER J S. Plant productivity and environment[J].Science，1982，218（4571）：443-448.

[2] MOMRD P，SILVESTRE J. Plant injury due to oxygen deficiency in the root environment of soilless culture：A review[J].Plant and Soil，1996，184（2）：243-254.

[3] 汪 天，王素平，郭世荣，等.植物低氧胁迫伤害与适应机理的研究进展[J].西北植物学报，2006，26（4）：847-853.

[4] DREW M C. Oxygen deficiency and root metabolism： Injury and acclimation under hypoxia and anoxia[J].Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol，1997（48）：223-250.

[5] 周云鹏，徐飞鹏，刘秀娟，等.微纳米气泡加氧灌溉对水培蔬菜生长与品质的影响[J].灌溉排水学报，2016，35（8）：98-100，104.

[6] 雷宏军，臧 明，张振华，等.循环曝气地下滴灌的温室番茄生长与品质[J].排灌机械工程学报，2015，33（3）：253-259.

[7] 陈新明，DHUNGEL J，BHATTARAI S，等.加氧灌溉对菠萝根区土壤呼吸和生理特性的影响[J].排灌机械工程学报，2010，28（6）：543-547.

[8] PENDERGAST L，BHATTARAI S P，MIDMORE D J. Benefits of oxygation of subsurface drip-irrigation water for cotton in a Vertosol[J].Crop & Pasture Science，2013，64（12）：1171-1181.

[9] 李 元，牛文全，許 健，等.加气滴灌提高大棚甜瓜品质及灌溉水分利用效率[J].农业工程学报，2016，32（1）：147-154.

[10] 程 峰，姚帮松，肖卫华，等.不同增氧滴灌方式对香芹生长特性的影响[J].灌溉排水学报，2016，35（3）：91-94.

[11] 赵 义，曹 娜，王园园，等.基于层次分析法的中原经济区流域水系统健康评价[J].环境科学研究，2016，29（6）：936-944.

[12] 杨 玮，孙 红，郑立华，等.冬枣光谱数据的灰色关联分析及叶片氮素含量预测[J].光谱学与光谱分析，2013，33（11）：3083-3087.

[13] 王 燕，彭 劼.基于熵权系数评价模型的烟田灌排工程综合效益分析[J].节水灌溉，2016（1）：73-75，80.

[14] 谢恒星，蔡焕杰，张振华，等.温室甜瓜加氧灌溉综合效益评价[J].农业机械学报，2010，41（11）：79-83.

[15] 杜鹏飞，杨国慧.树莓果实维生素C含量测定方法的研究[J].东北农业大学学报，2009，40（2）：31-33.

[16] 张发明.区间标度群组序关系评价法及其运用[J].系统工程理论与实践，2013，33（3）：720-725.

[17] 程启月.评测指标权重确定的结构熵权法[J].系统工程理论与实践，2010，30（7）：1225-1228.

[18] 沈小庆，黄 昕.基于熵权系数的医院建设项目风险评价[J].项目管理技术，2014，12（1）：95-100.

[19] 汤瑞凉，王 龚.农作物品种综合评判的熵权系数法研究[J].资源开发与市场，2002，18（5）：3-4，14.