本發(fā)明涉及到農(nóng)作物的選種育種領(lǐng)域,具體的說是一種評(píng)價(jià)莖稈作物抗倒伏能力的方法。
背景技術(shù):
莖稈作物(如小麥、水稻等)在自然生長(zhǎng)狀態(tài)下,經(jīng)常會(huì)承受像風(fēng)雨荷載或農(nóng)業(yè)機(jī)械在作業(yè)過程中產(chǎn)生的外力作用使其莖稈發(fā)生沖擊、剪切、彎曲等各種變形甚至發(fā)生倒伏及損傷,將嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量。因此,農(nóng)學(xué)家早已把莖稈作物的抗倒伏能力作為培育莖稈作物優(yōu)種的一項(xiàng)重要指標(biāo)。但如何對(duì)作物的抗倒伏能力進(jìn)行切實(shí)有效的評(píng)價(jià)一直以來都是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。近年來,隨著工程技術(shù)手段的日新月異及其在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,利用物理方法研究作物優(yōu)種特性已成為一種必要的工程手段,尤其是利用生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)來評(píng)價(jià)作物優(yōu)種特性已引起農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域及其農(nóng)學(xué)家的廣泛注意,但是現(xiàn)有的大多數(shù)方法都存在評(píng)價(jià)指標(biāo)單一,評(píng)價(jià)結(jié)果很難直接被育種學(xué)家所采用的缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為解決現(xiàn)有的評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)莖稈作物抗倒伏能力時(shí)存在的評(píng)價(jià)指標(biāo)不全面、評(píng)價(jià)結(jié)果指導(dǎo)作用不明顯等問題,本發(fā)明提供了一種評(píng)價(jià)莖稈作物抗倒伏能力的方法,選擇合理的生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo),應(yīng)用層次分析法構(gòu)建了莖稈作物生物力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并結(jié)合德爾菲法對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行了調(diào)查和確定,最后采用模糊綜合評(píng)判方法建立了莖稈作物模糊綜合評(píng)價(jià)模型,從而根據(jù)此模型來判斷評(píng)價(jià)某種莖稈作物的抗倒伏能力。同時(shí),對(duì)形態(tài)特性指標(biāo)與生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析,獲得了形態(tài)特性參考指標(biāo)體系。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種評(píng)價(jià)莖稈作物抗倒伏能力的方法,首先建立莖稈作物抗倒伏能力的評(píng)價(jià)模型,而后測(cè)量待評(píng)價(jià)莖稈作物的生物力學(xué)性能,并將其代入已建立好的評(píng)價(jià)模型中,從而得到最終的評(píng)價(jià)結(jié)果即為該種莖稈作物的抗倒伏能力,所述建立莖稈作物抗倒伏能力的評(píng)價(jià)模型包括以下步驟:
1)建立四級(jí)評(píng)判集
2)由于莖稈作物的抗倒伏能力可用生物力學(xué)性能作為參考,因此選擇莖稈作物的彈性模量、慣性矩、彎曲強(qiáng)度、抗彎剛度、剪切強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性指標(biāo)作為評(píng)價(jià)莖稈作物生物力學(xué)性能的指標(biāo),從而建立莖稈作物生物力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
式中,
3)對(duì)因素集
將各權(quán)數(shù)組成權(quán)重集
4)設(shè)評(píng)判對(duì)象按因素集
對(duì)因素集
5)將模糊關(guān)系評(píng)價(jià)矩陣
6)根據(jù)步驟5)中
所述對(duì)因素集
所述步驟5)中,模糊綜合評(píng)判集b中的模糊綜合評(píng)判指標(biāo)
有益效果:本發(fā)明通過選擇合理的生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo),應(yīng)用層次分析法構(gòu)建了莖稈作物生物力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并結(jié)合德爾菲法對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行了調(diào)查和確定,最后采用模糊綜合評(píng)判方法建立了莖稈作物模糊綜合評(píng)價(jià)模型,從而根據(jù)此模型來判斷評(píng)價(jià)某種莖稈作物的抗倒伏能力,并對(duì)形態(tài)特性指標(biāo)與生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析,獲得了形態(tài)特性參考指標(biāo)體系。該方法可以有效判斷出供試作物品種的抗倒伏能力強(qiáng)弱,并根據(jù)形態(tài)特性指標(biāo)與生物力學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果,判定哪個(gè)形態(tài)指標(biāo)(如株高、外徑、節(jié)間距等)與之有重要相關(guān)度,則可在育種過程中采用相應(yīng)的措施改善其值,縮短優(yōu)種培育的時(shí)間。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中生物力學(xué)評(píng)價(jià)體系結(jié)構(gòu)圖;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中判斷矩陣1-9標(biāo)度及其含義圖;
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中莖稈生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)相對(duì)重要性專家咨詢圖;
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中平均隨機(jī)一致性指標(biāo)
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中小麥莖稈生物力學(xué)指標(biāo)評(píng)判等級(jí)對(duì)應(yīng)的取值范圍圖。
具體實(shí)施方式
一種評(píng)價(jià)莖稈作物抗倒伏能力的方法,首先建立莖稈作物抗倒伏能力的評(píng)價(jià)模型,而后測(cè)量待評(píng)價(jià)莖稈作物的生物力學(xué)性能,并將其代入已建立好的評(píng)價(jià)模型中,從而得到最終的評(píng)價(jià)結(jié)果即為該種莖稈作物的抗倒伏能力,所述建立莖稈作物抗倒伏能力的評(píng)價(jià)模型包括以下步驟:
1)建立四級(jí)評(píng)判集
2)由于莖稈作物的抗倒伏能力可用生物力學(xué)性能作為參考,因此選擇莖稈作物的彈性模量、慣性矩、彎曲強(qiáng)度、抗彎剛度、剪切強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性指標(biāo)作為評(píng)價(jià)莖稈作物生物力學(xué)性能的指標(biāo),從而建立莖稈作物生物力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
式中,
3)對(duì)因素集
將各權(quán)數(shù)組成權(quán)重集
4)設(shè)評(píng)判對(duì)象按因素集
對(duì)因素集
5)將模糊關(guān)系評(píng)價(jià)矩陣
6)根據(jù)步驟5)中
所述對(duì)因素集
所述步驟5)中,模糊綜合評(píng)判集
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
一、建立莖稈作物抗倒伏能力的評(píng)價(jià)模型
模糊綜合評(píng)判是作為模糊數(shù)學(xué)的一種具體應(yīng)用方法,它是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ),應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理,將一些邊界不清、不易定量的因素定量化,從多個(gè)因素對(duì)被評(píng)價(jià)事物隸屬等級(jí)狀況進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)的一種方法,其特點(diǎn)在于,評(píng)判逐對(duì)進(jìn)行,對(duì)被評(píng)對(duì)象有惟一的評(píng)價(jià)值,不受被評(píng)價(jià)對(duì)象所處對(duì)象集合的影響。這種模型應(yīng)用廣泛,在許多方面,采用模糊綜合評(píng)判的實(shí)用模型取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此,本發(fā)明采用模糊評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)方法對(duì)莖稈作物的生物力學(xué)性能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),進(jìn)而建立莖稈作物抗倒伏能力的評(píng)價(jià)模型,其步驟如下:
1)確定評(píng)判集
評(píng)判集是評(píng)價(jià)者對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象可能做出的各種評(píng)價(jià)結(jié)果所組成的集合。評(píng)判集用大寫字母
各元素
模糊綜合評(píng)判的目的,就是在綜合考慮所有影響因素的基礎(chǔ)上,從評(píng)判集中得到最佳的評(píng)價(jià)結(jié)果;在對(duì)莖稈作物的生物力學(xué)評(píng)價(jià)中,我們建立了四級(jí)評(píng)判集
2)確定因素集
因素集是評(píng)價(jià)對(duì)象的各種因素所組成的一個(gè)普通集合,即
式中,
本領(lǐng)域中,評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建一般有經(jīng)驗(yàn)確定法和數(shù)學(xué)方法兩種,但在實(shí)際應(yīng)用中,多數(shù)均采用經(jīng)驗(yàn)確定法。本發(fā)明采用專家調(diào)研法,對(duì)生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的選擇咨詢了相關(guān)領(lǐng)域?qū)<?,并按照上述評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則,初步確定了莖稈作物優(yōu)種生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo):彈性模量、慣性矩、彎曲強(qiáng)度、抗彎剛度、剪切強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性、松弛模量、蠕變?nèi)崃?。在此基礎(chǔ)上以小麥為研究對(duì)象,對(duì)其莖稈材料的生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究分析。研究結(jié)果表明:松弛模量和蠕變?nèi)崃靠梢院芎玫乇磉_(dá)莖稈的粘彈性特性,但實(shí)際測(cè)試中,由于試驗(yàn)難度大,測(cè)試過程耗時(shí)長(zhǎng)。因此,在選擇指標(biāo)時(shí)沒有考慮這兩個(gè)指標(biāo),確定的該評(píng)價(jià)體系由1個(gè)一級(jí)指標(biāo)、7個(gè)二級(jí)指標(biāo)組成,如附圖1所示;
確定該評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)后,莖稈作物的生物力學(xué)評(píng)價(jià),
3)確定權(quán)重集
在因素集中,各因素的重要程度是不一樣的,為了反映各因素的重要程度,應(yīng)對(duì)各個(gè)因素
通常,各權(quán)數(shù)
它們可視為各因素
本發(fā)明為獲得莖稈作物生物力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)變量的權(quán)重系數(shù),綜合使用德爾菲法和層次分析法,設(shè)計(jì)了一種獲取判斷矩陣的專家調(diào)查表,選擇山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、太原理工大學(xué)等長(zhǎng)期從事材料力學(xué)性質(zhì)研究的10位專家調(diào)查有關(guān)生物材料力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的重要程度。經(jīng)過反復(fù)匯總和反饋各位專家的意見,在各位專家意見趨于一致時(shí)確定最后的重要等級(jí),并對(duì)照層次分析法中常用的1-9標(biāo)度法(其含義見附圖2)對(duì)各指標(biāo)重要程度量化,得到的結(jié)果如附圖3所示。
在本發(fā)明中,根據(jù)專家調(diào)查結(jié)果,確定莖稈作物生物力學(xué)評(píng)價(jià)體系中第二層因素
建立了判斷矩陣,這使判斷思維數(shù)學(xué)化,簡(jiǎn)化了問題的分析,使復(fù)雜的問題定量定性分析成為可能,但保持判斷思維的一致性是非常重要的。因此,為了保證得到的結(jié)論合理,需要對(duì)構(gòu)造的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),其一致性指標(biāo):
式中
由于本發(fā)明中所建立的小麥莖稈生物力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系只有兩層結(jié)構(gòu),只需對(duì)判斷矩陣
由計(jì)算結(jié)果,可知判斷矩陣
4)單因素模糊評(píng)判
單獨(dú)從一個(gè)因素出發(fā)進(jìn)行評(píng)判,以確定評(píng)判對(duì)象對(duì)評(píng)判集元素的隸屬程度,便稱為單因素模糊評(píng)判。設(shè)評(píng)判對(duì)象按因素集中第
單因素模糊評(píng)價(jià)是進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵,通常是通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)法或稱模糊統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行的,對(duì)所有因素都分別進(jìn)行評(píng)價(jià)后,即可得到矩陣:
式中,
5)模糊綜合評(píng)判
單因素模糊評(píng)判僅反映了一個(gè)因素對(duì)評(píng)判對(duì)象的影響,這顯然是不夠的。我們的目的是要綜合考慮所有因素的影響,得出科學(xué)的評(píng)判結(jié)果,這就需要進(jìn)行模糊綜合評(píng)判。
從單因素評(píng)判矩陣
但是,這樣做并未考慮各因素的重要程度。如果在
權(quán)重集
式中,
在模糊數(shù)學(xué)中,模糊綜合評(píng)判指標(biāo)
二、實(shí)例分析
根據(jù)供試品種小麥莖稈基部生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)值,為使評(píng)價(jià)結(jié)果可供農(nóng)學(xué)家在育種過程中進(jìn)行調(diào)控,選擇小麥開花期的數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)等級(jí)確定的數(shù)據(jù)來源小。依據(jù)所有供試品種測(cè)試指標(biāo)均值的大小,將測(cè)試品種指標(biāo)均值的最大值作為評(píng)價(jià)等級(jí)“優(yōu)”的下限,將所有品種的測(cè)試均值作為評(píng)價(jià)等級(jí)“良”的下限、“中”的上限,將測(cè)試品種指標(biāo)均值的最小值作為評(píng)價(jià)等級(jí)“差”的上限。按此方法所確定的小麥莖稈生物力學(xué)指標(biāo)評(píng)判等級(jí)對(duì)應(yīng)的取值范圍如附圖5所示;
以正在進(jìn)行優(yōu)種選育的小麥品種“山農(nóng)91003”和“山農(nóng)129”為例,采用本發(fā)明的方法來判斷兩種小麥品種的抗倒伏能力;
1)構(gòu)造模糊評(píng)判矩陣
將試驗(yàn)測(cè)試所得的“山農(nóng)91003”和“山農(nóng)129”小麥莖稈生物力學(xué)指標(biāo)值與上述評(píng)判等級(jí)對(duì)應(yīng),統(tǒng)計(jì)測(cè)試值隸屬于各評(píng)判等級(jí)的頻數(shù),將所得結(jié)果進(jìn)行歸一化處理后,得到模糊評(píng)判矩陣分別為:
2)模糊綜合評(píng)價(jià)
采用本發(fā)明已確定的生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)權(quán)重集
由以上結(jié)果可以看出,“山農(nóng)91003”的生物力學(xué)性質(zhì)48.62%被評(píng)為差等級(jí),39.93%的可能性被評(píng)為中等級(jí),而“山農(nóng)129”則被評(píng)為34.72%的優(yōu)和“38.23%”的良。根據(jù)最大隸屬度原則,最后“山農(nóng)91003”被評(píng)為較差品種,“山農(nóng)129”被評(píng)為優(yōu)良種。
三、結(jié)論
1)構(gòu)建了小麥莖稈生物力學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,確定了小麥莖稈的彎曲強(qiáng)度、抗彎剛度、慣性矩、彈性模量、沖擊韌性、抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度等七個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),應(yīng)用德爾菲法和層次分析法確定了指標(biāo)權(quán)重值分別為:0.376,0.262,0.153,0.089,0.060,0.037,0.023;
2)構(gòu)建了小麥莖稈生物力學(xué)模糊綜合評(píng)價(jià)模型,并以供試小麥為例進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,利用小麥莖稈生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)體系及模糊綜合評(píng)判模型可以對(duì)小麥莖稈的生物力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),從而得到所培育品種的“優(yōu)、良、中、差”程度,能夠給育種學(xué)家提供一個(gè)基礎(chǔ)的理性參考依據(jù),以便進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)種篩選方向或采取相應(yīng)農(nóng)藝措施,縮短育種時(shí)間和培育真正意義上的優(yōu)種。