李欣　李海東　李小平　閆立偉　黃碩　張葳葳　張嵐

摘 要 為研究谷子主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)系、篩選優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的谷子品種，從20個品種中初步篩選出適合內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗種植的優(yōu)良谷子品種6個，并采用主成分分析法對6個谷子品種的10個性狀表現(xiàn)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，4個主成分方差累計貢獻(xiàn)率達(dá)80.374%，主成分1的貢獻(xiàn)率最高，為33.583%。主成分標(biāo)準(zhǔn)化特征值說明，第1主成分反映品種的增產(chǎn)信息，歸為產(chǎn)量因子；第2主成分反映品種的株高、直徑生長特征信息，歸為生長因子；在第3主成分反映品種的成熟度信息，歸為物候因子；第4主成分反映品種自身豐產(chǎn)性信息，歸為品種因子。由主成分分析因子得分和綜合得分可知，赤優(yōu)金苗1、赤優(yōu)金苗4、赤谷K1、金苗K1、峰紅4可作為優(yōu)勢品種于敖漢旗推廣種植，黃金苗不適宜在當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣種植。

關(guān)鍵詞 谷子品種；農(nóng)藝性狀；產(chǎn)量；相關(guān)性分析；主成分分析；內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗

中圖分類號：S515 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.08.004

谷子是粟類作物的一種，學(xué)名粱（Setaria italica），起源于中國，為一年多生禾本科狗尾草屬草本植物，在我國有悠久的栽培歷史[1]。谷子營養(yǎng)價值豐富，富含維生素、氨基酸和礦物質(zhì)[2]。目前，我國谷子種植面積約為140萬hm2，年產(chǎn)量約為450 t，種質(zhì)保存量居世界首位[3-4]。

內(nèi)蒙古赤峰市谷子種植面積近20萬hm2，敖漢旗占1/3以上。憑借積溫高、溫差大等氣候優(yōu)勢條件，敖漢旗生產(chǎn)的谷米品質(zhì)優(yōu)良。然而，近幾年由于品種繁雜、栽培技術(shù)不完善等，谷子種植豐產(chǎn)不優(yōu)質(zhì)、優(yōu)質(zhì)不高產(chǎn)等問題相繼出現(xiàn)，制約了當(dāng)?shù)毓茸赢a(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，篩選高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的品種、引領(lǐng)地區(qū)科學(xué)化產(chǎn)業(yè)化種植一直是敖漢旗的研究重點，對于敖漢旗谷子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

谷子的各種農(nóng)藝性狀受品種遺傳特性、栽培方法、環(huán)境條件等多種因素影響[5-6]。目前，對谷子農(nóng)藝性狀的研究主要是采用相關(guān)分析、主成分分析、聚類分析、通徑分析等方法，分析不同谷子品種的株高、穗長、穗粒數(shù)等農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)系[7-9]。本文主要采用主成分分析法對6個谷子品種的10個農(nóng)藝性狀進(jìn)行研究，分析主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)系，為谷子高效合理栽培、篩選適宜敖漢旗種植的優(yōu)良品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

供試材料分別于2020年、2021年、2022年5月上旬在敖漢旗播種，6個供試品種分別為赤谷K1、赤優(yōu)金苗1、赤優(yōu)金苗4、峰紅4、黃金苗、金苗K1。對照品種為傳統(tǒng)品種黃金苗。試驗周期為3年。試驗地地勢平坦，肥力均勻。

1.2 試驗設(shè)計和計算方法

1.2.1 試驗設(shè)計

采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)6個處理，每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為20 ｍ2；大小行距為60 cm、40 cm，株距10 cm。整個生育期內(nèi)，于谷子成熟期每小區(qū)選取中間段15株（取主莖株）進(jìn)行室內(nèi)考種，分別記錄不同品種的10個農(nóng)藝性狀，取平均值。

農(nóng)藝性狀測量方法參照《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南谷子》（NY/T 2425—2013）：生育期為從出苗到谷穗完熟期之日的天數(shù)；株高為所取植株從莖基部到穗基部第一碼著生點的長度；莖稈直徑為莖稈基部第三生長節(jié)節(jié)間的直徑；穗長為穗從基部第一碼到尖端的長度；穗直徑為穗中部的直徑；單穗質(zhì)量為單穗的測量質(zhì)量；穗粒質(zhì)量為單穗籽粒數(shù)的質(zhì)量；千粒重為1 000個谷粒的質(zhì)量；出谷率為單穗所獲粒質(zhì)量占單穗質(zhì)量的百分比；產(chǎn)量為將小區(qū)內(nèi)所收獲的谷穗風(fēng)干至恒質(zhì)量時，脫粒稱質(zhì)量，并折算成每公頃的產(chǎn)量。

1.2.2 計算方法

主成分分析法是利用降維的思想，把多個變量指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個主要指標(biāo)，從而綜合衡量整體的方法。通過主成分分析，可提取若干個主分量，并基于主分量的方差貢獻(xiàn)率得到權(quán)重，建立綜合評價函數(shù)模型[10-13]。

通過計算每個主成分的得分和綜合得分，按照得分高低進(jìn)行排序以評價各品種的綜合性狀。

主成分分析方法的具體步驟如下。

1）提取特征值大于1的主成分，并以此為分析對象，分析與產(chǎn)量相關(guān)的影響因子。

2）根據(jù)戴麗君等人研究方法得出主成分系數(shù)矩陣，公式為[11]

式中：Ui為主成分i的系數(shù)矩陣；ai為單位向量分量；λi為各成分提取因子特征值[14]。

3）根據(jù)主成分系數(shù)矩陣，計算各主成分因子得分，公式為

式中：Zx為各性狀原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后矩陣。

4）計算每個主成分的方差貢獻(xiàn)率，公式為

式中：ti為各成分方差貢獻(xiàn)率[9、11、15]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft office Excel 2007和SPSS27.0軟件進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同谷子品種農(nóng)藝性狀的差異性分析

如表1所示，不同谷子品種的667 m2產(chǎn)量處于326.03～

486.21 kg，且存在差異性。赤優(yōu)金苗1 667 m2產(chǎn)量最高，為486.21 kg，與其他5個品種的產(chǎn)量存在顯著差異；對照品種黃金苗667 m2產(chǎn)量最低，為326.03 kg。

6個谷子品種的生育期在110.02～116.01 d，其中赤優(yōu)金苗4和黃金苗的生育期較短，分別為110.02 d和113.01 d，熟期為早熟；赤谷K1、赤優(yōu)金苗1和峰紅4的生育期最長，為116.01 d，熟期偏中早熟。

不同品種的株高差異很大，在132.10～166.93 cm，峰紅4株高最高，為166.93 cm，與黃金苗差異不顯著，與其他品種差異顯著。不同品種的莖稈直徑為6.08～10.40 cm，差異顯著。不同谷子品種穗長集中在19.53～28.47 cm，穗直徑集中在19.40～24.59 cm，單穗質(zhì)量分布在12.39～16.42 g，單穗粒質(zhì)量分布在8.12～11.97 g。

6個谷子品種出谷率在65.72%～78.04%，千粒重在2.52～3.35 g。

通過計算各品種的變異系數(shù)得知，不同品種離散系數(shù)為2.16%～17.28%。離散系數(shù)大小依次為莖稈直徑＞667 m2產(chǎn)量＞單穗粒質(zhì)量＞穗長＞單穗質(zhì)量＞千粒重＞穗直徑＞株高＞出谷率＞生育期，說明穗直徑、株高、出谷率、生育期等性狀的離散系數(shù)較小，較不易被改變；而莖稈直徑和單穗粒質(zhì)量離散系數(shù)大，表明不同谷子品種的單穗粒質(zhì)量、莖稈直徑變異較豐富，可以通過增施鉀肥等方法，使其有一定的提高。

2.2 不同谷子品種主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

如表2所示，谷子不同性狀間的相關(guān)系數(shù)差異明顯。其中，667 m2產(chǎn)量與單穗質(zhì)量、千粒重呈顯著正相關(guān)，與單穗粒質(zhì)量、出谷率呈極顯著正相關(guān)，說明隨著單穗粒質(zhì)量、出谷率、單穗質(zhì)量的增加，667 m2產(chǎn)量也會隨之提高。因此，在提高谷子產(chǎn)量時，可以從提高單穗粒質(zhì)量入手。此外，株高與莖稈直徑呈顯著正相關(guān)，穗直徑與莖稈直徑呈顯著負(fù)相關(guān)，穗直徑與出谷率呈極顯著負(fù)相關(guān)，單穗質(zhì)量與單穗粒質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，單穗粒質(zhì)量與出谷率呈顯著正相關(guān)。這說明株高越高、莖越粗，出谷率越高，單穗粒越重，667 m2產(chǎn)量越高。同時，說明各農(nóng)藝性狀之間具有相互促進(jìn)和制約的作用，是一個有機(jī)的整體，缺一不可。

2.3 不同品種谷子主要性狀的主成分分析

主成分分析結(jié)果如表3所示。在所有的主成分中，信息主要集中在4個特征值大于1的主成分上。其中，主成分1貢獻(xiàn)率最高，為33.583%。這4個主成分累計貢獻(xiàn)率達(dá)80.374%，因此可以作為谷子品種主要農(nóng)藝性狀概括的絕大部分信息。

主成分初始因子荷載成分矩陣中，載荷系數(shù)認(rèn)為是原始指標(biāo)與各主成分之間的相關(guān)系數(shù)。由表4可知，在主成分1的特征向量中，667 m2產(chǎn)量載荷最高且為正值，為0.826，載荷較高的性狀分別是單穗粒質(zhì)量、單穗質(zhì)量、出谷率、千粒重，特征向量值均為正值，分別為0.872、0.700、0.733、0.592?？芍獩Q定第1主成分大小的主要是這5個因子，可以歸為產(chǎn)量構(gòu)成因子，是谷子產(chǎn)量的綜合評價首要指標(biāo)。在提升谷子產(chǎn)量時，可考慮通過灌漿期增施鉀肥和硼鉬肥，促進(jìn)谷子有機(jī)物積累，進(jìn)而提高單穗粒質(zhì)量、千粒重、667 m2產(chǎn)量。

由表4可知，在主成分2的特征向量中，載荷較高且為負(fù)值的是株高和莖稈直徑，特征向量值分別為-0.645、-0.743；載荷高且為正值的是穗直徑，特征向量值為0.686。主成分2可以歸為谷子的生長因子，體現(xiàn)谷子的生長特性。谷子株高、莖稈直徑是谷子營養(yǎng)生長階段的表現(xiàn)，而過多的營養(yǎng)生長會抑制生殖生長，進(jìn)而影響產(chǎn)量。因此，在谷子栽培管理中，可通過前期中氮、高磷、低鉀的施肥方式，在培育壯苗的同時防止前期徒長，確保株高、莖稈直徑控制在較為合適的水平?？刂浦旮吆颓o稈直徑的過度生長，還可間接提高抗倒伏性，從而增加谷子的產(chǎn)量。

由表4可知，在主成分3中，載荷較高且為正值的是生育期，特征向量值為0.520。因氣候因素的影響，生育期會延長或縮短，因此主成分3可以歸于氣候因子。特征值為正值，說明生育期越長，干物質(zhì)積累越多，產(chǎn)量會有相應(yīng)的提升。在生產(chǎn)中，地域不同，氣候不同，因此要結(jié)合地域的氣候特點，在適當(dāng)增加生育期天數(shù)以獲取更高產(chǎn)量，同時滿足品種成熟的溫度要求。

由表4可知，在主成分4的特征向量中，載荷最高的是穗長，特征向量值為-0.786，說明穗長為主成分4的主要構(gòu)成因素。在實際谷子生產(chǎn)中，穗長在一定程度上影響產(chǎn)量的提升，也影響其他農(nóng)藝性狀。因此，研究穗長對品種的綜合影響也具有一定意義。

2.4 主成分系數(shù)矩陣和綜合系數(shù)矩陣

以初始因子主成分矩陣中各分量的系數(shù)除以相應(yīng)特征值平方根，進(jìn)一步將初始因子載荷矩陣轉(zhuǎn)換為主成分標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)矩陣，結(jié)果如表5所示。由表5可知，各農(nóng)藝性狀指標(biāo)主成分得分排序為單穗粒質(zhì)量＞單穗質(zhì)量＞667 m2產(chǎn)量＞株高＞千粒重＞出谷率＞生育期＞穗直徑＞莖稈直徑＞穗長，說明單穗粒質(zhì)量、單穗質(zhì)量作為產(chǎn)量構(gòu)成因子，對產(chǎn)量的影響最大，起主要作用。這與張霞等、任芹勇等的研究結(jié)果一致[8，14]。而其他農(nóng)藝性狀指標(biāo)數(shù)值與單穗粒質(zhì)量、單穗質(zhì)量差異較大，對產(chǎn)量的影響起次要作用。

2.5 主成分因子得分及綜合評價

各主成分因子得分及綜合得分見表6。根據(jù)結(jié)果可以看出，赤優(yōu)金苗1的綜合得分最高，為0.82；赤優(yōu)金苗4次之，為0.53。赤谷K1、峰紅4、金苗K1位于其后，得分最低的是對照品種黃金苗，為-1.09。黃金苗作為種植面積較大的品種，綜合性狀優(yōu)勢已經(jīng)不明顯。赤優(yōu)金苗1、赤優(yōu)金苗4、赤谷K1、峰紅4和金苗K1為綜合性狀優(yōu)勢品種，可加大推廣力度，增加當(dāng)?shù)仄贩N選擇多樣性。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

6個谷子品種產(chǎn)量差異顯著，說明在選擇品種時，產(chǎn)量為評定品種的重要因素。在產(chǎn)量構(gòu)成因子的主成分分析中顯示，提取的4個主成分可概括為谷子品種主要農(nóng)藝性狀的大部分信息，累計貢獻(xiàn)率達(dá)80.374%。主成分1貢獻(xiàn)率最高，為33.583%，主要顯示谷子的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子信息，結(jié)合主成分農(nóng)藝性狀權(quán)重系數(shù)得分可知，單穗粒質(zhì)量、單穗質(zhì)量、千粒重、出谷率在主成分分析中對產(chǎn)量影響較大，說明可通過優(yōu)化田間管理來提高穗粒質(zhì)量、單穗質(zhì)量、千粒重，進(jìn)而實現(xiàn)最終產(chǎn)量的提高。

根據(jù)對6個谷子品種農(nóng)藝性狀主成分因子綜合得分及綜合評價，篩選出適宜在敖漢旗大面積示范和推廣的品種，依次為赤優(yōu)金苗1、赤優(yōu)金苗1、赤谷K1、金苗K1、峰紅4。黃金苗產(chǎn)量及綜合評價得分較低，已經(jīng)不適宜在敖漢旗作為主要推廣品種。

3.2 討論

主成分分析方法能較全面地評價谷子品種的優(yōu)劣，對在生產(chǎn)中綜合判斷和選擇優(yōu)良品種具有重要技術(shù)支撐作用。同時，評價一個品種不僅要看產(chǎn)量水平，還要兼顧品種的品質(zhì)、倒伏、抗病性、適應(yīng)性、口感、消費者喜愛度等多種指標(biāo)。在本實驗的基礎(chǔ)上，可對肥水需求、種植密度等栽培因素對谷子產(chǎn)量的影響進(jìn)行進(jìn)一步研究，為篩選優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)谷子品種提供理論支撐。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）

收稿日期：2024-03-10

作者簡介：李欣（1987—），碩士，農(nóng)業(yè)技術(shù)員，主要從事作物生產(chǎn)技術(shù)指導(dǎo)。E-mail：15049938639@163.com。