主成分分析及隸屬函數法綜合評價玉米苗期耐鹽性

劉春榮， 張國新， 王秀萍

(1.唐山市豐南區農牧局，河北唐山 063200；2.河北農林科學院濱海農業研究所，河北唐山 063200)

主成分分析及隸屬函數法綜合評價玉米苗期耐鹽性

劉春榮1， 張國新2*， 王秀萍2

(1.唐山市豐南區農牧局，河北唐山 063200；2.河北農林科學院濱海農業研究所，河北唐山 063200)

[目的]為了綜合評價玉米苗期耐鹽性。[方法]利用耐鹽鑒定池，采用0.5%鹽堿原土對10個玉米品種進行苗期脅迫鑒定。通過主成分分析、隸屬函數法，對株高、出苗率、鮮重、干重等9個指標進行分析，評價耐鹽性。[結論]苗期耐鹽性為中科11﹥肅研480﹥農單116﹥偉科702﹥浚單20﹥中地175﹥肅玉1號﹥衡單6272﹥鄭單958﹥紀元128。

主成分分析；隸屬函數法；玉米耐鹽性

土壤鹽堿化是一個世界性的問題。目前, 世界上有4億～9億hm2土地受鹽漬化的影響[1]，嚴重限制農業生產的可持續發展。我國鹽漬土總面積約3 600萬hm2，其中耕地鹽漬化面積達到920.9萬hm2，占全國總耕地面積的6.62%，主要分布在西北、華北、東北和沿海地區[2]。高效開發與利用鹽漬化土地成為人類的必然選擇。如何提高植物的抗鹽性，增加在鹽脅迫下農作物的產量一直是人們關注的課題。鹽漬化土壤的開發利用有多種途徑。篩選作物的耐鹽品種且加以利用是一種行之有效的措施[3]。

玉米是重要的糧食作物、飼料作物，是我國的三大作物之一，常年播種面積在2 500萬hm2左右, 約占世界總面積的17.2%。玉米對鹽分中度敏感。在鹽脅迫下玉米的生長發育受到明顯的抑制。它是對鹽分較敏感的禾本科作物[4]。利用耐鹽鑒定手段，篩選耐鹽玉米品種資源，對鹽堿地玉米增產、耐鹽育種至關重要。

耐鹽性是一個受多基因控制的復雜性狀。單一指標分析無法準確地反映植物的耐鹽性。主成分分析結合隸屬函數法能有效、全面地分析品種耐鹽性，目前在一些作物苗期耐鹽性評價上得到應用[5-7]，而在玉米苗期耐鹽綜合評價研究未見報道。在測定多項生長指標的基礎上,筆者采用鹽堿原土鑒定法，利用主成分分析, 結合隸屬函數，對10個玉米品種苗期的耐鹽性進行綜合評價,以期篩選耐鹽強的品種資源，為耐鹽品種適宜性推廣及耐鹽種質研究提供物質基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料冀東濱海區推廣的玉米品種10個，為偉科702、中地175、肅玉1號、紀元128、衡單6272、肅研480、鄭單958、中科11、浚單20、農單116。品種來源為豐南種業科技有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1試驗設計。采用鹽堿池原土鑒定法。鹽堿池長3 m、寬2 m、深40 cm，填調配好的鹽堿原土，土壤鹽分濃度0.5%，以非鹽堿土(鹽分濃度0.1%)為對照。每個品種20株，株行距10 cm×10 cm，3次重復。5月15日播種，采用淋噴方式保持土壤濕潤，每個重復澆水量一致， 4周后測定。

1.2.2測定指標。利用YMJ-B型便攜式葉面積儀，測量功能葉片葉面積；采用游標卡尺，測量地上根基部直徑(莖粗)；分別稱取洗凈吸干水分的植株鮮質量，裝入干燥紙袋內，于70 ℃烘干至恒質量，然后稱取干質量,取平均值。

1.3 評價方法

1.3.1耐鹽系數。根據所測得的各項理化指標數據, 分別計算對照和0.5%含鹽量處理下各指標值的平均值。然后，用公式(1)轉換原始數據,求得各理化指標性狀的耐鹽系數(a)。

耐鹽系數=處理測定值/對照測定值×100%

(1)

1.3.2隸屬函數值。U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)(i=1,2,3,…，N)

(2)

式中,Xi為指標測定值；Xmin和Xmax分別為所有參試材料某一指標的最小值和最大值。

(3)

式中, wi表示第i個公因子在所有公因子中的主要程度;Pi為各品種第i個指標與耐鹽系數間的相關系數, 表示各品種第i個公因子的貢獻率。

(4)

式中, D值為材料在鹽分脅迫下用綜合指標評價所得的耐鹽性綜合評價值。

2 結果與分析

2.1 耐鹽系數選取苗期玉米株高、出苗率、葉數、莖粗、鮮重、干重、葉面積9個生長指標，通過0.5%鹽分脅迫與對照數據分析，求得10個品種耐鹽系數。從表1可以看出，不同品種指標間差異較大，單一指標很難評價品種耐鹽性。

表1 耐鹽系數

2.2 主效因子利用主成分分析法，對9個指標進行分析(表2)。依據主因子的特征累積比例的臨界值為0.9，5個主因子代表9個指標的所有信息，累計貢獻率為94.3%。其中，第一個因子包含出苗率、株高、上鮮重3個指標，特征值為2.613 2，貢獻率最高，達25.1%；下鮮重、下干重為第二主因子，特征值為2.364 8，累計貢獻率達21%；葉數、莖粗為第三主因子，特征值為0.983 9，累計貢獻率達20%；葉面積、上干重貢獻率分別達16.5%、11.7%。根據貢獻率大小，可知各綜合指標的相對重要程度。前3個因子包含的7個指標特征值高，包含的信息量大，在9個指標中的重要程度高。

表2 因子載荷矩陣

2.3 隸屬函數依據10個品種的因子得分值，利用公式(2)，計算隸屬函數值(表3)。依據各因子貢獻率，由公式(3)計算各因子權重，5個因子權重值依次為0.266、0.222、0.212、0.175、0.124。

2.4 耐鹽性綜合評價耐鹽性綜合評價值反映各品種綜合耐鹽能力, 數值越大表明耐鹽性越強。通過公式(4)，利用得分值的隸屬函數與權重值，計算出耐鹽性綜合評價值(D)，從大到小依次為中科11、肅研480、農單116、偉科702、浚單20、中地175、肅玉1號、衡單6272、鄭單958、紀元128，說明中科11、肅研480苗期耐鹽性最強，鄭單958、紀元128耐鹽性較弱。

表3 隸屬函數及綜合評價值

3 結論

利用隸屬函數、主成分分析法評價玉米苗期耐鹽性，避免單一指標評價的片面性，使得評價更趨于科學、合理。通過主成分分析，發現出苗率、株高、葉數、莖粗、上鮮重、下鮮重、上干重、下干重、葉面積等9個指標被歸納為5個主成分，累計貢獻率達94.3%，代表9個指標的全部信息。

通過對10個玉米品種的耐鹽性綜合評價，苗期耐鹽性從大到小依次為中科11、肅研480、農單116、偉科702、浚單20、中地175、肅玉1號、衡單627、鄭單958、紀元128。該研究對冀東濱海鹽堿區耐鹽玉米選擇、應用具有一定的指導意義。

[1] 王遵親.中國鹽漬土[M].北京:科學出版社,1993：325-334.

[2] 王佳麗，黃賢金，鐘太洋，等．鹽堿地可持續利用研究綜述[J].地理學報，2011，66(5):673-684.

[3] 趙可夫.植物抗鹽機理[M].北京:中國科學技術出版社,1993.

[4] 王麗燕，趙可夫.玉米幼苗對鹽脅迫的生理響應[J].作物學報，2005，31(2):264-268.

[5] 解松峰, KANSAYE ALY，杜向紅，等.30份引進大麥品種(系)苗期耐鹽性綜合分析[J].草業科學，2010,27(4)：127-133.

[6] 劉雅輝，王秀萍，張國新，等.棉花苗期耐鹽形態指標的篩選及綜合評價[J]. 安徽農業科學，2012，40(9):5119-5120，5721.

[7] 慈敦偉，丁紅，張智猛，等.花生耐鹽性評價方法的比較與應用[J].花生學報，2013，42(2)：28-35.

Principal Component Analysis and Membership Function Method to Evaluate Salt Tolerance in Seedling Stage of Corn

LIU Chun-rong1, ZHANG Guo-xin2*, WANG Xiu-ping2

(1. Fengnan Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Tangshan City, Tangshan, Hebei 063200; 2. Institute of Coastal Agriculture, Hebei Academy of Agriculture & Forestry Sciences, Tangshan, Hebei 063200)

[Objective] Comprehensive evaluation of salt tolerance in seedling stage of corn. [ Method] 10 corn varieties were used for seedling stress identification method combining salt tolerant identification pool with 0.5% varieties of saline-alkali soil. The 9 indexes of plant height, seedling emergence rate, fresh weight,dry weight and all were analyzed as salt tolerance identifying indices through principal component analysis and membership function method. [Conclusion] Salt tolerance at seedling stage: Zhongke 11 > Suyan 480 > Nongdan 116 > Weike 702 > Jundan 20 > Zhongdi 175 > Suyu 1 > Hengdan 6272 > Zhengdan958 > Jiyuan128.

Principle component analysis; Membership function method; Salt tolerance of corn

河北省渤海糧倉支撐計劃。

劉春榮(1968- )，女，河北唐山人，高級農藝師，從事作物育種及栽培研究。*通訊作者，研究員，從事鹽堿地改良利用方面的研究。

2015-08-20

S 11

A

0517-6611(2015)28-013-02