主成分分析法在矮牽牛種苗質量評價上的應用

劉洪見，鄭 堅，張旭樂，陳義增，錢仁卷，張慶良，章莉莉

(浙江省亞熱帶作物研究所，浙江 溫州 325005)

主成分分析法在矮牽牛種苗質量評價上的應用

劉洪見，鄭 堅*，張旭樂，陳義增，錢仁卷，張慶良，章莉莉

(浙江省亞熱帶作物研究所，浙江 溫州 325005)

利用株高、葉片長度、葉片寬度、地上部分鮮重、根系顏色、根團質量、冠幅、葉片數等指標，通過主成分分析法建立矮牽牛種苗質量綜合評價模型。分析結果表明,第1～5主成分代表了評價指標85.4%的信息。經驗證，根據主成分綜合得分劃分矮牽牛種苗等級,分析結果與其他評價方法得出的結論高度一致。

矮牽牛； 種苗； 質量評價； 主成分分析法

矮牽牛(Petuniahybrida)系茄科矮牽牛屬植物，多年生草本，常作一二年生栽培，是布置花地壇、花境的重要材料。其花色豐富，既可盆栽，也可大面積地栽形成地被，在花臺及花壇大面積成簇栽培，五彩繽紛之景觀頗為悅目。矮牽牛是溫州地區近年來主栽草花之一，對于矮牽牛的種苗需求較大。在育苗過程中，由于種子質量、基質、肥水及氣候等因素影響，容易導致種苗生長不均勻，種苗質量存在差異，降低了種苗群體質量，從而影響后期種植，增加了后期栽培管理難度，影響成花出圃時間和整齊度，因此，有必要對種苗進行評價分級。目前，矮牽牛種苗分級主要靠育苗者經驗和感官進行，本文利用主成分分析法構建矮牽牛種苗質量評價模型，以便為矮牽牛種苗評價分級提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2015年9月25日在浙江省亞熱帶作物研究所甌海澤雅高山育苗基地選取可以出圃的矮牽牛種苗200穴育苗盤3片，隨機選取種苗200株，測定其株高、葉片長度(完全展開葉片，下同)、葉片寬度、地上部分鮮重、根系顏色、根團質量、冠幅、葉片數、葉綠素含量及種苗感官等指標。

葉綠素含量采用SPAD502葉綠素儀測定。根系顏色憑借感官打分的方式進行測定，白色3分，黃色2分，褐色或者黑色1分。根團質量指矮牽牛幼苗在穴盤中生長狀況，包括根系生長量，根毛的數量等，測定方法也采用感官打分的方式，根系生長良好、數量多布滿營養穴能很好的包裹基質、根毛較多則記為2分，根系生長較差、數量較少不能很好包裹基質則記為1分，根系腐爛，根量極少記為0分。種苗質量感官等級由育苗專家根據種苗的綜合長勢、感官進行分級，分3級，種苗質量1級優于2級優于3級。

1.2 分析方法

主成分分析法是將原來指標重新組成一組新的互相無關的幾個綜合指標(即主成分)來代替原來指標,用幾個較少的綜合指標來反映原來指標的一種統計方法,已廣泛應用在許多領域[1-4]。通過主成分分析法對矮牽牛種苗的質量進行綜合評價,利用降維的原理,把原來較多的評價指標用較少的幾個綜合指標來代替,綜合指標保留了原有指標的絕大多數信息,且彼此之間不相關,能把復雜的問題簡單化[5-6]。

主成分分析是利用變量族的少數幾個線性組合來解釋多維變量的協方差結構,挑選最佳變量子集,簡化數據,揭示變量間關系的一種多元統計分析方法[1-2]。其在矮牽牛種苗質量評價中的應用是利用評價指標建立原始數據矩陣,經過標準化和相關矩陣的計算,分別求出相關矩陣的特征向量、特征根及主成分的方差貢獻率、累積貢獻率,根據累積貢獻率選擇主成分的個數,建立主成分方程,然后計算各主成分得分和綜合得分,根據綜合得分區間劃分矮牽牛種苗等級。

1.3 數據統計

數據采用SPSS 13.0軟件進行分析統計。

2 結果與分析

2.1 評價指標的選擇

為了保證評價模型的有效性，必須保證評價指標與種苗等級有顯著的相關性，因此需要對評價指標與種苗感官等級做相關性分析，以選取與種苗質量有顯著相關的指標作為評價指標。

從表1可以看出,除了葉綠素(x9)之外，種苗質量感官等級(x10)和株高(x1)、地上部分鮮重(x8)、葉片數(x2)、冠幅寬(x3)、根系顏色(x4)、根團質量(x5)、葉長(x6)、葉寬(x7)之間的相關系都達到了顯著、極顯著的水平。所以排除葉綠素作種苗質量評價之外，其余皆保留。

表1 矮牽牛種苗質量等級與評價指標之間的相關系數

對剩余的觀測指標進一步進行主成分分析，得到各主成分的特征向量、特征值及累積貢獻率(表2),并提取主成分。提取主成分的個數一般要求累積貢獻率>85%。據此試驗結果，提取了5個主成分,各主成分的方差貢獻率分別為38.7%、15.5%、12.3%、11.2%、7.6%,累積貢獻率達85.4%,它們代表了種苗質量85.4%的信息。

表2 矮牽牛種苗質量評價指標主成分的分析結果

2.2 綜合模型的構建

根據主成分計算公式可以得到5個主成分與原8指標的線性組合方程：

Z1=0.415x1+0.416x2+0.748x3+0.42x4+0.695x5+0.646x6+0.593x7+0.873x8；

Z2=0.347x1+0.629x2-0.373x3+0.387x4+0.256x5-0.302x6-0.529x7+0.048x8；

Z3=0.603x1-0.526x2-0.162x3+0.124x4+0.094x5+0.444x6-0.251x7-0.189x8；

Z4=-0.48x1-0.23x2-0.027x3+0.756x4+0.119x5+0.068x6-0.01x7-0.141x8；

Z5=0.11x1-0.191x2-0.173x3-0.057x4+0.483x5-0.378x6+0.363x7-0.137x8。

根據以4個主成分Z1、Z2、Z3、Z4與其方差貢獻率構建出預測評價模型Y,Y是主成分Z1、Z2、Z3、Z4的線性組合：

Y=0.387 03Z1+0.155 48Z2+0.123 38Z3+0.111 79Z4+0.075 98Z5。

利用該模型對矮牽牛的種苗進行評價，部分結果如表3所示。

表3 矮牽牛部分種苗原始測定值及主成分值

對矮牽牛的感官評價等級和主成分綜合評價模型得分進行相關性分析發現，種苗的質量感官等級和主成分綜合評價模型得分存在極顯著的負相關，即綜合評價模型得分越高，則種苗質量感官等級越低，種苗質量越好。其線性回歸模型：

Y=-0.781 4x10+5.921。

其中Y為主成分綜合評價模型得分，x10為種苗質量感官等級。

根據線性回歸模型，得出矮牽牛種苗質量感官評價等級與主成分綜合評價模型得分的對應關系如表4所示。

表4 矮牽牛種苗質量感官評價等級與主成分綜合評價模型得分的對應關系

3 小結與討論

通過對矮牽牛的株高、葉片長度、葉片寬度、葉片數、地上部分鮮重、根系顏色、根團質量、葉綠素含量等8項評價指標進行主成分分析，建立了矮牽牛種苗質量分級模型。驗證結果表明，通過主成分分析法建立綜合評價模型評價矮牽牛種苗質量等級，與對種苗進行感官分級的結果有較高的一致性，這說明主成分綜合評價模型能很好地評價矮牽牛的種苗質量。

由于本模型具有實際的評價指標，在矮牽牛種苗的實際生產過程中，可根據本模型評價指標，即株高、葉片數、冠幅、根系顏色、根團質量，檢測種苗生長狀況，及時調整好肥水管理措施，改善光照和通風條件，從而提高矮牽牛的種苗質量，為生產高質量的種苗提供借鑒。

[1] 夏建國,李廷軒,鄧良基,等.主成分分析法在耕地質量評價中的應用[J].西南農業學報,2000,13(2):51-55.

[2] 戴素賢,謝赤軍,陳棟,等.七種高香型烏龍茶香氣成分的主成分分析[J].華南農業大學學報,1999,20(1):113-117.

[3] 楊堅,童華榮,賈利蓉.豆腐乳感官和理化品質的主成分分析[J].農業工程學報,2002,18(2):131-135.

[4] 姚治軍,劉寶琴,高迎春.基于區域發展目標下的水資源承載能力研究[J].水科學發展,2005(1):109-113.

[5] 范國忠.現代統計分析方法[M].北京:中國統計出版社,1992.

[6] 裴鑫德.多元統計分析及其應用[M].北京:北京農業大學出版社,1991.

(責任編輯：吳益偉)

2017-09-15

浙江省農業科學院科技創新能力提升工程項目(2014CX014)；溫州市種子種苗科技創新項目(N20140014)；溫州市甌海區農業科技開發項目(N20140021)；浙江省成功資金轉化項目(2013D7003)

劉洪見(1977—)，男，湖南永興人，助理研究員，碩士，從事觀賞園藝與園林植物研究工作，E-mail：solo1000@163.com。

鄭 堅，副研究員，從事林業技術開發與推廣方面的工作，E-mail：zjyzs@126.com。

文獻著錄格式：劉洪見，鄭堅，張旭樂，等. 主成分分析法在矮牽牛種苗質量評價上的應用[J].浙江農業科學，2017，58(11)：1932-1934，1936.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171122

S68

A

0528-9017(2017)11-1934-03