基于主成分分析的不同茶樹品種在重慶地區的適應性評價研究

翟秀明，李解，廖雪萍，賈玉梅，谷雨，張維，唐敏，侯渝嘉*

1.重慶市農業科學院茶葉研究所，重慶 402160；2.四川農業大學園藝學院，四川 成都 611130 3.重慶市永川區經濟作物技術推廣站，重慶 402160

茶樹品種是茶產業重要的物質基礎，優良的茶樹品種對于促進地區茶業的健康發展具有重要意義。20世紀90年代以來，我國茶樹育種工作者培育了大量優質、早生的茶樹品種，為我國茶產業的可持續發展提供了保障[1-2]。然而，我國茶樹種植區域廣泛，各地區生態環境及生產水平差異較大，同一茶樹品種因氣候、土壤和管理水平等的差異而表現出不同的品種特性[3]，因此，利用數理統計方法對茶樹品種在區域內生態、生產的適應性進行綜合分析評價，是評價茶樹品種區域適應性的重要手段[4-7]。

馬林龍等[4]利用主成分分析法對湖北地區引進的16個茶樹品種進行適應性分析，通過構建適應性綜合評價模型，得出適應該地區推廣的10個茶樹品種。張凌云等[5]對桂林地區引進的7個茶樹品種適應性分析發現，引進的7 個茶樹品種非常適合桂林地區栽培。重慶具有優越的氣候、環境條件與區域優勢，是綠茶、紅茶兼宜的生產區域，目前重慶茶區以制作名優綠茶為主，產品較為單一，為適應多元化市場和消費者的需求，篩選出更多適宜重慶地區及相似茶區推廣種植的茶樹良種已迫在眉睫。本研究通過對16個茶樹品種在重慶地區的適應性、生長勢、制茶品質等進行調查與分析，探討不同茶樹品種在重慶地區種植的適應性差異，為重慶地區及西南茶區茶葉生產和產業建設提供一定的理論指導依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

參試品種為重慶市農業科學院茶葉研究所在2012年9月引進的中茶112、保靖黃金茶、浙農902等16個茶樹品種，以福鼎大白茶為對照（表1）。

表1 茶樹品種（資源）

試驗于2016年1月至2018年12月在重慶市農業科學院茶葉研究所試驗茶園（105°53′E，29°22′N）進行。茶園所在地海拔569.9 m，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫17.7 ℃，年均日照時數1 218.7 h；年均降水量為1 015.0 mm；土壤為山地黃壤，基礎肥力水平為pH （4.110±0.104），有機質（22.190±0.035）g/kg。

參試品種（含CK）采用隨機排列，3 次重復，試驗區兩邊設保護行，每個試驗小區的面積為13.5 m2，雙行雙株條栽，大行距1.5 m，小行距0.4 m，叢距0.33 m，每小區植茶54叢，108株。

1.2 試驗方法

1.2.1 成活率

定植3年后于2016年春季調查成活率。

成活率=成活苗株數/定植苗株數×100%

1.2.2 物候期

定植后于2016年春季起，連續3年，按照《全國茶樹品種區試技術規程（暫行）》的規定進行茶樹春梢一、二、三葉初展期調查。取最后一次修剪的剪口以下第一個帶葉健壯茶芽作為觀察芽，從越冬茶芽萌動開始，每隔2 d 觀察記錄1次，每個品系固定觀察10個芽頭，春梢的一芽一葉期、一芽二葉期和一芽三葉期以30%觀察芽達到該物候為標準。

1.2.3 發芽密度

定植后2016—2018年春季觀察發芽密度。在通過一芽二葉期時，每個品種小區隨機取3 個點，調查每點（33.3 cm×33.3 cm）10 cm葉層范圍內萌動芽以上的芽梢數，計算平均值。

1.2.4 鮮葉產量

2016—2018年連續3年記載各參試品種小區鮮葉產量。春季一芽二葉期至夏秋茶結束，采摘一芽二葉和同等嫩度對夾葉，留魚葉，記錄各小區鮮葉產量。

1.2.5 適制性

2018年4月按引進品種的適制性或引進目的，于春茶期間以各參試品種第一批一芽二葉鮮葉為原料制作炒青綠茶，由農業農村部茶葉質量監督檢驗測試中心按《茶葉感官審評方法》（GB/T 23776—2009）進行審評。

1.2.6 抗性

2017年對茶樹耐寒性和耐旱性進行鑒定。越冬后或旱期后，以叢（株）為單位，每小區調查10 叢（株）茶樹凍害或旱害程度，凡中上部葉片1/3 以上赤枯或青枯即為受凍害，1/3 以上當年嫩葉有紅變即為受旱害。根據受害情況進行分級，受凍害或旱害葉片≤5%為0 級，5%＜受凍害或旱害葉片≤15%為1 級，15%＜受凍害或旱害葉片≤25%為2 級，25%＜受凍害或旱害葉片≤50%為3級，受凍害或旱害葉片＞50%為4級。

凍害或旱害指數計算公式如下：

HI＝100×∑（ni×xi）/（N×4）

式中，HI為凍害或旱害指數，ni為各級受凍或受旱茶樹叢（株）數，xi為凍害或旱害級數，N為調查茶樹總叢（株）數，4為最高受害級別。根據凍害或旱害指數，耐寒性或耐旱性分為強（凍害或旱害指數≤10）、較強（10＜凍害或旱害指數≤20）、中（20＜凍害或旱害指數≤50）、弱（凍害或旱害指數＞50）。

1.3 數據分析

采用Excel 2016 進行試驗數據的整理與分析；采用SPSS 17.0軟件進行差異性分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同茶樹品種的成活率、物候期

茶樹定植后成活率反映了茶樹品種對環境的適應性[8]。由表2可知，參試的16個品種成活率均在90%以上，除C8、C9、C13外的12個品種成活率均高于CK。茶葉是一種季節性很強的商品，茶樹物候期影響其上市期，茶葉上市期的早晚是影響其市場效益的主要因素之一[9]。綜合3年觀察結果（表2）可知，C2、C4、C8 為特早生種，3 個品種的一芽一葉、一芽二葉、一芽三葉的初展期明顯早于CK；C1、C3、C5、C7、C10、C14 等6個品種為早生種，其一芽一葉、一芽二葉、一芽三葉期3年均比CK 略早或相當；C6、C9、C11、C13、C15 等5 個品種為中生種，其發芽期3年均晚于CK 或與CK 相當；C12 是一個特晚生的品種。一芽一葉、一芽二葉、一芽三葉期3年均比CK晚8 d以上。

表2 不同茶樹品種的成活率、物候期觀測結果

2.2 不同茶樹品種的發芽密度

茶葉產量與發芽密度密切相關，單位面積內芽數越多經濟效益越高[10]。測試了參試茶樹品種3年的發芽密度（表3），結果表明，2016年C1、C6、C7、C14 品種的發芽密度顯著高于CK，C2品種的發芽密度顯著低于CK；2017年僅C6 和C14 品種的發芽密度顯著高于CK，其余品種與CK 差異不顯著；2018年C6、C7、C14 品種的發芽密度顯著高于CK，其余差異不顯著。綜合來看，C6品種3年發芽密度均顯著高于CK。

表3 不同茶樹品種的發芽密度 個/m2

2.3 不同茶樹品種的小區鮮葉產量

對參試茶樹品種各試驗小區3年平均產量進行分析（表4）。結果表明，C1、C4、C5、C7、C8、C10、C13、C14 品種的產量顯著高于CK，其中C1、C7 品種的鮮葉產量顯著高于其他品種。其余7個品種鮮葉產量與CK差異不顯著。

表4 不同茶樹品種的試驗小區鮮葉產量 kg

2.4 不同茶樹品種烘青綠茶茶樣的感官品質

16個品種烘青茶樣綜合審評結果（表5）表明，C1、C2、C3、C5、C7、C10、C12、C13、C14、C15 品種的茶樣審評得分均高于CK，其余品種所制烘青綠茶審評得分均低于CK。C10品種的審評得分最高，其茶樣外形細緊、嫩綠，湯色嫩綠明亮，香氣高爽，滋味鮮爽，葉底勻齊；C6 品種所制茶樣茶湯亮度不足，香氣微帶煙味，滋味微澀，得分最低。

表5 炒青綠茶樣感官審評綜合評語及得分

2.5 不同茶樹品種的抗逆性

茶樹抗性是茶樹對不良環境的適應性和抵抗力，不同的茶樹品種對環境表現出的適應能力，反映了茶樹品種的生態適應性。

2.5.1 耐旱性

2017年6—10月重慶高溫天氣呈現出持續時間長、強度大、影響范圍廣的特點，有利于進行抗旱性鑒定。

高溫干旱后對16 份茶樹品種受旱害情況進行調查，結果（表6）表明，C1、C3、C4、C7、C14 品種表現出強耐旱性，其中C7 品種受害指數最低，耐旱性最強。C5、C10、C12、C15 品種表現為較強的耐旱性。C2、C6、C8、C13 品種耐旱性中等。CK、C9、C11品種耐旱性弱，其中CK 受害指數最高，耐旱性最弱。16 個茶樹品種中C2、C8、C9、C11 品種受害指數與CK 差異不顯著。

表6 不同茶樹品種耐旱性

2.5.2 耐寒性

2017年越冬后的2月中旬，田間直接調查抗凍害情況，所有品種均無受凍芽葉出現。這是由于本試驗地位于重慶市永川區，地屬亞熱帶季風性濕潤氣候，2017年越冬期間平均低溫為6.5 ℃，未達到理想凍害調查條件。

2.6 不同茶樹品種適應性的綜合評價分析

2.6.1 數據標準化處理及因子分析適用性檢驗

選擇綜合特性中8 個代表性狀：成活率、一芽一葉期、一芽二葉期、一芽三葉期、發芽密度、鮮葉產量、感官審評、耐旱性受害指數得分，按順序依次定義為X1～X8。使用SPSS17.0 軟件，將原始數據進行標準化處理（Z-score法）得到新的數據，并利用Bartlett 球體檢驗法對其進行因子分析的適用性檢驗。檢驗結果為86.454，Sig值＜0.05，表明該數據適用因子分析法。

2.6.2 主成分分析

利用SPSS 17.0 軟件對其進行主成分分析。由表7可知，前3 個主成分的累計方差貢獻率達到82.576%，說明提取前3 個主成分可以代表8個性狀指標信息的82.576%，因此提取前3個主成分為Y1、Y2、Y3。主成分Y1解釋了總變異信息的39.244%，主要綜合一芽一葉期（X2）、一芽二葉期（X3）、一芽三葉期（X4）3 個物候期性狀指標信息；主成分Y2中包含了原始信息的23.989%，主要反映了成活率（X1）、鮮葉產量（X6）、感觀審評得分（X7）和抗逆性（耐旱性受害指數X8）4個指標。主成分Y3包含了原始信息的19.343%，主要反映了發芽密度（X5）、感官審評得分（X7）兩個指標。

2.6.3 主成分得分

利用表7中3個主成分的特征向量計算各主成分得分，建立的Y1、Y2、Y3的線性回歸方程如下：

表7 成分矩陣與特征向量

Y1=-0.086 × Zscore （X1） + 0.297 × Zscore（X2）+0.306×Zscore（X3）+0.290×Zscore（X4）-0.017×Zscore （X5）+0.171×Zscore（X6）+0.120×Zscore（X7）+0.031×Zscore（X8）

Y2=0.228×Zscore（X1）-0.058×Zscore（X2）-0.100×Zscore（X3）-0.161×Zscore（X4）-0.019×Zscore （X5）+0.364×Zscore（X6）+0.314×Zscore（X7）+0.445×Zscore（X8）

Y3=-0.211 × Zscore （X1）-0.030 × Zscore（X2）+0.022×Zscore（X3）-0.002×Zscore（X4）+0.616×Zscore （X5）+0.177×Zscore（X6）-0.360×Zscore（X7）+0.245×Zscore（X8）。

以各個主成分方差貢獻率占3 個主成分的總方差貢獻率的比率作為權重（α1=39.244，α2=23.989，α3=19.343）計算各茶樹品種的綜合評價得分：

S=（α1×Y1+α2×Y2+α3×Y3）/（α1+α2+α3）

各主成分得分和綜合得分按分值高低排序，結果如表8所示。

表8 不同茶樹品種綜合得分及排名

綜合得分反映了茶樹品種在重慶茶區適應性的高低，綜合得分排序為：C4＞C1＞C7＞C14＞

C10＞C3＞C2＞C8＞C13＞C5＞C15＞C6＞CK＞C12＞C9＞C11。

主成分Y1主要綜合3 個物候期性狀指標信息，茶樹品種主成分Y1得分高說明其具有物候期早的優勢。各茶樹品種Y1得分排序為：C2＞C4＞C8＞C1＞C7＞C10＞C14＞C13＞C3＞C5＞CK＞C15＞C9＞C11＞C6＞C12。

主成分Y2主要反映2 個產量、1 個品質指標、1 個抗性指標，主成分Y2得分高的茶樹品種在鮮葉產量、茶葉品質和抗旱性方面表現突出。各茶樹品種Y2得分排序為：C7＞C12＞C1＞C10＞C5＞C14＞C3＞C15＞C13＞C4＞C2＞CK＞C6＞C9＞C8＞C11。

主成分Y3主要反映制茶品質指標和發芽密度，Y3得分高表明茶樹品種制茶品質佳、發芽密度大。16個茶樹品種主成分Y3得分排序為：C6＞C4＞C7＞C14＞C1＞C3＞C8＞C13＞C9＞C10＞C11＞CK＞C15＞C12＞C5＞C2。

3 討論

茶樹是一種多年生經濟作物，茶樹品種更新換代需要持續多年投入較高的成本和承擔較高的風險[11]。因此，在茶樹品種引進推廣的過程中，進行品種的區域試驗和生產試驗是必要環節。通過對品種物候期、產量、品質和抗性的觀察鑒定，科學評價茶樹品種的區域適應性，對優良茶樹品種的推廣應用具有重要的意義[12-13]。茶樹品種適應性評價的指標較多，各指標間有相關性且量綱不一，為茶樹品種的篩選帶來較大的困難[14-15]。近年來，多元統計學方法廣泛應用于作物適應性綜合評價，其中主成分分析是一種通過無量綱化和處理線性變化，將分散的多組變量信息簡化概括于某幾個綜合指標（主成分），以減少數據集的維數的統計分析方法[16-19]。由于主成分是綜合變量且相互獨立，以主成分值作為指標可以減少單一指標之間的試驗誤差。同時以各樣本在主成分中貢獻率大小為基礎，采用隸屬函數加權法計算各材料樣本的綜合得分，可以更科學準確地評價作物的適應性的綜合表現[20]。

本研究比較分析16 個茶樹品種在重慶茶區種植茶苗的成活率、受旱害指數、萌發期、發芽密度、鮮葉產量、制茶品質等指標，并對不同茶樹品種在重慶茶區各性狀指標進行主成分分析，提取出累計貢獻率達到82.576%的3個主成分概括描述8 個茶樹性狀信息。主成分Y1解釋了總變異信息的39.244%，主要綜合3 個物候期性狀指標信息；主成分Y2中包含了原始信息的23.989%，主要反映了成活率、茶葉品質、鮮葉產量和耐旱性4個指標；主成分Y3包含了原始信息的19.343%，主要反映了發芽密度、感官審評得分2 個指標。結果表明在16 個茶樹中，浙農901、中茶112、TRI25、TRI23、中選10 號、浙農902、保靖黃金茶、川農黃芽早、玉筍、川沐28、馬邊綠1號、青心1號12個品種綜合得分超過CK，說明這12個茶樹品種能夠適宜重慶地區的栽培管理方式及氣候環境。其中浙農901、中茶112、TRI25、TRI23、中選10號等5個品種綜合得分明顯高于其他品種，說明這5個茶樹品種適應性最強，最適宜在重慶及相似茶區推廣應用。浙農901主要表現出物候期早、制茶品質優的特點，TRI25、TRI23、中茶112等3個品種有物候期早、產量高、制茶品質優的優勢，中選10號主要在物候期、產量、抗性方面表現突出。苔選03-10、浙農701、浙農702等3個品種綜合得分低于CK，此3 個品種不適宜在重慶茶區及相似茶區推廣種植。