黃淮海間作大豆耐陰性綜合評價及其鑒定指標篩選

晏云 李林 亢江飛 方社法 陳穎民 郭建秋

摘要：為了篩選耐陰大豆品種及確定相關大豆耐陰指標，以29個適宜在黃淮海地區種植的大豆品種（系）為試驗材料，設正常光照（大豆單作）和遮光（大豆‖玉米間作）2個處理，以株高等16個性狀指標的耐陰系數為數據，運用相關性分析、主成分分析、隸屬函數法、系統聚類和逐步回歸分析法綜合分析和評價大豆耐陰性。結果表明：與對照（單作）相比，經遮光（間作）后，參試大豆各性狀指標變化趨勢不同，通過對16個性狀指標耐陰系數進行相關性分析發現，性狀指標間的耐陰系數存在顯著或極顯著相關性；利用主成分分析法，將16個性狀指標耐陰系數轉換成6個相互獨立的綜合指標，包含81.530%的信息量；利用隸屬函數法計算各參試大豆材料耐陰性綜合評價D值，以D值為數據，通過聚類分析將29個大豆品種（系）分為３大類：強耐陰型（6 個）、中等耐陰型（22 個）和弱耐陰型（1 個）；利用逐步回歸分析法建立評價耐陰性的最優回歸方程：D=-1.750+0.086X8+0.449X9+0.978X15+0.090X7+0.056X4+0.306X12+0.434X16+0.003X6，R為0.990，調整的R2為0.971，殘差的標準差為0.019 18。篩選出單株粒質量、百粒質量、營養生長期、單株粒數、有效分枝、產量、生殖生長期和無效莢數8項性狀指標可作為黃淮海間作大豆耐陰鑒定指標。

關鍵詞：間作；大豆；耐陰性；綜合評價；鑒定指標

中圖分類號：S565.103.7? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）23-0088-07

大豆源自我國［1］，是食用油脂、植物蛋白和蛋白飼料的主要來源［2-3］。隨著經濟發展和人民生活水平的提高，我國大豆需求不斷上升，而國內供給卻不充足，高度依賴進口［4-6］。由于大豆單產不高，種植效益較低，我國大豆種植面積不斷減少。大力發展大豆玉米帶狀間套作種植模式有利于促進土地高效利用，緩解作物爭地矛盾，提升國內大豆總產量，減少進口依賴，保障國家糧食安全［7-8］。

在大豆‖玉米間作條件下，大豆生長受到玉米植株遮光影響，導致大豆植株生長過旺，株高增加，易倒伏，從而影響大豆的產量和品質，限制了間作種植模式的應用和推廣［9-13］。因此，建立準確科學的耐陰大豆評價模型，篩選種植區域內耐陰性強的大豆品種，對選育耐陰大豆品種和推廣大豆-玉米間作種植模式意義重大。

目前，適宜在黃淮海地區間作種植的耐陰大豆品種匱乏，同時缺少黃淮海地區耐陰大豆綜合評價體系，限制了黃淮海地區大豆-玉米帶狀間作種植模式的推廣與應用。本研究以29個適宜在黃淮海地區種植的大豆品種（系）為試驗材料，設正常光照（大豆單作）和遮光（大豆‖玉米間作）處理，以16個性狀的耐陰系數為數據，利用多元統計方法分析大豆耐陰性，建立評價大豆耐陰性的回歸方程，確定相關耐陰指標，為篩選適宜在黃淮海地區間作的耐陰大豆品種提供理論依據，同時提供耐陰種質資源。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用玉米材料為洛陽市農林科學院玉米研究所提供的洛單30，所用大豆品種（系）29個，具體名稱及來源信息見表1。

1.2 試驗地概況

試驗于2022年在洛陽市農林科學院試驗地進行，土壤為中壤土，肥力中等，地力均勻，灌溉條件良好，四周無遮陰。

1.3 試驗設計

試驗采用裂區設計，主區為光照處理，設正常光（大豆單作）和遮光（大豆‖玉米間作）處理，副區為品種（系），重復３次。間作采用2行玉米+4行大豆種植方式，玉米和大豆之間行距為70.5 cm，玉米之間行距為40 cm，大豆之間行距為33 cm。玉米株距為10.6 cm，大豆株距為12 cm。玉米種植密度為6.75萬株/hm2，大豆種植密度為12萬株/hm2。小區面積為11.2 m2（長4.0 m、寬2.8 m）。大豆單作模式下，大豆密度為18.75萬株/hm2，行距 40 cm，株距13.3 cm。每個品種種植7行，小區面積 11.2 m2（長4.0 m、寬2.8 m）。

2022年6月23日同時播種大豆和玉米，10月10—22日收獲大豆。10月25日收獲玉米。按照大田生產進行其他田間管理。

1.4 試驗方法

1.4.1 調查項目及方法 在大豆成熟期，對各小區的中間一行連續10株大豆植株進行考種，取平均值。調查株高（X1）、底莢高（X2）、主莖節數（X3）、有效分枝（X4）、有效莢數（X5）、無效莢數（X6）、單株粒數（X7）、單株粒質量（X8）、百粒質量（X9）、第8節間長粗比（X10）、最低分枝高（X11）；產量（X12）（全區收獲，折合成公頃產量）、成熟期倒伏率（X13）（測定成熟期大豆主莖與地面傾斜角度，計算角度小于30°的植株比例）、生育期（X14）、營養生長期（X15）（出苗至R1［14］）、生殖生長期（X16）（R1～R8）［14］。

1.4.2 綜合分析 參試大豆材料的以下相關指標計算參考謝志堅等的方法［15］。

耐陰系數（STC）＝間作性狀指標值／單作性狀指標值。

綜合指標值的隸屬函數值Ｕ（Ｆj）＝（Ｆj-Ｆmin）／（Ｆmax－Ｆmin）。主成分提取規則：特征值>１；Ｆj代表各參試大豆材料第 j個主成分因子的得分，Ｆmin代表各參試大豆材料第 j個主成分因子的得分最小值，Ｆmax代表各參試大豆材料第j個主成分因子的得分最大值。

通過平方歐氏距離和組間聯接法對所有參試大豆材料的耐陰性綜合評價D值進行系統聚類。

通過逐步回歸分析法建立評價大豆耐陰性的最優回歸方程。

1.5 數據分析

利用Excel軟件對數據進行整理計算，利用SPSS軟件進行多元統計分析。

2 結果與分析

2.1 單項性狀指標的耐陰系數及其相關性分析

由表2可知，大豆‖玉米間作種植模式產生的遮光對大豆成熟期倒伏率（X13）和無效莢數（X6）影響最大，耐陰系數變異系數別為234.51%、88.28%；其次對單株粒質量（X8）、單株粒數（X7）、底莢高（X2）、有效莢數（X5）、有效分枝（X4）、產量（X12）、第8節間長粗比（X10）、最低分枝高（X11）、株高（X1）和主莖節數（X3）影響較大，變異系數分別達到44.00%、36.47%、35.65%、34.05%、33.62%、23.71%、23.52%、17.26%、12.36%和10.96%；對營養生長期（X15）、生殖生長期（X16）、生育期（X14）和百粒質量（X9）影響較小，變異系數分別為3.84%、4.50%、5.23%和7.67%（表2）。與對照（大豆單作）相比，不同大豆品種（系）經過間作遮光影響后，產量（X12）均減少（STC<1），而成熟期倒伏率（X13）和生育期（X14）均增加（STC>1），其余性狀指標在不同大豆材料中表現的變化情況不一致，有的增加（STC>1），有的減少（STC<1），同時，各指標在不同大豆材料中變化幅度也不相同（表2）。因此，將單一性狀指標STC作為評判大豆耐陰性的標準，容易造成偏差，不夠全面。

由表3可知，指標間的耐陰系數存在顯著或者極顯著的相關性， 各單項性狀指標顯示的信息存在重疊情況。例如產量（X12）與底莢高（X2）、百粒質量（X9）呈顯著正相關關系，與單株粒質量（X8）呈極顯著正相關關系，與無效莢數（X6）呈顯著負相關關系；單株粒質量（X8）與有效莢數（X5）、單株粒數（X7）、產量（X12）呈極顯著正相關關系。說明大豆的耐陰性不能直接通過單個指標的耐陰系數進行科學、有效地判斷，應通過多元統計方法來綜合評判。

2.2 耐陰性綜合分析

2.2.1 主成分分析 由表4可知，主成分分析提取到6個主成分（綜合評價指標），結果顯示 6 個綜合評價指標F1～F6的貢獻率分別為26.140%、18.008%、12.613%、9.919%、7.771%和7.077%，累計貢獻率為81.530%（表4），6個主成分包含了81.530%的信息量，所以選擇6個主成分即可評價大豆耐陰性。

由表4可知，第1主成分包含有效分枝（X4）、有效莢數（X5）、單株粒數（X7）和第8節間長粗比（X10），可以顯示26.140%的信息量；第2主成分包含成熟期倒伏率（X13），可以顯示18.008%的信息量；第3主成分包含株高（X1）、主莖節數（X3）、單株粒質量（X8）、產量（X12）和生殖生長期（X16），可以顯示12.613%的信息量；第4主成分包含生育期（X14）、營養生長期（X15），可以顯示9.919%的信息量；第5主成分包含底莢高（X2）和無效莢數（X6），可以顯示7.771%的信息量；第6主成分包含百粒質量（X9）和最低分枝高（X11），可以顯示7.077%的信息量。

2.2.2 隸屬函數分析 根據隸屬函數值計算公式得出29個大豆材料的6個綜合指標值的隸屬函數值（表5）。相同綜合指標下，隸屬函數值（范圍：0～1）越大表明耐陰性越強，數值越小說明耐陰性越弱。比如洛豆1027-1在第1個綜合指標評價下耐陰性最強［U（F1）= 1］，洛豆0917-2在第2個綜合指標評價下耐陰性最強［U（F2）= 1］，齊黃34在第3個綜合指標評價下耐陰性最強［U（F3）= 1］，洛豆1037-1在第4個綜合指標評價下耐陰性最強［U（F4）= 1］，洛豆7號在第2個綜合指標評價下耐陰性最弱［U（F2）= 0］。

2.2.3 綜合指標權重 由表4可知，6個綜合指標（主成分）貢獻率分別為26.140%、18.008%、12.613%、9.919%、7.771%和7.077%，根據綜合指標的權重計算公式得出權重分別為0.321、0.221、0.155、0.122、0.095和0.087（表5）。

2.2.4 綜合評價及分類 由表5可知，按照耐陰性綜合評價值公式計算出29個品種（系）耐陰性綜合評價D值。按照D值大小對各大豆品種（系）的耐陰性進行排序， 洛豆0917-2 D值最大， 為0.722，耐陰性最強，洛豆7號D值最小，為0.239，耐陰性最弱。以D值為數據進行系統聚類，將 29個大豆品種（系）分為3類：第Ⅰ類為強耐陰型，包括洛豆0917-2、洛豆1027-1、齊黃34、洛豆11031、洛豆1037-1和洛豆11018-3等6個品種（系）；第Ⅱ類為中等耐陰型，包括洛豆1040-1等22個品種（系）；第Ⅲ類為弱耐陰型，只有洛豆7號1個品種（系）（圖1）。

2.3 建立逐步回歸方程及篩選耐陰鑒定指標

將所有參試大豆的D值作為因變量，16個性狀指標的耐陰系數作為自變量，通過逐步回歸的方法建立最優的逐步回歸方程：D=-1.750+0.086X8+ 0.449X9+0.978X15+0.090X7+0.056X4+0.306X12+0.434X16+0.003X6，R為0.990，調整的R2為0.971，殘差的標準差為0.019 18。R越接近1，線性回歸關系越緊密；調整的R2越大，方程擬合效果越好；殘差的標準差越小，建立的方程準確度越高。分析該方程可知，單株粒質量（X8）、百粒質量（X9）、營養生長期（X15）、單株粒數（X7）、有效分枝（X4）、產量（X12）、生殖生長期（X16）和無效莢數（X6）的耐陰系數顯著影響大豆的耐陰性，通過這8項性狀指標可以簡化鑒定工作，利用這些性狀指標建立的回歸方程擬合度好且準確度高，可用來綜合分析和評價黃淮海地區大豆‖玉米間作條件下的大豆耐陰性。

3 結論與討論

與對照大豆單作模式相比，大豆在間作模式下，后期受玉米遮光影響，株高、無效莢數、成熟期倒伏率、第8節間長粗比、最低分枝高和生育期總體增加（STC均值>1），有效分枝、有效莢數、單株粒數、單株粒質量和產量總體下降（STC 均值<1），其與前人研究結果［16-20］相似。在間作種植模式下，大豆產量主要受到蔭蔽脅迫的限制。因此，建立適宜黃淮海地區的耐陰大豆評價體系是十分有必要的。

前人對耐陰大豆的評價模型和鑒定指標進行了一些研究，陳懷珠等通過遮陽網模擬間套種遮光情況，利用株高等7個受蔭蔽影響顯著的性狀指標的綜合耐陰系數來分析大豆耐陰性，這種評定方法容易操作，但沒有考慮到各指標對耐陰性起到的作用不一樣，所顯示的信息會有重疊，從而影響最終的結果［9，21］。作物的耐陰性是一個十分復雜的性狀，大豆對光照十分敏感，在蔭蔽條件下，其生長受到氣候地理環境、遮光程度、種植方式及品種類型等多種因素的影響，因此，評價大豆耐陰性時，要綜合分析所研究的性狀指標。通過主成分分析、隸屬函數法等多元統計分析方法綜合評價大豆耐陰性，已逐漸成為目前一種主流和可靠的綜合評價方式。武曉玲等在日光溫室內創造正常光照和弱光條件，通過多元統計分析方法分析大豆苗期（生長到 20 d）的性狀指標耐陰系數，建立了大豆耐陰性的數學評價模型，并且篩選出葉片干質量等4個苗期耐陰鑒定指標［19］。趙銀月等在田間大豆‖玉米帶狀間作種植條件下，通過多元統計分析方法分析大豆性狀指標的耐陰系數，建立評價大豆耐陰性的回歸方程，同時篩選出相關耐陰性鑒定指標，利用系統聚類將大豆分成強、中、弱3 種耐陰類型［16-17，22］。

本研究在黃淮海地區大田生產中推廣的大豆‖玉米帶狀間作種植模式下產生的的自然遮光條件下進行，與對照（大豆單作）相比，經遮光（間作）后，參試大豆各性狀指標變化趨勢不同，通過對株高等16個性狀指標耐陰系數進行相關性分析發現，性狀指標間的耐陰系數存在顯著或極顯著相關性，與前人研究結果［16-19］相似。利用主成分分析將參試大豆的16個單項指標轉換成6個綜合指標，利用隸屬函數法計算出參試大豆的耐陰性綜合評價D值，通過聚類分析將29個大豆品種（系）分為3種類型：強耐陰型、中等耐陰型和弱耐陰型，其中強耐陰型包含洛豆0917-2、洛豆1027-1、齊黃34、洛豆11031、洛豆1037-1和洛豆11018-3等6個品種（系）；中等耐陰型包含洛豆1040-1等22個品種（系）；弱耐陰型包含洛豆7號1個品種（系）。利用逐步回歸分析法建立評價大豆耐陰性的最優回歸方程為D = -1.750+0.086X8+0.449X9+0.978X15+0.090X7+0.056X4+0.306X12+0.434X16+0.003X6，篩選出單株粒質量、百粒質量、營養生長期、單株粒數、有效分枝、產量、生殖生長期和無效莢數8項性狀指標作為黃淮海間作大豆耐陰鑒定指標。同時，篩選出的洛豆0917-2等強耐陰型大豆可作為培育耐陰大豆的種質資源，也是研究大豆耐陰生理生態機制的優良材料。

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