赤峰市敖漢旗谷子品種主要農藝性狀與產量關系的主成分分析及綜合評價

李欣　李海東　李小平　閆立偉　黃碩　張葳葳　張嵐

摘 要 為研究谷子主要農藝性狀與產量的關系、篩選優質高產的谷子品種，從20個品種中初步篩選出適合內蒙古赤峰市敖漢旗種植的優良谷子品種6個，并采用主成分分析法對6個谷子品種的10個性狀表現進行分析。結果表明，4個主成分方差累計貢獻率達80.374%，主成分1的貢獻率最高，為33.583%。主成分標準化特征值說明，第1主成分反映品種的增產信息，歸為產量因子；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，赤優金苗1、赤優金苗4、赤谷K1、金苗K1、峰紅4可作為優勢品種于敖漢旗推廣種植，黃金苗不適宜在當地大面積推廣種植。

關鍵詞 谷子品種；農藝性狀；產量；相關性分析；主成分分析；內蒙古赤峰市敖漢旗

中圖分類號：S515 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.08.004

谷子是粟類作物的一種，學名粱（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]。谷子營養價值豐富，富含維生素、氨基酸和礦物質[2]。目前，我國谷子種植面積約為140萬hm2，年產量約為450 t，種質保存量居世界首位[3-4]。

內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、溫差大等氣候優勢條件，敖漢旗生產的谷米品質優良。然而，近幾年由于品種繁雜、栽培技術不完善等，谷子種植豐產不優質、優質不高產等問題相繼出現，制約了當地谷子產業的發展。因此，篩選高產優質的品種、引領地區科學化產業化種植一直是敖漢旗的研究重點，對于敖漢旗谷子產業的發展具有重要意義。

谷子的各種農藝性狀受品種遺傳特性、栽培方法、環境條件等多種因素影響[5-6]。目前，對谷子農藝性狀的研究主要是采用相關分析、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、穗粒數等農藝性狀與產量的關系[7-9]。本文主要采用主成分分析法對6個谷子品種的10個農藝性狀進行研究，分析主要農藝性狀與產量的關系，為谷子高效合理栽培、篩選適宜敖漢旗種植的優良品種提供理論依據。

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、赤優金苗1、赤優金苗4、峰紅4、黃金苗、金苗K1。對照品種為傳統品種黃金苗。試驗周期為3年。試驗地地勢平坦，肥力均勻。

1.2 試驗設計和計算方法

1.2.1 試驗設計

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

農藝性狀測量方法參照《植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南谷子》（NY/T 2425—2013）：生育期為從出苗到谷穗完熟期之日的天數；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節間的直徑；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；單穗質量為單穗的測量質量；穗粒質量為單穗籽粒數的質量；千粒重為1 000個谷粒的質量；出谷率為單穗所獲粒質量占單穗質量的百分比；產量為將小區內所收獲的谷穗風干至恒質量時，脫粒稱質量，并折算成每公頃的產量。

1.2.2 計算方法

主成分分析法是利用降維的思想，把多個變量指標轉化為幾個主要指標，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率得到權重，建立綜合評價函數模型[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，分析與產量相關的影響因子。

2）根據戴麗君等人研究方法得出主成分系數矩陣，公式為[11]

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

3）根據主成分系數矩陣，計算各主成分因子得分，公式為

式中：Zx為各性狀原始數據標準化后矩陣。

4）計算每個主成分的方差貢獻率，公式為

式中：ti為各成分方差貢獻率[9、11、15]。

1.3 數據處理

數據采用Microsoft office Excel 2007和SPSS27.0軟件進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 不同谷子品種農藝性狀的差異性分析

如表1所示，不同谷子品種的667 m2產量處于326.03～

486.21 kg，且存在差異性。赤優金苗1 667 m2產量最高，為486.21 kg，與其他5個品種的產量存在顯著差異；對照品種黃金苗667 m2產量最低，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，單穗質量分布在12.39～16.42 g，單穗粒質量分布在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得知，不同品種離散系數為2.16%～17.28%。離散系數大小依次為莖稈直徑＞667 m2產量＞單穗粒質量＞穗長＞單穗質量＞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較小，較不易被改變；而莖稈直徑和單穗粒質量離散系數大，表明不同谷子品種的單穗粒質量、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藝性狀的相關性分析

如表2所示，谷子不同性狀間的相關系數差異明顯。其中，667 m2產量與單穗質量、千粒重呈顯著正相關，與單穗粒質量、出谷率呈極顯著正相關，說明隨著單穗粒質量、出谷率、單穗質量的增加，667 m2產量也會隨之提高。因此，在提高谷子產量時，可以從提高單穗粒質量入手。此外，株高與莖稈直徑呈顯著正相關，穗直徑與莖稈直徑呈顯著負相關，穗直徑與出谷率呈極顯著負相關，單穗質量與單穗粒質量呈極顯著正相關，單穗粒質量與出谷率呈顯著正相關。這說明株高越高、莖越粗，出谷率越高，單穗粒越重，667 m2產量越高。同時，說明各農藝性狀之間具有相互促進和制約的作用，是一個有機的整體，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貢獻率最高，為33.583%。這4個主成分累計貢獻率達80.374%，因此可以作為谷子品種主要農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，載荷系數認為是原始指標與各主成分之間的相關系數。由表4可知，在主成分1的特征向量中，667 m2產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量、單穗質量、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。可知決定第1主成分大小的主要是這5個因子，可以歸為產量構成因子，是谷子產量的綜合評價首要指標。在提升谷子產量時，可考慮通過灌漿期增施鉀肥和硼鉬肥，促進谷子有機物積累，進而提高單穗粒質量、千粒重、667 m2產量。

由表4可知，在主成分2的特征向量中，載荷較高且為負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，體現谷子的生長特性。谷子株高、莖稈直徑是谷子營養生長階段的表現，而過多的營養生長會抑制生殖生長，進而影響產量。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。控制株高和莖稈直徑的過度生長，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，干物質積累越多，產量會有相應的提升。在生產中，地域不同，氣候不同，因此要結合地域的氣候特點，在適當增加生育期天數以獲取更高產量，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的主要構成因素。在實際谷子生產中，穗長在一定程度上影響產量的提升，也影響其他農藝性狀。因此，研究穗長對品種的綜合影響也具有一定意義。

2.4 主成分系數矩陣和綜合系數矩陣

以初始因子主成分矩陣中各分量的系數除以相應特征值平方根，進一步將初始因子載荷矩陣轉換為主成分標準系數矩陣，結果如表5所示。由表5可知，各農藝性狀指標主成分得分排序為單穗粒質量＞單穗質量＞667 m2產量＞株高＞千粒重＞出谷率＞生育期＞穗直徑＞莖稈直徑＞穗長，說明單穗粒質量、單穗質量作為產量構成因子，對產量的影響最大，起主要作用。這與張霞等、任芹勇等的研究結果一致[8，14]。而其他農藝性狀指標數值與單穗粒質量、單穗質量差異較大，對產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。根據結果可以看出，赤優金苗1的綜合得分最高，為0.82；赤優金苗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，綜合性狀優勢已經不明顯。赤優金苗1、赤優金苗4、赤谷K1、峰紅4和金苗K1為綜合性狀優勢品種，可加大推廣力度，增加當地品種選擇多樣性。

3 結論與討論

3.1 結論

6個谷子品種產量差異顯著，說明在選擇品種時，產量為評定品種的重要因素。在產量構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藝性狀的大部分信息，累計貢獻率達80.374%。主成分1貢獻率最高，為33.583%，主要顯示谷子的產量及產量構成因子信息，結合主成分農藝性狀權重系數得分可知，單穗粒質量、單穗質量、千粒重、出谷率在主成分分析中對產量影響較大，說明可通過優化田間管理來提高穗粒質量、單穗質量、千粒重，進而實現最終產量的提高。

根據對6個谷子品種農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，依次為赤優金苗1、赤優金苗1、赤谷K1、金苗K1、峰紅4。黃金苗產量及綜合評價得分較低，已經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劣，對在生產中綜合判斷和選擇優良品種具有重要技術支撐作用。同時，評價一個品種不僅要看產量水平，還要兼顧品種的品質、倒伏、抗病性、適應性、口感、消費者喜愛度等多種指標。在本實驗的基礎上，可對肥水需求、種植密度等栽培因素對谷子產量的影響進行進一步研究，為篩選優質高產谷子品種提供理論支撐。

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（責任編輯：劉寧寧）

收稿日期：2024-03-10

作者簡介：李欣（1987—），碩士，農業技術員，主要從事作物生產技術指導。E-mail：15049938639@163.com。