主成分分析法在矮牵牛种苗质量评价上的应用

2017-12-06刘洪见张旭乐陈义增钱仁卷张庆良章莉莉

浙江农业科学 2017年11期

关键词：矮牵牛种苗感官

刘洪见，郑坚，张旭乐，陈义增，钱仁卷，张庆良，章莉莉

(浙江省亚热带作物研究所，浙江温州 325005)

主成分分析法在矮牵牛种苗质量评价上的应用

刘洪见，郑坚*，张旭乐，陈义增，钱仁卷，张庆良，章莉莉

(浙江省亚热带作物研究所，浙江温州 325005)

利用株高、叶片长度、叶片宽度、地上部分鲜重、根系颜色、根团质量、冠幅、叶片数等指标，通过主成分分析法建立矮牵牛种苗质量综合评价模型。分析结果表明,第1～5主成分代表了评价指标85.4%的信息。经验证，根据主成分综合得分划分矮牵牛种苗等级,分析结果与其他评价方法得出的结论高度一致。

矮牵牛；种苗；质量评价；主成分分析法

矮牵牛(Petuniahybrida)系茄科矮牵牛属植物，多年生草本，常作一二年生栽培，是布置花地坛、花境的重要材料。其花色丰富，既可盆栽，也可大面积地栽形成地被，在花台及花坛大面积成簇栽培，五彩缤纷之景观颇为悦目。矮牵牛是温州地区近年来主栽草花之一，对于矮牵牛的种苗需求较大。在育苗过程中，由于种子质量、基质、肥水及气候等因素影响，容易导致种苗生长不均匀，种苗质量存在差异，降低了种苗群体质量，从而影响后期种植，增加了后期栽培管理难度，影响成花出圃时间和整齐度，因此，有必要对种苗进行评价分级。目前，矮牵牛种苗分级主要靠育苗者经验和感官进行，本文利用主成分分析法构建矮牵牛种苗质量评价模型，以便为矮牵牛种苗评价分级提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

2015年9月25日在浙江省亚热带作物研究所瓯海泽雅高山育苗基地选取可以出圃的矮牵牛种苗200穴育苗盘3片，随机选取种苗200株，测定其株高、叶片长度(完全展开叶片，下同)、叶片宽度、地上部分鲜重、根系颜色、根团质量、冠幅、叶片数、叶绿素含量及种苗感官等指标。

叶绿素含量采用SPAD502叶绿素仪测定。根系颜色凭借感官打分的方式进行测定，白色3分，黄色2分，褐色或者黑色1分。根团质量指矮牵牛幼苗在穴盘中生长状况，包括根系生长量，根毛的数量等，测定方法也采用感官打分的方式，根系生长良好、数量多布满营养穴能很好的包裹基质、根毛较多则记为2分，根系生长较差、数量较少不能很好包裹基质则记为1分，根系腐烂，根量极少记为0分。种苗质量感官等级由育苗专家根据种苗的综合长势、感官进行分级，分3级，种苗质量1级优于2级优于3级。

1.2 分析方法

主成分分析法是将原来指标重新组成一组新的互相无关的几个综合指标(即主成分)来代替原来指标,用几个较少的综合指标来反映原来指标的一种统计方法,已广泛应用在许多领域[1-4]。通过主成分分析法对矮牵牛种苗的质量进行综合评价,利用降维的原理,把原来较多的评价指标用较少的几个综合指标来代替,综合指标保留了原有指标的绝大多数信息,且彼此之间不相关,能把复杂的问题简单化[5-6]。

主成分分析是利用变量族的少数几个线性组合来解释多维变量的协方差结构,挑选最佳变量子集,简化数据,揭示变量间关系的一种多元统计分析方法[1-2]。其在矮牵牛种苗质量评价中的应用是利用评价指标建立原始数据矩阵,经过标准化和相关矩阵的计算,分别求出相关矩阵的特征向量、特征根及主成分的方差贡献率、累积贡献率,根据累积贡献率选择主成分的个数,建立主成分方程,然后计算各主成分得分和综合得分,根据综合得分区间划分矮牵牛种苗等级。

1.3 数据统计

数据采用SPSS 13.0软件进行分析统计。

2 结果与分析

2.1 评价指标的选择

为了保证评价模型的有效性，必须保证评价指标与种苗等级有显著的相关性，因此需要对评价指标与种苗感官等级做相关性分析，以选取与种苗质量有显著相关的指标作为评价指标。

从表1可以看出,除了叶绿素(x9)之外，种苗质量感官等级(x10)和株高(x1)、地上部分鲜重(x8)、叶片数(x2)、冠幅宽(x3)、根系颜色(x4)、根团质量(x5)、叶长(x6)、叶宽(x7)之间的相关系都达到了显著、极显著的水平。所以排除叶绿素作种苗质量评价之外，其余皆保留。

表1 矮牵牛种苗质量等级与评价指标之间的相关系数

对剩余的观测指标进一步进行主成分分析，得到各主成分的特征向量、特征值及累积贡献率(表2),并提取主成分。提取主成分的个数一般要求累积贡献率>85%。据此试验结果，提取了5个主成分,各主成分的方差贡献率分别为38.7%、15.5%、12.3%、11.2%、7.6%,累积贡献率达85.4%,它们代表了种苗质量85.4%的信息。

表2 矮牵牛种苗质量评价指标主成分的分析结果

2.2 综合模型的构建

根据主成分计算公式可以得到5个主成分与原8指标的线性组合方程：

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。

根据以4个主成分Z1、Z2、Z3、Z4与其方差贡献率构建出预测评价模型Y,Y是主成分Z1、Z2、Z3、Z4的线性组合：

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

利用该模型对矮牵牛的种苗进行评价，部分结果如表3所示。

表3 矮牵牛部分种苗原始测定值及主成分值

对矮牵牛的感官评价等级和主成分综合评价模型得分进行相关性分析发现，种苗的质量感官等级和主成分综合评价模型得分存在极显著的负相关，即综合评价模型得分越高，则种苗质量感官等级越低，种苗质量越好。其线性回归模型：

Y=-0.781 4x10+5.921。

其中Y为主成分综合评价模型得分，x10为种苗质量感官等级。

根据线性回归模型，得出矮牵牛种苗质量感官评价等级与主成分综合评价模型得分的对应关系如表4所示。

表4 矮牵牛种苗质量感官评价等级与主成分综合评价模型得分的对应关系

3 小结与讨论

通过对矮牵牛的株高、叶片长度、叶片宽度、叶片数、地上部分鲜重、根系颜色、根团质量、叶绿素含量等8项评价指标进行主成分分析，建立了矮牵牛种苗质量分级模型。验证结果表明，通过主成分分析法建立综合评价模型评价矮牵牛种苗质量等级，与对种苗进行感官分级的结果有较高的一致性，这说明主成分综合评价模型能很好地评价矮牵牛的种苗质量。

由于本模型具有实际的评价指标，在矮牵牛种苗的实际生产过程中，可根据本模型评价指标，即株高、叶片数、冠幅、根系颜色、根团质量，检测种苗生长状况，及时调整好肥水管理措施，改善光照和通风条件，从而提高矮牵牛的种苗质量，为生产高质量的种苗提供借鉴。

[1] 夏建国,李廷轩,邓良基,等.主成分分析法在耕地质量评价中的应用[J].西南农业学报,2000,13(2):51-55.

[2] 戴素贤,谢赤军,陈栋,等.七种高香型乌龙茶香气成分的主成分分析[J].华南农业大学学报,1999,20(1):113-117.

[3] 杨坚,童华荣,贾利蓉.豆腐乳感官和理化品质的主成分分析[J].农业工程学报,2002,18(2):131-135.

[4] 姚治军,刘宝琴,高迎春.基于区域发展目标下的水资源承载能力研究[J].水科学发展,2005(1):109-113.

[5] 范国忠.现代统计分析方法[M].北京:中国统计出版社,1992.

[6] 裴鑫德.多元统计分析及其应用[M].北京:北京农业大学出版社,1991.

(责任编辑：吴益伟)

2017-09-15

浙江省农业科学院科技创新能力提升工程项目(2014CX014)；温州市种子种苗科技创新项目(N20140014)；温州市瓯海区农业科技开发项目(N20140021)；浙江省成功资金转化项目(2013D7003)

刘洪见(1977—)，男，湖南永兴人，助理研究员，硕士，从事观赏园艺与园林植物研究工作，E-mail：solo1000@163.com。

郑坚，副研究员，从事林业技术开发与推广方面的工作，E-mail：zjyzs@126.com。