基于主成分分析的葡萄中短剪結(jié)實(shí)性狀分析

史洪琴　蔣麗光

摘要：采用SPSS 19.0軟件，對11種葡萄（Vitis L.）品種冬季中短剪（剪留4～8芽為主，剪留1～3芽為輔）后主要結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)（結(jié)果枝總數(shù)、新梢結(jié)果枝率、果穗數(shù)、果穗重、結(jié)果母枝直徑）進(jìn)行主成分分析，通過降維處理，用3個(gè)新的主成分代表原有的5個(gè)指標(biāo)，且反映出了93.817%以上的原始指標(biāo)信息。實(shí)踐證明，分析結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際表現(xiàn)類似，體現(xiàn)出主成分分析法對葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀的分析科學(xué)、簡便；建議綜合主成分值在-0.97以下的葡萄品種不宜采用中短剪修剪方式，而綜合主成分值在0.02以上的均可采用中短剪修剪方式。

關(guān)鍵詞：葡萄（Vitis L.）；修剪；結(jié)實(shí)性狀；主成分分析

中圖分類號：S663.1；S605+.1；Q944.59 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）22-5431-03

主成分分析是統(tǒng)計(jì)學(xué)上利用降低數(shù)據(jù)集的維數(shù)，將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合性指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)方法[1]，所得到的少數(shù)新綜合變量能反映原來多個(gè)變量所提供的主要信息[2]。該方法以各主成分相應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，可避免人為賦予權(quán)重造成的干擾，為多指標(biāo)多品種的樣品綜合評價(jià)提供了一種客觀、可行的方法[3]，由于主成分綜合變量相互獨(dú)立，當(dāng)主成分值作為優(yōu)種選擇指標(biāo)時(shí)，就可以較準(zhǔn)確地了解各性狀的綜合表現(xiàn)，這在科學(xué)研究中具有一定的理論和實(shí)際意義[4]?，F(xiàn)在主成分分析已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)科學(xué)研究中[5-9]，因此試驗(yàn)利用主成分分析方法，對葡萄（Vitis L.）栽培管理中的中短剪與結(jié)實(shí)性狀的相關(guān)性進(jìn)行了分析，以期為貴州省遵義市在葡萄生產(chǎn)管理上制訂技術(shù)規(guī)程提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料及田間管理

試驗(yàn)園年均溫14.6 ℃，年均降雨量1 200 mm左右，全部壟栽，株行距1.8 m×3.0 m，避雨栽培。供試品種有藤稔（Vitis vinifera L.× V. labrusca L.cv. Fujiminori）、美人指（V. vinifera cv. Manicure Finger）、紅高（V. vinifera cv. Benitaka）、水晶（V. vinifera ×V. labrusca cv. Crystal）、溫克（V. vinifera cv.Wink）、摩爾多瓦（V. vinifera × V. labrusca cv. Moldova）、紅富士（V. vinifera × V. labrusca cv. Benifuji）、巴拉迪（Vitis vinifera×V. labrusca cv. Baladí）、 紅玫瑰（Vitis vinifera cv. Rosario Rosso）、維多利亞（V. vinifera cv.Victoria）、 紅地球（V. vinifera cv. Red Globe）；每品種在田間隨機(jī)抽取，每3株1個(gè)小區(qū)，重復(fù)3次。2012年冬季疏除當(dāng)年的結(jié)果母枝，選4～5個(gè)直徑在0.8 cm的營養(yǎng)枝作為次年的結(jié)果母蔓，結(jié)果母蔓在修剪上以中剪（留4～8個(gè)芽）為主，以短剪（留1～3芽）為輔。開春后抹除副芽，營養(yǎng)枝留8葉修剪，所有副梢留1～2芽反復(fù)摘心多次。

1.2 方法

2013年4月中旬，在葡萄果實(shí)成熟期對影響葡萄結(jié)果性能的主要指標(biāo)進(jìn)行調(diào)查記錄，各指標(biāo)分別是結(jié)果枝數(shù)、果穗總數(shù)、結(jié)果母枝直徑、新梢結(jié)果枝率、果穗重。從原始記錄的各品種中短剪結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)出發(fā)，應(yīng)用SPSS 19.0軟件中降維模塊的因子分析方法，找出方差分解主成分提取分析表、相關(guān)系數(shù)矩陣、初始因子載荷矩陣，以性狀累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到85%以上的確定為主成分的數(shù)量。經(jīng)轉(zhuǎn)化求特征向量，將其與標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)相乘，推出主成分表達(dá)函數(shù)式；計(jì)算各品種的各主成分，以各主成分方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，求出各品種的綜合主成分值。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)主成分分析

在主成分分析中，主成分的特征根和貢獻(xiàn)率是選擇主成分的依據(jù)[4]，方差越大，主成分在樣本數(shù)據(jù)分析中所起的作用也就越大[10]。試驗(yàn)從主成分分析所得到的結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)方差貢獻(xiàn)率和累積方差貢獻(xiàn)率情況見表1。從表1可見，前3個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為93.817%，說明這3個(gè)主成分足以代表原有性狀，可以作為葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)的主成分。依據(jù)主成分與原結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)的關(guān)系， 計(jì)算得到葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀相關(guān)矩陣的特征向量，具體見表2。

推導(dǎo)出的3個(gè)主成分函數(shù)表達(dá)式分別為：

y1=0.51x1﹢0.50x2-0.25x3﹢0.42x4﹢0.07x5（1）

y2=-0.06x1﹢0.03x2﹢0.07x3-0.01x4﹢0.99x5 （2）

y3=0.11x1﹢0.10x2﹢0.95x3﹢0.25x4-0.06x5 （3）

主成分是原變量的正規(guī)化線性組合，主成分中各性狀載荷值的大小體現(xiàn)了各性狀在主成分中的重要程度[4]。從上述3個(gè)函數(shù)式可知，第一主成分是有關(guān)結(jié)果枝數(shù)與果穗總數(shù)多少的，也是影響葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)的最主要因子；第二主成分是有關(guān)果穗重的；第三主成分是有關(guān)結(jié)果母枝直徑大小的。由此可見，中短剪后葡萄結(jié)實(shí)性狀的差異主要由結(jié)果枝的多少?zèng)Q定，其次是穗重、結(jié)果母枝粗細(xì)。

以累積方差貢獻(xiàn)率在93.817%的前3個(gè)主成分相對應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，將各主成分得分與對應(yīng)權(quán)重的積求和，得到綜合函數(shù)式：

F總=0.564F1+0.224F2+0.151F3 （4）

由式（4）計(jì)算出11個(gè)葡萄品種中短剪后結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)的綜合得分和排序，結(jié)果見表3。從表3可見，按照第一主成分值的大小進(jìn)行排序，則試驗(yàn)的各品種依次為藤稔、摩爾多瓦、水晶、維多利亞、紅富士、紅高、紅玫瑰、溫克、巴拉迪、美人指、紅地球；按第二主成分值的大小進(jìn)行排序，則依次為溫克、美人指、紅玫瑰、紅富士、紅地球、藤稔、摩爾多瓦、維多利亞、紅高、巴拉迪、水晶；按第三主成分值的大小進(jìn)行排序，則依次為溫克、紅玫瑰、紅地球、藤稔、摩爾多瓦、巴拉迪、紅高、紅富士、水晶、維多利亞、美人指。這個(gè)排序說明，在中短剪后參試的11個(gè)葡萄品種間結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)間存在差異，有趣的是第一主成分值的前三名是歐美雜種，第二、第三主成分值的前三名是歐亞雜種。

2.2 葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀綜合評價(jià)

從表3分析可見，參試的11個(gè)葡萄品種經(jīng)中短剪后，結(jié)實(shí)性狀的綜合主成分值排在前三名的分別是藤稔、摩爾多瓦、紅富士；排在后三名的分別是紅地球、美人指、巴拉迪，這后三名它們的綜合主成分值都小于0。水晶是本地的傳統(tǒng)品種，已栽培多年，在當(dāng)?shù)赜辛己玫目诒?，以它作對照，則藤稔、摩爾多瓦、紅富士、紅玫瑰、溫克都是優(yōu)勝者，而維多利亞、紅高、紅地球、美人指、巴拉迪將是被淘汰者。結(jié)合2013年當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)銷售情況，5個(gè)優(yōu)勝者均產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，維多利亞、紅高在生產(chǎn)中由于品質(zhì)較好，加上產(chǎn)量在11 250 kg/hm2左右，仍然具有一定的生產(chǎn)價(jià)值，可適當(dāng)發(fā)展；而最后三名成為實(shí)際的淘汰對象。由此可見，用主成分分析法對中短剪后葡萄結(jié)實(shí)性狀進(jìn)行分析，其結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)情況基本相符，所以主成分分析法可以作為葡萄生產(chǎn)擇優(yōu)分析的手段。

3 小結(jié)與討論

1）通過主成分分析，采用3個(gè)綜合的、相互獨(dú)立的主成分替代原有的結(jié)果枝數(shù)、果穗總數(shù)、結(jié)果母枝直徑、新梢結(jié)果枝率、果穗重5個(gè)結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)，3個(gè)主成分可提供涵蓋原性狀93.817%的信息，說明這3個(gè)主成分足以表達(dá)原有性狀，選優(yōu)結(jié)果簡便、科學(xué)，可以作為葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)的主成分應(yīng)用。

2）試驗(yàn)以以藤稔、摩爾多瓦、水晶、維多利亞、紅富士、紅高、紅玫瑰、溫克、巴拉迪、美人指、紅地球11個(gè)葡萄品種為對象，推導(dǎo)出葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀主成分的函數(shù)表達(dá)式，顯示出中短剪后葡萄結(jié)實(shí)性狀的差異主要由結(jié)果枝的多少?zèng)Q定，其次為果穗重、結(jié)果母枝粗細(xì)。

3）采用主成分分析法對11個(gè)葡萄品種中短剪后的結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)進(jìn)行排序，其結(jié)果與這11個(gè)品種在實(shí)際生產(chǎn)里的表現(xiàn)相近，表明主成分分析法在葡萄生產(chǎn)中具有實(shí)用意義，具備理論參考價(jià)值。

4）試驗(yàn)里第一主成分是有關(guān)葡萄結(jié)果枝量與果穗量多少的，第二主成分是有關(guān)果穗輕重的；而第一、第二主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為78.729%，接近80%，說明決定葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀的關(guān)鍵因子是果枝數(shù)、果穗數(shù)與果穗重，這也是符合葡萄結(jié)實(shí)特性規(guī)律的[11]。

5）試驗(yàn)得出的綜合主成分值在0以下的葡萄品種，其中短剪后的產(chǎn)量不能滿足生產(chǎn)上的要求，建議綜合主成分值在-0.97以下的葡萄品種不宜采用中短剪修剪方式，因此所采用的栽培管理方案應(yīng)該改進(jìn)；而綜合主成分值在0.02以上的均可采用中短剪修剪方式。但試驗(yàn)得出的結(jié)論是否適宜于葡萄的其他經(jīng)濟(jì)指標(biāo)還有待進(jìn)一步確認(rèn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋登蓉，張文英.主成分分析在作物科學(xué)研究中的應(yīng)用[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，9（5）：8-11，22.

[2] 裴鑫德.多元統(tǒng)計(jì)分析及其應(yīng)用[M].北京：北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1991.196-216.

[3] 白沙沙，畢金峰，王 沛，等.基于主成分分析的蘋果品質(zhì)綜合評價(jià)研究[J].食品科技，2012，37（1）：54-57.

[4] 郭寶林，楊俊霞，李永慈，等.主成分分析法在仁用杏品種主要經(jīng)濟(jì)性狀選種上的應(yīng)用研究[J].林業(yè)科學(xué)，2000，36（6）：53-56.

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[6] 吳代坤，羅治建，李雙龍，等.主成分分析法在核桃選優(yōu)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（25）：45-48.

[7] 袁軍偉，郭紫娟，馬愛紅，等.葡萄砧木抗寒性的鑒定與綜合評價(jià)[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（4）：99-103.

[8] 姚慶群，白昌軍，王文強(qiáng)，等.不同統(tǒng)計(jì)方法對豆科牧草種質(zhì)資源適應(yīng)性評價(jià)的比較[J].亞熱帶植物科學(xué)，2009，38（1）：26-30.

[9] 陳守智，李正麗，龍?jiān)戮?，?桃樹主要性狀指標(biāo)的主成分分析及與產(chǎn)量關(guān)系的研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，20（4）：544-547.

[10] 楊建華，李淑芳，范志遠(yuǎn)，等.美國山核桃主要經(jīng)濟(jì)性狀的主成分分析及良種選擇[J].浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)2011，28（6）：907-910.

[11] 李世誠，金佩芳，李宏義.巨峰葡萄副梢結(jié)果母枝結(jié)實(shí)特性的研究[J].園藝學(xué)報(bào)，1992，19（2）：117-122.

（責(zé)任編輯 王 珞）

2.2 葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀綜合評價(jià)

從表3分析可見，參試的11個(gè)葡萄品種經(jīng)中短剪后，結(jié)實(shí)性狀的綜合主成分值排在前三名的分別是藤稔、摩爾多瓦、紅富士；排在后三名的分別是紅地球、美人指、巴拉迪，這后三名它們的綜合主成分值都小于0。水晶是本地的傳統(tǒng)品種，已栽培多年，在當(dāng)?shù)赜辛己玫目诒?，以它作對照，則藤稔、摩爾多瓦、紅富士、紅玫瑰、溫克都是優(yōu)勝者，而維多利亞、紅高、紅地球、美人指、巴拉迪將是被淘汰者。結(jié)合2013年當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)銷售情況，5個(gè)優(yōu)勝者均產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，維多利亞、紅高在生產(chǎn)中由于品質(zhì)較好，加上產(chǎn)量在11 250 kg/hm2左右，仍然具有一定的生產(chǎn)價(jià)值，可適當(dāng)發(fā)展；而最后三名成為實(shí)際的淘汰對象。由此可見，用主成分分析法對中短剪后葡萄結(jié)實(shí)性狀進(jìn)行分析，其結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)情況基本相符，所以主成分分析法可以作為葡萄生產(chǎn)擇優(yōu)分析的手段。

3 小結(jié)與討論

1）通過主成分分析，采用3個(gè)綜合的、相互獨(dú)立的主成分替代原有的結(jié)果枝數(shù)、果穗總數(shù)、結(jié)果母枝直徑、新梢結(jié)果枝率、果穗重5個(gè)結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)，3個(gè)主成分可提供涵蓋原性狀93.817%的信息，說明這3個(gè)主成分足以表達(dá)原有性狀，選優(yōu)結(jié)果簡便、科學(xué)，可以作為葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)的主成分應(yīng)用。

2）試驗(yàn)以以藤稔、摩爾多瓦、水晶、維多利亞、紅富士、紅高、紅玫瑰、溫克、巴拉迪、美人指、紅地球11個(gè)葡萄品種為對象，推導(dǎo)出葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀主成分的函數(shù)表達(dá)式，顯示出中短剪后葡萄結(jié)實(shí)性狀的差異主要由結(jié)果枝的多少?zèng)Q定，其次為果穗重、結(jié)果母枝粗細(xì)。

3）采用主成分分析法對11個(gè)葡萄品種中短剪后的結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)進(jìn)行排序，其結(jié)果與這11個(gè)品種在實(shí)際生產(chǎn)里的表現(xiàn)相近，表明主成分分析法在葡萄生產(chǎn)中具有實(shí)用意義，具備理論參考價(jià)值。

4）試驗(yàn)里第一主成分是有關(guān)葡萄結(jié)果枝量與果穗量多少的，第二主成分是有關(guān)果穗輕重的；而第一、第二主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為78.729%，接近80%，說明決定葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀的關(guān)鍵因子是果枝數(shù)、果穗數(shù)與果穗重，這也是符合葡萄結(jié)實(shí)特性規(guī)律的[11]。

5）試驗(yàn)得出的綜合主成分值在0以下的葡萄品種，其中短剪后的產(chǎn)量不能滿足生產(chǎn)上的要求，建議綜合主成分值在-0.97以下的葡萄品種不宜采用中短剪修剪方式，因此所采用的栽培管理方案應(yīng)該改進(jìn)；而綜合主成分值在0.02以上的均可采用中短剪修剪方式。但試驗(yàn)得出的結(jié)論是否適宜于葡萄的其他經(jīng)濟(jì)指標(biāo)還有待進(jìn)一步確認(rèn)。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 樊保國，李月梅，李登科.鮮食棗品質(zhì)性狀的綜合評價(jià)[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，27（2）：79-82.

[6] 吳代坤，羅治建，李雙龍，等.主成分分析法在核桃選優(yōu)中的應(yīng)用[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（25）：45-48.

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[9] 陳守智，李正麗，龍?jiān)戮?，?桃樹主要性狀指標(biāo)的主成分分析及與產(chǎn)量關(guān)系的研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，20（4）：544-547.

[10] 楊建華，李淑芳，范志遠(yuǎn)，等.美國山核桃主要經(jīng)濟(jì)性狀的主成分分析及良種選擇[J].浙江農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)2011，28（6）：907-910.

[11] 李世誠，金佩芳，李宏義.巨峰葡萄副梢結(jié)果母枝結(jié)實(shí)特性的研究[J].園藝學(xué)報(bào)，1992，19（2）：117-122.

（責(zé)任編輯 王 珞）

2.2 葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀綜合評價(jià)

從表3分析可見，參試的11個(gè)葡萄品種經(jīng)中短剪后，結(jié)實(shí)性狀的綜合主成分值排在前三名的分別是藤稔、摩爾多瓦、紅富士；排在后三名的分別是紅地球、美人指、巴拉迪，這后三名它們的綜合主成分值都小于0。水晶是本地的傳統(tǒng)品種，已栽培多年，在當(dāng)?shù)赜辛己玫目诒运鲗φ?，則藤稔、摩爾多瓦、紅富士、紅玫瑰、溫克都是優(yōu)勝者，而維多利亞、紅高、紅地球、美人指、巴拉迪將是被淘汰者。結(jié)合2013年當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)銷售情況，5個(gè)優(yōu)勝者均產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，維多利亞、紅高在生產(chǎn)中由于品質(zhì)較好，加上產(chǎn)量在11 250 kg/hm2左右，仍然具有一定的生產(chǎn)價(jià)值，可適當(dāng)發(fā)展；而最后三名成為實(shí)際的淘汰對象。由此可見，用主成分分析法對中短剪后葡萄結(jié)實(shí)性狀進(jìn)行分析，其結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)情況基本相符，所以主成分分析法可以作為葡萄生產(chǎn)擇優(yōu)分析的手段。

3 小結(jié)與討論

1）通過主成分分析，采用3個(gè)綜合的、相互獨(dú)立的主成分替代原有的結(jié)果枝數(shù)、果穗總數(shù)、結(jié)果母枝直徑、新梢結(jié)果枝率、果穗重5個(gè)結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)，3個(gè)主成分可提供涵蓋原性狀93.817%的信息，說明這3個(gè)主成分足以表達(dá)原有性狀，選優(yōu)結(jié)果簡便、科學(xué)，可以作為葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)的主成分應(yīng)用。

2）試驗(yàn)以以藤稔、摩爾多瓦、水晶、維多利亞、紅富士、紅高、紅玫瑰、溫克、巴拉迪、美人指、紅地球11個(gè)葡萄品種為對象，推導(dǎo)出葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀主成分的函數(shù)表達(dá)式，顯示出中短剪后葡萄結(jié)實(shí)性狀的差異主要由結(jié)果枝的多少?zèng)Q定，其次為果穗重、結(jié)果母枝粗細(xì)。

3）采用主成分分析法對11個(gè)葡萄品種中短剪后的結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)進(jìn)行排序，其結(jié)果與這11個(gè)品種在實(shí)際生產(chǎn)里的表現(xiàn)相近，表明主成分分析法在葡萄生產(chǎn)中具有實(shí)用意義，具備理論參考價(jià)值。

4）試驗(yàn)里第一主成分是有關(guān)葡萄結(jié)果枝量與果穗量多少的，第二主成分是有關(guān)果穗輕重的；而第一、第二主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為78.729%，接近80%，說明決定葡萄中短剪后結(jié)實(shí)性狀的關(guān)鍵因子是果枝數(shù)、果穗數(shù)與果穗重，這也是符合葡萄結(jié)實(shí)特性規(guī)律的[11]。

5）試驗(yàn)得出的綜合主成分值在0以下的葡萄品種，其中短剪后的產(chǎn)量不能滿足生產(chǎn)上的要求，建議綜合主成分值在-0.97以下的葡萄品種不宜采用中短剪修剪方式，因此所采用的栽培管理方案應(yīng)該改進(jìn)；而綜合主成分值在0.02以上的均可采用中短剪修剪方式。但試驗(yàn)得出的結(jié)論是否適宜于葡萄的其他經(jīng)濟(jì)指標(biāo)還有待進(jìn)一步確認(rèn)。

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（責(zé)任編輯 王 珞）