主成分分析法在矮牽牛種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)上的應(yīng)用

劉洪見，鄭 堅(jiān)，張旭樂，陳義增，錢仁卷，張慶良，章莉莉

(浙江省亞熱帶作物研究所，浙江 溫州 325005)

主成分分析法在矮牽牛種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)上的應(yīng)用

劉洪見，鄭 堅(jiān)*，張旭樂，陳義增，錢仁卷，張慶良，章莉莉

(浙江省亞熱帶作物研究所，浙江 溫州 325005)

利用株高、葉片長度、葉片寬度、地上部分鮮重、根系顏色、根團(tuán)質(zhì)量、冠幅、葉片數(shù)等指標(biāo)，通過主成分分析法建立矮牽牛種苗質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模型。分析結(jié)果表明,第1～5主成分代表了評(píng)價(jià)指標(biāo)85.4%的信息。經(jīng)驗(yàn)證，根據(jù)主成分綜合得分劃分矮牽牛種苗等級(jí),分析結(jié)果與其他評(píng)價(jià)方法得出的結(jié)論高度一致。

矮牽牛； 種苗； 質(zhì)量評(píng)價(jià)； 主成分分析法

矮牽牛(Petuniahybrida)系茄科矮牽牛屬植物，多年生草本，常作一二年生栽培，是布置花地壇、花境的重要材料。其花色豐富，既可盆栽，也可大面積地栽形成地被，在花臺(tái)及花壇大面積成簇栽培，五彩繽紛之景觀頗為悅目。矮牽牛是溫州地區(qū)近年來主栽草花之一，對(duì)于矮牽牛的種苗需求較大。在育苗過程中，由于種子質(zhì)量、基質(zhì)、肥水及氣候等因素影響，容易導(dǎo)致種苗生長不均勻，種苗質(zhì)量存在差異，降低了種苗群體質(zhì)量，從而影響后期種植，增加了后期栽培管理難度，影響成花出圃時(shí)間和整齊度，因此，有必要對(duì)種苗進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)。目前，矮牽牛種苗分級(jí)主要靠育苗者經(jīng)驗(yàn)和感官進(jìn)行，本文利用主成分分析法構(gòu)建矮牽牛種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，以便為矮牽牛種苗評(píng)價(jià)分級(jí)提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

2015年9月25日在浙江省亞熱帶作物研究所甌海澤雅高山育苗基地選取可以出圃的矮牽牛種苗200穴育苗盤3片，隨機(jī)選取種苗200株，測(cè)定其株高、葉片長度(完全展開葉片，下同)、葉片寬度、地上部分鮮重、根系顏色、根團(tuán)質(zhì)量、冠幅、葉片數(shù)、葉綠素含量及種苗感官等指標(biāo)。

葉綠素含量采用SPAD502葉綠素儀測(cè)定。根系顏色憑借感官打分的方式進(jìn)行測(cè)定，白色3分，黃色2分，褐色或者黑色1分。根團(tuán)質(zhì)量指矮牽牛幼苗在穴盤中生長狀況，包括根系生長量，根毛的數(shù)量等，測(cè)定方法也采用感官打分的方式，根系生長良好、數(shù)量多布滿營養(yǎng)穴能很好的包裹基質(zhì)、根毛較多則記為2分，根系生長較差、數(shù)量較少不能很好包裹基質(zhì)則記為1分，根系腐爛，根量極少記為0分。種苗質(zhì)量感官等級(jí)由育苗專家根據(jù)種苗的綜合長勢(shì)、感官進(jìn)行分級(jí)，分3級(jí)，種苗質(zhì)量1級(jí)優(yōu)于2級(jí)優(yōu)于3級(jí)。

1.2 分析方法

主成分分析法是將原來指標(biāo)重新組成一組新的互相無關(guān)的幾個(gè)綜合指標(biāo)(即主成分)來代替原來指標(biāo),用幾個(gè)較少的綜合指標(biāo)來反映原來指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)方法,已廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域[1-4]。通過主成分分析法對(duì)矮牽牛種苗的質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),利用降維的原理,把原來較多的評(píng)價(jià)指標(biāo)用較少的幾個(gè)綜合指標(biāo)來代替,綜合指標(biāo)保留了原有指標(biāo)的絕大多數(shù)信息,且彼此之間不相關(guān),能把復(fù)雜的問題簡單化[5-6]。

主成分分析是利用變量族的少數(shù)幾個(gè)線性組合來解釋多維變量的協(xié)方差結(jié)構(gòu),挑選最佳變量子集,簡化數(shù)據(jù),揭示變量間關(guān)系的一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法[1-2]。其在矮牽牛種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用是利用評(píng)價(jià)指標(biāo)建立原始數(shù)據(jù)矩陣,經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化和相關(guān)矩陣的計(jì)算,分別求出相關(guān)矩陣的特征向量、特征根及主成分的方差貢獻(xiàn)率、累積貢獻(xiàn)率,根據(jù)累積貢獻(xiàn)率選擇主成分的個(gè)數(shù),建立主成分方程,然后計(jì)算各主成分得分和綜合得分,根據(jù)綜合得分區(qū)間劃分矮牽牛種苗等級(jí)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

為了保證評(píng)價(jià)模型的有效性，必須保證評(píng)價(jià)指標(biāo)與種苗等級(jí)有顯著的相關(guān)性，因此需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)與種苗感官等級(jí)做相關(guān)性分析，以選取與種苗質(zhì)量有顯著相關(guān)的指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

從表1可以看出,除了葉綠素(x9)之外，種苗質(zhì)量感官等級(jí)(x10)和株高(x1)、地上部分鮮重(x8)、葉片數(shù)(x2)、冠幅寬(x3)、根系顏色(x4)、根團(tuán)質(zhì)量(x5)、葉長(x6)、葉寬(x7)之間的相關(guān)系都達(dá)到了顯著、極顯著的水平。所以排除葉綠素作種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)之外，其余皆保留。

表1 矮牽牛種苗質(zhì)量等級(jí)與評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)

對(duì)剩余的觀測(cè)指標(biāo)進(jìn)一步進(jìn)行主成分分析，得到各主成分的特征向量、特征值及累積貢獻(xiàn)率(表2),并提取主成分。提取主成分的個(gè)數(shù)一般要求累積貢獻(xiàn)率>85%。據(jù)此試驗(yàn)結(jié)果，提取了5個(gè)主成分,各主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為38.7%、15.5%、12.3%、11.2%、7.6%,累積貢獻(xiàn)率達(dá)85.4%,它們代表了種苗質(zhì)量85.4%的信息。

表2 矮牽牛種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)主成分的分析結(jié)果

2.2 綜合模型的構(gòu)建

根據(jù)主成分計(jì)算公式可以得到5個(gè)主成分與原8指標(biāo)的線性組合方程：

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。

根據(jù)以4個(gè)主成分Z1、Z2、Z3、Z4與其方差貢獻(xiàn)率構(gòu)建出預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)模型Y,Y是主成分Z1、Z2、Z3、Z4的線性組合：

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

利用該模型對(duì)矮牽牛的種苗進(jìn)行評(píng)價(jià)，部分結(jié)果如表3所示。

表3 矮牽牛部分種苗原始測(cè)定值及主成分值

對(duì)矮牽牛的感官評(píng)價(jià)等級(jí)和主成分綜合評(píng)價(jià)模型得分進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，種苗的質(zhì)量感官等級(jí)和主成分綜合評(píng)價(jià)模型得分存在極顯著的負(fù)相關(guān)，即綜合評(píng)價(jià)模型得分越高，則種苗質(zhì)量感官等級(jí)越低，種苗質(zhì)量越好。其線性回歸模型：

Y=-0.781 4x10+5.921。

其中Y為主成分綜合評(píng)價(jià)模型得分，x10為種苗質(zhì)量感官等級(jí)。

根據(jù)線性回歸模型，得出矮牽牛種苗質(zhì)量感官評(píng)價(jià)等級(jí)與主成分綜合評(píng)價(jià)模型得分的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4所示。

表4 矮牽牛種苗質(zhì)量感官評(píng)價(jià)等級(jí)與主成分綜合評(píng)價(jià)模型得分的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 小結(jié)與討論

通過對(duì)矮牽牛的株高、葉片長度、葉片寬度、葉片數(shù)、地上部分鮮重、根系顏色、根團(tuán)質(zhì)量、葉綠素含量等8項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，建立了矮牽牛種苗質(zhì)量分級(jí)模型。驗(yàn)證結(jié)果表明，通過主成分分析法建立綜合評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)矮牽牛種苗質(zhì)量等級(jí)，與對(duì)種苗進(jìn)行感官分級(jí)的結(jié)果有較高的一致性，這說明主成分綜合評(píng)價(jià)模型能很好地評(píng)價(jià)矮牽牛的種苗質(zhì)量。

由于本模型具有實(shí)際的評(píng)價(jià)指標(biāo)，在矮牽牛種苗的實(shí)際生產(chǎn)過程中，可根據(jù)本模型評(píng)價(jià)指標(biāo)，即株高、葉片數(shù)、冠幅、根系顏色、根團(tuán)質(zhì)量，檢測(cè)種苗生長狀況，及時(shí)調(diào)整好肥水管理措施，改善光照和通風(fēng)條件，從而提高矮牽牛的種苗質(zhì)量，為生產(chǎn)高質(zhì)量的種苗提供借鑒。

[1] 夏建國,李廷軒,鄧良基,等.主成分分析法在耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2000,13(2):51-55.

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(責(zé)任編輯：吳益?zhèn)?

2017-09-15

浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新能力提升工程項(xiàng)目(2014CX014)；溫州市種子種苗科技創(chuàng)新項(xiàng)目(N20140014)；溫州市甌海區(qū)農(nóng)業(yè)科技開發(fā)項(xiàng)目(N20140021)；浙江省成功資金轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(2013D7003)

劉洪見(1977—)，男，湖南永興人，助理研究員，碩士，從事觀賞園藝與園林植物研究工作，E-mail：solo1000@163.com。

鄭 堅(jiān)，副研究員，從事林業(yè)技術(shù)開發(fā)與推廣方面的工作，E-mail：zjyzs@126.com。

文獻(xiàn)著錄格式：劉洪見，鄭堅(jiān)，張旭樂，等. 主成分分析法在矮牽牛種苗質(zhì)量評(píng)價(jià)上的應(yīng)用[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(11)：1932-1934，1936.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171122

S68

A

0528-9017(2017)11-1934-03