不同栽培方式下光敏型高丹草主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)草量相關(guān)性的因子分析

王 斐，何振富，賀春貴

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜草與綠色農(nóng)業(yè)研究所，蘭州 730070）

高丹草（Sorghum sudangrass hybrid）是高粱（Sorghum bicolor）與蘇丹草（Sorghum Sudanense）雜交的一種新型的一年生禾本科飼料作物［1］，其中光敏型高丹草在畜牧領(lǐng)域有著廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景，具有生長(zhǎng)期長(zhǎng)、產(chǎn)草量高、適口性好［2］等優(yōu)良飼料作物特性。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者在優(yōu)選高丹草品種適應(yīng)性栽培技術(shù)［3-5］、生物學(xué)特性［6-8］、加工和利用［9］等方面都開(kāi)展了相關(guān)的研究，但其主要農(nóng)藝性狀［10］與產(chǎn)草量相關(guān)性的研究報(bào)道較少。

因子分析是指從變量群中提取共性因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的一種數(shù)據(jù)分析方法，其目的在于從試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)樣本中概括和提取出較少量的關(guān)鍵因素，從而反映和解釋所得的大量觀測(cè)事實(shí)，并建立起最簡(jiǎn)潔、最基本的概念系統(tǒng)，揭示出事物之間最本質(zhì)的聯(lián)系。本文以引進(jìn)的海牛、大卡、BJM三個(gè)光敏型高丹草品種為研究對(duì)象，在隴東黃土高原旱作區(qū)進(jìn)行麥茬后復(fù)種，測(cè)定不同種植條件下各品種的主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)草量，通過(guò)對(duì)多個(gè)農(nóng)藝性狀和產(chǎn)草量的相關(guān)系數(shù)矩陣內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，找出能控制所有農(nóng)藝性狀和產(chǎn)草量的幾個(gè)主因子，并對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行因子分析，以期為高產(chǎn)高丹草的品種篩選及利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2013年6—10月在甘肅省農(nóng)科院鎮(zhèn)原試驗(yàn)站（35°29′42″N，107°29′36″E）進(jìn)行（慶陽(yáng)市鎮(zhèn)原縣上肖鄉(xiāng)）。試驗(yàn)地處甘肅東部黃土高原平原旱作區(qū)。該地年均降水量540 mm、54%以上集中在7—9月，地下水埋深60～100 m，海拔1 297 m，年均氣溫8.59℃，年均日照時(shí)數(shù)2 449.2 h，≥0℃年均積溫3 435℃，≥10℃年均積溫2 722℃，無(wú)霜期165 d。鎮(zhèn)原試驗(yàn)站2013年全年月平均氣溫和降水量見(jiàn)圖1。土壤為黑壚土，播前0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì) 12.4 g/kg、有效磷 13.89 mg/kg，堿解氮67 mg/kg，速效鉀184 mg/kg，pH值8.21，全鹽量0.037%；20～40 cm土壤含有機(jī)質(zhì)11.8 g/kg、有效磷11.35 mg/kg，堿解氮65 mg/kg，速效鉀159 mg/kg，pH值8.14，全鹽量0.05%。

圖1 2013年鎮(zhèn)原試驗(yàn)站氣溫和降水分布

1.2 供試品種及來(lái)源

供試高丹草3個(gè)品種均為光敏型（PPS），名稱為大卡（Big kahuna）、海牛（Monster）和 BJM，皆引自美國(guó)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)按栽培方式單因素隨機(jī)區(qū)組進(jìn)行設(shè)計(jì)。3種栽培方式不同品種各3次重復(fù)，共27個(gè)小區(qū)。3種栽培方式分別為：免耕露地穴播（播前壓平麥茬，不覆蓋地膜），翻耕露地穴播（播前深翻整地、不覆蓋地膜）和翻耕覆膜穴播（即播前深翻、旋耕整平后、用寬膜覆蓋、再播種；地膜寬120 cm、厚0.01 mm，覆蓋時(shí)在膜帶上每隔200 cm壓土固定；兩膜帶間有30 cm寬條帶上沒(méi)有覆膜）。小區(qū)面積為20 m2（5 m×4 m），穴距20 cm，行距50 cm，每穴保苗1株，密度每公頃10萬(wàn)株。冬小麥?zhǔn)崭詈? d（6月28日）整地播種，整地時(shí)不施基肥，在拔節(jié)期追施純氮62.1 kg/hm2。田間雜草適時(shí)人工拔除。試驗(yàn)過(guò)程沒(méi)有施用殺蟲(chóng)劑、除草劑和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 農(nóng)藝性狀 刈割時(shí)，各品種每個(gè)重復(fù)小區(qū)依次取10 株為對(duì)象觀測(cè)農(nóng)藝性狀，包括株高（X1）、莖粗（X2）、節(jié)數(shù)（X3）、葉片數(shù)（X4）、單株鮮重（X5）、單株葉重（X6）、單株莖重（X7）和分蘗數(shù)（X8）［1-2］。

1.4.2 產(chǎn)草量測(cè)定 產(chǎn)草量（X9）為單位面積土地上所收獲地上部分的全部產(chǎn)草量，以干物質(zhì)重量為產(chǎn)草量指標(biāo)。田間整株取樣稱鮮重后，切斷至10～20 cm，用自封袋密封后送實(shí)驗(yàn)室測(cè)定干物質(zhì)產(chǎn)草量（105℃恒重法）［11］。每處理各小區(qū)分成兩半，各 10 m2，在霜降前（2013年10月19日，播后113 d，早霜前1周）刈割。小區(qū)苗不全的按比例補(bǔ)充缺苗數(shù)計(jì)算產(chǎn)草量，留茬高度平均10 cm。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、制作圖表，采用DPSv 7.55統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)性及因子分析［12］。因子分析：原始數(shù)據(jù)→相關(guān)矩陣→主因子分解→正交因子分解（通過(guò)正交因子旋轉(zhuǎn)），分解出對(duì)原始變量起重要支配作用的公共因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)草量測(cè)定結(jié)果

由表1可知，在不同栽培方式下，光敏型高丹草除分蘗數(shù)（X8）之外，其余各農(nóng)藝性狀均表現(xiàn)為翻耕覆膜穴播大于其他兩種栽培方式，且與產(chǎn)草量（X9）表現(xiàn)一致；其中單株鮮重（X5）、單株葉重（X6）、單株莖重（X7）及分蘗數(shù)（X8）等變異系數(shù)較大，說(shuō)明在復(fù)種條件下利用翻耕覆膜穴播比另兩種栽培方式更適宜光敏型高丹草的生長(zhǎng)。

表1 光敏型高丹草不同栽培方式下的主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)草量

表2為不同品種之間農(nóng)藝性狀及產(chǎn)草量（X9）的對(duì)比。由表 2可知，株高（X1）與莖粗（X2）以海牛最大，節(jié)數(shù)（X3）、葉片數(shù)（X4）及分蘗數(shù)（X8）以大卡最多，單株鮮重（X5）、單株葉重（X6）、單株莖重（X7）均以 BJM 最大，且產(chǎn)草量（X9）亦為BJM最高。因此，大卡的特點(diǎn)為植株高而細(xì)，主莖分節(jié)、葉片數(shù)和分蘗多，單株產(chǎn)量較低，而B(niǎo)JM的特點(diǎn)為植株較矮但較粗壯，主莖分節(jié)、葉片數(shù)和分蘗均較少，單株產(chǎn)量較高，而海牛介于兩者之間。

表2 不同品種光敏型高丹草的主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)草量

2.2 相關(guān)性分析

各農(nóng)藝性狀及產(chǎn)草量之間的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表3，由表3可知：

（1）株高（X1）與節(jié)數(shù)（X3）呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明高丹草植株越高，分節(jié)就越多。

（2）莖粗（X2）、單株鮮重（X5）、單株葉重（X6）及單株莖重（X7）4個(gè)農(nóng)藝性狀之間均表現(xiàn)極顯著正相關(guān)，說(shuō)明高丹草植株主莖越粗，單株鮮重、單株葉重、單株莖重越大。

（3）葉片數(shù)（X4）與分蘗數(shù)（X8）呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明分蘗數(shù)越多，單株葉片數(shù)就越多。

（4）產(chǎn)草量（X9）與單株鮮重（X5）呈極顯著正相關(guān)，與葉片數(shù)（X4）、單株葉重（X6）、單株莖重（X7）呈顯著正相關(guān)；與株高（X1）、莖粗（X2）、節(jié)數(shù)（X3）呈正相關(guān)，與分蘗數(shù)（X8）呈負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平。說(shuō)明高產(chǎn)高丹草的主要特征包括莖粗、單株產(chǎn)量高、分蘗少、葉片多等。

考慮到在不同栽培方式下各農(nóng)藝性狀與產(chǎn)草量之間存在復(fù)雜的關(guān)系，故進(jìn)一步進(jìn)行因子分析。

表3 光敏型高丹草各農(nóng)藝性狀及產(chǎn)草量之間的相關(guān)系數(shù)

2.3 因子分析

2.3.1 初始因子載荷陣 各農(nóng)藝性狀與產(chǎn)草量初始因子載荷矩陣見(jiàn)表4，包括各主因子特征值及累積貢獻(xiàn)率。由表3可以看出，免耕露地穴播、翻耕露地穴播處理的3個(gè)主因子和翻耕覆膜穴播處理的4個(gè)主因子特征值的累計(jì)貢獻(xiàn)率均在0.900 0以上，說(shuō)明其已覆蓋所有性狀的主要信息。

表4中還列出了各農(nóng)藝性狀及產(chǎn)草量的共同度。通常第i個(gè)性狀的共同度是主因子對(duì)第i個(gè)性狀的總方差所做的貢獻(xiàn)，共同度越大，說(shuō)明主因子包含該變量的變異信息越多。在免耕露地穴播處理時(shí)，分蘗數(shù)共同度最小，僅0.754 9，說(shuō)明主因子對(duì)分蘗數(shù)的代表性最差，對(duì)其他性狀及產(chǎn)草量的代表性較好；在翻耕露地穴播處理時(shí)，各農(nóng)藝性狀及產(chǎn)草量共同度均大于0.800 0，即各主因子對(duì)8個(gè)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)草量均有較好的代表性；在翻耕覆膜穴播處理時(shí)，僅分蘗數(shù)共同度為0.896 0，其他性狀及產(chǎn)草量均在0.900 0以上，表明主因子在該處理下對(duì)所有性狀及產(chǎn)草量代表性均較好。

表4 光敏型高丹草農(nóng)藝性狀初始因子載荷矩陣

2.3.2 方差極大化旋轉(zhuǎn) 建立因子分析數(shù)學(xué)模型的目的不僅是為了找出主因子，更重要的是要知道每個(gè)主因子的意義，以便對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析，因此，根據(jù)因子荷載矩陣的不唯一性對(duì)其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。方差極大化旋轉(zhuǎn)可以使因子荷載矩陣中各因子的載荷值總方差達(dá)到最大，從而使載荷矩陣旋轉(zhuǎn)到盡量簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，以此進(jìn)一步進(jìn)行分析。

各農(nóng)藝性狀及產(chǎn)草量初始因子載荷矩陣方差極大化旋轉(zhuǎn)見(jiàn)表5。由表5可以看出，該矩陣與初始因子載荷矩陣相比，各處理主因子中變量的載荷值明顯更加趨于兩級(jí)化，各主因子與有關(guān)性狀的相關(guān)程度較為明確，表明經(jīng)方差極大化旋轉(zhuǎn)后，主因子的生物學(xué)意義更加明顯。

免耕露地穴播處理時(shí)，主因子1中載荷值以莖重（0.945 7）最大，故稱為莖重因子，它與單稈鮮重（0.926 0）和莖粗（0.794 2）呈正相關(guān)，與葉片數(shù)（-0.887 7）和分蘗數(shù)（-0.792 2）呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明莖重越大，單稈鮮重越重、莖越粗、葉片數(shù)和分蘗數(shù)越少；主因子2中載荷值以株高（0.929 7）最大，故稱為株高因子，它與葉重（-0.898 2）呈負(fù)相關(guān)，與節(jié)數(shù)（0.798 0）呈正相關(guān)，說(shuō)明株高越高，葉重越小，節(jié)數(shù)越多；主因子3中載荷以產(chǎn)草量（0.878 3）最大，故稱為產(chǎn)草量因子，它與分蘗數(shù)呈負(fù)相關(guān)，與其他各性狀呈正相關(guān)，說(shuō)明分蘗數(shù)越少，其他各性狀越高，干物質(zhì)產(chǎn)草量越高。

翻耕露地穴播處理時(shí)，主因子1中載荷值以分蘗數(shù)（-0.969 0）的絕對(duì)值最大，故稱為分蘗因子，它與莖重（0.955 0）、單稈鮮重（0.933 6）、莖粗（0.909 3）呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明分蘗數(shù)越多，莖重和單稈鮮重越小，莖粗越細(xì)；主因子2中載荷值以產(chǎn)草量（0.916 5）最大，故稱為產(chǎn)草量因子，它與葉片數(shù)（0.866 6）和葉重（0.688 2）呈正相關(guān)，說(shuō)明葉片數(shù)越多，葉重越大，相應(yīng)的產(chǎn)草量也越高；主因子3中載荷值以株高（0.935 5）最大，故稱為株高因子，它與節(jié)數(shù)（0.880 0）呈正相關(guān)，說(shuō)明株高越大，節(jié)數(shù)越多。

翻耕覆膜穴播處理時(shí)，主因子1中載荷值以單稈鮮重（0.986 2）最大，故稱為單稈鮮重因子，它與莖重（0.978 9）、莖粗（0.949 8）和葉重（0.783 2）呈正相關(guān)，說(shuō)明莖重、莖粗和葉重越大，單稈鮮重越大；主因子2中載荷值以葉片數(shù)（0.970 8）最大，故稱為葉片數(shù)因子，它與分蘗數(shù)（0.877 3）呈正相關(guān)，說(shuō)明分蘗數(shù)越多，葉片數(shù)量也越多；主因子3中載荷值以株高（0.903 6）最大，故稱為株高因子，它與節(jié)數(shù)（0.844 0）呈正相關(guān)，說(shuō)明株高越高，節(jié)數(shù)越多；主因子4中載荷值以產(chǎn)草量（0.757 5）最大，故稱為產(chǎn)草量因子，它與莖粗、莖重、分蘗數(shù)呈正相關(guān)，說(shuō)明莖粗越粗，莖重越大，分蘗數(shù)越多，產(chǎn)草量也相應(yīng)的越高。

在不同栽培方式下，9個(gè)性狀分別以免耕露地穴播的主因子3、翻耕露地穴播的主因子2及翻耕覆膜穴播的主因子4的產(chǎn)草量載荷大于其他主因子，說(shuō)明這幾個(gè)主因子中載荷較高的生物學(xué)性狀直接影響產(chǎn)草量。因此，在免耕露地穴播處理時(shí)，除分蘗數(shù)之外，其余性狀均直接正向促進(jìn)產(chǎn)草量的提高；在翻耕露地穴播處理時(shí)，莖粗和節(jié)數(shù)與產(chǎn)草量呈負(fù)相關(guān)，而葉片數(shù)和葉重與產(chǎn)草量呈明顯的正相關(guān)，可能說(shuō)明當(dāng)高丹草節(jié)數(shù)減少時(shí)，其單株葉片數(shù)反而會(huì)增加，葉重亦隨之增加，從而正向影響產(chǎn)草量；在翻耕覆膜穴播處理時(shí)，僅莖粗、莖重及分蘗數(shù)與產(chǎn)草量正相關(guān)，其余性狀均存在一定的負(fù)向作用，且均小于0.320 0，因此可能存在其他影響產(chǎn)草量的原因，需要進(jìn)一步研究探討。

表5 方差極大正交旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣

2.3.3 斜交旋轉(zhuǎn) 斜交旋轉(zhuǎn)是因子分析中另一種獲得較為滿意主因子的方法，比方差極大化旋轉(zhuǎn)收斂快，且允許因子間相關(guān)。表6為斜交參考因子結(jié)構(gòu)矩陣，通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)草量主因子與方差極大化旋轉(zhuǎn)中相同，分別為免耕露地穴播主因子3（0.927 5）、翻耕露地穴播主因子2（0.932 9）及翻耕覆膜穴播主因子4（0.799 3），說(shuō)明在這幾個(gè)主因子中荷載較高的因子對(duì)產(chǎn)草量影響較大。同時(shí)，通過(guò)表7可以看出，免耕露地穴播主因子3與主因子2呈正相關(guān)（0.085 8）、與主因子1呈負(fù)相關(guān)（-0.265 6）；翻耕露地穴播主因子2與主因子1呈正相關(guān)（0.184 1）、與主因子3呈負(fù)相關(guān)（-0.235 9）；翻耕覆膜穴播主因子4與主因子2呈正相關(guān)（0.179 7）、與主因子 1和 3均呈負(fù)相關(guān)（-0.118 5、-0.018 9）。

表6 斜交參考因子結(jié)構(gòu)矩陣

表7 斜交參考因子相關(guān)矩陣

綜合分析可以得出，在免耕露地穴播處理下，高丹草產(chǎn)草量可能與株高（X1）、節(jié)數(shù)（X3）、葉片數(shù)（X4）、分蘗數(shù)（X8）有較為明顯的正相關(guān)性，即植株越高，分節(jié)、葉片、分蘗越多，高丹草產(chǎn)草量越高。在翻耕露地穴播處理下，產(chǎn)草量可能與莖粗（X2）、單株鮮重（X5）、莖重（X7）有正相關(guān)性，而與株高和節(jié)數(shù)有負(fù)相關(guān)性，即植株較低、分節(jié)較少的高丹草可能更為粗壯，從而產(chǎn)草量較高。在翻耕覆膜穴播處理下，產(chǎn)草量可能與葉片數(shù)（X4）、分蘗數(shù)（X8）有正相關(guān)性，與莖粗（X2）、節(jié)數(shù)（X3）、單株鮮重（X5）、葉重（X6）、莖重（X7）有一定的負(fù)相關(guān)性，與株高（X1）的相關(guān)性不明確。因此，不同栽培方式對(duì)高丹草農(nóng)藝性狀有一定的影響，并可能是造成高丹草產(chǎn)草量差異較大的原因之一；其中，由于栽培方式不同而導(dǎo)致各農(nóng)藝性狀差異較大的原因還有待進(jìn)一步研究。

3 討論

本研究對(duì)不同品種光敏型高丹草在不同栽培方式下主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)草量相關(guān)性主因子分析表明：在不同栽培方式下，各農(nóng)藝性狀均表現(xiàn)為免耕露地穴播＜翻耕露地穴播＜翻耕覆膜穴播，其中仍以單株鮮重、單株葉重、單株莖重及分蘗數(shù)等差異較大，且與產(chǎn)草量的表現(xiàn)一致，說(shuō)明利用翻耕覆膜穴播比另兩種栽培方式更適宜光敏型高丹草的生長(zhǎng)。同時(shí)，3種栽培方式中產(chǎn)草量主因子中荷載較高的因子有較大差異，說(shuō)明在免耕露地穴播條件下，植株較高，分蘗及葉片較多的品種更能適應(yīng)，產(chǎn)草量較高；而莖稈較為粗壯、但相對(duì)低矮的高丹草更適于翻耕后種植；但覆膜這一種植條件在高丹草產(chǎn)草量中的影響不甚明確，有可能與研究開(kāi)展地區(qū)氣候及土壤條件有關(guān)，亟待進(jìn)一步研究。

綜上所述，光敏型高丹草在隴東黃土高原旱作區(qū)種植時(shí)，依現(xiàn)實(shí)條件而定，在免耕露地穴播時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇大卡，在翻耕露地穴播時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇BJM，在翻耕覆膜穴播時(shí)可以考慮在海牛和BJM間選擇其一。同時(shí)，BJM相對(duì)于其他兩品種，植株較粗壯、單株產(chǎn)量較高、分蘗數(shù)較少，較符合高產(chǎn)高丹草的主要特征。因此，隴東黃土高原旱作區(qū)光敏型高丹草的最佳栽培方式應(yīng)為BJM與翻耕覆膜穴播相結(jié)合，可以獲得較為理想的飼草產(chǎn)量。

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