基于主成分分析評價郁金香留床栽培的觀賞價值

趙楊靜，唐 楠，呂春娜，唐道城

（青海大學高原花卉研究中心/青海省園林植物與觀賞園藝重點實驗室，青海 西寧 810016）

0 引言

【研究意義】郁金香為百合科郁金香屬（Tulipa L.）多年生鱗莖類草本花卉，因其品種繁多、花色豐富、花型多樣，深受世界各國人民喜愛，廣泛應用于切花、盆栽和庭院種植。近年來，隨著國內郁金香花展、花海的興起，我國對郁金香的需求量呈現穩(wěn)步增長的態(tài)勢，但由于郁金香種球國產化生產發(fā)展緩慢，使得所需的栽培種源嚴重依賴國外進口[1?5]。為保證園林應用良好的觀賞效果，高價引進的種球只利用1 次，每年種植新球，費工費時，成本極高，目前大部分地區(qū)均采用這種消耗性栽培[4]。以留床的方式栽培，評價其觀賞性狀的變化，篩選減幅指標較少的品種作為適合留床栽培的品種，為緩解郁金香種球的消耗性栽培奠定理論基礎，具有重要的應用價值?！厩叭搜芯窟M展】留床栽培是在同一塊地中不采挖的連續(xù)栽培，是解決郁金香種球消耗性栽培的重要途徑之一，與連續(xù)栽培、宿根栽培、連作栽培有一定的相似之處[6]。目前有關郁金香栽培品種在留床栽培方式下植株性狀變化研究很少。屈連偉等[7]提出了一種郁金香雜交后代多年留地的栽培方法，評價了不同栽培方式對郁金香種球直徑、球高及質量的影響，結果表明雜交后代經過3年留地栽培，第三年種球可達到開花標準，這種留地栽培的方式有利于郁金香種球的生長，縮短了種球繁育周期，降低了生產成本。張艷秋等[8]在遼寧地區(qū)開展了郁金香多年留地栽培，從15 個郁金香品種中篩選出未出現退化的品種牛津精靈，退化程度較輕的品種白夢、塞克、逃離、國王的禮物和比賽，這些品種可以在遼寧地區(qū)進行多年留地栽培。常用于評價花卉觀賞價值的方法主要有層次分析法[9]、灰色關聯(lián)分析法[10]和主成分分析法[11]，其中主成分分析法受人為主觀因素影響較小，利用降維思想把多指標轉化為少數幾個綜合指標，可以簡化性狀變量，有利于提取影響性狀的關鍵因子，是評價植物種質資源觀賞價值的重要方法。近年來該方法被頻繁用于觀賞植物性狀的評價，如郁金香[12]、山茶[13]、墨蘭[14]、蝴蝶蘭[15]、芍藥[16]、矮牽牛[17]等?！颈狙芯壳腥朦c】郁金香廣泛應用于花壇、花境等園林景觀布置，為保證景觀效果，需每年購買新球進行栽植，景觀布置成本極高，然而郁金香品種繁多，篩選在留床栽培中觀賞價值沒有明顯下降的品種用于園林綠化，供多年觀賞，能夠有效降低成本、緩解郁金香種球的消耗性栽培，但目前有關不同郁金香品種在留床栽培后植株性狀表現的研究鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】本研究以36 個荷蘭郁金香品種為研究對象，對12 個地上部表型性狀進行主成分分析，評價各品種在留床栽培后觀賞價值的變化，從中篩選適宜露地留床栽培的郁金香品種，為提高郁金香種球的利用效率，降低郁金香園林應用的栽培成本奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及種植環(huán)境

36 個郁金香品種（表1）于2018 年引自荷蘭。無病蟲害、無機械損傷的種球（周徑≥12 cm）于2018年10 月栽植于青海大學高原花卉研究中心郁金香資源圃，海拔2261 m、東經101°45′20″、北緯36°44′3″、年平均氣溫5.7 ℃、年平均降水量373 mm、年平均日照1939.7 h。土壤為淡鈣栗土，土壤容重1.06，總孔隙度58.85%，N、P、K 含量分別為54.83、82.33 和201.59 mg·kg?1。土壤pH 值7.94，EC 值（可溶性鹽的 濃度）1.53 ms·cm?1。

表 1 郁金香品種信息Table 1 Information on 36 tulip cultivars

1.2 試驗設計

種植深度12 cm，株行距15 cm× 12 cm，各品種的種植數量不少于300 顆。2018 年10 月種植后露地越冬，2019 年4～5 月盛花期進行地上部表型性狀測定，種球當年不采挖（即留床）露地越冬，2020 年4～5 月盛花期對留床一代種球的地上部表型性狀進行測定。以2019 年測定數據作為對照，比較分析各品 種留床一代地上部表型性狀的變化。

1.3 測定內容及方法

各品種隨機選取30 株，測定株高（地表至花冠頂部）、基生葉數、最長葉葉長、最短葉葉長、最長葉葉寬、最短葉葉寬、花徑、花瓣長、花葶長（地表至花朵基部）、冠幅（基生葉開張寬度），用鮮重法測量葉面積[18]、用萃取法（丙酮與乙醇的體 積比為2:1）測定葉片葉綠素含量[19]。

1.4 數據統(tǒng)計分析

主成分分析：采用每個主成分所對應的貢獻率占所提取主成分累計貢獻率的比例作為權重，來建立主成分綜合評價模型[20]，通過綜合評價模型得出綜合評價分值，根據其分值大小評價不同品種當年的觀賞價值。首先，用SPSS 17.0 對原始數據進行標準化處理，標準化后的數據進行主成分分析。綜合評價模型：F=（X1%×F1+X2%×F2+X3%×F3+···+Xn%×Fn）/（X1%+X2%+X3%+···+Xn%）。

綜合排名對比：將各品種當年的綜合排名與留床一代的綜合排名進行對比，排名增減=留床一代綜合排名（2020 年）?種植當年綜合排名（2019 年）。

地上部表型性狀指標的增減幅：增減幅=（留床一代指標值?當年指標值）/當年指標值，得數為正則記 為+，得數為負則記為?。

2 結果與分析

2.1 出苗情況

2019 年，36 個品種的出苗率達到72.10%～100.00%，出苗率≥90%的品種有25 個，出苗率最低的品種是Muscadet（表2）。2020 年，36 個品種的出苗率為16.51%～86.67%，出苗率最低的品種是Apricot Emperor。留床栽培1 年后各品種的出苗率都有不同程度的降低，其中Abba 降幅最?。?.14%），Apricot Emperor 降幅最高（82.10%）。17 個品種的出苗率下降幅度小于40%，可以作為留床栽培的備選品種；9 個品種的出苗率下降幅度≥60%，完全不適合作留床 栽培。

表 2 36 個品種的出苗情況Table 2 Sprouting rate of 36 tulip cultivars (單位：%)

2.2 36 個郁金香品種地上部表型性狀的主成分分析

基于2019 年測得的數據進行12 個地上部表型性狀指標的主成分分析。由表3 可知，前4 個主成分的累計貢獻率達到75.878%，因此選前4 個主成分可表示12 個性狀所包含的大部分信息。其中，主成分一的方差貢獻率33.894%，特征值為4.067，主要受葉長、葉寬、花瓣長、花葶高度、株高的影響。第二主成分的方差貢獻率為16.736%，特征值為2.008，主要反映葉數、花徑和冠幅的信息。第三主成分的方差貢獻率為14.095%，特征值為1.691，主要反映葉片葉綠素含量。第四主成分的方差貢獻率為11.154%，特征值為1.338，主要反映最短葉葉長信息。

表3 12 個地上部表型性狀主成分分析Table 3 Principal component analysis on 12 aboveground phenotypes

將出苗的郁金香品種按表3 進行權重賦值，可知2019 年36 個品種地上部表型性狀的綜合評價排名（表4），排名第一的為Pink Impression，排名最后的為Angelique，這個綜合評價排名順序將作為對照 ，與留床一代的綜合評價排名順序進行對比。

表4 36 個郁金香品種的表型性狀綜合評價Table 4 Comprehensive evaluation of 36 tulip cultivars based on phenotypes

2.3 留床一代郁金香地上部表型性狀的主成分分析

2020 年測定留床一代各品種的12 個地上部表型性狀，并進行主成分分析（表5）。提取出的4 個主成分的方差貢獻率分別為36.114%、19.870%、12.056%、9.673%，累計貢獻率達到77.712%，包含了測量的12 個指標的信息。第一主成分特征值是4.334，主要反映植株葉片的表型信息。第二主成分特征值為2.384，主要反映植株的花葶高度、株高信息。第三主成分特征值為1.447，主要反映植株的葉數信息。第四主成分特征值為1.307，主要反映植株的花徑、花瓣長、冠幅和葉子的葉綠素含量的信息。將出苗的郁金香品種按表5 進行權重賦值（表6），結果表明2020 年郁金香性狀綜合評價排名第一的為Blushing L ady，排名最后的為Pallada。

表5 留床一代郁金香的表型性狀指標的主成分分析Table 5 Principal component analysis on phenotypic traits of tulips with bulbs remained in ground for 2ndyear sprouting and growth

表6 36 個郁金香品種在2020 年的表型性狀綜合評價Table 6 Evaluation on phenotypes of 36 tulip cultivars in 2020

2.4 36 個郁金香品種留床一年后地上部表型性狀退化情況

通過性狀綜合評價，將各品種當年的綜合排名與留床一代的綜合排名進行對比。由表7 可知，排名增幅度最大的品種為Christmas Marvel；減幅最大的品種為Red Power、Sweet Rosy、Aladdin；排名增減幅度在五名范圍以內的品種為Carola、FlamingParrot、 Blushing Lady、 Verandi、 Holland Beauty、Oxford's Elite、Pallada、Pallada、Avenue、Barcelona、Abba、Strong Gold，這些品種在留床1 年后，從表型性狀綜合評價來看退化較緩慢。根據2 年的綜合評價，在2020 年排名增加的品種占總數的55.5%，排名 減小的品種占總數的19.4%。

表7 各品種郁金香觀賞價值綜合評價排名Table 7 Comprehensive evaluation ranks on ornamental values of 36 tulip cultivars

2.5 留床1 年對地上部表型性狀的影響

計算各品種地上部表型性狀指標的增減幅個數。由表8 可知，留床1 代后各品種地上部表型性狀都有不同幅度的增減變化。如果只關注增減幅指標的數目，其中增幅指標較多的有8 個品種，分別是Blushing Lady、 Leen Van Der Mark、 Christmas Marvel、Negrita、Yellow Pomponette、Pink Pomponette、Parade 和Lalibela，說明這些品種在留床1 年后生長良好，而減幅指標較多的品種Barcelona、Holland Beauty、 World's Favourite、 Pallada、 Sweet Rosy、Aladdin 則出現了較明顯的退化。

根據當年和留床1 年的地上部表型性狀主成分分析來看，特征值占比較大的性狀有株高、基生葉數、最長葉葉長、最短葉葉長、最長葉葉寬、最短葉葉寬、花徑、花葶長、葉面積等9 個性狀。優(yōu)先考慮有關這些性狀的增幅數量，再結合留床一年品種 的 退 化 情 況 可 篩 選 出Blushing Lady、 Yellow Pomponette、Negrita、Leen Van Der Mark、Christmas Marvel、 Pink Pomponette、 Parade、 Miranda、Lalibela、Apricot Emperor 等10 個品種。如果關注所有地上部表型性狀指標中增幅指標數量且留床1 年后退化情況較緩，可以優(yōu)先選擇Blushing Lady、Leen Van Der Mark、 Christmas Marvel、 Negrita、 Yellow Pomponette、 Pink Pomponette、 Parade、 Lalibela 等8 個品種。在考慮回收種球的前提下，可以優(yōu)先考慮植株葉數、最長葉葉長、最短葉葉長、最長葉葉寬、最短葉葉寬、葉面積、葉綠素等7 個跟營養(yǎng)生長有關指標的增減幅情況，再結合退化情況可以篩選出Leen Van Der Mark、Christmas Marvel、Parade、Yellow Pomponette、 Lalibela、 Blushing Lady、Negrita、 Pink Pomponette、 Miranda、 Apricot Emperor、Strong Gold、Banja Luka 等12 個郁金香栽培品種。

綜上留床1 年后各品種的出苗率，挑選出苗減少率＜40%的品種，最后篩選出在西寧地區(qū)可留床栽培并且觀賞價值較穩(wěn)定、退化較緩6 個郁金香品種，分 別 是Yellow Pomponette、Negrita、Leen Van Der Mark、 Christmas Marvel、 Pink Pomponette 和P arade。

3 討論與結論

近年來，隨著城市園林綠化水平的不斷提高，不少城市以郁金香花展、郁金香文化節(jié)等形式帶動當地旅游業(yè)，使得我國對郁金香種球的需求量逐年增長。但是，目前郁金香種球的生產尚未實現國產化，大量種球每年從荷蘭進口，不僅價格昂貴，同時還存在部分品種不能適應中國的氣候而出現不同程度的退化現象。為保證景觀效果，大多選擇每年購買新球進行種植，景觀布置成本極高。為了能夠實現種球的重復利用，前人在郁金香種球的復壯技術方面開展了不少研究，夏宜平等[21]認為高山冷涼氣候條件適合郁金香鱗莖的生長，郁金香退化球及子球在高山種植后能夠得到有效復壯。王生旭等[22]提出采用保護地栽培提前郁金香的發(fā)芽和開花時間，延長花后種球的生長時間，從而提高成球率的復壯方法。由于種球的復壯對環(huán)境條件及栽培技術的要求較高，并且也需要一定的時間，所以園林應用中很少對種球復壯后再利用。因此，在諸多郁金香品種中篩選出退化緩慢、可以露地留床栽培的品種用于部分園林景觀布置，能夠提高種球利用率、降低栽培成本。目前，有關不同郁金香品種在留床栽培后植株性狀表現的研究鮮有報道。本研究通過對留床栽培的郁金香進行連續(xù)2 年的地上部表型性狀觀測及主成分分析，結合出苗率及12 個表型性狀的變化情況，篩選出了6 個適宜在西寧地區(qū)露地留床栽培且觀賞價值較穩(wěn)定的郁金香品種，分別是Yellow Pomponette、 Negrita、 Leen Van Der Mark、Christmas Marvel、Pink Pomponette、Parade。張艷秋等[8]在遼寧地區(qū)對15 個郁金香品種進行了留地栽培，其中Oxford’s Elite 未出現退化現象，而Negrita 種球全部消失。品種Oxford’s Elite 在西寧地區(qū)留床栽培后雖然表型性狀有所退化，但綜合評價來看退化較緩慢，說明該品種的適應性較強，而Negrita 在兩地的表現差異顯著，這可能與品種特性與氣候條件差異有關。

選擇適宜當地栽培的品種首先要通過試驗進行觀賞價值的評價。前人在郁金香觀賞價值評價方法方面開展了相關研究，熊亞運等[23]以北京地區(qū)郁金香花展常用品種為對象，通過層次分析法篩選出17 個具有較高觀賞價值且種球更新能力好的理想品種，認為采用科學的方法進行品種評價篩選出優(yōu)良品種，再結合栽培措施可以獲得具有再利用價值的有效種球。在觀賞價值的多種評價方法中，主成分分析法對信息進行濃縮的同時避免各信息的重疊，綜合因子的權重根據其貢獻率的大小確定，因此結果客觀合理、受主觀因素影響較小[20]，在花卉觀賞價值評價中應用廣泛[24?25]。馬秀花等[12]對郁金香的20 個表型性狀進行了主成分分析，認為郁金香的觀賞價值受株高、花徑、葉數、花須邊程度、花色、冠幅、葉片邊緣波狀程度等性狀影響，其中受株高和花徑的影響較大，并基于主成分分析對57 個郁金香栽培品種進行了觀賞價值綜合評價。本研究對36 個郁金香品種種植當代和留床一代的12 個地上部表型性狀分別進行了主成分分析，發(fā)現葉片的各項指標在因素提取中都分布于特征值占比較高的因素里，對之后的觀賞價值綜合評價得分影響較大。郁金香生長過程中所需養(yǎng)分主要源于種球自身的營養(yǎng)貯備，地上部良好的營養(yǎng)生長決定地下鱗莖的發(fā)育及養(yǎng)分積累，對鱗莖的再利用至關重要[26?27]。

本文通過對郁金香留床栽培后觀賞價值變化的研究，篩選出適宜留床栽培的品種，這些品種可用于部分園林景觀布置，對于減輕郁金香在園林應用中的消耗性栽培、提高種球利用率、降低栽培成本具有重要意義。