不同栽培方式下光敏型高丹草主要农艺性状与产草量相关性的因子分析

王 斐，何振富，贺春贵

（甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所，兰州 730070）

高丹草（Sorghum sudangrass hybrid）是高粱（Sorghum bicolor）与苏丹草（Sorghum Sudanense）杂交的一种新型的一年生禾本科饲料作物［1］，其中光敏型高丹草在畜牧领域有着广阔的开发利用前景，具有生长期长、产草量高、适口性好［2］等优良饲料作物特性。目前，国内学者在优选高丹草品种适应性栽培技术［3-5］、生物学特性［6-8］、加工和利用［9］等方面都开展了相关的研究，但其主要农艺性状［10］与产草量相关性的研究报道较少。

因子分析是指从变量群中提取共性因子进行统计的一种数据分析方法，其目的在于从试验所得的数据样本中概括和提取出较少量的关键因素，从而反映和解释所得的大量观测事实，并建立起最简洁、最基本的概念系统，揭示出事物之间最本质的联系。本文以引进的海牛、大卡、BJM三个光敏型高丹草品种为研究对象，在陇东黄土高原旱作区进行麦茬后复种，测定不同种植条件下各品种的主要农艺性状及产草量，通过对多个农艺性状和产草量的相关系数矩阵内部结构的研究，找出能控制所有农艺性状和产草量的几个主因子，并对其相关性进行因子分析，以期为高产高丹草的品种筛选及利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2013年6—10月在甘肃省农科院镇原试验站（35°29′42″N，107°29′36″E）进行（庆阳市镇原县上肖乡）。试验地处甘肃东部黄土高原平原旱作区。该地年均降水量540 mm、54%以上集中在7—9月，地下水埋深60～100 m，海拔1 297 m，年均气温8.59℃，年均日照时数2 449.2 h，≥0℃年均积温3 435℃，≥10℃年均积温2 722℃，无霜期165 d。镇原试验站2013年全年月平均气温和降水量见图1。土壤为黑垆土，播前0～20 cm土壤有机质 12.4 g/kg、有效磷 13.89 mg/kg，碱解氮67 mg/kg，速效钾184 mg/kg，pH值8.21，全盐量0.037%；20～40 cm土壤含有机质11.8 g/kg、有效磷11.35 mg/kg，碱解氮65 mg/kg，速效钾159 mg/kg，pH值8.14，全盐量0.05%。

图1 2013年镇原试验站气温和降水分布

1.2 供试品种及来源

供试高丹草3个品种均为光敏型（PPS），名称为大卡（Big kahuna）、海牛（Monster）和 BJM，皆引自美国。

1.3 试验设计

试验按栽培方式单因素随机区组进行设计。3种栽培方式不同品种各3次重复，共27个小区。3种栽培方式分别为：免耕露地穴播（播前压平麦茬，不覆盖地膜），翻耕露地穴播（播前深翻整地、不覆盖地膜）和翻耕覆膜穴播（即播前深翻、旋耕整平后、用宽膜覆盖、再播种；地膜宽120 cm、厚0.01 mm，覆盖时在膜带上每隔200 cm压土固定；两膜带间有30 cm宽条带上没有覆膜）。小区面积为20 m2（5 m×4 m），穴距20 cm，行距50 cm，每穴保苗1株，密度每公顷10万株。冬小麦收割后2 d（6月28日）整地播种，整地时不施基肥，在拔节期追施纯氮62.1 kg/hm2。田间杂草适时人工拔除。试验过程没有施用杀虫剂、除草剂和生长调节剂。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 农艺性状 刈割时，各品种每个重复小区依次取10 株为对象观测农艺性状，包括株高（X1）、茎粗（X2）、节数（X3）、叶片数（X4）、单株鲜重（X5）、单株叶重（X6）、单株茎重（X7）和分蘖数（X8）［1-2］。

1.4.2 产草量测定 产草量（X9）为单位面积土地上所收获地上部分的全部产草量，以干物质重量为产草量指标。田间整株取样称鲜重后，切断至10～20 cm，用自封袋密封后送实验室测定干物质产草量（105℃恒重法）［11］。每处理各小区分成两半，各 10 m2，在霜降前（2013年10月19日，播后113 d，早霜前1周）刈割。小区苗不全的按比例补充缺苗数计算产草量，留茬高度平均10 cm。

1.5 数据处理

使用Excel 2007进行数据处理、制作图表，采用DPSv 7.55统计软件进行相关性及因子分析［12］。因子分析：原始数据→相关矩阵→主因子分解→正交因子分解（通过正交因子旋转），分解出对原始变量起重要支配作用的公共因子。

2 结果与分析

2.1 农艺性状及产草量测定结果

由表1可知，在不同栽培方式下，光敏型高丹草除分蘖数（X8）之外，其余各农艺性状均表现为翻耕覆膜穴播大于其他两种栽培方式，且与产草量（X9）表现一致；其中单株鲜重（X5）、单株叶重（X6）、单株茎重（X7）及分蘖数（X8）等变异系数较大，说明在复种条件下利用翻耕覆膜穴播比另两种栽培方式更适宜光敏型高丹草的生长。

表1 光敏型高丹草不同栽培方式下的主要农艺性状及产草量

表2为不同品种之间农艺性状及产草量（X9）的对比。由表 2可知，株高（X1）与茎粗（X2）以海牛最大，节数（X3）、叶片数（X4）及分蘖数（X8）以大卡最多，单株鲜重（X5）、单株叶重（X6）、单株茎重（X7）均以 BJM 最大，且产草量（X9）亦为BJM最高。因此，大卡的特点为植株高而细，主茎分节、叶片数和分蘖多，单株产量较低，而BJM的特点为植株较矮但较粗壮，主茎分节、叶片数和分蘖均较少，单株产量较高，而海牛介于两者之间。

表2 不同品种光敏型高丹草的主要农艺性状及产草量

2.2 相关性分析

各农艺性状及产草量之间的相关系数见表3，由表3可知：

（1）株高（X1）与节数（X3）呈极显著正相关，说明高丹草植株越高，分节就越多。

（2）茎粗（X2）、单株鲜重（X5）、单株叶重（X6）及单株茎重（X7）4个农艺性状之间均表现极显著正相关，说明高丹草植株主茎越粗，单株鲜重、单株叶重、单株茎重越大。

（3）叶片数（X4）与分蘖数（X8）呈显著正相关，说明分蘖数越多，单株叶片数就越多。

（4）产草量（X9）与单株鲜重（X5）呈极显著正相关，与叶片数（X4）、单株叶重（X6）、单株茎重（X7）呈显著正相关；与株高（X1）、茎粗（X2）、节数（X3）呈正相关，与分蘖数（X8）呈负相关，但均未达到显著水平。说明高产高丹草的主要特征包括茎粗、单株产量高、分蘖少、叶片多等。

考虑到在不同栽培方式下各农艺性状与产草量之间存在复杂的关系，故进一步进行因子分析。

表3 光敏型高丹草各农艺性状及产草量之间的相关系数

2.3 因子分析

2.3.1 初始因子载荷阵 各农艺性状与产草量初始因子载荷矩阵见表4，包括各主因子特征值及累积贡献率。由表3可以看出，免耕露地穴播、翻耕露地穴播处理的3个主因子和翻耕覆膜穴播处理的4个主因子特征值的累计贡献率均在0.900 0以上，说明其已覆盖所有性状的主要信息。

表4中还列出了各农艺性状及产草量的共同度。通常第i个性状的共同度是主因子对第i个性状的总方差所做的贡献，共同度越大，说明主因子包含该变量的变异信息越多。在免耕露地穴播处理时，分蘖数共同度最小，仅0.754 9，说明主因子对分蘖数的代表性最差，对其他性状及产草量的代表性较好；在翻耕露地穴播处理时，各农艺性状及产草量共同度均大于0.800 0，即各主因子对8个农艺性状及产草量均有较好的代表性；在翻耕覆膜穴播处理时，仅分蘖数共同度为0.896 0，其他性状及产草量均在0.900 0以上，表明主因子在该处理下对所有性状及产草量代表性均较好。

表4 光敏型高丹草农艺性状初始因子载荷矩阵

2.3.2 方差极大化旋转 建立因子分析数学模型的目的不仅是为了找出主因子，更重要的是要知道每个主因子的意义，以便对实际问题进行分析，因此，根据因子荷载矩阵的不唯一性对其进行旋转。方差极大化旋转可以使因子荷载矩阵中各因子的载荷值总方差达到最大，从而使载荷矩阵旋转到尽量简单的结构，以此进一步进行分析。

各农艺性状及产草量初始因子载荷矩阵方差极大化旋转见表5。由表5可以看出，该矩阵与初始因子载荷矩阵相比，各处理主因子中变量的载荷值明显更加趋于两级化，各主因子与有关性状的相关程度较为明确，表明经方差极大化旋转后，主因子的生物学意义更加明显。

免耕露地穴播处理时，主因子1中载荷值以茎重（0.945 7）最大，故称为茎重因子，它与单秆鲜重（0.926 0）和茎粗（0.794 2）呈正相关，与叶片数（-0.887 7）和分蘖数（-0.792 2）呈负相关，说明茎重越大，单秆鲜重越重、茎越粗、叶片数和分蘖数越少；主因子2中载荷值以株高（0.929 7）最大，故称为株高因子，它与叶重（-0.898 2）呈负相关，与节数（0.798 0）呈正相关，说明株高越高，叶重越小，节数越多；主因子3中载荷以产草量（0.878 3）最大，故称为产草量因子，它与分蘖数呈负相关，与其他各性状呈正相关，说明分蘖数越少，其他各性状越高，干物质产草量越高。

翻耕露地穴播处理时，主因子1中载荷值以分蘖数（-0.969 0）的绝对值最大，故称为分蘖因子，它与茎重（0.955 0）、单秆鲜重（0.933 6）、茎粗（0.909 3）呈负相关，说明分蘖数越多，茎重和单秆鲜重越小，茎粗越细；主因子2中载荷值以产草量（0.916 5）最大，故称为产草量因子，它与叶片数（0.866 6）和叶重（0.688 2）呈正相关，说明叶片数越多，叶重越大，相应的产草量也越高；主因子3中载荷值以株高（0.935 5）最大，故称为株高因子，它与节数（0.880 0）呈正相关，说明株高越大，节数越多。

翻耕覆膜穴播处理时，主因子1中载荷值以单秆鲜重（0.986 2）最大，故称为单秆鲜重因子，它与茎重（0.978 9）、茎粗（0.949 8）和叶重（0.783 2）呈正相关，说明茎重、茎粗和叶重越大，单秆鲜重越大；主因子2中载荷值以叶片数（0.970 8）最大，故称为叶片数因子，它与分蘖数（0.877 3）呈正相关，说明分蘖数越多，叶片数量也越多；主因子3中载荷值以株高（0.903 6）最大，故称为株高因子，它与节数（0.844 0）呈正相关，说明株高越高，节数越多；主因子4中载荷值以产草量（0.757 5）最大，故称为产草量因子，它与茎粗、茎重、分蘖数呈正相关，说明茎粗越粗，茎重越大，分蘖数越多，产草量也相应的越高。

在不同栽培方式下，9个性状分别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的产草量载荷大于其他主因子，说明这几个主因子中载荷较高的生物学性状直接影响产草量。因此，在免耕露地穴播处理时，除分蘖数之外，其余性状均直接正向促进产草量的提高；在翻耕露地穴播处理时，茎粗和节数与产草量呈负相关，而叶片数和叶重与产草量呈明显的正相关，可能说明当高丹草节数减少时，其单株叶片数反而会增加，叶重亦随之增加，从而正向影响产草量；在翻耕覆膜穴播处理时，仅茎粗、茎重及分蘖数与产草量正相关，其余性状均存在一定的负向作用，且均小于0.320 0，因此可能存在其他影响产草量的原因，需要进一步研究探讨。

表5 方差极大正交旋转因子载荷矩阵

2.3.3 斜交旋转 斜交旋转是因子分析中另一种获得较为满意主因子的方法，比方差极大化旋转收敛快，且允许因子间相关。表6为斜交参考因子结构矩阵，通过观察可以发现其产草量主因子与方差极大化旋转中相同，分别为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），说明在这几个主因子中荷载较高的因子对产草量影响较大。同时，通过表7可以看出，免耕露地穴播主因子3与主因子2呈正相关（0.085 8）、与主因子1呈负相关（-0.265 6）；翻耕露地穴播主因子2与主因子1呈正相关（0.184 1）、与主因子3呈负相关（-0.235 9）；翻耕覆膜穴播主因子4与主因子2呈正相关（0.179 7）、与主因子 1和 3均呈负相关（-0.118 5、-0.018 9）。

表6 斜交参考因子结构矩阵

表7 斜交参考因子相关矩阵

综合分析可以得出，在免耕露地穴播处理下，高丹草产草量可能与株高（X1）、节数（X3）、叶片数（X4）、分蘖数（X8）有较为明显的正相关性，即植株越高，分节、叶片、分蘖越多，高丹草产草量越高。在翻耕露地穴播处理下，产草量可能与茎粗（X2）、单株鲜重（X5）、茎重（X7）有正相关性，而与株高和节数有负相关性，即植株较低、分节较少的高丹草可能更为粗壮，从而产草量较高。在翻耕覆膜穴播处理下，产草量可能与叶片数（X4）、分蘖数（X8）有正相关性，与茎粗（X2）、节数（X3）、单株鲜重（X5）、叶重（X6）、茎重（X7）有一定的负相关性，与株高（X1）的相关性不明确。因此，不同栽培方式对高丹草农艺性状有一定的影响，并可能是造成高丹草产草量差异较大的原因之一；其中，由于栽培方式不同而导致各农艺性状差异较大的原因还有待进一步研究。

3 讨论

本研究对不同品种光敏型高丹草在不同栽培方式下主要农艺性状与产草量相关性主因子分析表明：在不同栽培方式下，各农艺性状均表现为免耕露地穴播＜翻耕露地穴播＜翻耕覆膜穴播，其中仍以单株鲜重、单株叶重、单株茎重及分蘖数等差异较大，且与产草量的表现一致，说明利用翻耕覆膜穴播比另两种栽培方式更适宜光敏型高丹草的生长。同时，3种栽培方式中产草量主因子中荷载较高的因子有较大差异，说明在免耕露地穴播条件下，植株较高，分蘖及叶片较多的品种更能适应，产草量较高；而茎秆较为粗壮、但相对低矮的高丹草更适于翻耕后种植；但覆膜这一种植条件在高丹草产草量中的影响不甚明确，有可能与研究开展地区气候及土壤条件有关，亟待进一步研究。

综上所述，光敏型高丹草在陇东黄土高原旱作区种植时，依现实条件而定，在免耕露地穴播时应优先选择大卡，在翻耕露地穴播时应优先选择BJM，在翻耕覆膜穴播时可以考虑在海牛和BJM间选择其一。同时，BJM相对于其他两品种，植株较粗壮、单株产量较高、分蘖数较少，较符合高产高丹草的主要特征。因此，陇东黄土高原旱作区光敏型高丹草的最佳栽培方式应为BJM与翻耕覆膜穴播相结合，可以获得较为理想的饲草产量。

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