因子分析法对玉米生产试验品种评价

孟静娇， 谢志坚， 李海静， 刘婷婷， 陈国斌， 杨钏杰

(1.保山市农业科学研究所， 云南 保山 678000； 2.黑龙江省农垦科学院， 哈尔滨 150000)

玉米品种试验包括区域试验和生产试验，是玉米品种审定及推广的必要程序。生产试验虽只进行一年，却是对区域试验中表现优良的品种，经过大田生产，进一步鉴定其丰产性、稳产性、抗病性、适应性的重要环节[1]。在整个试验过程中，如何全面准确地认识品种优劣性，对科学合理地评价参试品种的综合生产力和适应区域具有重要意义。目前，对区试结果作综合分析和评价的研究[2-6]已普遍，较多采用的是方差分析、联合方差分析、模糊综合评判、灰色关联度分析、聚类分析、主成分分析、高稳系数法等常用方法，对生产试验的分析研究更少[7,8]，且方法单一。因子分析法是一种用来研究存在于同一系统中多个可观测变量之间相互关系的多元统计分析方法，最初是为了解决心理学上的难题而诞生的，在医疗学[9]、地质学[10]、经济发展学[11]等领域都有成功的运用。后应用于作物遗传育种中，更多的用来分析作物品种多个数量性状复杂相互关系的研究。前人对水稻[12-14]、小麦[15-18]、玉米[19-23]等主要作物自交系、杂交组合、品种等多种材料的农艺性状、生理性状、穗部性状、品质性状等多类指标的研究上都有效运用了因子分析法。但这些研究也通常是对现有材料的优良性、适应性等进行综合分析和评价，直接用于品种试验的研究鲜见报道。

笔者认为，对区试结果的品种分析更多是偏于优劣评判和选育改良方向，而对生产试验的品种研究则可偏于栽培应用方向。由此，本文尝试着将因子分析法引入生产试验中，对2018年云南省农科院玉米品种联合体生产试验(中海拔组)保山试点结果作进一步的深度分析，研究参试品种实际生产中潜在的产量影响因子，以期为玉米生产试验分析扩宽一种新思路和新方法，在生产实践中采取具体有效的栽培措施，使优良品种投入更高效的大面积种植和推广，从而提高生产力和经济效益。

1 材料与方法

试验于2018年在保山市隆阳区板桥镇小永村进行。参试品种为云南省农科院玉米品种联合体(中海拔组)的云瑞818、楚单1404、昭黄10号、临玉11号、靖都2号、海禾2号(ck)、保玉16号、宏单2号、文研1905、靖都1号、大玉1533、云瑞66共计12个品种。采用随机区组排列，不设重复，每个品种种植一个小区，对照品种海禾2号种在中间，小区面积300 m2，等行距种植，保苗密度60 000株·hm-2。试验前茬作物萝卜，地块平整，地力均匀，肥力中上，有浇水条件。6月1日播种，植株生长期间，防虫不防病，其它田间管理同当地正常生产水平。

记载出苗期和成熟期，计算生育期。乳熟期，连续取小区内正常植株10株测量平均株高和穗位高，同时调查玉米大斑病、小斑病和灰斑病。乳熟末期，调查统计倒伏率和倒折率。成熟时，收获全区(300 m2)鲜果穗，同时记录穗腐病。全部风干脱粒后以标准水分14%的籽粒干重折算出小区产量，再折合为每公顷产量。其中大斑病、小斑病、灰斑病和穗腐病以9级病级分类法表示：1级-高抗；3级-抗病；5级-中抗；7级-感病；9级-高感。具体性状指标的测定方法和标准严格按云南省普通玉米品种试验进行。

由于在生产试验的考察性状中，所有品种的倒伏率和倒折率均为0，无分析意义，在此选取与玉米产量有关的其余7个性状：生育期X 1，株高X 2，穗位高X 3，大斑病X 4，小斑病X 5，灰斑病X 6，穗腐病X 7进行分析。

采用Microsoft Excel 2010软件进行基本数据处理，参照余家林等[9]的统计模型和方法，利用SAS 8.1软件作因子分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 因子分析

2.1.1因子矩阵分析

以12个参试品种的7个性状

为基础作因子分析，得到的相关矩阵结果见表1。按最小特征值即方差贡献大于1的原则保留公因子，取前3个公因子F 1、F 2和F 3。7个性状指标主要受3个公因子控制，第一公因子的方差贡献率为35.99%，第二公因子的方差贡献率为31.68%，第三公因子的方差贡献率为15.55%，3个公因子的累计方差贡献率达83.22%，已能基本反映原来7个指标的全部信息。

表1 相关距阵的特征值

由于初始因子的典型代表变量不十分突出，对初始因子载荷矩阵进行方差极大正交旋转变换，使初始因子载荷向0和1两极分化，可使因子意义更加清楚(表2)。由表2可知，旋转前后7个性状的公因子方差相同，而旋转后3个公因子的方差贡献与旋转前是不同的，但旋转前后3个公因子的方差贡献(λj)之和都等于7个性状的公因子方差(hk2)之和，均为5.825 1。从正交旋转后的因子载荷阵上可看出，第一公因子中，X 4的载荷值最大为0.909 1，X 6和X 7次之，为0.809 9和0.784 0，其余性状的因子载荷值较小，说明F 1基本反映了大斑病X 4、灰斑病X 6、穗腐病X 7的大小，因此可称公因子F 1为抗病性因子。第二公因子中，穗位高和株高的因子载荷值最大，分别为0.918 8和0.906 6，其次是小斑病为-0.724 2，其余性状的载荷值均较小。在此，小斑病载荷值相比穗位高和株高较小，且为害较轻，并非生产试验中品种审定要求的主要病害，而穗位高和株高代表了玉米植株的主要农艺性状，据此称第二公因子为主要农艺性状因子。第三公因子中，仅生育期的因子载荷值明显较大，为0.9813，其余性状的因子载荷值均甚小，称第三公因子为生育期因子。

表2 初始因子和方差极大正交旋转后的因子载荷矩阵

2.1.2因子得分分析

由表3可看出，12个参试品种中，得分最低的是大玉1533，最高的是宏单2号，昭黄10号和保玉16号得分近于0。整体比较所有参试品种，大玉1533、云瑞818、靖都1号和云瑞66等4个品种的综合得分为较低负值。其中，大玉1533三个公因子得分均为负值，说明该品种大斑病、灰斑病及穗腐病病级较小，也即抗病性较好，株高穗位整体较矮，生育期较短，因而各因子得分为较低负值，从而综合得分为负值最低；云瑞818的F 2因子得分最低，F 3因子得分最高，F 1因子得分较低，综合得分也为较低负值，说明该品种株高穗位整体最矮，生育期最长，抗病性较强；同理分析表明，靖都1号抗病性较好，云瑞66株高穗位整体较矮，生育期较短。文研1905、海禾2号(ck)、靖都2号和宏单2号的综合得分为较高正值。其中，文研1905三个公因子得分差异不大，性状优劣表现不突出；海禾2号(ck)和宏单2号的F 1得分于参试品种中明显较高，说明这2个品种抗病性最差，但从F 3得分可以看出，海禾2号生育期最短，而宏单2号生育期较长；靖都2号F 3得分明显较高，说明该品种生育期较长。楚单1404、临玉11号、昭黄10号和保玉16号的综合得分较接近于0。其中，临玉11号3个公因子得分差异不大，无明显优劣性状突出表现；楚单1404、昭黄10号和保玉16号的F 2得分明显较高且差异不大，昭黄10号F 1得分最低，保玉16号和楚单1404的F 1得分较低且差异不大，保玉16号F 3得分很低，昭黄10号和楚单1404的F 3得分近于0且差异不大，说明这3个品种的株高穗位整体较高且较接近，昭黄10号抗病性最好，保玉16号和楚单1404抗病性好且类似，保玉16号生育期较短，昭黄10号和楚单1404生育期适中且较接近。

表3 公因子得分及综合排序

2.2 聚类分析

根据公因子F 1、F 2与F 3的得分用离差平方和法作系统聚类，可将12个参试品种聚为四大类(见图1)。第Ⅰ类包括昭黄10号、保玉16号和楚单1404，特点是F 1小于0，F 2大于1，整体抗病性好，株高穗位较高，综合生产力强；第Ⅱ类包括靖都1号、大玉1533和云瑞818，特点是F 1小于0，F 2小于0，株高尤其穗位较矮，小斑病较重，主要抗病性较好，生产潜力较大；第Ⅲ类为云瑞66和海禾2号(ck)，特点是F 1(趋近)大于1，F 3小于-1，主要抗病性较差，生育期较短，综合生产力中等；第Ⅳ类包括临玉11号、文研1905、宏单2号和靖都2号，特点是F 1大于0，F 2大于0，F 3大于0。其中，临玉11号和文研1905的F 1、F 2和F 3得分都基本近于0，2个品种无明显优缺点，因而在该类中又单独聚为一个亚类。靖都2号和宏单2号表现为F 2中等，F 1(趋近)大于1，F 3(趋近)大于1，2个品种株高穗位整体适中，主要抗病性较差，生育期较长。这4个品种总体特点为无明显优势，个别性状缺陷较突出，生产潜力有限。

图1 各品种的因子得分聚类分析结果

2.3 综合分析

直接对比产量数据，12个参试品种中产量处于前3位的是昭黄10号、保玉16号和临玉11号。通过因子分析，综合因子得分较佳的是昭黄10号、保玉16号、临玉11号和楚单1404，尤其昭黄10号和保玉16号得分大于-0.1，小于0.1，最接近于0，综合因子得分最佳。聚类分析得到，昭黄10号、保玉16号和楚单1404属于同类品种，在四类品种中最优。综合分析结果表明，12个参试品种中昭黄10号和保玉16号生产效益最好，适宜在保山地区扩大种植和推广。

3 讨论与结论

本研究中12个参试品种在保山试点的7个性状结果经因子分析后提取出3个简单的公因子，对变异的累计贡献率达83.22%。3个独立的公因子较真实地反映了所支配的7个性状及其相互关系，且每个公因子都综合表现出某种明确的功能，如F 1抗病性因子、F 2主要农艺性状因子、F 3生育期因子。公因子分析的结果，从多元统计学量化的角度揭示了性状间的相互关系，与生产中的实际情况基本相符。本文的因子分析原理和方法与前人是一致的，得出的结果也与相关研究[19,20]类似，说明因子分析法运用于玉米生产试验中是可行的，在栽培上有一定的指导意义。需要注意的是，每个公因子的各性状间存在某种内在的正向或负向协变关系，实际生产中，要注意以育种和栽培措施协调矛盾关系，发挥品种在地方的最大潜力。

通过计算因子得分，12个参试品种中，大玉1533综合得分最低，栽培生产中要注重防治小斑病；宏单2号综合因子得分最高，栽培生产中需加强对大斑病、灰斑病及穗腐病的主要病害综合防治；昭黄10号和保玉16号的综合因子得分最佳，适宜在保山市中海拔区域大面积常规化栽培。借助因子得分结果可发现，因子得分的正负并不直接代表品种的优劣，要看具体的因子构成。大玉1533综合得分最低，源于其主要抗病性较好，株高穗位较矮，生育期较短，这些并非不良品种的表现，分析其F 2得分明显较低，F 2中小斑病的因子载荷较大且为负，说明该品种小斑病抗性较差。宏单2号、靖都2号和对照海禾2号综合得分较高，其病害严重是主要因素，这并不代表优良品种的表现。综合因子得分近于0的昭黄10号和保玉16号整体性状表现最好，与实际调查完全相符，这说明综合得分接近0最佳，基本属于优良品种范畴。

以因子得分为基础进行的聚类分析更加切实，具有一定的参考价值。本文聚类分析得到12个品种聚为四大类：第Ⅰ类包括昭黄10号、保玉16号和楚单1404，综合生产力强；第Ⅱ类包括靖都1号、大玉1533和云瑞818，生产潜力较大；第Ⅲ类包括云瑞66和海禾2号，综合生产力中等；第Ⅳ类包括临玉11号、文研1905、宏单2号和靖都2号，生产潜力有限。这种分类既避免了以产量等表面数据的简单定性带来的直观评判，又可摒除以因子分析中由个别性状优劣带来的潜在影响产生的误判，从而大大提高品种分析的科学性及合理性。

联合因子分析和聚类分析，结合原始产量对品种进行综合评判的结果是最可靠的。本研究结果表明，综合分析12个参试品种，昭黄10号和保玉16号总体表现最优，生产效益最好，栽培最高效，建议在保山地区扩大示范种植。