主成分分析及隶属函数法综合评价玉米苗期耐盐性

刘春荣， 张国新， 王秀萍

(1.唐山市丰南区农牧局，河北唐山 063200；2.河北农林科学院滨海农业研究所，河北唐山 063200)

主成分分析及隶属函数法综合评价玉米苗期耐盐性

刘春荣1， 张国新2*， 王秀萍2

(1.唐山市丰南区农牧局，河北唐山 063200；2.河北农林科学院滨海农业研究所，河北唐山 063200)

[目的]为了综合评价玉米苗期耐盐性。[方法]利用耐盐鉴定池，采用0.5%盐碱原土对10个玉米品种进行苗期胁迫鉴定。通过主成分分析、隶属函数法，对株高、出苗率、鲜重、干重等9个指标进行分析，评价耐盐性。[结论]苗期耐盐性为中科11﹥肃研480﹥农单116﹥伟科702﹥浚单20﹥中地175﹥肃玉1号﹥衡单6272﹥郑单958﹥纪元128。

主成分分析；隶属函数法；玉米耐盐性

土壤盐碱化是一个世界性的问题。目前, 世界上有4亿～9亿hm2土地受盐渍化的影响[1]，严重限制农业生产的可持续发展。我国盐渍土总面积约3 600万hm2，其中耕地盐渍化面积达到920.9万hm2，占全国总耕地面积的6.62%，主要分布在西北、华北、东北和沿海地区[2]。高效开发与利用盐渍化土地成为人类的必然选择。如何提高植物的抗盐性，增加在盐胁迫下农作物的产量一直是人们关注的课题。盐渍化土壤的开发利用有多种途径。筛选作物的耐盐品种且加以利用是一种行之有效的措施[3]。

玉米是重要的粮食作物、饲料作物，是我国的三大作物之一，常年播种面积在2 500万hm2左右, 约占世界总面积的17.2%。玉米对盐分中度敏感。在盐胁迫下玉米的生长发育受到明显的抑制。它是对盐分较敏感的禾本科作物[4]。利用耐盐鉴定手段，筛选耐盐玉米品种资源，对盐碱地玉米增产、耐盐育种至关重要。

耐盐性是一个受多基因控制的复杂性状。单一指标分析无法准确地反映植物的耐盐性。主成分分析结合隶属函数法能有效、全面地分析品种耐盐性，目前在一些作物苗期耐盐性评价上得到应用[5-7]，而在玉米苗期耐盐综合评价研究未见报道。在测定多项生长指标的基础上,笔者采用盐碱原土鉴定法，利用主成分分析, 结合隶属函数，对10个玉米品种苗期的耐盐性进行综合评价,以期筛选耐盐强的品种资源，为耐盐品种适宜性推广及耐盐种质研究提供物质基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料冀东滨海区推广的玉米品种10个，为伟科702、中地175、肃玉1号、纪元128、衡单6272、肃研480、郑单958、中科11、浚单20、农单116。品种来源为丰南种业科技有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1试验设计。采用盐碱池原土鉴定法。盐碱池长3 m、宽2 m、深40 cm，填调配好的盐碱原土，土壤盐分浓度0.5%，以非盐碱土(盐分浓度0.1%)为对照。每个品种20株，株行距10 cm×10 cm，3次重复。5月15日播种，采用淋喷方式保持土壤湿润，每个重复浇水量一致， 4周后测定。

1.2.2测定指标。利用YMJ-B型便携式叶面积仪，测量功能叶片叶面积；采用游标卡尺，测量地上根基部直径(茎粗)；分别称取洗净吸干水分的植株鲜质量，装入干燥纸袋内，于70 ℃烘干至恒质量，然后称取干质量,取平均值。

1.3 评价方法

1.3.1耐盐系数。根据所测得的各项理化指标数据, 分别计算对照和0.5%含盐量处理下各指标值的平均值。然后，用公式(1)转换原始数据,求得各理化指标性状的耐盐系数(a)。

耐盐系数=处理测定值/对照测定值×100%

(1)

1.3.2隶属函数值。U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)(i=1,2,3,…，N)

(2)

式中,Xi为指标测定值；Xmin和Xmax分别为所有参试材料某一指标的最小值和最大值。

(3)

式中, wi表示第i个公因子在所有公因子中的主要程度;Pi为各品种第i个指标与耐盐系数间的相关系数, 表示各品种第i个公因子的贡献率。

(4)

式中, D值为材料在盐分胁迫下用综合指标评价所得的耐盐性综合评价值。

2 结果与分析

2.1 耐盐系数选取苗期玉米株高、出苗率、叶数、茎粗、鲜重、干重、叶面积9个生长指标，通过0.5%盐分胁迫与对照数据分析，求得10个品种耐盐系数。从表1可以看出，不同品种指标间差异较大，单一指标很难评价品种耐盐性。

表1 耐盐系数

2.2 主效因子利用主成分分析法，对9个指标进行分析(表2)。依据主因子的特征累积比例的临界值为0.9，5个主因子代表9个指标的所有信息，累计贡献率为94.3%。其中，第一个因子包含出苗率、株高、上鲜重3个指标，特征值为2.613 2，贡献率最高，达25.1%；下鲜重、下干重为第二主因子，特征值为2.364 8，累计贡献率达21%；叶数、茎粗为第三主因子，特征值为0.983 9，累计贡献率达20%；叶面积、上干重贡献率分别达16.5%、11.7%。根据贡献率大小，可知各综合指标的相对重要程度。前3个因子包含的7个指标特征值高，包含的信息量大，在9个指标中的重要程度高。

表2 因子载荷矩阵

2.3 隶属函数依据10个品种的因子得分值，利用公式(2)，计算隶属函数值(表3)。依据各因子贡献率，由公式(3)计算各因子权重，5个因子权重值依次为0.266、0.222、0.212、0.175、0.124。

2.4 耐盐性综合评价耐盐性综合评价值反映各品种综合耐盐能力, 数值越大表明耐盐性越强。通过公式(4)，利用得分值的隶属函数与权重值，计算出耐盐性综合评价值(D)，从大到小依次为中科11、肃研480、农单116、伟科702、浚单20、中地175、肃玉1号、衡单6272、郑单958、纪元128，说明中科11、肃研480苗期耐盐性最强，郑单958、纪元128耐盐性较弱。

表3 隶属函数及综合评价值

3 结论

利用隶属函数、主成分分析法评价玉米苗期耐盐性，避免单一指标评价的片面性，使得评价更趋于科学、合理。通过主成分分析，发现出苗率、株高、叶数、茎粗、上鲜重、下鲜重、上干重、下干重、叶面积等9个指标被归纳为5个主成分，累计贡献率达94.3%，代表9个指标的全部信息。

通过对10个玉米品种的耐盐性综合评价，苗期耐盐性从大到小依次为中科11、肃研480、农单116、伟科702、浚单20、中地175、肃玉1号、衡单627、郑单958、纪元128。该研究对冀东滨海盐碱区耐盐玉米选择、应用具有一定的指导意义。

[1] 王遵亲.中国盐渍土[M].北京:科学出版社,1993：325-334.

[2] 王佳丽，黄贤金，钟太洋，等．盐碱地可持续利用研究综述[J].地理学报，2011，66(5):673-684.

[3] 赵可夫.植物抗盐机理[M].北京:中国科学技术出版社,1993.

[4] 王丽燕，赵可夫.玉米幼苗对盐胁迫的生理响应[J].作物学报，2005，31(2):264-268.

[5] 解松峰, KANSAYE ALY，杜向红，等.30份引进大麦品种(系)苗期耐盐性综合分析[J].草业科学，2010,27(4)：127-133.

[6] 刘雅辉，王秀萍，张国新，等.棉花苗期耐盐形态指标的筛选及综合评价[J]. 安徽农业科学，2012，40(9):5119-5120，5721.

[7] 慈敦伟，丁红，张智猛，等.花生耐盐性评价方法的比较与应用[J].花生学报，2013，42(2)：28-35.

Principal Component Analysis and Membership Function Method to Evaluate Salt Tolerance in Seedling Stage of Corn

LIU Chun-rong1, ZHANG Guo-xin2*, WANG Xiu-ping2

(1. Fengnan Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Tangshan City, Tangshan, Hebei 063200; 2. Institute of Coastal Agriculture, Hebei Academy of Agriculture & Forestry Sciences, Tangshan, Hebei 063200)

[Objective] Comprehensive evaluation of salt tolerance in seedling stage of corn. [ Method] 10 corn varieties were used for seedling stress identification method combining salt tolerant identification pool with 0.5% varieties of saline-alkali soil. The 9 indexes of plant height, seedling emergence rate, fresh weight,dry weight and all were analyzed as salt tolerance identifying indices through principal component analysis and membership function method. [Conclusion] Salt tolerance at seedling stage: Zhongke 11 > Suyan 480 > Nongdan 116 > Weike 702 > Jundan 20 > Zhongdi 175 > Suyu 1 > Hengdan 6272 > Zhengdan958 > Jiyuan128.

Principle component analysis; Membership function method; Salt tolerance of corn

河北省渤海粮仓支撑计划。

刘春荣(1968- )，女，河北唐山人，高级农艺师，从事作物育种及栽培研究。*通讯作者，研究员，从事盐碱地改良利用方面的研究。

2015-08-20

S 11

A

0517-6611(2015)28-013-02