基于主成分分析的杂交稻芽种物理特性评价研究

陈林涛，马 旭，曹秀龙，温志成，季传栋，李宏伟

基于主成分分析的杂交稻芽种物理特性评价研究

陈林涛1,2，马 旭1,2，曹秀龙1，温志成1，季传栋1，李宏伟1

（1. 华南农业大学工程学院，广州 510642；2. 广东省水稻移栽机械装备工程技术研究中心，广州 510642）

杂交稻芽种物理特性研究评价与水稻机械化生产密切相关。为对杂交稻芽种物理特性进行系统研究及科学评价，该文以华南稻区常用的杂交稻芽种为试验样品，分别测定其含水率、千粒质量、滑动摩擦角、休止角、休止角、芽长、三轴算术平均粒径及硬度8个物理特性指标参数，并运用主成分分析法简化物理特性指标，构架科学的量化评价体系，得到每种样品的综合得分。结果表明，样品的各个物理特性指标参数差异明显，各物理特性指标之间存在不同程度的相关性。千粒质量与休止角和休止角呈显著正相关；三轴算术平均粒径与休止角和休止角呈显著正相关；休止角与休止角呈显著正相关；千粒质量与含水率、三轴算术平均粒径及滑动摩擦角呈正相关；含水率与芽长呈正相关；硬度与休止角呈正相关；芽长与休止角、休止角和三轴算术平均粒径呈正相关。采用主成分分析法提取前3个主成分因子，累计贡献率达到80%以上，能够代表原来8个物理特性指标中的绝大部分信息，具有较好的代表性与客观性。结合试验结果初步确定9种杂交稻芽种样品物理特性的评价等级划分标准，对其做出了适当评价。采用聚类综合分析法对样品物理特性综合得分进行分析研究，9种杂交稻芽种被聚合为5类，各杂交稻芽种样品间物理特性有差异。本研究基于主成分分析法对杂交稻芽种物理特性进行评价，为杂交稻芽种物理特性的科学评价提供一种新思路，同时为水稻精密排种器作业参数的设计优化提供数据依据。

农产品;物理特性；主成分分析；杂交稻芽种；相关性；累计贡献率

0 引 言

中国水稻种植区域广，气候差异大、土地集中程度不等。水稻种植制度复杂，有单季、双季及多熟制。种植品种多样，有粳稻和籼稻，有常规稻、杂交稻和超级杂交稻。杂交稻品种繁多、千差万别，有的品种间差异很大，有的品种间差异并不是十分明显，不同种类杂交稻种子的物理特性存在差异[1-2]。杂交稻种子物理特性指标一般有千粒质量、密度、含水率、几何尺寸、孔隙率、摩擦学特性、流变特性、热学特性、光学特性、电学特性及粉碎特性等[3]。研究表明，对稻种物理特性的研究评价与水稻机械化生产密切相关，在水稻种植机械研制中，研究者要对稻种的物理特性进行科学测定，综合评价后筛选出外形尺寸相似、物理特性差异不大的稻种进行统计试验，“聚类处理”后才能设计出作业性能稳定的精密排种器。杂交稻芽种散粒体是播种器重要的作业对象，其物理特性研究能为播种器设计提供最基本的参数，也是建立播种机理相关数学模型（为工作性能分析提供依据）和进行计算机仿真研究（提供种子模型物理参数和边界条件）的基础。目前针对杂交稻芽种的物理特性研究还较少，各个主要水稻种植地区气候差异大、对应适宜种植品种也不相同，物理特性又因品种不同存在明显差异。已有研究成果只能作为借鉴而不能普遍适用，尤其是涉及杂交稻播种机理数学建模与仿真研究方面。杂交稻种子的摩擦学特性主要包含滑动摩擦角和休止角，滑动摩擦角用来表示芽种与接触物体表面的滚动摩擦特性。休止角能够反映芽种本身的品质、硬度、粒型、芽种表面光滑程度、芽种之间的摩擦力和含水率等特征，是影响芽种在种箱中运动的重要参数，也是计算种箱存种压力的重要参数[4-5]。因此，对稻种物理特性进行测定与评价具有重要意义。

近年来，对杂交稻种研究主要集中在品种选育、鉴定推广、营养价值与加工品质评价，芽种离散元关键参数标定及稻谷品种间快速无损分类等方面。徐赛等[6]运用仿生电子鼻技术获取常规稻与杂交稻气味指纹图谱，得出应用电子鼻对常规稻与杂交稻进行识别是可行的，该法可作为稻谷机器检测识别的一种补充方法；张桂花等[7]为研制适应包衣稻种育秧精量播种要求的播种机，对包衣水稻的物理特性进行测定，认为采用机械式型孔排种器是实现包衣水稻单粒精量播种的最佳途径；王睿晗等[8]以黑龙江省常见的稻种为试验材料，对芽种三轴尺寸、千粒质量、静止角及自流角进行测量，为播种机设计提供最基本的理论参数依据；鹿芳媛等[9-10]进行水稻芽种离散元关键参数标定，分析带种芽稻种的离散元特征，构建芽种离散元模型。以上研究主要是测定稻种的各种物理特性指标，并利用常规化学成分评价、外观质量评价、感官评价及单因子评价法对稻种物理特性进行简单评价，未对杂交稻种物理特性进行系统全面的量化评价。外观质量与感官评价受评价人员的主观影响较大，推广运用性较差。单因子评价法最大的弊端是个别指标不合格就会导致整体评价大幅下降。已有研究在分析与评价稻种物理特性时，常采用某个或某几个影响因子对某个或某几个特性评价指标的影响来评价综合物理特性，存在不够全面、系统的问题，而这些指标间存在交互影响，有时候会产生矛盾[11]，给稻种整体物理特性分析评价带来一定的困难。总之，针对杂交稻芽种的物理特性科学评价当前缺少一套客观科学、有效实用的评价方法。

主成分分析法具有能够减少原始数据信息损失、简化数据结构、避免主观随意性等优点，因而在许多领域的综合评价中被广泛应用[12-13]。杨洁等[14]研究国内外玉米DDGS的物理特性参数，通过对容重、摩擦特性等参数测定，并运用主成分分析法简化物理特性指标，构架了科学评价体系，为饲料加工提供理论数据基础。杨炳南等[15]基于主成分分析对常见马铃薯品种特性及加工适宜性进行分类，为马铃薯原料加工用途划分提供参考。李世瑶等[16]基于大田灌水试验数据，使用主成分分析方法将各评价指标的加权和作为灌水质量综合主成分指标，利用该指标去评价和分析灌水质量；张洪霞[17]为克服以往评价稻米质量方法的种种弊端，基于稻米力学流变学指标，应用主成分分析的方法，从样本相关矩阵出发，对稻米7个品种的14个主要力学指标进行了分析，建立稻米的食味值与主成分之间的回归方程，得出稻米质量的评价模型。罗红霞等[18]分析不同品种谷子淀粉品质特性的差异情况，以谷子淀粉基本特性、质构特性、透光率等品质特性为研究对象，采用主成分分析法对淀粉特性进行分析评价。赵洪卫等[19]利用相关性分析、因子分析等方法判断小型西瓜在生长过程中的成熟度，研究结果为小型西瓜品质和成熟度光学无损检测提供参数选择依据。刘昆仑等[20]结合糙米物理特性与其碾米度的关系，通过主成分分析出影响糙米碾米度的主要因子为长度、宽度、长宽比、球面度和容重。以上研究利用主成分分析法对各种农作物进行分类与评价，但将主成分分析法应用在杂交稻芽种物理特性的评价研究上少有报道。

为此，本研究探索性地以华南稻区常用的催芽杂交稻种样品为试验材料，测定其含水率、千粒质量、滑动摩擦角、休止角、休止角、芽长、三轴算术平均粒径及硬度8个物理特性指标参数，运用主成分分析法简化物理特性指标，构架科学评价体系，初步判定各种杂交稻芽种样本的综合得分。该文可为杂交稻芽种物理特性的科学评价提供一种新思路，同时为水稻精密排种器作业参数设计优化提供数据依据。

1 主成分分析评价法思路与步骤

主成分分析评价法的基本思路是通过构造原变量适当的线性组合，产生一系列互不相关且能包含原变量信息的新变量，从中选出少数几个影响较大的新变量代替繁杂的原始变量来分析和解决问题，实现对复杂问题的简单化处理[21-24]。

具体步骤如下：

1）确定对研究对象进行特性评价所需指标；

2）获取各项指标的试验数据；

3）进行各项指标的相关性分析与初步评价；

4）对指标变量进行主成分分析；

5）通过主成分累计贡献率和崖底碎石图选取合适的主成分个数，实现数据降维；

6）将试验数据代入各主成分表达式中求得主成分得分，再以各主成分贡献率为权重值求得其综合得分，进而进行所研究问题最终定量化评价。

步骤2）中，对试验数据进行标准化处理，处理公式为

步骤3）中，利用求相关系数的方法，求得相关系数矩阵。变量和间相关系数采用Pearson积矩相关公式为

式中、为变量和的均值，、为变量和的第个观测值

求出特征值与相应单位化特征向量。步骤4）与5）中，将特征值按从小到大顺序排列选取若干个较大特征值，计算贡献率，计算公式

式中表示分量个数。

2 材料与方法

2.1 试验材料

采集华南稻区常用的9种杂交稻种为试验样品，由华南农业大学、广东省农业科学院及广东省金稻种业有限公司提供。分别是五优1179（粤审稻2015014）、五优6133（粤审稻20180013）、泰丰优208、顺两优1179（粤审稻2015059）、培杂泰丰（国审稻2005002）、特优2068（粤审稻2013017）、恒丰优1179（粤审稻20160038）、软华优1179（粤审稻2015041）、软华优6100。

2.2 物理特性指标选择

杂交稻芽种物理特性指标一般有千粒质量、密度、含水率、几何尺寸、孔隙率、表面积、摩擦学特性、流变特性、热学特性、光学特性、电学特性及粉碎特性等。参考文献[7-8]，本文选择8个物理特性指标进行测定，包括含水率、千粒质量、滑动摩擦角、休止角，休止角、芽长、三轴算术平均粒径及硬度[25]。

1）含水率：芽种水分占有的质量比，湿基表示法，一般用百分比表示。

2）硬度：衡量稻种的软硬程度，本文基于压入法对稻种硬度进行测试，以为单位。

3）摩擦特性：摩擦特性用滑动摩擦角、休止角等特定参数加以描述。滑动摩擦角是反映物料与接触固体表面间的摩擦性质，休止角是反映物料间的内在摩擦性质。本文使用内部坍塌法测定休止角，使用侧壁坍塌法测定休止角，采用重力平衡法测量芽种在不锈钢板上的滑动摩擦角。

4）千粒质量：检验稻种质量与稻种实颗粒饱满程度的重要指标。芽种千粒质量大小与品种、形状、尺寸、饱满度、容重和湿度等因素有关，是影响物料力学特性的一个重要因素。千粒质量用于确定不同种子种室结构，其大小对播种过程中的充种、投种过程运动状态影响显著。千粒质量为1 000粒稻种的绝对质量，以g为单位。

5）三轴算术平均粒径：如图1a所示，为稻种外部结构图，杂交稻种形状多为细长纺锤状，三轴尺寸相差大。研究人员常用图形比较法、类似几何体法、轴向尺寸表示法、粒径表示法表示和测定农业物料形状和尺寸。本实验用轴向尺寸法来确定杂交稻芽种形状和大小，将芽种放到三维坐标系（见图1b），测量芽种长、宽、高三轴尺寸，统计各轴平均值，计算三轴算术平均粒径。需要说明，三轴算术平均粒径是一个综合量，是芽种长、宽和高综合体现，长径比、体积等值不在重复作为测试指标。三轴算术平均粒径计算公式

6）芽长：芽种芽长如图2所示，测定以mm为单位。

2.3 试验仪器

1）电子分析天平：型号HANGPING JA5003，量程500 g，精度为0.001 g，上海天平仪器厂制造。

2）广陆电子数显卡尺：0～150 mm游标卡尺。

3）谷物硬度计：型号GWJ-2（分辨率：0.01 N），台州市艾测仪器有限公司制造。数显硬度计会自动记录挤压过程中作用在颗粒上最大作用力，并将试验数据保存到文件。

图1 稻种外形测定

图2 杂交稻种芽长

4）卤素水分测定仪：型号为DHS-16（325 mm× 195 mm×195 mm），水分可读性0.02%，上海菁海仪器有限公司制造。

5）微电脑自动数粒仪：型号SLY-C（计数速度≥1 000粒/3 min），工作电压220 V，浙江托普仪器有限公司制造。

6）数显倾角仪：型号SANHE（分辨率为0.05°、精度±0.2°。

7）如图3a所示，内部坍塌法测定休止角。内部坍塌法，即在底部开有漏料孔的扁平槽状容器中填充一定体积的种子，静置后将底部开孔打开，物料向下泄露，在漏料孔下方的圆台上将形成休止角，圆台表面材料选用不锈钢板，其它部分材料为有机玻璃。如图3b所示，侧壁坍塌法测定休止角。侧壁坍塌法，即在方形容器中填充一定体积的种子，静置后将一侧挡板突然撤去，容器内物料将从此侧臂面发生坍塌从而形成休止角，方形容器的一面做成有机玻璃面，便于观察，其他面均为不锈钢板。

1. 有机玻璃槽 2. 漏料孔 3. 水稻堆 4. 不锈钢圆台面 5. 不锈钢立方盒 6. 水稻堆 7. 不锈钢板

8）如图4所示，自制滑动摩擦角测量装置。工作时，将单粒芽种放置在不锈钢平板上，通过螺杆和螺栓将工作台架的一端匀速提起，使不锈钢平板缓慢倾斜，待芽种开始滑动时，平板倾斜角度即为芽种在不锈钢板的滑动摩擦角，用数显倾角仪测定角度。

1. 数显倾角仪2. 稻种3. 斜面4. 不锈钢板5. 螺杆6. 螺栓7. 工作台架8. 塑料板

2.4 试验方法与数据处理

试验前对9种杂交稻种进行催芽处理，选择发芽率和发芽势分别高于95%和80%的稻种，进行晒种、脱芒、选种、消毒、浸种、破胸露白和脱水。采用人工方法将稻种的芒和小枝梗脱掉。采用盐水选种，盐水选种后立即用清水淘洗种子，清除谷壳外盐分，避免影响发芽；使种子吸足水分，达到出芽快、出芽整齐的目的，浸种要求达到种壳半透明、透过稻种壳隐约可见种胚；破胸露白即催芽，选择专用催芽器进行作业，要保证种子整齐露白，保证稻种发芽处理时的外部条件一致，温度、水分、氧气、光照均一致。催芽后的种子表面水分很大，用甩干桶甩干稻种。经过以上步骤处理完毕，用放大镜挑选样品中完整饱满、无裂纹的籽粒。

催芽选种后，在广州天河区华南农业大学工程学院实验室利用上述仪器对9种杂交稻芽种的物理参数指标进行测定，测量方法见参考文献[25-26]，这里不再详述。使用Excel 2016对数据进行统计分析，利用SPSS20.0统计软件进行分析，标记字母法表示组间差异显著性，然后进行主成分分析与聚类分析。通过分析简化物理特性指标，构架科学的量化评价体系，得到每种样品的综合得分，利用结果评选综合物理特性优良、适宜机械化播种的杂交稻芽种。

3 试验结果与分析

3.1 测定结果

9种杂交稻芽种样品的含水率、千粒质量、滑动摩擦角、休止角，休止角、芽长、三轴算术平均粒径及硬度8个物理特性指标参数如表1所示。平均含水率为26.2%，变幅较小，变化范围为23.5%～28.7%，不同稻种含水率差异不大。千粒质量平均值为29.2 g，变幅较大，变化范围25.3～36.5 g。休止角平均值为39.13°，变幅较大，变化范围25.96°～48.63°。休止角平均值为38.95°，变幅较大，变化范围为26.81°～48.37°。滑动摩擦角平均值为27.03°，变幅较大，变化范围19.8°～30.4°。杂交稻芽种平均芽长为2.17 mm，变幅较大，变化范围为0.68～3.37 mm。杂交稻芽种的三轴算术平均粒径平均值4.54 mm,变幅较小，变化范围4.17～4.92 mm。杂交稻芽种的平均硬度值72.3 N，较大的变幅，变化范围51.7～89.6 N。

3.2 芽种物理特性主成分分析

主成分分析整个过程在SPSS软件实现[28-30]，具体步骤：

1）指标数据正向化与标准化。

2）间相关性判定：用SPSS软件中表“Correlation Matrix（相关系数矩阵）”判定。

3）主成分个数：用SPSS软件表中“Total Variance Explained（总方差解释）”主成分方差累计贡献率≥80%、结合“Component Matrix（初始因子载荷阵）”中变量不出现丢失确定主成分个数。

4）主成分Z表达式：将SPSS软件中表“Component Matrix”中的第列向量除以第个特征根的开根后就得到第个主成分Z的变量系数向量（在“transform—compute”中进行计算）由此写出主成分Z表达式。

5）主成分Z命名：SPSS软件表中的“Component Matrix”中的第列中的系数绝对值大的对应变量对Z命名。

7）检验：综合主成分（评价）值用实际结果、经验与原始数据做分析进行检验。

表1 9种杂交稻种的主要物理特性参数指标

注：同一指标同列肩标不包含相同字母表示差异显著(< 0.05)。

Note: There is a significant difference between the same index and the same column shoulder mark without the same letter (< 0.05).

采用SPSS20.0分析工具得到相关系数矩阵、方差贡献分析表、主成分荷载矩阵和相应的特征向量，如表2至表4所示。

不同样品各物理特性指标参数差异明显，样品各物理特性指标之间存在不同程度的相关性。不同稻种千粒质量差异显著，稻种千粒质量与含水率高低有关，一般含水率越高，千粒质量越大；千粒质量与休止角和休止角呈显著正相关；三轴算术平均粒径与休止角和休止角呈显著正相关；休止角与休止角呈显著正相关；千粒质量与含水率、三轴算术平均粒径及滑动摩擦角呈正相关；含水率与芽长呈正相关；芽长与休止角、休止角、三轴算术平均粒径呈正相关；硬度与休止角呈正相关。杂交稻芽种的各种物理特性指标间存在不同程度的相关性，说明其反映的信息有一定重叠，同时各单项指标对杂交稻芽种的物理特性所起的作用也不尽相同，因此直接利用这些指标不能准确评价杂交稻芽种的综合物理特性。

表2 稻种的主要物理特性参数间的相关系数矩阵

注：*与**分别表示0.05和0.01水平上显著差异。

Note: * and ** show significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

表3 方差贡献分析表

表4 各主成分的载荷矩阵和特征向量

对9种杂交稻芽种样品的含水率、千粒质量、滑动摩擦角、休止角、休止角、芽长、三轴算术平均粒径及硬度8个物理特性指标参数进行主成分分析。每个主成分的方差即特征值，表示对应成分能够描述原有信息的多少，主成分特征值越大，其变量包含的信息就越多，绘制崖底碎石图，如图5所示。崖底碎石图反映了样本指标相关矩阵特征值（方差）与主成分序号之间对应关系，并结合表4，前3个主成分的特征值大于1，累计贡献率达到80%以上，能代表带芽稻种物理特性的原始数据信息量。图6可以看出，在第3主成分处出现拐点，第4主成分后的特征值都较小且彼此大小接近；同时根据前面求得的累积贡献率可知，前3个主成分累积贡献率已达80%以上，参考文献[14-15]，选择前3个主成分对带芽杂交稻种的物理特性进行综合评价。

图5 崖底碎石图

基于上述处理，通过表4的主成分载荷矩阵，得到以每个载荷量来表示的主成分与对应变量的相关关系，构建水稻芽种各主成分与物理特性指标之间的线性关系式为

第一主成分：

1=0.4511-0.0382+0.1813+0.4144+0.5085+0.5156+0.2447-0.0918（5）

第二主成分：

2=-0.2141-0.4232+0.0893+0.3364+0.2445-0.0446-0.5007+0.5858（6）

第三主成分：

3=-0.0831+0.5292+0.6743+0.1014-0.0135-0.0106-0.4597-0.1978（7）

结合表3，第一主成分方差献率42.237 % ，包含的信息量较大，主要提取千粒质量、2种休止角和三轴算术平均粒径；第二主成分方差贡献率20.517% ，主要提取硬度与滑动摩擦角；第三主成分方差贡献率17.783%，主要提取含水率与芽长。

综合主成分系数及其对应的方差贡献率，得到综合评价公式为0.42210.20520.1783，通过评价公式计算带芽稻种的物理特性指标综合得分。

计算每种芽种样品的综合得分，按照综合得分值大小对各种杂交稻芽种进行排序，结果见表5，不同种类的杂交稻排列顺序为泰丰优208>软华优1179>五优6133>特优2068>顺两优1179>培杂泰丰>恒丰优1179软华优6100>五优1179。

表5 各主成分得分及综合得分

结合试验结果与实际机械化播种过程中各杂交稻芽种样品排种性能的最终表现，初步确定9个种物理特性的评价等级划分标准见表6。

表6 杂交稻芽种样本物理特性的综合评价等级

3.3 杂交稻芽种聚类综合分析

在各杂交稻芽种提取3个主成分得分及综合得分的基础上，对9种杂交稻芽种样品进行聚类分析。聚类结果根据综合物理特性参数作出亲疏关系判断，能更好地解读数据本质[31]。聚类方法为离差平方和法，在欧式距离10.0处，将9种杂交稻芽种聚为5类。图6看出五优6133、顺两优1179、培杂泰丰被聚为一类，软华优1179聚为一类，特优2068、恒丰优1179、软华优6100被聚为一类，泰丰优208与五优1179分别聚为一类。

通过主成分分析和聚类分析，对9种杂交稻芽种8个物理特性指标参数进行分析，结果表明8个物理特性指标参数隶属于3个主成分，代表全部信息的80.53%的信息量，9种杂交稻芽种聚合为5类，各类群之间在物理特性和欧式距离方面都有较大差异。在物理特性评价过程中，要充分考虑主成分的互补和欧式距离的选择。后续研究应将继续增加样本容量，完善杂交稻芽种样本物理特性评价依据，提高该评价标准的科学性和系统性。

图6 9个杂交稻芽种的聚类分析树状图

4 结 论

本文探索性地以华南稻区常用的催芽杂交稻种样品为试验材料，测定其含水率、千粒质量、滑动摩擦角、休止角、休止角、芽长、三轴算术平均粒径及硬度8个物理特性指标参数，运用主成分分析法简化物理特性指标，构架科学评价体系，初步判定各种杂交稻芽种样本的综合得分。

1）样品的各个物理特性指标参数差异明显，各物理特性指标之间存在不同程度的相关性。千粒质量与休止角和休止角呈显著正相关；三轴算术平均粒径与休止角和休止角呈显著正相关；休止角与休止角呈显著正相关；千粒质量与含水率、三轴算术平均粒径及滑动摩擦角呈正相关；含水率与芽长呈正相关；硬度与休止角呈正相关；芽长与休止角、休止角和三轴算术平均粒径呈正相关。

2）利用主成分法提取前3个主成分因子，累计贡献率达到80%以上，能代表原来8个物理特性指标中的绝大部分信息，具有较好的代表性与客观性。综合主成分系数及其对应的方差贡献率，得到综合评价公式0.42210.20520.1783，初步确定9种杂交稻芽种样本物理特性的评价等级划分标准。

3）采用聚类综合分析法对样品物理特性综合得分进行分析，9种杂交稻芽种被聚合为5类，各类群之间在物理特性有差异。评价过程要充分考虑主成分的互补和欧式距离选择，后续研究应将继续增加样本容量，完善芽种物理特性评价依据，提高该评价标准的科学性和系统性。本研究为芽种物理特性的科学评价提供一种新思路，同时为水稻精密排种器作业参数设计优化提供数据依据。

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Evaluation research of physical characteristics of hybrid rice buds based on principal component analysis

Chen Lintao1,2, Ma Xu1,2, Cao Xiulong1, Wen Zhicheng1, Ji Chuandong1, Li Hongwei1

(1.,,510642,; 2.,510642,)

China possesses a wide area of rice cultivation. The rice planting system is complex and differential from different area, such as single season, double season. The kinds of planting rice are various, mainly consisting of indica and japonica rice, and which also are divided into conventional rice, hybrid rice and super hybrid rice, and the physical characteristic between different planting rice is significant or non-significant. In recent years, the research on hybrid rice seeds mainly focuses on variety selection, identification and promotion, nutritional value and processing quality evaluation, physical property measurement, key parameter calibration of bud seed discrete elements and rapid non-destructive classification among rice varieties. The research on the physical property evaluation of rice seeds currently lacks a kind of objective, scientific, effective and practical evaluation methods. The physical properties of hybrid rice generally have many parameters, such as 1 000-grain weight, density, water content, geometric size, porosity, tribological properties, rheological properties, thermal properties, optical properties, electrical properties and pulverization properties. The research and evaluation of the physical characteristics of hybrid rice buds are closely related to the mechanized production of rice. In order to systematically study and quantitatively evaluate the physical characteristics of hybrid rice buds, 9 kinds of hybrid rice produced in south China area were selected as raw materials to determine eight physical indexes, including moisture content, 1 000-grain weight, sliding friction angle, angle of repose, angle of repose, the bud length, the three-axis arithmetic mean particle size and the hardness. The principal component analysis method was employed to simplify the physical property index and establish the scientific evaluation system, and the comprehensive score of each sample was obtained. The results showed that the physical index of different samples was significantly different, and the correlation between the different physical properties of the samples was also represented. The 1 000-grain weight was significantly positive correlated with the angle of reposeand the angle of repose; the triaxial arithmetic mean particle size was positive correlated between the angle of reposeand the angle of reposeremarkably; the angle of reposeis also obviously positive correlated with the angle of repose. 1 000-grain weight was positively correlated with water content, triaxial arithmetic mean particle size and sliding friction angle; water content was positively correlated with bud length; bud length was positively correlated with resting angle, resting angleand triaxial arithmetic mean particle size. Principal component analysis method was utilized to extract the first three principal component factors, and the cumulative contribution rate reached 80%. The first three principal component factors could represent most of the original eight physical indexes with well representativeness and objectivity, and obtained the evaluation formula0.42210.20520.1783to calculate the comprehensive score of the physical characteristics of hybrid rice buds. In this study, the physical characteristics of hybrid rice buds were comprehensively evaluated based on principal component analysis method, which provided a new method for the scientific evaluation of the physical characteristics of hybrid rice buds, and also provided theoretical data basis for the design and optimization of operating parameters of precision rice seeder in the future.

agricultural products; physical properties; principal component analysis; hybrid rice bud; correlation; cumulative contribution rate

2019-03-20

2019-04-23

国家重点研发计划课题（2017YFD0700802）；国家自然科学基金项目（51675188）和现代农业产业技术体系建设专项资金项目（CARS-01-43）

陈林涛，博士生，主要从事现代农业技术装备方面的研究。Email：1574287180@qq.com

马 旭，教授，博士生导师，主要从事现代农业技术装备方面的研究。中国农业工程学会高级会员（E041200004S）。Email：maxu1959@scau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.037

TS201.1; O242.1

A

1002-6819(2019)-16-0334-09

陈林涛，马 旭，曹秀龙，温志成，季传栋，李宏伟.基于主成分分析的杂交稻芽种物理特性评价研究[J]. 农业工程学报，2019，35(16)：334－342. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.037 http://www.tcsae.org

Chen Lintao, Ma Xu, Cao Xiulong, Wen Zhicheng, Ji Chuandong, Li Hongwei. Evaluation research of physical characteristics of hybrid rice buds based on principal component analysis[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(16): 334－342. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.16.037 http://www.tcsae.org