葡萄设施促成栽培适宜品种的主成分分析评价筛选

李凯 商佳胤 苏宏 王丹 张鹤 王海波 李敬川

摘    要：为了更全面地评价并筛选适宜设施促成栽培的葡萄品种，基于综合评分法和主成分分析法综合考量了果实品质、成熟期、产量稳定性、耐弱光情况、劳动强度、市场定位等9个因素，对40个品种进行分析评价。主成分分析结果显示，共提取3个主成分，方差累积贡献率为67.897%，根据提取主成分的综合得分确定了品种排名，‘京香玉、‘香妃、‘瑞都香玉和‘夏黑得分较高、综合表现突出，‘奥迪亚无核、‘黄玫瑰、‘着色香、‘蜜光和‘玫瑰香优系等综合表现良好，该结果可为我国北方地区设施促成栽培提供品种参考。

关键词：葡萄;设施栽培;促成栽培;主成分分析;品种评价

中图分类号：S622;S628         文献标识码：A        DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.05.006

Abstract：  In order to more comprehensively evaluate and select grape varieties suitable for forcing cultivation in facilities， 40 grape varieties were analyzed and evaluated. Based on the comprehensive scoring method and the principal component analysis method， 9 factors were comprehensively considered， including fruit quality， ripening period， yield stability， low light tolerance， labor intensity， market positioning and so on. The results showed that a total of 3 principal components were extracted in the experiment， and the cumulative contribution rate of the variance was 67.897%. The ranking of each variety was determined according to the comprehensive score of the extracted principal components. The comprehensive performance of 'Jingxiangyu'， 'Xiangfei'， 'Ruidu Xiangyu' and 'Summer Black' was outstanding with higher scores， followed by 'Otilia Seedless'， 'Yellow Rose'， 'Zhuosexiang'， 'Miguang' and 'Muscat Hamburg superior strain'. The results could provide variety reference for grape forcing cultivation in facilities of northern China.

Key words： grapes; facility cultivation; forcing cultivation; principal component analysis; variety evaluation

葡萄促成栽培，是利用日光温室或塑料大棚等保护设施调控环境温度，促使葡萄提早成熟的高效栽培方式[1]，其中适宜葡萄品种的筛选是高效栽培的重要基础保证。葡萄品种筛选评价过程中通常将品质表现作为适应性评价的重要依据[2]。此外，果实成熟期、产量稳定性、耐弱光情况、技术难度、劳动强度和市场定位等也是考量品种的重要因素，多因素综合考量可以增加筛选评价的客观性和准确性。

品种评价中常采用主成分分析来综合多重因素指标，采用降维方法获得几个综合指标来反映原有复杂信息，使分析结果更具客观性[3]。魏烈权等[3]对甘肃嘉峪关10个酿酒品种的可溶性糖、可滴定酸和总酚含量等9个常规理化指标进行主成分分析，筛选出3个综合表现较优的品种‘黑比诺、‘佳美和‘美乐。史洪琴等[4]对贵州8个葡萄品种的可溶性固形物等5个指标进行主成分分析，综合得分前3名分别是‘红玫瑰、‘维多利亚和‘温克。刘春艳等[5]对宁夏7个葡萄品种的果实纵横径、总糖和可滴定酸等12个品质指标进行主成分分析，提取出的3个主成分累计贡献率达90.07%，是综合评价果实品质的重要参考因素。沈甜等[6]对银川10个无核鲜食葡萄品种的14个理化指标进行主成分分析，综合得分最高的前3个品种分别是‘无核翠宝、‘夏黑和‘爱神玫瑰。综上，采用主成分分析对葡萄品种评价研究多集中于果实理化指标。然而，综合考量技术难度、成熟期、劳动强度、抗病能力、市场定位等指标的研究报道却较少。

本研究基于综合评分法和主成分分析法综合考量了成熟期、果实内在品质、丰产性、果实外观品质、耐弱光性、抗病性、劳动强度、树形管理技术难度和市场定位9个因素，对40个葡萄品种进行了综合评价，旨在探索涉及果实品质、成熟期、劳动强度、市场定位等多重因素的品种评价筛选方法，为葡萄设施促成栽培提供理论依据和实践指导。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试40个品种均栽植于天津市农业科学院武清现代农业创新基地日光温室内，株行距为1.0 m×2.0 m，每个品种栽植2行，共10株，南北行向，采用倾斜龙干Y型葉幕树形。

1.2 評价指标

参考综合评分法[7-8]，并根据设施促成栽培技术特点及葡萄品质要求等，设计9个评价指标（表1），评分依据来源于课题组对40个品种2013—2019年相关调查数据及栽培表现，获得40×9的原始数据矩阵。

1.3 主成分分析

主成分分析采用SPSS v17.0软件，为避免计算结果受变量量纲影响，保证结果客观性和科学性，需对原始数据矩阵进行标准化处理，然后计算成分特征值、方差贡献率和累积贡献率，并提取主成分[9]，根据主成分综合得分进行品种排名。

2 结果与分析

首先对40×9原始数据矩阵进行标准化处理，标准化数据见表2。由相关矩阵出发，计算相关矩阵的特征向量，得到特征值和贡献率，共提取了特征值大于1的3个主成分，方差累积贡献率为67.897%（表3），基本可以概括品种评价指标的大部分信息。

由主成分载荷矩阵（表4）可以看出，第1主成分上汇集了变量的大部分信息，其中X7、X3、X5、X6、X1和X8载荷较高，与第1主成分成呈正相关，因此第1主成分主要代表劳动强度、丰产性、耐弱光性、抗病性、树形管理技术难度和成熟期等信息;第2主成分上，X9载荷最高，其次为X4，因此该主成分主要代表市场定位和果实外观品质等信息;第3主成分上，X2载荷最高，该主成分主要代表果实内在品质信息;因此，提取的3个主成分基本涵盖了9个变量的大部分信息。

成分载荷除以成分特征值的平方根得出成分特征向量，用特征向量表示主成分得分，3个主成分分别以y1、y2和y3来表示，表达式为：

y1=0.326X1+0.100X2+0.481X3-0.069X4+0.464X5+0.337X6+0.494X7+0.270X8-0.039X9;

y2=0.057X1+0.299X2+0.036X3+0.539X4-0.043X5-0.268X6+0.070X7+0.272X8+0.680X9;

y3=0.202X1+0.747X2+0.006X3+0.058X4+0.010X5+0.273X6-0.190X7-0.534X8-0.050X9;

3个主成分分别从不同方面反映了设施促早栽培品种的综合性状。由表5中各主成分得分可知，第1主成分中‘香妃、‘京香玉和‘奥迪亚无核得分较高，第2主成分得分最高的是‘瑞都香玉和‘碧香无核，第3主成分得分最高的是‘夏黑和‘着色香，上述品种在得分较高主成分对应的某些变量信息上表现突出，但是单独使用某一个主成分难以全面反映所有变量信息。将主成分按照贡献率综合为加权综合得分Y=y1×λ1/（λ1+λ2+λ3）+y2×λ2/（λ1+λ2+λ3）+y1×λ3/（λ1+λ2+λ3），λi为主成分方差贡献率，以综合得分对40个品种进行排名，综合得分越高表示该品种的综合表现越优[10]。由表5排名可知，‘京香玉、‘香妃、‘瑞都香玉和‘夏黑排名靠前，综合表现突出，‘奥迪亚无核、‘黄玫瑰、‘着色香、‘蜜光和‘玫瑰香优系等综合表现良好，‘里扎马特、‘红地球和‘新美人指等品种排名靠后，不适宜设施促成栽培。

3 结论与讨论

主成分分析法可以在基本保留原有信息的条件下，通过降维方法将多个变量聚集到少数几个主成分上，减少了信息交叉，分析评估结果更加客观准确[3]。主成分分析不仅应用于葡萄品种评价[2-6]，也常用于苹果[11-12]、桃[13-14]、猕猴桃[15-16]、柑橘[17]等果树品种。然而，前人对于品种评价多集中于果实品质性状，优良葡萄品种评价筛选时，果实内在品质固然十分重要，但面对消费者对果品质量安全要求提高以及栽培管理成本增加等新形势，葡萄产业发展必须转变观念，应以节本、优质、高效和绿色为发展目标[18]。因此，本研究在设计品种评价指标时，除了果实内在品质，还考量了栽培管理劳动强度、抗病性、成熟期、外观品质和市场定位等，同时针对设施促成栽培特点，增加了耐弱光性指标。

本研究中各评价指标的性质和量纲不同，在提升评价全面性的同时也提高了评价难度，无法用统一量纲进行定量分析，因此采用了无量纲的分数进行综合评价[7-8]。分值设定时，为体现葡萄促成栽培时成熟期、果实内在品质和丰产性的重要性，赋予它们更高的分值范围，由天津市农业科学院果树研究所葡萄中心课题组根据各品种多年栽培表现给各指标赋分，获得数据矩阵，再通过主成分分析，对40个品种的9个指标进行综合分析，以期更多维地反映在设施促成栽培目标下葡萄品种的综合表现。

本研究建立了基于综合评分法和主成分分析的葡萄品种评价方法。主成分分析结果显示，共提取3个主成分，方差累积贡献率为67.897%，可以概括9个评价指标的大部分信息，根据3个主成分的综合得分确定了设施促成栽培条件下40个品种的排名，‘京香玉、‘香妃、‘瑞都香玉和‘夏黑排名靠前，综合表现突出。‘奥迪亚无核、‘黄玫瑰、‘着色香、‘蜜光和‘玫瑰香优系等综合表现良好，该结果可以为我国北方地区设施促成栽培提供参考。

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