基于主成分分析的不同茶树品种在重庆地区的适应性评价研究

翟秀明，李解，廖雪萍，贾玉梅，谷雨，张维，唐敏，侯渝嘉*

1.重庆市农业科学院茶叶研究所，重庆 402160；2.四川农业大学园艺学院，四川 成都 611130 3.重庆市永川区经济作物技术推广站，重庆 402160

茶树品种是茶产业重要的物质基础，优良的茶树品种对于促进地区茶业的健康发展具有重要意义。20世纪90年代以来，我国茶树育种工作者培育了大量优质、早生的茶树品种，为我国茶产业的可持续发展提供了保障[1-2]。然而，我国茶树种植区域广泛，各地区生态环境及生产水平差异较大，同一茶树品种因气候、土壤和管理水平等的差异而表现出不同的品种特性[3]，因此，利用数理统计方法对茶树品种在区域内生态、生产的适应性进行综合分析评价，是评价茶树品种区域适应性的重要手段[4-7]。

马林龙等[4]利用主成分分析法对湖北地区引进的16个茶树品种进行适应性分析，通过构建适应性综合评价模型，得出适应该地区推广的10个茶树品种。张凌云等[5]对桂林地区引进的7个茶树品种适应性分析发现，引进的7 个茶树品种非常适合桂林地区栽培。重庆具有优越的气候、环境条件与区域优势，是绿茶、红茶兼宜的生产区域，目前重庆茶区以制作名优绿茶为主，产品较为单一，为适应多元化市场和消费者的需求，筛选出更多适宜重庆地区及相似茶区推广种植的茶树良种已迫在眉睫。本研究通过对16个茶树品种在重庆地区的适应性、生长势、制茶品质等进行调查与分析，探讨不同茶树品种在重庆地区种植的适应性差异，为重庆地区及西南茶区茶叶生产和产业建设提供一定的理论指导依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验地概况

参试品种为重庆市农业科学院茶叶研究所在2012年9月引进的中茶112、保靖黄金茶、浙农902等16个茶树品种，以福鼎大白茶为对照（表1）。

表1 茶树品种（资源）

试验于2016年1月至2018年12月在重庆市农业科学院茶叶研究所试验茶园（105°53′E，29°22′N）进行。茶园所在地海拔569.9 m，属亚热带季风性湿润气候，年平均气温17.7 ℃，年均日照时数1 218.7 h；年均降水量为1 015.0 mm；土壤为山地黄壤，基础肥力水平为pH （4.110±0.104），有机质（22.190±0.035）g/kg。

参试品种（含CK）采用随机排列，3 次重复，试验区两边设保护行，每个试验小区的面积为13.5 m2，双行双株条栽，大行距1.5 m，小行距0.4 m，丛距0.33 m，每小区植茶54丛，108株。

1.2 试验方法

1.2.1 成活率

定植3年后于2016年春季调查成活率。

成活率=成活苗株数/定植苗株数×100%

1.2.2 物候期

定植后于2016年春季起，连续3年，按照《全国茶树品种区试技术规程（暂行）》的规定进行茶树春梢一、二、三叶初展期调查。取最后一次修剪的剪口以下第一个带叶健壮茶芽作为观察芽，从越冬茶芽萌动开始，每隔2 d 观察记录1次，每个品系固定观察10个芽头，春梢的一芽一叶期、一芽二叶期和一芽三叶期以30%观察芽达到该物候为标准。

1.2.3 发芽密度

定植后2016—2018年春季观察发芽密度。在通过一芽二叶期时，每个品种小区随机取3 个点，调查每点（33.3 cm×33.3 cm）10 cm叶层范围内萌动芽以上的芽梢数，计算平均值。

1.2.4 鲜叶产量

2016—2018年连续3年记载各参试品种小区鲜叶产量。春季一芽二叶期至夏秋茶结束，采摘一芽二叶和同等嫩度对夹叶，留鱼叶，记录各小区鲜叶产量。

1.2.5 适制性

2018年4月按引进品种的适制性或引进目的，于春茶期间以各参试品种第一批一芽二叶鲜叶为原料制作炒青绿茶，由农业农村部茶叶质量监督检验测试中心按《茶叶感官审评方法》（GB/T 23776—2009）进行审评。

1.2.6 抗性

2017年对茶树耐寒性和耐旱性进行鉴定。越冬后或旱期后，以丛（株）为单位，每小区调查10 丛（株）茶树冻害或旱害程度，凡中上部叶片1/3 以上赤枯或青枯即为受冻害，1/3 以上当年嫩叶有红变即为受旱害。根据受害情况进行分级，受冻害或旱害叶片≤5%为0 级，5%＜受冻害或旱害叶片≤15%为1 级，15%＜受冻害或旱害叶片≤25%为2 级，25%＜受冻害或旱害叶片≤50%为3级，受冻害或旱害叶片＞50%为4级。

冻害或旱害指数计算公式如下：

HI＝100×∑（ni×xi）/（N×4）

式中，HI为冻害或旱害指数，ni为各级受冻或受旱茶树丛（株）数，xi为冻害或旱害级数，N为调查茶树总丛（株）数，4为最高受害级别。根据冻害或旱害指数，耐寒性或耐旱性分为强（冻害或旱害指数≤10）、较强（10＜冻害或旱害指数≤20）、中（20＜冻害或旱害指数≤50）、弱（冻害或旱害指数＞50）。

1.3 数据分析

采用Excel 2016 进行试验数据的整理与分析；采用SPSS 17.0软件进行差异性分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同茶树品种的成活率、物候期

茶树定植后成活率反映了茶树品种对环境的适应性[8]。由表2可知，参试的16个品种成活率均在90%以上，除C8、C9、C13外的12个品种成活率均高于CK。茶叶是一种季节性很强的商品，茶树物候期影响其上市期，茶叶上市期的早晚是影响其市场效益的主要因素之一[9]。综合3年观察结果（表2）可知，C2、C4、C8 为特早生种，3 个品种的一芽一叶、一芽二叶、一芽三叶的初展期明显早于CK；C1、C3、C5、C7、C10、C14 等6个品种为早生种，其一芽一叶、一芽二叶、一芽三叶期3年均比CK 略早或相当；C6、C9、C11、C13、C15 等5 个品种为中生种，其发芽期3年均晚于CK 或与CK 相当；C12 是一个特晚生的品种。一芽一叶、一芽二叶、一芽三叶期3年均比CK晚8 d以上。

表2 不同茶树品种的成活率、物候期观测结果

2.2 不同茶树品种的发芽密度

茶叶产量与发芽密度密切相关，单位面积内芽数越多经济效益越高[10]。测试了参试茶树品种3年的发芽密度（表3），结果表明，2016年C1、C6、C7、C14 品种的发芽密度显著高于CK，C2品种的发芽密度显著低于CK；2017年仅C6 和C14 品种的发芽密度显著高于CK，其余品种与CK 差异不显著；2018年C6、C7、C14 品种的发芽密度显著高于CK，其余差异不显著。综合来看，C6品种3年发芽密度均显著高于CK。

表3 不同茶树品种的发芽密度 个/m2

2.3 不同茶树品种的小区鲜叶产量

对参试茶树品种各试验小区3年平均产量进行分析（表4）。结果表明，C1、C4、C5、C7、C8、C10、C13、C14 品种的产量显著高于CK，其中C1、C7 品种的鲜叶产量显著高于其他品种。其余7个品种鲜叶产量与CK差异不显著。

表4 不同茶树品种的试验小区鲜叶产量 kg

2.4 不同茶树品种烘青绿茶茶样的感官品质

16个品种烘青茶样综合审评结果（表5）表明，C1、C2、C3、C5、C7、C10、C12、C13、C14、C15 品种的茶样审评得分均高于CK，其余品种所制烘青绿茶审评得分均低于CK。C10品种的审评得分最高，其茶样外形细紧、嫩绿，汤色嫩绿明亮，香气高爽，滋味鲜爽，叶底匀齐；C6 品种所制茶样茶汤亮度不足，香气微带烟味，滋味微涩，得分最低。

表5 炒青绿茶样感官审评综合评语及得分

2.5 不同茶树品种的抗逆性

茶树抗性是茶树对不良环境的适应性和抵抗力，不同的茶树品种对环境表现出的适应能力，反映了茶树品种的生态适应性。

2.5.1 耐旱性

2017年6—10月重庆高温天气呈现出持续时间长、强度大、影响范围广的特点，有利于进行抗旱性鉴定。

高温干旱后对16 份茶树品种受旱害情况进行调查，结果（表6）表明，C1、C3、C4、C7、C14 品种表现出强耐旱性，其中C7 品种受害指数最低，耐旱性最强。C5、C10、C12、C15 品种表现为较强的耐旱性。C2、C6、C8、C13 品种耐旱性中等。CK、C9、C11品种耐旱性弱，其中CK 受害指数最高，耐旱性最弱。16 个茶树品种中C2、C8、C9、C11 品种受害指数与CK 差异不显著。

表6 不同茶树品种耐旱性

2.5.2 耐寒性

2017年越冬后的2月中旬，田间直接调查抗冻害情况，所有品种均无受冻芽叶出现。这是由于本试验地位于重庆市永川区，地属亚热带季风性湿润气候，2017年越冬期间平均低温为6.5 ℃，未达到理想冻害调查条件。

2.6 不同茶树品种适应性的综合评价分析

2.6.1 数据标准化处理及因子分析适用性检验

选择综合特性中8 个代表性状：成活率、一芽一叶期、一芽二叶期、一芽三叶期、发芽密度、鲜叶产量、感官审评、耐旱性受害指数得分，按顺序依次定义为X1～X8。使用SPSS17.0 软件，将原始数据进行标准化处理（Z-score法）得到新的数据，并利用Bartlett 球体检验法对其进行因子分析的适用性检验。检验结果为86.454，Sig值＜0.05，表明该数据适用因子分析法。

2.6.2 主成分分析

利用SPSS 17.0 软件对其进行主成分分析。由表7可知，前3 个主成分的累计方差贡献率达到82.576%，说明提取前3 个主成分可以代表8个性状指标信息的82.576%，因此提取前3个主成分为Y1、Y2、Y3。主成分Y1解释了总变异信息的39.244%，主要综合一芽一叶期（X2）、一芽二叶期（X3）、一芽三叶期（X4）3 个物候期性状指标信息；主成分Y2中包含了原始信息的23.989%，主要反映了成活率（X1）、鲜叶产量（X6）、感观审评得分（X7）和抗逆性（耐旱性受害指数X8）4个指标。主成分Y3包含了原始信息的19.343%，主要反映了发芽密度（X5）、感官审评得分（X7）两个指标。

2.6.3 主成分得分

利用表7中3个主成分的特征向量计算各主成分得分，建立的Y1、Y2、Y3的线性回归方程如下：

表7 成分矩阵与特征向量

Y1=-0.086 × Zscore （X1） + 0.297 × Zscore（X2）+0.306×Zscore（X3）+0.290×Zscore（X4）-0.017×Zscore （X5）+0.171×Zscore（X6）+0.120×Zscore（X7）+0.031×Zscore（X8）

Y2=0.228×Zscore（X1）-0.058×Zscore（X2）-0.100×Zscore（X3）-0.161×Zscore（X4）-0.019×Zscore （X5）+0.364×Zscore（X6）+0.314×Zscore（X7）+0.445×Zscore（X8）

Y3=-0.211 × Zscore （X1）-0.030 × Zscore（X2）+0.022×Zscore（X3）-0.002×Zscore（X4）+0.616×Zscore （X5）+0.177×Zscore（X6）-0.360×Zscore（X7）+0.245×Zscore（X8）。

以各个主成分方差贡献率占3 个主成分的总方差贡献率的比率作为权重（α1=39.244，α2=23.989，α3=19.343）计算各茶树品种的综合评价得分：

S=（α1×Y1+α2×Y2+α3×Y3）/（α1+α2+α3）

各主成分得分和综合得分按分值高低排序，结果如表8所示。

表8 不同茶树品种综合得分及排名

综合得分反映了茶树品种在重庆茶区适应性的高低，综合得分排序为：C4＞C1＞C7＞C14＞

C10＞C3＞C2＞C8＞C13＞C5＞C15＞C6＞CK＞C12＞C9＞C11。

主成分Y1主要综合3 个物候期性状指标信息，茶树品种主成分Y1得分高说明其具有物候期早的优势。各茶树品种Y1得分排序为：C2＞C4＞C8＞C1＞C7＞C10＞C14＞C13＞C3＞C5＞CK＞C15＞C9＞C11＞C6＞C12。

主成分Y2主要反映2 个产量、1 个品质指标、1 个抗性指标，主成分Y2得分高的茶树品种在鲜叶产量、茶叶品质和抗旱性方面表现突出。各茶树品种Y2得分排序为：C7＞C12＞C1＞C10＞C5＞C14＞C3＞C15＞C13＞C4＞C2＞CK＞C6＞C9＞C8＞C11。

主成分Y3主要反映制茶品质指标和发芽密度，Y3得分高表明茶树品种制茶品质佳、发芽密度大。16个茶树品种主成分Y3得分排序为：C6＞C4＞C7＞C14＞C1＞C3＞C8＞C13＞C9＞C10＞C11＞CK＞C15＞C12＞C5＞C2。

3 讨论

茶树是一种多年生经济作物，茶树品种更新换代需要持续多年投入较高的成本和承担较高的风险[11]。因此，在茶树品种引进推广的过程中，进行品种的区域试验和生产试验是必要环节。通过对品种物候期、产量、品质和抗性的观察鉴定，科学评价茶树品种的区域适应性，对优良茶树品种的推广应用具有重要的意义[12-13]。茶树品种适应性评价的指标较多，各指标间有相关性且量纲不一，为茶树品种的筛选带来较大的困难[14-15]。近年来，多元统计学方法广泛应用于作物适应性综合评价，其中主成分分析是一种通过无量纲化和处理线性变化，将分散的多组变量信息简化概括于某几个综合指标（主成分），以减少数据集的维数的统计分析方法[16-19]。由于主成分是综合变量且相互独立，以主成分值作为指标可以减少单一指标之间的试验误差。同时以各样本在主成分中贡献率大小为基础，采用隶属函数加权法计算各材料样本的综合得分，可以更科学准确地评价作物的适应性的综合表现[20]。

本研究比较分析16 个茶树品种在重庆茶区种植茶苗的成活率、受旱害指数、萌发期、发芽密度、鲜叶产量、制茶品质等指标，并对不同茶树品种在重庆茶区各性状指标进行主成分分析，提取出累计贡献率达到82.576%的3个主成分概括描述8 个茶树性状信息。主成分Y1解释了总变异信息的39.244%，主要综合3 个物候期性状指标信息；主成分Y2中包含了原始信息的23.989%，主要反映了成活率、茶叶品质、鲜叶产量和耐旱性4个指标；主成分Y3包含了原始信息的19.343%，主要反映了发芽密度、感官审评得分2 个指标。结果表明在16 个茶树中，浙农901、中茶112、TRI25、TRI23、中选10 号、浙农902、保靖黄金茶、川农黄芽早、玉笋、川沐28、马边绿1号、青心1号12个品种综合得分超过CK，说明这12个茶树品种能够适宜重庆地区的栽培管理方式及气候环境。其中浙农901、中茶112、TRI25、TRI23、中选10号等5个品种综合得分明显高于其他品种，说明这5个茶树品种适应性最强，最适宜在重庆及相似茶区推广应用。浙农901主要表现出物候期早、制茶品质优的特点，TRI25、TRI23、中茶112等3个品种有物候期早、产量高、制茶品质优的优势，中选10号主要在物候期、产量、抗性方面表现突出。苔选03-10、浙农701、浙农702等3个品种综合得分低于CK，此3 个品种不适宜在重庆茶区及相似茶区推广种植。