晏云 李林 亢江飛 方社法 陳穎民 郭建秋

摘要：為了篩選耐陰大豆品種及確定相關(guān)大豆耐陰指標(biāo)，以29個(gè)適宜在黃淮海地區(qū)種植的大豆品種（系）為試驗(yàn)材料，設(shè)正常光照（大豆單作）和遮光（大豆‖玉米間作）2個(gè)處理，以株高等16個(gè)性狀指標(biāo)的耐陰系數(shù)為數(shù)據(jù)，運(yùn)用相關(guān)性分析、主成分分析、隸屬函數(shù)法、系統(tǒng)聚類和逐步回歸分析法綜合分析和評(píng)價(jià)大豆耐陰性。結(jié)果表明：與對(duì)照（單作）相比，經(jīng)遮光（間作）后，參試大豆各性狀指標(biāo)變化趨勢不同，通過對(duì)16個(gè)性狀指標(biāo)耐陰系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，性狀指標(biāo)間的耐陰系數(shù)存在顯著或極顯著相關(guān)性；利用主成分分析法，將16個(gè)性狀指標(biāo)耐陰系數(shù)轉(zhuǎn)換成6個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，包含81.530%的信息量；利用隸屬函數(shù)法計(jì)算各參試大豆材料耐陰性綜合評(píng)價(jià)D值，以D值為數(shù)據(jù)，通過聚類分析將29個(gè)大豆品種（系）分為３大類：強(qiáng)耐陰型（6 個(gè)）、中等耐陰型（22 個(gè)）和弱耐陰型（1 個(gè)）；利用逐步回歸分析法建立評(píng)價(jià)耐陰性的最優(yōu)回歸方程：D=-1.750+0.086X8+0.449X9+0.978X15+0.090X7+0.056X4+0.306X12+0.434X16+0.003X6，R為0.990，調(diào)整的R2為0.971，殘差的標(biāo)準(zhǔn)差為0.019 18。篩選出單株粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量、營養(yǎng)生長期、單株粒數(shù)、有效分枝、產(chǎn)量、生殖生長期和無效莢數(shù)8項(xiàng)性狀指標(biāo)可作為黃淮海間作大豆耐陰鑒定指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：間作；大豆；耐陰性；綜合評(píng)價(jià)；鑒定指標(biāo)

中圖分類號(hào)：S565.103.7? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）23-0088-07

大豆源自我國［1］，是食用油脂、植物蛋白和蛋白飼料的主要來源［2-3］。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高，我國大豆需求不斷上升，而國內(nèi)供給卻不充足，高度依賴進(jìn)口［4-6］。由于大豆單產(chǎn)不高，種植效益較低，我國大豆種植面積不斷減少。大力發(fā)展大豆玉米帶狀間套作種植模式有利于促進(jìn)土地高效利用，緩解作物爭地矛盾，提升國內(nèi)大豆總產(chǎn)量，減少進(jìn)口依賴，保障國家糧食安全［7-8］。

在大豆‖玉米間作條件下，大豆生長受到玉米植株遮光影響，導(dǎo)致大豆植株生長過旺，株高增加，易倒伏，從而影響大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)，限制了間作種植模式的應(yīng)用和推廣［9-13］。因此，建立準(zhǔn)確科學(xué)的耐陰大豆評(píng)價(jià)模型，篩選種植區(qū)域內(nèi)耐陰性強(qiáng)的大豆品種，對(duì)選育耐陰大豆品種和推廣大豆-玉米間作種植模式意義重大。

目前，適宜在黃淮海地區(qū)間作種植的耐陰大豆品種匱乏，同時(shí)缺少黃淮海地區(qū)耐陰大豆綜合評(píng)價(jià)體系，限制了黃淮海地區(qū)大豆-玉米帶狀間作種植模式的推廣與應(yīng)用。本研究以29個(gè)適宜在黃淮海地區(qū)種植的大豆品種（系）為試驗(yàn)材料，設(shè)正常光照（大豆單作）和遮光（大豆‖玉米間作）處理，以16個(gè)性狀的耐陰系數(shù)為數(shù)據(jù)，利用多元統(tǒng)計(jì)方法分析大豆耐陰性，建立評(píng)價(jià)大豆耐陰性的回歸方程，確定相關(guān)耐陰指標(biāo)，為篩選適宜在黃淮海地區(qū)間作的耐陰大豆品種提供理論依據(jù)，同時(shí)提供耐陰種質(zhì)資源。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用玉米材料為洛陽市農(nóng)林科學(xué)院玉米研究所提供的洛單30，所用大豆品種（系）29個(gè)，具體名稱及來源信息見表1。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2022年在洛陽市農(nóng)林科學(xué)院試驗(yàn)地進(jìn)行，土壤為中壤土，肥力中等，地力均勻，灌溉條件良好，四周無遮陰。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為光照處理，設(shè)正常光（大豆單作）和遮光（大豆‖玉米間作）處理，副區(qū)為品種（系），重復(fù)３次。間作采用2行玉米+4行大豆種植方式，玉米和大豆之間行距為70.5 cm，玉米之間行距為40 cm，大豆之間行距為33 cm。玉米株距為10.6 cm，大豆株距為12 cm。玉米種植密度為6.75萬株/hm2，大豆種植密度為12萬株/hm2。小區(qū)面積為11.2 m2（長4.0 m、寬2.8 m）。大豆單作模式下，大豆密度為18.75萬株/hm2，行距 40 cm，株距13.3 cm。每個(gè)品種種植7行，小區(qū)面積 11.2 m2（長4.0 m、寬2.8 m）。

2022年6月23日同時(shí)播種大豆和玉米，10月10—22日收獲大豆。10月25日收獲玉米。按照大田生產(chǎn)進(jìn)行其他田間管理。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 調(diào)查項(xiàng)目及方法 在大豆成熟期，對(duì)各小區(qū)的中間一行連續(xù)10株大豆植株進(jìn)行考種，取平均值。調(diào)查株高（X1）、底莢高（X2）、主莖節(jié)數(shù)（X3）、有效分枝（X4）、有效莢數(shù)（X5）、無效莢數(shù)（X6）、單株粒數(shù)（X7）、單株粒質(zhì)量（X8）、百粒質(zhì)量（X9）、第8節(jié)間長粗比（X10）、最低分枝高（X11）；產(chǎn)量（X12）（全區(qū)收獲，折合成公頃產(chǎn)量）、成熟期倒伏率（X13）（測定成熟期大豆主莖與地面傾斜角度，計(jì)算角度小于30°的植株比例）、生育期（X14）、營養(yǎng)生長期（X15）（出苗至R1［14］）、生殖生長期（X16）（R1～R8）［14］。

1.4.2 綜合分析 參試大豆材料的以下相關(guān)指標(biāo)計(jì)算參考謝志堅(jiān)等的方法［15］。

耐陰系數(shù)（STC）＝間作性狀指標(biāo)值／單作性狀指標(biāo)值。

綜合指標(biāo)值的隸屬函數(shù)值Ｕ（Ｆj）＝（Ｆj-Ｆmin）／（Ｆmax－Ｆmin）。主成分提取規(guī)則：特征值>１；Ｆj代表各參試大豆材料第 j個(gè)主成分因子的得分，Ｆmin代表各參試大豆材料第 j個(gè)主成分因子的得分最小值，Ｆmax代表各參試大豆材料第j個(gè)主成分因子的得分最大值。

通過平方歐氏距離和組間聯(lián)接法對(duì)所有參試大豆材料的耐陰性綜合評(píng)價(jià)D值進(jìn)行系統(tǒng)聚類。

通過逐步回歸分析法建立評(píng)價(jià)大豆耐陰性的最優(yōu)回歸方程。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Excel軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理計(jì)算，利用SPSS軟件進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單項(xiàng)性狀指標(biāo)的耐陰系數(shù)及其相關(guān)性分析

由表2可知，大豆‖玉米間作種植模式產(chǎn)生的遮光對(duì)大豆成熟期倒伏率（X13）和無效莢數(shù)（X6）影響最大，耐陰系數(shù)變異系數(shù)別為234.51%、88.28%；其次對(duì)單株粒質(zhì)量（X8）、單株粒數(shù)（X7）、底莢高（X2）、有效莢數(shù)（X5）、有效分枝（X4）、產(chǎn)量（X12）、第8節(jié)間長粗比（X10）、最低分枝高（X11）、株高（X1）和主莖節(jié)數(shù)（X3）影響較大，變異系數(shù)分別達(dá)到44.00%、36.47%、35.65%、34.05%、33.62%、23.71%、23.52%、17.26%、12.36%和10.96%；對(duì)營養(yǎng)生長期（X15）、生殖生長期（X16）、生育期（X14）和百粒質(zhì)量（X9）影響較小，變異系數(shù)分別為3.84%、4.50%、5.23%和7.67%（表2）。與對(duì)照（大豆單作）相比，不同大豆品種（系）經(jīng)過間作遮光影響后，產(chǎn)量（X12）均減少（STC<1），而成熟期倒伏率（X13）和生育期（X14）均增加（STC>1），其余性狀指標(biāo)在不同大豆材料中表現(xiàn)的變化情況不一致，有的增加（STC>1），有的減少（STC<1），同時(shí)，各指標(biāo)在不同大豆材料中變化幅度也不相同（表2）。因此，將單一性狀指標(biāo)STC作為評(píng)判大豆耐陰性的標(biāo)準(zhǔn)，容易造成偏差，不夠全面。

由表3可知，指標(biāo)間的耐陰系數(shù)存在顯著或者極顯著的相關(guān)性， 各單項(xiàng)性狀指標(biāo)顯示的信息存在重疊情況。例如產(chǎn)量（X12）與底莢高（X2）、百粒質(zhì)量（X9）呈顯著正相關(guān)關(guān)系，與單株粒質(zhì)量（X8）呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與無效莢數(shù)（X6）呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；單株粒質(zhì)量（X8）與有效莢數(shù)（X5）、單株粒數(shù)（X7）、產(chǎn)量（X12）呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。說明大豆的耐陰性不能直接通過單個(gè)指標(biāo)的耐陰系數(shù)進(jìn)行科學(xué)、有效地判斷，應(yīng)通過多元統(tǒng)計(jì)方法來綜合評(píng)判。

2.2 耐陰性綜合分析

2.2.1 主成分分析 由表4可知，主成分分析提取到6個(gè)主成分（綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)），結(jié)果顯示 6 個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)F1～F6的貢獻(xiàn)率分別為26.140%、18.008%、12.613%、9.919%、7.771%和7.077%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為81.530%（表4），6個(gè)主成分包含了81.530%的信息量，所以選擇6個(gè)主成分即可評(píng)價(jià)大豆耐陰性。

由表4可知，第1主成分包含有效分枝（X4）、有效莢數(shù)（X5）、單株粒數(shù)（X7）和第8節(jié)間長粗比（X10），可以顯示26.140%的信息量；第2主成分包含成熟期倒伏率（X13），可以顯示18.008%的信息量；第3主成分包含株高（X1）、主莖節(jié)數(shù)（X3）、單株粒質(zhì)量（X8）、產(chǎn)量（X12）和生殖生長期（X16），可以顯示12.613%的信息量；第4主成分包含生育期（X14）、營養(yǎng)生長期（X15），可以顯示9.919%的信息量；第5主成分包含底莢高（X2）和無效莢數(shù)（X6），可以顯示7.771%的信息量；第6主成分包含百粒質(zhì)量（X9）和最低分枝高（X11），可以顯示7.077%的信息量。

2.2.2 隸屬函數(shù)分析 根據(jù)隸屬函數(shù)值計(jì)算公式得出29個(gè)大豆材料的6個(gè)綜合指標(biāo)值的隸屬函數(shù)值（表5）。相同綜合指標(biāo)下，隸屬函數(shù)值（范圍：0～1）越大表明耐陰性越強(qiáng)，數(shù)值越小說明耐陰性越弱。比如洛豆1027-1在第1個(gè)綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)下耐陰性最強(qiáng)［U（F1）= 1］，洛豆0917-2在第2個(gè)綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)下耐陰性最強(qiáng)［U（F2）= 1］，齊黃34在第3個(gè)綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)下耐陰性最強(qiáng)［U（F3）= 1］，洛豆1037-1在第4個(gè)綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)下耐陰性最強(qiáng)［U（F4）= 1］，洛豆7號(hào)在第2個(gè)綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)下耐陰性最弱［U（F2）= 0］。

2.2.3 綜合指標(biāo)權(quán)重 由表4可知，6個(gè)綜合指標(biāo)（主成分）貢獻(xiàn)率分別為26.140%、18.008%、12.613%、9.919%、7.771%和7.077%，根據(jù)綜合指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算公式得出權(quán)重分別為0.321、0.221、0.155、0.122、0.095和0.087（表5）。

2.2.4 綜合評(píng)價(jià)及分類 由表5可知，按照耐陰性綜合評(píng)價(jià)值公式計(jì)算出29個(gè)品種（系）耐陰性綜合評(píng)價(jià)D值。按照D值大小對(duì)各大豆品種（系）的耐陰性進(jìn)行排序， 洛豆0917-2 D值最大， 為0.722，耐陰性最強(qiáng)，洛豆7號(hào)D值最小，為0.239，耐陰性最弱。以D值為數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類，將 29個(gè)大豆品種（系）分為3類：第Ⅰ類為強(qiáng)耐陰型，包括洛豆0917-2、洛豆1027-1、齊黃34、洛豆11031、洛豆1037-1和洛豆11018-3等6個(gè)品種（系）；第Ⅱ類為中等耐陰型，包括洛豆1040-1等22個(gè)品種（系）；第Ⅲ類為弱耐陰型，只有洛豆7號(hào)1個(gè)品種（系）（圖1）。

2.3 建立逐步回歸方程及篩選耐陰鑒定指標(biāo)

將所有參試大豆的D值作為因變量，16個(gè)性狀指標(biāo)的耐陰系數(shù)作為自變量，通過逐步回歸的方法建立最優(yōu)的逐步回歸方程：D=-1.750+0.086X8+ 0.449X9+0.978X15+0.090X7+0.056X4+0.306X12+0.434X16+0.003X6，R為0.990，調(diào)整的R2為0.971，殘差的標(biāo)準(zhǔn)差為0.019 18。R越接近1，線性回歸關(guān)系越緊密；調(diào)整的R2越大，方程擬合效果越好；殘差的標(biāo)準(zhǔn)差越小，建立的方程準(zhǔn)確度越高。分析該方程可知，單株粒質(zhì)量（X8）、百粒質(zhì)量（X9）、營養(yǎng)生長期（X15）、單株粒數(shù)（X7）、有效分枝（X4）、產(chǎn)量（X12）、生殖生長期（X16）和無效莢數(shù)（X6）的耐陰系數(shù)顯著影響大豆的耐陰性，通過這8項(xiàng)性狀指標(biāo)可以簡化鑒定工作，利用這些性狀指標(biāo)建立的回歸方程擬合度好且準(zhǔn)確度高，可用來綜合分析和評(píng)價(jià)黃淮海地區(qū)大豆‖玉米間作條件下的大豆耐陰性。

3 結(jié)論與討論

與對(duì)照大豆單作模式相比，大豆在間作模式下，后期受玉米遮光影響，株高、無效莢數(shù)、成熟期倒伏率、第8節(jié)間長粗比、最低分枝高和生育期總體增加（STC均值>1），有效分枝、有效莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒質(zhì)量和產(chǎn)量總體下降（STC 均值<1），其與前人研究結(jié)果［16-20］相似。在間作種植模式下，大豆產(chǎn)量主要受到蔭蔽脅迫的限制。因此，建立適宜黃淮海地區(qū)的耐陰大豆評(píng)價(jià)體系是十分有必要的。

前人對(duì)耐陰大豆的評(píng)價(jià)模型和鑒定指標(biāo)進(jìn)行了一些研究，陳懷珠等通過遮陽網(wǎng)模擬間套種遮光情況，利用株高等7個(gè)受蔭蔽影響顯著的性狀指標(biāo)的綜合耐陰系數(shù)來分析大豆耐陰性，這種評(píng)定方法容易操作，但沒有考慮到各指標(biāo)對(duì)耐陰性起到的作用不一樣，所顯示的信息會(huì)有重疊，從而影響最終的結(jié)果［9，21］。作物的耐陰性是一個(gè)十分復(fù)雜的性狀，大豆對(duì)光照十分敏感，在蔭蔽條件下，其生長受到氣候地理環(huán)境、遮光程度、種植方式及品種類型等多種因素的影響，因此，評(píng)價(jià)大豆耐陰性時(shí)，要綜合分析所研究的性狀指標(biāo)。通過主成分分析、隸屬函數(shù)法等多元統(tǒng)計(jì)分析方法綜合評(píng)價(jià)大豆耐陰性，已逐漸成為目前一種主流和可靠的綜合評(píng)價(jià)方式。武曉玲等在日光溫室內(nèi)創(chuàng)造正常光照和弱光條件，通過多元統(tǒng)計(jì)分析方法分析大豆苗期（生長到 20 d）的性狀指標(biāo)耐陰系數(shù)，建立了大豆耐陰性的數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，并且篩選出葉片干質(zhì)量等4個(gè)苗期耐陰鑒定指標(biāo)［19］。趙銀月等在田間大豆‖玉米帶狀間作種植條件下，通過多元統(tǒng)計(jì)分析方法分析大豆性狀指標(biāo)的耐陰系數(shù)，建立評(píng)價(jià)大豆耐陰性的回歸方程，同時(shí)篩選出相關(guān)耐陰性鑒定指標(biāo)，利用系統(tǒng)聚類將大豆分成強(qiáng)、中、弱3 種耐陰類型［16-17，22］。

本研究在黃淮海地區(qū)大田生產(chǎn)中推廣的大豆‖玉米帶狀間作種植模式下產(chǎn)生的的自然遮光條件下進(jìn)行，與對(duì)照（大豆單作）相比，經(jīng)遮光（間作）后，參試大豆各性狀指標(biāo)變化趨勢不同，通過對(duì)株高等16個(gè)性狀指標(biāo)耐陰系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，性狀指標(biāo)間的耐陰系數(shù)存在顯著或極顯著相關(guān)性，與前人研究結(jié)果［16-19］相似。利用主成分分析將參試大豆的16個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成6個(gè)綜合指標(biāo)，利用隸屬函數(shù)法計(jì)算出參試大豆的耐陰性綜合評(píng)價(jià)D值，通過聚類分析將29個(gè)大豆品種（系）分為3種類型：強(qiáng)耐陰型、中等耐陰型和弱耐陰型，其中強(qiáng)耐陰型包含洛豆0917-2、洛豆1027-1、齊黃34、洛豆11031、洛豆1037-1和洛豆11018-3等6個(gè)品種（系）；中等耐陰型包含洛豆1040-1等22個(gè)品種（系）；弱耐陰型包含洛豆7號(hào)1個(gè)品種（系）。利用逐步回歸分析法建立評(píng)價(jià)大豆耐陰性的最優(yōu)回歸方程為D = -1.750+0.086X8+0.449X9+0.978X15+0.090X7+0.056X4+0.306X12+0.434X16+0.003X6，篩選出單株粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量、營養(yǎng)生長期、單株粒數(shù)、有效分枝、產(chǎn)量、生殖生長期和無效莢數(shù)8項(xiàng)性狀指標(biāo)作為黃淮海間作大豆耐陰鑒定指標(biāo)。同時(shí)，篩選出的洛豆0917-2等強(qiáng)耐陰型大豆可作為培育耐陰大豆的種質(zhì)資源，也是研究大豆耐陰生理生態(tài)機(jī)制的優(yōu)良材料。

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