基于主成分分析的不同茶樹品種在重慶地區(qū)的適應(yīng)性評價研究

翟秀明，李解，廖雪萍，賈玉梅，谷雨，張維，唐敏，侯渝嘉*

1.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，重慶 402160；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，四川 成都 611130 3.重慶市永川區(qū)經(jīng)濟(jì)作物技術(shù)推廣站，重慶 402160

茶樹品種是茶產(chǎn)業(yè)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，優(yōu)良的茶樹品種對于促進(jìn)地區(qū)茶業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。20世紀(jì)90年代以來，我國茶樹育種工作者培育了大量優(yōu)質(zhì)、早生的茶樹品種，為我國茶產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了保障[1-2]。然而，我國茶樹種植區(qū)域廣泛，各地區(qū)生態(tài)環(huán)境及生產(chǎn)水平差異較大，同一茶樹品種因氣候、土壤和管理水平等的差異而表現(xiàn)出不同的品種特性[3]，因此，利用數(shù)理統(tǒng)計方法對茶樹品種在區(qū)域內(nèi)生態(tài)、生產(chǎn)的適應(yīng)性進(jìn)行綜合分析評價，是評價茶樹品種區(qū)域適應(yīng)性的重要手段[4-7]。

馬林龍等[4]利用主成分分析法對湖北地區(qū)引進(jìn)的16個茶樹品種進(jìn)行適應(yīng)性分析，通過構(gòu)建適應(yīng)性綜合評價模型，得出適應(yīng)該地區(qū)推廣的10個茶樹品種。張凌云等[5]對桂林地區(qū)引進(jìn)的7個茶樹品種適應(yīng)性分析發(fā)現(xiàn)，引進(jìn)的7 個茶樹品種非常適合桂林地區(qū)栽培。重慶具有優(yōu)越的氣候、環(huán)境條件與區(qū)域優(yōu)勢，是綠茶、紅茶兼宜的生產(chǎn)區(qū)域，目前重慶茶區(qū)以制作名優(yōu)綠茶為主，產(chǎn)品較為單一，為適應(yīng)多元化市場和消費者的需求，篩選出更多適宜重慶地區(qū)及相似茶區(qū)推廣種植的茶樹良種已迫在眉睫。本研究通過對16個茶樹品種在重慶地區(qū)的適應(yīng)性、生長勢、制茶品質(zhì)等進(jìn)行調(diào)查與分析，探討不同茶樹品種在重慶地區(qū)種植的適應(yīng)性差異，為重慶地區(qū)及西南茶區(qū)茶葉生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)建設(shè)提供一定的理論指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

參試品種為重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所在2012年9月引進(jìn)的中茶112、保靖黃金茶、浙農(nóng)902等16個茶樹品種，以福鼎大白茶為對照（表1）。

表1 茶樹品種（資源）

試驗于2016年1月至2018年12月在重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所試驗茶園（105°53′E，29°22′N）進(jìn)行。茶園所在地海拔569.9 m，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫17.7 ℃，年均日照時數(shù)1 218.7 h；年均降水量為1 015.0 mm；土壤為山地黃壤，基礎(chǔ)肥力水平為pH （4.110±0.104），有機質(zhì)（22.190±0.035）g/kg。

參試品種（含CK）采用隨機排列，3 次重復(fù)，試驗區(qū)兩邊設(shè)保護(hù)行，每個試驗小區(qū)的面積為13.5 m2，雙行雙株條栽，大行距1.5 m，小行距0.4 m，叢距0.33 m，每小區(qū)植茶54叢，108株。

1.2 試驗方法

1.2.1 成活率

定植3年后于2016年春季調(diào)查成活率。

成活率=成活苗株數(shù)/定植苗株數(shù)×100%

1.2.2 物候期

定植后于2016年春季起，連續(xù)3年，按照《全國茶樹品種區(qū)試技術(shù)規(guī)程（暫行）》的規(guī)定進(jìn)行茶樹春梢一、二、三葉初展期調(diào)查。取最后一次修剪的剪口以下第一個帶葉健壯茶芽作為觀察芽，從越冬茶芽萌動開始，每隔2 d 觀察記錄1次，每個品系固定觀察10個芽頭，春梢的一芽一葉期、一芽二葉期和一芽三葉期以30%觀察芽達(dá)到該物候為標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.3 發(fā)芽密度

定植后2016—2018年春季觀察發(fā)芽密度。在通過一芽二葉期時，每個品種小區(qū)隨機取3 個點，調(diào)查每點（33.3 cm×33.3 cm）10 cm葉層范圍內(nèi)萌動芽以上的芽梢數(shù)，計算平均值。

1.2.4 鮮葉產(chǎn)量

2016—2018年連續(xù)3年記載各參試品種小區(qū)鮮葉產(chǎn)量。春季一芽二葉期至夏秋茶結(jié)束，采摘一芽二葉和同等嫩度對夾葉，留魚葉，記錄各小區(qū)鮮葉產(chǎn)量。

1.2.5 適制性

2018年4月按引進(jìn)品種的適制性或引進(jìn)目的，于春茶期間以各參試品種第一批一芽二葉鮮葉為原料制作炒青綠茶，由農(nóng)業(yè)農(nóng)村部茶葉質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心按《茶葉感官審評方法》（GB/T 23776—2009）進(jìn)行審評。

1.2.6 抗性

2017年對茶樹耐寒性和耐旱性進(jìn)行鑒定。越冬后或旱期后，以叢（株）為單位，每小區(qū)調(diào)查10 叢（株）茶樹凍害或旱害程度，凡中上部葉片1/3 以上赤枯或青枯即為受凍害，1/3 以上當(dāng)年嫩葉有紅變即為受旱害。根據(jù)受害情況進(jìn)行分級，受凍害或旱害葉片≤5%為0 級，5%＜受凍害或旱害葉片≤15%為1 級，15%＜受凍害或旱害葉片≤25%為2 級，25%＜受凍害或旱害葉片≤50%為3級，受凍害或旱害葉片＞50%為4級。

凍害或旱害指數(shù)計算公式如下：

HI＝100×∑（ni×xi）/（N×4）

式中，HI為凍害或旱害指數(shù)，ni為各級受凍或受旱茶樹叢（株）數(shù)，xi為凍害或旱害級數(shù)，N為調(diào)查茶樹總叢（株）數(shù)，4為最高受害級別。根據(jù)凍害或旱害指數(shù)，耐寒性或耐旱性分為強（凍害或旱害指數(shù)≤10）、較強（10＜凍害或旱害指數(shù)≤20）、中（20＜凍害或旱害指數(shù)≤50）、弱（凍害或旱害指數(shù)＞50）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016 進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)的整理與分析；采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行差異性分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同茶樹品種的成活率、物候期

茶樹定植后成活率反映了茶樹品種對環(huán)境的適應(yīng)性[8]。由表2可知，參試的16個品種成活率均在90%以上，除C8、C9、C13外的12個品種成活率均高于CK。茶葉是一種季節(jié)性很強的商品，茶樹物候期影響其上市期，茶葉上市期的早晚是影響其市場效益的主要因素之一[9]。綜合3年觀察結(jié)果（表2）可知，C2、C4、C8 為特早生種，3 個品種的一芽一葉、一芽二葉、一芽三葉的初展期明顯早于CK；C1、C3、C5、C7、C10、C14 等6個品種為早生種，其一芽一葉、一芽二葉、一芽三葉期3年均比CK 略早或相當(dāng)；C6、C9、C11、C13、C15 等5 個品種為中生種，其發(fā)芽期3年均晚于CK 或與CK 相當(dāng)；C12 是一個特晚生的品種。一芽一葉、一芽二葉、一芽三葉期3年均比CK晚8 d以上。

表2 不同茶樹品種的成活率、物候期觀測結(jié)果

2.2 不同茶樹品種的發(fā)芽密度

茶葉產(chǎn)量與發(fā)芽密度密切相關(guān)，單位面積內(nèi)芽數(shù)越多經(jīng)濟(jì)效益越高[10]。測試了參試茶樹品種3年的發(fā)芽密度（表3），結(jié)果表明，2016年C1、C6、C7、C14 品種的發(fā)芽密度顯著高于CK，C2品種的發(fā)芽密度顯著低于CK；2017年僅C6 和C14 品種的發(fā)芽密度顯著高于CK，其余品種與CK 差異不顯著；2018年C6、C7、C14 品種的發(fā)芽密度顯著高于CK，其余差異不顯著。綜合來看，C6品種3年發(fā)芽密度均顯著高于CK。

表3 不同茶樹品種的發(fā)芽密度 個/m2

2.3 不同茶樹品種的小區(qū)鮮葉產(chǎn)量

對參試茶樹品種各試驗小區(qū)3年平均產(chǎn)量進(jìn)行分析（表4）。結(jié)果表明，C1、C4、C5、C7、C8、C10、C13、C14 品種的產(chǎn)量顯著高于CK，其中C1、C7 品種的鮮葉產(chǎn)量顯著高于其他品種。其余7個品種鮮葉產(chǎn)量與CK差異不顯著。

表4 不同茶樹品種的試驗小區(qū)鮮葉產(chǎn)量 kg

2.4 不同茶樹品種烘青綠茶茶樣的感官品質(zhì)

16個品種烘青茶樣綜合審評結(jié)果（表5）表明，C1、C2、C3、C5、C7、C10、C12、C13、C14、C15 品種的茶樣審評得分均高于CK，其余品種所制烘青綠茶審評得分均低于CK。C10品種的審評得分最高，其茶樣外形細(xì)緊、嫩綠，湯色嫩綠明亮，香氣高爽，滋味鮮爽，葉底勻齊；C6 品種所制茶樣茶湯亮度不足，香氣微帶煙味，滋味微澀，得分最低。

表5 炒青綠茶樣感官審評綜合評語及得分

2.5 不同茶樹品種的抗逆性

茶樹抗性是茶樹對不良環(huán)境的適應(yīng)性和抵抗力，不同的茶樹品種對環(huán)境表現(xiàn)出的適應(yīng)能力，反映了茶樹品種的生態(tài)適應(yīng)性。

2.5.1 耐旱性

2017年6—10月重慶高溫天氣呈現(xiàn)出持續(xù)時間長、強度大、影響范圍廣的特點，有利于進(jìn)行抗旱性鑒定。

高溫干旱后對16 份茶樹品種受旱害情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果（表6）表明，C1、C3、C4、C7、C14 品種表現(xiàn)出強耐旱性，其中C7 品種受害指數(shù)最低，耐旱性最強。C5、C10、C12、C15 品種表現(xiàn)為較強的耐旱性。C2、C6、C8、C13 品種耐旱性中等。CK、C9、C11品種耐旱性弱，其中CK 受害指數(shù)最高，耐旱性最弱。16 個茶樹品種中C2、C8、C9、C11 品種受害指數(shù)與CK 差異不顯著。

表6 不同茶樹品種耐旱性

2.5.2 耐寒性

2017年越冬后的2月中旬，田間直接調(diào)查抗凍害情況，所有品種均無受凍芽葉出現(xiàn)。這是由于本試驗地位于重慶市永川區(qū)，地屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，2017年越冬期間平均低溫為6.5 ℃，未達(dá)到理想凍害調(diào)查條件。

2.6 不同茶樹品種適應(yīng)性的綜合評價分析

2.6.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理及因子分析適用性檢驗

選擇綜合特性中8 個代表性狀：成活率、一芽一葉期、一芽二葉期、一芽三葉期、發(fā)芽密度、鮮葉產(chǎn)量、感官審評、耐旱性受害指數(shù)得分，按順序依次定義為X1～X8。使用SPSS17.0 軟件，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理（Z-score法）得到新的數(shù)據(jù)，并利用Bartlett 球體檢驗法對其進(jìn)行因子分析的適用性檢驗。檢驗結(jié)果為86.454，Sig值＜0.05，表明該數(shù)據(jù)適用因子分析法。

2.6.2 主成分分析

利用SPSS 17.0 軟件對其進(jìn)行主成分分析。由表7可知，前3 個主成分的累計方差貢獻(xiàn)率達(dá)到82.576%，說明提取前3 個主成分可以代表8個性狀指標(biāo)信息的82.576%，因此提取前3個主成分為Y1、Y2、Y3。主成分Y1解釋了總變異信息的39.244%，主要綜合一芽一葉期（X2）、一芽二葉期（X3）、一芽三葉期（X4）3 個物候期性狀指標(biāo)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）、鮮葉產(chǎn)量（X6）、感觀審評得分（X7）和抗逆性（耐旱性受害指數(shù)X8）4個指標(biāo)。主成分Y3包含了原始信息的19.343%，主要反映了發(fā)芽密度（X5）、感官審評得分（X7）兩個指標(biāo)。

2.6.3 主成分得分

利用表7中3個主成分的特征向量計算各主成分得分，建立的Y1、Y2、Y3的線性回歸方程如下：

表7 成分矩陣與特征向量

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）。

以各個主成分方差貢獻(xiàn)率占3 個主成分的總方差貢獻(xiàn)率的比率作為權(quán)重（α1=39.244，α2=23.989，α3=19.343）計算各茶樹品種的綜合評價得分：

S=（α1×Y1+α2×Y2+α3×Y3）/（α1+α2+α3）

各主成分得分和綜合得分按分值高低排序，結(jié)果如表8所示。

表8 不同茶樹品種綜合得分及排名

綜合得分反映了茶樹品種在重慶茶區(qū)適應(yīng)性的高低，綜合得分排序為：C4＞C1＞C7＞C14＞

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

主成分Y1主要綜合3 個物候期性狀指標(biāo)信息，茶樹品種主成分Y1得分高說明其具有物候期早的優(yōu)勢。各茶樹品種Y1得分排序為：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 個產(chǎn)量、1 個品質(zhì)指標(biāo)、1 個抗性指標(biāo)，主成分Y2得分高的茶樹品種在鮮葉產(chǎn)量、茶葉品質(zhì)和抗旱性方面表現(xiàn)突出。各茶樹品種Y2得分排序為：C7＞C12＞C1＞C10＞C5＞C14＞C3＞C15＞C13＞C4＞C2＞CK＞C6＞C9＞C8＞C11。

主成分Y3主要反映制茶品質(zhì)指標(biāo)和發(fā)芽密度，Y3得分高表明茶樹品種制茶品質(zhì)佳、發(fā)芽密度大。16個茶樹品種主成分Y3得分排序為：C6＞C4＞C7＞C14＞C1＞C3＞C8＞C13＞C9＞C10＞C11＞CK＞C15＞C12＞C5＞C2。

3 討論

茶樹是一種多年生經(jīng)濟(jì)作物，茶樹品種更新?lián)Q代需要持續(xù)多年投入較高的成本和承擔(dān)較高的風(fēng)險[11]。因此，在茶樹品種引進(jìn)推廣的過程中，進(jìn)行品種的區(qū)域試驗和生產(chǎn)試驗是必要環(huán)節(jié)。通過對品種物候期、產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性的觀察鑒定，科學(xué)評價茶樹品種的區(qū)域適應(yīng)性，對優(yōu)良茶樹品種的推廣應(yīng)用具有重要的意義[12-13]。茶樹品種適應(yīng)性評價的指標(biāo)較多，各指標(biāo)間有相關(guān)性且量綱不一，為茶樹品種的篩選帶來較大的困難[14-15]。近年來，多元統(tǒng)計學(xué)方法廣泛應(yīng)用于作物適應(yīng)性綜合評價，其中主成分分析是一種通過無量綱化和處理線性變化，將分散的多組變量信息簡化概括于某幾個綜合指標(biāo)（主成分），以減少數(shù)據(jù)集的維數(shù)的統(tǒng)計分析方法[16-19]。由于主成分是綜合變量且相互獨立，以主成分值作為指標(biāo)可以減少單一指標(biāo)之間的試驗誤差。同時以各樣本在主成分中貢獻(xiàn)率大小為基礎(chǔ)，采用隸屬函數(shù)加權(quán)法計算各材料樣本的綜合得分，可以更科學(xué)準(zhǔn)確地評價作物的適應(yīng)性的綜合表現(xiàn)[20]。

本研究比較分析16 個茶樹品種在重慶茶區(qū)種植茶苗的成活率、受旱害指數(shù)、萌發(fā)期、發(fā)芽密度、鮮葉產(chǎn)量、制茶品質(zhì)等指標(biāo)，并對不同茶樹品種在重慶茶區(qū)各性狀指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取出累計貢獻(xiàn)率達(dá)到82.576%的3個主成分概括描述8 個茶樹性狀信息。主成分Y1解釋了總變異信息的39.244%，主要綜合3 個物候期性狀指標(biāo)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、茶葉品質(zhì)、鮮葉產(chǎn)量和耐旱性4個指標(biāo)；主成分Y3包含了原始信息的19.343%，主要反映了發(fā)芽密度、感官審評得分2 個指標(biāo)。結(jié)果表明在16 個茶樹中，浙農(nóng)901、中茶112、TRI25、TRI23、中選10 號、浙農(nóng)902、保靖黃金茶、川農(nóng)黃芽早、玉筍、川沐28、馬邊綠1號、青心1號12個品種綜合得分超過CK，說明這12個茶樹品種能夠適宜重慶地區(qū)的栽培管理方式及氣候環(huán)境。其中浙農(nóng)901、中茶112、TRI25、TRI23、中選10號等5個品種綜合得分明顯高于其他品種，說明這5個茶樹品種適應(yīng)性最強，最適宜在重慶及相似茶區(qū)推廣應(yīng)用。浙農(nóng)901主要表現(xiàn)出物候期早、制茶品質(zhì)優(yōu)的特點，TRI25、TRI23、中茶112等3個品種有物候期早、產(chǎn)量高、制茶品質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，中選10號主要在物候期、產(chǎn)量、抗性方面表現(xiàn)突出。苔選03-10、浙農(nóng)701、浙農(nóng)702等3個品種綜合得分低于CK，此3 個品種不適宜在重慶茶區(qū)及相似茶區(qū)推廣種植。