全 文 ：第21卷 第4期
Vol.21 No.4
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2013年 7月
July 2013
doi:10.11733/j.issn.1007-0435.2013.04.011
白羊草干草产量与主要农艺性状的
多元回归及通径分析
武路广,霍梅俊,刘思奇,张亚茹,马婷婷,王 欣,张 毅,董宽虎*
(山西农业大学动物科技学院,山西 太谷 030801)
摘要:对10个不同居群白羊草(Bothriochloaischaemum (L.)Keng)的干草产量与千粒重、青绿期、株高、节间长、
茎粗、花序重和茎叶比共7个主要农艺性状进行了相关性分析、多元回归分析和通径分析,以探寻影响白羊草干草
产量的主要农艺性状,为选育高产白羊草品种提供科学依据。结果表明:株高与干草产量成极显著正相关(P<
0.01),而且株高对干草产量的直接作用最大(P=0.986),相关系数最高(r=0.774)。因此,株高是决定干草产量
的主要农艺性状,选育白羊草高产品种时可首先根据株高对植株进行筛选。
关键词:白羊草;干草产量;农艺性状;多元回归分析;通径分析
中图分类号:S543.9 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2013)04-0697-05
EstimatingHayYieldandAgronomicTraitsofBothriochloaischaemum (L.)
UsingMultivariateLinearRegressionandPathAnalysis
WULu-guang,HUOMei-jun,LIUSi-qi,ZHANGYa-ru,MATing-ting,
WANGXin,ZHANGYi,DINGKuan-hu*
(ColegeofAnimalScienceandVeterinaryMedicine,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu,ShanxiProvince030801,China)
Abstract:InordertosearchtraitsaffectingthehayyieldofBothriochloaischaemum (L.)Kengandpro-
videabasisforbreedinghighyieldofB.ischaemumvarieties,hayyieldandsevenagronomictraitsweree-
valuatedbycorrelativeanalysis,multivariatelinearregressionandpathanalysis.Resultsshowedthat
plantheight,significantpositivecorrelationwithhayyield(P<0.01)andhavingthebiggestdirecteffect
(P=0.986)andhighestcorrelationcoefficient(r=0.774)withhayyieldamongaltheagronomictraits,
wasthemajordeterminanttraitofhayyield.WhenbreedingthehighyieldvarietiesofB.ischaemum,
plantswereselectedfirstaccordingtoplantheights.
Keywords:Bothriochloaischaemum (L.)Keng;Hayyield;Agronomictraits;Multivariatelinearregres-
sion;Pathanalysis
白羊草(Bothriochloaischaemum (L.)Keng)
为禾本科,孔颖草属,是一种优势建群植物,具有良
好的抗逆性[1-2,7],常与其他牧草组成多种优等草地
群落,形成不同类型的放牧地[3]。白羊草营养成分
丰富,而且消化率较高,为家畜所喜食,并可终年放
牧利用。白羊草起源于欧洲南部和亚洲,在美洲、非
洲等温带地区也均有分布[4-5],通常作为优势种,生
长于路边、斜坡、田边和干旱多石等区域。白羊草草
地在我国辽宁、河北、山西、陕西、山东、湖北、安徽等
省份都有分布,从南到北大约跨越10个纬度。主要
集中生长在华北地区的低山丘陵和黄土高原上,是
华北南部、华中北部山区的主要放牧场[6]。全国白
羊草草地面积为4.778×104km2,其中可利用草地
面积为4.213×104km2[7]。山西白羊草草地总面积
为2.182×104km2,占暖性灌草丛类草地总面积的
88.28%[8],占山西省草地总面积的46.6%,是山西
收稿日期:2013-01-17;修回日期:2013-03-04
基金项目:山西省科技攻关项目(20120311011-1);山西省科技基础条件平台建设项目(2012091004-0101);教育部高等学校博士学科点专
项科研基金(20101403110002)资助
作者简介:武路广(1988-),男,山西晋城人,硕士研究生,研究方向为牧草抗逆性,E-mail:wluguang@yahoo.com.cn;*通信作者 Author
forcorrespondence,E-mail:dongkuanhu@126.com
草 地 学 报 第21卷
中南部低山丘陵区的主要草地类型[7],为山西畜牧
业的发展提供优质饲草。
目前对白羊草群落生态[9-12]、生理特性[13-15]等
方面的研究较多,但对白羊草种质资源的采集和选
育鲜有研究,对白羊草数量性状之间相互关系的研
究也少有报道。因此,本文主要就白羊草干草产量
和主要农艺性状之间的关系进行相关性分析、多元
回归分析及通径分析,以解析影响白羊草干草产量
的主要农艺性状建立最优回归方程,为今后对白羊
草优良种质资源的保护和选育驯化提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料与试验地概况
供试白羊草种子为2010年10月15日至11月
7日在山西省不同地区采集的10个野生白羊草居
群(表1),2011年6月播种于山西农业大学动物科
技试验站内草业科学试验田。试验田地理坐标为E
112°23′,N37°25′,海拔799m,属温暖带气候,年均
温9.5~10.5℃,年平均降水量450~490mm,无霜
期160~165d,石灰性褐土。
1.2 试验设计与性状观测
试验采用完全随机区组设计,重复3次,共30
个小区,小区面积1.8m×3.6m。2011年6月24
日播种,人工开沟条播,播种量15.43kg·hm-2,播
深2cm,每小区5行,行距30cm。整个试验过程不
施肥,入冬前和翌年返青前各浇水一次,田间不定期
人工除杂,小区外围设置保护围栏。播种后第2年
开始对各项性状指标进行观测。
表1 供试材料来源
Table1 Sourcesofmaterials
来源Origins
经度
Longitude
纬度
Latitude
海拔
Altitude/m
原平市大营村 DayingVilage,YuanpingCity 112°46′03.8″ 38°57′26.4″ 842
沁源县董家村 DongjiaVilage,QinyuanCounty 112°40′35.0″ 36°44′47.5″ 1003
阳高县孤山村 GushanVilage,YanggaoCounty 113°48′32.1″ 40°25′43.9″ 1169
太谷县侯城乡 HouchengTown,TaiguCounty 112°34′41.2″ 37°21′43.9″ 978
临汾李子角村LizijiaoVilage,LinfenCity 111°38′12.3″ 35°59′31.2″ 1007
平定县梨林头村LilintouVilage,PingdingCounty 113°40′35.3″ 37°43′07.3″ 863
方山县积翠村JicuiVilage,FangshanCounty 111°20′44.8″ 38°00′14.2″ 1321
芮城县大王镇 DawangTown,RuichengCounty 110°36′37.7″ 34°41′28.5″ 518
阳高县康天村 KangtianVilage,YanggaoCounty 113°38′43.5″ 40°14′46.8″ 1125
襄汾县侯村 HouVilage,XiangfenCounty 111°16′09.7″ 35°55′58.0″ 585
干草产量(y):成熟期每小区选长势均匀地段,
取20cm样线,重复5次,齐地面刈割后65℃烘干
至恒重,求平均后计算每公顷干草产量(t·hm-2)。
千粒重(x1):成熟期每小区随机测定200粒种
子重量,重复3次,求平均后计算1000粒种子重量
(g)。
青绿期(x2):从返青到枯黄前的总天数(d)。
株高(x3):成熟期每小区随机测定10株植株的
拉直高度,计算平均高度(cm)。
节间长(x4):成熟期每小区随机测定10株植株
的节间长,计算平均值(cm)。
茎粗(x5):成熟期每小区用游标卡尺随机测定
10株植株基部第3节间处直径,计算平均值(mm)。
花序重(x6):成熟期每小区随机采集10株植株
的花序,称其干重后计算平均值(g)。
茎叶比(x7):开花期在各小区内随机选取具有
代表性的地段5处,每处选5株,齐地面剪下,迅速
分出茎(Sg)、叶(Lg)各部(分离叶片时不带叶鞘),
分别称其鲜重计算茎叶比,茎叶比=1∶Lg/Sg。
1.3 数据处理
数据用Excel2010和SPSS19.0进行相关性
分析、多元回归分析和通径分析,通径分析可以通过
对原因性状与结果性状之间的相关性进行分解,来
研究各原因性状对结果性状的直接重要性和间接重
要性。即任一原因性状与结果性状之间的简单相关
系数r=该原因性状与结果性状的直接通径系数+
所有该原因性状与结果性状的间接通径系数。通径
分析中直接通径系数和间接通径系数分别用来估计
各原因性状对结果性状产生直接影响的相对重要性
和某一原因性状通过其他原因性状对结果性状产生
间接影响的相对重要性,从而来探讨各原因性状之
间以及原因性状与结果性状之间的相互影响,寻找
影响干草产量的主要农艺性状拟合最优回归方程。
896
第4期 武路广等:白羊草干草产量与主要农艺性状的多元回归及通径分析
2 结果与分析
2.1 干草产量与农艺性状间的相关性分析
由表2可知,干草产量(y)与株高(x3)成极显著
正相关关系(P<0.01),相关系数达到r=0.774;株
高(x3)与茎粗(x5)和花序重(x6)成显著正相关关系
(P<0.05),相关系数分别为:r=0.555和r=
0.631;青绿期(x2)与花序重(x6)和茎叶比(x7)的相
关系数分别为:r=0.615和r=0.585,成显著正相
关关系(P<0.05)。干草产量(y)与各农艺性状的
相关系数大小顺序依次为:株高(x3)>千粒重(x1)
>茎叶比(x7)>花序重(x6)>茎粗(x5)>青绿期
(x2)>节间长(x4),其中节间长(x4)与干草产量(y)
成负相关,相关系数r=-0.079。
表2 白羊草干草产量与农艺性状相关性分析
Table2 CorrelationanalysisofhayyieldwithagronomictraitsinBothriochloaischaemum
性状 Traits y x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7
y 1.000
x1 0.415 1.000
x2 0.109 0.027 1.000
x3 0.774** 0.135 0.144 1.000
x4 -0.079 0.101 0.036 0.454 1.000
x5 0.206 -0.070 0.317 0.555* 0.547 1.000
x6 0.331 -0.064 0.615* 0.631* 0.431 0.533 1.000
x7 0.360 0.292 0.585* -0.027 -0.498 -0.324 0.178 1.000
注(Note):*:P<0.05;**:P<0.01
2.2 干草产量与农艺性状间的多元回归分析
对干草产量(y)进行正态性检验,其显著水平P
=0.688>0.05(表3),服从正态分布,可进行多元
回归分析[16]。以千粒重(x1)、青绿期(x2)、株高
(x3)、节间长(x4)、茎粗(x5)、花序重(x6)和茎叶比
(x7)为自变量,通过逐步回归分析法,建立与干草产
量(y)的最优多元回归方程:y=0.473+14.486x1
+0.220x3-2.444x4(R2=0.946,F=34.724**)。
方程共筛选出了3个对干草产量(y)有显著效应的
自变量,分别为千粒重(x1)、株高(x3)和节间长
(x4)。方程的意义为:当3个自变量中的其他2个
取值固定在试验范围内某一水平时,千粒重(x1)每
增加0.01g,干草产量(y)增加0.145t;株高(x3)每
增加1cm,干草产量(y)增加0.220t;节间长(x4)
每增加1cm,干草产量(y)减少2.444t。由决定系
数R2=0.946来看,3个自变量千粒重(x1)、株高
(x3)和节间长(x4)对干草产量(y)的总影响达到
94.6%以上。
表3 正态性检验
Table3 Normalitytest
性状Traits
Shapiro-Wilktest
统计量Statistic 自由度df 显著性Significance
干草产量 Hayyield 0.952 10.000 0.688
2.3 干草产量与农艺性状间的通径分析
在相关分析和多元回归分析的基础上进行通径
分析,探讨千粒重(x1)、青绿期(x2)、株高(x3)、节间
长(x4)、茎粗(x5)、花序重(x6)和茎叶比(x7)对干草
产量(y)的直接作用和间接作用。根据表4可知,7
个农艺性状对白羊草干草产量(y)直接通径系数的大
小顺序依次为:株高(x3)>节间长(x4)>千粒重(x1)
>茎叶比(x7)>青绿期(x2)>花序重(x6)>茎粗
(x5)。
株高(x3)的直接通径系数最大(P=0.986),其
每增加一个标准单位,干草产量(y)增加0.986个
标准单位,所以其对干草产量(y)的直接作用最大。
株高(x3)对干草产量(y)的间接作用受节间长(x4)
的负效应影响相对较大(P=-0.223),但与直接作
用相比,株高(x3)通过其他性状对干草产量(y)产
生的间接作用均较小,说明株高(x3)对干草产量
(y)的影响以直接作用为主,株高(x3)是提高干草
产量(y)的重要性状之一。
节间长(x4)的直接通径系数P 为-0.490,所
以节间长(x4)对干草产量(y)的直接作用表现为较
高的负效应。节间长(x4)通过千粒重(x1)、株高
(x3)和茎粗(x5)对干草产量(y)的正向间接作用较
高,间接通径系数分别为0.030,0.448和0.024;通
过青绿期(x2)、花序重(x6)和茎叶比(x7)对干草产
量(y)的负向间接作用则相对较小,间接通径系数
分别为-0.002,-0.028和-0.060。由此可见,
节间长(x4)对干草产量(y)所产生的间接正效应可
以有效地对直接负效应进行平衡。
996
草 地 学 报 第21卷
表4 干草产量与主要农艺性状的通径分析
Table4 Pathanalysisofhayyieldandmainagronomictraits
性状
Traits
相关系数
Correlationcoefficient
直接作用
Directeffect
间接作用Indirecteffect
x1→y x2→y x3→y x4→y x5→y x6→y x7→y
x1 0.415 0.297 -0.002 0.133 -0.049 -0.003 0.004 0.035
x2 0.109 -0.068 0.008 0.142 -0.018 0.014 -0.039 0.071
x3 0.774 0.986 0.040 -0.010 -0.223 0.024 -0.040 -0.003
x4 -0.079 -0.490 0.030 -0.002 0.448 0.024 -0.028 -0.060
x5 0.206 0.044 -0.021 -0.022 0.547 -0.268 -0.034 -0.039
x6 0.331 -0.064 -0.019 -0.042 0.622 -0.211 0.023 0.022
x7 0.360 0.121 0.087 -0.040 -0.026 0.244 -0.014 -0.011
千粒重(x1)的直接通径系数为0.297,对干草产
量(y)的直接作用为正向影响,而且其通过青绿期
(x2)、节间长(x4)和茎粗(x5)对干草产量(y)的负向
间接作用均较小(P=-0.002,P=-0.049和P=
-0.003),以通过株高(x3)的正效应影响为主(P=
0.133),与干草产量(y)的相关性仅次于株高(x3)。
茎叶比(x7)对干草产量(y)的直接通径系数为
P=0.121,通过节间长(x4)对干草产量(y)有最大
间接作用为P=0.244。青绿期(x2)、花序重(x6)和
茎粗(x5)对干草产量(y)的直接通径系数分别为
-0.068,-0.064和0.044,通过株高(x3)对干草产
量(y)有最大间接作用,间接通径系数分别为
0.142,0.622和0.547。茎叶比(x7)、青绿期(x2)、
花序重(x6)和茎粗(x5)对干草产量(y)的直接作用
都相对较小,主要以通过节间长(x4)或株高(x3)的
间接作用对干草产量(y)产生影响,其中花序重
(x6)和茎粗(x5)通过株高(x3)对干草产量(y)的间
接影响较大,间接通径系数分别为0.622和0.547。
因此,综合来看株高是影响干草产量最关键的性状,
通过提高株高(x3)的表现可以在一定程度上提高干
草产量(y)。同时,在白羊草高产品种选育过程中
也不能忽视对这些间接影响较大的性状,特别是花
序重(x6)和茎粗(x5)的选择。
3 讨论与结论
通径分析和多元回归分析有互补作用,多元线
性回归分析可以比较多个相关性较大的原因与结果
的关系,且结果具有预测性,但是不能反映自变量之
间的相互关系,所以存在一定的局限性,需要进行通
径分析来加以完善。通径分析是用通径系数和相关
系数通过通径图或通经表来表述原因与原因之间、
以及原因与结果之间相互关系的一种分析方法,其
着重讨论各个原因对结果影响的重要程度。通径分
析可以将原因对结果的表面作用分解为直接作用和
间接作用,以比较和描述各自变量与因变量及各自
变量与自变量之间的相互关系,在研究多个变量关
系时具有直观、精确等优点[17]。多元回归分析和通
径分析在对数量性状的分析过程中被广泛使用,用
以分析各原因性状对结果性状的影响及相互关
系[18-20]。
本研究主要以提高白羊草干草产量为目标,在
相关性分析的基础上对白羊草干草产量与主要农艺
性状进行多元回归分析,结果表明:干草产量的3个
构成因子千粒重、株高和节间长对干草产量的总影
响达到94.6%以上,能较好地预测干草产量的变
化。计算剩余因子e对干草产量的通径系数Pe,即
可以分析得到3个自变量对干草产量的影响程度。
Pe= 1-R2=0.233,该值略大,说明除了以上3
个自变量对干草产量有影响外,还有一些影响因素
未被考虑进来,有待对相关分析和回归分析的结果
进行补充。另外,多元回归方程中各自变量的偏回
归系数虽然可以反映各农艺性状对干草产量的影响
程度和性质,但却不能反映各农艺性状对干草产量
有显著影响的主次顺序。各农艺性状对干草产量既
存在直接影响,又可通过其他性状对干草产量产生
间接影响。因此,要揭示各性状间的真实关系,还需
进行通径分析。通径分析结果表明:株高对干草产
量的直接作用最大(P=0.986),相关系数最高(r=
0.774),而且其他农艺性状(除茎叶比外)通过株高
对干草产量均有较大的间接影响,因此,株高为干草
产量的主要决定性状,应作为选育白羊草高产品种
的最主要指标。节间长对干草产量的影响主要以负
向直接作用(P=-0.490)和通过株高的正向间接
作用(P=0.448)为主,这说明节间长并不能直接提
升干草产量,而是通过提高株高的表现来对干草产
量产生影响。而且,节间长与干草产量呈现较弱的
负相关关系(r=-0.079),这有可能随着节间长的
007
第4期 武路广等:白羊草干草产量与主要农艺性状的多元回归及通径分析
延长会逐渐削弱植株其他性状的表现,进而影响干
草产量的提升。由此可见,节间长很有可能是白羊
草干草产量的一个限制因素。茎叶比通过节间长对
干草产量产生较大正向间接作用,这可能是由于茎
叶比升高时,茎重比例下降,叶重比例上升,从而对
节间长的表现有所影响造成的。因此,要提高白羊
草干草产量选育高产品种,在保持其他性状表现下,
首先考虑对株高进行提高,还要重视对节间长的控
制。
我国植物资源丰富,但对植物种质资源,特别是
牧草种质资源的收集和利用还处于起步阶段。白羊
草草地对于山西畜牧业的发展具有举足轻重的作
用,其不仅可以提供优质的饲草资源,还具有可观的
生态效益,可以保持水土,改善不断恶化的生态环
境[8,21-22]。因此,重视对白羊草种子资源的基础研
究,不仅有利于对白羊草种质资源进行保护及合理
利用,更是为山西畜牧业发展和生态环境建设提供
有力支撑。
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(责任编辑 刘云霞)
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