基于AMMI模型和GGE双标图的玉米区域试验分析

李伟绮　支小刚　赵建华　孙建好　曹素珍　谷科强

关键词：AMMI模型分析，GGE双标图，玉米新品种，丰产性；适宜性

中图分类号：S513 文献标志码：A 文章编号：2097-2172（2023）07-0607-04

玉米是甘肃省第一大农作物，在农业经济发展及农民增收中具有重大的意义。龙博士7号是甘肃龙博士种子科技有限公司与甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所选育出的优良玉米杂交种，适宜在甘肃省河西地区、中部及陇东地区种植。玉米品种的产量和稳定性受基因与环境的共同影响，利用模型科学评价玉米品种的区域试验结果，对品种的选育、推广和应用有至关重要的作用。AMMI模型通过方差分析和主成分分析，可以对品种的稳定性、丰产性等进行较准确的评价。GGE双标图分析法能够补充AMMI模型，更直观地评价和展示基因型和环境之间的关系。我们通过同时利用AMMI模型和GGE双标图联合分析2013年甘肃省玉米区域试验参试品种的丰产性和稳定性，为玉米品种的推广提供理论参考。

1材料与方法

1.1资料来源

选用2013年甘肃省中晚熟組玉米区试数据。区域试验地点为5个，分别是酒泉（P1）、张掖（P2）、武威（P3）、白银（P4）、平凉（P5），各地区参试新品种（系）均为13个，对照为先玉335（表1）。各试验点试验设置一致，随机区组排列，3次重复，5行区，行长7～10m，行距0.60 m，株距0.18 m，保苗90 000株/hm²。试验于4月下旬玉米播前覆宽1.2m、厚0.08 mm地膜，膜上种植3行，底肥施复合肥（N-P₂O₅-K₂O为25-15-10）600kg/hm²，拔节期、大喇叭口期分别追施尿素150kg/hm²，其他田间管理与大田生产水平一致。收获时每小区全区收获计产。

1.2分析方法

试验数据采用Microsoft Excel 2016进行处理，利用R语言进行AMMI模型和GGE双标图分析。

1.2.1 AMMI模型 利用AMMI模型进行稳产性分析，其数学模型如下：

2结果与分析

2.1参试品种（系）产量的方差分析和AMMI模型分析

对14个参试玉米品种（系）的产量进行方差分析和变异分解结果（表2）表明，基因型主效应（G）、环境主效应（E）以及基因型与环境互作效应（GEI）均对玉米产量存在极显著影响。环境变异平方和占总平方和的59.97%，基因型占7.96%，基因与环境的交互作用占15.06%，可见，试验环境对产量的影响占主导因素。利用AMMI模型对互作效应的平方和进行分解，得到3个显著的互作主成分轴（interaction principle component axis， IPCA），其中IPCA1、IPCA2、IPCA3分别占交互作用的41.06%、33.50%、21.66%，可解释交互作用的96.22%，表明AMMI模型可以合理有效地剖分平方和。

利用品种的稳定性参数D值综合评价玉米品种（系）的丰产性。从表3可以看出，在品种稳定性方面，G1、G12、G2、G10稳定性较好，G4、G8、G3稳定性较差；不同品种的平均产量以G10、G6、G12、G13较高，G3产量最低。结合产量和稳定性可以看出，G12属于高产稳产型品种、G10属于高产较稳产型品种、G3属于低产不稳定品种。从表4可以看出，5个试点中，P3试点的稳定性（辨别力）较强、P4试点的稳定性（辨别力）最弱。

2.2 GGE双标图分析

使用GGE模型对G和GEI变异进行主成分分解，结果横坐标AXIS1解释了40.77%的变异平方和，纵坐标AXIS2解释了26.00%的变异平方，该GGE双标图可以解释66.77%的变异平方和。参试品种（系）在平均环境轴上的坐标值反映了品种的高产性，参试品种（系）到平均环境轴的垂直距离反映了品种的稳产性。结果（图1）显示，试验中高产性较好的品种（系）依次为G6、G13、G10、G12，这几个高产品种（系）中稳产性排序由大到小依次为G6、G13、G12、G10。

综合GGE双标图的“理想品种”功能图（图2），结合丰产性和稳定性分析，高产品种（系）中理想程度较高的参试品种为G12。图中原点到各区试点的向量间的夹角越小表示正相关性越强，而长度则与区分力正相关，表明综合区分力和代表性，本试验中的P1和P3是理想区试点，这与利用AMMI模型分析的结果一致。

根据扇形分布（图3），试验的试验点可以划分为3个区域，其中张掖（P2）、武威（P3）为1组，酒泉（P1）为1组，平凉（P4）、白银（P5）为1组。G13、G12、G6均适宜在张掖、武威区域内种植；G10适合在酒泉地区种植。

3讨论与结论

区域试验点的地理位置对品种的适应性、稳产性及品种的筛选具有重要意义。AMMI模型和GGE双标图是目前区域试验中较为广泛应用的分析方法，其中AMMI模型通过多个主成分轴上的稳定性参数来衡量稳产性，更侧重于GEI效应；GGE双标图通过综合G和GEI两种效应，能够分析品种的适宜生态区和评价区分力和代表性，对AMMI模型进行补充。本研究综合利用AM-Ml模型和GGE双标图分析了甘肃省2013年高密玉米品种区域试验产量数据，结果表明，两种模型下高产表现一致，产量位居前列的均为泰玉1028（G6）、五谷568（G13）、SN318（ G10）、龙博士7号（G12），理想区试点均为酒泉（P1）和武威（P3）。2种模型中稳产性好的品种均有SN318（G10）、龙博士7号（G12）。综上分析，高产又稳定的理想品种为龙博士7号，SN318适合在酒泉地区中种植，龙博士7号、泰玉1028、五谷568适宜在武威、张掖地区种植。同时2014年甘肃省高密B组玉米生产试验和2016年皋兰县玉米新品种试验中都证实龙博士7号的综合性状表现良好，实测产量位居前列。