CC BY
24
УДК 635.92.05
КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ФЕНОФАЗ И ФЕНОИНТЕРВАЛОВ У СОРТОВ ОБЛЕПИХИ КРУШИНОВИДНОЙ (HIPPOPHAE RHAMNOIDES L.) В КОЛЛЕКЦИИ ГБС РАН ИМ. Н.В.ЦИЦИНА*
ИСАЧКИН А.В.,
профессор, доктор сельскохозяйственных наук,
ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, e-mail: isachkinalex@mail.ru, 8(916)6566748. ЗУБИК И.Н.,
доцент, кандидат сельскохозяйственных наук,
ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, e-mail: zubikof@mail.ru, 8(909)6508225. ПОТАПОВА А.В.,
аспирант, ФГБОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева, e-mail: alena.potapova.29@mail.ru,8(985)1335590.
ЕРМАКОВ М.А.,
младший научный сотрудник., ГБС имени Н.В. Цицина РАН, г. Москва, e-mail: maksim.ermakov.77@mail.ru.
Реферат. Проведены фенологические наблюдения за растениями облепихи крушиновидной в течение трёх лет. На основе полученных данных проведен корреляционный анализ фенофаз и феноинтервалов с целью выявить из них наиболее значимые для проведения наблюдений за развитием растений облепихи. Для достижения поставленной цели были определены коэффициенты корреляции между всеми парами фенологических признаков, их достоверность и построены коррелограммы. Следующим этапом работы было выявление корреляционных плеяд и их анализ, по результатам которого были определены наиболее информативные фенофазы и феноинтервалы по каждому году наблюдений. В ходе дальнейшего анализа из них были выделены наиболее значимые параметры годичного морфофизиологического цикла развития у сортов облепихи крушиновидной. Также было оценено влияние климатических условий года на состояние и развитие растений, для чего были рассмотрены показатели температуры воздуха, количества осадков и влажности воздуха по данным Метеорологической обсерватории им. В. А. Михельсона Российского государственного аграрного университета Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. Результаты проведённой работы позволят оптимизировать проведение фенологических наблюдений для сортоизучения облепихи крушиновидной.
Ключевые слова: фенофаза, феноинтервал, сорт, корреляция, коэффициент корреляции, коррелограмма, корреляционная плеяда, информативность переменной.
CORRELATION ANALYSIS OF PHENOPHASES AND PHENO INTERVALS IN VARIETIES OF BUCKWHEAT (HIPPOPHAE RHAMNOIDES L.) IN THE COLLECTION OF GBS RAS IM. N.V.CYSTSINA
ISACHKIN AV.,
professor, Doctor of Agricultural Sciences, FGBOU VO RGAU-MSHA named after K.A. Timiryazev, e-mail: isachkinalex@mail.ru, 8 (916) 6566748.
ZUBIK I.N.,
associate Professor, Candidate of Agricultural Sciences,
FGBOU VO RGAU-MSHA named after K.A. Timiryazev, e-mail: zubikof@mail.ru, 8 (909) 6508225.
*Работа выполнена в рамках ГЗ ГБС РАН (№118021490111-5)
POTAPOVA A.V.,
PhD student, FSBEI HE RGAU-MSHA named after K.A. Timiryazev, e-mail: alena.potapova.29 @ mail.ru, 8 (985) 1335590.
ERMAKOV M.A.,
junior Researcher N.V. Tsitsina GBS RAS, Moscow, e-mail: maksim.ermakov.77@mail.ru.
Essay. Phenological observations of sea buckthorn plants were carried out for three years. On the basis of the obtained data, correlation analysis of phenological stages and intervals is carried out to identify from them the most significant for observation the development of plants of sea buckthorn. To achieve the objectives, it was determined the correlation coefficients between all pairs of phenological characteristics, their reliability and built correlogram. The next stage of the work was the identification of correlation pleiades and their analysis by the results of which the most informative phenophases and intervals for each year of observations were determined. In the course of further analysis, the most significant parameters of the annual morphophysiological development cycle in buckthorn varieties were identified. Also, the influence of climatic conditions of the year on the condition and development of plants was evaluated, for which the indicators of air temperature, precipitation and air humidity were considered according to the Meteorological Observatory. n. a. V. A. Michelson of the Russian State Agrarian University Moscow agricultural Academy n. a. K. A. Timiryazev. The results of this work will optimize the conduct of phenological observations for varietal studies of sea buckthorn.
Keywords: phenological stage, phenointerval, grade, correlation, correlation coefficient, correlogram, correlation pleiade, informative value of the variable.
Введение. Облепиха крушиновидная (Шрро-ркав гИатпв1^ Ь.) - ценное плодовое, лекарственное и декоративное растение. На коллекционном участке отдела культурных растений ГБС РАН им. Н.В.Цицина в 2014, 2016 и в 2018 гг. проводили учет календарных дат наступления фенофаз у сортов облепихи крушиновидной (ШррврИав rhamnoidвs Ь.)
Цель работы: провести корреляционный анализ фенофаз и феноинтервалов у сортов облепихи крушиновидной.
Задачи работы:
1. Вычислить коэффициенты корреляции между фенофазами и феноинтервалами по годам исследований и оценить их достоверность.
2. Выделить корреляционные плеяды между фенофазами, а также между феноинтервалами по годам исследований.
3. Определить наиболее информативные фенофазы и феноинтервалы для оптимизации сортоизучения облепихи.
Материал и методика исследования. Как известно, климатические условия года оказывают существенное влияние на фенологическое развитие растений. Погодные условия наблюдаемых лет исследования значительно варьировали. Показатели 2014 г. были в целом сходны со средними многолетними данными, однако в 2014 г. выпало наименьшее количество осадков. В 2016 г. наблюдали наибольшее количество осадков и данный год был самым холодным из изученных, также 2016 г. отличался наиболее высокой влажностью воздуха. Самым благопри-
ятным годом для растений облепихи был 2018 г.: теплая весна и лето способствовали быстрому и дружному прохождению фенофаз цветения и полодоношения, конец лета и осень создали условия для отличного вызревания плодов, при этом, поражение вредителями и болезнями практически отсутствовало.
Обьектами исследований были 20 сортов облепихи крушиновидной (в т.ч. 19 женских и 1 мужской), собранные в течение многих лет в лаборатории культурных растений ГБС им. Н.В.Цицина РАН. (таблица 1).
Фенологические наблюдения проводили по методике Г.Н. Зайцева [2] по 16 фенофазам. Феноинтервалы измеряли числом дней между некоторыми фенофазами (таблица 2). В таблице 2 каждый признак аббревеатурно закодировали для удобства распознавания в последующих анализах.
Для статистического анализа фенофаз календарные даты их наступления переводили в число дней от 1 апреля до даты наступления.
Коэффициенты корреляции вычисляли по методике Пирсона [1, 2, 3]. Достоверность коэффициентов корреляции определяли путем сравнения эмпирических значений коэффициентов корреляции со стандартными на 1 % уровне значимости. Для выявления корреляционных плеяд по достоверным сильным связям использовали метод коррелограмм [3]. Информативность признаков оценивали по методике Исачкина и Крючковой [4].
Таблица 1 - Объекты исследований
№ п/п Число
Название сорта Эколого-географическое происхождение изученных
деревьев, шт.
1 Витаминная НИИ садоводства Сибири им. М.А. Лисавенко 2
2 Дар Катуни НИИ садоводства Сибири им. М.А. Лисавенко 2
3 Масличная НИИ садоводства Сибири им. М.А. Лисавенко 2
4 Превосходная НИИ садоводства Сибири им. М.А. Лисавенко 1
5 Чуйская НИИ садоводства Сибири им. М.А. Лисавенко 2
6 Янтарная НИИ садоводства Сибири им. М.А. Лисавенко 2
7 Ботаническая Ботанический сад МГУ им.М. В. Ломоносова 2
8 Воробьёвская Ботанический сад МГУ им.М. В. Ломоносова 1
9 МГУ Ботанический сад МГУ им.М.В. Ломоносова 1
10 Отрадная Ботанический сад МГУ им.М. В. Ломоносова 3
11 Перчик Ботанический сад МГУ им.М. В. Ломоносова 2
12 Подарок саду Ботанический сад МГУ им.М. В. Ломоносова 2
13 Трофимовская Ботанический сад МГУ им.М. В. Ломоносова 2
14 Голубинка Отдел внедрения ГБС РАН 1
15 Золотая коса Отдел внедрения ГБС РАН 1
16 Морячка Отдел внедрения ГБС РАН 2
17 Мужская форма Отдел внедрения ГБС РАН 2
18 Стартовая Отдел внедрения ГБС РАН 1
19 Гусь хрустальная Гусь-Хрустальный опорный пункт 1
20 Сюрприз Балтики ВНИИ садоводства им. И.В. Мичурина 1
Таблица 2 - Фенофазы и феноинтервалы
1. Фенофаза, календарная дата (код) 2. Феноинтервал, число дней (код)
1.1 набухание почек (нп) 1.9 массов.бутониз. (мб) 2.1 продолжительн. вегетации (пв)
1.2 распуск.почек (рп) 1.10 начало цветения (нц) 2.2 продолжительн. цветения (пц)
1.3 появл.листьев (пл) 1.11 массовое цветение (мц) 2.3 продолжительн. плодонош. (пп)
1.4 распуск.листьев (рл) 1.12 конец цветения (кц)
1.5 полн.облиствл. (по) 1.13 завязывание плодов (зп)
1.6 пожелт.листьев (пжл) 1.14 един.созрев.плодов (есп)
1.7 листопад (л) 1.15 масс.созрев.плодов (мсп)
1.8 начало бутониз.(нб) 1.16 опадение плодов (оп)
Результаты исследования. Коэффициенты корреляции между фенофазами. Ежегодно вычисляли по 120 коэффициентов корреляции между фенофазами, всего по 3 годам - 360 коэффициентов. Доля достоверных на 1 % уровне значимости коэффициентов составляла 8 % (в 2018 г.) и 13% (в 2014, 2016 г.).
Далее устанавливали группы пар фенофаз по наличию общего связующего признака, причем связующий признак не должен при этом входить в другие группы.
В 2014 г. выявили 16 достоверных корреляционных связей (из 120) между парами фено-фаз, образующих 5 групп по наличию общей связующей фенофазы: 1 группа: нп-рп, нп-по, нп-есп, нп-мс (связующая фенофаза «набухание почек, нп»); 2 группа: пл-рл, пл-нб, пл-мб, пл-есп (связующая фенофаза «появление листьев, пл»); 3 группа: рл-нб, рл-мб, рл-нц (связующая фенофаза «распускание листьев, рл»); 4 группа: есп-рп, есп-мс (связующая фенофаза «единичное созревание плодов, есп»); 5 группа: оп-л, оп-
зп (связующая фенофаза «опадение плодов, оп». Таким образом, в 2014 г. выявлено 5 связующих фенофаз в порядке их наступления в течение годичного цикла: набухание почек, появление листьев, распускание листьев, единичное созревание плодов, опадение плодов.
В 2016 г. установили 15 достоверных связей (из 120) между фенофазами, образующих 5 групп по наличию общей связующей фенофазы: 1 группа: пл-рп, пл-кц, пл-мс, пл-оп (связующая фенофаза «появление листьев, пл»; 2 группа: нц-нп; нц-мб (связующая фенофаза «начало цветения, нц»); 3 группа: л-кц; л-зп; л-есп; л-мс (связующая фенофаза «листопад, л»); 4 группа: мс-кц; мс-есп (связующая фенофаза «массовое цветение, мц»); 5 группа: оп-по; оп-л; оп-кц (связующая фенофаза «опадение плодов, оп»). Таким образом, в 2016 г. выявлено 5 связующих фенофаз в порядке их наступления в течение годичного цикла: появление листьев, начало цветения, массовое цветение, листопад, опадение плодов.
В 2018 г. выявили 10 достоверных связей (из 120) между фенофазами, образующих лишь 1 группу: оп-мц, оп-кц, оп-мс, оп-л (связующая фенофаза «опадение плодов, оп»).
Таблица 3 - Достоверно коррелирующие пары фенофаз, образующих группы, и связующие
В таблице 3 представлены группы достоверно коррелирующих пар фенофаз по годам исследования и связующие фенофазы по каждой группе. Сравнительный анализ числа и состава групп, а также связующих фенофаз по годам показывает, что год наблюдения оказывает сильное влияние на число и состав групп
пар фенофаз, а, следовательно, и на связующие фенофазы.
Например, имеются 6 связующих фенофаз, которые характерны для отдельных лет наблюдений: набухание почек (2014 г.), распускание листьев (2014 г.), единичное созревание плодов (2014 г.), начало цветения (2016 г.), массовое цветение (2016 г.), листопад (2016 г.). Фенофаза «появление листьев» является связующей как в 2014 г., так и в 2016 г. Фенофаза «опадение плодов» является связующей по всем трем года наблюдений.
Из вышесказанного следует, что само наличие групп пар фенофаз зависит от существования связующих фенофаз, а наличие связующих фенофаз косвенно свидетельствует о наличии корреляционных плеяд фенофаз.
Коэффициенты корреляции между фено-интервалами. В 2014 г. были установлена достоверная на однопроцентном уровне значимости корреляционная связь: пв-пп (г=0,58). В 2016 г.: п-пц (г=0,64). В 2018 г.: пв-пп (г=0,91). Поскольку по годам наблюдений установлены только единичные достоверно коррелирующие пары, группы не выявлены из-за отсутствия связующих феноинтервалов.
Выявление корреляционных плеяд фенофаз и феноинтервалов. Корреляционой плеядой называют совокупность достоверно и тесно коррелярующих между собой признаков. В плеяду может входить 2, 3 и более признаков. Существуют различные способы выявления корреляционных плеяд [3, 4], один из которых основан на построении коррелограм.
На основе учета только сильных корреляций (г>0,70; г2>0,49) были построены следующие коррелограммы по годам исследований (рисунок 1).
В 2014 г. Выявлены две корреляционные плеяды: плеяда 1, включающая 5 фенофаз: набухание почек, распускание почек, единичное созревание плодов, массовое созревание плодов, пожелтение листьев; плеяда 2, включающая 4 фенофазы: появление листьев, распускание листьев, начало бутонизации, массовая бутонизация. Полужирным шрифтом выделены связующие фенофазы, установленные в 2014 г.
В 2016 г. выявлены также две корреляционные плеяды: плеяда 1 включает 2 фенофазы -массовое цветение, опадение плодов; плеяда 2 включает 4 фенофазы: листопад, единичное созревание плодов, конец цветения, массовое созревание плодов. Полужирным шрифтом выделены связующие фенофазы, установленные в 2016 г.
фенофазы (выделены полужирным шрифтом)
Номер 2014 г. 2016 г. 2018 г.
группы
нп-рп пл-рп оп-мц
1 нп-по пл-кц оп-кц
нп-есп пл-мс оп-мс
нп-мс пл-оп оп-л
2 пл-рл пл-нб пл-мб пл-есп нц-нп нц-мб -
3 рл-нб рл-мб рл-нц л-кц л-зп л-есп -
4 есп-рп есп-мс мсп-кц мсп-есп -
5 оп-л оп-зп оп-по оп-л оп-кц -
2014 г.
2016 г.
2018 г.
Рисунок 1 - Коррелограммы сильных связей (г >0,7) между фенофазами по годам наблюдений
В 2018 г. выявлена одна корреляционная плеяда, включающая 9 фенофаз: полная облист-венность, листопад, начало бутонизации, массовая бутонизация, начало цветения, массовое цветение, конец цветения, массовое созревание плодов, опадение плодов. Полужирным шрифтом выделена связующая фенофаза, установленная в 2018 г.
Таким образом, подтвердилась гипотеза о том, что связующие признаки в большинстве своем входят в состав корреляционных плеяд.
Корреляционная плеяда между феноинтер-валами выявлена только в 2018 году и включает две феноинтервала: продолжительность вегетации и продолжительность плодоношения (г>0,70; г2>0,49)
Анализ и оценка информативности фенофаз и феноинтервалов. Информативными (ортогональными) называют признаки некоррелирующие между собой. Мерой измерения степени информативности является коэффициент корреляции. Алгоритм определения степени информативности признаков включает три шага: 1) выявление корреляционных плеяд; 2) определение одного наиболее информативного признака в каждой плеяде; 3) определение комплекса информативных признаков, который включает по одному признаку из каждой плеяды и все остальные признаки, не вошедшие ни в одну из плеяд.
В 2014 г. выделены две корреляционные плеяды фенофаз (см. выше). Кроме того, установлены 7 фенофаз, не вошедшие ни в одну из плеяд: по, нц, мц, кц, зп, л, оп. Сравнительный анализ средних коэффициентов корреляции фе-нофаз в пределах плеяды 1 показал, что наиболее информативной фенофазой является «набухание почек», а в плеяде 2 - фенофаза «массовая бутонизация. Именно эти фенофазы наиболее тесно коррелируют в пределах плеяды с другими фенофазами. Таким образом, по результатам наблюдений 2014 г. установлены сле-
дующие наиболее информативные фенофазы: нп, мб, по, нц, мц, кц, зп, л, оп.
В 2016 г. выделены две корреляционные плеяды фенофаз (см. выше). Кроме того установлены 10 фенофаз, не вошедшие ни в одну из плеяд: нп, рп, пл, рл, по, нб, мб, нц, пжл, зп. Наиболее информативной фенофазой в плеяде 1 является «листопад», в плеяде 2 две фенофазы «массовое цветение» и «опадение плодов» имеют одинаково максимальные средние значения с другими фенофазами в пределах плеяды. Учитывая, что фенофаза «массовое цветение» диагностируется более объективно, её следует считать наиболее информативной в плеяде 2. Таким образом, по результатам наблюдений 2016 г. установлены следующие наиболее информативные фенофазы: нп, рп, пл, рл, по, нб, мб, нц, мц, зп, пжл, л.
В 2018 г: выделена одна корреляционная плеяда фенофаз (см. выше). Наиболее информативной фенофазой в которой является «начало бутонизации». Таким образом, по результатам наблюдений 2018 г. установлены следующие наиболее информативные признаки: нп, рп, пл, рл, нб, зп, есп, пжл.
Таблица 4 - Информативные фенофазы у
Год наблюдения Информативные фенофазы
2014 нп, мб, по, нц, мц, кц, зп, л, оп
2016 нп, рп, пл, рл, по, нб, мб, нц, мц, зп, пжл, л
2018 нп, рп, пл, рл, нб, зп, есп, пжл
Полужирным шрифтом в таблице 4 выделены фенофазы, сохраняющие статус информативности по 2 или 3 годам наблюдений. В 2014, 2016 и 2018 гг. наиболее информативным феноинтервалом является «продолжительность плодоношения».
Таким образом, установлены следующие наиболее информативные фенофазы (таблица 4) и феноинтервалы у изученных сортов облепихи: 1) набухание почек, 2) распускание почек, 3) появление листьев, 4) распускание листьев, 5) полная облиственность, 6) начало бутонизации, 7) массовая бутонизация, 8) начало цветения, 9) массовое цветение, 10) завязывание плодов, 11) пожелтение листьев, 12) листопад, 13) продолжительность плодоношения.
Выводы. 1. На основании трехлетних учетов календарных дат наступления 16 фенофаз у 20 сортов облепихи установлены достоверные корреляции между фенофазами, число которых варьирует от 10 до 16 в разные годы наблюдений. Показано, что корреляционная структура связей между фенофазами в сильной степени зависит от погодных условий года.
2. Предложен способ группировки достоверно коррелирующих пар признаков по наличию в пределах группы общего связующего признака. Наличие связующих признаков косвенно свидетельствует о наличии корреляционных плеяд.
3. На основе метода построения коррело-грамм выявлены корреляционные плеяды фе-нофаз. При этом, погодные условия года существенно влияют на число и состав плеяд. Несмотря на это подтверждена гипотеза о том, связующие признаки, как правило, входят в состав корреляционных плеяд.
4. Установлены 12 наиболее информативных фенофаз и 1 феноинтервал, оптимизирующие проведение сортоизучения у облепихи.
Список использованных источников
1. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). - 6-е изд., стереотип. - М.: ИД Альянс, 2011.-352 с.
2. Зайцев Г.Н. Фенология древесных растений. - М.: Изд-во «Наука»,1981. - 120 с.
3. Исачкин А.В., Крючкова В.А. Компьютерные технологии в биометрии: рабочая тетрадь. - М.: Изд-во РГАУ-МСХА - 2014. - 105 с.
4. Исачкин А.В., Крючкова В.А. Способы выделения и анализа корреляционных плеяд признаков // «АгроЭкоИнфо» - 2018. - № 4. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/4/st _443/doc.
5. Культурные растения Главного ботанического сада им. Н. В. Цицина Российской академии наук: 60 лет интродукции / отв. Редактор А. С. Демидов. Учреждение РАН ГБС им. Н.В. Цицина РАН. - М.: Товарищество научных изданий КМК, 2011. - 551 с.
6. Плодоводство / Ю.В. Трунов, Е.Г. Самощенков, Т.Н. Дорошенко и др. // Под ред. Ю.В. Трунова и Е.Г. Самощенкова. - М.: КолосС, 2012. - 415 с.
List of used sources
1. Armor B.A. Methods of field experience (with the basics of statistical processing of research results). - 6th ed., Stereotype. - M .: ID Alliance, 2011. - 352 p.
2. Zaitsev G.N. Phenology of woody plants. - M.: Publishing house "Science", 1981. - 120 s.
3. Isachkin A.V., Kryuchkova V.A. Computer technology in biometrics: workbook. - M.: Publishing House of the Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy - 2014. - 105 p.
4. Isachkin A.V., Kryuchkova V.A. Methods for isolating and analyzing the correlation structures of signs // AgroEcoInfo - 2018. - № 4. - http://agroecoinfo.narod.ru/journal/STATYI/2018/4/ st_443/doc.
5. Cultivated plants of the Main Botanical Gardens them. N. V. Tsitsina of the Russian Academy of Sciences: 60 years of introduction / holes. Editor A.S. Demidov. Establishment of RAS GBS them. N.V. Tsitsina ras. - M.: Partnership of scientific publications KMK, 2011. - 551 p.
6. Fruit growing / Yu.V. Trunov, E.G. Samoschenkov, T.N. Doroshenko et al. // ed. Yu.V. Trunova and E.G. Samoschenkova. - M.: KolossS, 2012. - 415 p.
