基于主成分分析的油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成

王彥花，王 容，張 云，吳立潮，劉 芳，*

(1.鄭州科技學院，河南鄭州450000;2.中南林業科技大學，湖南長沙410004)

油茶(Camellia oleifera)是中國特有的山茶科木本食用油料植物，與油橄欖、油棕、椰子并稱為世界“四大木本油料作物”，廣泛種植于我國亞熱帶地區［1］。油茶的綜合利用價值很高，除生產茶油外，茶粕及茶籽殼等殘余產物經開發后也可廣泛應用于醫藥、化妝品、紡織、化工等領域［2］。近年來，國家及各省市地區相繼出臺了相關的文件、政策，并采取了積極的補貼扶持等措施，油茶產業步入了發展的快車道［3］。

立地是指植物生長發育的各種自然及人工環境因子的總和，不同立地條件下植物的生長狀況不同，油茶也有類似的表現［4］。油茶果實性狀、出仁率、出油率、脂肪酸組成等指標不僅與品種有關，而且與油茶林的立地環境及氣候條件有關［5－6］，坡向坡位等立地因子關系到油茶的生長、產量、果實有機質的合成和積累、茶油成分的變化［7－8］。在油茶種植中，立地選擇是制約油茶林經濟效益的關鍵要素之一，近年來科研工作者對不同品種、不同立地條件下油茶的產量、經濟指標及茶油品質進行了較多研究［9－12］，但是不同條件下油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成的綜合分析及評價鮮見報道。

在油茶種植中，立地選擇是制約油茶林經濟效益的關鍵要素之一，坡向坡位等立地因子關系到油茶的生長、產量、果實有機質的合成和積累、茶油成分的變化，因此研究不同立地的油茶品質有助于在油茶種植時更有針對性地進行立地選擇。本研究以廣西三門江林場有機山茶樹種植基地9個立地的“湘林系列”油茶果及壓榨茶油為研究對象，運用主成分分析法簡化評價指標，結合主成分的二維排序圖及各立地的綜合得分，對9個立地進行了分析及排序，較為全面地分析了同一地區不同立地條件下油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成的變化，旨在了解立地條件對油茶及茶油品質的影響，為合理利用林地資源、提高林農經濟收益、篩選出更適宜油茶種植的立地類型提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

油茶果樣品 采摘自廣西壯族自治區國有三門江林場有機山茶樹種植基地，油茶品種為7年生湘林系列霜降籽。

TP－214型電子分析天平 美國丹福公司;CA59型榨油機 德國Komet公司;101型電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司;HH－6數顯恒溫水浴鍋 常州市園旺儀器制造有限公司;ST310型索氏抽提儀 福斯賽諾分析儀器蘇州有限公司;GC－2014型氣相色譜儀 島津公司。

1.2 實驗方法

試驗地位于廣西壯族自治區國有三門江林場有機山茶樹種植基地(25°45'N，109°44'E)，中低山丘陵地帶，砂頁巖紅壤性土壤。該地區屬亞熱帶南嶺濕潤氣候區，雨量充沛，年平均氣溫18.3℃，活動積溫5691.4，年平均日照總時數1334.3 h，平均無霜期320 d。試驗地相對高度311～384 m，坡度23°，北坡栽植有桉樹防風林。試驗地采用水平梯級整地法，栽種行距約2.2 m×3 m。

1.2.1 油茶果的采集及茶油的制備 油茶果采自東坡上坡(MY1)、東坡中坡(MY2)、東坡下坡(MY3)、南坡上坡(MY4)、南坡中坡(MY5)、南坡下坡(MY6)、西坡上坡(MY7)、西坡中坡(MY8)、西坡下坡(MY9)9個油茶林樣地，采用蛇形采樣法多點取樣，每個樣地均勻分散采集成熟油茶果5～8 kg。

油茶果采后室內堆放3～4 d，再翻開攤晾至自然開裂后取出油茶籽，經55℃烘箱干燥后去殼，直接用榨油機低溫壓榨，經過濾后得到茶油毛油，裝入具塞錐形瓶中置于冰箱4℃保存備用。

1.2.2 指標測定方法

1.2.2.1 油茶果經濟性狀的測定 果實橫徑、果實縱徑、果皮厚度采用游標卡尺測量;單果均重采用電子天平測量;單果籽粒數為人工計數，每個立地選取20個果實，計算平均數;鮮籽百粒重、干籽百粒重參照GB/T 5519－2008;干籽出仁率參照 SN/T 0803.10－1999;干仁出油率參照GB/T 5512－2008;果形指數=果實縱徑(cm)/果實橫徑(cm);鮮果出油率(%)=干籽出油率×干出籽率×100。

1.2.2.2 脂肪酸的測定 油樣經KOH－甲醇溶液甲酯化，再經正庚烷提取后入氣相色譜儀進行分析。根據與各種脂肪酸標樣保留時間的對比確定脂肪酸的組成，再根據峰面積，采用面積歸一化法計算茶油中棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸5種脂肪酸的相對含量。氣相色譜條件:色譜柱類型:SP2340(60 m×0.25 mm，0.2μm);檢測器:FID;升溫程序:初始溫度50℃，保持2 min，以10℃/min升至170℃，保持10 min，然后以2℃/min升至180℃，保持10 min，再以4℃/min升至220℃;進樣量:1μL，進樣口250℃，檢測器溫度300℃［13］。

1.2.3 主成分分析 主成分分析前，將各指標的原始數據標準化，以消除變量在數量級或量綱上的影響。采用SPSS進行主成分分析，根據主分量累積貢獻率確定主成分的個數，采用并根據因子得分計算出主成分得分Fi(下式1)。根據主成分得分計算出不同坡向坡位的綜合得分(下式2)，再根據主成分得分和綜合得分，對9個樣地進行排序。

式中:bi為因子得分;i=1，2，3;X為各主成分的特征值(表3)的算術平方根。

式中:(Vi/P)為各主成分特征值的貢獻率;i=1，2，3;Fi為各主成分得分。

1.3 數據統計分析

采用Excel及SPSS 20.0軟件進行數據統計分析。采用單因素方差分析(ANOVA)和Tukey后置檢驗法進行方差分析和差異顯著性檢驗(α=0.05);采用主成分分析計算因子得分;采用Excel軟件計算主成分得分及綜合得分。

2 結果與分析

2.1 不同立地油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成分析

9個立地的油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成的測定(表1)表明，不同立地指標間存在顯著性差異(p＜0.05)。其中，果實橫徑、果實縱徑、單果均重、鮮籽百粒重、干籽百粒重及干仁出油率為MY9最高，但MY9的果形指數及果皮厚度最小，且干籽出仁率較小，說明西坡下坡的油茶果果實較大、單果及單籽較重、干仁出油率高但是干籽出仁率低，這是因為西坡光照強度大、時間長，積累的有機物多，但是花芽少、座果率低［15］，而下坡的土壤較厚、水分充足、營養物質豐富，有利于油茶果實的生長和油脂的積累［16］;單果籽粒數、干籽出仁率及鮮果出油率為MY5最高，但MY5的果皮厚度較小、鮮籽百粒重及干籽百粒重較小，說明南坡中坡的油茶果皮薄、籽粒多、出仁率及出油率高，但籽粒較小，這是因為南坡在花芽分化期及果實生長期光溫水條件優越，從而花芽多、出籽率及座果率高［15］，且在光照適宜的條件下，陽坡的中坡土壤肥力較好且水分含量適宜［17］;果實縱徑、單果均重、鮮籽百粒重、干籽百粒重、干仁出油率、鮮果出油率及不飽和脂肪酸含量為MY2最小，但MY2的多不飽和脂肪酸含量最高，且果皮厚度較大，說明東坡中坡的油茶果實較小，單果及單籽較輕，出油率低，總不飽和脂肪酸含量低但多不飽和脂肪酸含量高，這是因為，油茶種子油酸與亞油酸含量存在極顯著負相關［18］，且東坡花芽多、落果少、平均光照時間及強度小［15］。

表1 油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成的測定結果Table 1 Results of economic indexes of Camellia oleifera fruits and fatty acid composition of Camellia oil

2.2 不同立地油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成的主成分分析

進行主成分分析時，對各指標的原始數據采用標準化法轉化為標準化數據，再采用主成分分析提取3個特征值大于1的主成分(表2)。由表2可知，前3個主成分(F1、F2、F3)的累積方差貢獻率為84.608%，說明在變量不丟失的前提下，這3個公因子可以包含原始數據84.608%的信息，可以用這3個主成分代表原來的13項評價指標，進行油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成的分析和評價。

由表2可知，在第1主成分上具有較高載荷的指標為果實橫徑、果實縱徑、果皮厚度、單果均重、干仁出油率、多不飽和脂肪酸含量，特征值為5.478，貢獻率為42.136%，主要反映了油茶果的果實性狀、籽仁含油率及茶油多不飽和脂肪酸含量。在第2主成分上具有較高載荷的指標為單果籽粒數、鮮籽百粒重、干籽百粒重、干籽出仁率、不飽和脂肪酸含量，特征值為3.363，貢獻率為25.870%，主要反映了油茶籽的數量和質量，以及茶油不飽和脂肪酸含量。在第3主成分上具有較高載荷的指標有果形指數、鮮果出油率，特征值為2.158，貢獻率為16.602%，主要反映了油茶果外形及出油率。

表2 主成分分析結果Table 2 The results of principal component analysis

2.3 不同立地油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成的綜合評價比較

將主成分分析的因子得分代入式(1)計算出各主成分得分，進而以第1主成分得分為橫坐標，分別以第2、第3主成分得分為縱坐標繪制散點圖(圖1)，可以直觀地看出各立地在前3個主成分的油茶品質分布狀況，主成分得分越高品質越好。

由圖1可知，不同立地在3個主成分上的得分排序存在差異。第1主成分的優良度排序依次為:MY9＞MY4＞MY5＞MY3＞MY8＞MY7＞MY1＞MY6＞MY2，因此可認為西坡下坡及南坡上坡在油茶果實性狀、籽仁含油率及茶油多不飽和脂肪酸含量方面現較好，東坡中坡及南坡下坡較差，其他立地居中;第2主成分的優良度排序依次為:MY8＞MY6＞MY1＞MY7＞MY9＞MY3＞MY2＞MY4＞MY5，因此可認為西坡中坡及南坡下坡在油茶籽數量和質量以及茶油不飽和脂肪酸含量方面表現較好，南坡中坡及南坡上坡較差，其他立地居中。第3主成分的優良度排序依次為:MY6＞MY5＞MY7＞MY8＞MY4＞MY3＞MY9＞MY2＞MY1，因此可認為南坡下坡及南坡中坡在油茶果外形及鮮果出油率方面表現較好，東坡上坡及東坡中坡較差，其他立地居中。圖1直觀地反映了各立地在前3個主成分的油茶品質分布狀況，根據圖1可以選擇在第1、第2主成分綜合表現突出或者在第1、第3主成分綜合表現突出的立地，有利于對不同立地的油茶果及茶油的進行有針對性的選擇和利用。但由于各主成分的方差貢獻率不同，因此在進行不同立地油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸的綜合分析時應考慮各主成分的貢獻率，才能使分析結果更科學、客觀、準確。

圖1 不同立地前3個主成分二維排序Fig.1 Scatter plot based on 3 former principal component analysis

以各主成分的貢獻率為權重，將主成分得分代入式(2)計算出不同坡向坡位的綜合得分，并根據綜合得分對9個立地進行排序(表3)。

表3 主成分得分、綜合得分及排序Table 3 Principal component score，comprehensive score and site ranking

由表3可知，9個立地的綜合得分從高到低依次為MY9＞MY8＞MY6＞MY7＞MY4＞MY5＞MY1＞MY3＞MY2，因此可認為西坡下坡、西坡中坡在油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成方面綜合表現較好，東坡中坡、東坡下坡較差，其他立地居中，這與原始數據分析結果及各主成分排序得出的結論基本吻合，說明主成分分析的結果與客觀實際接近，評價結果可靠有效。其中，西坡的三個坡位綜合得分分別排在第4、第2、第1，南坡的三個坡位綜合得分分別排在第5、第6、第3，東坡的三個坡位綜合得分分別排在第7、第9、第8，說明從油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成的綜合得分來看，西坡優于南坡，南坡優于東坡，下坡優于中坡及上坡，因此從油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成方面來考慮，油茶種植時可優先選擇坡向中的西坡、南坡及坡位中的下坡。

3 結論

本研究通過主成分分析對不同立地的油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成進行了綜合評價及排序，結果表明:各主成分的優良度排序表明西坡下坡及南坡上坡在油茶果實性狀、籽仁含油率及茶油多不飽和脂肪酸含量方面現較好，西坡中坡及南坡下坡在油茶籽數量和質量以及茶油不飽和脂肪酸含量方面表現較好，南坡下坡及南坡中坡在油茶果外形及鮮果出油率方面表現較好;9個立地的綜合得分從高到低依次為西坡下坡＞西坡中坡＞南坡下坡＞西坡上坡＞南坡上坡＞南坡中坡＞東坡上坡＞東坡下坡＞東坡中坡，說明西坡下坡、西坡中坡在油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成方面綜合表現較好，東坡中坡及東坡下坡表現較差，其他立地居中;油茶果經濟性狀及茶油脂肪酸組成整體表現為西坡優于南坡優于東坡，下坡優于中坡及上坡，因此油茶種植時可優先選擇坡向中的西坡、南坡及坡位中的下坡。

由于試驗地處于成熟的油茶栽種區，北坡栽植有桉樹防風林，因此對于不同立地茶油品質的研究在坡向因子方面不夠完善，若是增加北坡數據進行綜合分析，預計得到的綜合評價分析將會更合理、更科學，對指導油茶種植更有意義。由于不同油茶品種特性及不同地區氣候條件存在差異，因此今后的研究中可著重對不同品種在不同地區氣候條件下的油茶立地品質展開系統性研究，為油茶種植的立地選擇提供理論依據。