12個紫花苜蓿品種在半干旱地區(qū)的生產(chǎn)性能及營養(yǎng)價值

李德明，張少平，耿小麗，張 榕，劉 乾

(甘肅省草原技術推廣總站，甘肅 蘭州 730010)

紫花苜蓿(Medicagosativa)為豆科苜蓿屬多年生草本植物，富含蛋白質(zhì)、維生素等多種營養(yǎng)物質(zhì)，是世界上栽培面積最廣的主要牧草，被譽為“牧草之王”[1-2]，也是我國北方主要豆科當家草種。它產(chǎn)量高、草質(zhì)優(yōu)良，各種營養(yǎng)成分齊全，尤其是粗蛋白質(zhì)、維生素和無機鹽含量豐富，是奶牛良好的蛋白質(zhì)來源，在改善生態(tài)環(huán)境、解決優(yōu)質(zhì)飼草短缺等方面起著重要的作用[3-5]。本研究在蘭州(半干旱)地區(qū)，通過對來自國內(nèi)外和甘肅本地的12個紫花苜蓿品種生產(chǎn)性能和營養(yǎng)成分含量的進行灰色關聯(lián)度評價，篩選出適合半干旱地區(qū)種植的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性強的苜蓿品種，對促進半干旱地區(qū)草牧業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1　材料與方法

1.1　試驗區(qū)概況

試驗于2011-2013年在國家草品種區(qū)域試驗站蘭州站進行，海拔1 685 m，地處黃土高原溫帶半干旱大陸性季風氣候，其主要特征是干旱、寒冷。日光充足，溫差大。冬季漫長而寒冷，雨雪少，夏季時短而溫熱，春季升溫快，秋天降溫快。全年降水量295.5 mm，年均溫9.3 ℃，最熱月均溫21.6 ℃，最冷月均溫-4.5 ℃，極端最高溫39.8 ℃，極端最低溫度-18 ℃，無霜期193 d，初霜日10月12日，終霜日4月1日，年積溫(≥0 ℃)3 816.3 ℃·d，年有效積溫(≥10 ℃)3 200 ℃·d。地形臺地，土壤為灰鈣土類，地下水位為120 m，表層土壤有機質(zhì)含量為1.1%，土壤pH 8.5，有灌溉條件。

1.2　試驗材料

供試苜蓿品種12個，其中國外引進苜蓿品種3個，國內(nèi)品種9個，均由甘肅省草原技術推廣總站提供。

中苜1號、中苜3號和中苜5號來源于中國農(nóng)科院北京畜牧所，甘農(nóng)3號和甘農(nóng)5號來源于甘肅農(nóng)業(yè)大學，草原3號來源于內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，北林201來源于北京林業(yè)大學，公農(nóng)1號和公農(nóng)6號來源于吉林農(nóng)業(yè)科學院，阿迪娜和康賽來源于美國Cal/West公司，WL343HQ來源于北京中種草業(yè)有限公司。

1.3　試驗設計

采用完全隨機區(qū)組設計共設4次重復，小區(qū)面積(3 m×5 m)，于2011年5月31日播種，每公頃播量為15 kg。播前施用3 000 kg·hm-2有機肥作為底肥。采用人工開溝條播的播種方式，行距30 cm，播10行，播種深度1～2 cm，播后人工覆土震壓。試驗期間，進行正常管理，適時灌溉、施肥，隨時除草、松土，及時防止病蟲害。2012年分別于6月4日、7月5日、8月27日刈割3次，2013年分別于6月4日、7月15日、9月1日刈割3次。

1.4　項目測定及方法

株高在刈割前測定，每個品種4個重復，每個小區(qū)隨機抽取10株，測量從地面到植株頂部的絕對高度，求其平均值。

產(chǎn)草量包括第1次刈割的產(chǎn)量和再生草產(chǎn)量。刈割均在初花期進行，每年刈割3次；2012年分別于6月4日、7月5日、8月27日刈割，2013年分別于6月4日、7月15日、9月1日刈割。每小區(qū)再取苜蓿鮮草樣1 kg，放于實驗室自然風干后稱其重量。干鮮比為干草樣重與鮮草樣重的比值。

水分(AW)含量采用烘箱干燥法測定；粗蛋白(CP)含量采用凱氏定氮法測定；粗脂肪(EE)含量采用索氏脂肪浸提取法測定；粗纖維(CF)含量采用酸堿法測定；粗灰分(CASH)含量采用灼燒法測定；無氮浸出物(NFE)含量用粗蛋白、粗脂肪、粗纖維和粗灰分含量計算，即NFE=100%-(CP+CF+EE+CASH)；鈣(Ca)采用EDTA絡合滴定法測定；磷(P)采用鉬銻抗比色法測定。

1.5　統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0，Excel進行統(tǒng)計分析，營養(yǎng)價值進行灰色關聯(lián)度評價。

關聯(lián)度系數(shù)計算公式：

(1)

式中:|x0(k)-xi(k)|=Δi(k)表示x0數(shù)列與xi數(shù)列在第k點的絕對差。mink|x0(k)-xi(k)|是一級最小差，即在絕對差|x0(k)-xi(k)|中按不同k值(品種)挑選其中最小者；minimink|x0(k)-xi(k)|是二級最小差，即在mink|x0(k)-xi(k)|中按不同i值(比較數(shù)列值)挑選其中最小者。同理maxk|x0(k)-xi(k)|是級最大差，maximaxk|x0(k)-xi(k)|是二級最大差，其意義與二級最小差相似。ρ為分辯系數(shù)，取值范圍在0～1，一般取ρ=0.5。將各品種的關聯(lián)系數(shù)集中為一個值，稱為xi與x0數(shù)列之間的關聯(lián)度，記為ri。

(2)

式中:n為樣本數(shù)。

2　結果與分析

2.1　株高

在兩年中，12個苜蓿品種的現(xiàn)蕾期植株高度差異顯著(P<0.05)；在現(xiàn)蕾期所有品種的株高2012年為73.1～96.1 cm，其中最高的為中苜1號，最低的為公農(nóng)1號，二者相差23 cm；2013年12個苜蓿品種的株高在70.9～93.0 cm，康賽的株高最高，達93.0 cm，草原3號、公農(nóng)6號的植株高度較低，分別為70.9和71.0 cm，植株高度最大差距可達22.1 cm；在2012和2013年苜蓿生長季，中苜5號和甘農(nóng)5號的植株高度都較高，分別達到了88.6、88.3、89.7、82.9 cm，與其他品種相比存在差異顯著(P<0.05)，且不同品種不同茬次的株高都存在著顯著差異(P<0.05)(表1)。

其中，2012年第1茬株高最高，為95.8～124.7 cm；阿迪娜的株高最高，達124.7 cm，公農(nóng)1號的株高最低，只有95.8 cm，二者相差達到28.9 cm。第2茬株高次之，多在68～85.7 cm；阿迪娜的株高最高，草原3號的植株高度較低，為68.0 cm，植株高度最大差距達17.7 cm。第3茬株高更低，主要分布在70 cm左右；中苜3號、甘農(nóng)3號、甘農(nóng)5號和阿迪娜相對較高，都在75 cm以上，康賽的株高最低，只有61.4 cm；2013年所有苜蓿品種各茬株高的大小趨勢與2012年相同，即第1茬>第2茬>第3茬；在2012和2013年刈割的3茬苜蓿中，國內(nèi)品種甘農(nóng)5號、甘農(nóng)3號和國外品種阿迪娜的植株高度相對較高。

表1　不同苜蓿品種株高的比較Table 1　The comparison of plant height of different alfalfa varieties　cm

同列不同小寫字母表示同一年份不同材料間差異顯著(P<0.05)。表2同。

Different lower case letters within the same column for the same year indicate significant difference among differen variecies at the 0.05 level; similarly for Table 2.

2.2　干草產(chǎn)量

不同品種的不同茬次(表2)，干產(chǎn)草量均存在顯著差異(P<0.05)。不同品種在同一茬次的干草產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)。2012年第1茬干草產(chǎn)量最高，其中最高的是中苜1號，達到0.96 kg·m-2，甘農(nóng)5號、公農(nóng)1號干草產(chǎn)量較低，分別為0.53、0.55 kg·m-2；第2茬干草產(chǎn)量次之，最高的中苜1號為0.54 kg·m-2，最低的草原3號只有0.25 kg·m-2；第3茬干草產(chǎn)量最低，干草產(chǎn)量最高的仍為中苜1號，為0.45 kg·m-2，干草產(chǎn)量最低的為公農(nóng)1號和北林201，分別為0.21和0.18 kg·m-2。同一品種在不同茬次的干草產(chǎn)量也存在顯著差異(P<0.05)，2013年所有苜蓿品種不同茬次的干草產(chǎn)量的高低與2012年相同，即第1茬>第2茬>第3茬，2013年干草產(chǎn)量最高的仍為中苜1號，公農(nóng)1號最低。2012和2013年，中苜1號年干草產(chǎn)量最高，分別達到了1.84、1.74 kg·m-2，中苜3號、甘農(nóng)3號和中苜5號的年干草產(chǎn)量都較高，公農(nóng)1號的年干草產(chǎn)量最低，分別只有1.05、0.84 kg·m-2，較年高產(chǎn)者少將近一半，公農(nóng)6號和北林201的年干草產(chǎn)量都較低。對2012和2013年的同一茬次苜蓿干草產(chǎn)量進行對比，第1茬2012年的干草產(chǎn)量比2013年高，第2茬和第3茬2013年的干草產(chǎn)量高于2012年，所有品種的年干草產(chǎn)量2012年均比2013年高。由此可見，第1茬是影響全年草產(chǎn)量的最主要因素。

2.3　鮮干比

鮮干比是指鮮草重與干草重的比例，它反映牧草的干物質(zhì)積累程度和利用價值，直接影響干草產(chǎn)量及質(zhì)量。苜蓿的鮮干比與品質(zhì)呈正相關關系，鮮干比高蛋白質(zhì)的含量就高，適口性就越好[6]。同一苜蓿品種在同茬次的鮮干比差異顯著(P<0.05)(表3)，2012年，第1茬各品種的鮮干比在3.54～4.98，其中鮮干比排在前3位的是康賽、公農(nóng)1號、中苜5號，分別是4.98、4.77、4.40；第2茬各品種的鮮干比分布在3.52～5.02，差異較第1茬更為顯著，其中鮮干比較高的品種為康賽、草原3號，分別達到4.87、4.86；第3茬各品種的鮮干比分布在2.80～4.72，但大多數(shù)品種的鮮干比主要集中在3.00～4.00，其中康賽、北林201、公農(nóng)1號的鮮干比最高，分別4.72、4.15、4.13。2013年，第1茬12個苜蓿品種的鮮干比在4.31～7.00，所有品種的鮮干比都較高，其中最高的為公農(nóng)6號、康賽、草原3號，鮮干比都在6以上；第2茬除康賽最高為5.29，其他的都分布在2.97～3.85；第3茬主要分布在2.82～4.18，品種WL343HQ、康賽、公農(nóng)1號、阿迪娜的鮮干比位于前4，分別是4.18、3.73、3.69、3.65。同一品種兩年相同茬次對比，在2013年第1茬各品種的鮮干比明顯高于2012年，主要原因可能是各品種鮮干比與當年的氣候適應性有關。

2.4　營養(yǎng)價值評價

苜蓿營養(yǎng)價值的評價是苜蓿引種工作的一個重要環(huán)節(jié)。為篩選出性狀優(yōu)良、最適宜黃土高原半干旱地區(qū)種植的紫花苜蓿品種，本研究應用灰色關聯(lián)分析法，對12個紫花苜蓿品種的營養(yǎng)價值進行評價。將12個參試苜蓿品種的14個性狀視為一個整體，應用灰色關聯(lián)度分析法進行綜合評價。選用含水量、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分、無氮浸出物、鈣和磷8個指標進行綜合評價[7-8]。

選用各營養(yǎng)成分指標的上限或下限結合起來而構建最優(yōu)品種，即“理想品種”。從營養(yǎng)價值來看，粗蛋白質(zhì)是牧草中的主要營養(yǎng)物質(zhì)，粗脂肪和無氮浸出物是主要的熱能物質(zhì)，粗灰分為牧草中的礦物質(zhì)，鈣和磷為兩種重要的礦物元素，與營養(yǎng)價值呈正相關關系的指標。因此這6個指標的測定值越高，說明牧草的營養(yǎng)價值越高，品質(zhì)越好，分別使用高于供試品種中最大值5%的值。而粗纖維、水分等與營養(yǎng)價值呈負相關關系的指標，則“越少越好”，分別使用低于供試各品種中最小值5%的值(表4)。

表3　2012和2013年不同苜蓿品種鮮干比的比較Table 3　The comparison of Fresh dry weight ratio of different alfalfa varieties in 2012 and 2013

同一列小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

Different lowercase letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level.

表4　供試苜蓿品種的營養(yǎng)物質(zhì)含量Table 4　The nutrient contents of tested alfalfa varieties

CP, crude protein; EE, ether extract; CASH, crude ash; NFE, nitrogen free extract; CF, crude fibre; AW, water content.

營養(yǎng)物質(zhì)對營養(yǎng)價值影響高低不同[9]?；疑P聯(lián)度分析法考慮到了各個因子的作用，避免了以往評價只考慮粗蛋白質(zhì)、粗脂肪和粗纖維等幾個因子而忽視了其他幾個因子的弊病，因而評判結果更為客觀、準確。關聯(lián)度越大，表明該苜蓿營養(yǎng)價值越高，反之則越低。各苜蓿品種的關聯(lián)度排名為甘農(nóng)5號>中苜3號>草原3號>中苜5號>甘農(nóng)3號>中苜1號>康賽>WL343HQ>公農(nóng)1號>公農(nóng)6號>阿迪娜>北林201(表5)。

表5　供試品種間的關聯(lián)度及排列順序Table 5　Grey correlative degree and order between tasted varieties

3　討論與結論

3.1　不同紫花苜蓿品種生產(chǎn)性能的比較

本研究分析了國內(nèi)外12個紫花苜蓿品種兩年內(nèi)在半干旱區(qū)的生產(chǎn)性能，其指標主要包括株高、干草產(chǎn)量、莖葉比、鮮干比等。結果顯示，不同苜蓿品種各茬次的株高、干草產(chǎn)量和鮮干比均有差異。

植株高度是衡量牧草生長狀況的重要指標，也是反映生產(chǎn)能力的一個重要指標，與產(chǎn)量正相關，通常高植株相對更高的產(chǎn)量潛力[10-11]。苜蓿各品種之間由于各自的遺傳特性和生長發(fā)育階段的差異以及對環(huán)境條件的反應不同，表現(xiàn)出植株生長速度的差異[12]。鄭紅梅等[13]研究表明茬次之間株高的排序有所不同，無論是刈割3次或刈割4次，以第1茬草的株高為最高。本研究結果與上述研究結論相同，兩年內(nèi)刈割時期高度排序為第1茬>第2茬>第3茬。在半干旱地區(qū)對12個苜蓿株高的研究結果顯示，國內(nèi)品種甘農(nóng)5號、甘農(nóng)3號和國外品種阿迪娜的植株高度相對較高。

苜蓿的干草產(chǎn)量是衡量其生產(chǎn)性能和經(jīng)濟性能的重要指標。影響苜蓿產(chǎn)量的因素可以分為兩大類，一類為溫度、土壤類型、降水量等環(huán)境因素；另一類為苜蓿品種的生育期和品種特性[14]。苜蓿產(chǎn)量的鑒定是苜蓿引種栽培等研究中基礎的工作。苜蓿產(chǎn)量的高低反映植物群落的光合產(chǎn)物積累的大小，是生產(chǎn)力的量度，體現(xiàn)群落的功能[15]。

產(chǎn)草量是衡量苜蓿經(jīng)濟價值的最重要的指標，其高低取決于品種材料、生產(chǎn)管理水平、生產(chǎn)區(qū)的土壤及氣候因子等，也與當年的刈割茬次有關[9，16]。研究表明，同一品種不同茬次產(chǎn)草量存在差異，同一茬次不同品種差異也較顯著。從全年總產(chǎn)量的構成來看，任一品種第1茬生長受春季低溫影響時期較長，其產(chǎn)量占全年比重最大，貢獻率亦最大，以后各茬依次遞減，第1茬草是影響全年草產(chǎn)量的最主要因素，要做好第1茬草的田間管理，刈割3茬時，各茬對全年苜蓿干草總產(chǎn)量貢獻率的大小次序為第1茬>第2茬>第3茬。2012和2013年中，中苜1號年干草產(chǎn)量最高，中苜3號、甘農(nóng)3號和中苜5號的年干草產(chǎn)量都較高。從而得出株高不是決定產(chǎn)量的唯一或首要因素。

鮮干比是評價牧草適口性的重要指標，反映著牧草干物質(zhì)積累的程度。通常情況下，鮮干比越高，適口性越好[17]。一般苜蓿生育早期，植株幼嫩含水量高，鮮干比較高；生育后期由于植株莖稈老化、堅硬、含水量低，從而鮮干比降低。本研究結果顯示，不同苜蓿品種之間鮮干比的差異不大，但在不同茬次之間，鮮干比則存在較大差異。其中在兩年研究中發(fā)現(xiàn)，同一茬次鮮干比的差異很大，其中2012年第2茬次鮮干比最大，而2013年第1茬次的鮮干比最大。

莖葉比能較好地反映出牧草的品質(zhì)和適口性，苜蓿葉中養(yǎng)分含量明顯高于莖的含量，莖葉比的高低關系著苜蓿的營養(yǎng)價值和品質(zhì)。莖葉比越小，則表明葉的含量越多，即蛋白質(zhì)含量越豐富，粗纖維含量越低，適口性越好，牧草的品質(zhì)也越高，飼料價值也就越高。因此，在品種選擇、田間管護以及草產(chǎn)品加工調(diào)制的過程中，增加苜蓿葉片含量，降低植株莖葉比是提高苜蓿品質(zhì)的重要途徑[18-19]。本研究表明，12個參試紫花苜蓿的品質(zhì)高低順序為中苜5號>WL343HQ>甘農(nóng)3號>草原3號、康賽>甘農(nóng)5號、中苜1號>公農(nóng)6號>中苜3號>阿迪娜>北林201>公農(nóng)1號。

3.2　不同紫花苜蓿品種營養(yǎng)價值的評價

單項營養(yǎng)指標各有其優(yōu)劣，因此，需要綜合各營養(yǎng)指標來判斷各品種的優(yōu)劣。從方法的優(yōu)劣上講，灰色關聯(lián)度理論已被公認為是全面而較少人為因素限制的、合理自然，并能利用計算機技術進行處理[20-21]。利用參試品種與理想品種的灰色關聯(lián)度，從而可確定各供試苜蓿品種的營養(yǎng)價值的優(yōu)劣，灰色關聯(lián)度分析結果顯示，國內(nèi)品種甘農(nóng)5號、中苜3號和國外品種康賽、WL343HQ的營養(yǎng)價值最接近理想品種。

通過對12個紫花苜蓿品種在半干旱地區(qū)的生產(chǎn)性能和營養(yǎng)價值研究，結果表明，中苜5號、康賽、草原3號、中苜3號和、甘農(nóng)3號在該地區(qū)的綜合表現(xiàn)良好，應大力推廣；公農(nóng)6號、公農(nóng)1號、北林201、阿迪娜在該地區(qū)的綜合表現(xiàn)較差，選擇應用時應慎重；其他品種屬于中等水平，可以依據(jù)不同目的、不同利用方式加以選擇。