鄧祖麗穎，王瑞祥，王慶東，胡華鋒，林 真，趙婧伊

(1.鄭州幼兒師范高等?？茖W校，河南 鄭州 450099；2.鄭州大學，河南 鄭州450001；3.河南牧業(yè)經濟學院，河南 鄭州 450011)

隨著我國經濟的持續(xù)增長，對畜產品需求量不斷增加，導致中國飼料需求量不斷擴張，飼料用糧已成為中國糧食需求增長的主要動因。我國秸稈資源豐富，年產量約8億噸，占世界秸稈總量的25%左右。長期以來作物秸稈作為一種潛在的可再生資源沒有得到充分合理的利用，反而被丟棄、焚燒，這不僅造成了資源浪費，還污染了環(huán)境[1,2]，合理利用秸稈資源可以有效緩解飼料短缺的問題[3]。小麥是世界種植面積最廣的作物之一，我國小麥種植面積和總產量均居世界第二位，小麥秸稈年產量約1.1×109噸，約占我國秸稈總量的16%[4]，小麥秸稈作為飼料進行開發(fā)和利用具有廣闊的前景。秸稈類飼料原料營養(yǎng)價值的高低由其所含營養(yǎng)成分的種類和數量決定，它們是評價秸稈類飼料優(yōu)良與否的重要參考指標[5]。不同品種小麥秸稈所含營養(yǎng)成分不同，這導致了它們之間飼用品質的差異[6]。針對不同小麥品種秸稈的營養(yǎng)成分進行研究，分析其飼用價值，既可以促進秸稈的飼料化利用，同時還可以提高農業(yè)附加值。本研究測定在華中地區(qū)大規(guī)模推廣的25個小麥品種秸稈的營養(yǎng)成分，對數據進行主成分分析和聚類分析以評價它們的營養(yǎng)價值。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

在焦作、鄭州和商丘3個地區(qū)采集25個小麥品種的秸稈，包括舜麥1718、濟麥4號、周麥16、中泓8、焦麥266、太學12、川紅1號、德研8號、周麥35、鄭育麥9976、矮抗58、百農207、豐德存1號、洛麥18、周麥21、溫6、周麥23、郁金香、富麥2008、溫麥28、洛旱12、開麥18、周麥12、周麥28和字十麥等。在蠟熟期隨機采集各品種小麥的地上部分(不含穗)，剪碎后充分混勻，用四分法縮減至1000 g待測。

1.2 指標的測定方法

將秸稈樣品在65 ℃烘箱中烘48 h，經粉碎機粉碎之后過0.45 mm篩制成樣品。各指標的測定均采用國標法[7-11]。

1.3 數據轉化與統計分析

在進行主成分分析之前，用隸屬函數法將數據進行轉化，將量綱進行統一。正相關指標(粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、無氮浸出物、粗淀粉、磷、鈣)通過公式(1)進行轉化，負相關指標(粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維)通過公式(2)進行轉化。使用SPSS 21.0軟件進行主成分分析，得到Fi即為各樣品的主成分分值，綜合得分Dn的計算以相應主成分貢獻率為權重，通過公式(3)得到。

如果為正相關，則用隸屬函數進行轉換，計算公式為：

Uin=(Xin-Ximin)/(Ximax-Ximin)

(1)

如果為負相關，則用反隸屬函數進行轉換，計算公式為：

(2)

綜合得分Dn的計算公式：

(3)

2 結果

2.1 不同品種小麥秸稈的營養(yǎng)成分分析

華中地區(qū)25個不同小麥品種秸稈的營養(yǎng)成分見表1。干物質含量最高的是周麥16(96.70%)，最低的是焦麥266(93.13%)；粗蛋白含量最高的是周麥12(8.33%)，最低的是開麥18(3.19%)；粗脂肪最高的是德研8號(3.12%)，最低的是開麥18(0.15%)；粗纖維的變化范圍為46.31%(周麥28)～19.73%(溫麥28)；中性洗滌纖維的變化范圍為82.65%(百農207)～70.73%(焦麥266)；酸性洗滌纖維的變化范圍為54.13%(周麥35)～41.35%(溫麥28)；粗灰分含量最高的是太學12,最低的是富麥2008；無氮浸出物含量最高的為洛旱12，最低的是豐德存1號；粗淀粉含量最高的是洛旱12(4.27%)，最低的是富麥2008(1.07%)；鈣含量最高的是開麥18(0.37%)，最低的是鄭育麥9976 (0.08%)；磷含量最高的是郁金香(9.46%)，最低的是開麥18 (2.49%)。雖然各指標間具有相同的量綱，但是由于不同營養(yǎng)成分種類之間無法直接進行比較，因此在進行綜合評價前，需對各成分含量進行數據轉換[12]。

表1 華中地區(qū)25個小麥品種秸稈的營養(yǎng)成分 %

續(xù)表1

2.2 華中地區(qū)25個小麥品種秸稈營養(yǎng)價值綜合評價

2.2.1 主成分分析

對經隸屬函數法轉化后的數據進行主成分分析(表2)，根據累積貢獻率≥85%的原則，選取其中5個為主成分，總方差中第1主成分的貢獻率是30.97%，第2主成分的貢獻率是20.71%，第3主成分的貢獻率是13.98%，第4主成分的貢獻率是11.70%，第5主成分的貢獻率是8.48%，五者之和達到85.84%，即5個主成分所含信息占總體的85.84%。各主成分中各指標所對應的系數由特征向量Z1、Z2、Z3、Z4、Z5(表2)表示，由主成分載荷矩陣中的數據除以主成分相對的特征值后開平方根得到。由表2可知，5個主成分與10項原指標的線性組合如下：

F1=0.471y1+0.105y2-0.334y3-0.184y4+0.387y5-0.048y6+0.437y7+0.042y8+0.162y9+0.502y10

F2=0.073y1+0.145y2+0.244y3+0.276y4+0.358y5+0.488y6-0.050y7+0.603y8-0.323y9+0.032y10

F3=0.165y1+0.665y2+0.465y3-0.245y4+0.000y5-0.414y6-0.209y7+0.137y8+0.141y9+0.009y10

F4=0.250y1+0.250y2-0.175y3+0.635y4-0.128y5+0.141y6-0.041y7-0.022y8+0.597y9-0.214y10

F5=-0.267y1-0.185y2+0.242y3+0.091y4+0.521y5+0.069y6-0.439y7-0.294y8+0.356y9+0.382y10

式中：第1、第2、第3、第4、第5主成分得分分別由F1、F2、F3、F4、F5表示；粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗灰分、無氮浸出物、粗淀粉、鈣、磷的隸屬函數法轉化值依次由y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7、y8、y9、y10表示。

表2 主成分特征向量、特征值、貢獻率及累積貢獻率

通過公式(3)，以主成分貢獻率為權重，由各小麥品種秸稈的前5個主成分分值與權重值，計算出小麥秸稈營養(yǎng)的綜合評價值Dn(表3)。通常，綜合分值Dn越高，品質越好[13]。通過表3可得，25個不同小麥品種的秸稈其營養(yǎng)品質排序如下：洛旱12>郁金香>川紅1號>周麥12>洛麥18>周麥35>周麥23>周麥28>焦麥266>溫麥28>德研8號>溫6>矮抗58>開麥18>字十麥>太學12>鄭育麥9976>富麥2008>周麥16>百農207>周麥21>中泓8>舜麥1718>濟麥4號>豐德存1號。

表3 綜合主成分值

2.2.2 聚類分析

采用系統聚類-質心聚類法及歐式距離對25個小麥品種秸稈營養(yǎng)品質的綜合得分進行聚類分析。25個小麥品種秸稈的營養(yǎng)品質可大致分為以下七類(圖1): 洛旱12為一類；郁金香為一類；川紅1號、周麥12、洛麥18、周麥35和周麥23為一類；舜麥1718、濟麥4號為一類；豐德存1號單獨為一類；焦麥266、溫麥28、德研8號、溫6、矮抗58和開麥18為一類；字十麥、太學12、鄭育麥9976、富麥2008、周麥16、百農207、周麥21和中泓8為一類。聚類分析的結果與主成分分析的結果一致。

3 討論

評價作物秸稈好壞的標準是營養(yǎng)價值，主要由秸稈所含營養(yǎng)成分的種類和數量決定[5]。本試驗對秸稈的粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗灰分、無氮浸出物、粗淀粉、鈣、磷等10種成分進行主成分分析。中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維是評價秸稈飼用品質的重要指標[13]。中性洗滌纖維對秸稈的采食率有重要影響，而酸性洗滌纖維可以影響秸稈的消化率。粗灰分反映秸稈中礦物質的含量。粗纖維是產生熱能的物質，粗纖維具有特殊的芳香氣味，可提升秸稈的適口性[14]。粗蛋白是反映秸稈營養(yǎng)價值高低的重要指標，是秸稈的重要組成部分[15]，是家畜蛋白質需求的主要來源。粗脂肪是指作物飼料中脂溶性物質的總稱，雖然動物對其需求量不大卻不能缺少。無氮浸出物以淀粉為主，飼料中無氮浸出物含量越高，則適口性越好，消化率越高。礦物元素是動物生理過程和體內代謝必不可少的，鈣和磷作為常量礦物質元素是飼料營養(yǎng)研究中必不可少的一部分。

圖1 25個小麥品種秸稈營養(yǎng)品質的聚類分析

在主成分分析中各營養(yǎng)指標對品質影響的程度是不一樣的，有些營養(yǎng)指標與品質之間呈正相關，而有些則呈負相關，故對原始數據進行轉化時應當考慮該指標對評價體系的正負影響[16]。本研究所測指標中，僅有粗纖維、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維為負相關，其余均為正相關。以主成分綜合得分為基礎，對樣品聚類分析，排除冗余信息的干擾，使評價結果具有較高的準確性和客觀性[17]。近年來有關學者利用隸屬函數與主成分析法對南豐蜜橘[18,19]、馬鈴薯[20]、核桃[21]等果實品質進行了分析與評價。張玉等[22]通過主成分分析法對牧草的飼用品質進行了研究。林真等[6]通過主成分分析法對華北地區(qū)不同玉米品種秸稈的營養(yǎng)價值進行了研究。本試驗通過對不同品種小麥秸稈營養(yǎng)品質的比對，篩選出秸稈營養(yǎng)品質較高的小麥品種，對于提高小麥秸稈飼料化利用率有一定的現實意義。

秸稈飼用品質不僅由營養(yǎng)素含量決定，動物對各營養(yǎng)成分的消化吸收也是影響秸稈飼用品質的重要因素，因此，可以通過探究動物胃腸道消化吸收特點來對秸稈飼用品質進行進一步研究和探討。

4 結論

本研究對25個不同品種小麥秸稈的10個營養(yǎng)指標的數據采用隸屬函數法進行轉化，通過主成分分析法將上述指標進行綜合、轉化及聚類分析。主成分分析結果表明，25個不同品種的小麥秸稈飼用品質按大小排序為：洛旱12>郁金香>川紅1號>周麥12>洛麥18>周麥35>周麥23>周麥28>焦麥266>溫麥28>德研8號>溫6>矮抗58>開麥18>字十麥>太學12>鄭育麥9976>富麥2008>周麥16>百農207>周麥21>中泓8>舜麥1718>濟麥4號>豐德存1號。聚類分析結果表明，洛旱12為一類；郁金香為一類；川紅1號、周麥12、洛麥18、周麥35和周麥23為一類；舜麥1718、濟麥4號為一類；豐德存1號單獨為一類；焦麥266、溫麥28、德研8號、溫6、矮抗58和開麥18為一類；字十麥、太學12、鄭育麥9976、富麥2008、周麥16、百農207、周麥21和中泓8為一類。由主成分分析和聚類分析的結果可知，洛旱12、郁金香、川紅1號、周麥12、洛麥18有較高的飼用品質。