張小青，張雅榮*，董文利，李曉婷，張文彪，索明春，王振宇，劉亞玲

(1.內(nèi)蒙古蒙草草種業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070；2.蒙草生態(tài)環(huán)境(集團(tuán))股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070)

苜蓿(Medicagosativa)是一種原產(chǎn)于亞洲外高加索、伊朗和小亞細(xì)亞一帶的多年生豆科草本植物[1]，因其抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣、營養(yǎng)豐富、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，被稱為牧草之王，也有“食物之父”的美譽(yù)[2]，在北方草原生態(tài)治理、退耕還草、畜牧業(yè)建設(shè)、食用藥用等方面發(fā)揮著重要作用[3-4]。

2012年，我國實(shí)施“振興奶業(yè)苜蓿發(fā)展行動”，極大地促進(jìn)了苜蓿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，栽培面積不斷擴(kuò)大，到2021年我國紫花苜蓿種植面積約433萬hm2[5]?，F(xiàn)如今，我國苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢強(qiáng)勁，進(jìn)入規(guī)?；?、智能化、機(jī)械化生產(chǎn)的新時(shí)代。在我國苜蓿產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，也面臨著諸多挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為適宜品種少、產(chǎn)量低、質(zhì)量差等方面[6-7]。

內(nèi)蒙古自治區(qū)作為我國主要的苜蓿種植基地，推動苜蓿高質(zhì)量發(fā)展是破局之舉，也是必由之路。但我區(qū)受水熱條件所限，適宜栽培的苜蓿品種較少，嚴(yán)重阻礙著苜蓿產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；為改變這種狀況，本研究以國內(nèi)外15個廣泛栽培的重點(diǎn)苜蓿品種為研究對象，于我區(qū)中部呼和浩特開展苜蓿品種適應(yīng)性評價(jià)，通過農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀的檢測對比，篩選出適應(yīng)內(nèi)蒙古中部地區(qū)及氣候條件類似地區(qū)的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)綜合性狀優(yōu)良的苜蓿品種。

1 試驗(yàn)地概況

呼和浩特市新城區(qū)惱包村優(yōu)質(zhì)苜蓿示范基地位于內(nèi)蒙古呼和浩特市新城區(qū)，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候[8]，其主要特征是春季風(fēng)多雨少，升溫快；夏季濕熱多雨，降水量集中；秋季短促涼爽，晝夜溫差大；冬季較長，干冷少雪。1987—2020年，年平均氣溫7.5 ℃，夏季平均氣溫21.7 ℃，冬季平均氣溫-8.4 ℃；年平均降水量為404.6 mm，多集中在7～8月份；日照充足，全年日照時(shí)數(shù)為2 704.2 h[9]，霜凍在春秋兩季出現(xiàn)，春季終霜遲，秋季初霜早，年均無霜期100～145 d[10]。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

收集國內(nèi)外苜蓿品種15個，參試品種來源和供種單位見表 1。

表1 參試苜蓿品種來源Table 1 Variety sources of experimental alfalfa

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)選取了15種廣泛栽培的苜蓿作為適應(yīng)性評價(jià)材料，2019年5月上旬播種，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個品種3個重復(fù)，小區(qū)面積為15 m2，間隔0.5 m。人工開溝條播，播種量2.25 kg·m-2，播種深度1.5 cm，行距30 cm，出苗后每年人工除草1 次，根據(jù)土壤墑情多次灌溉，年灌水量約800 t。

2.3 測定項(xiàng)目及方法

在苜蓿生長的第三年，即2021年于苜蓿初花期時(shí)測量農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀相關(guān)指標(biāo)，采樣后刈割。采集數(shù)據(jù)時(shí)，去除小區(qū)兩側(cè)邊行及兩端各0.5 m，每小區(qū)按照“S”型曲線隨機(jī)選取10個單株測定株高(H)、單株分枝數(shù)(TN)、莖粗(SD，地上第5個莖節(jié))、葉面積(LA，植株中部葉片)，每小區(qū)內(nèi)留茬5 cm刈割1 m2，3次重復(fù)，稱量鮮重后100 ℃下殺青30 min，65 ℃下烘干至恒重，測定干物質(zhì)產(chǎn)量(DYN)。

另取烘干后的樣品測定粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)、粗纖維(EC)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)6項(xiàng)營養(yǎng)指標(biāo)。相對飼用價(jià)值(RFV)用養(yǎng)分含量進(jìn)行估算，計(jì)算采用美國牧草草地理事會飼草分析小組提出的粗飼料相對值[11]，計(jì)算公式為 RFV=DMI×DDM/1.27，其中DMI 為干物質(zhì)采食量(dry matter intake，% BW)，按照 DMI=120/NDF 計(jì)算；DDM 為可消化干物質(zhì)(digestible dry matter，%DM)，按照 DDM=88.90-0.779×ADF 計(jì)算。

2.4 數(shù)據(jù)處理

采用 SPSS(IBM SPSS Statistics 26)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，多重比較采用 Tukey及Tamhane′s T2法進(jìn)行，對種質(zhì)的綜合評價(jià)采用灰色關(guān)聯(lián)度法。

灰色關(guān)聯(lián)理論是1982年由中國華中理工大學(xué)鄧聚龍教授首先提出并創(chuàng)立的一門新興學(xué)科[12]，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、氣象、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、未來系統(tǒng)預(yù)測以及環(huán)境質(zhì)量評價(jià)等方面[13-14]。灰色關(guān)聯(lián)評價(jià)的數(shù)學(xué)原理是通過比較若干待評價(jià)對象所構(gòu)成的曲線與理想最優(yōu)對象所構(gòu)成的曲線在幾何形狀上的接近程度的大小進(jìn)行排序，待評價(jià)對象的灰色關(guān)聯(lián)度越大，其排名越靠前[15]。取各性狀最優(yōu)值作為理想品種的參考數(shù)列，記為X0(k){k=1，2，3，…，n}，n為選取的測定指標(biāo)數(shù)；評價(jià)品種作為對比數(shù)列，記為Xi(k){i=1，2，3，…，m}，m為苜蓿品種，通過計(jì)算 15種苜蓿與理想品種的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度構(gòu)建苜蓿綜合評價(jià)模型。

2.4.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文所涉及的數(shù)據(jù)量綱不同，且包含有負(fù)向指標(biāo)與適度指標(biāo)，負(fù)向指標(biāo)值越小效果越好，也稱為極小型指標(biāo)[16]，適度指標(biāo)則是數(shù)值既不應(yīng)過大，也不應(yīng)過小，而應(yīng)趨于一個適度點(diǎn)的指標(biāo)[17]。根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，需要對各指標(biāo)進(jìn)行正向化及無量綱化處理。負(fù)向指標(biāo)正向化按照公式(1)計(jì)算，適度指標(biāo)正向化按照公式(2)計(jì)算[18]；均值化處理后形成新數(shù)列。

yik=max{xik}-xik；

(1)

(2)

2.4.2 關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算

關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式如下：

ξi(k)=

(3)

2.4.3 關(guān)聯(lián)度計(jì)算

鑒于不同指標(biāo)的重要性不同，為了使評價(jià)結(jié)果更加客觀，本文在等權(quán)關(guān)聯(lián)度排序的基礎(chǔ)上，采用了目前常用的兩種賦權(quán)法對評價(jià)指標(biāo)賦權(quán)，其一為變異系數(shù)賦權(quán)法[16，19]，相關(guān)計(jì)算方法見公式(4)(5) (8)；第二種權(quán)重計(jì)算公式見公式(6)[20]，避免主觀賦權(quán)的缺陷，根據(jù)權(quán)重系數(shù)分別計(jì)算參試苜蓿品種的等權(quán)關(guān)聯(lián)度γ以及加權(quán)關(guān)聯(lián)度γ′1、γ′2。

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

公式中wk表示第k個評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，CVk表示評價(jià)指標(biāo)k的變異值，Sk表示評價(jià)指標(biāo)k的標(biāo)準(zhǔn)差，γi為第i個品種的等權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度，γ′i為第i個品種的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度。

3 結(jié)果與分析

3.1 各品種農(nóng)藝性狀比較

由表2可知，15個苜蓿品種的農(nóng)藝性狀差異性較大。株高變化范圍為39.63～71.23 cm，其中WL298HQ、中苜2號兩個品種株高顯著高于其他品種，其次為WL168HQ、3010，株高為60.13～63.23 cm，再次為WL358HQ、沃苜1號紫花苜蓿、斯貝德、巨能7號、草原3號雜花苜蓿、敖漢苜蓿、隴東苜蓿7個品種，株高為53.50～58.47 cm，之后為草原2號雜花苜蓿、巨能401、WL354HQ，株高最低的是柏拉圖；各苜蓿品種的單株分枝數(shù)變化范圍在6.73～17.43枝，分枝最多的品種為WL298HQ和隴東苜蓿，分枝最少的是斯貝德，其余品種的單株分枝數(shù)沒有顯著性差異(P>0.05)，在10.63～14.90枝；莖粗?jǐn)?shù)據(jù)顯示，各品種的莖粗為0.265～0.374 cm，其中巨能401、柏拉圖、隴東苜蓿、WL354HQ四個品種的莖粗顯著小于其余品種；不同品種的葉面積差異性較大，變幅在1.22～3.01 cm2，WL168HQ、中苜2號、巨能401、敖漢苜蓿四個品種的葉面積最大，沒有顯著性差異，其次為WL354HQ、WL358HQ、3010、WL298HQ、斯貝德和柏拉圖、巨能7號、草原3號雜花苜蓿，葉面積為1.45～2.05 cm2，品種之間差異性顯著，葉面積較小的是隴東苜蓿、草原2號、草原3號和沃苜1號紫花苜蓿4個品種；干物質(zhì)產(chǎn)量變化范圍為1.42～3.14 t·hm-2，干物質(zhì)產(chǎn)量較高的品種有WL298HQ、WL168HQ、WL358HQ、敖漢苜蓿、巨能7號、草原3號雜花苜蓿等，干物質(zhì)產(chǎn)量較低的品種有柏拉圖、隴東苜蓿、草原2號雜花苜蓿、斯貝德、巨能401等。

表2 參試苜蓿品種農(nóng)藝性狀Table 2 Agronomic traits of tested alfalfa varieties

3.2 各品種品質(zhì)性狀比較

從表3可知，參試苜蓿品種的粗脂肪含量為0.5%～2.0%，其中柏拉圖、巨能7號、草原3號雜花苜蓿含量較高，分別為2.00%、1.80%、1.60%；含量較低的品種有WL358HQ、3010、斯貝德、隴東苜蓿、WL168HQ、沃苜1號紫花苜蓿，粗脂肪含量低于1%。粗蛋白含量變化范圍為17.50%～23.20%，含量最高的是巨能401，然后依次為草原2號雜花苜蓿、3010、WL358HQ、草原3號雜花苜蓿、敖漢苜蓿和巨能7號、WL168HQ、WL354HQ和斯貝德、WL298HQ、中苜2號紫花苜蓿、隴東苜蓿、柏拉圖、沃苜1號紫花苜蓿，粗蛋白含量分別為23.20%、23.00%、22.00%、21.70%、20.60%、20.00%、19.90%、19.70%、19.40%、18.80%、18.30%、17.90%、17.50%。粗纖維含量為20.22%～27.12%，含量最少的是柏拉圖，含量最大的為WL168HQ。粗灰分含量為9.30%～10.70%，含量較高的品種有WL358HQ、草原3號雜花苜蓿、敖漢苜蓿、隴東苜蓿、柏拉圖、巨能7號等。中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的變幅分別為30.20%～37.44%、23.09%～30.00%，以WL298HQ的ADF和NDF含量最高。相對飼用價(jià)值介于165.38%～221.87%，依次為巨能401、柏拉圖、3010、草原2號雜花苜蓿、中苜2號紫花苜蓿、WL354HQ、斯貝德、巨能7號、隴東苜蓿、WL358HQ、沃苜1號紫花苜蓿、草原3號雜花苜蓿、WL168HQ、敖漢苜蓿、WL298HQ，各項(xiàng)品質(zhì)性狀因品種不同差異性較大。

表3 參試苜蓿品種的營養(yǎng)物質(zhì)含量Table 3 Nutrient content of tested alfalfa varieties 單位：%

3.3 農(nóng)藝性狀與飼草產(chǎn)量與品質(zhì)的相關(guān)性

對農(nóng)藝性狀和重點(diǎn)關(guān)注的飼草品質(zhì)性狀進(jìn)行相關(guān)分析(表4)，結(jié)果顯示，CP與RFV、葉面積、干物質(zhì)產(chǎn)量呈正相關(guān)，與株高、分枝數(shù)、莖粗呈負(fù)相關(guān)；EC和RFV呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，和株高、干物質(zhì)產(chǎn)量、莖粗呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，和分枝數(shù)、葉面積呈正相關(guān)，但相關(guān)性較弱；RFV和葉面積呈正相關(guān)，而與株高、莖粗、干物質(zhì)產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)；干物質(zhì)產(chǎn)量和株高、分枝數(shù)、莖粗、葉面積均呈正相關(guān)，特別與株高呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

表4 農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient between agronomic traits and quality shapes

3.4 灰色關(guān)聯(lián)度綜合評價(jià)

3.4.1 關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算

采用灰色關(guān)聯(lián)分析法對以上苜蓿品種進(jìn)行綜合評價(jià)，參與評價(jià)的指標(biāo)共12項(xiàng)，包括農(nóng)藝性狀5項(xiàng)，品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)7項(xiàng)，詳見上文。對各項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后計(jì)算其關(guān)聯(lián)系數(shù)，形成表5所示的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣。

表5 各苜蓿品種性狀關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 5 Correlation coefficient of alfalfa variety traits

3.4.2 性狀關(guān)聯(lián)度與權(quán)重

根據(jù)公式(4)和公式(5)，計(jì)算各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)基于變異系數(shù)賦值的權(quán)重系數(shù)ω1，計(jì)算結(jié)果見下表6，權(quán)重系數(shù)由高到低的順序?yàn)椋褐行韵礈炖w維含量>粗纖維含量>粗灰分含量>酸性洗滌纖維含量>粗脂肪含量>莖粗>葉面積>干物質(zhì)產(chǎn)量>單株分枝數(shù)>株高>相對飼用價(jià)值>粗蛋白含量。采用公式(6)及公式(7)所得權(quán)重系數(shù)ω2，權(quán)重系數(shù)由高到低的順序?yàn)椋焊晌镔|(zhì)產(chǎn)量>粗蛋白含量>相對飼用價(jià)值>中性洗滌纖維含量>粗纖維含量>粗灰分含量>酸性洗滌纖維含量>粗脂肪含量>葉面積>單株分枝數(shù)>莖粗>株高。兩種權(quán)重計(jì)算方式下，評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重大小排序差異性較大。

表6 各指標(biāo)的變異系數(shù)與權(quán)重系數(shù)Table 6 Coefficient of variation and weight of each index

3.4.3 關(guān)聯(lián)度分析

基于上述各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算參試苜蓿品種的等權(quán)關(guān)聯(lián)度與加權(quán)關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度越大表示越接近理想品種，反之表示與理想品種的差異性越大，根據(jù)計(jì)算結(jié)果(表7)進(jìn)行排序，排名越高表示越接近理想品種，綜合評價(jià)結(jié)果越好[21-22]。結(jié)果顯示，按照等權(quán)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序，參試苜蓿品種的排序從高到低依次為巨能401>柏拉圖>草原2號雜花苜蓿>3010>巨能7號>中苜2號紫花苜蓿>WL168HQ>WL358HQ>WL298HQ>草原3號雜花苜蓿>WL354HQ>敖漢苜蓿>沃苜1號紫花苜蓿>隴東苜蓿>斯貝德；按照基于變異系數(shù)法賦權(quán)的加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序，苜蓿排序從高到低依次為巨能401>柏拉圖>草原2號雜花苜蓿>3010>中苜2號紫花苜蓿>巨能7號>WL354HQ>WL358HQ>沃苜1號紫花苜蓿>草原3號雜花苜蓿>WL168HQ>敖漢苜蓿>隴東苜蓿>WL298HQ>斯貝德；加權(quán)關(guān)聯(lián)度γ′2計(jì)算結(jié)果顯示，巨能401>柏拉圖>草原2號雜花苜蓿>巨能7號>3010>WL168HQ>中苜2號紫花苜蓿>WL298HQ>WL358HQ>草原3號雜花苜蓿>WL354HQ>敖漢苜蓿>沃苜1號紫花苜蓿>隴東苜蓿>斯貝德。

表7 參試品種的灰色關(guān)聯(lián)度及排序Table 7 Grey correlation degree and rank of test varieties

無論是等權(quán)關(guān)聯(lián)度還是加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序，排名前三的苜蓿品種均依次為巨能401、柏拉圖、草原2號雜花苜蓿，表明這3個品種更適合本地區(qū)栽植，是內(nèi)蒙古中部地區(qū)的優(yōu)選苜蓿品種；排名后兩位的苜蓿品種均為斯貝德和隴東苜蓿，表明這兩種苜蓿不適合本地區(qū)種植。

4 結(jié)論與討論

本文采用灰色關(guān)聯(lián)度對15個參試苜蓿品種進(jìn)行了綜合評價(jià)，結(jié)果表明，基于3種權(quán)重計(jì)算方法下的灰色關(guān)聯(lián)度排名雖有差異，但綜合排名較高的品種均一致，表明灰色關(guān)聯(lián)度綜合評價(jià)方法科學(xué)有效[23]。結(jié)果表示，排名前5的國產(chǎn)苜蓿品種僅有草原2號雜花苜蓿，其余4種均為國外引進(jìn)的品種，一定程度上表明我國與國外苜蓿在品種選育方面還有一定的差距，這與姜義寶等[24]、衣蘭智等[25]的研究結(jié)果一致，品質(zhì)性狀的差異性很大程度決定了綜合評價(jià)排序，這也說明在苜蓿生產(chǎn)時(shí)單方面追求產(chǎn)量是不可取的，要兼顧營養(yǎng)品質(zhì)提高其市場競爭力[26]。營養(yǎng)品質(zhì)的評價(jià)是多指標(biāo)決定的，以某一項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)其品質(zhì)高低是不客觀、不科學(xué)的[27]。

作物性狀間本身存在著比較復(fù)雜的制約關(guān)系[28]，提高苜蓿的品質(zhì)往往意味著降低其產(chǎn)量[29-30]，我們的研究結(jié)果同樣表明，干物質(zhì)產(chǎn)量與相對飼用價(jià)值呈現(xiàn)極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。良種技術(shù)與良法技術(shù)是提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)[31]，品種是其“潛在產(chǎn)量”的先決條件，但在生產(chǎn)中要想獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的苜蓿，良種與良法缺一不可，不同地區(qū)、不同栽培技術(shù)下的優(yōu)良品種差異較大。本文排名較高的苜蓿品種僅適用于內(nèi)蒙古中部或者有相似氣候環(huán)境的地區(qū)水作栽培，適用于內(nèi)蒙古中部地區(qū)的旱作苜蓿品種以及兼顧高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的最佳水肥管理模式，需進(jìn)一步探索及驗(yàn)證。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)該根據(jù)地區(qū)條件、養(yǎng)護(hù)措施、飼喂畜種等實(shí)際生產(chǎn)情況，選擇適合的品種。

綜上所述，通過綜合評價(jià)，適用于內(nèi)蒙古中部地區(qū)水作條件下的苜蓿品種有巨能401、柏拉圖、草原2號雜花苜蓿。