高寒地区歪头菜营养品质动态变化及其评价

毛祝新，傅 华，牛得草，聂 斌，陈 昊

（1．陕西省西安植物园，陕西省植物研究所，陕西西安710061；2．草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州730020）

高寒地区歪头菜营养品质动态变化及其评价

毛祝新1，2，傅 华2*，牛得草2，聂 斌2，陈 昊1

（1．陕西省西安植物园，陕西省植物研究所，陕西西安710061；2．草地农业生态系统国家重点实验室，兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州730020）

优质豆科牧草选育和栽培对于高寒地区畜牧业发展具有重要意义，歪头菜是高寒地区极具饲用价值的豆科牧草，对其进行产量和营养品质动态变化研究，有利于高品质饲草的生产和利用。在高山草原地区通过田间试验，研究了歪头菜在不同生长时期（分枝期、现蕾期、初花期、盛花期）刈割时，干草产量和粗蛋白（CP）、可溶性糖（WSC）、灰分（ASH）含量和矿物元素含量的动态变化。结果表明，歪头菜草产量随着生长逐渐增加，而CP、WSC含量在生长初期较高，生长后期（盛花期）CP含量降低，而WSC含量达到最高。ASH含量在整个生长过程中呈单峰曲线变化特征，但各矿物元素含量的变化规律不尽相同。从饲用角度看，各刈割期的CP含量均达到美国一等饲草标准，其中，盛花期干草产量和WSC含量最高，营养元素中，除Ca和Cu外，能够基本满足高寒地区家畜对P、K、Na、Mg、Mn和Zn元素的营养需求。进一步利用灰色关联度分析和权重赋值法对上述指标进行综合评价，发现盛花期综合评价值最高，因此建议歪头菜在高山草原地区的最佳利用时期为盛花期。

歪头菜；高山地区；营养品质；矿物元素；综合评价

冬春季饲草不足，尤其是高蛋白饲草缺乏，使得高山草原地区草畜不平衡问题更加突出，引种和栽培耐寒豆科牧草是解决该问题的有效方法［1］。本团队前期研究发现，高寒草地分布广泛的多年生豆科牧草歪头菜（Vicia unijuga），不仅越冬率高，且生长良好，适宜作为饲用型牧草来生产［2］。但高寒地区栽培饲草的产量和品质在不同生长时期差异较大［3-4］，加之酷寒的低温环境，使得土壤中营养元素转移和利用效率较低，由此产生的牧草元素缺乏或过量常导致放牧家畜矿物质营养障碍［5］。所以对高寒地区种植牧草的营养品质动态变化进行研究，有助于采取和制定适宜的饲喂方法以保障草食牲畜的健康生长［6］。因此，本研究在甘肃省甘南藏族自治州地区，以多年生豆科牧草歪头菜为材料，对其营养品质动态变化进行分析，并综合评价不同生长时期的饲草利用价值，以期为歪头菜的高效开发利用提供参考依据。

1 材料与方法

1．1 试验区概况

试验设在甘肃省甘南藏族自治州夏河县桑科乡（35°06′086″N，102°25′03″E），海拔3050 m。属高寒湿润型气候区，年均温4．2℃，年降水量440～800 mm，年蒸发量1232 mm，无霜期56～105 d，日照时间2296 h，辐射量82×105kJ／m2。＞0℃的年积温为2800～3600℃。试验地土壤为山地黑钙土，0～20 cm土层土壤养分含量为：有机质42．2 g／kg、全氮2．1 g／kg、全磷0．9 g／kg、全钾17 g／kg。

1．2 试验材料

试验材料种源来自甘肃省甘南草原地区野生歪头菜植株，由兰州大学草地农业科技学院提供。

1．3 试验设计

试验材料于2008年种植于甘肃省甘南州夏河县桑科乡。采用条播方式人工播种，播种量为37．5 kg／hm2，播种深度2 cm，行距30 cm。小区面积4 m×5 m，间隔80 cm，重复3次。播种当年不定期拔草、灭鼠，不予灌溉和施肥。次年返青后，于每个小区随机选取长势一致的1 m2样方（边行除外）4个，用标记牌做好标记，用于分枝期、现蕾期、初花期与盛花期刈割。物候期记载标准参照国家草品种审定技术规程GB／T 30395-2013。

1．4 测定项目及方法

草产量：2009年在歪头菜分枝期（6月20日）、现蕾期（7月10日）、初花期（7月25日）与盛花期（8月4日），分别选取3个1 m2样方，齐地面刈割样方内所有植株的地上部分，采回的样品在105℃下杀青30 min，再在65℃下烘干至恒重，然后称重测产。烘干样品粉碎后，用以测定营养成分。

营养成分测定：粗蛋白（CP）采用浓硫酸－双氧水消化－半微量凯氏定氮法测定；可溶性糖（WSC）的测定采用硫酸－蒽酮比色法；灰分（ASH）采用干灰化法测定；元素磷（P）、钾（K）、钠（Na）、钙（Ca）、镁（Mg）、铜（Cu）、锰（Mn）、锌（Zn）测定方法参见文献［7］。

1．5 灰色关联分析和评价

按照灰色系统理论，将4个生长时期的干草产量、3种常规养分和8种矿物元素看成1个灰色系统。选取各指标的最佳值构成“标准歪头菜”［8］，本试验中选取干草产量、常规养分和矿物元素含量的最高值，作为参考数据列，以测试性状的各项性能指标作为对应的比较数列。按照田兵等［9］的方法计算各生长时期草产量、常规养分、矿物元素与“标准歪头菜”关联度（r0i），再参照孙红等［10］的方法计算综合评价值（Zk）。

1．6 数据分析

采用SPSS 13．0软件对不同生长时期各测定指标进行方差分析（ANOVA）和差异显著性检验；用灰色关联度和权重赋值法［9-10］对各生长时期的草产量、常规养分和矿物元素进行权重综合评价。

2 结果与分析

2．1 草产量

歪头菜的干草产量随着生长逐渐增加（图1）。但生长初期增长缓慢，其分枝期和现蕾期产量无显著差异（P＞0．05），花期（初花期和盛花期）产量大幅增加，均极显著高于前期（P＜0．01），初花期产量高于现蕾期50%，而盛花期产量较初花期虽有所增加，但并无显著差异（P＞0．05）。

2．2 常规养分

各常规养分在不同生长时期的变化规律有所不同（图2）。其中，CP含量随着生长逐渐降低，方差分析结果表明，除初花期和盛花期含量无显著差异外（P＞0．05），其他生长时期之间差异极显著（P＜0．01）。WSC含量随着生长先降后升，在初花期最低，盛花期含量最高（图2）。其中，初花期WSC含量均显著低于其他生长时期（P＜0．05）；除分枝期外，盛花期WSC含量均极显著高于其他生长时期（P＜0．01）。ASH含量随着生长先增后降（图2），在各生长时期中，现蕾期含量最高，显著高于分枝期（P＜0．05），而后逐渐降低，盛花期含量最低，显著低于其他生长时期（P＜0．05）。

2．3 矿物元素

歪头菜不同生长时期矿物元素含量见表1。常量元素P、K和Ca含量在不同生长期差异极显著（P＜0．01），Na和Mg含量在不同生长期无显著差异（P＞0．05）。P含量随着生长逐渐降低，且降幅较大，初花期和盛花期含量极显著低于其他生长时期（P＜0．01）。K含量在分枝期、现蕾期和初花期略有差异，但从方差分析结果看并无显著差异（P＞0．05），盛花期含量大幅降低，极显著低于其他生长时期（P＜0．01）。Ca含量随着生长逐渐增加，且增幅较大，花期（初花期和盛花期）含量均极显著高于分枝期和现蕾期（P＜0．01），盛花期含量显著高于初花期（P＜0．05）。Na元素在不同生长时期无显著差异（P＞0．05），且含量相近（介于1．34～1．39g／kg）。Mg含量随着生长先增后降，但不同生长时期之间并无显著差异（P＞0．05）。

图2 歪头菜在不同生长时期粗蛋白、可溶性糖和灰分含量Fig．2 Crude protein，water soluble carbohydrate and ash content in V．unijuga at different growth stage

微量元素中，Cu含量在不同生长期无显著差异（P＞0．05），其含量在生长前期逐渐增加，初花期大幅降低，且显著低于现蕾期（P＜0．05），盛花期含量虽有所增加，但与其他时期比无显著差异（P＞0．05）。Mn含量随生长先增后降，初花期含量达到最高，且极显著高于分枝期与现蕾期（P＜0．01），虽然盛花期含量较初花期有所降低，但并无显著差异（P＞0．05）。Zn含量随着生长呈逐渐降低的变化趋势，其花期含量均显著低于生长前期（P＜0．05），而初花期和盛花期之间，以及分枝期和现蕾期之间含量并无显著差异（P＞0．05）。

表1 不同生长时期歪头菜矿物元素含量（平均值±标准差）Table 1 Contents of mineral elements in V．unijuga at different growth stages（mean±SD）

2．4 综合评价

灰色关联度分析结果见表2。干草产量、常规养分和矿物元素与“标准歪头菜”关联度（r0i）分别在盛花期、分枝期和现蕾期最大。根据上述综合指标的重要程度，采用赋值法分别赋值（Wk）为0．40，0．30和0．30，权重总和为1。即歪头菜各生长时期的综合评价值（Zk）＝干草产量× 40%＋常规养分×30%＋矿物元素×30%。各生长时期综合评价值Zk见表2，评价结果为：盛花期＞初花期＞分枝期＞现蕾期。Zk值越高，说明其综合生产性能越好，越接近于“标准歪头菜”。

3 结论与讨论

3．1 草产量

草产量是影响饲草生产性能的重要因素。本研究中，歪头菜的草产量在生长初期增长缓慢，而在生长后期（花期）大幅增加，这是由于在歪头菜生长初期（4－6月）当地气温较低，降雨较少，使其生长缓慢，干物质积累较少，而在花期前后（7－8月）当地气温和降雨量均达到当年的最高水平，故生长迅速，干物质积累量较多。歪头菜在盛花期干草产量达到最高，其最高产量接近于在甘肃天祝地区种植的苜蓿（Medicago sativa）品种［11］，但低于在甘南地区种植的甘肃红豆草（Onobrychis viciaefolia）和阿尔冈金（Algonguin）苜蓿［12-13］。这种产量差异，除了品种因素外，主要还与试验区的土壤和气候条件，以及栽培措施等因素有关。

表2 不同生长时期草产量、常规养分、矿物元素与“标准歪头菜”关联度（r0i）和综合评价值（Zk）Table 2 Relational degree（r0i）of hay yield，conventional nutrient，mineral elements with stand V．unijuga at different growth stages，and comprehensive evaluation value（Zk）

3．2 常规养分

评价牧草营养价值的指标有多种，本试验主要选取粗蛋白和可溶性糖等易消化性部分来判断营养价值的高低。结果表明，歪头菜的CP含量在初花期之前较高，开花后含量逐渐降低。从理论上看，花期是牧草从营养生长进入生殖生长的转折时期，为了适应开花的需要，植物体内含氮物质有所减少，使CP含量相对降低［14］，这一结论与陈雅君等［15］在东北地区对白三叶（Trifolium repens）的研究结果相似。从饲用角度看，歪头菜各生长时期CP含量＞18%，达到美国一等饲草的标准［16］（CP含量＞17%），属于高蛋白饲草料。歪头菜WSC含量在生长前期逐渐降低，而盛花期含量显著增加，达到最高水平，这与魏小红等［17］在甘肃天祝地区的研究结果相似，该研究发现高寒地区牧草WSC最高值在7月左右，即花期前后。这可能是由于高寒地区7－8月光合作用最强，糖的合成代谢活跃，牧草中积累了较多的WSC。ASH是指除碳、氢、氧和氮以外所有其他元素氧化物的总和，它反映了牧草矿物质的总体含量［9］。本研究中，ASH含量随着生长呈先增后降的变化趋势，这与其他多年生牧草的ASH变化规律不同，如陈雅君等［15］发现三叶草（T.pratense）中含量随着生长时期的推移呈现逐渐减低的趋势，胡迪先等［18］发现牧草中的ASH含量随着生长先降低后增加，这说明矿物元素总量在牧草生长过程中的变化较有机物质复杂，不同植物的规律不尽一致，因此有必要分别探讨牧草中矿物元素含量的动态变化。

3．3 矿物元素

牧草中矿物元素的动态变化是植物与生长环境相互作用的重要体现。前人研究发现，牧草中矿物元素的积累与分配的差异，不仅体现在各矿物元素累积量，还表现在不同生长时期含量的动态变化方面［19］。本研究中，歪头菜常量元素K含量最高，其他元素含量由高到低依次为Mg、Ca、P和Na；微量元素Mn含量最高，Zn含量次之，Cu含量最低。本研究中，歪头菜矿物元素含量动态变化模式有3种类型，半峰型（或峰型）、直线型和波动型。其中P、Zn、Ca和Mn以半峰型或峰型为主，Na和Mg以直线型为主，K和Cu以波动型为主。依据草地生产力理论，歪头菜各矿物元素含量的动态变化应与生物量动态相一致［19］。本研究中，虽然P、Zn、Ca的含量动态变化与生物量动态相吻合，但其他元素含量变化与生物量动态不相符。这可能与歪头菜在生长过程中，不同部位对各营养元素的需求量不同有关。

从草地家畜放牧和利用角度看，歪头菜不同生长时期的矿物元素含量，分别高于或接近西藏那曲［20］和甘南玛曲［21］放牧草地的P、K、Na和Mg含量；Cu、Mn和Zn含量在辛国省［20］和张均［21］报道的高寒草地的含量范围内。而Ca含量明显低于西藏那曲和甘南玛曲的报道含量［20-21］。以美国肉牛和山羊矿物元素饲喂标准为参考（表3），本研究中歪头菜的P、Na、Ca和Zn含量符合该标准，K、Mg和Mn分别是推荐标准的2～3倍、3～5倍和1～4倍，Cu含量低于该标准。所以，与高寒草地牧草矿物养分水平和美国NRC标准相比较，歪头菜除Ca和Cu外，能够基本满足草地家畜对P、K、Na、Mg、Mn和Zn元素的营养需求。

表3 肉牛和绵羊矿物元素需求量（以干草计）Table 3 Mineral element requirement of cattle and cheep（in dry matter）

3．4 综合评价

在分析歪头菜草产量和养分变化动态的基础上，本研究根据灰色系统理论和模糊数学中的权重赋值法，对其多个指标进行综合评价，以估测各生长时期的饲草利用价值。结果表明，歪头菜在高山草原地区盛花期的综合评价值最高。此时牧草CP含量达到一等饲草的标准［16］，草产量和WSC含量最高，矿物元素P、K、Na、Mg、Mn和Zn含量能够基本满足高寒草地家畜的营养需求。所以，本研究建议在高山草原地区，歪头菜的较佳利用时期为盛花期。

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Nutrient variation and forage evaluation of Vicia unijuga in alpine grasslands

MAO Zhu-Xin1，2，FU Hua2*，NIU De-Cao2，NIE Bin2，CHEN Hao1
1.Xi’an Botanical Garden of Shanxi Province，Institute of Botany of Shanxi Province，Xi’an 710061，China；2.State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems，College of Pastoral Agriculture Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou 730020，China

Breeding and cultivating high-quality legumes is an important way to develop livestock agriculture on alpine grasslands．Vicia unijuga is a perennial legume with high feeding value．Research on its hay yield and nutrient dynamics is needed to inform its production and utilization as forage．A field trial has been conducted on Gannan alpine grasslands with the aim of investigating the feeding value of V.unijuga at different growth stages．Samples were taken at branching，squaring，20%bloom and 80%bloom stages．Measurements were made to determine forage yield，crude protein（CP）and water soluble carbohydrate（WSC）contents，as well as the levels of ash and various other mineral elements．Results showed that hay yield increased with growth stage but that CP levels were higher at the early growth stage．While CP decreased at the late growth stage（80% bloom），WSC contents reached their highest level at this point．Ash levels showed a single-peak curve variation across the different growth stages．However，mineral element contents varied less consistently．P，Zn，Ca andMn varied in half-peak or peak type curves，Na and Mg in linear type，K and Cu in wave type．In conclusion，CP contents reached the levels of first-class forage grasses in America．Hay yield and WSC levels were highest at the 80%bloom stage，at which point the levels of P，K，Na，Mg，Mn and Zn are sufficient to satisfy the basic needs of livestock．Grey relational analysis and weight assignment methods were used to evaluate the above results．This analysis showed that the evaluation index was highest at the 80%bloom stage，which is thus the optimal cutting point of V.unijuga for alpine grassland agriculture．

Vicia unijuga；alpine grassland；nutritional quality；mineral element；comprehensive evaluation

10．11686／cyxb2015123 http：／／cyxb．lzu．edu．cn

毛祝新，傅华，牛得草，聂斌，陈昊．高寒地区歪头菜营养品质动态变化及其评价．草业学报，2015，24（11）：227-233．

MAO Zhu-Xin，FU Hua，NIU De-Cao，NIE Bin，CHEN Hao．Nutrient variation and forage evaluation of Vicia unijuga in alpine grasslands．Acta Prataculturae Sinica，2015，24（11）：227-233．

2015-03-10；改回日期：2015-05-06

国家重点基础研究发展计划（2014CB138703），草地农业生态系统国家重点实验室开放基金（SKLGAE2014010）和陕西省科学院科技计划项目（2010K-07，2013K-19）资助。

毛祝新（1984-），男，甘肃天水人，助理研究员，博士。E-mail：zhuxinmao＠gmail．com

*通讯作者Corresponding author．E-mail：lzufuhua＠126．com