10个紫花苜蓿品种在晋北农牧交错带的 适应性研究

高永强，姜树珍，周恩芳，杨国义，董宽虎，赵 祥

(1.山西农业大学 动物科技学院，山西 太谷 030801； 2.山西省牧草工作站，山西 太原 030001)

北方农牧交错带是半湿润农区与干旱、半干旱牧区接壤的过度地带[1]，是草地农业和耕地农业的契合发展带，是我国北方草食畜牧业优势区域重要产区[2]。晋北农牧交错带是北方农牧交错带的重要组成部分，《农业部关于北方农牧交错带农业结果调整的意见》中划分北方农牧交错带重点区域范围为146个旗县，其中36个县分布在晋西北[2]。右玉县处在典型的农牧交错带，生态脆弱，冬季饲草缺乏。发展苜蓿产业是优化农业产业结构必然考虑的农业产业之一，不少学者对当地的苜蓿品种适应性进行了研究[3-5]。通过灰色关联度综合分析法对10个苜蓿品种进行适应性比较，旨在为晋北农牧交错带推进农业结构调整、发展苜蓿产业提供参考依据，有利于发挥区域比较优势，促进形成农牧融合发展的生产力布局。

1 材料和方法

1.1 品种来源

试验选用10个苜蓿品种，其中WL343HQ、WL354HQ、WL298HQ、WL366HQ、WLHQ319、WLHQ168、WLHQ353来源于北京正道生态科技有限公司，三得利(Suntory)、皇后(Empress)来源于宁夏西贝农林牧生态科技有限公司，以上9个品种均为引进品种，1个国产品种为甘农4号。

1.2 样地概况

试验地位于山西省右玉县威远镇后所堡村，E 112°19′39.6″，N 39°59′48.5″，海拔1 348 m，年均气温4.7℃，最冷月(1月)均温-14℃(-9.9～-17.8℃)，最热7月均温20.5℃(18.9～22.4℃)，≥0℃总积温2 600～3 600℃。终霜期在5月初，初霜期为9月上、中旬，无霜期100～120 d。全年太阳总辐射量598 KJ/cm2，年日照2600～2700 h；年降水量450 mm[16]。试验样地前茬作物为饲用燕麦，土壤有机质9.92 g/kg，全氮为0.5 g/kg，有效磷为7.63 mg/kg，速效钾为31.67 mg/kg，碱解氮为56.67 mg/kg，pH 8.51，全盐量为0.35 g/kg[5]。

1.3 试验设计

试验采用完全随机设计，设3个重复，共30个小区，小区面积3 m×5 m，小区间隔0.5 m。于2016年5月中旬进行播种，采用人工条播，每小区10行，每小区播种量为0.26 g/m2。试验小区不施肥，不灌溉，每茬在分枝期和现蕾期除草。

1.4 测定指标

2016～2017年连续两年观测生育期，初花期测定株高(自然高度)、叶茎比、鲜干比、产草量。

每小区随机标记10个植株，观测生育期和测定株高，10株高度的平均值即为株高。2016年末2017年初测定越冬率，2016年最后1茬测产结束后每小区随机取4行，每行用PVC管随机标记50 cm，记录植株数，2017年初苜蓿返青后再次记录标记位置植株存活数，计算越冬率。初花期时先割掉小区边0.5 m的一个环带以去除边际效应，剩下的部分留茬5 cm刈割称重为鲜草产量。随机取500 g称重，茎叶分离105℃杀青0.5 h，80℃烘干48 h称重，计算鲜干比和叶茎比。

另取1 000 g样品，在实验室烘干，并粉碎过40目筛，测定营养成分。营养成分的测定参照文献[6]的方法，粗蛋白(CP)测定采用凯氏定氮法，粗脂肪(EE)测定采用索氏浸提法，中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)测定采用Van Soest法[6]。

计算相对饲用价值(relative feed value，RFV)[17]：

RFV(%)=(DMI×DDM)/1.29

(1)

DDM(%)= 88.9-0.779×ADF

(2)

DMI(%)= 120/NDF

(3)

式中：DDM为消化性干物质，DMI为干物质采食量。

1.5 数据处理

试验数据整理采用Microsoft Excel 2010，采用SPSS 18.0进行ANOVA分析。

分析采用灰色关联度[18]Microsoft Excel 2010。由于各评价指标之间存在量纲和数量级的差异，对数据进行无量纲化处理。运用XWL343HQ、XWL354HQ、XWL298HQ、XWL366HQ、X三得利、X皇后、XWLHQ319、XWLHQ168、XWLHQ353、X甘农4号。各个指标值除以各个指标最优值X0，将数据压缩在0～1，使其具有可比性。

2 结果与分析

2.1 不同紫花苜蓿品种的物候期观测

2016年播种后1周苗整齐均匀，达到初花期可收获2茬，其中WL366HQ、三得利生长较快，其第2茬达初花期比甘农4号早7 d(表1)。2017年在4月下旬开始返青，于初花期割草可收获3茬，其中，以WL366HQ生长最快，其次为三得利和皇后。越冬率WL354HQ(72.99%)显著高于三得利、皇后和WLHQ353(P<0.05)(表1)，说明WL354HQ在该地区种植具有较好的适应性。

两年的试验结果表明第1茬的生长天数均比后面几茬的生长天数要长，WL366HQ和三得利各茬平均生长天数均较短。

表1不同紫花苜蓿品种各茬的生长天数及越冬率

Table1Growthdaysandwinteringrateofdifferentvarietiesanddifferentstubbles

品种2016年第1茬/d第2茬/d越冬率/%2017年第1茬/d第2茬/d第3茬/dWL343HQ644154.92±0.09bc563937WL354HQ644172.99±0.06a563937WL298HQ644166.97±0.05ab563937WL366HQ633953.03±0.05bc563835三得利643947.58±0.05bc563836皇后654250.54±0.07bc563836WLHQ319644155.48±0.05bc564037WLHQ168644358.82±0.03b563838WLHQ353654335.51±0.08c564038甘农4号654662.73±0.07ab574139

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下表同

2.2 不同紫花苜蓿品种的经济性状

不同紫花苜蓿品种的株高差异显著(P<0.05)，2016年第1茬三得利株高为79.86 cm，显著高于WLHQ319(66.63 cm)和甘农4号(63.44 cm)(P<0.05)，第2茬三得利株高为41.63 cm显著高于WL343HQ(33.16 cm)、WLHQ319(31.67 cm)、WLHQ168(30.38 cm)和甘农4号(23.33 cm)(P<0.05)，说明2016年该地的气候条件适宜三得利的生长发育。2017年第1茬WL298HQ株高为59.33 cm显著高于WL343HQ(48.47 cm)和甘农4号(49.07 cm)(P<0.05)，第2茬WL298HQ株高为70.90 cm显著高于WL343HQ(57.83 cm)和甘农4号(58.33 cm)(P<0.05)，第3茬WLHQ353株高为98.27 cm显著高于WLHQ319(88.03 cm)、WLHQ168(88.40 cm)和甘农4号(79.85 cm)(P<0.05)，说明2017年该地的气候条件适宜WL298HQ和WLHQ353的生长发育。综合两年数据分析甘农4号株高显著低于其他品种(P<0.05)，说明该品种对当地的环境条件适应性差(表2)。

不同紫花苜蓿品种的干草产量差异显著(P<0.05)(表3)，2016年第1茬三得利干草产量显著高于WL343HQ，WLHQ319和甘农4号(P<0.05)，第2茬三得利干草产量显著高于除WL354HQ外的其他8个品种(P<0.05)。2017年第1茬WL298HQ干草产量显著高于WL343HQ和WLHQ319(P<0.05)。第2茬WL298HQ干草产量显著高于皇后和甘农4号(P<0.05)。第3茬甘农4号干草产量最低(1 473.97 kg/hm2)，显著低于其他品种(P<0.05)。

表2不同紫花苜蓿品种的株高

Table2Plantheightsofdifferentvarietiescm

表3不同紫花苜蓿品种的干草产量

Table3Hayyieldsofdifferentvarietieskg/hm2

2.3 不同紫花苜蓿品种的营养成份比较

当年苜蓿(表4)CP含量第1茬WL354HQ显著高于WL343HQ 和甘农4号(P<0.05)，第2茬WL343HQ、WL366HQ和皇后含量显著高于WLHQ353(P<0.05)。ADF含量第1茬WLHQ353显著高于WLHQ319(P<0.05)，第2茬甘农4号和WLHQ168显著高于WLHQ353、WLHQ319和WL343HQ(P<0.05)。NDF含量第1茬甘农4号含量显著高于WLHQ319(P<0.05)，第2茬甘农4号显著高于WLHQ168和WLHQ319(P<0.05)。

种植翌年的苜蓿(表5)CP含量第1茬三得利显著高于WLHQ353和甘农4号(P<0.05)，第2茬皇后显著高于甘农4号(P<0.05)，第3茬甘农4号显著低于大部分苜蓿品种(P<0.05)。ADF含量第1茬甘农4号和WLHQ168显著高于皇后(P<0.05)，第2茬甘农4号和WLHQ168显著高于皇后(P<0.05)，第3茬甘农4号显著高于WL366HQ、三得利、皇后和WLHQ168(P<0.05)。NDF含量第1茬甘农4号显著高于三得利和皇后(P<0.05)，第2茬WL354HQ含量显著高于皇后(P<0.05)，第3茬甘农4号显著高于WL366HQ和皇后(P<0.05)。

种植当年(表4，表5)RFV第1茬WL366HQ 和WLHQ319的相对饲用价值显著高于WL298HQ 和三得利(P<0.05)，第2茬WLHQ319和WLHQ168显著高于甘农4号(P<0.05)。种植翌年(表5)RFV第1茬三得利和皇后显著高于WL298HQ和甘农4号(P<0.05)，第2茬皇后显著的高于WL343HQ、WL354HQ和WL366HQ(P<0.05)，第3茬苜蓿WL366HQ和皇后显著高于甘农4号(P<0.05)。

表42016年不同紫花苜蓿品种的营养成分

Table4Nutrientcontentsofdifferentvarietiesin2016%

表52017年不同紫花苜蓿品种的营养成分

Table5Nutrientcontentsofdifferentvarietiesin2017%

茬次品种CP%EE/%ADF/%NDF/%RFV/%第1茬WL343HQ16.07±0.01bc4.32±0.00bc24.67±0.02ab33.36±0.01bc123.79±2.75abWL354HQ17.53±0.00bc4.73±0.00bc22.67±0.01bc33.56±0.01bc123.13±2.96abWL298HQ17.51±0.00bc4.90±0.00ab25.14±0.01ab35.95±0.01ab114.91±2.68bWL366HQ18.46±0.01ab5.05±0.01a21.52±0.02bc34.07±0.01bc121.49±3.48ab三得利18.58±0.01a5.19±0.01a22.06±0.01bc32.66±0.01c126.35±1.93a皇后18.42±0.01ab4.93±0.00a20.23±0.02c32.80±0.01c125.97±2.63aWLHQ31917.88±0.01bc4.77±0.02ab23.40±0.01bc33.71±0.01bc122.49±2.50abWLHQ16817.69±0.00bc4.33±0.00bc26.11±0.01a34.34±0.01bc120.09±1.97abWLHQ35315.53±0.00c4.21±0.00c24.56±0.01ab33.43±0.01bc123.70±3.45ab甘农4号15.57±0.01c4.00±0.01c25.89±0.01a36.26±0.02a114.78±5.70b第2茬WL343HQ17.13±0.01ab4.26±0.00c26.72±0.02ab37.88±0.00ab108.77±1.00bWL354HQ16.35±0.01ab4.34±0.00bc25.92±0.00abc38.40±0.02a107.78±3.20bWL298HQ15.98±0.00ab4.41±0.00ab26.11±0.01bc34.83±0.02abc118.94±3.92abWL366HQ17.18±0.01ab4.58±0.00a25.06±0.01bc37.76±0.01ab109.26±1.82b三得利17.07±0.00ab4.69±0.01a25.4±0.01bc34.44±0.01bc119.94±2.80ab皇后18.21±0.00a4.54±0.00ab24.85±0.01c32.68±0.01c126.40±2.97aWLHQ31916.89±0.01ab4.41±0.00ab26.86±0.01ab34.16±0.02bc122.42±7.27abWLHQ16816.91±0.01ab4.37±0.00abc26.94±0.02a35.82±0.02abc115.64±3.94abWLHQ35317.19±0.00ab4.33±0.01bc26.35±0.01ab35.54±0.01abc116.34±3.36ab甘农4号15.64±0.01b4.14±0.01c27.14±0.02a34.66±0.03abc121.47±9.05ab第3茬WL343HQ19.08±0.01ab4.13±0.00ab24.21±0.01ab30.05±0.01ab138.24±5.56abWL354HQ17.05±0.01bc4.26±0.00ab23.56±0.02ab30.17±0.01ab137.59±5.40abWL298HQ19.00±0.00ab4.31±0.01ab24.02±0.01ab30.26±0.02ab139.43±3.99abWL366HQ20.23±0.01a4.63±0.00a23.03±0.03b29.23±0.01b141.62±4.04a三得利19.98±0.00a4.67±0.00a21.28±0.02b29.58±0.01ab140.24±4.84ab皇后19.51±0.00ab4.59±0.00ab21.45±0.01b29.28±0.01b141.22±3.24aWLHQ31920.26±0.01a4.13±0.00ab25.28±0.01ab30.76±0.01ab134.34±3.02abWLHQ16819.87±0.01a4.12±0.00ab26.04±0.02ab30.81±0.01ab133.95±2.25abWLHQ35319.88±0.00a3.96±0.01b24.75±0.03ab30.32±0.01ab136.62±4.36ab甘农4号15.98±0.01c3.85±0.00b29.01±0.02a32.60±0.01a127.04±4.13b

表6不同紫花苜蓿品种各项指标平均值

Table6Averagevalueofevaluatedindicesofdifferentvarieties

品种株高/cm生长天数/d越冬率/%干草产量/(kg·hm-2)叶茎比CP/%EE/%NDF/%ADF/%RFV/%WL343HQ59.5347.454.921484.560.8118.014.1325.3832.63131.03WL354HQ60.2647.472.991709.140.7617.414.2425.3532.71130.26WL298HQ65.1647.466.971797.030.7817.744.2525.5332.46131.38WL366HQ63.2546.253.031643.110.8118.784.5324.6832.30132.05三得利61.4346.647.581811.020.8118.734.5724.3931.86135.89皇后59.3847.450.541650.130.7118.634.3624.3530.87136.82WLHQ31957.3347.655.481487.030.7318.664.3524.9631.24134.23WLHQ16858.9247.858.821575.820.7218.374.2026.4032.14133.20WLHQ35361.3948.435.511707.860.7517.624.0425.9431.88134.00甘农4号55.2749.662.731406.530.6416.593.8527.4733.60127.65

2.4 灰色关联度综合评价紫花苜蓿的适应性

将10个品种作为10个处理，将株高、生长天数、越冬率、产量、叶茎比、CP、EE、ADF、NDF、RFV等10个指标作为灰色系统。该系统中横向为评价指标两年平均值Xk(k=1,2,3,……，10)，纵向为10个品种评价数列XWL343HQ、XWL354HQ、XWL298HQ、XWL366HQ、X三得利、X皇后、XWLHQ319、XWLHQ168、XWLHQ353、X甘农4号。

选取各项指标最优值组成参考数列X0，同时将k个指标表示成X0(k)。各项指标最优值为株高65.16 cm、平均生长天数46.2 d、越冬率72.99%、产量1 811.02 kg/hm2、叶茎比0.81、CP18.78%、EE4.57%、ADF40.59%、NDF51.18%、RFV136.82。

运用公式Ψi(k)=∣X0(k)-Xi(k)∣得到每个指标绝对标准差Ψi(k)，算出一级最大标准差和一级最小标准差，在对其求和可得二级最大标准差和二级最小标准差。

将各个绝对标准差代入关联度系数公式(3)可计算出关联度系数ξi(K)(表7)。

(3)

式中： min(i)min(k)|X0(k)-X0(k)-X1(k)|为二级最小标准绝对差，max(i)max(k)|X0(k)-Xi(k)|为二级最大绝对标准差，|X0(k)-Xi(k)|为X0与Xi在第k点的绝对标准差，ρ为分辨系数，用来削弱二级最大标准差过大而使关联系数失真的影响，提高关联系数之间的差异显著性，ρ=0.5。

表7 不同紫花苜蓿品种关联度系数

为了在同等条件下比较各指标贡献率的大小，对10个品种的关联系数进行等权平均用公式(4)求得各评价指标的等权关联度β，其中n为10个不同的紫花苜蓿品种，运用公式(5)求得各个指标的权重值ω。不同紫花苜蓿品种所选10个指标所占的权重顺序由大到小为：生长天数>相对饲用价值>CP>ADF>NDF>叶茎比>EE>株高>干草产量>越冬率(表7)。运用公式(6)求得不同苜蓿品种的加权关联度，加权关联度越大说明该品种与最优标准接近度越高。根据加权关联度(表8)可知不同紫花苜蓿品种综合评价的结果为：三得利>WL366HQ>WL298HQ>皇后>WL354HQ >WLHQ319>WL343HQ >WLHQ353>WLHQ168>甘农4号。

(4)

(5)

ri=∑ωiξi(K)

(6)

表8 不同紫花苜蓿品种加权关联度

3 讨论

3.1 不同紫花苜蓿品种的经济性状

右玉县气温较低,近60年来极端最低温度为-40.4℃[19]，9月大部分苜蓿进入秋眠阶段，当年种植苜蓿生长周期较长，两茬之间达到初花期需40 d以上。由于试验是旱作种植苜蓿，因此，在苜蓿种植翌年两茬之间到达初花期亦在35 d。越冬率不同反应了不同品种紫花苜蓿对该地区气候条件的适应性的不同，冬季低温是紫花苜蓿越冬率低的主要因素，尤其是WLHQ353越冬率仅为36%。气温低是限制该地区苜蓿产业发展的重要因素之一[7]。在该地区进行苜蓿推广应进一步考虑其利用时间及利用方式等问题。

干草产量是衡量牧草品种优劣的重要指标，且是各性状指标的综合体现[8]。10个供试品种产量2016年最高的是三得利为3 882.14 kg/hm2，产量最低的是甘农4号为2 830.95 kg/hm2。2017年产量最高的是WL298HQ为5 747.83 kg/hm2，产量最低的是甘农4号为4 201.68 kg/hm2，影响紫花苜蓿干草产量的因素主要有两类，一是环境因素，如气候、水土、管理等；二是自身遗传因素。在相同的环境条件下，紫花苜蓿干草产量的差异主要由自身遗传特性导致。其中，株高是紫花苜蓿产量构成的重要因素之一[9]，株高决定产量的65%[20-21]，并对紫花苜蓿的产量具有显著的正向效应，植株越高产草量越大[10-11]。2017年第3茬整体株高比其他各茬都高，其中，最高的WLHQ353达到98.27 cm，比最低的甘农4号(79.85 cm)高出23%。第1、2茬较高的是WL298HQ达到了70.90 cm比甘农4号高30.8%。综合两年株高和产量观测结果表现优越的品种有WL298HQ、三得利、皇后，说明这3个品种在当地具有较好的适应性，在苜蓿引种种植时可以选择。

3.2 不同紫花苜蓿品种的质量性状

紫花苜蓿营养价值的高低是通过营养物质的组成及含量的大小综合反应的结果，其中最具有代表性的指标为CP，ADF和NDF[12]，试验2016年CP含量最高的是WL354HQ(19.42%)，含量最低的是甘农4号(17.06%)，2017年CP含量最高的是苜蓿WLHQ319(20.26%)，含量最低的是甘农4号(15.53%)。ADF、NDF对牧草品质大小的影响可通过相对饲用价值RFV表现出来，试验中RFV差异显著(P<0.05)，说明不同紫花苜蓿品种干草的适口性和消化率有一定差异。综合两年相对饲用价值和其营养指标，种植当年的苜蓿相对饲用价值比种植翌年的高，这是由于种植当年的苜蓿植株相对幼嫩，随着种植年限增加苜蓿茎杆纤维化程度加大所致。2017年第2茬苜蓿的相对饲用价值低于第1茬和第3茬，主要因为第2茬主要生长阶段在6月下旬到8月初，正好试验区域该阶段降雨量仅为正常年份的71.8%，导致苜蓿茎秆纤维化程度较高。综合，WL366HQ、三得利和皇后在初花期相对于其他供试品种都具有较好的营养品质。

3.3 综合评价不同紫花苜蓿品种的适应性

牧草的评价方法是应用营养指标、产量、植株性状等单项性状简单分析并进行品种评价，通常评价苜蓿品质高低主要应用相对饲用价值评价，根据相对饲用价值评价的结果为皇后>三得利>WLHQ319>WLHQ353>WLHQ168>WL366HQ>WL298HQ>WL343HQ>WL354HQ>国产，尽管这些方法评价简便，但存在单一片面，缺乏定量和系统的分析。灰色关联度法相对于其他方法对样品的数量及有无规律没有过多要求，同时具有计算量小，易操作使用等优点[13-14]。且灰色关联度分析法可综合多因素影响，精确定量分析各项性状，做出客观全面的综合评价来反映品种的好坏。试验通过灰色关联度分析法对不同紫花苜蓿品种进行综合评价，将不同量纲的数据进行无量纲化处理，使各项数据间具有可比性，并对各项指标赋予相应的权重，从而合理的分析每项性状对该品种定量化评定结果的重要性[15]。综合评价不同紫花苜蓿品种的适应性的结果为三得利>WL366HQ>WL298HQ>皇后>WL354HQ >WLHQ319>WL343HQ>WLHQ353>WLHQ168>国产，三得利、WL366HQ、WL298HQ、皇后综合评价排名前4，与产量和营养等单因素比较分析结果相似。说明三得利、WL366HQ、WL298HQ、皇后这4个品种在该地区具有较好的适应性。

4 结论

试验中的10个紫花苜蓿品种生长到初花期刈割测产，生长期内观察其物候期，其中WL366HQ、三得利和皇后生长速度最快，平均生长天数分别为46.2 d，46.6 d和47.4 d。越冬率WL354HQ(72.99%)最高。苜蓿年平均干草产量三得利(4 527.56 kg/hm2)和WL298HQ(4 492.57 kg/hm2)为最高。试验说明WL366HQ、三得利、皇后、WL354HQ和WL298HQ在给地区具有较好的适应性。

通过营养成分平均值比较，CP含量WL366HQ(18.78%)最高，EE含量三得利(4.57%)最高，RFV值皇后(136.82%)最高，说明WL366HQ、三得利和皇后在初花期相对于其它供试品种都具有较好的营养品质。

通过灰色关联度综合评价10个不同紫花苜蓿品种，其适应性大小排序为三得利>WL366HQ>WL298HQ>皇后>WL354HQ >WLHQ319>WL343HQ>WLHQ353>WLHQ168>国产，排名越靠前在该地区的适应性越强。