甘肃荒漠灌区播量和行距对紫花苜蓿营养价值的影响

南丽丽，师尚礼，郭全恩，白小明

(甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，甘肃省草业工程实验室，中美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州 730070)

紫花苜蓿(Medicagosativa)被誉为牧草之王，是畜牧业生产中不可或缺的植物蛋白资源[1]，也是我国当前草地农业和生态建设工程中应用最为广泛的草种。甘肃省是中国紫花苜蓿传统种植区域，多年紫花苜蓿留床面积约占全国种植面积的 1/3，位居全国之首，在酒泉、张掖、金昌、白银等地形成了较为明显的紫花苜蓿优势产业区[2]。随着我国农业结构的调整，紫花苜蓿的种植面积越来越大，推广高产优质紫花苜蓿种植是提高生产力的一个重要举措。播量和行距是实现紫花苜蓿高产和优质的重要栽培技术措施，其中播量决定紫花苜蓿的群体大小，行距决定紫花苜蓿群体的均匀性[3]。

有关紫花苜蓿播量和行距有一些研究，但多偏重于不同播量对紫花苜蓿产量的影响：如Stout[4]、Hansen等[5]，Cooper等[6]、Volenec等[7]研究表明，紫花苜蓿干草产量在一定限度内随播量的增加而提高；也有研究表明[8]，当紫花苜蓿播种密度超过35.0 kg·hm-2时，草产量不再随密度的增加而提高。刘东霞等[9]研究表明在20、30、40、50 cm的行距处理中，紫花苜蓿产量以20 cm 行距最高；孙仕仙等[10]研究发现在20、28、36、40 cm的行距处理中，以行距36 cm草产量最优；柴凤久等[11]研究认为播种行距60 cm比行距30 cm的干草产量高。在甘肃河西走廊地区，常用播种量为30.0 kg·hm-2、行距为30 cm时，未能获得较高干草产量[12]。国内外有关不同播种量和行距配置下对紫花苜蓿营养价值动态变化的影响研究少见报道，在甘肃荒漠灌区播量和行距配置对紫花苜蓿产量质量的影响仅见初步研究[13]。因此，本试验在前期研究的基础上，连续3年对不同播量和行距配置下紫花苜蓿主要营养价值的变化进行了详细研究，旨在为紫花苜蓿生产确定最佳播量和行距，为紫花苜蓿产业发展和更好的发挥紫花苜蓿的生产、生态功能提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验在甘肃农业大学武威黄羊镇牧草试验站进行(37°55′ N，102°40′ E)，试验区年均温7.2 ℃，年降水量150 mm，年蒸发量2019.9 mm，海拔1530.88 m，无霜期154 d，属于温带干旱荒漠气候。土壤类型为沙壤土，0～20 cm土层pH为8.70，有机质、全氮、全磷含量分别为10.60 g·kg-1、7.07 g·kg-1和3.32 g·kg-1，速效氮、磷、钾含量分别为88.2 mg·kg-1、13.24 mg·kg-1和119.95 mg·kg-1。

1.2 试验设计

供试苜蓿为甘农3号紫花苜蓿(M.sativacv.Gannong No.3)，试验采用裂区设计，主处理设4个播量，分别为12.0、16.0、20.0、24.0 kg·hm-2；副处理为行距，其中等行距设3个，分别为10、15、20 cm，不等行距设2个，分别为60 cm(种植6行)+40 cm间距和60 cm(种植6行)+30 cm间距，共20个处理，重复3次，小区面积4 m×5 m。2014年7月15日人工开沟条播，播深2 cm。播前浇一次底墒水，施磷酸二胺500 kg·hm-2作为基肥。生长期间，干旱时进行灌溉。春季返青时施100 kg·hm-2尿素作为追肥。2015年于6月12日、7月28日、9月12日，2016年于6月10日、7月25日、9月13日，2017年于6月10日、7月26日、9月16日分别刈割3茬。于每年第1茬刈割时取鲜草1 kg，65 ℃ 烘干、粉碎、过筛(0.45 mm)后测定粗蛋白质(crude protein，CP)[14]、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)[15]、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)[16]、粗脂肪(ether extract，EE)[17]、钙(calcium，Ca)[18]、磷(phosphorus，P)含量[19]。于各茬刈割期取紫花苜蓿鲜样，茎叶分离，65 ℃ 烘干至恒重，测定茎重和叶重，折算叶茎比(叶质量与茎质量之间的比值)。相对饲喂价值(relative feed value，RFV)根据 NDF和ADF的含量采用以下公式计算[20]：

RFV=[(88.9-0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29]×100%

1.3 试验统计与分析

应用SPSS 16.0统计软件进行方差分析，比较不同处理之间的差异，采用Duncan方法进行多重比较。采用灰色关联度分析进行综合评价[21-22]，选择叶茎比、CP、ADF、NDF、EE、Ca和P含量及RFV共8项指标在2015、2016和2017年3年的平均值进行比较，根据关联度分析原则，关联度越大，其综合性状评价表现越优；关联度越小，综合性状表现越差。设参考数列为X0，比较数列为Xi，i=1， 2， 3，……，n，且X0={X0(1)，X0(2)，X0(3)，……，X0(n)}，Xi= {Xi(1)，Xi(2)，Xi(3)，……，Xi(n)}，则称ζi(k) 为X0与Xi在第k点的关联系数，其计算公式如下：

(1)

为避免信息过于分散及便于比较，求各组合各指标关联系数的平均值为关联度ri：

(2)

每一项指标的关联度与各指标关联度总和的比值为权重系数，即:

(3)

各指标的关联系数与权重乘积的和为加权关联度，即:

(4)

2 结果与分析

2.1 播量和行距对叶茎比的影响

由表1可知，2015、2016、2017年叶茎比分别为0.36～0.83、0.31～0.72、0.48～0.78，除2015年第2茬和2016年第1茬草叶茎比各处理间差异不显著外，其余年份各茬间均有显著差异(P<0.05)，且2015年第1茬草的叶茎比高于第3茬和第2茬草，2016和2017年均为第3茬草的叶茎比高于第2茬和第1茬草。表2互作分析表明，播量、行距、播量和行距二因素互作均对每年每茬草的叶茎比无显著影响。

表1 播量和行距对叶茎比的影响Table 1 Leaf/stem under different seeding rates and row spacings in 2015-2017

注：同列不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。下同。

Note: Values with different lowercase letters in same column are significantly different at 0.05 level. The same below.

表2 不同播量、不同行距对紫花苜蓿叶茎比的互作Table 2 Interaction to leaf/stem of alfalfa under different seeding rates and different row spacings

2.2 播量和行距对营养物质含量的影响

2.2.1播量和行距对CP、EE、Ca和P含量的影响 从表3和表4可以看出，播量、行距、播量和行距互作均对每一茬紫花苜蓿CP含量有显著影响(P<0.05)。总体看，CP含量随播量、行距的增加均呈先增加后降低趋势。2015-2017年CP含量分别为14.84%～21.89%、11.43%～17.85%、15.96%～22.35%，在播量为16.0 kg·hm-2，行距为20 cm时，粗蛋白含量最高，均值为20.06%；相同播量和行距下，2017年CP含量普遍高于2015和2016年，且2017年CP含量均值分别较2015和2016年高1.68%和3.59%。2015-2017年，不同播量和行距组合对每一茬紫花苜蓿的EE、Ca和P含量均有显著影响(P<0.05)，EE、Ca和P含量均随播量、行距的增加呈先增加后降低趋势。其中EE含量2015、2016、2017年分别在2.43%～3.59%、1.26%～3.63%、2.13%～4.29%，在播量为16.0 kg·hm-2、行距为15 cm时，其值最大，均值为3.42%。相同播量和行距下，不同年份间EE含量在2017年相对较高，是2015、2016年的1.10和1.16倍；钙含量在2015-2017年的变化范围分别为0.91%～1.44%、0.47%～1.16%、1.46%～3.03%，在播量为20.0 kg·hm-2，行距为20 cm时，钙含量相对较高，均值为1.65%。相同播量和行距下，2017年钙含量最高，2015年次之，2016年最低；2015-2017年磷含量变化范围分别为0.06%～0.12%、0.10%～0.21%、0.19%～0.28%，磷含量在播量分别为12.0、16.0、20.0 kg·hm-2，行距均为20 cm时相对较高，均值为0.19%。相同播量和行距下，P含量2017年最高，2015年最低，2017年P含量均值分别比2015和2016年高0.12%和0.07%。从互作分析来看，播量和行距对EE、Ca和P含量均无显著影响，但二者互作对EE、Ca和P含量影响显著(P<0.05)。

2.2.2播量和行距对NDF、ADF含量及RFV的影响 由表5和表6可知，2015-2017年播量、行距及两者互作对每一茬紫花苜蓿的NDF、ADF含量及RFV均有显著影响(P<0.05)。总体看，NDF、ADF含量均随播量增加呈下降趋势，随行距增加呈增加趋势，且不等行距60 cm+40 cm的NDF、ADF含量基本要小于60 cm+30 cm处理；RFV随播量的增加呈增大趋势，随行距的增加呈先升高后降低趋势。NDF含量2015、2016、2017年的变化范围分别为31.74%～39.75%、28.31%～33.45%、33.37%～41.58%，在播量为 24.0 kg·hm-2，行距为10 cm时，NDF含量相对较低，均值为31.74%。相同播量和行距下，NDF含量2016年最低，2015年次之，2017年最高；2015-2017年ADF含量变化范围分别为25.91%～33.92%、24.72%～30.13%、22.22%～32.28%，在播量为24.0 kg·hm-2，行距为15 cm时，ADF含量相对较低，均值为25.64%。相同播量和行距下，ADF含量2017年最低，2016年次之，2015年最高；2015-2017年RFV的变化范围分别为153.69%～198.48%、177.95%～268.29%、142.66%～195.69%，在播量为16.0 kg·hm-2，行距为20 cm时，RFV相对较高，均值为208.64%。相同播量和行距下，2016年RFV最大，其均值比2015、2017年提高29.15%和43.20%。

表5 播量和行距对中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量和相对饲喂价值的影响Table 5 NDF, ADF contents and RFV under different seeding rates and row spacings in 2015-2017 (%)

表6 不同播量、不同行距对紫花苜蓿中性、酸性洗涤纤维含量及相对饲喂价值的互作Table 6 Interaction to NDF, ADF contents and RFV of alfalfa under different seeding rates and different row spacings (%)

表7 不同播量和行距配置下紫花苜蓿营养价值的关联度及排名Table 7 The rank and relational grade of alfalfa qualities under different seeding rates and row spacings

2.3 播量和行距对营养价值的综合影响

采用灰色系统关联度理论，选取不同播量和行距配置下各组合的叶茎比、CP、ADF、NDF、EE、Ca和P含量及RFV 8项指标在2015、2016及2017年的平均值进行灰色关联度分析，由表7可知，加权关联度排名在前4位的组合分别为播量20.0 kg·hm-2+行距20 cm、播量16.0 kg·hm-2+行距20 cm、播量12.0 kg·hm-2+行距20 cm、播量16.0 kg·hm-2+行距15 cm，排名后4位的组合分别为播量24.0 kg·hm-2+行距60 cm+30 cm、播量24.0 kg·hm-2+行距15 cm、播量24.0 kg·hm-2+行距60 cm +40 cm、播量24.0 kg·hm-2+行距10 cm。

3 讨论

3.1 播量和行距对叶茎比的影响

叶茎比是衡量牧草经济性状的一个重要指标，与牧草品质密切相关[23]。紫花苜蓿叶片中蛋白质和矿物质含量均高于茎，且叶片中酸性(中性)洗涤纤维、半纤维素和木质素含量均比茎中低[24]，因此紫花苜蓿叶量越丰富，其品质越好。本试验表明，播量20.0 kg·hm-2+行距20 cm时，3年平均叶茎比最高，为0.61；播量24.0 kg·hm-2+行距10 cm时，叶茎比最低，为0.49。由此可见，高播量(24.0 kg·hm-2)、窄行距(10 cm)不利于提高紫花苜蓿叶量所占的比例。叶茎比在不同年份有差异，表现为2017年高于2015和2016年，与赵海明等[25]研究结果一致，这可能与本地降水有关，2015、2016、2017年本地年降水量分别为165.0、142.7、166.8 mm，2016年降水量较少影响了紫花苜蓿的生长发育，部分紫花苜蓿叶片脱落导致叶茎比降低。叶茎比在同一年份的不同茬次间亦有差异，这是由于每茬紫花苜蓿的柔嫩程度不一。因此，对不同茬次紫花苜蓿所采用的压扁和青贮等技术手段应不同，在机械的研制中，参数的选择应有针对地进行试验和调试[9]。

3.2 播量和行距对营养品质的影响

反映紫花苜蓿营养品质特性的重要指标为粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和相对饲喂价值等[26]。高品质紫花苜蓿草产品CP>19%，NDF<40%，ADF<31%，RFV>155%[27]。本研究表明，播量12.0 kg·hm-2+行距10 cm (15 cm)、播量16.0 kg·hm-2+行距10 cm (15 cm)组合下，CP含量均高于19%；播量为20.0和24.0 kg·hm-2时，5种行距下，CP含量均低于19%。由此可见，低播量(12.0、16.0 kg·hm-2)、窄行距(10、15 cm)能提高CP含量，高播量(20.0、24.0 kg·hm-2)不能提升CP含量。NDF和ADF是评价紫花苜蓿被采食潜力和消化率的国际通用指标。NDF含量越低，饲草品质越好；ADF含量与消化率呈负相关，ADF含量增加，家畜的消化率降低[28]。本研究NDF含量为28.31%～41.58%，大多低于40%；ADF含量为23.08%～33.92%，大多低于31%，表明不同播量和行距配置下紫花苜蓿的消化率与适口性均较好。RFV是NDF和ADF的综合反映，可用来预测某一特定牧草的采食量和能量价值，其值越高，说明该粗饲料的营养价值越高[29]。本试验各组合RFV为142.66%～268.29%，多数高于155%，达到特优等级。紫花苜蓿富含钙元素，在家畜的骨骼发育与维护方面有着特殊的作用。紫花苜蓿不能满足家畜对磷的需求，最优钙磷比为2∶1，本研究3年平均钙磷比为7.41～9.60，高于前人的研究结果[28]。

不同播量和行距配置对紫花苜蓿营养价值的影响少见报道。Bolger等[30]、Lloveras等[31]的研究结果表明，种植密度对紫花苜蓿CP和ADF含量无明显影响；Stanisavljeviĉ等[32]研究认为，种植密度对饲草营养价值影响不显著；王彦华等[26]研究认为，随着播种量的增加，紫花苜蓿CP、EE、RFV有上升的趋势，NDF、ADF含量有下降趋势；Celebi等[33]研究表明，紫花苜蓿播种第一年，行距为20、30 和40 cm时，CP含量最高，第二年行距为20 cm时，CP含量最高。本研究中CP、EE、Ca、P含量随播量、行距的增加呈先升高后降低趋势；NDF、ADF含量随播量增加呈下降趋势，随行距增加呈上升趋势；RFV随播量增加呈增大趋势，随行距的增加呈先升后降趋势，其试验结果不同于以上的研究结果，以上关于播种量对紫花苜蓿营养品质的影响，大多是以播种量为单一的因素，而本试验涉及播种量和行距2个因素，可能削弱了播种量的影响效应。另外，CP、EE、Ca、P、NDF和ADF含量及RFV值在不同年份有差异，这与紫花苜蓿品质除受遗传因素控制外，还受生态环境和栽培措施的影响有关。

3.3 紫花苜蓿营养价值综合评价

紫花苜蓿为多年生豆科牧草，对其营养价值的评价不能只看单项指标。目前对饲草营养价值进行综合评判常用的方法有模糊综合评价、灰色关联度综合评价、聚类分析和层次分析评价等。其中灰色关联度分析克服了依靠单一性状评价的弊端，能对牧草的综合性能做出客观、合理、全面的评价，近年来广泛应用在紫花苜蓿营养价值的综合评价上[34-35]。本研究利用3年时间，选取主要营养性状指标(叶茎比、CP、EE、Ca、P、NDF、ADF、RFV)，利用灰色关联度法对不同播量和行距配置下各组合的营养价值进行综合评价，以确定其最优组合。从整体来看，灰色关联度分析法能较全面的反映各组合的综合性能，采用该方法对紫花苜蓿的综合评价切实可行。

4 结论

利用灰色关联度法对甘肃荒漠灌区不同播量和行距配置下20个组合3年的叶茎比、CP、EE、Ca、P、NDF、ADF、RFV进行综合评价，结果表明,播量和行距对叶茎比无显著影响，对紫花苜蓿营养指标有一定影响。其中CP、EE、Ca、P含量随播量、行距的增加呈先增加后降低趋势；NDF、ADF含量随播量增加呈下降趋势，随行距增加呈增高趋势；RFV随播量增加呈增大趋势，随行距的增加呈先升高后降低趋势。从年际变化看，相同播量和行距下，2017年CP、EE、Ca、P含量普遍高于2015和2016年，NDF含量2016年最低，ADF含量2017年最低，RFV在2016年最大。通过对3年数据的总体评价，在播量为20.0 kg·hm-2，行距为20 cm时，最有利于提高紫花苜蓿的营养价值，相比当地传统种植(播量30.0 kg·hm-2+行距30 cm)，既节省单位面积种子成本，又可提高紫花苜蓿营养价值，其研究结果对发展精准紫花苜蓿产业有一定的指导意义。