應用灰色關聯度分析法綜合評價啃食強度對紫穗槐營養價值的影響

郭霞，劉雪云，周志宇，粱坤倫，王瑞

（蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州730020）

＊紫穗槐（Amorphafruticosa）又名棉槐，是一種易繁殖、多年生豆科叢生灌木，原產北美洲，20世紀20年代末作為觀賞綠化樹種引入我國，適應性強、分布范圍廣、生長快、耐寒、耐旱、耐濕、抗風沙、抗逆性極強的灌木［1］。紫穗槐莖葉量大，葉和嫩枝中含有豐富的蛋白質并且適口性較好，營養價值高，特別是葉粉蛋白質含量高，且含有大量維生素E。紫穗槐可作為畜禽如牛、羊、豬、雞、兔等的日糧添加飼草料，明顯的促進了畜禽的生長和體重積累［2］，所以紫穗槐可作為一種優良的飼料灌木種植。

近年來對紫穗槐的研究，主要集中于耐旱、耐鹽的水土改良樹種的研究［3］，對它的營養價值的研究只側重于粗蛋白，而對其他的營養指標如可溶性糖、粗脂肪、粗灰分等較為系統綜合研究的較少，為了使紫穗槐作為一種可利用的優良飼草，生產管理就必不可少，而啃食強度則是草地管理中的一個重要指標［4］，對牧草的產量和質量產生很大的影響。周志宇等［5，6］研究不同啃食強度對白沙蒿（Artemisiasphaerocephala）、沙拐棗（Calligonum mongolicum）的影響中發現這2種植物的啃食強度在大于30%以上會影響其生物量積累，過度啃食會影響正常生長。代平利等［7］研究表明輕度放牧比不放牧更增強了陌上菅（Carexthunbergii）的恢復能力且提高了牧草的品質。韓龍等［8］對不同刈割強度羊草（Leymuschinensis）草甸草原的生物量和生物群落研究表明，隨著刈割強度增加生物量呈下降趨勢而生物多樣性呈增加趨勢。董曉玉等［9］對黃土高原放牧與圍封草地生物量和氮磷鉀儲量的研究表明，家畜采食不僅刺激牧草生長，還促進地上氮、磷向幼嫩器官重新分配，增加放牧草地地上活體的生物量和氮、磷含量，并由此導致7月圍封草地地上活體的氮、磷貯量顯著低于放牧草地。

灰色系統理論是近年來發展起來的一種分析理論，在農業和牧草引種、育種方面已有所應用［10－12］。在客觀系統中，灰色系統分析可較為真實和全面地反映人們對客觀系統的實際認識程度，不但可以給出質的定性解釋，同時也可以給出量的確切描述［13］。本研究通過人工模擬的方法設計了5組不同啃食強度，為20%，40%，60%，80%，100%（占植株地上部分的比例），應用灰色關聯度分析法對人工模擬不同啃食強度處理下紫穗槐葉、莖的營養價值指標綜合評價，探究紫穗槐在何種程度啃食強度下具有最佳營養品質，為提高家畜對紫穗槐的利用率及其飼用價值提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在蘭州大學榆中校區試驗田進行。試驗樣地位于蘭州大學榆中校區（35°57′N，104°09′E），該區大陸性半干旱氣候，大陸性季風氣候明顯，特點是降水少，日照多，光能潛力大，氣候干燥，晝夜溫差大，年日照時數為2 600 h，年均溫7.7℃，降水量382 mm，無霜期為180 d。土壤類型為灰鈣土。

1.2 試驗設計

供試材料為實驗地紫穗槐，于2008年4月17日播種，行間距與株間距均為1 m，樣地面積為6 m×50 m和10 m×50 m。于2009年4月20日對試驗田的所有植株齊根平茬，2009年5月30日定株，共選取長勢相近的植株25株，試驗設5組不同人工模擬啃食強度處理，為20%，40%，60%，80%，100%（占植株地上部分的比例），每組5株，6月（第1次刈割）、7月（第2次刈割）、8月（第3次刈割）每月20日按不同強度對相應的植株進行刈割處理。分別為，編號1－5株啃食強度為20%（D1－1、D1－2、D1－3）、編號6－10株啃食強度為40%（D2－1、D2－2、D2－3）、編號11－15株啃食強度為60%（D3－1、D3－2、D3－3），編號16－20株啃食強度為80%（D4－1、D4－2、D4－3）、編號21－25株啃食強度為100%（D5－1、D5－2、D5－3）（D1－1為6月取樣，D1－2為7月取樣，D1－3為8月取樣，其他代號類同，以下為了敘述方便以代號表示）。剪下的新鮮植株莖、葉分離稱鮮重，之后在120℃殺青30 min，再在65℃下烘48 h，稱干重。莖、葉干樣分別粉碎后待用。

1.3 營養成分的測定方法

紫穗槐莖葉經粉碎后，進行如下項目的測定：1）粗灰分（Ash），在600℃的高溫下，把試樣灼燒氧化后，用分析天平稱重。2）中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）采用范氏（Van Soest）洗滌纖維分析法。3）可溶性糖（WSC）采用蒽酮法。4）粗蛋白質（CP）用凱氏定氮法。5）P用鉬銻抗比色法，在721型分光光度計上于波長660 nm處測定。6）K用火焰分光光度計測定［14］。

1.4 分析方法

根據灰色系統理論，把供試紫穗槐的啃食強度作為一個灰色系統，每個不同的啃食強度處理看作是灰色系統的一個因素，計算系統中各因素的關聯度，關聯度越大則相似程度就越高，反之則越低［4－7］。通過計算不同啃食強度下紫穗槐營養物質含量與“理想啃食強度”（由供試紫穗槐的各營養指標最大值組成）營養成分指標之間的關聯度，應用營養價值關聯度的高低比較，進一步確定紫穗槐的最佳被啃食強度。

設參考數列為X0，被比較數列為Xi，i＝1，2，3，……，N，且X0＝｛X0（1），X0（2），X0（3），……，X0（N）｝，Xi＝｛X i（1），X i（2），X i（3），……，X i（N）｝，則

2 結果與分析

2.1 確定參考數列，即理想啃食強度的各個營養指標及權重

設計一個理想啃食強度處理數據，即供試紫穗槐的各營養指標最大值，作為“參考數列”X0（k），根據研究結果和經驗對各性狀給予相應的權重W（k），本研究權重參照湯瑞涼和王龑［15］的方法，所得結果見表1。

2.2 比較數列

供試不同啃食強度處理紫穗槐的營養價值指標數值構成比較數列X i（k）。見表2和表3。

表1 參考數列X 0與權重W（k）Table 1 The referenced number sequences（X 0）and nutrition indicators weights W（k）

表2 不同啃食強度紫穗槐葉的營養價值Table 2 The nutritional value of leaf of A.fruticosa on different defoliation intensities %

2.3 無量綱化處理

對原始數據進行初值化處理，即所有相應的Xi（k）數據除以X0（k）各點的數值，使原始數據無綱量化，見表4和表5。

2.4 求關聯系數及其關聯度

表3 不同啃食強度紫穗槐莖的營養價值Table 3 The nutritional value of stem of A.fruticosa on different defoliation intensities %

表4 不同啃食強度紫穗槐葉的無量綱化處理Table 4 Dimensionless method on leaf of A.fruticosa on different defoliation intensities

2.5 關聯度排序

營養價值的高低是評價牧草是否優良的重要指標，主要取決于所含營養成分的種類和數量［16］，從表2和表3中可以看出以下結果：

1）7月份刈割的啃食強度20%（D1－2）的葉中粗蛋白含量25.12%和6月份刈割的啃食強度為40%（D2－1）的莖中粗蛋白含量15.66%高于其他各處理，葉、莖中最低粗蛋白含量19.55%和9.82%分別為8月份刈割的啃食強度100%（D5－3）和80%（D4－3）。

表5 不同啃食強度紫穗槐莖的無量綱化處理Table 5 Dimensionless method on stem of A.fruticosa on different defoliation intensities

表6 不同啃食強度紫穗槐葉與“參考數列”的關聯系數及關聯度Table 6 Grey correlative coefficients and correlation degrees between leaf of A.fruticosa on different defoliation intensities and reference number series

表7 不同啃食強度紫穗槐莖與“參考數列”的關聯系數及關聯度Table 7 Grey correlative coefficients and correlation degrees between stem of A.fruticosa on different defoliation intensities and reference number series

表8 不同啃食強度紫穗槐葉與“參考數列”關聯度的3個月平均值及排序Table 8 Average grey correlation degrees and order of three months between leaf of A.fruticosa on different defoliation intensities and reference number series

2）粗灰分最高含量為8月份刈割的啃食強度60%（D3－3）葉中7.70%和6月份刈割的啃食強度為20%（D1－1）莖中6.28%。最低含量為6月份刈割的啃食強度20%（D1－1）葉中5.23%和8月份刈割的啃食強度為20%（D1－3）莖中3.72%。

3）可溶性糖含量葉中最高含量8.11%為6月份刈割的啃食強度40%（D2－1）處理，莖中最高含量5.26%為8月份刈割的啃食強度20%（D1－3）處理，葉中最低含量2.05%為8月份刈割的啃食強度100%（D5－3）處理，莖中最低含量1.99%為7月份刈割的啃食強度80%（D4－2）處理。

各營養指標的含量在不同處理下參差不齊，洗滌纖維、磷、鉀含量也和前面敘述的3種一樣沒有統一的規律，這樣就沒法根據某1種或2種營養物質含量最佳而去確定合理的啃食強度處理，但是灰色關聯度分析法正好彌補了上面的不足，根據灰色系統理論中關聯度的分析原則，關聯度大的數列與“參考數列”指標最為接近，表8和表9中顯示啃食強度40%時，紫穗槐葉、莖的關聯度分別排序為第一和第二，輕度啃食狀態下，紫穗槐營養價值的關聯度排序較靠前；啃食強度大于40%時，紫穗槐葉和莖的營養價值關聯度明顯減小。等權關聯度和加權關聯度分析所得的結論基本一致，葉和莖的2種關聯度排序的相關系數為R2＝0.93和R2＝0.94（圖1）。

表9 不同啃食強度紫穗槐莖與“參考數列”關聯度的3個月平均值及排序Table 9 Average grey correlation degrees and order of three months between steam of A.fruticosa on different defoliation intensities and reference number series

圖1 紫穗槐葉、莖加權關聯度與等權關聯度的相關性Fig.1 The correlation between grey correlative degree and weighted grey correlative degree of leaf and stem of A.fruticosa

3 討論與結論

近年來灰色關聯度分析法在牧草方面的應用大多數集中于遺傳育種和一些草坪品質評價［10－13］上，本研究用灰色關聯度的分析方法來確定不同啃食強度對紫穗槐營養品質的影響，拓展了此方法的應用領域，同時由于灰色關聯度分析法以各營養指標的相關性來綜合全面的評價各個不同啃食強度的優劣性，避免了傳統分析法中各種營養指標在同一處理中含量參差不齊導致的分析結果不一致。為了使試驗結果更客觀、全面，本研究還進行了加權關聯度和等權關聯度2種結果相關性檢驗，結果紫穗槐葉和莖2種關聯度的相關系數R2都在0.95左右，這進一步證實了灰色關聯度分析法可用于啃食強度處理的評判方面。

放牧對草原植物的影響國內外學者已作了大量的研究工作，取得了一定的進展［17－19］，放牧強度和啃食強度在一定程度上影響著草地的可持續發展，不同啃食強度可直接影響植株的株高、冠幅、分枝等，牲畜的過度啃食對植物的影響很大，可能導致植株變得低矮、稀疏，枝條的年齡結構有一定的改變，植物的可食性也會隨之降低［20，21］。不同啃食強度對紫穗槐地上部分粗灰分、中性、酸性洗滌纖維、可溶性糖、粗蛋白、P、K的含量有極顯著影響，隨啃食強度的增加，地上部分的粗蛋白和P、K含量均明顯降低，而粗纖維和粗灰分含量都先升高后降低。由于啃食強度的增加，營養物質的積累量也會有所變化。試驗結果顯示，不同啃食強度紫穗槐葉中各營養指標加權關聯度排序為：D2＞D3＞D1＞D4＞D5；莖中各營養指標的加權關聯度為：D1＞D2＞D3＞D5＞D4，可以看出啃食強度40%左右時，不影響紫穗槐的正常生長，反而經過適量的啃食后，莖稈上不斷地長出新枝條，這樣既增加了莖、葉產量，又使紫穗槐葉和莖的營養物質積累處于最佳狀態。所以要得到最佳紫穗槐營養品質，其啃食強度要控制在40%左右為宜。

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