甘肅荒漠灌區(qū)播量和行距對紫花苜蓿營養(yǎng)價值的影響

南麗麗，師尚禮，郭全恩，白小明

(甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，甘肅省草業(yè)工程實驗室，中美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

紫花苜蓿(Medicagosativa)被譽為牧草之王，是畜牧業(yè)生產中不可或缺的植物蛋白資源[1]，也是我國當前草地農業(yè)和生態(tài)建設工程中應用最為廣泛的草種。甘肅省是中國紫花苜蓿傳統(tǒng)種植區(qū)域，多年紫花苜蓿留床面積約占全國種植面積的 1/3，位居全國之首，在酒泉、張掖、金昌、白銀等地形成了較為明顯的紫花苜蓿優(yōu)勢產業(yè)區(qū)[2]。隨著我國農業(yè)結構的調整，紫花苜蓿的種植面積越來越大，推廣高產優(yōu)質紫花苜蓿種植是提高生產力的一個重要舉措。播量和行距是實現(xiàn)紫花苜蓿高產和優(yōu)質的重要栽培技術措施，其中播量決定紫花苜蓿的群體大小，行距決定紫花苜蓿群體的均勻性[3]。

有關紫花苜蓿播量和行距有一些研究，但多偏重于不同播量對紫花苜蓿產量的影響：如Stout[4]、Hansen等[5]，Cooper等[6]、Volenec等[7]研究表明，紫花苜蓿干草產量在一定限度內隨播量的增加而提高；也有研究表明[8]，當紫花苜蓿播種密度超過35.0 kg·hm-2時，草產量不再隨密度的增加而提高。劉東霞等[9]研究表明在20、30、40、50 cm的行距處理中，紫花苜蓿產量以20 cm 行距最高；孫仕仙等[10]研究發(fā)現(xiàn)在20、28、36、40 cm的行距處理中，以行距36 cm草產量最優(yōu)；柴鳳久等[11]研究認為播種行距60 cm比行距30 cm的干草產量高。在甘肅河西走廊地區(qū)，常用播種量為30.0 kg·hm-2、行距為30 cm時，未能獲得較高干草產量[12]。國內外有關不同播種量和行距配置下對紫花苜蓿營養(yǎng)價值動態(tài)變化的影響研究少見報道，在甘肅荒漠灌區(qū)播量和行距配置對紫花苜蓿產量質量的影響僅見初步研究[13]。因此，本試驗在前期研究的基礎上，連續(xù)3年對不同播量和行距配置下紫花苜蓿主要營養(yǎng)價值的變化進行了詳細研究，旨在為紫花苜蓿生產確定最佳播量和行距，為紫花苜蓿產業(yè)發(fā)展和更好的發(fā)揮紫花苜蓿的生產、生態(tài)功能提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在甘肅農業(yè)大學武威黃羊鎮(zhèn)牧草試驗站進行(37°55′ N，102°40′ E)，試驗區(qū)年均溫7.2 ℃，年降水量150 mm，年蒸發(fā)量2019.9 mm，海拔1530.88 m，無霜期154 d，屬于溫帶干旱荒漠氣候。土壤類型為沙壤土，0～20 cm土層pH為8.70，有機質、全氮、全磷含量分別為10.60 g·kg-1、7.07 g·kg-1和3.32 g·kg-1，速效氮、磷、鉀含量分別為88.2 mg·kg-1、13.24 mg·kg-1和119.95 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

供試苜蓿為甘農3號紫花苜蓿(M.sativacv.Gannong No.3)，試驗采用裂區(qū)設計，主處理設4個播量，分別為12.0、16.0、20.0、24.0 kg·hm-2；副處理為行距，其中等行距設3個，分別為10、15、20 cm，不等行距設2個，分別為60 cm(種植6行)+40 cm間距和60 cm(種植6行)+30 cm間距，共20個處理，重復3次，小區(qū)面積4 m×5 m。2014年7月15日人工開溝條播，播深2 cm。播前澆一次底墑水，施磷酸二胺500 kg·hm-2作為基肥。生長期間，干旱時進行灌溉。春季返青時施100 kg·hm-2尿素作為追肥。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日分別刈割3茬。于每年第1茬刈割時取鮮草1 kg，65 ℃ 烘干、粉碎、過篩(0.45 mm)后測定粗蛋白質(crude protein，CP)[14]、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)[15]、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)[16]、粗脂肪(ether extract，EE)[17]、鈣(calcium，Ca)[18]、磷(phosphorus，P)含量[19]。于各茬刈割期取紫花苜蓿鮮樣，莖葉分離，65 ℃ 烘干至恒重，測定莖重和葉重，折算葉莖比(葉質量與莖質量之間的比值)。相對飼喂價值(relative feed value，RFV)根據(jù) NDF和ADF的含量采用以下公式計算[20]：

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

1.3 試驗統(tǒng)計與分析

應用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進行方差分析，比較不同處理之間的差異，采用Duncan方法進行多重比較。采用灰色關聯(lián)度分析進行綜合評價[21-22]，選擇葉莖比、CP、ADF、NDF、EE、Ca和P含量及RFV共8項指標在2015、2016和2017年3年的平均值進行比較，根據(jù)關聯(lián)度分析原則，關聯(lián)度越大，其綜合性狀評價表現(xiàn)越優(yōu)；關聯(lián)度越小，綜合性狀表現(xiàn)越差。設參考數(shù)列為X0，比較數(shù)列為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)}，則稱ζi(k) 為X0與Xi在第k點的關聯(lián)系數(shù)，其計算公式如下：

(1)

為避免信息過于分散及便于比較，求各組合各指標關聯(lián)系數(shù)的平均值為關聯(lián)度ri：

(2)

每一項指標的關聯(lián)度與各指標關聯(lián)度總和的比值為權重系數(shù)，即:

(3)

各指標的關聯(lián)系數(shù)與權重乘積的和為加權關聯(lián)度，即:

(4)

2 結果與分析

2.1 播量和行距對葉莖比的影響

由表1可知，2015、2016、2017年葉莖比分別為0.36～0.83、0.31～0.72、0.48～0.78，除2015年第2茬和2016年第1茬草葉莖比各處理間差異不顯著外，其余年份各茬間均有顯著差異(P<0.05)，且2015年第1茬草的葉莖比高于第3茬和第2茬草，2016和2017年均為第3茬草的葉莖比高于第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對每年每茬草的葉莖比無顯著影響。

表1 播量和行距對葉莖比的影響Table 1 Leaf/stem under different seeding rates and row spacings in 2015-2017

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。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、不同行距對紫花苜蓿葉莖比的互作Table 2 Interaction to leaf/stem of alfalfa under different seeding rates and different row spacings

2.2 播量和行距對營養(yǎng)物質含量的影響

2.2.1播量和行距對CP、EE、Ca和P含量的影響 從表3和表4可以看出，播量、行距、播量和行距互作均對每一茬紫花苜蓿CP含量有顯著影響(P<0.05)。總體看，CP含量隨播量、行距的增加均呈先增加后降低趨勢。2015-2017年CP含量分別為14.84%～21.89%、11.43%～17.85%、15.96%～22.35%，在播量為16.0 kg·hm-2，行距為20 cm時，粗蛋白含量最高，均值為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含量均值分別較2015和2016年高1.68%和3.59%。2015-2017年，不同播量和行距組合對每一茬紫花苜蓿的EE、Ca和P含量均有顯著影響(P<0.05)，EE、Ca和P含量均隨播量、行距的增加呈先增加后降低趨勢。其中EE含量2015、2016、2017年分別在2.43%～3.59%、1.26%～3.63%、2.13%～4.29%，在播量為16.0 kg·hm-2、行距為15 cm時，其值最大，均值為3.42%。相同播量和行距下，不同年份間EE含量在2017年相對較高，是2015、2016年的1.10和1.16倍；鈣含量在2015-2017年的變化范圍分別為0.91%～1.44%、0.47%～1.16%、1.46%～3.03%，在播量為20.0 kg·hm-2，行距為20 cm時，鈣含量相對較高，均值為1.65%。相同播量和行距下，2017年鈣含量最高，2015年次之，2016年最低；2015-2017年磷含量變化范圍分別為0.06%～0.12%、0.10%～0.21%、0.19%～0.28%，磷含量在播量分別為12.0、16.0、20.0 kg·hm-2，行距均為20 cm時相對較高，均值為0.19%。相同播量和行距下，P含量2017年最高，2015年最低，2017年P含量均值分別比2015和2016年高0.12%和0.07%。從互作分析來看，播量和行距對EE、Ca和P含量均無顯著影響，但二者互作對EE、Ca和P含量影響顯著(P<0.05)。

2.2.2播量和行距對NDF、ADF含量及RFV的影響 由表5和表6可知，2015-2017年播量、行距及兩者互作對每一茬紫花苜蓿的NDF、ADF含量及RFV均有顯著影響(P<0.05)。總體看，NDF、ADF含量均隨播量增加呈下降趨勢，隨行距增加呈增加趨勢，且不等行距60 cm+40 cm的NDF、ADF含量基本要小于60 cm+30 cm處理；RFV隨播量的增加呈增大趨勢，隨行距的增加呈先升高后降低趨勢。NDF含量2015、2016、2017年的變化范圍分別為31.74%～39.75%、28.31%～33.45%、33.37%～41.58%，在播量為 24.0 kg·hm-2，行距為10 cm時，NDF含量相對較低，均值為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含量變化范圍分別為25.91%～33.92%、24.72%～30.13%、22.22%～32.28%，在播量為24.0 kg·hm-2，行距為15 cm時，ADF含量相對較低，均值為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的變化范圍分別為153.69%～198.48%、177.95%～268.29%、142.66%～195.69%，在播量為16.0 kg·hm-2，行距為20 cm時，RFV相對較高，均值為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 播量和行距對中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量和相對飼喂價值的影響Table 5 NDF, ADF contents and RFV under different seeding rates and row spacings in 2015-2017 (%)

表6 不同播量、不同行距對紫花苜蓿中性、酸性洗滌纖維含量及相對飼喂價值的互作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營養(yǎng)價值的關聯(lián)度及排名Table 7 The rank and relational grade of alfalfa qualities under different seeding rates and row spacings

2.3 播量和行距對營養(yǎng)價值的綜合影響

采用灰色系統(tǒng)關聯(lián)度理論，選取不同播量和行距配置下各組合的葉莖比、CP、ADF、NDF、EE、Ca和P含量及RFV 8項指標在2015、2016及2017年的平均值進行灰色關聯(lián)度分析，由表7可知，加權關聯(lián)度排名在前4位的組合分別為播量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位的組合分別為播量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 討論

3.1 播量和行距對葉莖比的影響

葉莖比是衡量牧草經濟性狀的一個重要指標，與牧草品質密切相關[23]。紫花苜蓿葉片中蛋白質和礦物質含量均高于莖，且葉片中酸性(中性)洗滌纖維、半纖維素和木質素含量均比莖中低[24]，因此紫花苜蓿葉量越豐富，其品質越好。本試驗表明，播量20.0 kg·hm-2+行距20 cm時，3年平均葉莖比最高，為0.61；播量24.0 kg·hm-2+行距10 cm時，葉莖比最低，為0.49。由此可見，高播量(24.0 kg·hm-2)、窄行距(10 cm)不利于提高紫花苜蓿葉量所占的比例。葉莖比在不同年份有差異，表現(xiàn)為2017年高于2015和2016年，與趙海明等[25]研究結果一致，這可能與本地降水有關，2015、2016、2017年本地年降水量分別為165.0、142.7、166.8 mm，2016年降水量較少影響了紫花苜蓿的生長發(fā)育，部分紫花苜蓿葉片脫落導致葉莖比降低。葉莖比在同一年份的不同茬次間亦有差異，這是由于每茬紫花苜蓿的柔嫩程度不一。因此，對不同茬次紫花苜蓿所采用的壓扁和青貯等技術手段應不同，在機械的研制中，參數(shù)的選擇應有針對地進行試驗和調試[9]。

3.2 播量和行距對營養(yǎng)品質的影響

反映紫花苜蓿營養(yǎng)品質特性的重要指標為粗蛋白、粗脂肪、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和相對飼喂價值等[26]。高品質紫花苜蓿草產品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)組合下，CP含量均高于19%；播量為20.0和24.0 kg·hm-2時，5種行距下，CP含量均低于19%。由此可見，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是評價紫花苜蓿被采食潛力和消化率的國際通用指標。NDF含量越低，飼草品質越好；ADF含量與消化率呈負相關，ADF含量增加，家畜的消化率降低[28]。本研究NDF含量為28.31%～41.58%，大多低于40%；ADF含量為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與適口性均較好。RFV是NDF和ADF的綜合反映，可用來預測某一特定牧草的采食量和能量價值，其值越高，說明該粗飼料的營養(yǎng)價值越高[29]。本試驗各組合RFV為142.66%～268.29%，多數(shù)高于155%，達到特優(yōu)等級。紫花苜蓿富含鈣元素，在家畜的骨骼發(fā)育與維護方面有著特殊的作用。紫花苜蓿不能滿足家畜對磷的需求，最優(yōu)鈣磷比為2∶1，本研究3年平均鈣磷比為7.41～9.60，高于前人的研究結果[28]。

不同播量和行距配置對紫花苜蓿營養(yǎng)價值的影響少見報道。Bolger等[30]、Lloveras等[31]的研究結果表明，種植密度對紫花苜蓿CP和ADF含量無明顯影響；Stanisavljevi?等[32]研究認為，種植密度對飼草營養(yǎng)價值影響不顯著；王彥華等[26]研究認為，隨著播種量的增加，紫花苜蓿CP、EE、RFV有上升的趨勢，NDF、ADF含量有下降趨勢；Celebi等[33]研究表明，紫花苜蓿播種第一年，行距為20、30 和40 cm時，CP含量最高，第二年行距為20 cm時，CP含量最高。本研究中CP、EE、Ca、P含量隨播量、行距的增加呈先升高后降低趨勢；NDF、ADF含量隨播量增加呈下降趨勢，隨行距增加呈上升趨勢；RFV隨播量增加呈增大趨勢，隨行距的增加呈先升后降趨勢，其試驗結果不同于以上的研究結果，以上關于播種量對紫花苜蓿營養(yǎng)品質的影響，大多是以播種量為單一的因素，而本試驗涉及播種量和行距2個因素，可能削弱了播種量的影響效應。另外，CP、EE、Ca、P、NDF和ADF含量及RFV值在不同年份有差異，這與紫花苜蓿品質除受遺傳因素控制外，還受生態(tài)環(huán)境和栽培措施的影響有關。

3.3 紫花苜蓿營養(yǎng)價值綜合評價

紫花苜蓿為多年生豆科牧草，對其營養(yǎng)價值的評價不能只看單項指標。目前對飼草營養(yǎng)價值進行綜合評判常用的方法有模糊綜合評價、灰色關聯(lián)度綜合評價、聚類分析和層次分析評價等。其中灰色關聯(lián)度分析克服了依靠單一性狀評價的弊端，能對牧草的綜合性能做出客觀、合理、全面的評價，近年來廣泛應用在紫花苜蓿營養(yǎng)價值的綜合評價上[34-35]。本研究利用3年時間，選取主要營養(yǎng)性狀指標(葉莖比、CP、EE、Ca、P、NDF、ADF、RFV)，利用灰色關聯(lián)度法對不同播量和行距配置下各組合的營養(yǎng)價值進行綜合評價，以確定其最優(yōu)組合。從整體來看，灰色關聯(lián)度分析法能較全面的反映各組合的綜合性能，采用該方法對紫花苜蓿的綜合評價切實可行。

4 結論

利用灰色關聯(lián)度法對甘肅荒漠灌區(qū)不同播量和行距配置下20個組合3年的葉莖比、CP、EE、Ca、P、NDF、ADF、RFV進行綜合評價，結果表明,播量和行距對葉莖比無顯著影響，對紫花苜蓿營養(yǎng)指標有一定影響。其中CP、EE、Ca、P含量隨播量、行距的增加呈先增加后降低趨勢；NDF、ADF含量隨播量增加呈下降趨勢，隨行距增加呈增高趨勢；RFV隨播量增加呈增大趨勢，隨行距的增加呈先升高后降低趨勢。從年際變化看，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。通過對3年數(shù)據(jù)的總體評價，在播量為20.0 kg·hm-2，行距為20 cm時，最有利于提高紫花苜蓿的營養(yǎng)價值，相比當?shù)貍鹘y(tǒng)種植(播量30.0 kg·hm-2+行距30 cm)，既節(jié)省單位面積種子成本，又可提高紫花苜蓿營養(yǎng)價值，其研究結果對發(fā)展精準紫花苜蓿產業(yè)有一定的指導意義。