15個苜蓿品種在內蒙古中部地區的綜合評價

張小青，張雅榮*，董文利，李曉婷，張文彪，索明春，王振宇，劉亞玲

(1.內蒙古蒙草草種業有限公司，內蒙古 呼和浩特 010070；2.蒙草生態環境(集團)股份有限公司，內蒙古 呼和浩特 010070)

苜蓿(Medicagosativa)是一種原產于亞洲外高加索、伊朗和小亞細亞一帶的多年生豆科草本植物[1]，因其抗逆性強、適應性廣、營養豐富、高產穩產，被稱為牧草之王，也有“食物之父”的美譽[2]，在北方草原生態治理、退耕還草、畜牧業建設、食用藥用等方面發揮著重要作用[3-4]。

2012年，我國實施“振興奶業苜蓿發展行動”，極大地促進了苜蓿產業的發展，栽培面積不斷擴大，到2021年我國紫花苜蓿種植面積約433萬hm2[5]?，F如今，我國苜蓿產業發展態勢強勁，進入規?；?、智能化、機械化生產的新時代。在我國苜蓿產業蓬勃發展的同時，也面臨著諸多挑戰，主要表現為適宜品種少、產量低、質量差等方面[6-7]。

內蒙古自治區作為我國主要的苜蓿種植基地，推動苜蓿高質量發展是破局之舉，也是必由之路。但我區受水熱條件所限，適宜栽培的苜蓿品種較少，嚴重阻礙著苜蓿產業化進程；為改變這種狀況，本研究以國內外15個廣泛栽培的重點苜蓿品種為研究對象，于我區中部呼和浩特開展苜蓿品種適應性評價，通過農藝性狀及品質性狀的檢測對比，篩選出適應內蒙古中部地區及氣候條件類似地區的高產優質綜合性狀優良的苜蓿品種。

1 試驗地概況

呼和浩特市新城區惱包村優質苜蓿示范基地位于內蒙古呼和浩特市新城區，屬溫帶大陸性季風氣候[8]，其主要特征是春季風多雨少，升溫快；夏季濕熱多雨，降水量集中；秋季短促涼爽，晝夜溫差大；冬季較長，干冷少雪。1987—2020年，年平均氣溫7.5 ℃，夏季平均氣溫21.7 ℃，冬季平均氣溫-8.4 ℃；年平均降水量為404.6 mm，多集中在7～8月份；日照充足，全年日照時數為2 704.2 h[9]，霜凍在春秋兩季出現，春季終霜遲，秋季初霜早，年均無霜期100～145 d[10]。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

收集國內外苜蓿品種15個，參試品種來源和供種單位見表 1。

表1 參試苜蓿品種來源Table 1 Variety sources of experimental alfalfa

2.2 試驗設計

本試驗選取了15種廣泛栽培的苜蓿作為適應性評價材料，2019年5月上旬播種，采用隨機區組設計，每個品種3個重復，小區面積為15 m2，間隔0.5 m。人工開溝條播，播種量2.25 kg·m-2，播種深度1.5 cm，行距30 cm，出苗后每年人工除草1 次，根據土壤墑情多次灌溉，年灌水量約800 t。

2.3 測定項目及方法

在苜蓿生長的第三年，即2021年于苜蓿初花期時測量農藝性狀和品質性狀相關指標，采樣后刈割。采集數據時，去除小區兩側邊行及兩端各0.5 m，每小區按照“S”型曲線隨機選取10個單株測定株高(H)、單株分枝數(TN)、莖粗(SD，地上第5個莖節)、葉面積(LA，植株中部葉片)，每小區內留茬5 cm刈割1 m2，3次重復，稱量鮮重后100 ℃下殺青30 min，65 ℃下烘干至恒重，測定干物質產量(DYN)。

另取烘干后的樣品測定粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)、粗纖維(EC)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)6項營養指標。相對飼用價值(RFV)用養分含量進行估算，計算采用美國牧草草地理事會飼草分析小組提出的粗飼料相對值[11]，計算公式為 RFV=DMI×DDM/1.27，其中DMI 為干物質采食量(dry matter intake，% BW)，按照 DMI=120/NDF 計算；DDM 為可消化干物質(digestible dry matter，%DM)，按照 DDM=88.90-0.779×ADF 計算。

2.4 數據處理

采用 SPSS(IBM SPSS Statistics 26)軟件進行統計分析，多重比較采用 Tukey及Tamhane′s T2法進行，對種質的綜合評價采用灰色關聯度法。

灰色關聯理論是1982年由中國華中理工大學鄧聚龍教授首先提出并創立的一門新興學科[12]，廣泛應用于農業、地質、氣象、農業系統、生態系統、未來系統預測以及環境質量評價等方面[13-14]。灰色關聯評價的數學原理是通過比較若干待評價對象所構成的曲線與理想最優對象所構成的曲線在幾何形狀上的接近程度的大小進行排序，待評價對象的灰色關聯度越大，其排名越靠前[15]。取各性狀最優值作為理想品種的參考數列，記為X0(k){k=1，2，3，…，n}，n為選取的測定指標數；評價品種作為對比數列，記為Xi(k){i=1，2，3，…，m}，m為苜蓿品種，通過計算 15種苜蓿與理想品種的關聯系數及關聯度構建苜蓿綜合評價模型。

2.4.1 數據預處理

本文所涉及的數據量綱不同，且包含有負向指標與適度指標，負向指標值越小效果越好，也稱為極小型指標[16]，適度指標則是數值既不應過大，也不應過小，而應趨于一個適度點的指標[17]。根據灰色系統理論，需要對各指標進行正向化及無量綱化處理。負向指標正向化按照公式(1)計算，適度指標正向化按照公式(2)計算[18]；均值化處理后形成新數列。

yik=max{xik}-xik；

(1)

(2)

2.4.2 關聯系數計算

關聯系數計算公式如下：

ξi(k)=

(3)

2.4.3 關聯度計算

鑒于不同指標的重要性不同，為了使評價結果更加客觀，本文在等權關聯度排序的基礎上，采用了目前常用的兩種賦權法對評價指標賦權，其一為變異系數賦權法[16，19]，相關計算方法見公式(4)(5) (8)；第二種權重計算公式見公式(6)[20]，避免主觀賦權的缺陷，根據權重系數分別計算參試苜蓿品種的等權關聯度γ以及加權關聯度γ′1、γ′2。

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

公式中wk表示第k個評價指標的權重，CVk表示評價指標k的變異值，Sk表示評價指標k的標準差，γi為第i個品種的等權灰色關聯度，γ′i為第i個品種的加權灰色關聯度。

3 結果與分析

3.1 各品種農藝性狀比較

由表2可知，15個苜蓿品種的農藝性狀差異性較大。株高變化范圍為39.63～71.23 cm，其中WL298HQ、中苜2號兩個品種株高顯著高于其他品種，其次為WL168HQ、3010，株高為60.13～63.23 cm，再次為WL358HQ、沃苜1號紫花苜蓿、斯貝德、巨能7號、草原3號雜花苜蓿、敖漢苜蓿、隴東苜蓿7個品種，株高為53.50～58.47 cm，之后為草原2號雜花苜蓿、巨能401、WL354HQ，株高最低的是柏拉圖；各苜蓿品種的單株分枝數變化范圍在6.73～17.43枝，分枝最多的品種為WL298HQ和隴東苜蓿，分枝最少的是斯貝德，其余品種的單株分枝數沒有顯著性差異(P>0.05)，在10.63～14.90枝；莖粗數據顯示，各品種的莖粗為0.265～0.374 cm，其中巨能401、柏拉圖、隴東苜蓿、WL354HQ四個品種的莖粗顯著小于其余品種；不同品種的葉面積差異性較大，變幅在1.22～3.01 cm2，WL168HQ、中苜2號、巨能401、敖漢苜蓿四個品種的葉面積最大，沒有顯著性差異，其次為WL354HQ、WL358HQ、3010、WL298HQ、斯貝德和柏拉圖、巨能7號、草原3號雜花苜蓿，葉面積為1.45～2.05 cm2，品種之間差異性顯著，葉面積較小的是隴東苜蓿、草原2號、草原3號和沃苜1號紫花苜蓿4個品種；干物質產量變化范圍為1.42～3.14 t·hm-2，干物質產量較高的品種有WL298HQ、WL168HQ、WL358HQ、敖漢苜蓿、巨能7號、草原3號雜花苜蓿等，干物質產量較低的品種有柏拉圖、隴東苜蓿、草原2號雜花苜蓿、斯貝德、巨能401等。

表2 參試苜蓿品種農藝性狀Table 2 Agronomic traits of tested alfalfa varieties

3.2 各品種品質性狀比較

從表3可知，參試苜蓿品種的粗脂肪含量為0.5%～2.0%，其中柏拉圖、巨能7號、草原3號雜花苜蓿含量較高，分別為2.00%、1.80%、1.60%；含量較低的品種有WL358HQ、3010、斯貝德、隴東苜蓿、WL168HQ、沃苜1號紫花苜蓿，粗脂肪含量低于1%。粗蛋白含量變化范圍為17.50%～23.20%，含量最高的是巨能401，然后依次為草原2號雜花苜蓿、3010、WL358HQ、草原3號雜花苜蓿、敖漢苜蓿和巨能7號、WL168HQ、WL354HQ和斯貝德、WL298HQ、中苜2號紫花苜蓿、隴東苜蓿、柏拉圖、沃苜1號紫花苜蓿，粗蛋白含量分別為23.20%、23.00%、22.00%、21.70%、20.60%、20.00%、19.90%、19.70%、19.40%、18.80%、18.30%、17.90%、17.50%。粗纖維含量為20.22%～27.12%，含量最少的是柏拉圖，含量最大的為WL168HQ。粗灰分含量為9.30%～10.70%，含量較高的品種有WL358HQ、草原3號雜花苜蓿、敖漢苜蓿、隴東苜蓿、柏拉圖、巨能7號等。中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的變幅分別為30.20%～37.44%、23.09%～30.00%，以WL298HQ的ADF和NDF含量最高。相對飼用價值介于165.38%～221.87%，依次為巨能401、柏拉圖、3010、草原2號雜花苜蓿、中苜2號紫花苜蓿、WL354HQ、斯貝德、巨能7號、隴東苜蓿、WL358HQ、沃苜1號紫花苜蓿、草原3號雜花苜蓿、WL168HQ、敖漢苜蓿、WL298HQ，各項品質性狀因品種不同差異性較大。

表3 參試苜蓿品種的營養物質含量Table 3 Nutrient content of tested alfalfa varieties 單位：%

3.3 農藝性狀與飼草產量與品質的相關性

對農藝性狀和重點關注的飼草品質性狀進行相關分析(表4)，結果顯示，CP與RFV、葉面積、干物質產量呈正相關，與株高、分枝數、莖粗呈負相關；EC和RFV呈極顯著負相關(P<0.01)，和株高、干物質產量、莖粗呈顯著正相關(P<0.05)，和分枝數、葉面積呈正相關，但相關性較弱；RFV和葉面積呈正相關，而與株高、莖粗、干物質產量呈顯著負相關(P<0.05)；干物質產量和株高、分枝數、莖粗、葉面積均呈正相關，特別與株高呈極顯著正相關(P<0.01)。

表4 農藝性狀和品質性狀的相關系數Table 4 Correlation coefficient between agronomic traits and quality shapes

3.4 灰色關聯度綜合評價

3.4.1 關聯系數計算

采用灰色關聯分析法對以上苜蓿品種進行綜合評價，參與評價的指標共12項，包括農藝性狀5項，品質相關指標7項，詳見上文。對各項數值進行標準化處理后計算其關聯系數，形成表5所示的關聯系數矩陣。

表5 各苜蓿品種性狀關聯系數Table 5 Correlation coefficient of alfalfa variety traits

3.4.2 性狀關聯度與權重

根據公式(4)和公式(5)，計算各項評價指標基于變異系數賦值的權重系數ω1，計算結果見下表6，權重系數由高到低的順序為：中性洗滌纖維含量>粗纖維含量>粗灰分含量>酸性洗滌纖維含量>粗脂肪含量>莖粗>葉面積>干物質產量>單株分枝數>株高>相對飼用價值>粗蛋白含量。采用公式(6)及公式(7)所得權重系數ω2，權重系數由高到低的順序為：干物質產量>粗蛋白含量>相對飼用價值>中性洗滌纖維含量>粗纖維含量>粗灰分含量>酸性洗滌纖維含量>粗脂肪含量>葉面積>單株分枝數>莖粗>株高。兩種權重計算方式下，評價指標的權重大小排序差異性較大。

表6 各指標的變異系數與權重系數Table 6 Coefficient of variation and weight of each index

3.4.3 關聯度分析

基于上述各指標權重系數的基礎上，計算參試苜蓿品種的等權關聯度與加權關聯度，關聯度越大表示越接近理想品種，反之表示與理想品種的差異性越大，根據計算結果(表7)進行排序，排名越高表示越接近理想品種，綜合評價結果越好[21-22]。結果顯示，按照等權關聯度進行排序，參試苜蓿品種的排序從高到低依次為巨能401>柏拉圖>草原2號雜花苜蓿>3010>巨能7號>中苜2號紫花苜蓿>WL168HQ>WL358HQ>WL298HQ>草原3號雜花苜蓿>WL354HQ>敖漢苜蓿>沃苜1號紫花苜蓿>隴東苜蓿>斯貝德；按照基于變異系數法賦權的加權關聯度排序，苜蓿排序從高到低依次為巨能401>柏拉圖>草原2號雜花苜蓿>3010>中苜2號紫花苜蓿>巨能7號>WL354HQ>WL358HQ>沃苜1號紫花苜蓿>草原3號雜花苜蓿>WL168HQ>敖漢苜蓿>隴東苜蓿>WL298HQ>斯貝德；加權關聯度γ′2計算結果顯示，巨能401>柏拉圖>草原2號雜花苜蓿>巨能7號>3010>WL168HQ>中苜2號紫花苜蓿>WL298HQ>WL358HQ>草原3號雜花苜蓿>WL354HQ>敖漢苜蓿>沃苜1號紫花苜蓿>隴東苜蓿>斯貝德。

表7 參試品種的灰色關聯度及排序Table 7 Grey correlation degree and rank of test varieties

無論是等權關聯度還是加權關聯度排序，排名前三的苜蓿品種均依次為巨能401、柏拉圖、草原2號雜花苜蓿，表明這3個品種更適合本地區栽植，是內蒙古中部地區的優選苜蓿品種；排名后兩位的苜蓿品種均為斯貝德和隴東苜蓿，表明這兩種苜蓿不適合本地區種植。

4 結論與討論

本文采用灰色關聯度對15個參試苜蓿品種進行了綜合評價，結果表明，基于3種權重計算方法下的灰色關聯度排名雖有差異，但綜合排名較高的品種均一致，表明灰色關聯度綜合評價方法科學有效[23]。結果表示，排名前5的國產苜蓿品種僅有草原2號雜花苜蓿，其余4種均為國外引進的品種，一定程度上表明我國與國外苜蓿在品種選育方面還有一定的差距，這與姜義寶等[24]、衣蘭智等[25]的研究結果一致，品質性狀的差異性很大程度決定了綜合評價排序，這也說明在苜蓿生產時單方面追求產量是不可取的，要兼顧營養品質提高其市場競爭力[26]。營養品質的評價是多指標決定的，以某一項指標評價其品質高低是不客觀、不科學的[27]。

作物性狀間本身存在著比較復雜的制約關系[28]，提高苜蓿的品質往往意味著降低其產量[29-30]，我們的研究結果同樣表明，干物質產量與相對飼用價值呈現極顯著的負相關關系。良種技術與良法技術是提高產量和改善品質的關鍵技術[31]，品種是其“潛在產量”的先決條件，但在生產中要想獲得優質高產的苜蓿，良種與良法缺一不可，不同地區、不同栽培技術下的優良品種差異較大。本文排名較高的苜蓿品種僅適用于內蒙古中部或者有相似氣候環境的地區水作栽培，適用于內蒙古中部地區的旱作苜蓿品種以及兼顧高產和優質的最佳水肥管理模式，需進一步探索及驗證。實際生產中，應該根據地區條件、養護措施、飼喂畜種等實際生產情況，選擇適合的品種。

綜上所述，通過綜合評價，適用于內蒙古中部地區水作條件下的苜蓿品種有巨能401、柏拉圖、草原2號雜花苜蓿。