應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法綜合評價啃食強度對紫穗槐營養(yǎng)價值的影響

郭霞，劉雪云，周志宇，粱坤倫，王瑞

（蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)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(chǎn)北美洲，20世紀(jì)20年代末作為觀賞綠化樹種引入我國，適應(yīng)性強、分布范圍廣、生長快、耐寒、耐旱、耐濕、抗風(fēng)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(zhì)并且適口性較好，營養(yǎng)價值高，特別是葉粉蛋白質(zhì)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(jìn)了畜禽的生長和體重積累［2］，所以紫穗槐可作為一種優(yōu)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(yǎng)價值的研究只側(cè)重于粗蛋白，而對其他的營養(yǎng)指標(biāo)如可溶性糖、粗脂肪、粗灰分等較為系統(tǒng)綜合研究的較少，為了使紫穗槐作為一種可利用的優(yōu)良飼草，生產(chǎn)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(biāo)［4］，對牧草的產(chǎn)量和質(zhì)量產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(fù)能力且提高了牧草的品質(zhì)。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(jìn)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(dǎo)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(tǒng)理論是近年來發(fā)展起來的一種分析理論，在農(nóng)業(yè)和牧草引種、育種方面已有所應(yīng)用［10－12］。在客觀系統(tǒng)中，灰色系統(tǒng)分析可較為真實和全面地反映人們對客觀系統(tǒng)的實際認(rèn)識程度，不但可以給出質(zhì)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(shè)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(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)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(yǎng)價值指標(biāo)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(yǎng)品質(zhì)，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(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在蘭州大學(xué)榆中校區(qū)試驗田進(jìn)行。試驗樣地位于蘭州大學(xué)榆中校區(qū)（35°57′N，104°09′E），該區(qū)大陸性半干旱氣候，大陸性季風(fēng)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(shù)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(shè)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(shè)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(yīng)的植株進(jìn)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(yǎng)成分的測定方法

紫穗槐莖葉經(jīng)粉碎后，進(jìn)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(zhì)（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(jù)灰色系統(tǒng)理論，把供試紫穗槐的啃食強度作為一個灰色系統(tǒng)，每個不同的啃食強度處理看作是灰色系統(tǒng)的一個因素，計算系統(tǒng)中各因素的關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)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(yǎng)物質(zhì)含量與“理想啃食強度”（由供試紫穗槐的各營養(yǎng)指標(biāo)最大值組成）營養(yǎng)成分指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度，應(yīng)用營養(yǎng)價值關(guān)聯(lián)度的高低比較，進(jìn)一步確定紫穗槐的最佳被啃食強度。

設(shè)參考數(shù)列為X0，被比較數(shù)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(jié)果與分析

2.1 確定參考數(shù)列，即理想啃食強度的各個營養(yǎng)指標(biāo)及權(quán)重

設(shè)計一個理想啃食強度處理數(shù)據(jù)，即供試紫穗槐的各營養(yǎng)指標(biāo)最大值，作為“參考數(shù)列”X0（k），根據(jù)研究結(jié)果和經(jīng)驗對各性狀給予相應(yīng)的權(quán)重W（k），本研究權(quán)重參照湯瑞涼和王龑［15］的方法，所得結(jié)果見表1。

2.2 比較數(shù)列

供試不同啃食強度處理紫穗槐的營養(yǎng)價值指標(biāo)數(shù)值構(gòu)成比較數(shù)列X i（k）。見表2和表3。

表1 參考數(shù)列X 0與權(quán)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(yǎng)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(shù)據(jù)進(jìn)行初值化處理，即所有相應(yīng)的Xi（k）數(shù)據(jù)除以X0（k）各點的數(shù)值，使原始數(shù)據(jù)無綱量化，見表4和表5。

2.4 求關(guān)聯(lián)系數(shù)及其關(guān)聯(lián)度

表3 不同啃食強度紫穗槐莖的營養(yǎng)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(guān)聯(lián)度排序

營養(yǎng)價值的高低是評價牧草是否優(yōu)良的重要指標(biāo)，主要取決于所含營養(yǎng)成分的種類和數(shù)量［16］，從表2和表3中可以看出以下結(jié)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(shù)列”的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)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(shù)列”的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)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(shù)列”關(guān)聯(lián)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(yǎng)指標(biāo)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(tǒng)一的規(guī)律，這樣就沒法根據(jù)某1種或2種營養(yǎng)物質(zhì)含量最佳而去確定合理的啃食強度處理，但是灰色關(guān)聯(lián)度分析法正好彌補了上面的不足，根據(jù)灰色系統(tǒng)理論中關(guān)聯(lián)度的分析原則，關(guān)聯(lián)度大的數(shù)列與“參考數(shù)列”指標(biāo)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(guān)聯(lián)度分別排序為第一和第二，輕度啃食狀態(tài)下，紫穗槐營養(yǎng)價值的關(guān)聯(lián)度排序較靠前；啃食強度大于40%時，紫穗槐葉和莖的營養(yǎng)價值關(guān)聯(lián)度明顯減小。等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度分析所得的結(jié)論基本一致，葉和莖的2種關(guān)聯(lián)度排序的相關(guān)系數(shù)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(shù)列”關(guān)聯(lián)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(quán)關(guān)聯(lián)度與等權(quán)關(guān)聯(lián)度的相關(guān)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(jié)論

近年來灰色關(guān)聯(lián)度分析法在牧草方面的應(yīng)用大多數(shù)集中于遺傳育種和一些草坪品質(zhì)評價［10－13］上，本研究用灰色關(guān)聯(lián)度的分析方法來確定不同啃食強度對紫穗槐營養(yǎng)品質(zhì)的影響，拓展了此方法的應(yīng)用領(lǐng)域，同時由于灰色關(guān)聯(lián)度分析法以各營養(yǎng)指標(biāo)的相關(guān)性來綜合全面的評價各個不同啃食強度的優(yōu)劣性，避免了傳統(tǒng)分析法中各種營養(yǎng)指標(biāo)在同一處理中含量參差不齊導(dǎo)致的分析結(jié)果不一致。為了使試驗結(jié)果更客觀、全面，本研究還進(jìn)行了加權(quán)關(guān)聯(lián)度和等權(quán)關(guān)聯(lián)度2種結(jié)果相關(guān)性檢驗，結(jié)果紫穗槐葉和莖2種關(guān)聯(lián)度的相關(guān)系數(shù)R2都在0.95左右，這進(jìn)一步證實了灰色關(guān)聯(lián)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(nèi)外學(xué)者已作了大量的研究工作，取得了一定的進(jìn)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(xù)發(fā)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(dǎo)致植株變得低矮、稀疏，枝條的年齡結(jié)構(gòu)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(yǎng)物質(zhì)的積累量也會有所變化。試驗結(jié)果顯示，不同啃食強度紫穗槐葉中各營養(yǎng)指標(biāo)加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序為：D2＞D3＞D1＞D4＞D5；莖中各營養(yǎng)指標(biāo)的加權(quán)關(guān)聯(lián)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(jīng)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(chǎn)量，又使紫穗槐葉和莖的營養(yǎng)物質(zhì)積累處于最佳狀態(tài)。所以要得到最佳紫穗槐營養(yǎng)品質(zhì)，其啃食強度要控制在40%左右為宜。

［1］ 韓文斌.紫穗槐［J］.植物雜志，2003，（3）：21.

［2］ 王金梅，李運起.紫穗槐飼用價值及深加工技術(shù)［J］.黑龍江畜牧獸醫(yī)，2006，（11）：71－72.

［3］ 顏淑云，周志宇，鄒麗娜，等.干旱脅迫對紫穗槐幼苗生理生化特性的影響［J］.干旱區(qū)研究，2011，28（1）：139－145.

［4］ 瓦慶榮，代志進(jìn)，盧琪.留茬高度對人工草地牧草產(chǎn)量及質(zhì)量的影響［J］.草業(yè)學(xué)報，2000，9（1）：65－68.

［5］ 周志宇，付華，陳善科，等.不同啃食強度對白沙蒿影響的初步研究［J］.草業(yè)科學(xué)，2000，17（5）：6－8.

［6］ 周志宇，付華，陳善科，等.不同啃食強度對沙拐棗影響的初步研究［J］.草業(yè)科學(xué)，2000，17（3）：39－41.

［7］ 代平利，周守標(biāo)，劉壽峰，等.輕度放牧后陌上菅形態(tài)和生理特征及地上部分營養(yǎng)成分的動態(tài)［J］.草業(yè)學(xué)報，2009，18（4）：47－53.

［8］ 韓龍，郭彥軍，韓建國，等.不同刈割強度下羊草草甸草原生物量與植物群落多樣性研究［J］.草業(yè)學(xué)報，2010，19（3）：70－75.

［9］ 董曉玉，傅華，李旭東，等.放牧與圍欄對黃土高原典型草原植物生物量及其碳氮磷貯量的影響［J］.草業(yè)學(xué)報，2010，19（2）：175－182.

［10］ 尹利，逯曉萍，傅曉峰，等.高丹草雜交種灰色關(guān)聯(lián)分析與評判［J］.中國草地學(xué)報，2006，28（3）：21－25.

［11］ 王桃，徐長林，姜文清，等.高寒草甸區(qū)飼用燕麥品種營養(yǎng)價值綜合評價研究［J］.中國草地學(xué)報，2010，32（3）：68－75.

［12］ 段生瑰.歐洲燕麥在高寒地區(qū)引種及其關(guān)聯(lián)度分析［J］.養(yǎng)殖與飼料，2008，（1）：58－60.

［13］ 楊曌，張新全，李向林，等.應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度綜合評價17個不同秋眠級苜蓿的生產(chǎn)性能［J］.草業(yè)學(xué)報，2009，18（5）：67－72

［14］ 張慧茹.生物化學(xué)試驗原理和方法［M］.銀川：寧夏人民出版社，1999：143－145.

［15］ 湯瑞涼，王龑.農(nóng)作物品種綜合評判的熵權(quán)系數(shù)法研究［J］.資源開發(fā)與市場，2002，18（5）：3－4.

［16］ 鄭凱，顧洪如，沈益新，等.牧草品質(zhì)評價體系及品質(zhì)育種的研究進(jìn)展［J］.草業(yè)科學(xué)，2006，23（15）：57－61.

［17］ 李金花，李鎮(zhèn)清，任繼周.放牧對草原植物的影響［J］.草業(yè)學(xué)報，2002，11（1）：4－11.

［18］ 李金花，李鎮(zhèn)清，王剛.不同放牧強度對冷蒿和星毛委陵菜養(yǎng)分含量的影響［J］.草業(yè)學(xué)報，2003，12（6）：31－35.

［19］ Kerbes R H，Kotanen P M，Jefferies R L.Destruction of wset land habitats by lesser snow geese：a keystone species on the west coast of Hudson Bay［J］.Journal of Applied Ecology，1990，27：242－250.

［20］ 周志宇，朱宗元，劉鐘齡.干旱荒漠區(qū)受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建與可持續(xù)發(fā)展［J］.北京：科學(xué)出版社，2010：260－278.

［21］ 曹成有，朱麗輝，蔣德明，等.小葉錦雞兒對牲畜啃食補償效應(yīng)的模擬試驗研究［J］.草業(yè)學(xué)報，2004，13（4）：65－69.