高寒地區(qū)歪頭菜營養(yǎng)品質動態(tài)變化及其評價

毛祝新，傅 華，牛得草，聶 斌，陳 昊

（1．陜西省西安植物園，陜西省植物研究所，陜西西安710061；2．草地農業(yè)生態(tài)系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業(yè)科技學院，甘肅蘭州730020）

高寒地區(qū)歪頭菜營養(yǎng)品質動態(tài)變化及其評價

毛祝新1，2，傅 華2*，牛得草2，聶 斌2，陳 昊1

（1．陜西省西安植物園，陜西省植物研究所，陜西西安710061；2．草地農業(yè)生態(tài)系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業(yè)科技學院，甘肅蘭州730020）

優(yōu)質豆科牧草選育和栽培對于高寒地區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展具有重要意義，歪頭菜是高寒地區(qū)極具飼用價值的豆科牧草，對其進行產量和營養(yǎng)品質動態(tài)變化研究，有利于高品質飼草的生產和利用。在高山草原地區(qū)通過田間試驗，研究了歪頭菜在不同生長時期（分枝期、現蕾期、初花期、盛花期）刈割時，干草產量和粗蛋白（CP）、可溶性糖（WSC）、灰分（ASH）含量和礦物元素含量的動態(tài)變化。結果表明，歪頭菜草產量隨著生長逐漸增加，而CP、WSC含量在生長初期較高，生長后期（盛花期）CP含量降低，而WSC含量達到最高。ASH含量在整個生長過程中呈單峰曲線變化特征，但各礦物元素含量的變化規(guī)律不盡相同。從飼用角度看，各刈割期的CP含量均達到美國一等飼草標準，其中，盛花期干草產量和WSC含量最高，營養(yǎng)元素中，除Ca和Cu外，能夠基本滿足高寒地區(qū)家畜對P、K、Na、Mg、Mn和Zn元素的營養(yǎng)需求。進一步利用灰色關聯度分析和權重賦值法對上述指標進行綜合評價，發(fā)現盛花期綜合評價值最高，因此建議歪頭菜在高山草原地區(qū)的最佳利用時期為盛花期。

歪頭菜；高山地區(qū)；營養(yǎng)品質；礦物元素；綜合評價

冬春季飼草不足，尤其是高蛋白飼草缺乏，使得高山草原地區(qū)草畜不平衡問題更加突出，引種和栽培耐寒豆科牧草是解決該問題的有效方法［1］。本團隊前期研究發(fā)現，高寒草地分布廣泛的多年生豆科牧草歪頭菜（Vicia unijuga），不僅越冬率高，且生長良好，適宜作為飼用型牧草來生產［2］。但高寒地區(qū)栽培飼草的產量和品質在不同生長時期差異較大［3-4］，加之酷寒的低溫環(huán)境，使得土壤中營養(yǎng)元素轉移和利用效率較低，由此產生的牧草元素缺乏或過量常導致放牧家畜礦物質營養(yǎng)障礙［5］。所以對高寒地區(qū)種植牧草的營養(yǎng)品質動態(tài)變化進行研究，有助于采取和制定適宜的飼喂方法以保障草食牲畜的健康生長［6］。因此，本研究在甘肅省甘南藏族自治州地區(qū)，以多年生豆科牧草歪頭菜為材料，對其營養(yǎng)品質動態(tài)變化進行分析，并綜合評價不同生長時期的飼草利用價值，以期為歪頭菜的高效開發(fā)利用提供參考依據。

1 材料與方法

1．1 試驗區(qū)概況

試驗設在甘肅省甘南藏族自治州夏河縣桑科鄉(xiāng)（35°06′086″N，102°25′03″E），海拔3050 m。屬高寒濕潤型氣候區(qū)，年均溫4．2℃，年降水量440～800 mm，年蒸發(fā)量1232 mm，無霜期56～105 d，日照時間2296 h，輻射量82×105kJ／m2。＞0℃的年積溫為2800～3600℃。試驗地土壤為山地黑鈣土，0～20 cm土層土壤養(yǎng)分含量為：有機質42．2 g／kg、全氮2．1 g／kg、全磷0．9 g／kg、全鉀17 g／kg。

1．2 試驗材料

試驗材料種源來自甘肅省甘南草原地區(qū)野生歪頭菜植株，由蘭州大學草地農業(yè)科技學院提供。

1．3 試驗設計

試驗材料于2008年種植于甘肅省甘南州夏河縣桑科鄉(xiāng)。采用條播方式人工播種，播種量為37．5 kg／hm2，播種深度2 cm，行距30 cm。小區(qū)面積4 m×5 m，間隔80 cm，重復3次。播種當年不定期拔草、滅鼠，不予灌溉和施肥。次年返青后，于每個小區(qū)隨機選取長勢一致的1 m2樣方（邊行除外）4個，用標記牌做好標記，用于分枝期、現蕾期、初花期與盛花期刈割。物候期記載標準參照國家草品種審定技術規(guī)程GB／T 30395-2013。

1．4 測定項目及方法

草產量：2009年在歪頭菜分枝期（6月20日）、現蕾期（7月10日）、初花期（7月25日）與盛花期（8月4日），分別選取3個1 m2樣方，齊地面刈割樣方內所有植株的地上部分，采回的樣品在105℃下殺青30 min，再在65℃下烘干至恒重，然后稱重測產。烘干樣品粉碎后，用以測定營養(yǎng)成分。

營養(yǎng)成分測定：粗蛋白（CP）采用濃硫酸－雙氧水消化－半微量凱氏定氮法測定；可溶性糖（WSC）的測定采用硫酸－蒽酮比色法；灰分（ASH）采用干灰化法測定；元素磷（P）、鉀（K）、鈉（Na）、鈣（Ca）、鎂（Mg）、銅（Cu）、錳（Mn）、鋅（Zn）測定方法參見文獻［7］。

1．5 灰色關聯分析和評價

按照灰色系統理論，將4個生長時期的干草產量、3種常規(guī)養(yǎng)分和8種礦物元素看成1個灰色系統。選取各指標的最佳值構成“標準歪頭菜”［8］，本試驗中選取干草產量、常規(guī)養(yǎng)分和礦物元素含量的最高值，作為參考數據列，以測試性狀的各項性能指標作為對應的比較數列。按照田兵等［9］的方法計算各生長時期草產量、常規(guī)養(yǎng)分、礦物元素與“標準歪頭菜”關聯度（r0i），再參照孫紅等［10］的方法計算綜合評價值（Zk）。

1．6 數據分析

采用SPSS 13．0軟件對不同生長時期各測定指標進行方差分析（ANOVA）和差異顯著性檢驗；用灰色關聯度和權重賦值法［9-10］對各生長時期的草產量、常規(guī)養(yǎng)分和礦物元素進行權重綜合評價。

2 結果與分析

2．1 草產量

歪頭菜的干草產量隨著生長逐漸增加（圖1）。但生長初期增長緩慢，其分枝期和現蕾期產量無顯著差異（P＞0．05），花期（初花期和盛花期）產量大幅增加，均極顯著高于前期（P＜0．01），初花期產量高于現蕾期50%，而盛花期產量較初花期雖有所增加，但并無顯著差異（P＞0．05）。

2．2 常規(guī)養(yǎng)分

各常規(guī)養(yǎng)分在不同生長時期的變化規(guī)律有所不同（圖2）。其中，CP含量隨著生長逐漸降低，方差分析結果表明，除初花期和盛花期含量無顯著差異外（P＞0．05），其他生長時期之間差異極顯著（P＜0．01）。WSC含量隨著生長先降后升，在初花期最低，盛花期含量最高（圖2）。其中，初花期WSC含量均顯著低于其他生長時期（P＜0．05）；除分枝期外，盛花期WSC含量均極顯著高于其他生長時期（P＜0．01）。ASH含量隨著生長先增后降（圖2），在各生長時期中，現蕾期含量最高，顯著高于分枝期（P＜0．05），而后逐漸降低，盛花期含量最低，顯著低于其他生長時期（P＜0．05）。

2．3 礦物元素

歪頭菜不同生長時期礦物元素含量見表1。常量元素P、K和Ca含量在不同生長期差異極顯著（P＜0．01），Na和Mg含量在不同生長期無顯著差異（P＞0．05）。P含量隨著生長逐漸降低，且降幅較大，初花期和盛花期含量極顯著低于其他生長時期（P＜0．01）。K含量在分枝期、現蕾期和初花期略有差異，但從方差分析結果看并無顯著差異（P＞0．05），盛花期含量大幅降低，極顯著低于其他生長時期（P＜0．01）。Ca含量隨著生長逐漸增加，且增幅較大，花期（初花期和盛花期）含量均極顯著高于分枝期和現蕾期（P＜0．01），盛花期含量顯著高于初花期（P＜0．05）。Na元素在不同生長時期無顯著差異（P＞0．05），且含量相近（介于1．34～1．39g／kg）。Mg含量隨著生長先增后降，但不同生長時期之間并無顯著差異（P＞0．05）。

圖2 歪頭菜在不同生長時期粗蛋白、可溶性糖和灰分含量Fig．2 Crude protein，water soluble carbohydrate and ash content in V．unijuga at different growth stage

微量元素中，Cu含量在不同生長期無顯著差異（P＞0．05），其含量在生長前期逐漸增加，初花期大幅降低，且顯著低于現蕾期（P＜0．05），盛花期含量雖有所增加，但與其他時期比無顯著差異（P＞0．05）。Mn含量隨生長先增后降，初花期含量達到最高，且極顯著高于分枝期與現蕾期（P＜0．01），雖然盛花期含量較初花期有所降低，但并無顯著差異（P＞0．05）。Zn含量隨著生長呈逐漸降低的變化趨勢，其花期含量均顯著低于生長前期（P＜0．05），而初花期和盛花期之間，以及分枝期和現蕾期之間含量并無顯著差異（P＞0．05）。

表1 不同生長時期歪頭菜礦物元素含量（平均值±標準差）Table 1 Contents of mineral elements in V．unijuga at different growth stages（mean±SD）

2．4 綜合評價

灰色關聯度分析結果見表2。干草產量、常規(guī)養(yǎng)分和礦物元素與“標準歪頭菜”關聯度（r0i）分別在盛花期、分枝期和現蕾期最大。根據上述綜合指標的重要程度，采用賦值法分別賦值（Wk）為0．40，0．30和0．30，權重總和為1。即歪頭菜各生長時期的綜合評價值（Zk）＝干草產量× 40%＋常規(guī)養(yǎng)分×30%＋礦物元素×30%。各生長時期綜合評價值Zk見表2，評價結果為：盛花期＞初花期＞分枝期＞現蕾期。Zk值越高，說明其綜合生產性能越好，越接近于“標準歪頭菜”。

3 結論與討論

3．1 草產量

草產量是影響飼草生產性能的重要因素。本研究中，歪頭菜的草產量在生長初期增長緩慢，而在生長后期（花期）大幅增加，這是由于在歪頭菜生長初期（4－6月）當地氣溫較低，降雨較少，使其生長緩慢，干物質積累較少，而在花期前后（7－8月）當地氣溫和降雨量均達到當年的最高水平，故生長迅速，干物質積累量較多。歪頭菜在盛花期干草產量達到最高，其最高產量接近于在甘肅天祝地區(qū)種植的苜蓿（Medicago sativa）品種［11］，但低于在甘南地區(qū)種植的甘肅紅豆草（Onobrychis viciaefolia）和阿爾岡金（Algonguin）苜蓿［12-13］。這種產量差異，除了品種因素外，主要還與試驗區(qū)的土壤和氣候條件，以及栽培措施等因素有關。

表2 不同生長時期草產量、常規(guī)養(yǎng)分、礦物元素與“標準歪頭菜”關聯度（r0i）和綜合評價值（Zk）Table 2 Relational degree（r0i）of hay yield，conventional nutrient，mineral elements with stand V．unijuga at different growth stages，and comprehensive evaluation value（Zk）

3．2 常規(guī)養(yǎng)分

評價牧草營養(yǎng)價值的指標有多種，本試驗主要選取粗蛋白和可溶性糖等易消化性部分來判斷營養(yǎng)價值的高低。結果表明，歪頭菜的CP含量在初花期之前較高，開花后含量逐漸降低。從理論上看，花期是牧草從營養(yǎng)生長進入生殖生長的轉折時期，為了適應開花的需要，植物體內含氮物質有所減少，使CP含量相對降低［14］，這一結論與陳雅君等［15］在東北地區(qū)對白三葉（Trifolium repens）的研究結果相似。從飼用角度看，歪頭菜各生長時期CP含量＞18%，達到美國一等飼草的標準［16］（CP含量＞17%），屬于高蛋白飼草料。歪頭菜WSC含量在生長前期逐漸降低，而盛花期含量顯著增加，達到最高水平，這與魏小紅等［17］在甘肅天祝地區(qū)的研究結果相似，該研究發(fā)現高寒地區(qū)牧草WSC最高值在7月左右，即花期前后。這可能是由于高寒地區(qū)7－8月光合作用最強，糖的合成代謝活躍，牧草中積累了較多的WSC。ASH是指除碳、氫、氧和氮以外所有其他元素氧化物的總和，它反映了牧草礦物質的總體含量［9］。本研究中，ASH含量隨著生長呈先增后降的變化趨勢，這與其他多年生牧草的ASH變化規(guī)律不同，如陳雅君等［15］發(fā)現三葉草（T.pratense）中含量隨著生長時期的推移呈現逐漸減低的趨勢，胡迪先等［18］發(fā)現牧草中的ASH含量隨著生長先降低后增加，這說明礦物元素總量在牧草生長過程中的變化較有機物質復雜，不同植物的規(guī)律不盡一致，因此有必要分別探討牧草中礦物元素含量的動態(tài)變化。

3．3 礦物元素

牧草中礦物元素的動態(tài)變化是植物與生長環(huán)境相互作用的重要體現。前人研究發(fā)現，牧草中礦物元素的積累與分配的差異，不僅體現在各礦物元素累積量，還表現在不同生長時期含量的動態(tài)變化方面［19］。本研究中，歪頭菜常量元素K含量最高，其他元素含量由高到低依次為Mg、Ca、P和Na；微量元素Mn含量最高，Zn含量次之，Cu含量最低。本研究中，歪頭菜礦物元素含量動態(tài)變化模式有3種類型，半峰型（或峰型）、直線型和波動型。其中P、Zn、Ca和Mn以半峰型或峰型為主，Na和Mg以直線型為主，K和Cu以波動型為主。依據草地生產力理論，歪頭菜各礦物元素含量的動態(tài)變化應與生物量動態(tài)相一致［19］。本研究中，雖然P、Zn、Ca的含量動態(tài)變化與生物量動態(tài)相吻合，但其他元素含量變化與生物量動態(tài)不相符。這可能與歪頭菜在生長過程中，不同部位對各營養(yǎng)元素的需求量不同有關。

從草地家畜放牧和利用角度看，歪頭菜不同生長時期的礦物元素含量，分別高于或接近西藏那曲［20］和甘南瑪曲［21］放牧草地的P、K、Na和Mg含量；Cu、Mn和Zn含量在辛國省［20］和張均［21］報道的高寒草地的含量范圍內。而Ca含量明顯低于西藏那曲和甘南瑪曲的報道含量［20-21］。以美國肉牛和山羊礦物元素飼喂標準為參考（表3），本研究中歪頭菜的P、Na、Ca和Zn含量符合該標準，K、Mg和Mn分別是推薦標準的2～3倍、3～5倍和1～4倍，Cu含量低于該標準。所以，與高寒草地牧草礦物養(yǎng)分水平和美國NRC標準相比較，歪頭菜除Ca和Cu外，能夠基本滿足草地家畜對P、K、Na、Mg、Mn和Zn元素的營養(yǎng)需求。

表3 肉牛和綿羊礦物元素需求量（以干草計）Table 3 Mineral element requirement of cattle and cheep（in dry matter）

3．4 綜合評價

在分析歪頭菜草產量和養(yǎng)分變化動態(tài)的基礎上，本研究根據灰色系統理論和模糊數學中的權重賦值法，對其多個指標進行綜合評價，以估測各生長時期的飼草利用價值。結果表明，歪頭菜在高山草原地區(qū)盛花期的綜合評價值最高。此時牧草CP含量達到一等飼草的標準［16］，草產量和WSC含量最高，礦物元素P、K、Na、Mg、Mn和Zn含量能夠基本滿足高寒草地家畜的營養(yǎng)需求。所以，本研究建議在高山草原地區(qū)，歪頭菜的較佳利用時期為盛花期。

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Nutrient variation and forage evaluation of Vicia unijuga in alpine grasslands

MAO Zhu-Xin1，2，FU Hua2*，NIU De-Cao2，NIE Bin2，CHEN Hao1
1.Xi’an Botanical Garden of Shanxi Province，Institute of Botany of Shanxi Province，Xi’an 710061，China；2.State Key Laboratory of Grassland Agro-ecosystems，College of Pastoral Agriculture Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou 730020，China

Breeding and cultivating high-quality legumes is an important way to develop livestock agriculture on alpine grasslands．Vicia unijuga is a perennial legume with high feeding value．Research on its hay yield and nutrient dynamics is needed to inform its production and utilization as forage．A field trial has been conducted on Gannan alpine grasslands with the aim of investigating the feeding value of V.unijuga at different growth stages．Samples were taken at branching，squaring，20%bloom and 80%bloom stages．Measurements were made to determine forage yield，crude protein（CP）and water soluble carbohydrate（WSC）contents，as well as the levels of ash and various other mineral elements．Results showed that hay yield increased with growth stage but that CP levels were higher at the early growth stage．While CP decreased at the late growth stage（80% bloom），WSC contents reached their highest level at this point．Ash levels showed a single-peak curve variation across the different growth stages．However，mineral element contents varied less consistently．P，Zn，Ca andMn varied in half-peak or peak type curves，Na and Mg in linear type，K and Cu in wave type．In conclusion，CP contents reached the levels of first-class forage grasses in America．Hay yield and WSC levels were highest at the 80%bloom stage，at which point the levels of P，K，Na，Mg，Mn and Zn are sufficient to satisfy the basic needs of livestock．Grey relational analysis and weight assignment methods were used to evaluate the above results．This analysis showed that the evaluation index was highest at the 80%bloom stage，which is thus the optimal cutting point of V.unijuga for alpine grassland agriculture．

Vicia unijuga；alpine grassland；nutritional quality；mineral element；comprehensive evaluation

10．11686／cyxb2015123 http：／／cyxb．lzu．edu．cn

毛祝新，傅華，牛得草，聶斌，陳昊．高寒地區(qū)歪頭菜營養(yǎng)品質動態(tài)變化及其評價．草業(yè)學報，2015，24（11）：227-233．

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2015-03-10；改回日期：2015-05-06

國家重點基礎研究發(fā)展計劃（2014CB138703），草地農業(yè)生態(tài)系統國家重點實驗室開放基金（SKLGAE2014010）和陜西省科學院科技計劃項目（2010K-07，2013K-19）資助。

毛祝新（1984-），男，甘肅天水人，助理研究員，博士。E-mail：zhuxinmao＠gmail．com

*通訊作者Corresponding author．E-mail：lzufuhua＠126．com