甘肅荒漠灌區播量和行距對紫花苜蓿營養價值的影響

南麗麗，師尚禮，郭全恩，白小明

(甘肅農業大學草業學院，草業生態系統教育部重點實驗室，甘肅省草業工程實驗室，中美草地畜牧業可持續發展研究中心，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和生態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種植區域，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勢產業區[2]。隨著我國農業結構的調整，紫花苜蓿的種植面積越來越大，推廣高產優質紫花苜蓿種植是提高生產力的一個重要舉措。播量和行距是實現紫花苜蓿高產和優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]研究發現在20、28、36、40 cm的行距處理中，以行距36 cm草產量最優；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，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價值動態變化的影響研究少見報道，在甘肅荒漠灌區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3年對不同播量和行距配置下紫花苜蓿主要營養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，為紫花苜蓿產業發展和更好的發揮紫花苜蓿的生產、生態功能提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗在甘肅農業大學武威黃羊鎮牧草試驗站進行(37°55′ N，102°40′ E)，試驗區年均溫7.2 ℃，年降水量150 mm，年蒸發量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 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 試驗統計與分析

應用SPSS 16.0統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，根據關聯度分析原則，關聯度越大，其綜合性狀評價表現越優；關聯度越小，綜合性狀表現越差。設參考數列為X0，比較數列為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點的關聯系數，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系數的平均值為關聯度ri：

(2)

每一項指標的關聯度與各指標關聯度總和的比值為權重系數，即:

(3)

各指標的關聯系數與權重乘積的和為加權關聯度，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價值的關聯度及排名Table 7 The rank and relational grade of alfalfa qualities under different seeding rates and row spacings

2.3 播量和行距對營養價值的綜合影響

采用灰色系統關聯度理論，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度分析，由表7可知，加權關聯度排名在前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 播量和行距對營養品質的影響

反映紫花苜蓿營養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價值越高[29]。本試驗各組合RFV為142.66%～268.29%，多數高于155%，達到特優等級。紫花苜蓿富含鈣元素，在家畜的骨骼發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，還受生態環境和栽培措施的影響有關。

3.3 紫花苜蓿營養價值綜合評價

紫花苜蓿為多年生豆科牧草，對其營養價值的評價不能只看單項指標。目前對飼草營養價值進行綜合評判常用的方法有模糊綜合評價、灰色關聯度綜合評價、聚類分析和層次分析評價等。其中灰色關聯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，選取主要營養性狀指標(葉莖比、CP、EE、Ca、P、NDF、ADF、RFV)，利用灰色關聯度法對不同播量和行距配置下各組合的營養價值進行綜合評價，以確定其最優組合。從整體來看，灰色關聯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

利用灰色關聯度法對甘肅荒漠灌區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年數據的總體評價，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價值，相比當地傳統種植(播量30.0 kg·hm-2+行距30 cm)，既節省單位面積種子成本，又可提高紫花苜蓿營養價值，其研究結果對發展精準紫花苜蓿產業有一定的指導意義。