匈牙利能源植物Szarvasi-1在寧夏引種的適應性

曾繼娟 朱強

摘要：以引進的匈牙利能源植物Szarvasi-1種子為試驗材料，采用隨機區組法，通過開展其在銀川市、鹽池縣、固原市3個地區不同播種密度下的區域化試驗研究，利用主成分分析方法對生長適應性進行綜合評價，優選出該植物適宜生長的播種密度以及在寧夏地區的最適種植區域，旨在豐富牧草種質資源，服務生產。結果表明，匈牙利能源植物Szarvasi-1品種最適宜在固原地區種植，且3 g/m2為最佳播種密度，其次是銀川地區和鹽池地區。在整個生育期內，其營養成分含量隨生長時期的變化而存在差異，粗蛋白含量、粗脂肪含量均在返青期達到峰值，分別為12.3%、2.6%，粗纖維含量在成熟期為31.0%;Szarvasi-1還富含粗灰分、鈣、磷等元素，是一種營養較全面的飼料植物，可以作為牧草在寧夏地區推廣應用。

關鍵詞：Szarvasi-1能源草;引種;適應性評價;寧夏地區;播種密度

中圖分類號： S184? 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）18-0156-08

收稿日期：2020-12-22

基金項目：農業部引進國際先進農業科學技術項目（編號：2016-X14）。

作者簡介：曾繼娟（1990—），女，甘肅白銀人，碩士，助理研究員，主要從事植物資源收集與抗逆生理研究。E-mail：981315800@qq.com。

通信作者：朱 強，碩士，副研究員，主要從事植物資源收集與開發利用研究。E-mail：qzhu2008@163.com。

寧夏回族自治區地處我國農牧交錯帶，是重要的牧區之一，現有天然草場近240萬hm2[1]。近年來，草畜產業一直被寧夏自治區政府列為當地農業四大戰略性主導產業之一，成為寧夏干旱半干旱區發展農村經濟、促進農民脫貧致富的支柱產業[2]。發展草畜產業的關鍵是高產優質牧草的育種與栽培，選擇優良牧草品種是建立人工牧草生產基地及飼草料生產基地的基礎[3]。但是，目前在寧夏干旱帶適宜栽培的高產優質牧草品種單一，牧草供應量不足。優質牧草的短缺難以滿足當地草畜產業的需求，導致鄉土野生植物被破壞，是該地區畜牧業發展面臨的挑戰[4]。基于此，本試驗通過引進匈牙利能源植物紹爾沃什-1號（Szarvasi-1）品種，于銀川市、鹽池縣、固原市等3個地區開展Szarvasi-1能源草在不同播種密度下的區域化試驗研究，對其生長表現進行綜合評價，旨在探索該植物在寧夏地區的生長適應性，并確定Szarvasi-1能源草在3種典型環境下的最適種植區域，為寧夏乃至西北干旱地區高產優質牧草的育種與栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 物種概況

Szarvasi-1號能源草（Elymus elongatus subsp. ponticus cv. Szarvasi-1）是匈牙利科學家用15年的時間成功培育出的新型草種，2004年獲得匈牙利專利，2005年獲得歐盟25個國家的專利，其各項性能指標處于國際領先地位。Szarvasi-1能源草是一種生態適應性強、生物產量高、產草期長、用途廣泛、耐鹽堿的優良生物質能源植物，在固體燃料、造紙、工業纖維原料、牛羊飼料等方面有較好的前景。目前，國內河北省滄州市于2013年開展了Szarvasi-1能源草的引種栽培研究，結果表明，它能夠在土壤含鹽量為0.3%的條件下正常生長，目前尚未見其他報道。基于此，本研究通過開展Szarvasi-1能源草在寧夏銀川、鹽池、固原等3個地區3種典型環境下，不同播種密度的區域化試驗研究，明確其在寧夏引種后的生長適應性以及在寧夏的最適種植區域，以期為進一步開發利用奠定基礎。

1.2 試驗地概況

銀川植物園地處寧夏北部，屬中溫帶半干旱大陸性氣候，日照充足、熱量充沛、溫差較大、風大沙多、干旱少雨、蒸發強烈，年平均氣溫為8.5 ℃，年降水量為180 mm，干燥度為3.92（表1）。鹽池紅山溝屬于寧夏中部干旱帶，是典型的大陸性氣候，降雨少，光能豐富，日照充足，年平均氣溫為7.8 ℃，年降水量為300 mm，干燥度為2.95。固原原州區位于寧夏南部，降水量相對豐富，年降水量超過480 mm，土壤類型是黑壚土，干燥度為1.60。

1.3 試驗材料與方法

以寧夏林業研究院種苗生物工程國家重點實驗室通過國家外專局引進的匈牙利能源草Szarvasi-1種子為試驗材料。于2016年4月在各區試點選擇土壤條件較好的耕地作為試驗地進行Szarvasi-1能源草區域化種植試驗。將土地平整后，采取隨機排列法，設置4個小區（A、B、C、D），每個小區面積均為10 m2（2 m×5 m），采用等行距露地平播，播種密度分別為1、3、5、7 g/m2，3次重復，調查出苗率、株高、分蘗數等生長情況。

1.4 指標測定

本試驗于2016年6月29日、9月20日2次對各小區隨機抽取植株10株，用鋼卷尺測定株高、根長、葉長;用游標卡尺測定葉寬;分蘗數為近地面基部分枝數[5]。同時，每個小區選取1 m2能源草，齊地面刈割，收割后立即稱其鮮質量。之后取500 g鮮樣，將莖、葉分離分別稱質量，放入105 ℃烘箱內殺青10 min，65 ℃ 烘干至恒質量[6]，計算鮮干比，5次重復，烘干留樣測其營養成分含量。其中，鮮干比=鮮草質量/干草質量。

1.5 數據處理與分析

采用Excel 2010進行數據處理、制圖;采用SPSS 20.0軟件進行方差分析，用Duncans法進行差異顯著性多重比較;通過主成分分析對Szarvasi-1能源草進行生態適應性綜合評價。計算公式如下：

Wj=Pj/∑nj=1Pj，j=1，2，3，…，n;（1）

D=∑nj=1[u（Xj）×Wj]，j=1，2，3，…，n。（2）

式中：Wj表示第j個綜合指標在所有綜合指標中的權重; Pj為匈牙利能源植物Szarvasi-1號第j個綜合指標的貢獻率; D為匈牙利能源植物Szarvasi-1號綜合指標評價所得的適應性綜合評價值;u（Xj）為第j個指標的隸屬函數值。

2 結果與分析

2.1 出苗率比較

引種出苗率是區域化試驗及引種是否成功的基本指標。通過對Szarvasi-1能源草在銀川、鹽池、固原進行播種試驗，結果（表2）表明，各區試點的出苗時間沒有明顯差別，出苗率均在90%以上，其中固原試點出苗率最高，為97%，其次是銀川試點，鹽池試點的出苗率最低。

2.2 株高變化

由圖1可知，同一示范點，隨著播種密度的增大，能源草的株高整體呈先升高后降低的趨勢。6月，除銀川試點在播種密度為5 g/m2處理時達到最大值，其余均在3 g/m2處理時達到最大值，株高在生長后期增加較快。9月，同一播種密度下，3個示范點的株高排序為固原試點>銀川試點>鹽池試點;其中，銀川試點的株高在5 g/m2處理時分別較1、3、7 g/m2處理顯著高出13.02%、4.34%、9.27%（P<0.05）;鹽池試點和固原試點的株高在3 g/m2處理時分別較1、5、7 g/m2處理顯著高出22.26%、8.40%、12.14%和28.94%、16.43%、19.81%。

2.3 根長變化

由圖2可知，同一示范點，整個生長季，隨著播種密度的增大，Szarvasi-1能源草根長的變化基本呈先升高后降低的趨勢。6月，銀川試點和鹽池試點的根長在播種密度為3 g/m2處理時達到最大值，分別較1、5、7 g/m2處理顯著高出31.26%、22.62%、60.63%和19.19%、13.22%、28.17%，固原試點的根長在5 g/m2處理時達到最大值（16.47 cm），且與 3 g/m2 處理差異不顯著;9月，同一播種密度下，3個示范點的根長大小沒有統一的排序，在3、5 g/m2處理下，根長表現為銀川試點>固原試點>鹽池試點。

2.4 葉長、葉寬變化

由圖3可知，同一示范點，整個生長季，隨著播種密度的增大，Szarvasi-1能源草葉長變化呈先升高后降低的趨勢，均在5 g/m2處理時達到峰值。生長初期（6月），同一播種密度下，3個示范點的葉長變化幅度并不明顯，但是在生長后期（9月）表現出較大的差異，葉長由大到小基本為固原試點>銀川試點>鹽池試點（7 g/m2處理時除外）;由此推測，生長旺盛期（6—9月）更有利于該植物地上部分的生長。9月，在5 g/m2處理下，銀川、鹽池、固原試點的葉長分別達到45.9、24.7、51.5 cm，分別較6月增加139.44%、25.38%、164.37%，說明生長旺盛期（6—9月）更有利于該植物地上部分的生長，尤其固原試點的葉長生長最快。

由圖4可知，生長初期（6月），同一示范點，隨著播種密度的增大，其葉寬整體呈下降趨勢，均在 1 g/m2 處理時達到最大值。生長后期（9月），各示范點的葉寬較初期而言雖然呈上升趨勢，但是變化幅度不大;其中，銀川試點、鹽池試點的葉寬均隨播種密度的增大而下降，但是固原點則表現出先增加后降低的趨勢，在3 g/m2處理時達到最大值，較 1 g/m2 處理顯著高出16.48%，說明適當的播種密度更利于葉片的橫向生長，密度越大越產生抑制作用。

2.5 分蘗數變化

由圖5可知，生長初期（6月），同一示范點，隨著播種密度的增大，其分蘗數整體呈下降趨勢，在 1 g/m2 處理時達到最大值，達到12個以上，說明播種密度越大越不利于植物基部的分蘗。隨著生長時間的延長，9月分蘗數較初期而言增加的幅度并不明顯，說明生長初期是該植物迅速分蘗的關鍵時期，播種密度為5、7 g/m2處理下，3個示范點的分蘗數排序為固原試點>鹽池試點>銀川試點。

2.6 總生物量變化

由圖6可知，生長初期（6月），同一示范點，隨著播種密度的增大，銀川試點的總生物量先下降后升高再下降，在 1 g/m2 處理下最大（2.104 g），分別較3、7g/m2處理顯著高出23.98%、125.99%，與 5 g/m2 處理之間沒有顯著差異;鹽池試點、固原試點的總生物量呈下降趨勢，在1 g/m2處理下最大，其中固原試點在1、3、5 g/m2 處理之間差異不顯著。生長后期（9月），銀川試點、鹽池試點的總生物量變化趨勢和初期一致，固原試點表現出先升高后下降的趨勢，峰值出現在3 g/m2處理，較1、5、7 g/m2處理分別顯著高出23.88%、18.95%、41.67%。

2.7 產量分析

2.7.1 鮮干比

由表3可知，各示范點的鮮干比均在播種密度1 g/m2下最大，且隨著播種密度的增大大體呈先下降后增加的趨勢，只是變化的幅度各不相同，同時，3個示范點的鮮干比排序為固原試點>銀川試點>鹽池試點。

2.7.2 干草產量

生長后期（9月末），采用樣方法（1 m×1 m）對各示范點Szarvasi-1能源草進行抽樣調查計算干草的產量。由圖7可知，銀川試點 Szarvasi-1 能源草的干草產量隨著播種密度的增加呈先升高后降低的趨勢，在3 g/m2處理時達到最大值，顯著高出1、5、7 g/m2處理16.81%、6.17%、14.72%。

鹽池和固原試點的干草產量隨著播種密度的增加而增加，在7 g/m2處理時達到最大值，分別較1、3、5 g/m2 處理顯著高出278.90%、80.48%、40.40%和126.85%、35.61%、25.23%，說明播種密度的大小與其產量的高低直接相關。同一播種密度下，3個示范點的排序為固原試點>銀川試點>鹽池試點（1 g/m2處理除外）。鹽池試點由于試驗地缺水，總體長勢較弱，可能還與土壤水分、地理位置等因素有關。綜上所述，Szarvasi-1能源草在固原地區產量最高，適宜生長，由于刈割次數較少，導致無法衡量其1年的總產量。

2.8 營養成分分析

由表4可知，不同生育時期，匈牙利能源草Szarvasi-1的營養成分含量各有差異。其中，粗纖維含量隨生長季的延長不斷增加，在成熟期達到最大值（31.0%）;而粗蛋白含量隨著生長季呈下降趨勢，在返青期達到最大值（12.30%），較成熟期高出116.93%，粗脂肪含量則表現出先下降再升高最后下降的趨勢，在返青期最大（2.6%）;其次，Szarvasi-1能源草還富含粗灰分、鈣、磷等營養元素。

2.9 匈牙利能源植物Szarvasi-1各項性狀的數理統計分析

2.9.1 相關性分析

良好的生產性能是優質牧草的基本要求，與自身遺傳特性和外界環境因素密不可分[7]，受多因素綜合影響。通過對Szarvasi-1能源草各項性狀進行相關性分析（表5）可知，株高與葉長、葉寬、根長、總生物量、干草產量之間呈極顯著正相關（P<0.01），與鮮干比呈顯著正相關;分蘗數與其他指標間不存在顯著相關關系;葉長與葉寬、根長、總生物量、干草產量之間呈極顯著正相關，與鮮干比之間呈顯著正相關;葉寬與總生物量、干草產量、鮮干比之間呈極顯著正相關，與根長之間呈顯著正相關;根長與總生物量之間呈極顯著正相關，與干草產量、鮮干比之間呈顯著正相關;總生物量與干草產量之間呈極顯著正相關;鮮干比與總生物量、干草產量之間呈顯著正相關。

2.9.2 主成分分析

為避免因各指標間的相關性而造成信息重疊，科學、客觀地評價品種（優系）的適應性，利用多元方法進行綜合性分析。通過主成分分析，將匈牙利能源植物Szarvasi-1的8個鑒定指標轉換成2個主成分，根據特征值大于1的原則，選取前2個主成分作為綜合指標，可有效反映原8個指標88.313%的信息（表6），理論上可認為選取的綜合指標達到85%的累計貢獻率即具有較強的信息代表性。同一指標特征向量的最大絕對值所在的主成分即為其所屬主成分，各特征向量的絕對值大小表明，第1主成分（CI1）在株高、葉長、葉寬、總生物量、干質量的載荷量較高;第2主成分（CI2）在分蘗數有較高的載荷量。

在獲得各綜合指標貢獻率的基礎上，按照公式（1）計算其權重。由表7可知，2個綜合因子的權重分別為0.731、0.269。按照公式（2）計算反映匈牙利能源植物Szarvasi-1適應能力的D，根據D對各處理下Szarvasi-1能源草的適應性進行排序，其中固原試點在3 g/m2處理下的D最大，表明其更適合在固原地區播種密度為3 g/m2的條件下種植;鹽池試點的7 g/m2處理下的D最小，表明其不適宜在鹽池地區播種密度為7 g/m2的條件下種植。結果表明，該植物最適宜在固原地區種植，且 3 g/m2 為最佳播種密度，其次是銀川試點和鹽池試點。

3 討論與結論

3.1 各區試點匈牙利能源草Szarvasi-1的生長表現

氣候是影響植物適應性的主要因素之一，而溫度和降水量是決定區域性氣候的關鍵因素[8-9]，也和引種成敗緊密相關。基于氣候等自然條件，引種時應充分考慮牧草的生長習性是否適合在引種區栽植，有效避免不必要的損失，豐富牧草種質資源[10]。本研究正是考慮到寧夏地區區域性氣候的差異，選擇了最具代表性的銀川、中部干旱帶鹽池和南部山區固原作為試驗地，對匈牙利能源草Szarvasi-1在不同地理環境下的生長表現進行比較。已有研究發現，燕麥、苜蓿等牧草的葉、莖、穗、株高等性狀和生存環境存在相關性[11-12]，草產量除了受植物本身遺傳特性的影響，還與種植密度、株高、分孽數等生物學性狀緊密相關[13]。

大量的研究證明，株高是生產性能的重要評價指標之一，在一定程度上反映出產草量的高低[14-15]。鮮干比能夠反映牧草的干物質累計程度及利用價值[16]。高承芳等研究發現，黑麥草的株高、分蘗數、鮮質量與播種密度均呈反比例關系，莖葉比與密度呈正比例關系[17]。本研究中，匈牙利能源草Szarvasi-1引種后在銀川、鹽池、固原地區的出苗率均超過90%;生長初期其株高在固原、鹽池兩地，播種密度為3 g/m2處理下表現突出，而銀川試點在5 g/m2處理下達到最大值。株高與總生物量、干草產量之間呈極顯著正相關，這與侯建杰等的研究結果[18-19]一致。同一示范點，分蘗數在1 g/m2處理下超過12個分支，并隨播種密度的增大而減少，但是與其他指標間不存在顯著相關關系，說明播種密度越大越不利于植物基部的分蘗，幼苗期是該植物迅速分蘗的關鍵時期，其遺傳特性相對穩定，可能受品種基因型控制。9月，葉長較生長初期明顯增加，同一播種密度下，3個區試點的排序為固原試點>銀川試點>鹽池試點。由此說明，生長旺盛期（6—9月）可能更有利于該植物地上部分的生長，尤其固原試點的葉長生長最快，這可能是固原地區自然條件相對較好，局部小氣候環境有利于牧草引種。6月，葉寬隨播種密度的增大而下降，銀川、鹽池試點在1 g/m2處理下達到峰值，說明適當的播種密度有利于葉片的橫向生長。總生物量隨生長季的延長而增加，各示范點表現出了不同的變化趨勢，其變化規律受生長時期的影響較大，田間播種密度的增加對匈牙利能源草Szarvasi-1生育進程無明顯影響，但總生物量隨之變化幅度較大，這與方波的研究結果[20]相似。

3.2 各區試點匈牙利能源草Szarvasi-1的產量分析

作物生產是群體條件下的表現，種植密度是影響產量的重要因素，適宜的種植密度有利于群體與個體協調生長，最大限度地提高群體對環境資源的利用率[21-22]。本試驗中，各示范點的鮮干比大體隨播種密度的增大而先下降后增加，在1 g/m2處理時達到峰值，3個示范點的排序為固原試點>銀川試點>鹽池試點。銀川試點Szarvasi-1能源草的干草產量隨播種密度的增加先升高后降低，在3 g/m2處理時達到最大值，而鹽池、固原試點在7 g/m2處理時達到峰值，說明播種密度的大小與其產量的高低直接相關。但是，由于鹽池試驗地前期灌溉條件不太理想，無法及時澆水，導致生長初期缺水，這在一定程度上影響到了總體長勢，可能還與土壤水分、地理位置等因素有關。

當然，準確評價牧草的適應性是牧草引種的基礎，衡量某一品種適應性的主要性狀因子較多，不能以某些單一性狀的方差分析來評價其生產性能的優劣以及品種的適應能力，其適應性是多因素相互作用形成的一個復雜生物學過程，每個因素與適應性之間都存在一定的聯系[23]，這就要借助主成分分析等方法對種質資源進行綜合評價。例如，對北方旱區苜蓿的某一性狀做方差分析進行單項評價[24-25]，難免會在分析中無所側重，很難得出客觀、合理的依據。因此，本研究通過對Szarvasi-1能源草各項農藝性狀進行相關性和主成分分析，綜合分析結果表明，該植物在固原地區產量最高，最適宜種植，且3 g/m2為最佳播種密度，其次是銀川和鹽池。但是由于刈割次數較少，導致無法衡量其1年的總產量。

3.3 不同生長時期匈牙利能源草Szarvasi-1的營養成分分析

牧草品種的綜合生產性能是鮮干草產量、粗蛋白含量、鮮干比、株高、根長、葉綠素含量等指標共同評估的體現[26-28]。其中，粗蛋白含量是反映牧草營養品質最具有代表性的指標，與其他農藝生長性狀之間既有聯系又有區別[23]，粗蛋白含量越高，其營養品質越好。本研究中，在整個生育期內，匈牙利能源草Szarvasi-1的營養成分隨生長時期的變化而存在差異。其中，粗蛋白和粗脂肪含量均在返青期達到峰值，表明返青期是牛羊采食的最佳時期，適口性好，這與侯健杰等的研究結果[18]相似。粗纖維含量在成熟期達到最大值;同時，該能源草還富含粗灰分、鈣、磷等營養元素。據文獻資料可知，該植物返青期的粗蛋白含量較玉米秸稈的5.9%高出6.40百分點，較小麥秸稈的2.6%高9.70百分點，較大麥秸稈的2.9%高9.40百分點，較豆科植物苜蓿的15.38%低3.08百分點，但是由于其產量遠高于苜蓿，單位面積粗蛋白總含量高于苜蓿，同時其粗纖維含量超過20%。綜上所述，匈牙利能源草Szarvasi-1是一種營養較全面的飼料植物，可以作為牧草在寧夏地區推廣應用。

當然，基于該植物多年生的特性，本試驗僅僅是種植1年的生長表現，加之刈割次數較少，無法衡量其總體產量，應進一步開展不同播種密度條件下該植物返青及第2年的生長狀況，增加刈割次數，延長營養生長期，提高利用率等方面的研究。因此，在實際種植過程中，充分考慮匈牙利能源草 Szarvasi-1 的生長特性，結合當地環境氣候條件，保證適當、合理的播種密度與刈割時間、次數，這樣才可能獲得高產。

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