应用灰色关联度分析法综合评价啃食强度对紫穗槐营养价值的影响

郭霞，刘雪云，周志宇，粱坤伦，王瑞

（兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州730020）

＊紫穗槐（Amorphafruticosa）又名棉槐，是一种易繁殖、多年生豆科丛生灌木，原产北美洲，20世纪20年代末作为观赏绿化树种引入我国，适应性强、分布范围广、生长快、耐寒、耐旱、耐湿、抗风沙、抗逆性极强的灌木［1］。紫穗槐茎叶量大，叶和嫩枝中含有丰富的蛋白质并且适口性较好，营养价值高，特别是叶粉蛋白质含量高，且含有大量维生素E。紫穗槐可作为畜禽如牛、羊、猪、鸡、兔等的日粮添加饲草料，明显的促进了畜禽的生长和体重积累［2］，所以紫穗槐可作为一种优良的饲料灌木种植。

近年来对紫穗槐的研究，主要集中于耐旱、耐盐的水土改良树种的研究［3］，对它的营养价值的研究只侧重于粗蛋白，而对其他的营养指标如可溶性糖、粗脂肪、粗灰分等较为系统综合研究的较少，为了使紫穗槐作为一种可利用的优良饲草，生产管理就必不可少，而啃食强度则是草地管理中的一个重要指标［4］，对牧草的产量和质量产生很大的影响。周志宇等［5，6］研究不同啃食强度对白沙蒿（Artemisiasphaerocephala）、沙拐枣（Calligonum mongolicum）的影响中发现这2种植物的啃食强度在大于30%以上会影响其生物量积累，过度啃食会影响正常生长。代平利等［7］研究表明轻度放牧比不放牧更增强了陌上菅（Carexthunbergii）的恢复能力且提高了牧草的品质。韩龙等［8］对不同刈割强度羊草（Leymuschinensis）草甸草原的生物量和生物群落研究表明，随着刈割强度增加生物量呈下降趋势而生物多样性呈增加趋势。董晓玉等［9］对黄土高原放牧与围封草地生物量和氮磷钾储量的研究表明，家畜采食不仅刺激牧草生长，还促进地上氮、磷向幼嫩器官重新分配，增加放牧草地地上活体的生物量和氮、磷含量，并由此导致7月围封草地地上活体的氮、磷贮量显著低于放牧草地。

灰色系统理论是近年来发展起来的一种分析理论，在农业和牧草引种、育种方面已有所应用［10－12］。在客观系统中，灰色系统分析可较为真实和全面地反映人们对客观系统的实际认识程度，不但可以给出质的定性解释，同时也可以给出量的确切描述［13］。本研究通过人工模拟的方法设计了5组不同啃食强度，为20%，40%，60%，80%，100%（占植株地上部分的比例），应用灰色关联度分析法对人工模拟不同啃食强度处理下紫穗槐叶、茎的营养价值指标综合评价，探究紫穗槐在何种程度啃食强度下具有最佳营养品质，为提高家畜对紫穗槐的利用率及其饲用价值提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验在兰州大学榆中校区试验田进行。试验样地位于兰州大学榆中校区（35°57′N，104°09′E），该区大陆性半干旱气候，大陆性季风气候明显，特点是降水少，日照多，光能潜力大，气候干燥，昼夜温差大，年日照时数为2 600 h，年均温7.7℃，降水量382 mm，无霜期为180 d。土壤类型为灰钙土。

1.2 试验设计

供试材料为实验地紫穗槐，于2008年4月17日播种，行间距与株间距均为1 m，样地面积为6 m×50 m和10 m×50 m。于2009年4月20日对试验田的所有植株齐根平茬，2009年5月30日定株，共选取长势相近的植株25株，试验设5组不同人工模拟啃食强度处理，为20%，40%，60%，80%，100%（占植株地上部分的比例），每组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日按不同强度对相应的植株进行刈割处理。分别为，编号1－5株啃食强度为20%（D1－1、D1－2、D1－3）、编号6－10株啃食强度为40%（D2－1、D2－2、D2－3）、编号11－15株啃食强度为60%（D3－1、D3－2、D3－3），编号16－20株啃食强度为80%（D4－1、D4－2、D4－3）、编号21－25株啃食强度为100%（D5－1、D5－2、D5－3）（D1－1为6月取样，D1－2为7月取样，D1－3为8月取样，其他代号类同，以下为了叙述方便以代号表示）。剪下的新鲜植株茎、叶分离称鲜重，之后在120℃杀青30 min，再在65℃下烘48 h，称干重。茎、叶干样分别粉碎后待用。

1.3 营养成分的测定方法

紫穗槐茎叶经粉碎后，进行如下项目的测定：1）粗灰分（Ash），在600℃的高温下，把试样灼烧氧化后，用分析天平称重。2）中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）采用范氏（Van Soest）洗涤纤维分析法。3）可溶性糖（WSC）采用蒽酮法。4）粗蛋白质（CP）用凯氏定氮法。5）P用钼锑抗比色法，在721型分光光度计上于波长660 nm处测定。6）K用火焰分光光度计测定［14］。

1.4 分析方法

根据灰色系统理论，把供试紫穗槐的啃食强度作为一个灰色系统，每个不同的啃食强度处理看作是灰色系统的一个因素，计算系统中各因素的关联度，关联度越大则相似程度就越高，反之则越低［4－7］。通过计算不同啃食强度下紫穗槐营养物质含量与“理想啃食强度”（由供试紫穗槐的各营养指标最大值组成）营养成分指标之间的关联度，应用营养价值关联度的高低比较，进一步确定紫穗槐的最佳被啃食强度。

设参考数列为X0，被比较数列为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）｝，则

2 结果与分析

2.1 确定参考数列，即理想啃食强度的各个营养指标及权重

设计一个理想啃食强度处理数据，即供试紫穗槐的各营养指标最大值，作为“参考数列”X0（k），根据研究结果和经验对各性状给予相应的权重W（k），本研究权重参照汤瑞凉和王龑［15］的方法，所得结果见表1。

2.2 比较数列

供试不同啃食强度处理紫穗槐的营养价值指标数值构成比较数列X i（k）。见表2和表3。

表1 参考数列X 0与权重W（k）Table 1 The referenced number sequences（X 0）and nutrition indicators weights W（k）

表2 不同啃食强度紫穗槐叶的营养价值Table 2 The nutritional value of leaf of A.fruticosa on different defoliation intensities %

2.3 无量纲化处理

对原始数据进行初值化处理，即所有相应的Xi（k）数据除以X0（k）各点的数值，使原始数据无纲量化，见表4和表5。

2.4 求关联系数及其关联度

表3 不同啃食强度紫穗槐茎的营养价值Table 3 The nutritional value of stem of A.fruticosa on different defoliation intensities %

表4 不同啃食强度紫穗槐叶的无量纲化处理Table 4 Dimensionless method on leaf of A.fruticosa on different defoliation intensities

2.5 关联度排序

营养价值的高低是评价牧草是否优良的重要指标，主要取决于所含营养成分的种类和数量［16］，从表2和表3中可以看出以下结果：

1）7月份刈割的啃食强度20%（D1－2）的叶中粗蛋白含量25.12%和6月份刈割的啃食强度为40%（D2－1）的茎中粗蛋白含量15.66%高于其他各处理，叶、茎中最低粗蛋白含量19.55%和9.82%分别为8月份刈割的啃食强度100%（D5－3）和80%（D4－3）。

表5 不同啃食强度紫穗槐茎的无量纲化处理Table 5 Dimensionless method on stem of A.fruticosa on different defoliation intensities

表6 不同啃食强度紫穗槐叶与“参考数列”的关联系数及关联度Table 6 Grey correlative coefficients and correlation degrees between leaf of A.fruticosa on different defoliation intensities and reference number series

表7 不同啃食强度紫穗槐茎与“参考数列”的关联系数及关联度Table 7 Grey correlative coefficients and correlation degrees between stem of A.fruticosa on different defoliation intensities and reference number series

表8 不同啃食强度紫穗槐叶与“参考数列”关联度的3个月平均值及排序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）粗灰分最高含量为8月份刈割的啃食强度60%（D3－3）叶中7.70%和6月份刈割的啃食强度为20%（D1－1）茎中6.28%。最低含量为6月份刈割的啃食强度20%（D1－1）叶中5.23%和8月份刈割的啃食强度为20%（D1－3）茎中3.72%。

3）可溶性糖含量叶中最高含量8.11%为6月份刈割的啃食强度40%（D2－1）处理，茎中最高含量5.26%为8月份刈割的啃食强度20%（D1－3）处理，叶中最低含量2.05%为8月份刈割的啃食强度100%（D5－3）处理，茎中最低含量1.99%为7月份刈割的啃食强度80%（D4－2）处理。

各营养指标的含量在不同处理下参差不齐，洗涤纤维、磷、钾含量也和前面叙述的3种一样没有统一的规律，这样就没法根据某1种或2种营养物质含量最佳而去确定合理的啃食强度处理，但是灰色关联度分析法正好弥补了上面的不足，根据灰色系统理论中关联度的分析原则，关联度大的数列与“参考数列”指标最为接近，表8和表9中显示啃食强度40%时，紫穗槐叶、茎的关联度分别排序为第一和第二，轻度啃食状态下，紫穗槐营养价值的关联度排序较靠前；啃食强度大于40%时，紫穗槐叶和茎的营养价值关联度明显减小。等权关联度和加权关联度分析所得的结论基本一致，叶和茎的2种关联度排序的相关系数为R2＝0.93和R2＝0.94（图1）。

表9 不同啃食强度紫穗槐茎与“参考数列”关联度的3个月平均值及排序Table 9 Average grey correlation degrees and order of three months between steam of A.fruticosa on different defoliation intensities and reference number series

图1 紫穗槐叶、茎加权关联度与等权关联度的相关性Fig.1 The correlation between grey correlative degree and weighted grey correlative degree of leaf and stem of A.fruticosa

3 讨论与结论

近年来灰色关联度分析法在牧草方面的应用大多数集中于遗传育种和一些草坪品质评价［10－13］上，本研究用灰色关联度的分析方法来确定不同啃食强度对紫穗槐营养品质的影响，拓展了此方法的应用领域，同时由于灰色关联度分析法以各营养指标的相关性来综合全面的评价各个不同啃食强度的优劣性，避免了传统分析法中各种营养指标在同一处理中含量参差不齐导致的分析结果不一致。为了使试验结果更客观、全面，本研究还进行了加权关联度和等权关联度2种结果相关性检验，结果紫穗槐叶和茎2种关联度的相关系数R2都在0.95左右，这进一步证实了灰色关联度分析法可用于啃食强度处理的评判方面。

放牧对草原植物的影响国内外学者已作了大量的研究工作，取得了一定的进展［17－19］，放牧强度和啃食强度在一定程度上影响着草地的可持续发展，不同啃食强度可直接影响植株的株高、冠幅、分枝等，牲畜的过度啃食对植物的影响很大，可能导致植株变得低矮、稀疏，枝条的年龄结构有一定的改变，植物的可食性也会随之降低［20，21］。不同啃食强度对紫穗槐地上部分粗灰分、中性、酸性洗涤纤维、可溶性糖、粗蛋白、P、K的含量有极显著影响，随啃食强度的增加，地上部分的粗蛋白和P、K含量均明显降低，而粗纤维和粗灰分含量都先升高后降低。由于啃食强度的增加，营养物质的积累量也会有所变化。试验结果显示，不同啃食强度紫穗槐叶中各营养指标加权关联度排序为：D2＞D3＞D1＞D4＞D5；茎中各营养指标的加权关联度为：D1＞D2＞D3＞D5＞D4，可以看出啃食强度40%左右时，不影响紫穗槐的正常生长，反而经过适量的啃食后，茎秆上不断地长出新枝条，这样既增加了茎、叶产量，又使紫穗槐叶和茎的营养物质积累处于最佳状态。所以要得到最佳紫穗槐营养品质，其啃食强度要控制在40%左右为宜。

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