黔西北岩溶区九种灌木综合营养价值评价

孙红，于应文＊，马向丽，牟晓明，廖加法

（1.草地农业生态系统国家重点实验室 兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州730020；2.云南农业大学动物科学技术学院，云南 昆明650201；3.贵州省威宁县贵州高原草地实验站，贵州 威宁553100）

在山羊—灌丛放牧系统中，山羊日粮以灌木为主，一般占日粮组分的50%～80%，即使在饲草料丰富条件下，山羊对草本植物的采食量仍不高［1］。灌木作为山羊日粮主要成分，具有适应性强、利用期长、产量和营养价值高等优点［2］。相关研究表明，山羊对灌木的采食不仅与其养分含量和种类有关，还与家畜采食特性有关［3］。在我国南方草地中，分布着极其丰富的野生饲用灌木资源，灌丛草地约占草地总面积的30%［4］。据报道，灌木含有多种矿质成分和养分（蛋白质、氨基酸和维生素等）［2－3］，营养价值（CP、ME和 OMD等）较高［5］，生物活性物质（黄酮类、多糖、萜类、甙类、酚类、鞣质和烃类等）含量较充分［6－11］，具有很高的饲用和医疗保健价值。因此，明确灌木的种类和营养价值，认识和开发富含营养和特殊生物活性物质的野生灌木饲料，对放牧动物饲养管理和健康维持具有重要实践意义。

有关野生饲用灌木研究，诸多学者在种类调查和灌丛资源开发［12］、养分和矿质成分含量及饲料价值评价［2，5］、家畜采食［1］、生物活性物质分析［6－11］等方面进行较系统分析。在西南喀斯特地区，饲用灌木研究集中在云南、贵州、湖北等岩溶区［1－3，5］。研究表明，灌木饲料的矿质成分和养分含量高而全面，营养价值等级较高，山羊喜食灌木等。在灌木饲用价值研究领域，这些研究要么注重矿质成分分析，要么注重营养价值定量分析［2－3，5］；而将灌木矿质成分和营养价值整合的综合营养价值评价明显不足。同时，虽然目前常用多指标综合评价体系如模糊数学隶属函数法、灰色关联分析法和聚类分析等已在农业生产各领域中广泛应用［13－15］，但将这些方法应用于饲用植物养分和饲用价值综合评价的研究相对缺乏。

贵州省毕节地区地处典型岩溶地带，是以山地为主、丘陵和河谷错杂分布的高原山区，其低纬度高海拔的湿润亚热带季风气候，为野生饲用植物生长提供得天独厚的自然条件，境内野生饲用草本和灌木资源丰富，是贵州黑山羊的主要产区，山羊—灌丛放牧系统是该区域灌丛草地资源的主要利用方式之一。本研究以该区域广为分布的9种山羊喜食野生饲用灌木为研究对象，对其灌木矿质成分和营养价值进行定量分析，并运用模糊数学隶属函数法、灰色关联分析法和聚类分析对其综合营养价值进行评价和分类，为西南岩溶山区灌丛草地资源的开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

在对贵州黑山羊采食特性观察和日粮成分构成分析基础上，确定9种当地分布范围广、数量多，且山羊喜食的灌木为供试植物，分别为藤黄科的黄花香（Hypericumpatulumvar.henryi），马钱科的醉鱼草（Buddlejaofficinalis），杨柳科的中华柳（Salixcathayana），蔷薇科的红果蔷薇（Rosamairei）、悬钩子属（Rubuscorchorifolius）的火棘（救军粮）（Pyracanthafortuneana）和平枝栒子（Cotoneasterhorizontalis），胡颓子科的羊奶子（Elaeagnuspungens）以及山茱萸科的老母七（Dendrobenthamiacapitata）等。于2011年7月末在贵州威宁县（103°36′～104°45′E，26°36′～27°26′N）采集这9种植物嫩枝叶（山羊采食部分），每种植物均采集3个样品（即3次采样重复），每个样品均采集多株嫩枝叶。采集植物样风干后粉碎备用。

1.2 测定指标和方法

矿质元素：常量元素Ca、P、Na、K和Mg，以及微量元素Fe、Cu、Mn和Zn。营养价值：粗蛋白（CP，crude protein）、中性洗涤纤维（NDF，neutral detergent fiber）、酸性洗涤纤维（ADF，acid detergent fiber）、水溶性糖（WSC，water－soluble sugars）、代谢能（ME，metabolic energy）和有机物质消化率（OMD，organic matter digestibility）。其中，P和N含量用凯氏定氮法测定，K、Na、Mg、Ca、Mn、Zn、Cu和Fe用原子吸收光谱法测定；CP用凯氏定氮法测定，ADF和NDF用ANKOM－A200i半自动纤维仪滤袋技术测定，WSC用蒽酮比色法测定；具体分析方法参见《饲料分析及饲料质量检测技术》［16］和《草原生态化学实验指导书》［17］。所有测定指标均换算为干重。牧草ME和 OMD含量分别用 ME（MJ/kg）＝4.2014＋0.0236ADF（DM，%）＋0.1794CP（DM，%）［18］和 OMD（g/kg）＝ME（MJ/kg）/0.016［19］计算。

1.3 灌木营养价值评价

1.3.1 模糊数学隶属函数法 运用模糊数学隶属函数法［13］，分别对9种灌木的矿质成分、营养价值和综合营养价值进行评价。如测定指标与灌木营养价值呈正相关，由式（1）和式（2）计算各灌木营养价值；如测定指标在某一最适值时，其营养价值最高，则该指标以最适值为标准，先计算测定值与标准值之间的绝对值，再求其倒数后用式（1）和式（2）计算各灌木的养分价值。本研究中，仅ADF和NDF的营养价值依据最适值20.0%和27.5%［20］计算；其他指标均与灌木营养价值呈正相关，其营养价值均由式（1）和式（2）直接计算。

式中，Zij表示第i种植物的第j个指标的营养价值隶属值；Xij表示i种植物的第j个指标的测定值；Xjmax和Xjmin分别表示所有植物中第j个指标的最大和最小测定值；珚Zi为第i种植物的营养价值隶属均值；n为所测指标总数，对于矿质、营养价值和综合营养价值评价，n分别为9，6和15。

1.3.2 灰色关联分析 将9种灌木的9个矿质元素指标、6个营养价值指标和15个综合营养价值指标（9个矿质元素指标＋6个常规营养价值指标）及其各自的隶属函数均值分别视为1个灰色系统。将各灌木的矿质元素含量、营养价值和综合营养价值的平均隶属函数值分别作为参考数据列X0，9个矿质元素、6个营养价值指标和15个综合营养价值指标作为对应的比较数据列。因各指标量纲不同，按式（3）对各原始数据进行标准化处理，使之无量纲。各原始数据经标准化处理后，先按式（4）计算参考数列（平均隶属函数值，即各指标最大值）X0与比较数列（各指标）Xi各对应值的关联系数r0i（k）［14］，再按式（5）分别计算各灌木种类的矿质成分、营养价值和综合营养价值的关联度r0i。

式（3）中，Xi（k）为原始数据，Xi′（k）为原始数据无量纲处理后结果，Xmax为同一指标最大值。

式（4）中，i为某个指标，r0i（k）为比较数列Xi对参考数列X0在第k点的关联系数，p为分辨系数，p∈（0，1］，本文采取折中的办法，取p＝0.5。

式（5）中，r0i为比较数列Xi与参考数列X0的关联度，n为所测指标总数，对于矿质成分、营养价值和综合营养价值评价，n分别为9，6和15。

1.4 数据分析

采用SPSS 17.0分别对矿质元素含量和营养价值各指标数据进行植物种类间差异显著性分析和0.05水平的LSD检验；分别对9种灌木的矿质成分、营养价值和综合营养价值进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 9种灌木矿质成分分析

常量元素Ca、P、K和Mg含量在植物种间均差异极显著（P＜0.001），而Na含量在植物种间差异不显著（P＞0.05）（表1）；不同植物比较，Ca含量为悬钩子和中华柳最高，红果蔷薇次之，黄花香、醉鱼草和羊奶子最低；P含量为救军粮和黄花香最高，悬钩子和平枝栒子次之，老母七、中华柳和红果蔷薇最低；Na含量为平枝栒子最高，救军粮最低，其他植物界于二者之间；K含量为老母七最高，中华柳次之，平枝栒子最低；Mg含量为悬钩子最高，平枝栒子次之，羊奶子最低。

微量元素Cu含量在植物种间差异不显著（P＞0.05），Fe、Zn和Mn含量在植物种间差异极显著（P＜0.001）（表2）。其中，Fe含量为悬钩子最高，老母七、醉鱼草和平枝栒子次之，黄花香、中华柳、红果蔷薇、羊奶子和救军粮含量较低；Cu含量为平枝栒子、救军粮、悬钩子和红果蔷薇最高，黄花香和羊奶子次之，醉鱼草、老母七和中华柳最低；Mn含量为羊奶子最高，红果蔷薇次之，黄花香最低；Zn含量为中华柳最高，老母七次之，羊奶子最低。

表1 9种灌木常量元素含量（均值±标准差）Table 1 Contents of major elements in the nine shrubs（mean value±standard deviation） %

表2 9种灌木微量元素含量（均值±标准差）Table 2 Contents of trace elements in the nine shrubs（mean value±standard deviation）

2.2 9种灌木营养价值分析

ME、CP、WSC、ADF、NDF和OMD含量在植物种间均差异显著（P＜0.001）（表3）。其中，CP含量为羊奶子最高，黄花香、悬钩子、救军粮和平枝栒子次之，醉鱼草、老母七和红果蔷薇最低；WSC含量为黄花香、老母七和红果蔷薇最高，醉鱼草和中华柳次之，悬钩子、平枝栒子和羊奶子最低；不同植物间ADF和NDF含量变化类似，均为羊奶子最高，醉鱼草、中华柳和平枝栒子次之，红果蔷薇和黄花香最低，其他3种灌木的NDF和ADF较低；不同植物之间的ME和OMD变化类似，均为羊奶子最高，平枝栒子和悬钩子次之，其他6种灌木的较低。

表3 9种灌木营养价值（均值±标准差）Table 3 Contents of nutritive value in the nine shrubs（mean value±standard deviation）

2.3 9种灌木矿质和营养价值及综合营养价值评价与聚类分析

结合模糊数学隶属函数法和灰色关联分析数据及聚类分析结果，对其矿质、营养价值和综合营养价值进行评价和分类。

9种灌木按矿质成分分为4类：（1）悬钩子和平枝栒子的隶属函数值和关联度均最高，为0.5772～0.6159和0.7598～0.6911，归为1类，属高矿质灌木；（2）老母七和中华柳的隶属函数值和关联度次之，分别为0.4784～0.5772和0.7003～0.7063，归为第2类，属较高水平矿质灌木；（3）羊奶子和红果蔷薇的隶属函数值和关联度居中，为0.2759～0.5277和0.6173～0.6752，归为第3类，属中等矿质含量灌木；（4）黄花香、救军粮和醉鱼草的隶属函数值和关联度最小，为0.1792～0.3381和0.5524～0.5825，归为第4类，属低矿质灌木（表4，图1a）。

表4 9种灌木矿质和营养价值及综合营养价值评价Table 4 Evaluation on mineral elements，nutritional value and comprehensive nutritional values for the nine shrubs

图1 9种灌木的矿质成分（a）、营养价值（b）和综合营养价值（c）聚类分析Fig.1 Cluster analysis on the mineral elements（a），nutritional values（b）and comprehensively feeding values（c）of nine shrubs

9种灌木按营养价值分为4类：（1）救军粮的隶属函数值和关联度最高，分别为0.6228和0.7893，归为第1类，属高营养价值灌木；（2）羊奶子的隶属函数值和关联度次之，为0.5011和0.6801，归为第2类，属较高营养价值灌木；（3）老母七的隶属函数均值和关联度居中，为0.3564和0.6380，归为第3类，属中等营养价值灌木；（4）黄花香、醉鱼草、中华柳、悬钩子、红果蔷薇和平枝栒子的隶属函数值和关联度较低，为0.1800～0.3754和0.5710～0.6208，归为第4类，属低营养价值灌木（表4，图1b）。

9种灌木按综合营养价值（9种矿质和6种营养价值共15种）分为：（1）悬钩子和平枝栒子的隶属函数值和关联度最高，分别0.4961～0.5197和0.6524～0.6923，归为第1类，属优等饲料；（2）虽然老母七、中华柳、羊奶子、红果蔷薇和救军粮的聚类分析结果均单独成为1类，但其隶属函数值和关联度居中，为0.3660～0.47472和0.6377～0.6790，故将其最终归为1类，即属良等饲料；（3）黄花香和醉鱼草的隶属函数值和关联度最低，为0.2143～0.3472和0.5632～0.5978，归为第2类，属中等养分价值饲料（表4，图1c）。对比分析发现，聚类分析与隶属函数法和关联分析法对9种灌木的矿质成分或营养价值或综合营养价值的总体评价结果类似，关联分析的灌木矿质成分与聚类结果更一致，而模糊数学隶属函数法分析的灌木营养价值则与其聚类结果更一致；这说明，3种方法结合可对9种灌木营养价值进行客观评价。

3 讨论

本研究表明，9种灌木的主要矿质元素含量分别与青绿青贮饲料和典型放牧地的Ca含量0.3%～0.8%和0.23%～1.23%、Na含量0.2%～0.3%和0.08%～0.32%、Mg含量0.1%～0.3%和0.14%～0.34%、Zn含量5.0～30.0mg/kg和25～50mg/kg，Mn含量16.0～94.0mg/kg和50～100mg/kg，Cu含量3.0～11.0 mg/kg和3.5～18mg/kg接近或比后者高［19，21］，其Fe含量也比典型放牧草地＞100mg/kg［21］；虽然本研究9种灌木的K含量在赵彦光等［22］报道的云贵高原黑麦草（Loliumperenne）/白三叶（Trifoliumrepens）草地的0.3%～3.6%范围内，全P含量与黄芬等［2］报道的黔西南区27种灌木的0.07%～0.31%接近，但均比典型草地的P含量0.3%～0.4%以及K含量2%～4%［21］低。这说明从矿质成分看，除P和K外，9种灌木矿质成分均符合放牧家畜日粮饲料需求标准。同时，从营养价值看，除醉鱼草、老母七和红果蔷薇外，本研究中其他6种灌木的CP含量均与常见禾草，如玉米（Zeamays）（10%）、大麦（Hordeumspp.）（11%）、黑麦（Secalecereale）和小麦（Triticumaestivum）（12.4%）等［19］以及优质黑麦草/白三叶草地的11.8%～15.6%接近或比其略高［23］；这说明单独使用这些灌木饲草就能满足放牧家畜CP需求。9种灌木的WSC除羊奶子外，均比黄芬等［2］报道的黔西南区27种灌木的2.7%～10.2%高；虽然9种灌木的ME比一般反刍动物营养价值标准中青绿饲料的8.2～12.1 MJ/kg［19］和典型放牧黑麦草/白三叶草地的50%［23］低，但其 ADF和 NDF更接近二者的最适值20%和27.5%［20］，优于典型放牧黑麦草/白三叶草地的25%和53%［23］。据此认为，本研究9种灌木为中等和良等饲料。此外，本研究也表明，灌木矿质成分和营养价值因植物种不同而异，同种植物矿质成分和营养价值评价结果亦存在分异；这说明，为利于矿质成分和营养价值的均衡，灌木饲料开发需多种植物配合使用，这样才能满足家畜营养需求。

模糊数学隶属函数法、灰色关联分析法和聚类分析等是农业应用中常用多指标综合评价体系，其中，模糊数学隶属函数法和灰色关联分析法可较为真实全面反映人们对客观系统的实际认识程度，能对评价系统给出质的定性解释和量的确切描述，还能对评价对象进行大致分类，而聚类分析可对多指标评价对象进行客观评价和较准确分类［13－14］。本研究在综合考虑植物自身养分基础上，选用9个常见矿质成分和6个常见营养价值指标作为灌木综合营养价值评价依据，采用模糊数学隶属函数法和灰色关联分析法，对9种灌木饲用价值进行定量评价，并与对应聚类分析结果进行对比；结果表明，两种方法对9种灌木矿质成分、营养价值和综合养分价值的评价结果基本一致，并与对应的聚类分析结果吻合。这说明，本研究采用的模糊数学隶属函数法和灰色关联分析法能对9种灌木的矿质成分、营养价值和综合营养价值进行客观评价，聚类分析能按灌木养分状况对其进行合理分类。由此认为，模糊数学隶属函数法和灰色关联分析法与聚类分析法相结合，能对多指标饲用植物的综合营养价值进行较好评价，可作为饲草料营养价值评价的一个新方法，应用于牧草多指标营养价值和饲用价值评价中。

本研究结果之一，黄花香和醉鱼草的综合营养价值较低；但据研究区山羊日粮采食特性观察，山羊不仅大量采食这两种灌木，且山羊采食醉鱼草的频率远比黄花香高。这是由于虽然黄花香和醉鱼草矿质成分和营养价值低，但二者均含一些特殊生物活性物质，如黄花香含黄酮类和一定金丝桃素、间苯三酚类化合物、挥发油等［10］，醉鱼草含黄酮类、环烯醚萜甙类、苯丙素酚甙、倍半萜烯类、三萜和皂甙和木质素类［8］；这些生物活性物质不仅具有很高医疗保健价值，还具消炎、止疼、活血化淤、助消化、软化血管、降血压等功效［8，10］。本研究其他灌木如红果蔷薇、悬钩子和羊奶子亦含黄酮类、鞣质、多糖、萜类、皂甙和甾类［6－7，9，11］，救军粮和平枝栒子含烃类和萜类等［11，24］。从而在山羊—灌丛放牧系统中，山羊通过采食充足具有这些特殊生物活性物质的灌木后，不仅能防治因活泼好动而造成的身体破裂出血和伤口愈合，还可防治因采食多样日粮植物种类而造成的消化不良等问题；同时，山羊也由于采食较多的多样性日粮成分和食疗保健灌木，而使其更健康，亦使其肉质品质改善，口感增强。这说明，进行野生饲用灌木综合营养价值评定时，仅从矿质成分和常规营养价值两方面仍不能客观反映其综合营养价值，还需考虑灌木日粮中的特殊生物活性物质。

分析已有山羊—灌木放牧系统中灌木日粮养分和饲用价值评价研究，发现学者对灌木饲用价值的评定，多聚焦于灌木矿质成分、养分和营养价值［2－3，5］，少部分涉及家畜采食特性［1］。本研究和以往研究对野生灌木营养价值评价中，均忽略灌木中特殊生物活性物质。山羊与木本尤其是灌木饲料之间是否存在某种微妙的协同进化关系？能否从放牧山羊行为学与灌木养分和特殊生物活性物质结合角度，揭示草（灌木）—畜（山羊）之间的协同进化关系，以对饲用灌木营养价值和饲用价值评价提供新视野。

4 结论

聚类分析与隶属函数法和关联分析均能对9种灌木的营养价值进行客观评价，3种方法对9种灌木的矿质成分或营养价值或综合养分价值评价和分类结果类似。9种灌木的营养价值综合评价和聚类分析结果为，悬钩子和平枝栒子属优等饲料，老母七、中华柳、羊奶子、红果蔷薇和救军粮属良等饲料，黄花香和醉鱼草属中等价值饲料。未来灌木饲用价值评价中，在考虑灌木常规养分（如矿质和营养价值）与山羊采食特性和灌木特殊生物活性物质基础上，进行灌木养分和生物活性物质与山羊采食行为的整合研究，以更客观评价野生饲用灌木的综合饲用价值。

［1］ 万里强.长江三峡地区灌丛草地山羊放牧利用研究［D］.北京：中国农业科学院，2001.

［2］ 黄芬，曹建华，丁俊峰，等.黔西南岩溶区饲料灌木营养元素分析［J］.热带地理，2010，30（3）：237－241.

［3］ 杨泽新，蔡维湘.贵州灌丛草地几种常见灌木和草本类牧草营养成分含量变化规律研究［J］.中国草地，1994，（4）：54－58.

［4］ 中华人民共和国农业部畜牧兽医司.中国草地资源［M］.北京：中国科学技术出版社，1996.

［5］ 何蓉，和丽萍，王懿祥，等.云南19种豆科蛋白饲料灌木的营养成分及利用价值［J］.云南林业科技，2001，97（4）：60－64.

［6］ 徐治国，袁干军，杜方麓.蔷薇属植物的化学成分研究概况［J］.湖南中医药导报，2003，9（5）：62－63.

［7］ 孟祥娟，刘斌，热增才旦，等.悬钩子属植物化学成分及药理活性研究进展［J］.天然产物研究与开发，2011，23：767－775，788.

［8］ 张虎翼，潘竞先.醉鱼草属植物化学成分及生物活性研究进展［J］.国外医药·植物药分册，1995，10（5）：195－200.

［9］ 陈新.川渝地区胡颓子属药用植物资源研究［J］.成都中医药大学学报，2001，24（2）：40－42.

［10］ 肖志勇，穆青.金丝桃属植物化学成分研究进展［J］.天然产物研究与开发，2007，19：344－355.

［11］ 陈青，李祝，孙媚.蔷薇科火棘属和蔷薇属植物研究进展［J］.食品工程，2011，（3）：11－13，51.

［12］ 靖德兵，李培军，寇振武，等.木本饲用植物资源的开发及生产应用研究［J］.草业学报，2003，12（2）：7－13.

［13］ 王彩华，宋连天.模糊论方法学［M］.北京：中国建筑出版社，1988.

［14］ 邓聚龙.灰色系统基本方法［M］.武汉：华中理工大学出版社，1987

［15］ 郑伟，朱进忠，加娜尔古丽.不同混播方式豆禾混播草地生产性能的综合评价［J］.草业学报，2012，21（6）：242－251.

［16］ 杨胜.饲料分析及饲料质量检测技术［M］.北京：中国农业大学出版社，1999.

［17］ 甘肃农业大学.草原生态化学实验指导书［M］.北京：农业出版社，1987.

［18］ Rohweder D A，Barnes R F，Jorgensen N.Proposed hay grading standards based on laboratory analyses for evaluating quality［J］.Journal of Animal Science，1978，47（3）：747－759.

［19］ 麦克唐纳P，爱德华兹P A，格林霍夫J F D.动物营养学［M］.赵义斌，胡令浩，译.兰州：甘肃民族出版社，1992.

［20］ 杨凤.动物营养学［M］.北京：中国农业出版社，1993.

［21］ Grace N D.The Mineral Requirements of Grazing Ruminants［M］.Hamilton：New Zealand Society of Animal Production，Occasional Publication No 9，1983.

［22］ 赵彦光，洪琼花，谢萍，等.云贵高原石漠化地区人工草场营养价值评价研究［J］.草业学报，2012，21（1）：1－9.

［23］ Yu Y W，Fraser M D，Evans J G.Long－term effects on sward composition and animal performance of reducing fertiliser inputs to upland permanent pasture［J］.Grass and Forage Science，2011，66：138－151.

［24］ 贾佳，张晶，杨磊.水栒子种仁挥发性成分和脂肪酸的GC－MS分析［J］.黑龙江医药，2010，23（2）：167－169.