新疆天山东部平原区引种苜蓿品种的灰色关联度分析与综合评价

张云玲,张 晶,马 丽,秦 明,孙 强,王宏洋

(1.新疆维吾尔自治区草原总站，新疆 乌鲁木齐 830049； 2.哈密市草原工作站，新疆 哈密 839000)

紫花苜蓿(Medicagosativa)是豆科苜蓿属多年生牧草，在全国乃至世界种植最多，被世界上公认为“牧草之王”，具有适应性强、产量和蛋白质含量高等优点。不同的紫花苜蓿品种适宜种植的地区不同，根据各种植区的气候特点筛选适宜引种的苜蓿品种，是建植高产优质人工草地的关键环节。影响苜蓿生产性能的因子较多，若仅通过单个性状如干草产量、干鲜比、茎叶比、生长速度等之间的差异作为适宜引种的标准，割裂了各个性状因子对品种综合生产性能的综合影响[1]。因此，灰色关联度分析法是综合评价品种的各个性状及品种之间的关联性，通过对比与标准品种之间的相似度，筛选出影响生产性能的主要因子及适宜引种的苜蓿品种，对当地草牧业发展具有重要的现实意义。

新疆地处西北内陆，具有天山、阿尔泰山、昆仑山三座山脉，其中天山山脉横亘新疆中部，是新疆的主要山脉。天山东部主要包括哈密地区、吐鲁番地区，该区域属于温带大陆性干旱气候，干燥少雨，昼夜温差大。畜牧业是天山东部区域的传统产业，畜牧业的发展主要依靠天然草原和农作物秸秆，由于牲畜数量持续增长，天然草原放牧压力日益凸显，草原生态退化严重，天然草原的生产能力也越来越不能满足市场对优质畜产品增长的需求，严重制约了牧民收入、生产生活和条件改善。通过综合评价筛选适宜的草品种进行人工建植，为天山东部灌区提供优质饲草料，特别是蛋白质饲料，是发展当地草地畜牧业的基础。

近年来，诸多学者对引进苜蓿品种在不同区域的适应性进行研究，并利用灰色关联度对不同地区的苜蓿引种进行综合评价和分析[2-10]。新疆有关紫花苜蓿的引种适应性评价较少，韩兵兵等[10]对新疆兵团农六师奇台垦区进行紫花苜蓿引种试验，利用DPS(Data processing system)进行适应性评价，并筛选出适应推广的优良品种。韩路等[11]在新疆北部对苜蓿品种进行筛选，应用灰色关联度法对苜蓿的茎粗、产量、抗病能力、株高、分枝数等因子进行综合评价，筛选出适应该区域引种的苜蓿品种。周乐等[12]对南疆喀什地区的紫花苜蓿引种情况进行报道，通过苜蓿物候期、株高以及产草量等的差别，初步筛选出在喀什地区的适应推广品种。通过对新疆天山东部平原区引种的苜蓿品种利用灰色关联度法进行综合评价，比对12个国内外引进的紫花苜蓿品种的生产性能，以期筛选出适宜该区域种植的优良紫花苜蓿品种，为当地的草牧业发展、优质草品种培育、草品种引种推广和高标准饲草料地建设等提供理论支撑。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地设在哈密市托什坎布拉克村，位于哈密盆地底部，E 93°25′08.64″，N 42°49′32.87″，海拔750 m，属典型的大陆性气候，气候温热，极端干旱，全年降水量33.9 mm，年均温9.8 ℃，最热月均温35℃，最冷月均温-4℃，极端最高温度43.9℃，极端最低温度-32℃，无霜期211 d，初霜日10月26日，终霜日3月26日，≥0℃年积温3 400℃，≥10℃年有效积温4 058℃。土壤属于粘壤土，有机质含量16.7 g/kg、速效氮28 mg/kg、速效磷17.6 mg/kg、速效钾687 mg/kg，土壤pH 7.87，试验地浇水采取漫灌。

1.2 试验材料

供试苜蓿品种12个，9个是国外引进品种，3个是国内优良品种(表1)。

表1 试验品种

1.3 试验处理

试验采用随机区组，2015年春播，播种时当地气温21℃，小区面积3 m×5 m，重复4次。播种采用条播，每小区10行，每行播种量5.2 g，行距30 cm，播种深度3～5 cm。试验地漫灌，2017年共灌溉8次。每年春季撒施尿素166.7 g/ m2、复合肥111.1 g/ m2，秋季撒施尿素111.1 g/ m2，有机复合肥55.6 g/ m2。

表2 苜蓿品种2015～2016年主要物候期

1.4 测定指标与方法

测试指标于试验第2年、第3年采集，年累计干草产量(x0)、平均生长速度(x2)每年3次刈割期测定；越冬率(x3)于4月中旬苜蓿返青后统计；平均株高(x1)、叶茎比(x4)、干鲜比(x5)、茎粗(x6)、叶长(x7)、叶宽(x8)、主根粗(x9)、叶绿素含量(x10)、叶片氮含量(x11)、粗蛋白含量(x12)、粗脂肪含量(x13)、粗纤维含量(x14)指标在第2年苜蓿初花期第1次刈割分别测定。

草产量：全年初花期刈割测产草产量的干重。

越冬率：在每小区中选择有代表性的样段3处，每样段长1 m，作好标记。在越冬前及第2年返青后分别统计样段中植株总数，计算越冬率。

生育时期观测：50%幼苗出土后为出苗期；50%的植株返青为返青期；50%植株长出侧枝1 cm以上为分枝期；50%植株有花蕾出现为现蕾期；20%植株开花为初花期；50%植株有荚果出现为结荚期。

平均株高：刈割前每小区随机取10株，测量从地面至植株的最高部位的绝对高度，求其平均值。

叶茎比：第1次刈割测产后，随机从每小区取3把草样，将4个重复的草样混合均匀，取约1 000 g，将茎、叶(含花序)两部分分开，烘干后求叶茎比。

干鲜比：样品干重占鲜重的比值。

平均生长速度：第1茬刈割测产前，每个小区选取有代表性植株10株的平均株高与生长天数的比值。

叶长、叶宽：第1茬刈割测产前，每个小区选取有代表性植株5株，同一高度、同一部位复叶的中间小叶叶基到叶尖的距离为叶长，最宽处距离为叶宽，最终取平均值。

主根粗：第1茬刈割测产前，每个小区选取有代表性植株5株，测主根同一高度的根茎直径。

叶绿素含量、叶片氮含量：第1茬刈割测产前，每个小区选取有代表性植株5株，选取同一高度、同一部位大小均匀、完整复叶的中间小叶，使用植物营养测定仪测定叶绿素含量、叶片氮含量，分别取5次平均值。

营养成分测定：从每小区随机取3～5份草样，将4个重复的草样混合均匀，取约1 000 g的样品，称取鲜重后的样品置于烘箱中烘干后，使用凯氏定氮法测定粗蛋白含量，灰化法测定粗灰分，索氏提取法测定粗脂肪(含量)。

1.5 灰色关联分析

选取苜蓿品种的15个主要指标，分别为干草产量、平均株高、平均生长速度、越冬率、叶茎比、干鲜比、茎粗、叶长、叶宽、主根粗、叶绿素含量、叶片氮含量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗纤维含量作为评价因子，其中，粗蛋白含量、粗脂肪含量、灰分含量3个性状属于营养品质性状，其余12个性状为农艺生长性状。以高产为目的，将干草产量设为参考数列。根据灰色关联系统，将苜蓿的干草产量和其他14个性状视为一个整体[13]。平均株高、平均生长速度、越冬率、叶茎比、干鲜比、茎粗、叶长、叶宽、主根粗、叶绿素含量、叶片氮含量、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维14个主要性状分别设定为比较数列x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10、x11、x12、x13、x14，通过分析各数列(xi)与参考数列(x0)的相似程度来判断性状之间的关联系数和关联度[19]。

(1)

(2)

式中：Ψi(k)是x0和xi的关系系数，|x0(k)-xi(k)|=Δi(k)表示x0数列与xi数列在k点的绝对差，minimini|x0(k)-xi(k)|为二级最小差值，maximaxi|x0(k)-xi(k)|为二级最大差值；ρ为分辨系数，试验中取0.5，视为同等重要。r(i)为关联度，是具体反映比较数列与参考数列之间关联性的度量[1]。

2 结果与分析

2.1 不同品种间各生产性状的灰色关联度分析

主根粗性状差异最大，极差为9.733，变异系数为23.27%；其次为粗脂肪，极差为30.705，变异系数为19.79%；第3为干草产量，极差为8.177，变异系数13.20%。15个性状在12个苜蓿品种之间变异大小排名顺序是：主根粗>粗脂肪>干草产量>灰分>平均生长速度>粗蛋白>叶宽>叶长>干鲜比>叶茎比>茎粗>平均株高>叶绿素含量>叶片氮含量>越冬率(表3)。

将各性状的原始数据进行均值无量纲处理(xi=xi(k)/x)。根据无量纲处理数据求出x0与xi各对应点的绝对差值，即Δi(k)=|xi-x0|。在绝对差值中求出二级最小差值为0.006 0，二级最大差值为0.439 7。将二级最小差值、二级最大差值分别代入关联系数公式中，得出各材料不同性状与干草产量的关联系数[1-2,13]，试验分辨系数为0.5，视为同等重要[1]。

将关联系数代入关联度公式中[1,13]，计算出14个性状与干草产量的关联度。在灰色关联分析中，关联度的大小表示对该因子作用的大小。与干草产量的关联度大小的顺序为平均生长速度>茎粗>叶宽>平均株高>叶茎比>叶绿素含量>干鲜比>越冬率>叶片氮含量>叶长>粗蛋白>灰分>主根粗>粗脂肪。结果表明，对苜蓿干草产量影响最大的是平均生长速度，其次是茎粗和叶宽，粗脂肪对其影响最小(表4)。

表3 供试品种各性状的测定值

表4 供试品种各性状的关联度

2.2 引种苜蓿品种的综合评价

通过国内外对引进的12个紫花苜蓿品种的多个性状进行测试分析，利用灰色系统理论和应用数列间的相似程度来判断两个因素之间的关联程度，关联度大的数列与标准数列最接近。为达到苜蓿高产的目标，建立标准品种的干草产量高于参试品种中最大值的5%，其他性状的数值稍高于参试品种中的最大值[1,15]。各生产性能最高值分别为，干草产量最高的为骑士、平均株高最高为中牧一号、平均生长速度最高为驯鹿、越冬率最高为WL343、叶茎比最高为甘农三号、干鲜比最高为驯鹿、茎粗最高为骑士、叶长最高为WL343、叶宽为冰驰、主根粗为WL343、叶绿素最高为WL343、叶片氮含量最高WL343、粗蛋白最高为敖汉、粗脂肪最高为拉迪诺、灰分最高为WL343。

标准品种各性状参数设置分别为，干草产量25 t/hm2；平均株高102.34 cm；平均生长速度1.82 cm/d；越冬率为100%；叶茎比1.36；干鲜比0.32；茎粗3.91 mm；叶长33.32 mm；叶宽15.29 mm；主根粗20.78 mm；叶绿素含量58.70 CC；叶片氮含量4.72 mg/g；粗蛋白18.9%；粗脂肪71.24 g/kg；灰分12.143 3%。

minimini|x0(k)-xi(k)|=0.050 0，maximaxk|x0(k)-xi(k)|=0.950 7

参试品种与标准品种的关联度大小分别为WL343>骑士T>拉迪诺>冰驰>驯鹿>阿迪娜>勇士>中牧一号>东苜一号>敖汉>阿尔冈金>甘农三号。表明WL343关联度大最大、骑士T第2，拉迪诺第3；甘农三号关联度最小(表5)。

表5 供试各品种的关联度

3 讨论

苜蓿品种的综合生产性能评价可选择鲜草产量、粗蛋白含量、干鲜比、叶绿素含量等指标[13]，通过对各性状进行标准化处理，最大程度地反映各性状的真实水平和优良特性，并且在分析评价品种间差异的基础上对各指标赋予不同的权重值，综合所有品种的最优特征构造标准品种，有效提高了品种综合评估的有效性和准确性。试验发现，以干草产量作为参考，对苜蓿干草产量影响最大的是平均生长速度，其次是茎粗和叶宽。

新疆天山东部平原区风大干旱少雨，冬季温度较低，12个品种的越冬率都在98%，均表现出很好的抗寒性。

粗蛋白含量、粗脂肪、灰分等成分决定苜蓿的营养价值，粗蛋白含量高，苜蓿的营养价值高；粗脂肪是产生热能的主要物质；灰分代表苜蓿中所含的矿物质含量，这些物质含量高代表苜蓿的品质好。不同的品种在适宜生长的区域由于土壤和气候的差异会导致蛋白质、粗脂肪、灰分含量有一定差异。苜蓿蛋白质含量主要存在于叶片中，所以，苜蓿品种中叶茎比含量高的牧草的适口性好、营养价值高。在研究中，叶宽最宽的品种为冰驰，其次为中牧一号、阿迪娜；叶长最长的为WL343，其次为拉迪诺、中牧一号；叶茎比最大的为甘农三号，其次为骑士、冰驰。叶宽、叶长、叶茎比、叶绿素含量、叶片氮含量的指标对蛋白质的影响，有待于下一步研究。

4 结论

通过对新疆天山东部平原区引种紫花苜蓿品种应用灰色关联度分析表明，WL343、骑士T、拉迪诺与标准品种相似度较大，生产性能的综合表现较好，适宜在新疆天山东部平原区引种；敖汉、阿尔冈金、甘农三号与标准品种的相似度小，生产性能表现相对差，以草品种高产为目的种植不建议引种。WL343综合排名最前，以高产为目的的综合生产性能最好，适宜在该地区大面积推广；敖汉的粗蛋白含量最高，拉迪诺粗脂肪最高，但是综合排名中敖汉第10，拉迪诺第3。敖汉、阿尔刚金、甘农三号在综合评价中排名较低，这与大田观测的结果相符。