西藏12 份野生豆科牧草种质资源综合性状评价

2021-03-02马素洁孙晶远王向涛魏学红

草业科学 2021年12期

彭艳，马素洁，孙晶远，王向涛，孙磊，魏学红

（1.西藏农牧学院资源与环境学院, 西藏林芝 860000；2.西藏农牧学院动物科学学院, 西藏林芝 860000）

西藏野生牧草耐寒抗旱，适应性强，分布范围广，产草量高，营养丰富[1]。近年来，随着放牧加剧以及草地退化，冬春季节草料的严重不足已经成为制约高寒草地畜牧业生产发展的关键[2]。虽然西藏野生豆科牧草的种类不如禾本科牧草的种类多，但是野生豆科牧草适应能力强，生育期短，有更强的固碳能力，能有效改善草地的土壤肥力，防止水土流失，扭转草地畜牧业中蛋白质饲料不足[3-5]。目前，西藏栽培草地普遍种植的是一年生禾本科牧草燕麦（Avena sativa)，对优良野生豆科牧草选育的研究较少，野生豆科牧草种质资源质量及良种化程度较低。发展优良豆科牧草种植业可以调整西藏农业种植结构，有效促进高寒草地畜牧业的发展[5-6]。因此，对野生豆科牧草生产性能及营养价值进行综合评价，选择出适宜当地种植，产量高、品质较好的豆科牧草是促进高寒草地畜牧业发展的关键和基础，同时对高寒草地生态恢复具有重要意义。

优良牧草评价方法和指标不尽相同，选择合适的方法有利于开展品系评价。近年来，牧草生产性能与营养价值的评价普遍采用层次分析法、隶属函数分析法、灰色关联分析法、相似优先比法、聚类分析法等进行多指标综合评价[7-13]。然而在以往对牧草评价的研究中常常选取主观性的单一评价模型，且不同模型的权重的确定也存在差异，导致评价出的结果存在很大争议。因此，本研究采用主成分分析法、隶属函数分析法、灰色关联分析法、相似优先比法4 种方法，综合分析生产性能及营养价值指标，试图对12 份西藏野生豆科牧草进行更为真实、客观、全面的综合评价，筛选出优良的野生豆科牧草种质资源，以期为今后西藏野生牧草的深入挖掘及优良种质资源的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于西藏东南部林芝市巴宜区西藏农牧学院草业科学试验基地，地理位置为94°20′38.99″E、29°40′17.82″ N，海拔2 950 m。年均气温8.6 ℃，最冷月均温0.2 ℃，最热月均温15.6 ℃，≥ 10 ℃年积温2 000～2 200 ℃·d，无霜期210 d，年降水量650～750 mm，主要集中在5 月 - 9 月，相对湿度71% （图1)，无霜期为160～180 d，属于高原温暖半湿润气候，土壤为砂壤土。

图1 林芝市2018 年气温与降水Figure 1 The temperature and precipitation of Nyingchi in 2018

1.2 试验材料

供试材料来自西藏优良豆科牧草种质资源评价和研究项目组于2016 年8 月 - 2018 年8 月对西藏野生豆科优良牧草种质资源的调查和搜集，共采集15 属40 种野生豆科牧草。从中筛选12 份优质豆科牧草种质资源进行栽培试验（表1)。

表1 供试豆科牧草种质资源来源Table 1 The origin of legume forage germplasm used for testing in this study

1.3 试验方法

试验于2018 年6 月1 日播种，播种前施入底肥后翻耕以条播进行播种。采用随机区组设计，每份供试材料播3 个小区，共计36 个小区，小区面积4 m ×4 m，各小区间距15 cm，播种行距为30 cm，播种量为50 kg·hm-2，施肥量为250 kg·hm-2，播种一周后漫灌以确保出苗齐全，后期每周灌水一次，少量多次，进行除草和施肥，并使用人工除草剂。

1.4 测定指标

依据任继周[14]的方法，分别对牧草物候期、生长高度、生长速率、产量、鲜干比和营养成分进行测定。对不同牧草种质材料进行物候期观测，10%～20%的植株达到某一个生育阶段为初期，70%～80%的植株到达为盛期，豆科饲草按苗期、分枝期、现蕾期、开花期、盛花期、结荚期、完熟期测记，并记录生育期（X1)。在初花期刈割前测定生长高度，每隔7 ± 2 d 在试验区内随机取9 株测定其自地面到叶尖或花序顶部的自然生长高度，取其株高的平均值（X2)，并测定生长速率（X3)。试验地随机在每个小区内设3 个重复样方1 m × 1 m 进行产量测定，留茬5 cm，齐地刈割后称重量，取平均值为鲜草产量，在65 ℃下恒温烘干至恒重后，在电子天平上秤取干草产量（X0)，测定鲜干比（X4)。各品种牧草营养成分含量的测定在西藏农牧学院草业科学实验室进行，将牧草先风干再烘干粉碎过0.25 mm 筛装入密封袋。采用杨胜[15]的方法测定牧草营养成分，烘干法测定牧草干物质（X5)，粗脂肪（X6)采用索氏脂肪抽提法，粗蛋白（X7)采用凯氏定氮法，粗纤维（X8)采用酸碱分次水解法，粗灰分（X9)采用灰化法，Ca 含量（X10)采用EDTA-Na2 络合滴定法，P 含量（X11)采用氢醌亚硫酸钠比色法，并计算无氮浸出物含量（X12)。

1.5 数据处理

采用Excel 2020 处理数据和绘图，SPSS 23.0 进行单因素方差分析、简单相关分析，运用主成分分析法、隶属函数分析法、灰色关联分析法、相似优先比法对12 份豆科牧草种质资源进行综合评价。

1.5.1 灰色关联分析法

灰色关联分析法是根据灰色系统理论，把供试牧草作为一个灰色系统，每个指标看作是该系统的一个因素，通过计算目标值的参考数列X0（k)与指标测定值的比较数列Xi（k)的关联度，k= 1，2，3，···，n，关联度越大则相似程度就越高，反之则越低[15]。

1.5.2 隶属函数分析法

式中：Zij为i品种（系)j指标的隶属函数值，Xmax和Xmin为各品种中指标的最大和最小测定值；隶属函数平均值越大，牧草的综合综合性能就越好[16]。

1.5.3 相似优先比分析法

1.5.4 主成分分析法

2 结果与分析

2.1 物候期

通过对12 份牧草种质材料物候期的观察可知（表2)，除山南小扁豆外，其余均在6 月9 日发芽，6 月下旬至7 月初进入分枝期，除山野豌豆外，6 月下旬至7 月下旬进入现蕾期，7 月至8 月上旬进入开花期，7 月下旬至8 月下旬由盛花期到结荚期，8 月下旬至10 月上旬牧草成熟。12 种野生豆科牧草均能适应林芝的生长条件，生育期为71～174 d。不同牧草种质材料从播种到出苗都需要8～17 d，生育期的变化差异较大，不同种质材料最多相差达103 d。其中山野豌豆生育期最长，达174 d，6 月9 号出苗，6 月20 日进入分枝期，11 月1 日开花，11 月29 日成熟。嘎东西藏野豌豆生育期最短，只需要71 d，6 月9 日出苗，6 月24 日进入分枝期，7 月27 日开花，8 月18 日成熟。

表2 12 份豆科种质资源物候期及生育天数Table 2 Major phenology and the whole growth duration of 12 legume germplasms

2.2 株高与生长速率

8 月18 日刈割时不同牧草种质材料株高均达到最大（表3)。其中，羌纳西藏野豌豆株高最高，为114.75 cm，显著高于其他供试材料（P＜ 0.05)，曲水西藏野豌豆、察隅西藏野豌豆次之，分别为106.27和104.95 cm；山南小扁豆的株高最矮，仅为26.91 cm，显著低于其他供试材料（P＜ 0.05)。不同牧草从分枝期到现蕾期的生长速度较慢，从现蕾期开始，生长速度加快。当雄窄叶野豌豆、白玛当西藏野豌豆和羌纳西藏野豌豆的生长速率较快，日生长速率分别为1.60、1.54 和1.53 cm·d-1，三者无显著差异（P＞ 0.05)；山南小扁豆日生长速率最慢，为0.46 cm·d-1，显著小于其他供试材料（P＜ 0.05)。

表3 12 份豆科种质资源的株高及生长速率Table 3 Plant height and growth rate of 12 legume germplasms over the planting year

2.3 鲜干比和产量

12 个野生豆科牧草供试材料的鲜干比中（图2)，当雄窄叶野豌豆、察隅西藏野豌豆、贡嘎窄叶野豌豆的鲜干比较大，分别为6.89、6.73、6.45，三者差异不显著（P＞ 0.05)；嘎东西藏野豌豆鲜干比最小，仅为1.49，显著小于除麻布加西藏野豌豆其他供试材料（P＜ 0.05)。其中，山野豌豆干草产量最大，为4 665.89 kg·hm-2，显著高于其他供试材料（P＜ 0.05)；白玛当西藏野豌和当雄窄叶野豌豆次之，分别为3 837.21 和3 773.58 kg·hm-2；麻布加西藏野豌豆的干草产量最低，为630.52 kg·hm-2，显著低于其他供试材料（P＜ 0.05)。干草产量最高的山野豌豆比麻布加西藏野豌豆增产86.49% （图2)。

图2 12 份豆科种质资源的鲜干比和干草质量Figure 2 Fresh dry weight ratio and hay yield of 12 legume germplasm cultivars in 2018

2.4 营养价值

对12 份野生豆科种质资源的营养物质含量进行测定（表4)。其中，当雄窄叶野豌豆的粗蛋白含量最高，为20.81%，显著高于其他供试材料（P＜ 0.05)；其次是广布野豌豆和贡嘎窄叶野豌豆，分别为19.46%和19.20%。察隅西藏野豌豆的粗脂肪含量最高，为8.85%；其次是白玛当西藏野豌豆和羌纳西藏野豌豆，分别是8.84%，8.62%，三者差异不显著（P＞ 0.05)。当雄窄叶野豌豆的粗灰分含量最高，为13.38%；其次是山野豌豆和贡嘎窄叶野豌豆，分别为12.84%和12.73%，当雄窄叶野豌豆与贡嘎窄叶野豌豆差异显著（P＜ 0.05)。嘎东西藏野豌豆的粗纤维含量较高，为29.54%，显著高于其他供试材料（P＜ 0.05)；其次是当雄窄叶野豌豆和羌纳西藏野豌豆，分别为28.22%和27.65%，两者差异不显著（P＞ 0.05)。白玛当西藏野豌豆的无氮浸出物含量最高，为43.33%，显著高于其他供试材料（P＜ 0.05)；其次是山南小扁豆和曲水西藏野豌豆，分别为38.03%和36.24%。白玛当西藏野豌豆与嘎东西藏野豌豆的干物质含量较高，分别为97.78%和97.32%；其次是山南小扁豆和察隅西藏野豌豆，均为94.31%，与前两者差异显著（P＜ 0.05)。当雄窄叶野豌豆、山野豌豆和嘎东西藏野豌豆的钙含量较高，分别为1.35%、1.20%和1.19%，三者差异不显著（P＞ 0.05)。山南小扁豆的磷含量最高，为2.76%，显著高于其他供试材料（P＜0.05)。其次是察隅西藏野豌豆和曲水西藏野豌豆，分别为0.51%和0.46%。

表4 12 份豆科种质资源的营养价值Table 4 Nutrient content of 12 legume germplasms

2.5 相关性分析

相关分析（表5)表明，产量与生育期极显著正相关（P＜ 0.01)，株高与生长速率极显著正相关（P＜0.01)；产量与鲜干比显著正相关（P＜ 0.05)；鲜干比与粗灰分极显著正相关（P＜ 0.01)。

表5 各性状间的相关分析Table 5 The correlation analysis between the main traits of the 12 germplasms

2.6 综合评价

由于不同评价方法存在差异，而这些差异的产生与不同评价模型、各指标权重的选取有关，因此粗略地将4 种评价模型的权重设为一致，降低评价方法之间计算方法的差异。选取表2、表3、表4 和图2 中的13 项指标进行综合分析，以各评价方法的排序进行模糊评分，其分值越低综合性能越好。4 个评价模型的综合排序结果（表6)表明：当雄窄叶野豌豆＞山野豌豆＞察隅西藏野豌豆＞贡嘎窄叶野豌豆＞白玛当西藏野豌豆＞德庆窄叶野豌豆＞曲水西藏野豌豆＞广布野豌豆 = 羌纳西藏野豌豆＞山南小扁豆＞嘎东西藏野豌豆＞麻布加西藏野豌豆。

表6 综合分析及排序Table 6 The ranking obtained using weighted comprehensive analysis

3 讨论

3.1 不同野生豆科牧草产草量

株高、生长速率、鲜干比、干草产量是生产性能综合表现的重要指标，其中干草产量可直观地衡量牧草生产性能和经济价值[17-19]。12 种豆科干草产量为630.52～4 665.89 kg·hm-2，小于高小丽等[20]在西藏拉萨种植豌豆的产量1 217～5 239 kg·hm-2，这与牧草的种类有关。株高是构成牧草产量的主要因素之一，能够反映牧草生长状况和草地生产能力[21]。12 种豆科牧草的株高为26.91～114.75 cm，这与向洁等[22]在西藏达孜种植豆科牧草株高基本一致。生长速率是牧草生长快慢表现，生长速率的快慢也会影响到产草量[23]。12 种豆科牧草的生长速率为0.46～1.60 cm·d-1，小于舒思敏等[24]在川东地区豆科牧草的生长速率，可能是与川东地区海拔低，气温稍高，使牧草生长速率加快。且豆科牧草均在7 月、8 月生长速率较快，可能因为林芝水热条件较好，随着降水的增加和温度的升高，牧草生长速率逐渐增加[25]。鲜干比作为估算牧草产量的指标，能够反映牧草干物质积累程度和适口性[26]。12 种豆科牧草的鲜干比为1.49～6.98，与曹仲华[27]在西藏乃东县种植豆科牧草鲜干比基本一致，大于武文莉等[28]在玉门地区种植豆科牧草鲜干比，可能与林芝6 月 - 9月降水量丰富有关。豆科牧草的生育时期受到光照、温度、水分以及自身遗传性状等因素的影响[5,29]。不同豆科牧草在林芝地区的生育期存在差异，但12 个牧草均能适应林芝的生长条件，完成整个生育期。山南小扁豆和山野豌豆的生育期都超过100 d，分别是110 d 和174 d，其余牧草的生育期在71～96 d，这与王向涛等[30]对林芝市优良牧草的生育期研究结果基本一致，可能是林芝气候适宜，日照时间长，有利于野生豆科牧草生长发育。

3.2 不同野生豆科牧草营养价值

粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、无氮浸出物、Ca、P 均是衡量牧草营养价值的重要指标，粗蛋白、粗脂肪、粗灰分等的含量越高，粗纤维含量越低，说明豆科牧草的品质越好[31]。西藏野生豆科牧草蛋白质含量为12.91%～20.81%，粗脂肪为6.60%～8.85%，无氮浸出物为23.04%～43.33%，粗纤维为20.12%～29.54%，具有“三高一低”特点，这与曹仲华等[1]对西藏野生牧草的研究结果一致。其中当雄窄叶野豌豆的粗蛋白、粗灰分、钙含量最高，察隅西藏野豌豆的粗脂肪含量最高，白玛当西藏野豌豆的无氮浸出物、干物质含量最高，粗纤维含量最低，山南小扁豆的磷含量最高，不同牧草存在明显差异，这些差异与牧草的属性有关，这与杨全等[32]对不同牧草存在差异的研究结果一致。这与生产性状所筛选出来的种质材料中羌纳西藏野豌豆的株高最高，山野豌豆生育期最长，产量最大，当雄窄叶野豌豆的日生长速率、鲜干比最大，与营养价值所筛选出来的品种存在一定差异，因此，仅仅以生产性状或营养价值评价豆科牧草有很大的局限性，运用多指标对豆科牧草综合性状进行分析更具科学性和合理性。

3.3 不同野生豆科牧草综合评价

有效筛选和综合评价豆科牧草的性能不能只看单项指标，只有品种综合性能最佳才适宜推广种植[8,20,28]。综合考虑13 个常规指标综合评价，真实、客观地反映野生豆科牧草在林芝的适应性。虽然不同评价模型计算繁琐，但为野生豆科牧草量化综合评价方法提供了理论基础。4 种评价模型揭示出这12 种野生豆科牧草在林芝的适应性差异，以当雄窄叶野豌豆，山野豌豆、察隅西藏野豌豆最佳。因此，在考虑品质的前提下，可以将这3 种牧草作为西藏林芝市主要野生豆科牧草进行推广种植。然而野生豆科牧草的生产性能表现并不理想，生产性能主要表现在产量上，对野生豆科牧草影响最大的是株高和鲜干比，这与伏兵哲等[33]、王亚玲等[34]对牧草产量影响最大是株高、鲜干比的研究结果一致。与徐畅[35]的研究结果为节间数对牧草产量影响最大，其次是株高略有不同，这可能是在进行综合评价时所选用指标与其存在差异。因此，在野生豆科种植过程在牧草应将株高和鲜干比作为重要指标加以考虑。