15个苜蓿品种在内蒙古中部地区的综合评价

张小青，张雅荣*，董文利，李晓婷，张文彪，索明春，王振宇，刘亚玲

(1.内蒙古蒙草草种业有限公司，内蒙古 呼和浩特 010070；2.蒙草生态环境(集团)股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 010070)

苜蓿(Medicagosativa)是一种原产于亚洲外高加索、伊朗和小亚细亚一带的多年生豆科草本植物[1]，因其抗逆性强、适应性广、营养丰富、高产稳产，被称为牧草之王，也有“食物之父”的美誉[2]，在北方草原生态治理、退耕还草、畜牧业建设、食用药用等方面发挥着重要作用[3-4]。

2012年，我国实施“振兴奶业苜蓿发展行动”，极大地促进了苜蓿产业的发展，栽培面积不断扩大，到2021年我国紫花苜蓿种植面积约433万hm2[5]。现如今，我国苜蓿产业发展态势强劲，进入规模化、智能化、机械化生产的新时代。在我国苜蓿产业蓬勃发展的同时，也面临着诸多挑战，主要表现为适宜品种少、产量低、质量差等方面[6-7]。

内蒙古自治区作为我国主要的苜蓿种植基地，推动苜蓿高质量发展是破局之举，也是必由之路。但我区受水热条件所限，适宜栽培的苜蓿品种较少，严重阻碍着苜蓿产业化进程；为改变这种状况，本研究以国内外15个广泛栽培的重点苜蓿品种为研究对象，于我区中部呼和浩特开展苜蓿品种适应性评价，通过农艺性状及品质性状的检测对比，筛选出适应内蒙古中部地区及气候条件类似地区的高产优质综合性状优良的苜蓿品种。

1 试验地概况

呼和浩特市新城区恼包村优质苜蓿示范基地位于内蒙古呼和浩特市新城区，属温带大陆性季风气候[8]，其主要特征是春季风多雨少，升温快；夏季湿热多雨，降水量集中；秋季短促凉爽，昼夜温差大；冬季较长，干冷少雪。1987—2020年，年平均气温7.5 ℃，夏季平均气温21.7 ℃，冬季平均气温-8.4 ℃；年平均降水量为404.6 mm，多集中在7～8月份；日照充足，全年日照时数为2 704.2 h[9]，霜冻在春秋两季出现，春季终霜迟，秋季初霜早，年均无霜期100～145 d[10]。

2 材料与方法

2.1 试验材料

收集国内外苜蓿品种15个，参试品种来源和供种单位见表 1。

表1 参试苜蓿品种来源Table 1 Variety sources of experimental alfalfa

2.2 试验设计

本试验选取了15种广泛栽培的苜蓿作为适应性评价材料，2019年5月上旬播种，采用随机区组设计，每个品种3个重复，小区面积为15 m2，间隔0.5 m。人工开沟条播，播种量2.25 kg·m-2，播种深度1.5 cm，行距30 cm，出苗后每年人工除草1 次，根据土壤墒情多次灌溉，年灌水量约800 t。

2.3 测定项目及方法

在苜蓿生长的第三年，即2021年于苜蓿初花期时测量农艺性状和品质性状相关指标，采样后刈割。采集数据时，去除小区两侧边行及两端各0.5 m，每小区按照“S”型曲线随机选取10个单株测定株高(H)、单株分枝数(TN)、茎粗(SD，地上第5个茎节)、叶面积(LA，植株中部叶片)，每小区内留茬5 cm刈割1 m2，3次重复，称量鲜重后100 ℃下杀青30 min，65 ℃下烘干至恒重，测定干物质产量(DYN)。

另取烘干后的样品测定粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)、粗纤维(EC)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)6项营养指标。相对饲用价值(RFV)用养分含量进行估算，计算采用美国牧草草地理事会饲草分析小组提出的粗饲料相对值[11]，计算公式为 RFV=DMI×DDM/1.27，其中DMI 为干物质采食量(dry matter intake，% BW)，按照 DMI=120/NDF 计算；DDM 为可消化干物质(digestible dry matter，%DM)，按照 DDM=88.90-0.779×ADF 计算。

2.4 数据处理

采用 SPSS(IBM SPSS Statistics 26)软件进行统计分析，多重比较采用 Tukey及Tamhane′s T2法进行，对种质的综合评价采用灰色关联度法。

灰色关联理论是1982年由中国华中理工大学邓聚龙教授首先提出并创立的一门新兴学科[12]，广泛应用于农业、地质、气象、农业系统、生态系统、未来系统预测以及环境质量评价等方面[13-14]。灰色关联评价的数学原理是通过比较若干待评价对象所构成的曲线与理想最优对象所构成的曲线在几何形状上的接近程度的大小进行排序，待评价对象的灰色关联度越大，其排名越靠前[15]。取各性状最优值作为理想品种的参考数列，记为X0(k){k=1，2，3，…，n}，n为选取的测定指标数；评价品种作为对比数列，记为Xi(k){i=1，2，3，…，m}，m为苜蓿品种，通过计算 15种苜蓿与理想品种的关联系数及关联度构建苜蓿综合评价模型。

2.4.1 数据预处理

本文所涉及的数据量纲不同，且包含有负向指标与适度指标，负向指标值越小效果越好，也称为极小型指标[16]，适度指标则是数值既不应过大，也不应过小，而应趋于一个适度点的指标[17]。根据灰色系统理论，需要对各指标进行正向化及无量纲化处理。负向指标正向化按照公式(1)计算，适度指标正向化按照公式(2)计算[18]；均值化处理后形成新数列。

yik=max{xik}-xik；

(1)

(2)

2.4.2 关联系数计算

关联系数计算公式如下：

ξi(k)=

(3)

2.4.3 关联度计算

鉴于不同指标的重要性不同，为了使评价结果更加客观，本文在等权关联度排序的基础上，采用了目前常用的两种赋权法对评价指标赋权，其一为变异系数赋权法[16，19]，相关计算方法见公式(4)(5) (8)；第二种权重计算公式见公式(6)[20]，避免主观赋权的缺陷，根据权重系数分别计算参试苜蓿品种的等权关联度γ以及加权关联度γ′1、γ′2。

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

公式中wk表示第k个评价指标的权重，CVk表示评价指标k的变异值，Sk表示评价指标k的标准差，γi为第i个品种的等权灰色关联度，γ′i为第i个品种的加权灰色关联度。

3 结果与分析

3.1 各品种农艺性状比较

由表2可知，15个苜蓿品种的农艺性状差异性较大。株高变化范围为39.63～71.23 cm，其中WL298HQ、中苜2号两个品种株高显著高于其他品种，其次为WL168HQ、3010，株高为60.13～63.23 cm，再次为WL358HQ、沃苜1号紫花苜蓿、斯贝德、巨能7号、草原3号杂花苜蓿、敖汉苜蓿、陇东苜蓿7个品种，株高为53.50～58.47 cm，之后为草原2号杂花苜蓿、巨能401、WL354HQ，株高最低的是柏拉图；各苜蓿品种的单株分枝数变化范围在6.73～17.43枝，分枝最多的品种为WL298HQ和陇东苜蓿，分枝最少的是斯贝德，其余品种的单株分枝数没有显著性差异(P>0.05)，在10.63～14.90枝；茎粗数据显示，各品种的茎粗为0.265～0.374 cm，其中巨能401、柏拉图、陇东苜蓿、WL354HQ四个品种的茎粗显著小于其余品种；不同品种的叶面积差异性较大，变幅在1.22～3.01 cm2，WL168HQ、中苜2号、巨能401、敖汉苜蓿四个品种的叶面积最大，没有显著性差异，其次为WL354HQ、WL358HQ、3010、WL298HQ、斯贝德和柏拉图、巨能7号、草原3号杂花苜蓿，叶面积为1.45～2.05 cm2，品种之间差异性显著，叶面积较小的是陇东苜蓿、草原2号、草原3号和沃苜1号紫花苜蓿4个品种；干物质产量变化范围为1.42～3.14 t·hm-2，干物质产量较高的品种有WL298HQ、WL168HQ、WL358HQ、敖汉苜蓿、巨能7号、草原3号杂花苜蓿等，干物质产量较低的品种有柏拉图、陇东苜蓿、草原2号杂花苜蓿、斯贝德、巨能401等。

表2 参试苜蓿品种农艺性状Table 2 Agronomic traits of tested alfalfa varieties

3.2 各品种品质性状比较

从表3可知，参试苜蓿品种的粗脂肪含量为0.5%～2.0%，其中柏拉图、巨能7号、草原3号杂花苜蓿含量较高，分别为2.00%、1.80%、1.60%；含量较低的品种有WL358HQ、3010、斯贝德、陇东苜蓿、WL168HQ、沃苜1号紫花苜蓿，粗脂肪含量低于1%。粗蛋白含量变化范围为17.50%～23.20%，含量最高的是巨能401，然后依次为草原2号杂花苜蓿、3010、WL358HQ、草原3号杂花苜蓿、敖汉苜蓿和巨能7号、WL168HQ、WL354HQ和斯贝德、WL298HQ、中苜2号紫花苜蓿、陇东苜蓿、柏拉图、沃苜1号紫花苜蓿，粗蛋白含量分别为23.20%、23.00%、22.00%、21.70%、20.60%、20.00%、19.90%、19.70%、19.40%、18.80%、18.30%、17.90%、17.50%。粗纤维含量为20.22%～27.12%，含量最少的是柏拉图，含量最大的为WL168HQ。粗灰分含量为9.30%～10.70%，含量较高的品种有WL358HQ、草原3号杂花苜蓿、敖汉苜蓿、陇东苜蓿、柏拉图、巨能7号等。中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的变幅分别为30.20%～37.44%、23.09%～30.00%，以WL298HQ的ADF和NDF含量最高。相对饲用价值介于165.38%～221.87%，依次为巨能401、柏拉图、3010、草原2号杂花苜蓿、中苜2号紫花苜蓿、WL354HQ、斯贝德、巨能7号、陇东苜蓿、WL358HQ、沃苜1号紫花苜蓿、草原3号杂花苜蓿、WL168HQ、敖汉苜蓿、WL298HQ，各项品质性状因品种不同差异性较大。

表3 参试苜蓿品种的营养物质含量Table 3 Nutrient content of tested alfalfa varieties 单位：%

3.3 农艺性状与饲草产量与品质的相关性

对农艺性状和重点关注的饲草品质性状进行相关分析(表4)，结果显示，CP与RFV、叶面积、干物质产量呈正相关，与株高、分枝数、茎粗呈负相关；EC和RFV呈极显著负相关(P<0.01)，和株高、干物质产量、茎粗呈显著正相关(P<0.05)，和分枝数、叶面积呈正相关，但相关性较弱；RFV和叶面积呈正相关，而与株高、茎粗、干物质产量呈显著负相关(P<0.05)；干物质产量和株高、分枝数、茎粗、叶面积均呈正相关，特别与株高呈极显著正相关(P<0.01)。

表4 农艺性状和品质性状的相关系数Table 4 Correlation coefficient between agronomic traits and quality shapes

3.4 灰色关联度综合评价

3.4.1 关联系数计算

采用灰色关联分析法对以上苜蓿品种进行综合评价，参与评价的指标共12项，包括农艺性状5项，品质相关指标7项，详见上文。对各项数值进行标准化处理后计算其关联系数，形成表5所示的关联系数矩阵。

表5 各苜蓿品种性状关联系数Table 5 Correlation coefficient of alfalfa variety traits

3.4.2 性状关联度与权重

根据公式(4)和公式(5)，计算各项评价指标基于变异系数赋值的权重系数ω1，计算结果见下表6，权重系数由高到低的顺序为：中性洗涤纤维含量>粗纤维含量>粗灰分含量>酸性洗涤纤维含量>粗脂肪含量>茎粗>叶面积>干物质产量>单株分枝数>株高>相对饲用价值>粗蛋白含量。采用公式(6)及公式(7)所得权重系数ω2，权重系数由高到低的顺序为：干物质产量>粗蛋白含量>相对饲用价值>中性洗涤纤维含量>粗纤维含量>粗灰分含量>酸性洗涤纤维含量>粗脂肪含量>叶面积>单株分枝数>茎粗>株高。两种权重计算方式下，评价指标的权重大小排序差异性较大。

表6 各指标的变异系数与权重系数Table 6 Coefficient of variation and weight of each index

3.4.3 关联度分析

基于上述各指标权重系数的基础上，计算参试苜蓿品种的等权关联度与加权关联度，关联度越大表示越接近理想品种，反之表示与理想品种的差异性越大，根据计算结果(表7)进行排序，排名越高表示越接近理想品种，综合评价结果越好[21-22]。结果显示，按照等权关联度进行排序，参试苜蓿品种的排序从高到低依次为巨能401>柏拉图>草原2号杂花苜蓿>3010>巨能7号>中苜2号紫花苜蓿>WL168HQ>WL358HQ>WL298HQ>草原3号杂花苜蓿>WL354HQ>敖汉苜蓿>沃苜1号紫花苜蓿>陇东苜蓿>斯贝德；按照基于变异系数法赋权的加权关联度排序，苜蓿排序从高到低依次为巨能401>柏拉图>草原2号杂花苜蓿>3010>中苜2号紫花苜蓿>巨能7号>WL354HQ>WL358HQ>沃苜1号紫花苜蓿>草原3号杂花苜蓿>WL168HQ>敖汉苜蓿>陇东苜蓿>WL298HQ>斯贝德；加权关联度γ′2计算结果显示，巨能401>柏拉图>草原2号杂花苜蓿>巨能7号>3010>WL168HQ>中苜2号紫花苜蓿>WL298HQ>WL358HQ>草原3号杂花苜蓿>WL354HQ>敖汉苜蓿>沃苜1号紫花苜蓿>陇东苜蓿>斯贝德。

表7 参试品种的灰色关联度及排序Table 7 Grey correlation degree and rank of test varieties

无论是等权关联度还是加权关联度排序，排名前三的苜蓿品种均依次为巨能401、柏拉图、草原2号杂花苜蓿，表明这3个品种更适合本地区栽植，是内蒙古中部地区的优选苜蓿品种；排名后两位的苜蓿品种均为斯贝德和陇东苜蓿，表明这两种苜蓿不适合本地区种植。

4 结论与讨论

本文采用灰色关联度对15个参试苜蓿品种进行了综合评价，结果表明，基于3种权重计算方法下的灰色关联度排名虽有差异，但综合排名较高的品种均一致，表明灰色关联度综合评价方法科学有效[23]。结果表示，排名前5的国产苜蓿品种仅有草原2号杂花苜蓿，其余4种均为国外引进的品种，一定程度上表明我国与国外苜蓿在品种选育方面还有一定的差距，这与姜义宝等[24]、衣兰智等[25]的研究结果一致，品质性状的差异性很大程度决定了综合评价排序，这也说明在苜蓿生产时单方面追求产量是不可取的，要兼顾营养品质提高其市场竞争力[26]。营养品质的评价是多指标决定的，以某一项指标评价其品质高低是不客观、不科学的[27]。

作物性状间本身存在着比较复杂的制约关系[28]，提高苜蓿的品质往往意味着降低其产量[29-30]，我们的研究结果同样表明，干物质产量与相对饲用价值呈现极显著的负相关关系。良种技术与良法技术是提高产量和改善品质的关键技术[31]，品种是其“潜在产量”的先决条件，但在生产中要想获得优质高产的苜蓿，良种与良法缺一不可，不同地区、不同栽培技术下的优良品种差异较大。本文排名较高的苜蓿品种仅适用于内蒙古中部或者有相似气候环境的地区水作栽培，适用于内蒙古中部地区的旱作苜蓿品种以及兼顾高产和优质的最佳水肥管理模式，需进一步探索及验证。实际生产中，应该根据地区条件、养护措施、饲喂畜种等实际生产情况，选择适合的品种。

综上所述，通过综合评价，适用于内蒙古中部地区水作条件下的苜蓿品种有巨能401、柏拉图、草原2号杂花苜蓿。