新疆天山東部平原區(qū)引種苜蓿品種的灰色關(guān)聯(lián)度分析與綜合評價

張云玲,張 晶,馬 麗,秦 明,孫 強(qiáng),王宏洋

(1.新疆維吾爾自治區(qū)草原總站，新疆 烏魯木齊 830049； 2.哈密市草原工作站，新疆 哈密 839000)

紫花苜蓿(Medicagosativa)是豆科苜蓿屬多年生牧草，在全國乃至世界種植最多，被世界上公認(rèn)為“牧草之王”，具有適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量高等優(yōu)點。不同的紫花苜蓿品種適宜種植的地區(qū)不同，根據(jù)各種植區(qū)的氣候特點篩選適宜引種的苜蓿品種，是建植高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)人工草地的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。影響苜蓿生產(chǎn)性能的因子較多，若僅通過單個性狀如干草產(chǎn)量、干鮮比、莖葉比、生長速度等之間的差異作為適宜引種的標(biāo)準(zhǔn)，割裂了各個性狀因子對品種綜合生產(chǎn)性能的綜合影響[1]。因此，灰色關(guān)聯(lián)度分析法是綜合評價品種的各個性狀及品種之間的關(guān)聯(lián)性，通過對比與標(biāo)準(zhǔn)品種之間的相似度，篩選出影響生產(chǎn)性能的主要因子及適宜引種的苜蓿品種，對當(dāng)?shù)夭菽翗I(yè)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

新疆地處西北內(nèi)陸，具有天山、阿爾泰山、昆侖山三座山脈，其中天山山脈橫亙新疆中部，是新疆的主要山脈。天山東部主要包括哈密地區(qū)、吐魯番地區(qū)，該區(qū)域?qū)儆跍貛Т箨懶愿珊禋夂?，干燥少雨，晝夜溫差大。畜牧業(yè)是天山東部區(qū)域的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，畜牧業(yè)的發(fā)展主要依靠天然草原和農(nóng)作物秸稈，由于牲畜數(shù)量持續(xù)增長，天然草原放牧壓力日益凸顯，草原生態(tài)退化嚴(yán)重，天然草原的生產(chǎn)能力也越來越不能滿足市場對優(yōu)質(zhì)畜產(chǎn)品增長的需求，嚴(yán)重制約了牧民收入、生產(chǎn)生活和條件改善。通過綜合評價篩選適宜的草品種進(jìn)行人工建植，為天山東部灌區(qū)提供優(yōu)質(zhì)飼草料，特別是蛋白質(zhì)飼料，是發(fā)展當(dāng)?shù)夭莸匦竽翗I(yè)的基礎(chǔ)。

近年來，諸多學(xué)者對引進(jìn)苜蓿品種在不同區(qū)域的適應(yīng)性進(jìn)行研究，并利用灰色關(guān)聯(lián)度對不同地區(qū)的苜蓿引種進(jìn)行綜合評價和分析[2-10]。新疆有關(guān)紫花苜蓿的引種適應(yīng)性評價較少，韓兵兵等[10]對新疆兵團(tuán)農(nóng)六師奇臺墾區(qū)進(jìn)行紫花苜蓿引種試驗，利用DPS(Data processing system)進(jìn)行適應(yīng)性評價，并篩選出適應(yīng)推廣的優(yōu)良品種。韓路等[11]在新疆北部對苜蓿品種進(jìn)行篩選，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度法對苜蓿的莖粗、產(chǎn)量、抗病能力、株高、分枝數(shù)等因子進(jìn)行綜合評價，篩選出適應(yīng)該區(qū)域引種的苜蓿品種。周樂等[12]對南疆喀什地區(qū)的紫花苜蓿引種情況進(jìn)行報道，通過苜蓿物候期、株高以及產(chǎn)草量等的差別，初步篩選出在喀什地區(qū)的適應(yīng)推廣品種。通過對新疆天山東部平原區(qū)引種的苜蓿品種利用灰色關(guān)聯(lián)度法進(jìn)行綜合評價，比對12個國內(nèi)外引進(jìn)的紫花苜蓿品種的生產(chǎn)性能，以期篩選出適宜該區(qū)域種植的優(yōu)良紫花苜蓿品種，為當(dāng)?shù)氐牟菽翗I(yè)發(fā)展、優(yōu)質(zhì)草品種培育、草品種引種推廣和高標(biāo)準(zhǔn)飼草料地建設(shè)等提供理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地設(shè)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，屬典型的大陸性氣候，氣候溫?zé)?，極端干旱，全年降水量33.9 mm，年均溫9.8 ℃，最熱月均溫35℃，最冷月均溫-4℃，極端最高溫度43.9℃，極端最低溫度-32℃，無霜期211 d，初霜日10月26日，終霜日3月26日，≥0℃年積溫3 400℃，≥10℃年有效積溫4 058℃。土壤屬于粘壤土，有機(jī)質(zhì)含量16.7 g/kg、速效氮28 mg/kg、速效磷17.6 mg/kg、速效鉀687 mg/kg，土壤pH 7.87，試驗地澆水采取漫灌。

1.2 試驗材料

供試苜蓿品種12個，9個是國外引進(jìn)品種，3個是國內(nèi)優(yōu)良品種(表1)。

表1 試驗品種

1.3 試驗處理

試驗采用隨機(jī)區(qū)組，2015年春播，播種時當(dāng)?shù)貧鉁?1℃，小區(qū)面積3 m×5 m，重復(fù)4次。播種采用條播，每小區(qū)10行，每行播種量5.2 g，行距30 cm，播種深度3～5 cm。試驗地漫灌，2017年共灌溉8次。每年春季撒施尿素166.7 g/ m2、復(fù)合肥111.1 g/ m2，秋季撒施尿素111.1 g/ m2，有機(jī)復(fù)合肥55.6 g/ m2。

表2 苜蓿品種2015～2016年主要物候期

1.4 測定指標(biāo)與方法

測試指標(biāo)于試驗第2年、第3年采集，年累計干草產(chǎn)量(x0)、平均生長速度(x2)每年3次刈割期測定；越冬率(x3)于4月中旬苜蓿返青后統(tǒng)計；平均株高(x1)、葉莖比(x4)、干鮮比(x5)、莖粗(x6)、葉長(x7)、葉寬(x8)、主根粗(x9)、葉綠素含量(x10)、葉片氮含量(x11)、粗蛋白含量(x12)、粗脂肪含量(x13)、粗纖維含量(x14)指標(biāo)在第2年苜蓿初花期第1次刈割分別測定。

草產(chǎn)量：全年初花期刈割測產(chǎn)草產(chǎn)量的干重。

越冬率：在每小區(qū)中選擇有代表性的樣段3處，每樣段長1 m，作好標(biāo)記。在越冬前及第2年返青后分別統(tǒng)計樣段中植株總數(shù)，計算越冬率。

生育時期觀測：50%幼苗出土后為出苗期；50%的植株返青為返青期；50%植株長出側(cè)枝1 cm以上為分枝期；50%植株有花蕾出現(xiàn)為現(xiàn)蕾期；20%植株開花為初花期；50%植株有莢果出現(xiàn)為結(jié)莢期。

平均株高：刈割前每小區(qū)隨機(jī)取10株，測量從地面至植株的最高部位的絕對高度，求其平均值。

葉莖比：第1次刈割測產(chǎn)后，隨機(jī)從每小區(qū)取3把草樣，將4個重復(fù)的草樣混合均勻，取約1 000 g，將莖、葉(含花序)兩部分分開，烘干后求葉莖比。

干鮮比：樣品干重占鮮重的比值。

平均生長速度：第1茬刈割測產(chǎn)前，每個小區(qū)選取有代表性植株10株的平均株高與生長天數(shù)的比值。

葉長、葉寬：第1茬刈割測產(chǎn)前，每個小區(qū)選取有代表性植株5株，同一高度、同一部位復(fù)葉的中間小葉葉基到葉尖的距離為葉長，最寬處距離為葉寬，最終取平均值。

主根粗：第1茬刈割測產(chǎn)前，每個小區(qū)選取有代表性植株5株，測主根同一高度的根莖直徑。

葉綠素含量、葉片氮含量：第1茬刈割測產(chǎn)前，每個小區(qū)選取有代表性植株5株，選取同一高度、同一部位大小均勻、完整復(fù)葉的中間小葉，使用植物營養(yǎng)測定儀測定葉綠素含量、葉片氮含量，分別取5次平均值。

營養(yǎng)成分測定：從每小區(qū)隨機(jī)取3～5份草樣，將4個重復(fù)的草樣混合均勻，取約1 000 g的樣品，稱取鮮重后的樣品置于烘箱中烘干后，使用凱氏定氮法測定粗蛋白含量，灰化法測定粗灰分，索氏提取法測定粗脂肪(含量)。

1.5 灰色關(guān)聯(lián)分析

選取苜蓿品種的15個主要指標(biāo)，分別為干草產(chǎn)量、平均株高、平均生長速度、越冬率、葉莖比、干鮮比、莖粗、葉長、葉寬、主根粗、葉綠素含量、葉片氮含量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗纖維含量作為評價因子，其中，粗蛋白含量、粗脂肪含量、灰分含量3個性狀屬于營養(yǎng)品質(zhì)性狀，其余12個性狀為農(nóng)藝生長性狀。以高產(chǎn)為目的，將干草產(chǎn)量設(shè)為參考數(shù)列。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，將苜蓿的干草產(chǎn)量和其他14個性狀視為一個整體[13]。平均株高、平均生長速度、越冬率、葉莖比、干鮮比、莖粗、葉長、葉寬、主根粗、葉綠素含量、葉片氮含量、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維14個主要性狀分別設(shè)定為比較數(shù)列x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10、x11、x12、x13、x14，通過分析各數(shù)列(xi)與參考數(shù)列(x0)的相似程度來判斷性狀之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度[19]。

(1)

(2)

式中：Ψi(k)是x0和xi的關(guān)系系數(shù)，|x0(k)-xi(k)|=Δi(k)表示x0數(shù)列與xi數(shù)列在k點的絕對差，minimini|x0(k)-xi(k)|為二級最小差值，maximaxi|x0(k)-xi(k)|為二級最大差值；ρ為分辨系數(shù)，試驗中取0.5，視為同等重要。r(i)為關(guān)聯(lián)度，是具體反映比較數(shù)列與參考數(shù)列之間關(guān)聯(lián)性的度量[1]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種間各生產(chǎn)性狀的灰色關(guān)聯(lián)度分析

主根粗性狀差異最大，極差為9.733，變異系數(shù)為23.27%；其次為粗脂肪，極差為30.705，變異系數(shù)為19.79%；第3為干草產(chǎn)量，極差為8.177，變異系數(shù)13.20%。15個性狀在12個苜蓿品種之間變異大小排名順序是：主根粗>粗脂肪>干草產(chǎn)量>灰分>平均生長速度>粗蛋白>葉寬>葉長>干鮮比>葉莖比>莖粗>平均株高>葉綠素含量>葉片氮含量>越冬率(表3)。

將各性狀的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行均值無量綱處理(xi=xi(k)/x)。根據(jù)無量綱處理數(shù)據(jù)求出x0與xi各對應(yīng)點的絕對差值，即Δi(k)=|xi-x0|。在絕對差值中求出二級最小差值為0.006 0，二級最大差值為0.439 7。將二級最小差值、二級最大差值分別代入關(guān)聯(lián)系數(shù)公式中，得出各材料不同性狀與干草產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)[1-2,13]，試驗分辨系數(shù)為0.5，視為同等重要[1]。

將關(guān)聯(lián)系數(shù)代入關(guān)聯(lián)度公式中[1,13]，計算出14個性狀與干草產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度。在灰色關(guān)聯(lián)分析中，關(guān)聯(lián)度的大小表示對該因子作用的大小。與干草產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度大小的順序為平均生長速度>莖粗>葉寬>平均株高>葉莖比>葉綠素含量>干鮮比>越冬率>葉片氮含量>葉長>粗蛋白>灰分>主根粗>粗脂肪。結(jié)果表明，對苜蓿干草產(chǎn)量影響最大的是平均生長速度，其次是莖粗和葉寬，粗脂肪對其影響最小(表4)。

表3 供試品種各性狀的測定值

表4 供試品種各性狀的關(guān)聯(lián)度

2.2 引種苜蓿品種的綜合評價

通過國內(nèi)外對引進(jìn)的12個紫花苜蓿品種的多個性狀進(jìn)行測試分析，利用灰色系統(tǒng)理論和應(yīng)用數(shù)列間的相似程度來判斷兩個因素之間的關(guān)聯(lián)程度，關(guān)聯(lián)度大的數(shù)列與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列最接近。為達(dá)到苜蓿高產(chǎn)的目標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)品種的干草產(chǎn)量高于參試品種中最大值的5%，其他性狀的數(shù)值稍高于參試品種中的最大值[1,15]。各生產(chǎn)性能最高值分別為，干草產(chǎn)量最高的為騎士、平均株高最高為中牧一號、平均生長速度最高為馴鹿、越冬率最高為WL343、葉莖比最高為甘農(nóng)三號、干鮮比最高為馴鹿、莖粗最高為騎士、葉長最高為WL343、葉寬為冰馳、主根粗為WL343、葉綠素最高為WL343、葉片氮含量最高WL343、粗蛋白最高為敖漢、粗脂肪最高為拉迪諾、灰分最高為WL343。

標(biāo)準(zhǔn)品種各性狀參數(shù)設(shè)置分別為，干草產(chǎn)量25 t/hm2；平均株高102.34 cm；平均生長速度1.82 cm/d；越冬率為100%；葉莖比1.36；干鮮比0.32；莖粗3.91 mm；葉長33.32 mm；葉寬15.29 mm；主根粗20.78 mm；葉綠素含量58.70 CC；葉片氮含量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

參試品種與標(biāo)準(zhǔn)品種的關(guān)聯(lián)度大小分別為WL343>騎士T>拉迪諾>冰馳>馴鹿>阿迪娜>勇士>中牧一號>東苜一號>敖漢>阿爾岡金>甘農(nóng)三號。表明WL343關(guān)聯(lián)度大最大、騎士T第2，拉迪諾第3；甘農(nóng)三號關(guān)聯(lián)度最小(表5)。

表5 供試各品種的關(guān)聯(lián)度

3 討論

苜蓿品種的綜合生產(chǎn)性能評價可選擇鮮草產(chǎn)量、粗蛋白含量、干鮮比、葉綠素含量等指標(biāo)[13]，通過對各性狀進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，最大程度地反映各性狀的真實水平和優(yōu)良特性，并且在分析評價品種間差異的基礎(chǔ)上對各指標(biāo)賦予不同的權(quán)重值，綜合所有品種的最優(yōu)特征構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)品種，有效提高了品種綜合評估的有效性和準(zhǔn)確性。試驗發(fā)現(xiàn)，以干草產(chǎn)量作為參考，對苜蓿干草產(chǎn)量影響最大的是平均生長速度，其次是莖粗和葉寬。

新疆天山東部平原區(qū)風(fēng)大干旱少雨，冬季溫度較低，12個品種的越冬率都在98%，均表現(xiàn)出很好的抗寒性。

粗蛋白含量、粗脂肪、灰分等成分決定苜蓿的營養(yǎng)價值，粗蛋白含量高，苜蓿的營養(yǎng)價值高；粗脂肪是產(chǎn)生熱能的主要物質(zhì)；灰分代表苜蓿中所含的礦物質(zhì)含量，這些物質(zhì)含量高代表苜蓿的品質(zhì)好。不同的品種在適宜生長的區(qū)域由于土壤和氣候的差異會導(dǎo)致蛋白質(zhì)、粗脂肪、灰分含量有一定差異。苜蓿蛋白質(zhì)含量主要存在于葉片中，所以，苜蓿品種中葉莖比含量高的牧草的適口性好、營養(yǎng)價值高。在研究中，葉寬最寬的品種為冰馳，其次為中牧一號、阿迪娜；葉長最長的為WL343，其次為拉迪諾、中牧一號；葉莖比最大的為甘農(nóng)三號，其次為騎士、冰馳。葉寬、葉長、葉莖比、葉綠素含量、葉片氮含量的指標(biāo)對蛋白質(zhì)的影響，有待于下一步研究。

4 結(jié)論

通過對新疆天山東部平原區(qū)引種紫花苜蓿品種應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析表明，WL343、騎士T、拉迪諾與標(biāo)準(zhǔn)品種相似度較大，生產(chǎn)性能的綜合表現(xiàn)較好，適宜在新疆天山東部平原區(qū)引種；敖漢、阿爾岡金、甘農(nóng)三號與標(biāo)準(zhǔn)品種的相似度小，生產(chǎn)性能表現(xiàn)相對差，以草品種高產(chǎn)為目的種植不建議引種。WL343綜合排名最前，以高產(chǎn)為目的的綜合生產(chǎn)性能最好，適宜在該地區(qū)大面積推廣；敖漢的粗蛋白含量最高，拉迪諾粗脂肪最高，但是綜合排名中敖漢第10，拉迪諾第3。敖漢、阿爾剛金、甘農(nóng)三號在綜合評價中排名較低，這與大田觀測的結(jié)果相符。