華中地區(qū)25個(gè)小麥品種秸稈的飼用品質(zhì)分析

鄧祖麗穎，王瑞祥，王慶東，胡華鋒，林 真，趙婧伊

(1.鄭州幼兒師范高等專(zhuān)科學(xué)校，河南 鄭州 450099；2.鄭州大學(xué)，河南 鄭州450001；3.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南 鄭州 450011)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)畜產(chǎn)品需求量不斷增加，導(dǎo)致中國(guó)飼料需求量不斷擴(kuò)張，飼料用糧已成為中國(guó)糧食需求增長(zhǎng)的主要?jiǎng)右?。我?guó)秸稈資源豐富，年產(chǎn)量約8億噸，占世界秸稈總量的25%左右。長(zhǎng)期以來(lái)作物秸稈作為一種潛在的可再生資源沒(méi)有得到充分合理的利用，反而被丟棄、焚燒，這不僅造成了資源浪費(fèi)，還污染了環(huán)境[1,2]，合理利用秸稈資源可以有效緩解飼料短缺的問(wèn)題[3]。小麥?zhǔn)鞘澜绶N植面積最廣的作物之一，我國(guó)小麥種植面積和總產(chǎn)量均居世界第二位，小麥秸稈年產(chǎn)量約1.1×109噸，約占我國(guó)秸稈總量的16%[4]，小麥秸稈作為飼料進(jìn)行開(kāi)發(fā)和利用具有廣闊的前景。秸稈類(lèi)飼料原料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的高低由其所含營(yíng)養(yǎng)成分的種類(lèi)和數(shù)量決定，它們是評(píng)價(jià)秸稈類(lèi)飼料優(yōu)良與否的重要參考指標(biāo)[5]。不同品種小麥秸稈所含營(yíng)養(yǎng)成分不同，這導(dǎo)致了它們之間飼用品質(zhì)的差異[6]。針對(duì)不同小麥品種秸稈的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行研究，分析其飼用價(jià)值，既可以促進(jìn)秸稈的飼料化利用，同時(shí)還可以提高農(nóng)業(yè)附加值。本研究測(cè)定在華中地區(qū)大規(guī)模推廣的25個(gè)小麥品種秸稈的營(yíng)養(yǎng)成分，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析和聚類(lèi)分析以評(píng)價(jià)它們的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

在焦作、鄭州和商丘3個(gè)地區(qū)采集25個(gè)小麥品種的秸稈，包括舜麥1718、濟(jì)麥4號(hào)、周麥16、中泓8、焦麥266、太學(xué)12、川紅1號(hào)、德研8號(hào)、周麥35、鄭育麥9976、矮抗58、百農(nóng)207、豐德存1號(hào)、洛麥18、周麥21、溫6、周麥23、郁金香、富麥2008、溫麥28、洛旱12、開(kāi)麥18、周麥12、周麥28和字十麥等。在蠟熟期隨機(jī)采集各品種小麥的地上部分(不含穗)，剪碎后充分混勻，用四分法縮減至1000 g待測(cè)。

1.2 指標(biāo)的測(cè)定方法

將秸稈樣品在65 ℃烘箱中烘48 h，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎之后過(guò)0.45 mm篩制成樣品。各指標(biāo)的測(cè)定均采用國(guó)標(biāo)法[7-11]。

1.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化與統(tǒng)計(jì)分析

在進(jìn)行主成分分析之前，用隸屬函數(shù)法將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將量綱進(jìn)行統(tǒng)一。正相關(guān)指標(biāo)(粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、無(wú)氮浸出物、粗淀粉、磷、鈣)通過(guò)公式(1)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，負(fù)相關(guān)指標(biāo)(粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維)通過(guò)公式(2)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。使用SPSS 21.0軟件進(jìn)行主成分分析，得到Fi即為各樣品的主成分分值，綜合得分Dn的計(jì)算以相應(yīng)主成分貢獻(xiàn)率為權(quán)重，通過(guò)公式(3)得到。

如果為正相關(guān)，則用隸屬函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，計(jì)算公式為：

Uin=(Xin-Ximin)/(Ximax-Ximin)

(1)

如果為負(fù)相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，計(jì)算公式為：

(2)

綜合得分Dn的計(jì)算公式：

(3)

2 結(jié)果

2.1 不同品種小麥秸稈的營(yíng)養(yǎng)成分分析

華中地區(qū)25個(gè)不同小麥品種秸稈的營(yíng)養(yǎng)成分見(jiàn)表1。干物質(zhì)含量最高的是周麥16(96.70%)，最低的是焦麥266(93.13%)；粗蛋白含量最高的是周麥12(8.33%)，最低的是開(kāi)麥18(3.19%)；粗脂肪最高的是德研8號(hào)(3.12%)，最低的是開(kāi)麥18(0.15%)；粗纖維的變化范圍為46.31%(周麥28)～19.73%(溫麥28)；中性洗滌纖維的變化范圍為82.65%(百農(nóng)207)～70.73%(焦麥266)；酸性洗滌纖維的變化范圍為54.13%(周麥35)～41.35%(溫麥28)；粗灰分含量最高的是太學(xué)12,最低的是富麥2008；無(wú)氮浸出物含量最高的為洛旱12，最低的是豐德存1號(hào)；粗淀粉含量最高的是洛旱12(4.27%)，最低的是富麥2008(1.07%)；鈣含量最高的是開(kāi)麥18(0.37%)，最低的是鄭育麥9976 (0.08%)；磷含量最高的是郁金香(9.46%)，最低的是開(kāi)麥18 (2.49%)。雖然各指標(biāo)間具有相同的量綱，但是由于不同營(yíng)養(yǎng)成分種類(lèi)之間無(wú)法直接進(jìn)行比較，因此在進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)前，需對(duì)各成分含量進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[12]。

表1 華中地區(qū)25個(gè)小麥品種秸稈的營(yíng)養(yǎng)成分 %

續(xù)表1

2.2 華中地區(qū)25個(gè)小麥品種秸稈營(yíng)養(yǎng)價(jià)值綜合評(píng)價(jià)

2.2.1 主成分分析

對(duì)經(jīng)隸屬函數(shù)法轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(表2)，根據(jù)累積貢獻(xiàn)率≥85%的原則，選取其中5個(gè)為主成分，總方差中第1主成分的貢獻(xiàn)率是30.97%，第2主成分的貢獻(xiàn)率是20.71%，第3主成分的貢獻(xiàn)率是13.98%，第4主成分的貢獻(xiàn)率是11.70%，第5主成分的貢獻(xiàn)率是8.48%，五者之和達(dá)到85.84%，即5個(gè)主成分所含信息占總體的85.84%。各主成分中各指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)由特征向量Z1、Z2、Z3、Z4、Z5(表2)表示，由主成分載荷矩陣中的數(shù)據(jù)除以主成分相對(duì)的特征值后開(kāi)平方根得到。由表2可知，5個(gè)主成分與10項(xiàng)原指標(biāo)的線性組合如下：

F1=0.471y1+0.105y2-0.334y3-0.184y4+0.387y5-0.048y6+0.437y7+0.042y8+0.162y9+0.502y10

F2=0.073y1+0.145y2+0.244y3+0.276y4+0.358y5+0.488y6-0.050y7+0.603y8-0.323y9+0.032y10

F3=0.165y1+0.665y2+0.465y3-0.245y4+0.000y5-0.414y6-0.209y7+0.137y8+0.141y9+0.009y10

F4=0.250y1+0.250y2-0.175y3+0.635y4-0.128y5+0.141y6-0.041y7-0.022y8+0.597y9-0.214y10

F5=-0.267y1-0.185y2+0.242y3+0.091y4+0.521y5+0.069y6-0.439y7-0.294y8+0.356y9+0.382y10

式中：第1、第2、第3、第4、第5主成分得分分別由F1、F2、F3、F4、F5表示；粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗灰分、無(wú)氮浸出物、粗淀粉、鈣、磷的隸屬函數(shù)法轉(zhuǎn)化值依次由y1、y2、y3、y4、y5、y6、y7、y8、y9、y10表示。

表2 主成分特征向量、特征值、貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)率

通過(guò)公式(3)，以主成分貢獻(xiàn)率為權(quán)重，由各小麥品種秸稈的前5個(gè)主成分分值與權(quán)重值，計(jì)算出小麥秸稈營(yíng)養(yǎng)的綜合評(píng)價(jià)值Dn(表3)。通常，綜合分值Dn越高，品質(zhì)越好[13]。通過(guò)表3可得，25個(gè)不同小麥品種的秸稈其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)排序如下：洛旱12>郁金香>川紅1號(hào)>周麥12>洛麥18>周麥35>周麥23>周麥28>焦麥266>溫麥28>德研8號(hào)>溫6>矮抗58>開(kāi)麥18>字十麥>太學(xué)12>鄭育麥9976>富麥2008>周麥16>百農(nóng)207>周麥21>中泓8>舜麥1718>濟(jì)麥4號(hào)>豐德存1號(hào)。

表3 綜合主成分值

2.2.2 聚類(lèi)分析

采用系統(tǒng)聚類(lèi)-質(zhì)心聚類(lèi)法及歐式距離對(duì)25個(gè)小麥品種秸稈營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的綜合得分進(jìn)行聚類(lèi)分析。25個(gè)小麥品種秸稈的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)可大致分為以下七類(lèi)(圖1): 洛旱12為一類(lèi)；郁金香為一類(lèi)；川紅1號(hào)、周麥12、洛麥18、周麥35和周麥23為一類(lèi)；舜麥1718、濟(jì)麥4號(hào)為一類(lèi)；豐德存1號(hào)單獨(dú)為一類(lèi)；焦麥266、溫麥28、德研8號(hào)、溫6、矮抗58和開(kāi)麥18為一類(lèi)；字十麥、太學(xué)12、鄭育麥9976、富麥2008、周麥16、百農(nóng)207、周麥21和中泓8為一類(lèi)。聚類(lèi)分析的結(jié)果與主成分分析的結(jié)果一致。

3 討論

評(píng)價(jià)作物秸稈好壞的標(biāo)準(zhǔn)是營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，主要由秸稈所含營(yíng)養(yǎng)成分的種類(lèi)和數(shù)量決定[5]。本試驗(yàn)對(duì)秸稈的粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗灰分、無(wú)氮浸出物、粗淀粉、鈣、磷等10種成分進(jìn)行主成分分析。中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維是評(píng)價(jià)秸稈飼用品質(zhì)的重要指標(biāo)[13]。中性洗滌纖維對(duì)秸稈的采食率有重要影響，而酸性洗滌纖維可以影響秸稈的消化率。粗灰分反映秸稈中礦物質(zhì)的含量。粗纖維是產(chǎn)生熱能的物質(zhì)，粗纖維具有特殊的芳香氣味，可提升秸稈的適口性[14]。粗蛋白是反映秸稈營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高低的重要指標(biāo)，是秸稈的重要組成部分[15]，是家畜蛋白質(zhì)需求的主要來(lái)源。粗脂肪是指作物飼料中脂溶性物質(zhì)的總稱(chēng)，雖然動(dòng)物對(duì)其需求量不大卻不能缺少。無(wú)氮浸出物以淀粉為主，飼料中無(wú)氮浸出物含量越高，則適口性越好，消化率越高。礦物元素是動(dòng)物生理過(guò)程和體內(nèi)代謝必不可少的，鈣和磷作為常量礦物質(zhì)元素是飼料營(yíng)養(yǎng)研究中必不可少的一部分。

圖1 25個(gè)小麥品種秸稈營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的聚類(lèi)分析

在主成分分析中各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)對(duì)品質(zhì)影響的程度是不一樣的，有些營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)與品質(zhì)之間呈正相關(guān)，而有些則呈負(fù)相關(guān)，故對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮該指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)體系的正負(fù)影響[16]。本研究所測(cè)指標(biāo)中，僅有粗纖維、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維為負(fù)相關(guān)，其余均為正相關(guān)。以主成分綜合得分為基礎(chǔ)，對(duì)樣品聚類(lèi)分析，排除冗余信息的干擾，使評(píng)價(jià)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性和客觀性[17]。近年來(lái)有關(guān)學(xué)者利用隸屬函數(shù)與主成分析法對(duì)南豐蜜橘[18,19]、馬鈴薯[20]、核桃[21]等果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)。張玉等[22]通過(guò)主成分分析法對(duì)牧草的飼用品質(zhì)進(jìn)行了研究。林真等[6]通過(guò)主成分分析法對(duì)華北地區(qū)不同玉米品種秸稈的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行了研究。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)不同品種小麥秸稈營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的比對(duì)，篩選出秸稈營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較高的小麥品種，對(duì)于提高小麥秸稈飼料化利用率有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

秸稈飼用品質(zhì)不僅由營(yíng)養(yǎng)素含量決定，動(dòng)物對(duì)各營(yíng)養(yǎng)成分的消化吸收也是影響秸稈飼用品質(zhì)的重要因素，因此，可以通過(guò)探究動(dòng)物胃腸道消化吸收特點(diǎn)來(lái)對(duì)秸稈飼用品質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步研究和探討。

4 結(jié)論

本研究對(duì)25個(gè)不同品種小麥秸稈的10個(gè)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行轉(zhuǎn)化，通過(guò)主成分分析法將上述指標(biāo)進(jìn)行綜合、轉(zhuǎn)化及聚類(lèi)分析。主成分分析結(jié)果表明，25個(gè)不同品種的小麥秸稈飼用品質(zhì)按大小排序?yàn)椋郝搴?2>郁金香>川紅1號(hào)>周麥12>洛麥18>周麥35>周麥23>周麥28>焦麥266>溫麥28>德研8號(hào)>溫6>矮抗58>開(kāi)麥18>字十麥>太學(xué)12>鄭育麥9976>富麥2008>周麥16>百農(nóng)207>周麥21>中泓8>舜麥1718>濟(jì)麥4號(hào)>豐德存1號(hào)。聚類(lèi)分析結(jié)果表明，洛旱12為一類(lèi)；郁金香為一類(lèi)；川紅1號(hào)、周麥12、洛麥18、周麥35和周麥23為一類(lèi)；舜麥1718、濟(jì)麥4號(hào)為一類(lèi)；豐德存1號(hào)單獨(dú)為一類(lèi)；焦麥266、溫麥28、德研8號(hào)、溫6、矮抗58和開(kāi)麥18為一類(lèi)；字十麥、太學(xué)12、鄭育麥9976、富麥2008、周麥16、百農(nóng)207、周麥21和中泓8為一類(lèi)。由主成分分析和聚類(lèi)分析的結(jié)果可知，洛旱12、郁金香、川紅1號(hào)、周麥12、洛麥18有較高的飼用品質(zhì)。