新疆石河子地區(qū)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿生產(chǎn)性能的綜合評(píng)價(jià)

孫延亮，劉選帥，李生儀，趙俊威，馬春暉，張前兵

(石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，新疆 石河子 832003)

紫花苜蓿是世界上經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高、種植面積最大的多年生優(yōu)質(zhì)豆科牧草植物，由于生產(chǎn)潛力大、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、適應(yīng)性好等特點(diǎn)，被譽(yù)為“牧草之王”[1-2]。隨著紫花苜蓿在全球范圍的傳播和栽培利用，長(zhǎng)期的生存環(huán)境差異導(dǎo)致紫花苜蓿對(duì)溫度、光照反應(yīng)的敏感性發(fā)生分異，形成了不同的秋眠性[3]。隨著紫花苜蓿種植范圍的增加，盲目引種問(wèn)題尤為突出，由于引種之前缺乏系統(tǒng)性的綜合評(píng)價(jià)，導(dǎo)致紫花苜蓿品種在引進(jìn)地區(qū)越冬率及干草產(chǎn)量低等問(wèn)題，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[4]，因此，開(kāi)展地區(qū)引種試驗(yàn)和適應(yīng)性評(píng)價(jià)對(duì)成功引種至關(guān)重要。

紫花苜蓿的秋眠性是苜蓿對(duì)秋季日照時(shí)數(shù)減少、氣溫降低等變化的一種適應(yīng)性反應(yīng)[5]，是一種與抗寒耐凍和農(nóng)藝性狀有顯著相關(guān)的遺傳生長(zhǎng)特性[6-7]。鑒于紫花苜蓿秋眠性與生產(chǎn)性能、返青時(shí)間、根系策略及持久性之間的密切關(guān)系，秋眠性已成為北緯地區(qū)苜蓿引種及評(píng)價(jià)生產(chǎn)性能的重要指標(biāo)[8]。研究表明，不同秋眠級(jí)紫花苜蓿的秋季再生高度差異大，秋眠型的紫花苜蓿品種能夠很早進(jìn)入休眠狀態(tài)，在秋季減少植株地上部分的生長(zhǎng)，同時(shí)根系儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以提高冬季存活率，而非秋眠型的紫花苜蓿品種則在秋季繼續(xù)生長(zhǎng)，一般越冬率和持久性都比較差，在冬季大量死亡[9-10]。對(duì)河海平原區(qū)引進(jìn)的35個(gè)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿品種進(jìn)行田間測(cè)定結(jié)果表明，該地區(qū)最適宜種植秋眠級(jí)為3～5級(jí)的紫花苜蓿，綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)的品種為‘甘農(nóng)3號(hào)’和‘甘農(nóng)6號(hào)’[11]。在甘肅地區(qū)對(duì)20個(gè)苜蓿品種進(jìn)行生長(zhǎng)適應(yīng)性評(píng)價(jià)表明‘苜蓿王’、‘甘農(nóng)4號(hào)’、‘隴東苜蓿’、‘北極星’在荒漠灌區(qū)綜合表現(xiàn)最優(yōu)，而在半干旱地區(qū)‘柏拉圖’、‘皇后’、‘苜蓿王’、‘北極星’綜合表現(xiàn)最優(yōu)[12]。在寧夏灌區(qū)對(duì)國(guó)內(nèi)外21個(gè)紫花苜蓿品種進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析表明，秋眠級(jí)為8級(jí)的‘甘農(nóng)5號(hào)’在寧夏灌區(qū)的生產(chǎn)性能及綜合表現(xiàn)較好，而秋眠級(jí)為2級(jí)的‘敖漢苜?！a(chǎn)性能表現(xiàn)相對(duì)較差[13]。

新疆地區(qū)冬季寒潮頻繁、氣候寒冷而漫長(zhǎng)，而冬季負(fù)積溫、覆雪厚度及最低氣溫均會(huì)影響紫花苜蓿的越冬安全性[14]。近年來(lái)，針對(duì)紫花苜蓿異地引種可能存在的干物質(zhì)產(chǎn)量低及可持續(xù)性差等問(wèn)題，盡管前人在新疆地區(qū)做了一些研究，但在篩選方法上仍以單一產(chǎn)量性狀或少量農(nóng)藝性狀指標(biāo)為主，缺乏基于包括秋眠性在內(nèi)的多指標(biāo)對(duì)本地育種引種進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)的研究。主成分分析可以利用降維技術(shù)將少數(shù)幾個(gè)綜合變量代替原始多個(gè)變量，這些綜合變量能夠代替原有數(shù)據(jù)的絕大部分信息，且消除了指標(biāo)間的多重共線性，側(cè)重于對(duì)信息貢獻(xiàn)影響力的綜合評(píng)價(jià)。聚類(lèi)分析是將變量按相似程度劃分類(lèi)別，側(cè)重于使類(lèi)間元素的同質(zhì)化最大化和類(lèi)間元素的異質(zhì)化最大化。但目前在新疆石河子地區(qū)鮮有見(jiàn)到基于主成分分析和聚類(lèi)分析從紫花苜蓿生產(chǎn)力及越冬性能等多個(gè)維度對(duì)紫花苜蓿品種進(jìn)行比較和綜合評(píng)價(jià)的研究報(bào)道。本研究以國(guó)內(nèi)外的26個(gè)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿品種(秋眠級(jí)2～10級(jí))為研究對(duì)象，分析其在新疆石河子地區(qū)的生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和越冬率差異并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期篩選出干草產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)和適應(yīng)性強(qiáng)的紫花苜蓿品種，為區(qū)域優(yōu)質(zhì)紫花苜蓿品種的引種、建立優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)紫花苜蓿栽培草地提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年在新疆石河子市石河子大學(xué)牧草實(shí)驗(yàn)站(44°20′N(xiāo)，86°30′E，海拔420 m)進(jìn)行，該地區(qū)屬于典型溫帶大陸性干旱氣候，年均氣溫為5～10℃，年日照數(shù)為2 721～2 818 h，年降雨量為190～260 mm，年蒸發(fā)量為1 100～1 400 mm。試驗(yàn)田耕作土層(0～20 cm)基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為：全氮1.18 g·kg-1、速效氮33.20 mg·kg-1、速效磷19.30 mg·kg-1、速效鉀119.90 mg·kg-1。試驗(yàn)田土壤類(lèi)型為灰漠土(中國(guó)土壤分類(lèi))，前茬作物為棉花(Gossypiumspp.)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料為收集國(guó)內(nèi)外秋眠級(jí)2～10級(jí)的26份紫花苜蓿品種(表1)，為保證能夠準(zhǔn)確測(cè)定紫花苜蓿越冬率，選擇生長(zhǎng)第3年的紫花苜蓿為研究對(duì)象。紫花苜蓿播種方式為人工穴播，播種行距為60 cm，株距為50 cm，播種深度為2 cm。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)秋眠級(jí)選擇3個(gè)品種，每個(gè)品種設(shè)3次重復(fù)。小區(qū)面積為3 m×10 m=30 m2，小區(qū)之間設(shè)置寬1.5 m的人行通道，以避免邊際效應(yīng)的干擾及水肥互滲。田間試驗(yàn)共刈割2茬，分別根據(jù)各秋眠級(jí)紫花苜蓿到達(dá)初花期(開(kāi)花5%～10%)的具體時(shí)間進(jìn)行刈割。在紫花苜蓿生長(zhǎng)期間，施肥、灌溉、除草等管理均按照當(dāng)?shù)氐喂嘬俎８弋a(chǎn)田進(jìn)行。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1單株生物量 在紫花苜蓿初花期(開(kāi)花5%～10%)時(shí)，從每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)一致并有代表性的紫花苜蓿植株進(jìn)行刈割，留茬5 cm，測(cè)定全株鮮草質(zhì)量，再隨機(jī)選取3份300 g左右鮮草樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，置于105℃的烘箱中殺青30 min，再于65℃烘干至恒重后待測(cè)。

1.3.2株高和莖粗 在紫花苜蓿刈割之前，每個(gè)品種每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取10株，用鋼卷尺測(cè)定其垂直高度，重復(fù)10次，取平均值，并用游標(biāo)卡尺測(cè)定其距地表5 cm處的莖粗。

1.3.3莖葉比 將紫花苜蓿烘干樣品進(jìn)行莖葉分離，然后將莖稈和葉片分別收集，并測(cè)量各自干重。紫花苜蓿莖葉比采用以下公式計(jì)算：

莖葉比=莖稈干重/葉片干重

(1)

1.3.4營(yíng)養(yǎng)品質(zhì) 采用凱氏定氮法測(cè)定粗蛋白含量[15]，采用國(guó)標(biāo)法測(cè)定中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量[16-17]。

1.3.5物候期 供試紫花苜蓿品種于2020年3月底開(kāi)始調(diào)查返青和生長(zhǎng)情況，紫花苜蓿物候期的調(diào)查包括返青期、分枝期、現(xiàn)蕾期和初花期，評(píng)定到達(dá)某一生育階段的標(biāo)準(zhǔn)為50%～60%植株到達(dá)該生育階段。

表1 供試紫花苜蓿品種及秋眠級(jí)Table 1 Cultivars and fall dormancy rating of alfalfa

1.3.6越冬率 2019年10月2日，在每個(gè)小區(qū)株行內(nèi)隨機(jī)選取2 m長(zhǎng)樣段并統(tǒng)計(jì)樣段內(nèi)存活株數(shù)，記為越冬前的存活株數(shù)，2020年4月8日紫花苜蓿返青后統(tǒng)計(jì)苜蓿的存活株數(shù)，記為越冬后的存活株數(shù)，每個(gè)小區(qū)重復(fù)3次。紫花苜蓿越冬率采用以下公式計(jì)算：

(2)

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)；采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件(SPSS Inc.,Chicago,IL,USA)進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析、數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、相關(guān)性分析；采用Origin 2021(Origin Lab,Northampton,MA,USA)進(jìn)行主成分分析、聚類(lèi)分析及圖表的繪制。在進(jìn)行主成分分析和聚類(lèi)分析之前，對(duì)各個(gè)研究指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行z-score標(biāo)準(zhǔn)化處理。依據(jù)苜蓿生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及越冬率對(duì)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿采用離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)。

主成分的旋轉(zhuǎn)載荷值除以相應(yīng)特征值的算數(shù)平方根，可得到該指標(biāo)的特征向量。把特征向量與標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)相乘即可得到各主成分的函數(shù)表達(dá)式。主成分綜合得分是由每個(gè)主成分得分與其相應(yīng)貢獻(xiàn)率乘積的總和，具體計(jì)算公式如下：

f1=0.177X1+0.106X2+0.164X3-
0.169X4+0.176X5+0.178X6+0.161X7

(3)

f2=0.192X1-0.766X2+0.331X3+0.230X4-
0.049X5-0.161X6+0.429X7

(4)

f3=A1f1+A2f2

(5)

式(3)與式(4)中，f1和f2為主成分1和主成分2的得分，X1表示單株生物量、X2表示莖葉比、X3表示株高、X4表示粗蛋白、X5表示中性洗滌纖維、X6表示酸性洗滌纖維、X7表示越冬率。式(5)中f3為主成分的綜合得分，A1為第1主成分的權(quán)重，A2為第2主成分的權(quán)重。權(quán)重通過(guò)各主成分的特征根除以主成分特征根之和計(jì)算而來(lái)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿物候期觀測(cè)

參試的9個(gè)秋眠級(jí)紫花苜蓿在3月底陸續(xù)開(kāi)始返青，其中秋眠級(jí)2～4級(jí)的紫花苜蓿返青稍晚，返青期較高秋眠級(jí)紫花苜蓿延遲約兩周，隨后4月初紫花苜蓿進(jìn)入分枝期，5月1日開(kāi)始進(jìn)入到現(xiàn)蕾期，5月13日開(kāi)始進(jìn)入初花期，在現(xiàn)蕾期和初花期各秋眠級(jí)紫花苜蓿前后相差10天左右(表2)?？傮w來(lái)看，不同秋眠級(jí)紫花苜蓿之間物候節(jié)律具有一定的規(guī)律性，隨著秋眠級(jí)的升高，苜蓿各個(gè)生育時(shí)期均有一定的提前。

表2 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿品種物候期比較Table 2 Comparison of the phenological stages of different fall dormancy rating alfalfa

2.2 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿單株生物量比較

不同秋眠級(jí)紫花苜蓿單株生物量差異較大，單株生物量隨著紫花苜蓿秋眠級(jí)的升高呈先增加后降低的趨勢(shì)，且各秋眠級(jí)苜蓿第1茬單株生物量均高于第2茬(表3)。第1茬中，除3級(jí)外，秋眠級(jí)4級(jí)的紫花苜蓿單株生物量顯著高于其它7個(gè)秋眠級(jí)(P<0.05)，而秋眠級(jí)為9級(jí)的紫花苜蓿單株生物量最低，僅為424.8 g·株-1；第2茬中，秋眠級(jí)為3級(jí)的紫花苜蓿單株生物量顯著高于除秋眠級(jí)為2級(jí)、4級(jí)和6級(jí)外的其它5個(gè)秋眠級(jí)，而秋眠級(jí)為9級(jí)的紫花苜蓿單株生物量最低，僅為363.6 g·株-1。紫花苜蓿單株生物量?jī)刹缱儺愊禂?shù)(CV)分別為27.39%和10.68%，說(shuō)明該性狀在秋眠級(jí)間差異較大，引種過(guò)程有篩選改進(jìn)的空間。

表3 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿單株生物量Table 3 Biomass per plant of different fall dormancy rating alfalfa

2.3 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿生長(zhǎng)性狀比較

各秋眠級(jí)紫花苜蓿平均株高、莖粗和莖葉比在各茬次的變化(表4)為：第1茬中，秋眠級(jí)4級(jí)的紫花苜蓿品種平均株高和莖粗顯著高于除了5級(jí)和8級(jí)外的其它6個(gè)秋眠級(jí)(P<0.05)。第2茬中，秋眠級(jí)3級(jí)的紫花苜蓿品種平均株高顯著高于其它8個(gè)秋眠級(jí)(P<0.05)，秋眠級(jí)為2級(jí)的紫花苜蓿品種平均莖粗顯著大于其它8個(gè)秋眠級(jí)(P<0.05)。前兩茬中，秋眠級(jí)6級(jí)的紫花苜蓿品種平均莖葉比均顯著低于除秋眠級(jí)9級(jí)的紫花苜蓿品種(P<0.05)。變異系數(shù)最大的指標(biāo)為莖葉比，其次為莖粗，株高最低。

表4 不同秋眠級(jí)苜蓿生長(zhǎng)性狀指標(biāo)Table 4 Growth traits of different fall dormancy rating alfalfa

2.4 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)比較

各秋眠級(jí)紫花苜蓿平均粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量在各茬次的變化(表5)為：第1茬中，秋眠級(jí)9級(jí)的紫花苜蓿平均粗蛋白含量顯著高于其它秋眠級(jí)(P<0.05)，秋眠級(jí)為4的紫花苜蓿平均中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量均顯著高于除2級(jí)外的其它秋眠級(jí)(P<0.05)。第2茬中，秋眠級(jí)10級(jí)的平均粗蛋白含量顯著高于秋眠級(jí)為2級(jí)、3級(jí)和4級(jí)的紫花苜蓿(P<0.05)，秋眠級(jí)3級(jí)的紫花苜蓿平均中性洗滌纖維含量顯著大于7級(jí)和10級(jí)(P<0.05)，秋眠級(jí)為4級(jí)的紫花苜蓿平均酸性洗滌纖維含量顯著大于秋眠級(jí)為6級(jí)、7級(jí)、9級(jí)和10級(jí)的紫花苜蓿(P<0.05)。各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)中酸性洗滌纖維的變異系數(shù)均高于中性洗滌纖維。

表5 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)Table 5 Nutritional indexes of different fall dormancy rating alfalfa

2.5 不同秋眠級(jí)苜蓿品種越冬率比較

不同秋眠級(jí)間紫花苜蓿平均越冬率存在顯著差異(圖1)，隨著秋眠級(jí)的升高，紫花苜蓿越冬率呈下降的趨勢(shì)，說(shuō)明紫花苜蓿的秋眠級(jí)與越冬率存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中秋眠級(jí)為2級(jí)、3級(jí)和4級(jí)的紫花苜蓿越冬率之間差異不顯著，但均顯著高于除5級(jí)外的其它5個(gè)秋眠級(jí)(P<0.05)，秋眠級(jí)2級(jí)的紫花苜蓿平均越冬率最高為95.5%，而秋眠級(jí)10級(jí)紫花苜蓿越冬率最低，僅為83.5%。

圖1 不同秋眠級(jí)苜蓿越冬率比較Fig.1 Comparison of winter survival rating of different fall dormancy rating alfalfa

2.6 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及越冬率的相關(guān)性分析

以不同秋眠級(jí)紫花苜蓿的生產(chǎn)性能(總單株生物量、年平均莖葉比、年平均株高、年平均莖粗)、營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)(年平均粗蛋白含量、年平均中性洗滌纖維、年平均酸性洗滌纖維含量)及越冬率進(jìn)行相關(guān)性分析(表6)。紫花苜蓿單株生物量與株高、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、越冬率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；紫花苜蓿單株生物量與粗蛋白含量、莖粗分別呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)和顯著正相關(guān)(P<0.05)。紫花苜蓿莖葉比與酸性洗滌纖維呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。紫花苜蓿株高分別與粗蛋白，中性洗滌纖維含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)和顯著正相關(guān)(P<0.05)；株高與酸性洗滌纖維含量、越冬率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。莖粗與中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；莖粗與粗蛋白含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。粗蛋白與中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；粗蛋白與越冬率呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。中性洗滌纖維與酸性洗滌纖維含量、越冬率呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，酸性洗滌纖維含量與越冬率呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

表6 不同秋眠級(jí)苜蓿生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)及越冬率的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation analysis results of production performance,nutritional index and winter survival rate of different fall dormancy rating alfalfa

2.7 主成分分析

主成分分析是將多指標(biāo)簡(jiǎn)化為少量綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，其主要目的就是簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)，在保證原有信息較小的損失下使綜合指標(biāo)數(shù)目盡可能減少。如果第1主成分不足以代表原指標(biāo)的絕大部分指標(biāo)信息，考慮引入第2主成分，依次類(lèi)推。本文對(duì)9個(gè)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿的7個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，綜合考察特征值大于1和方差貢獻(xiàn)率以確定最優(yōu)的主成分?jǐn)?shù)。第一主成分和第二主成分特征值均大于1。第1主成分對(duì)總方差貢獻(xiàn)率達(dá)76.43%，以單株生物量、株高、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量、越冬率貢獻(xiàn)最大，第2主成分對(duì)總方差貢獻(xiàn)率達(dá)14.31%，以莖葉比貢獻(xiàn)最大，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到90.74%，可以代表所有農(nóng)藝性狀及越冬率的絕大部分信息(表7，圖2)。

表7 主成分分析的特征值與方差貢獻(xiàn)率Table 7 Eigenvalues and variance contribution rates of principal component analysis

對(duì)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿的生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及越冬率的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明(圖2、表8)，秋眠級(jí)4級(jí)的綜合評(píng)價(jià)得分(1.0791)最高，3級(jí)(0.7991)次之，10級(jí)的綜合評(píng)價(jià)得分(-1.1299)最低。

2.8 聚類(lèi)分析

由聚類(lèi)分析譜系圖(圖3)可知，在距離=2.6時(shí)，9個(gè)秋眠級(jí)分成四類(lèi)：第1類(lèi)聚集秋眠級(jí)3級(jí)和4級(jí)的紫花苜蓿，這一類(lèi)主要聚集了單株生物量高、莖葉比高、粗蛋白含量低、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量較高以及越冬性最好，這2個(gè)品種干草產(chǎn)量和越冬率較高，主成分得分分別為3和1，非常適合在本地區(qū)種植。第2類(lèi)聚集了秋眠級(jí)2級(jí)和5級(jí)的紫花苜蓿，這一類(lèi)植株高度高，單株生物量和越冬率僅次于第1類(lèi)，其它指標(biāo)一般，這2個(gè)品種主成分得分分別為2和4，比較適合在本地區(qū)種植。第3類(lèi)聚集了秋眠級(jí)6級(jí)、7級(jí)和8級(jí)的紫花苜蓿，這一類(lèi)莖葉比最低，單株生物量和越冬率相對(duì)較低，營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)一般，這3個(gè)品種主成分得分分別為5，7和6，不推薦在本地區(qū)種植。第4類(lèi)主要聚集了秋眠級(jí)9級(jí)和10級(jí)的苜蓿，這一類(lèi)單株生物量、株高、越冬率均為最差、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)相對(duì)較好，這2個(gè)品種由于干草產(chǎn)量低，越冬率低，且這2個(gè)品種主成分綜合得分分別為8和9，非常不推薦在本地區(qū)種植。

表8 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 8 Comprehensive evaluation results of different fall dormancy rating alfalfa

圖3 不同秋眠級(jí)苜蓿的系統(tǒng)聚類(lèi)圖Fig.3 Systematic cluster diagram of different fall dormancy rating alfalfa

3 討論

3.1 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿品種生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)、越冬率的比較

紫花苜蓿單株生物量是評(píng)價(jià)苜蓿品種優(yōu)劣的關(guān)鍵，也是衡量苜蓿生產(chǎn)力大小的主要指標(biāo)[18]，不同的單株生物量能夠反映出不同秋眠級(jí)紫花苜蓿的農(nóng)藝性狀及對(duì)生境的適應(yīng)性。本研究中，紫花苜蓿單株生物量隨著秋眠級(jí)的升高呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中秋眠級(jí)4級(jí)、3級(jí)和2級(jí)紫花苜蓿單株生物量最高，而秋眠級(jí)為9級(jí)、10級(jí)和8級(jí)的紫花苜蓿單株生物量最差。不同秋眠級(jí)紫花苜蓿對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力不同，試驗(yàn)地所在緯度高低在一定程度上反映了當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境，包括平均氣溫、最低溫以及光照時(shí)長(zhǎng)等，一般高緯度地區(qū)低秋眠級(jí)紫花苜蓿越冬性能和持久力更好，能夠保證一定的經(jīng)濟(jì)效益，而在低緯度地區(qū)高秋眠級(jí)紫花苜蓿能夠更快的生長(zhǎng)，且不會(huì)受到低溫和光照不足的影響，能夠獲得更高的干草產(chǎn)量[8]。同時(shí)，由于不同品種紫花苜蓿的特性和對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求不一致，土壤養(yǎng)分和有益微生物會(huì)隨著生長(zhǎng)年份的增加差異越來(lái)越大[2,8]。株高和莖粗是反映紫花苜蓿生長(zhǎng)狀態(tài)及干草產(chǎn)量潛力的重要指標(biāo)之一[19]，本研究中，紫花苜蓿株高和莖粗隨著苜蓿秋眠級(jí)的升高呈先增加后降低的趨勢(shì)，與紫花苜蓿單株生物量呈顯著正相關(guān)，這與趙海明等的研究結(jié)論相一致[11]。但也有研究顯示，紫花苜蓿株高和秋眠級(jí)存在極顯著正相關(guān)，秋眠性差的紫花苜蓿品種其株高、莖粗等生長(zhǎng)性狀顯著高于秋眠性好的品種[21]，造成這種現(xiàn)象的原因主要有三點(diǎn)，一是后者所在的地區(qū)光照時(shí)間長(zhǎng)、溫度高；二是非秋眠型紫花苜蓿光照臨界值低，隨著光照時(shí)間的增加，非秋眠型紫花苜蓿品種對(duì)光的利用效率更高[3]；三是適宜的溫度下，光照對(duì)非秋眠型紫花苜蓿品種莖稈的伸長(zhǎng)率的相關(guān)性要高于秋眠型紫花苜蓿[22]。

紫花苜蓿粗蛋白含量是評(píng)定其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)[23]，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維則能夠很好的定量結(jié)構(gòu)性碳水化合物，進(jìn)而使紫花苜蓿的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得到更好的評(píng)價(jià)[24]。對(duì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的比較是為了更好的量化可用于動(dòng)物消耗的總蛋白和代謝能，由于這涉及到紫花苜蓿品質(zhì)的評(píng)級(jí)類(lèi)別，需要在產(chǎn)量和質(zhì)量之間去權(quán)衡[18]。在鄂爾多斯的研究表明，干草產(chǎn)量較高的苜蓿品種其粗蛋白含量同樣較高，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維則相對(duì)降低[25]，在呼倫貝爾地區(qū)對(duì)32個(gè)國(guó)內(nèi)外紫花苜蓿引種的試驗(yàn)表明，苜蓿干草產(chǎn)量與粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量之間沒(méi)有明顯的相關(guān)性[26]。但本研究表明，紫花苜蓿單株生物量與粗蛋白含量之間呈顯著負(fù)相關(guān)，但與中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量呈顯著正相關(guān)。其中高秋眠級(jí)紫花苜蓿比低秋眠級(jí)紫花苜蓿營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)要好，這一結(jié)果與根據(jù)生產(chǎn)性狀所篩選出的品種差別較大。營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的高低除了不同秋眠級(jí)紫花苜蓿品種間的差異外，還有可能是因?yàn)橄嗤纳L(zhǎng)階段不同秋眠級(jí)紫花苜蓿的生長(zhǎng)程度不一致。紫花苜蓿葉片和莖稈營(yíng)養(yǎng)成分差異很大，與莖稈相比，葉片的纖維含量較低，蛋白質(zhì)含量較高，隨著紫花苜蓿生長(zhǎng)發(fā)育階段的推移，生物量高的紫花苜蓿需要投入更大比例的結(jié)構(gòu)組織(莖稈)去維持直立狀態(tài)，使紫花苜蓿葉片合理的分布在不同的位置和空間，有利于更大程度的增加光合有效面積，與此同時(shí)，莖稈所占干物質(zhì)產(chǎn)量的比例會(huì)大大增加，從而導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的下降[2-3]。

越冬率是體現(xiàn)苜蓿冬季抗寒性、適應(yīng)性及持久性的關(guān)鍵指標(biāo)，是紫花苜蓿引種的重要因素之一[27]。在我國(guó)北方地區(qū)出現(xiàn)的大面積紫花苜蓿減產(chǎn)、越冬困難等現(xiàn)象，主要是因?yàn)楸狈降途暥鹊貐^(qū)干旱嚴(yán)重、氣候寒冷和光照時(shí)長(zhǎng)不足等環(huán)境因素引起，進(jìn)而導(dǎo)致紫花苜蓿有效生長(zhǎng)期和持久力的大幅度降低[28]。本研究對(duì)紫花苜蓿異地引種的篩選過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，紫花苜蓿秋眠級(jí)與越冬率呈極顯著線性負(fù)相關(guān)，即紫花苜蓿秋眠性越差，越冬率越低。在秋末冬初，紫花苜蓿進(jìn)入低溫馴化和越冬耐寒適應(yīng)階段，不同秋眠級(jí)紫花苜蓿品種對(duì)冷信號(hào)、光周期的響應(yīng)差異，導(dǎo)致越冬期間紫花苜蓿品種存活率的不同。這主要由紫花苜蓿的遺傳特性決定，低秋眠級(jí)紫花苜蓿會(huì)在秋季儲(chǔ)存更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去維持冬季所必須的養(yǎng)分需求[29]。可溶性糖的積累對(duì)于紫花苜蓿適應(yīng)低溫環(huán)境具有重要作用，研究發(fā)現(xiàn)，在晚秋環(huán)境下，地上部莖葉可溶性糖含量隨著時(shí)間推移呈降低趨勢(shì)，這主要與可溶性糖向地下根系的轉(zhuǎn)移有關(guān)，而且這種規(guī)律隨著秋眠級(jí)的降低而增強(qiáng)。此外，紫花苜蓿秋眠性的增強(qiáng)還增加了植株內(nèi)的抗氧化物質(zhì)，提高紫花苜蓿根系可溶性物質(zhì)含量和細(xì)胞膜不飽和脂肪酸含量，增強(qiáng)抗凍耐寒能力[30-31]。

3.2 不同秋眠級(jí)紫花苜蓿品種的綜合評(píng)價(jià)

不同紫花苜蓿品種由于受到氣候環(huán)境、光照因素、土壤養(yǎng)分含量、田間管理水平等因素的影響，導(dǎo)致其生物量、營(yíng)養(yǎng)水平及耐寒適應(yīng)性表現(xiàn)各異，故不同地區(qū)最適宜種植的紫花苜蓿品種有所差異[3]。有效篩選和綜合評(píng)價(jià)紫花苜蓿品種的生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、越冬率，是紫花苜蓿引種過(guò)程研究的主要內(nèi)容[12]，在實(shí)際生產(chǎn)中，人們常常采用單一指標(biāo)來(lái)判斷一個(gè)牧草品種的綜合特性，是一種非常不嚴(yán)謹(jǐn)、不科學(xué)的方法，單一指標(biāo)的突出并不意味著該品種適合當(dāng)?shù)胤N植[18]。本研究綜合主成分分析和聚類(lèi)分析可以看出，新疆石河子地區(qū)最適宜種植的紫花苜蓿品種為秋眠級(jí)4級(jí)的‘WL325HQ’、‘阿迪娜’、‘新疆大葉’，其次為3級(jí)的‘中苜2號(hào)’、‘中苜3號(hào)’、‘康賽’。研究表明，對(duì)隴東地區(qū)引進(jìn)14個(gè)國(guó)內(nèi)外紫花苜蓿品種進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，秋眠級(jí)為5級(jí)的‘德福’表現(xiàn)最優(yōu)，適宜作為當(dāng)?shù)赝茝V的首選品種[32]。在湘西南地區(qū)對(duì)17個(gè)不同秋眠級(jí)紫花苜蓿的生長(zhǎng)適應(yīng)性評(píng)價(jià)中，秋眠級(jí)為6～8級(jí)的‘盛世’、‘豐寶’、‘CW680’表現(xiàn)較好，可在南方亞熱帶地區(qū)種植推廣[33]，可見(jiàn)，隨著緯度的升高，紫花苜蓿生境隨之改變，低秋眠級(jí)紫花苜蓿的綜合競(jìng)爭(zhēng)力更好。造成不同地區(qū)選種差異除了不同秋眠級(jí)紫花苜蓿對(duì)氣候環(huán)境的適應(yīng)程度不同之外，還有可能因?yàn)槠贩N特性對(duì)氮磷脅迫、鹽堿脅迫、水分脅迫的響應(yīng)程度不一[12,28,30]。此外，在紫花苜蓿的實(shí)際生產(chǎn)中，還要考慮極端天氣的出現(xiàn)，當(dāng)參試品種冬季處于更低的溫度或者降雪量減少時(shí)，是否還具有同樣的生產(chǎn)力和適應(yīng)性，還有待進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

在新疆石河子地區(qū)，秋眠級(jí)4級(jí)和3級(jí)紫花苜蓿的單株生物量、生長(zhǎng)性狀表現(xiàn)比較突出，秋眠級(jí)9級(jí)和10級(jí)紫花苜蓿的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)最高，越冬率最好的秋眠級(jí)為2級(jí)和3級(jí)。通過(guò)對(duì)9個(gè)秋眠級(jí)紫花苜蓿7個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)主成分分析和聚類(lèi)分析綜合表明，秋眠級(jí)4級(jí)紫花苜蓿最接近理想品種，其次為3級(jí)，上述2個(gè)秋眠級(jí)紫花苜蓿適合在新疆石河子地區(qū)種植。