西南喀斯特山區(qū)120種野生牧草的常規(guī)營養(yǎng)成分含量及其聚類分析

王德鳳 韓 勇* 袁 超 張乃鋒 崔 凱 楊 洋

(1.貴州省畜牧獸醫(yī)研究所，貴陽 550025；2.中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所，北京 100081)

中國西南喀斯特山區(qū)面積超過55萬km2，主要以貴州省為主，含湘西、廣西北部、重慶和云南小部分地區(qū)[1]。貴州喀斯特山區(qū)總面積約30萬km2，宜牧草山草坡面積大，約1 000余萬hm2，草地面積數(shù)在全國排第12位；牧草種類數(shù)量多，共有可飼用植物203科1 200屬5 000多種，優(yōu)良牧草有260余種，種類資源數(shù)居全國第2位[2]。野生牧草種質資源是農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的基礎，具有保持水土、治理石漠化、凈化空氣、調節(jié)氣候等生態(tài)功能[3]。草牧業(yè)是整合牧草生產(chǎn)功能和生態(tài)功能，推進飼草產(chǎn)業(yè)和草食畜牧業(yè)融合發(fā)展，打造“山水林田湖草”生命共同體的生態(tài)環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)，發(fā)展草牧業(yè)對促進生態(tài)文明建設和農(nóng)業(yè)供給側結構性改革具有重要的意義[4-5]。家畜適度采食能提高植物的分蘗能力，提高生物產(chǎn)量；家畜的適度踐踏可促進其排泄物和植物凋落物的物理破碎，有助于排泄物及凋落物與表層土壤更好地融合，提高分解速率和碳周轉周期[6]。適牧可以減弱土壤有機碳分解速率，能減少草地碳排放，增加土壤碳匯[7]?！爱a(chǎn)業(yè)生態(tài)化和生態(tài)產(chǎn)業(yè)化”是資源利用和生態(tài)保護平衡理想模式[8]，西南喀斯特山區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，發(fā)展草牧業(yè)需要結合動物營養(yǎng)需求，充分評估營養(yǎng)物質產(chǎn)出，將天然資源科學利用與草畜周年平衡有機融合，以實現(xiàn)“產(chǎn)業(yè)生態(tài)化，生態(tài)產(chǎn)業(yè)化”。因此，本研究根據(jù)野生牧草對放牧家畜的適口性，采集有代表性的120種野生牧草，分為豆科、禾本科及其他科，對其常規(guī)營養(yǎng)成分含量進行測定，并開展各科牧草粗蛋白質(CP)含量與粗纖維(CF)、磷(P)含量的相關性分析及營養(yǎng)價值聚類分析，以期為促進西南喀斯特山區(qū)野生牧草資源科學利用，促進生態(tài)環(huán)境保護與草牧業(yè)持續(xù)健康發(fā)展雙贏提供一定的數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

從西南喀斯特山區(qū)選取41個有代表性的區(qū)域，釆集野生牧草46個科共120種，系統(tǒng)開展牧草營養(yǎng)價值評定。具體樣品信息見表1。

1.2 采集方法

每種野生牧草樣品分3個點采樣，草本類牧草留岔10 cm，木本牧草根據(jù)放牧牛羊采食習慣，采集當年萌發(fā)嫩枝葉；將3個點所采樣品混合均勻，采集3 kg左右鮮牧草樣品用于營養(yǎng)成分分析。

1.3 樣品處理

將鮮牧草樣品剪成5～8 cm長段，65～70 ℃烘干后粉碎過1 mm網(wǎng)篩備用。

1.4 常規(guī)營養(yǎng)成分含量測定

干物質(DM)含量參照AOAC(1990)[9]的方法測定，CF含量采用濾袋技術測定，CP含量采用凱氏定氮法(全自動定氮儀)測定，粗脂肪(EE)含量采用殘余法(Tecator公司脂肪測定儀)測定，粗灰分(Ash)、鈣(Ca)、P含量的測定以及無氮浸出物(NFE)的推算參照《飼料分析及飼料質量檢測技術》[10]相關方法進行。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進行初步處理，用SPSS 19.0軟件進行回歸模型構建。同時，假設CP、CF、EE、Ash、Ca、P、NFE等營養(yǎng)成分在分類中不重疊，在營養(yǎng)價值綜合評定時權重相同，先將實測營養(yǎng)成分數(shù)據(jù)進行全距-1～1標準化，以平方Euclidean距離為度量標準，采用SPSS 19.0組間聯(lián)接聚類方法進行聚類分析，并繪制樹狀圖和冰柱圖。擬合其線性組合方程如下：

Dc,a+b=αaDc,a+αbDc,b+βDa,b-γ(Dc,a-Dc,b)(其中Dc,a-Dc,b取絕對值)；

αa=Na/Na+b；αb=Nb/Na+b；β=0；γ=0。

式中：Dc,a+b為實體組C和實體組A+B間的距離；Da,b為實體組A和B間的距離;Dc,a為實體組C和A間的距離；Dc,b為實體組C和B間的距離；Na為實體組A和B合并后的實體總數(shù)；αa、αb、β、γ為聚合參數(shù)。全部數(shù)據(jù)以平均值表示。

2 結果與分析

2.1 樣品采集情況

在西南喀斯特山區(qū)41個區(qū)域采集46個科有代表性的常見野生牧草120種，樣品物候期主要集中在拔節(jié)期、展葉期和開花期。樣品以禾本科、豆科、薔薇科、菊科為主，其中豆科14種、禾本科27種、薔薇科16種、菊科8種、蓼科4種，百合科、忍冬科、旋花科等其他41個科共51種。樣品信息具體見表1。

表1 樣品信息

2.2 野生牧草常規(guī)營養(yǎng)成分含量及相關性模型構建

2.2.1 野生豆科牧草常規(guī)營養(yǎng)成分含量及相關性模型構建

如表2所示，14種野生豆科牧草的CP含量在9.93%～27.17%，CP含量高于18.0%的有8種，分別為紫穗槐、紅三葉、白刺花、截葉鐵掃帚、紫花苜蓿、黃花槐、白三葉、刺槐；其他牧草CP含量均在13.0%～18.0%(胡枝子除外)；EE、CF、NDF、Ca、P、NFE含量分別為1.44%～10.38%、13.93%～38.03%、24.44%～66.68%、1.07%～2.64%、0.09%～0.85%、37.64%～56.98%。野生豆科牧草中CP含量與CF含量呈負相關(P<0.05)，與P含量呈正相關(P<0.05)，但r2<0.6，為一般相關，二元相關方程為y=30.97-0.51x1+25.26x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.43)。

表2 野生豆科牧草常規(guī)營養(yǎng)成分含量(干物質基礎)

2.2.2 野生禾本科牧草常規(guī)營養(yǎng)成分含量及相關性模型構建

如表3所示，27種野生禾本科牧草的CP含量為3.68%～22.7%，CP含量高于10%的有10種，分別是黑麥草、喀斯早熟禾、皇竹草、白茅、鴨茅、擬金茅、豬怏怏、鵝毛草、雙穗雀稗、水生早熟禾；EE、CF、NDF、Ca、P、NFE含量分別為0.51%～5.18%、28.18%～47.50%、46.21%～77.87%、4.69%～13.66%、0.08%～0.40%、31.98%～49.40%。野生禾本科牧草中CP含量與CF含量呈負相關(P<0.01)，與P含量呈正相關(P<0.01)，二元相關方程為y=22.30-0.44x1+23.49x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.85)。

表3 野生禾本科牧草常規(guī)營養(yǎng)成分分析(干物質基礎)

2.2.3 其他科野生牧草常規(guī)營養(yǎng)成分含量及相關性模型構建

如表4所示，除豆科、禾本科外的菊科、薔薇科等44個科的79種野生牧草的CP含量在4.40%～29.02%，CP含量高于20%的有15種，分別是水柳、金蕎麥、黑刺苞、小蓬草、辣蓼、楓葉、水花生、酸模、茍樹葉、苧麻葉、野麻草、長葉水麻、蔊菜、空心柴胡和馬鈴薯秧；CP含量低于10%的有12種，分別是貴州金絲桃、小果薔薇、異葉鼠李、煙管莢蒾、地瓜藤、小果南燭、紅泡刺藤、冬青、白勒、鹽膚木、小葉杜鵑、過路黃；剩余52種其他科野生牧草CP含量在10%～20%；EE、CF、NDF、Ca、P、NFE含量分別為0.56%～6.84%、11.74%～51.63%、20.60%～87.51%、0.25%～5.00%、0.06%～1.22%、31.15%～64.81%。其他科野生牧草中CP含量與CF含量呈負相關(P<0.01)，與P含量呈正相關(P<0.01)，二元相關方程為y=21.45-0.36x1+7.17x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.72)。

表4 其他科野生牧草常規(guī)營養(yǎng)成分含量(干物質基礎)

2.3 野生牧草營養(yǎng)價值聚類分析

西南喀斯特山區(qū)46個科的120種野生牧草的CP含量與CF含量呈負相關(P<0.01)，與P含量呈正相關(P<0.01)，二元相關方程為y=21.86-0.36x1+8.06x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.62)。將120種野生牧草根據(jù)營養(yǎng)價值相似距離分成20個類群，其中雞樹條、稀薟、葛藤、黃花槐、水花生、竹節(jié)草、木賊、冬青、蔊菜、多花木蘭為獨立類群，詳見表5和圖1。

圖1 120種野生牧草營養(yǎng)價值聚類分析冰柱圖

表5 120種野生牧草根據(jù)營養(yǎng)價值聚合為20個類群

如圖2所示，根據(jù)重新調整距離合并聚類分析，雞樹條、稀薟、葛藤、黃花槐、水花生、竹節(jié)草、木賊、冬青、蔊菜、多花木蘭等10種野生牧草營養(yǎng)價值評定相似距離與其他牧草較遠，小蓬草、蒼耳、辣蓼、車前草之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，山花椒、葛藤、圓錐山螞蝗、白刺花之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，截葉鐵掃帚、雙穗雀稗、豬怏怏、鈴鐺菜之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，千里光、紫莖澤蘭、黃鵪菜、葛藤之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，紅三葉、白蒿、酸模、金蕎麥、栽秧藨、黑刺苞、刺楸、水柳之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，老虎刺、紫穗槐、白葉莓、野櫻桃、火棘、榆樹、杜仲葉、化香、馬槡、野葡萄、野花椒之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，球子崖豆、野薔薇、倒鉤刺、糯米果、過路黃、白勒、金剛藤、小葉杜鵑、密蒙花、小葉女貞之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，絨毛崖豆、杭子梢、鴨茅、刺梨、五瓣藤、南方莢蒾、合歡樹、黃荊、小木通之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，黑麥草、鵝毛草、金銀花、松針、黃花木之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，胡枝子、山毛豆、地瓜藤、異葉鼠李、煙管莢蒾之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，皇竹草、棕葉狗尾草、白茅、青香茅、麥纖草之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，甘蔗、黃茅、五節(jié)芒、野古草、鼠尾粟、黃背草、細柄草、矛葉藎草、桔草、金發(fā)草、十字馬唐、小果薔薇、貴州金絲桃、小果南燭之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近，喀斯早熟禾、類蘆、鵝毛竹、青香茅、紅泡刺藤、糯米果之間營養(yǎng)價值評定相似距離較近。

圖2 120種野生牧草營養(yǎng)價值聚類分析樹狀圖

3 討 論

3.1 野生豆科牧草營養(yǎng)成分分析

本試驗中，14種野生豆科牧草的CP含量在9.93%～27.17%，EE、CF、NDF、Ca、P含量分別在1.44%～10.38%、13.93%～38.03%、24.44%～66.68%、1.07%～2.64%、0.09%～0.85%。參照《苜蓿 干草質量分級》(T/CAAA 001—2018)[11]方法進行評價，CP含量≥18%、NDF含量<40%的優(yōu)等以上牧草有紫穗槐、紅三葉、紫花苜蓿、黃花槐、白三葉、刺槐6種，占42.86%。營養(yǎng)價值高低是評價牧草質量的重要指標，牧草中的CP由純蛋白質和非蛋白質含氮物組成，是動物蛋白質需求的主要來源，是評價牧草質量的重要營養(yǎng)指標之一；CF主要為動物提供能量，對牧草適口性、消化率等具有重要的影響；Ash主要為動物提供礦物元素，影響牧草的適口性、消化率，其中Ca和P是重要的礦物元素[12]。

當前，對苜蓿、三葉草、紫云英等人工種植豆科牧草營養(yǎng)價值的研究較多。張桂杰等[13]報道，不同生育期豆科牧草CP含量在10.63%～20.09%；余梅等[14]報道，云南地區(qū)9種豆科飼用灌木CP、Ash、Ca、P含量分別在15.15%～20.33%、3.81%～6.93%、0.21%～1.17%、0.11%～0.21%；秦彧等[15]報道，西藏地區(qū)19種不同生育期豆科牧草CP、CF、EE、Ash、Ca、P含量分別在9.11%～27.46%、17.04%～38.07%、0.71%～5.68%、4.48%～9.85%、0.31%～0.78%、0.01%～0.36%。本研究結果與前人研究結論存在一定的差異，這是由于地域對天然牧草營養(yǎng)成分含量有顯著影響[16]。

3.2 野生禾本科牧草營養(yǎng)成分分析

本試驗中，27種野生禾本科牧草CP、EE、CF、NDF、Ca、P含量分別在3.68%～22.7%、0.51%～5.18%、28.18%～47.50%、46.21%～77.87%、0.62%～2.66%、0.08%～0.40%，參照《燕麥 干草質量分級》(T/CAAA 002—2018)[17]方法進行評價，CP含量≥10%、NDF含量<62%的優(yōu)等以上牧草有黑麥草、喀斯早熟禾、皇竹草、鴨茅、豬怏怏、鵝毛草、雙穗雀稗、鈴鐺菜、水生早熟禾9種，占34.62%。本研究結果顯示，野生禾本科牧草CP含量與CF含量呈負相關，與P含量呈正相關，二元相關方程為y=22.30-0.44x1+23.49x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.85)。陳曉琳[18]報道，粗飼料CP含量與NDF、ADF含量呈負相關，本研究結果與前人結論相似。

3.3 其他科野生牧草營養(yǎng)成分分析

本試驗中，79種其他科野生牧草CP、EE、CF、NDF、Ca、P含量分別在4.40%～29.02%、0.56%～6.84%、11.74%～51.63%、20.60%～87.51%、0.25%～5.00%、0.06%～1.22%，CP含量與CF含量呈負相關，與P含量呈正相關，相關方程為y=21.45-0.36x1+7.17x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.72)。參照《苜蓿 干草質量分級》(T/CAAA 001—2018)[11]方法進行評價，CP含量≥18%，NDF含量<40%的優(yōu)等以上牧草有21種，占26.58%；參照《燕麥 干草質量分級》(T/CAAA 002—2018)[17]方法進行評價，CP含量≥10%，NDF含量<62%的優(yōu)等以上牧草有65種，占82.28%。田兵等[19]對貴州42種野生植物營養(yǎng)價值進行灰色關聯(lián)度分析，結論為營養(yǎng)價值較高的優(yōu)良牧草有35種，占83.3%。本研究結果與前人結論相似。

3.4 120種野生牧草營養(yǎng)價值聚類分析

西南喀斯特山區(qū)46個科的120種野生牧草，CP含量與CF含量呈負相關，與P含量呈正相關，二元相關方程為y=21.86-0.36x1+8.06x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.62)。張勝全等[20]評定了青海地區(qū)13種牧草的營養(yǎng)價值，CP、EE、Ash、Ca、P含量分別在4.17%～19.30%、1.07%～9.89%、3.21%～9.47%、0.39%～1.79%、0.11%～0.31%；帕明秀等[21]測定了廣西地區(qū)38種牧草的營養(yǎng)價值，CP、CF、EE、Ash含量分別在3.38%～23.50%、6.97%～27.66%、2.18%～11.93%、4.35%～20.32%；田兵等[19]分析了貴州地區(qū)42種牧草的營養(yǎng)價值，CP、EE、CF、Ash、Ca、P含量分別在7.86%～29.45%、0.81%～5.41%、9.32%～30.38%、3.92%～20.82%、0.47%～2.81%、0.08%～0.86%。由于本研究樣本數(shù)、涵蓋科和采樣區(qū)域都較大(120種、46個科、41個區(qū)域)，導致常規(guī)營養(yǎng)成分含量范圍值比他人研究大。根據(jù)營養(yǎng)價值相似距離，本研究將120種野生牧草聚類成20個類群，其中雞樹條、稀薟、葛藤、黃花槐、水花生、竹節(jié)草、木賊、冬青、蔊菜、多花木蘭這10種野生牧草的營養(yǎng)價值相似距離與其他牧草較遠，需進一步加大同類牧草營養(yǎng)價值評定研究。營養(yǎng)價值相似距離較近，說明營養(yǎng)價值相似，在相似條件下彼此間營養(yǎng)價值可相互作為參考依據(jù)的野生牧草有如下聚類：1)小蓬草、蒼耳、辣蓼、車前草；2)山花椒、葛藤、圓錐山螞蝗、白刺花；3)截葉鐵掃帚、雙穗雀稗、豬怏怏、鈴鐺菜；4)千里光、紫莖澤蘭、黃鵪菜、葛藤；5)紅三葉、白蒿、酸模、金蕎麥、栽秧藨、黑刺苞、刺楸、水柳；6)老虎刺、紫穗槐、白葉莓、野櫻桃、火棘、榆樹、杜仲葉、化香、馬槡、野葡萄、野花椒；7)球子崖豆、野薔薇、倒鉤刺、糯米果、過路黃、白勒、金剛藤、小葉杜鵑、密蒙花、小葉女貞；8)絨毛崖豆、杭子梢、鴨茅、刺梨、五瓣藤、南方莢蒾、合歡樹、黃荊、小木通；9)黑麥草、鵝毛草、金銀花、松針、黃花木之；10)胡枝子、山毛豆、地瓜藤、異葉鼠李、煙管莢蒾；11)皇竹草、棕葉狗尾草、白茅、青香茅、麥纖草；12)甘蔗、黃茅、五節(jié)芒、野古草、鼠尾粟、黃背草、細柄草、矛葉藎草、桔草、金發(fā)草、十字馬唐、小果薔薇、貴州金絲桃、小果南燭；13)喀斯早熟禾、類蘆、鵝毛竹、青香茅、紅泡刺藤、糯米果。

4 結 論

① 西南喀斯特山區(qū)14種野生豆科牧草的CP含量在9.93%～27.17%，EE、CF、NDF、Ca、P含量分別在1.44%～10.38%、13.93%～38.03%、24.44%～66.68%、1.07%～2.64%、0.09%～0.85%。其中，優(yōu)等以上牧草有紫穗槐、紅三葉、紫花苜蓿、黃花槐、白三葉、刺槐6種，占42.86%。

② 27種野生禾本科牧草的CP、EE、CF、NDF、Ca、P含量分別在3.68%～22.7%、0.51%～5.18%、28.18%～47.50%、46.21%～77.87%、0.62%～2.66%、0.08%～0.40%，CP含量與CF含量呈負相關，與P含量呈正相關，二元相關方程為y=22.30-0.44x1+23.49x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.85)。其中，優(yōu)等以上牧草有黑麥草、喀斯早熟禾、皇竹草、鴨茅、豬怏怏、鵝毛草、雙穗雀稗、鈴鐺菜、水生早熟禾9種，占34.62%。

③ 其他科野生牧草的CP、EE、CF、NDF、Ca、P含量分別在4.40%～29.02%、0.56%～6.84%、11.74%～51.63%、20.60%～87.51%、0.25%～5.00%、0.06%～1.22%，CP含量與CF含量呈負相關，與P含量呈正相關，二元相關方程為y=21.45-0.36x1+7.17x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.72)。其中，優(yōu)等以上牧草有65種，占82.28%。

④ 46個科的120種野生牧草的CP含量與CF含量呈負相關，與P含量呈正相關，二元相關方程為y=21.86-0.36x1+8.06x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.62)。聚類分析顯示雞樹條、稀薟、葛藤、黃花槐、水花生、竹節(jié)草、木賊、冬青、蔊菜、多花木蘭這10種野生牧草的營養(yǎng)價值相似，與其他牧草距離較遠。