宁夏农牧交错带燕麦品种农艺性状和营养成分综合评价

刘定鑫 ,  孙丽婷 ,  武育芳 ,  吕晓丽 ,  彭文栋 ,  季波 ,  马锋茂 ,  胡高峰

甘肃农业大学学报 ›› 2024, Vol. 59 ›› Issue (03) : 62 -68.

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甘肃农业大学学报 ›› 2024, Vol. 59 ›› Issue (03) : 62 -68. DOI: 10.13432/j.cnki.jgsau.2024.03.008
农学·园艺·植保

宁夏农牧交错带燕麦品种农艺性状和营养成分综合评价

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Comprehensive evaluation of agronomic traits and nutritional components of oats in the agro-pastoral ecotone of Ningxia

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摘要

目的 为农牧交错带地区(以宁夏盐池县为例)燕麦品种的引进与筛选提供指导。 方法 试验采用随机区组设计,通过对8个不同燕麦品种的株高、茎粗、干鲜比、叶绿素含量、叶面积、鲜干草产量、粗蛋白CP、中性洗涤纤维NDF、酸性洗涤纤维ADF等进行分析,综合评价比较不同品种生产性能。 结果 株高、茎粗、叶宽、叶绿素含量、叶面积、鲜干草产量、CP、粗灰分、NDF、ADF在各品种间差异显著(P<0.05),其中甜燕1号和牧乐思的干草产量较高,分别达到8 670 kg/hm2、7 877.5 kg/hm2,较本地燕麦增产分别达到49.4%、42.3%;茎粗分别为4.74 mm和4.53 mm,粗蛋白达到7.83%和7.80%,品质较好。 结论 牧乐思和甜燕1号品种综合表现较好,适宜在当地推广种植。该研究结果可为宁夏盐池地区乃至农牧交错带地区燕麦种植提供科学依据和数据参考。

Abstract

Objective The study aimed to provide a guidance for the introduction and screening of oat varieties in the agro-pastoral ecotone of Ningxia,with the Yanchi County as a case. Method A randomized block design was used in this experiment,and eight Oat varieties were analyzed by measuring their plant height,stem diameter,dry-fresh ratio,chlorophyll content,leaf area,fresh hay yield,crude protein,neutral detergent fiber and acid detergent fiber,comprehensively evaluating and comparing production performance of different varieties. Result It was showed that there were significant differences in plant height,stem diameter,leaf width,chlorophyll content,leaf area,fresh hay yield,CP,Ash,NDF and ADF among all varieties (P<0.05).Among 8 varieties,Tianyan 1 and Mulesi had much higher yield of the hay,which were 8 670 kg/hm2 and 7 877.5 kg/hm2 and increased by 49.4% and 42.3%,respectively,compared with local oat.Both varieties had a high quality in that their stem diameter was 4.74 mm and 4.53 mm,and crude protein content was 7.80% and 7.83%,respectively. Conclusion Among 8 varieties,Mulesi and Tianyan 1 was better in the comprehensive performance,which was suitable for local planting and extension.The results could serve as basis data and scientific reference for oat planting in Yanchi region and other agro-pastoral ecotone of Ningxia.

Graphical abstract

关键词

农牧交错带 / 燕麦 / 农艺性状 / 营养品质 / 综合评价

Key words

agro-pastoral ecotone / oat(Avena.sativa / agronomic traits / nutritional quality / comperhensive assessment

Author summay

刘定鑫,硕士生研究。E-mail:

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刘定鑫,孙丽婷,武育芳,吕晓丽,彭文栋,季波,马锋茂,胡高峰. 宁夏农牧交错带燕麦品种农艺性状和营养成分综合评价[J]. 甘肃农业大学学报, 2024, 59(03): 62-68 DOI:10.13432/j.cnki.jgsau.2024.03.008

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随着我国养殖业的快速发展、天然草地的退化,2014年国务院正式提出了“草牧业”的发展理念,指出发展人工草地是解决饲草料不足的关键所在1,通过发展人工草地,来满足当地饲草需求,将有效缓解天然草地的放牧压力,使其得以保护和修复2。随着我国“草牧业”“粮改饲”“草田轮作”等农业供给侧结构性改革的持续推进,牧草产业发展有序扩大,燕麦饲草也越来越受到养殖业的青睐。燕麦(Avena sativa)属禾本科(Gramineae)燕麦属(Avena)一年生草本植物3,是一种粮饲兼用型绿色古老的作物,也是牧区重要的优质牧草4。其具有耐旱、耐寒、抗盐碱、抗贫瘠、抗病虫害等特性,还具有营养高、茎叶软、适口性好等优点,可用于青饲或制作青贮以及调制青干草5。被广泛用作为饲草饲料,对区域生态畜牧业建设和天然草地生态保护具有重要意义6
近年来,燕麦饲草的需求量在不断扩大,虽然我国燕麦饲草种植面积逐年增加,但在国内市场燕麦仍处于供不应求的状态7。“十四五”规划中,畜牧业被宁夏列为产业发展的第一目标,也是盐池本地区的重要支柱产业。盐池滩羊年均饲养量300余万只,这对盐池饲草供应量也提出了巨大考验。目前,盐池地区主要将燕麦饲草用于青饲和调制青干草喂养。燕麦越来越受到养殖业欢迎,要在短期内快速解决当地优良饲草品种缺乏这一矛盾,引种是关键措施之一8。引种、培育燕麦新品种可以大力发展燕麦饲草产业,也可有效缓解突出的草畜不平衡矛盾问题,同时也是发挥人工草地的生产与生态服务功能的主要手段9
Jan等10通过评估引进燕麦品种的生产性能及遗传多样性,得出引进品种具有较高的遗传多样性,有助于当地燕麦种质的改良和栽培。李峰等11在16个春播燕麦品种在松嫩平原的生产力综合评价、王腾飞等12在饲用燕麦品种在宁夏雨养区的适应性评价、庄克章等13在11个饲用燕麦品种在鲁南地区的生产性能评价等研究均表明筛选出适合当地种植的燕麦品种具有重要意义。可以看出燕麦品种引进与筛选工作对当地饲草产业有着积极的现实意义,同时也可以为区域草食畜牧业的快速发展有效提供饲草保障,但对宁夏盐池地区的燕麦品种引进和筛选工作鲜见有报道。因此,本研究通过主成分分析、隶属函数分析和聚类分析对8个燕麦品种的农艺性状和营养品质进行综合评价,筛选出适合当地种植的优良燕麦品种,旨在为以宁夏盐池县为代表的农牧交错带地区燕麦品种引种及大面积示范推广提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于宁夏回族自治区盐池县四墩子基地,地理坐标为N 37°77',E 107°28'。盐池县北部距离海洋远,气候干燥,降水量少,属农牧交错带地区。年平均降水量为282.3 mm,一般多在7~9月份降水,且占全年降水量64 %以上,年蒸发量达2 131.7 mm;绝对无霜期124 d 左右,相对无霜期165 d ≥0 ℃年积温3811.7 ℃,≥10 ℃年积温3436.06 ℃,年日照时数2 346.82 h,年平均气温9.1 ℃。试验地土壤类型为沙壤黄棉土,播前土壤pH值6.0,有机质含量为3.1 g/kg,全氮含量为0.51 g/kg,碱解氮为25.5 mg/kg,速效磷为2.7 mg/kg,速效钾为167.5 mg/kg。

1.2 试验材料

试验材料共8个燕麦品种,7个燕麦品种由宁夏农林科学院提供,分别为甜燕1号(北京佰清源公司)、甜燕2号(佰清源)、牧乐思(克劳沃)、海威(克劳沃)、梦龙饲用燕麦(百斯特)(以下简称梦龙)、喜越(西贝)、牧王(正道),1个品种为宁夏盐池本地自繁燕麦(以下简称本地)。

1.3 试验设计

试验共设计8个处理,即每个品种设为一个处理,采用随机区组试验设计,每个品种3个小区,即3个重复,每小区面积为长13 m×宽3.8 m=49.4 m2,于2021年6月14日播种,条播,播种深度为3~5 cm,行距20 cm,播量195 kg/hm2,7月20日拔节期施肥,施纯N、P、K分别为75、60、45 kg/hm2,生育期内灌水4次。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 农艺性状测定

以下各农艺性状均在燕麦腊熟期测定。

草产量:每个品种3个小区,在每小区内前中后各选取2 m×1 m样段,重复3次取样,齐地刈割称质量测产,得平均值,计算鲜草产量,取1 kg鲜样放置在烘箱中105 ℃杀青30 min,65 ℃烘干至恒质量并测定干质量,称重后计算干草产量,然后计算干鲜比。

干鲜比=干草产量/鲜草产量×100%

株高、茎粗、旗叶宽:在每个小区内随机选取10株,测量主茎基部至顶部长度(株高);用游标卡尺测量每株从地面开始往上数的第四节的最宽处(茎粗);茎秆最顶端的第一个叶片长称为旗叶长;叶片的最宽宽度为旗叶宽 。

叶绿素:利用日本美能达公司生产的SPAD-502手持式叶绿素计测定叶绿素含量,每小区随机选取10株燕麦的旗叶在自然光照条件下测定旗叶片的基部、中部、尖部的SPAD值,对SPAD值进行平均得出的SPAD值即代表植物叶片叶绿素含量的相对值。

叶面积:在每个小区内随机选取10株,使用浙江托普云农科技股份有限公司生产的YMJ-B手持叶面积测量仪,测定得出叶面积。

1.4.2 营养成分测定

在每个小区内随机选取全株鲜草样品,剪为4~5 cm长,置于 105 ℃烘箱中杀青0.5 h 左右,65 ℃烘干 48 h 至恒质量,将烘干后的草样粉碎,过0.50 mm筛。利用丹麦FOSS公司生产的NIRS DS 2500近红外分析仪测量粗脂肪(ether extract,EE)、粗灰分(crude ash,CA)、粗蛋白(crude protein,CP)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)含量。

1.5 数据统计

使用Excel进行数据统计,利用SPSS 22.0 进行单因素方差分析,差异显著性采用Duncan法进行多重比较;使用聚类分析,采用欧式距离法,得出谱系图,然后进行主成分分析、隶属函数综合分析,用Origin2018绘图。

主成分14-16计算公式:

F(Xj)=a1jX1j+a2jX2j+,,+aijXij  (i=1,2,,n;j=1,2,,n)

式中:FXj )为第j个综合指标值,aij 表示各单一指标的特征值所对应的特征向量,Xij 为各单一指标标准化处理值。

隶属函数值计算公式:

uxj )=xj -xjmax/xjmax-xjmin (j=1,2,⋯,n

综合评价值计算公式:

D=j=1nu(xj)×(Pj÷j=anPj) (j=1,2,…,n)

式中:uxj )为各品种第j个综合指标的隶属函数值,xj 表示第j个综合指标,xjminxjmax表示第j个综合指标的最小值和最大值;Pj 为第j个综合指标贡献率,表示第j个综合指标在所有指标中的重要程度;D为综合评价值。

2 结果与分析

2.1 不同燕麦品种农艺性状及产量分析

8个供试燕麦品种的株高、叶宽、茎粗、产量等农艺性状进行方差分析,结果所示:8 个燕麦品种中,牧乐思株高67.33 cm,显著高于海威、甜燕1号、甜燕2号和牧王(P<0.05),具有优势;其次为喜越;株高较矮的品种是本地燕麦,株高53.76 cm,较平均株高低8.41 cm。叶片性状较为突出的是牧王和牧乐思,叶宽达到1.12 cm,其次为甜燕1号,三者之间差异不显著(P>0.05),且所有品种叶宽均显著高于本地燕麦(P<0.05),本地燕麦在叶片性状上表现不突出,处于较低水平,较平均叶宽低0.2 cm。茎粗最大的是牧王4.85 mm,其次为甜燕1号4.74 mm、牧乐思4.53 mm,三者之间差异不显著(P>0.05);茎秆较细的品种有本地燕麦、海威,除海威外,其他品种茎粗均显著高于本地燕麦(P<0.05),牧王、甜燕1号较本地燕麦分别提高42%、41%。干鲜比最高是甜燕2号0.35,最低是牧王0.30,品种之间差异不显著(P>0.05)。叶面积最大的是牧乐思2 168.42 mm2,与其他品种均差异显著(P<0.05)。叶绿素含量前2位是甜燕2号和海威,与其他品种均差异显著(P<0.05),最低的是牧乐思,与牧王差异不显著(P>0.05)。甜燕1号干草与鲜草产量均为最高,喜越、牧王次之,甜燕1号鲜草产量(27 833.33 kg/hm2)显著高于甜燕2号(19 333.33 kg/hm2)和本地燕麦(14 083.33 kg/hm2P<0.05),与其他品种均差异不显著(P>0.05);本地燕麦干草产量与其他品种均差异显著(P<0.05),与本地燕麦相比,甜燕1号鲜草产量与干草产量分别增产达49.4%和47.5%。

2.2 不同燕麦品种营养品质分析

表2可以看出,燕麦营养品质不同品种间显著差异(P<0.05)。梦龙粗蛋白8.23%含量最高,显著高于牧王6.79%(P<0.05),增长17.5%,而与其他品种相比差异均不显著(P>0.05);甜燕1号粗脂肪含量0.95%最高,显著高于海威和甜燕2号(P<0.05);本地燕麦粗灰分含量5.99%最高,显著高于牧王的4.41%(P<0.05),增加了26.4%;中性洗涤纤维牧乐思、甜燕2号和梦龙与甜燕1号、喜越差异显著(P<0.05),其中甜燕2号中性洗涤纤维含量65.34%最高;海威酸性洗涤纤维含量38.89%最高,显著高于其他品种(P<0.05)。

2.3 不同燕麦品种的聚类分析

聚类分析可以将参试品种具有相似性状的归为一类,方便后期品种选择种植表现较好的一类。通过组间链接聚类方法,并计算欧式距离进行聚类分析,对8个燕麦品种株高、茎粗、旗叶宽、叶面积、干鲜比、干草产量、粗蛋白7个指标进行了综合评价,运用离差平方和法进行聚类分析,得到聚类图1:可以看出将8个燕麦品种可聚为三大类,综合表现较好的高产一类包括甜燕1号、喜越、海威、牧王、牧乐思,干草产量为7 543.33~8 670 kg/hm2;综合表现一般的一类包括甜燕2号、梦龙,干草产量为6 766.66~7 325 kg/hm2;综合表现较差的一类为低产本地燕麦,干草产量为4 548.75 kg/hm2

2.4 不同品种的主成分分析、隶属函数分析与综合排序

按照主成分分析累计贡献率≥85%的原则,选择前3个主成分因子进行分析,得到的特征根累计贡献率为89.530%(表3)。

第1主成分特征值为3.771,贡献率47.14%。特征值旗叶宽、茎粗、干草产量和株高有较高的载荷,称第1主成分为生产性状因素构成因子。叶绿素、干鲜比和CP的特征值为负,其载荷较小。说明在燕麦种植中,旗叶宽和茎粗越宽越粗越好。

第2主成分特征值为2.051,贡献率为25.63%。第2主成分为叶面积构成因子,特征值中贡献大的是干鲜比和叶面积。茎粗的特征值为负,说明叶面积要适中,且叶面积影响植物光合作用,而干鲜比是影响燕麦干草产量的直接因素。

第3主成分特征值为1.340,贡献率为16.75%。因为特征值中叶绿素有较高的载荷,第3主成分为叶绿素构成因子。由各载荷数值可以看出,牧草叶绿素是其光合作用的主要色素,其含量影响牧草综合品质。所以,第3主成分值适中为好。

为了客观、科学的评价不同品种间牧草营养品质的优劣,更加真实地反映各品种间牧草营养品质的差异。因此结合8个燕麦品种株高、茎粗、旗叶宽、叶面积、叶绿素、干鲜比和干草产量为指标进行隶属函数综合评价分析。由表4可知,第1主成分因子排名前三的是牧乐思、牧王和甜燕1号。第2主成分因子牧乐思和甜燕2号表现较好。第3主成分因子最好的是海威。综合排序来看,牧乐思的综合表现性最好,其次为喜越,最差为本地燕麦。

3 讨论

农艺性状、草产量是衡量草地生产能力的重要指标17-18,且产草量是农艺性状表现的综合反映17。通过对8个燕麦品种单因素方差分析可以表明,每个品种均有其突出的农艺性状,如牧王在株高上不占优势,属于宽叶、粗茎类型的品种,是抗倒伏品种,而喜越是细秆、长势较高的品种。各燕麦品种在农艺性状、环境适应性等各方面各有优势,不能客观综合地评判某一个品种的优劣19。在本研究中,饲用燕麦鲜草产量和干草产量位于第1位的品种是甜燕1号,其株高、叶面积、叶绿素均位于第5位,属中等水平,茎粗、叶宽位于第2、3位,分别是4.74 mm、1.03 cm。干鲜比作为评价饲草干草产量的重要指标之一,对制作干草饲料有一定指示作用20。本研究中甜燕2号品种干鲜比0.35最高,牧乐思次之。

牧草营养价值是评判牧草是否优良的重要指标21。在本研究中,燕麦饲草品种评价以其营养物质含量为指标,包括CP、EE、Ash、NDF、ADF,其中CP含量越高,品质越好22,粗脂肪则与牧草的适口性密切相关,其含量越高,牧草适口性越好23。NDF和ADF是评价牧草消化率的国际通用指标[24],NDF含量增加,采食量降低,ADF含量增加,消化率随之降低22。本研究中参试的8个燕麦品种CP含量为6.79%~8.23%,梦龙含量最高;EE含量为0.74%~0.95%,甜燕1号含量最高;NDF为58.79%~65.34%,喜越含量最低;ADF为33.48%~38.89%,牧王含量最低。本研究中牧乐思和甜燕1号的NDF和ADF均相对较低,但比郭兴燕等[25]在宁夏引黄灌区燕麦品种生产性能及营养价值研究结果较高,这可能与测量时期和试验区域不同有关,但本研究结论与郭兴燕的结论一致,牧乐思和甜燕1号表现最好。

主成分分析方法既能把握综合性状表现,又能简化选择程序,且具有科学性,常被用于农作物农艺性状的评价和筛选[26-29]。本研究利用主成分分析法将8个燕麦品种的8个指标转化为3个主成分因子,累计贡献率达89.53%。产量构成主要集中在旗叶宽、茎粗、干草产量和叶面积等第一和第二主成分上。因此,在筛选适宜本地区种植的燕麦品种时应注重第一、二主成分的综合选择。通过隶属函数综合分析,按照评价值D值的大小进行排序,可以看出牧乐思和喜越的表现较好。而聚类分析是研究样本与指标分类问题的一种统计方法,通过聚类分析可以把样本或指标分为几类,使得类内个体具有较高的同质性,类间个体具有较大的差异性[30]。聚类分析对本地区燕麦种植的多品种选择上可以提供参考。本研究通过若干农艺性状、草产量和CP将8个品种聚类为3个大类,第一类干草产量最高,为7 543.33~8 670 kg/hm2;第二类干草产量较高,为6 766.66~7 325 kg/hm2;第三类干草产量最低,为4 548.75 kg/hm2。其结果与闫雅等19研究的结果不一致,可能是因为其生长环境以及播种时间的不同所造成的。

本研究结合主成分分析、隶属函数综合分析与聚类分析所得出结果基本一致,说明可以较为准确的筛选出适合农牧交错带地区种植的燕麦品种。本试验农艺性状和营养品质指标的研究结果相对较低,这可能与播种期和测量指标时期有关。周磊等23研究表明适宜的播期有利于作物更好的利用环境条件并提高品质。这也可能跟品种自身的遗传特性和试验环境因素有关,参试品种、环境不同,结果也存在差异17。对于以上结果的差异性有待于进一步通过对燕麦不同时期指标研究来说明。当然,具体引进品种还应根据当地生长环境,种植因素等综合考虑,还应继续在生产实践中进一步验证。

4 结论

通过对不同燕麦品种比较分析来看,甜燕1号鲜草、干草产量最高,分别为27 833.33 kg/hm2、8 670 kg/hm2,综合评价牧乐思排序第1,所以在农牧交错带地区适合推广种植牧乐思和甜燕1号品种。

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基金资助

宁夏回族自治区农业科技自主创新资金农业高质量发展和生态保护科技创新示范课题(NGSB-2021-14-06)

宁夏回族自治区农业高质量发展和生态保护科技创新示范项目:宁夏饲草产业结构优化调整关键技术研究与示范项目(NGSB-2021-15)

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