南京地区饲用大麦主要农艺性状与营养品质评价

Evaluation of major agronomic traits and nutritional quality of forage barley varieties in the Nanjing region

摘要

为筛选出适宜于江苏西南部地区种植的饲用型大麦优良品种，本试验对39个不同大麦品种（系）的株高、茎粗、叶长、叶宽、分蘖数、第3节间长、第4节间长、穗长、穗宽、穗粒数、单株鲜重、单株干重、鲜草产量13个主要农艺性状及生产性能进行了测定，通过鲜草产量及单株干鲜重加权、并结合农艺性状评价筛选出生产及农艺性综合表现较优的10个大麦品种。进一步对筛选出的10个品种进行酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、粗蛋白（CP）、粗纤维、粗脂肪、相对饲喂价值（RFV）6个主要饲用品质指标的检测评估，并与其农艺及生产性能指标一起，通过相关性分析、主成分分析和隶属函数法综合评价不同大麦品种的表现。结果发现，所有供试大麦品种中Hv031、Hv013、Hv027、Hv017的鲜草产量较高（>50000 kg·hm^-2），筛选出的10个适应性突出的大麦品种（系）在营养品质性状方面具有显著性差异，以Hv017、Hv030与Hv036的营养品质为较优（CP>10或RFV>100）；通过对各个成分进行相关性分析与主成分分析表明第4节间长、株高、穗宽、第3节间长、茎粗与ADF可作为饲用大麦农艺与营养品质性状的重点评价指标；隶属函数综合评价得出Hv017、Hv027与Hv009这3个品种的表现较好，尤以Hv017最为突出，可作为江苏南京及周边地区推广种植的首选饲用大麦品种材料。

Abstract

This study screened 39 varieties of forage barley （Hordeum vulgare） to identify elite varieties suitable for planting in the southwestern region of Jiangsu Province. Thirteen major agronomic traits： plant height， stem diameter， leaf length， leaf width， tiller number， the third internode length， the fourth internode length， spike length， spike width， kernel number per spike， fresh weight per plant， dry weight per plant， and fresh forage yield， were measured to determine agronomic performance. From the data， combined with agronomic evaluation， ten barley varieties with better multivariate scores for production and agronomic performance were identified. Further evaluation of six nutritional quality parameters， including acid detergent fiber （ADF）， neutral detergent fiber （NDF）， crude protein （CP）， crude fiber （CF）， ether extract （EE）， and relative feeding value （RFV）， was carried out for the ten varieties； and together with their production and agronomic trait indicators， the multivariate analysis used to identify the ten elite barley varieties included correlation analysis， principal component analysis， and membership function analysis. It was found that varieties Hv031， Hv013， Hv027， and Hv017 had the highest fresh herbage yields （>50000 kg∙hm^-2） among all tested barley varieties. Meanwhile， selection of ten varieties （lines） with better adaptability and nutritional quality traits， identified varieties Hv017， Hv030， and Hv036 as the most outstanding （CP>10 or RFV>100）. The correlation analysis and principal component analysis of all measured traits indicated that the fourth internode length， plant height， spike width， the third internode length， stem diameter， and ADF can be used as key evaluation indicators for agronomic traits and nutritional quality traits in forage barley. The multivariate evaluation by membership function analysis demonstrated that Hv017， Hv027， and Hv009 were better for overall trait performance， with Hv017 being particularly outstanding. We therefore recommend that this variety be prioritized as the primary candidate variety for promotion and planting in Nanjing and surrounding areas of Jiangsu Province.

Graphical abstract

关键词

饲用大麦 / 农艺性状 / 营养品质 / 相关性分析 / 主成分分析 / 隶属函数法

Key words

forage barley / agronomic traits / nutritional quality / correlation analysis / principal component analysis / membership function method

大麦（Hordeum vulgare）是禾本科大麦属的重要作物，其全球产量和种植面积在禾谷类作物中位居第4。作为一种多功能作物，大麦具有饲用、啤用、食用和药用等多种用途，其中饲用是其首要用途^［1］。除籽粒可饲用外，大麦亦可将绿色植株刈割而用作饲草，如青饲、干草或青贮饲料^［2-3］。大麦绿色植株含有较高的蛋白质，而且其氨基酸、矿物质及维生素A、E含量均高于玉米（Zea mays）植株^［4］。大麦的这种高蛋白特性有利于畜牧日粮的营养配比，加之其全株干物质消化率高，作为青贮饲料不仅适口性佳^［5］，而且其营养价值突出，能有效促进猪、牛、鹅等畜禽的生长发育^［6-8］，故是一种优质的饲草。

大麦因其广泛的适应性和较强的抗逆性，在我国的种植区域较广，主要分为冬大麦区和春大麦区。冬大麦主要分布在长江流域、黄淮海及西南地区，春大麦主要分布在西北、东北等北方冷凉地区。尽管有着广泛的种植区域，但我国的大麦供需情况呈现生产有限、消费旺盛、进口依赖度高的特点。考虑到近年来居民消费结构逐渐从传统口粮向“大食物观”转变，我国大麦供需不平衡的矛盾将日益突出。由于当前国内大麦产量远不能满足快速增长的需求，而大麦饲用性价比高，且无配额限制，致使进口规模持续扩大，中国已成为全球最大的饲用大麦进口国^［9］。此外，由于大麦种植的经济效益不及玉米和小麦（Triticum aestivum）等大宗作物，使得部分产区的大麦种植面积在过去的一段时间有所下降。然而，由于其生育期相对较短且生长速度快的特性，大麦在缓解冬春季节饲草短缺方面具有独特优势，因此在南方地区可通过冬季闲田种植大麦，既为畜牧业提供优质饲草，又能实现经济效益与生态效益的双赢，对推动畜牧业可持续发展具有重要意义。

江苏是长江中下游及沿海地区种植大麦面积最大的省份，种植面积常年稳定在6.67万~10.00万hm²，占全国大麦总生产面积的10%~15%。省内大麦种植主要集中在苏北（如盐城、淮安、连云港）地区，且以啤用为主。虽然饲用型大麦在国外的利用已较为广泛^［10］，但国内饲用大麦的应用和相关研究还处于起步阶段。受到居民饮食结构和国家粮改饲政策实施的影响，江苏省也开始重视饲用型大麦品种的培育和生产种植。然而相比于啤用型大麦，目前可用于省内大范围种植推广的饲用型大麦品种（系）非常有限，故亟需引进或培育出适宜于江苏种植和推广的饲用大麦品种。据此，本研究选用国内的大麦种质资源（品种）39份，通过在南京地区的生长适应性表现，以及对其生产农艺和营养品质性状的综合分析，以期筛选出适宜于南京及周边地区种植推广的饲用大麦品种（系），也为进一步培育优质饲用大麦提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于江苏省南京市湖熟现代农业示范区中试基地（31°51′-31°54′ N，118°54′-118°57′ E），该地区地势平坦、水网密集、光照充足、雨量充沛，自然环境优越，属于亚热带湿润气候区，年均气温22 ℃，年均降水量959.8 mm，年均日照时数1786.4 h，年均风速3.5 m·s^-1，年均相对湿度76%，无霜期214 d，气候温和宜人，四季分明，历史上无风灾、震灾记录。土壤属重黏壤土，偏酸性。

1.2 试验材料与设计

供试材料为江苏省中国科学院植物研究所草业研究中心饲草研究室收集的39份国内大麦品种（系）资源，材料信息见表1。参试材料于2023年10月27日统一播种于中试基地试验地核心区，选取平坦且肥力一致的地块建立饲用大麦试验小区，单个小区面积3 m×3 m，采用条播，小区间距0.5 m，采用完全随机区组试验设计，3次重复，灌溉方式为喷灌。播种时施用氮磷钾（NPK）复合肥料作为基肥（225 kg·hm^-2），播后灌水5次，在生长期内人工清除杂草2次。于次年6月中旬在各品种（系）达到乳熟中后期时进行刈割测产和营养品质测定。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 饲草农艺性状

在大麦生长达到乳熟中后期时，在各品种（系）小区中间行随机选取10株大麦，测定其株高、茎粗、叶长、叶宽、第3节间长、第4节间长、分蘖数、穗长、小穗数、穗粒数等指标。在各小区随机选取1 m×1 m的小样方，留茬约10 cm，刈割样方内的全部植株后称得鲜草产量，并换算成 kg·hm^-2；并从中随机选取10株大麦称量其单株鲜重，之后置于烘箱中105 ℃杀青30 min，最后于80 ℃下烘至恒重，称量得到单株干重。

1.3.2 饲草营养品质

在生长适应性观测与主要农艺性状测定分析的基础上，根据对参试材料生产性状的加权统计，即鲜草产量、单株鲜重、单株干重分别按照50%、25%、25%加权统计，从中筛选出评分排序居前的10个大麦品种（系）材料，对其烘干至恒重，测定粗蛋白（crude protein， CP），粗脂肪（ether extract， EE）、粗纤维（crude fiber， CF），中性洗涤纤维（neutral detergent fiber， NDF）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber， ADF）含量，根据NDF、ADF计算得出相对饲喂价值（relative feeding value， RFV）^［11］，具体计算公式如下：

DMI=120/NDF（1）

DDM=88.9-0.779×ADF（2）

RFV=DMI×DDM/1.29（3）

式中：DMI为干物质采食量（dry matter intake， %），DDM为可消化干物质（digestible dry matter， %）。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2019进行原始数据的整理和分析，利用SPSS 27.0数据处理系统软件进行方差分析和Duncan’s新复极差多重比较、主成分分析，利用OriginPro 2024软件进行Pearson相关性分析与作图，运用模糊数学隶属函数法对10个适应性表现突出的大麦品种（系）的农艺生产性状及营养品质指标进行隶属函数值计算，以评价不同品种（系）的综合表现。将测定的各指标分别代入下列公式求得相应的隶属函数值（D）。

隶属函数值： μ（X_i）=(X_i-X_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}})/(X_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}-X_{\mathrm{m}\mathrm{i}\mathrm{n}})（i=1，2，3，……，n）

式中：X_i 为第i个因子的得分值；X_min为第i个因子得分最小值；X_max为第i个因子得分最大值。

权重：W_i =P_i /{\sum }_{i=\mathrm{1}}^n{P}_i （i=1，2，3，……，n）

式中：W_i 为第i个因子在所有公因子中的重要程度；P_i 为各品种第i个因子的贡献率。

综合评价：D={\sum }_{i=\mathrm{1}}^n[\mu (X_i)\times W_i] （i=1，2，3，……，n）

式中：D为参试大麦品种的综合评价值。

2 结果与分析

2.1 不同大麦品种（系）农艺性状比较分析

对供试材料农艺性状统计分析发现，39份大麦种质材料在农艺性状方面差异较大。大麦各品种（系）株高为15.92~78.17 cm，最高与最矮品种（系）间相差62 cm以上，其中品种Hv006的株高最高，除了与Hv012差异不显著外，与其他所有品种之间存在显著性差异；Hv033株高最矮，除与品种Hv032之间差异不显著外，与其他各品种之间具有显著性差异。各品种茎粗为3.38~5.55 mm，以Hv034的茎粗最大，除与Hv005、Hv008、Hv009、Hv017、Hv018、Hv021、Hv023、Hv025、Hv026这9个品种之间不具有显著性差异外，与其他品种在茎粗上存在显著性差异。在叶长与叶宽方面，品种Hv033的叶长超过21 cm，显著大于其他所有品种，约是叶长最短品种Hv031的1.76倍；Hv039的叶宽为22.60 mm，也显著大于其他所有品种，是叶宽最窄品种Hv033的1.92倍。分蘖数达到10个的品种有Hv007、Hv015、Hv019、Hv020、Hv022、Hv032、Hv034，其中Hv032的分蘖数为14.33个，在所有供试品种中居首位，除了与Hv020之间差异不显著外，该品种与其他所有品种之间差异显著（表2）。

从茎秆节间长和麦穗特征上看，Hv012、Hv024与Hv029这3个品种的第3节间长均达到或超过9 cm，大约是最短品种Hv034的2.61倍；同时Hv012的第4节间长超过14 cm，是最短品种Hv034的2.27倍。在麦穗方面，穗长居前3位的为Hv034、Hv033、Hv032，这3个品种的穗长显著大于其他供试品种，同时它们之间也具有显著性差异；而穗宽介于0.68~1.80 cm，穗宽最大的品种为Hv001，除了与Hv007之间不具有显著性差异外，与其他所有品种之间均呈显著性差异；品种Hv036的穗粒数最大，Hv039次之，而Hv006、Hv038与Hv001的穗粒数较少，它们的穗粒数显著低于所参试大麦品种（系）中近一半的品种（表3）。

2.2 不同大麦品种（系）生产性状比较分析

对供试材料生产性能指标的测定分析可知，39个供试大麦品种间的鲜草产量变异较大，每hm²鲜草产量达到或超过50000 kg的大麦品种有Hv013、Hv017、Hv027、Hv031，而低于15000 kg的品种有Hv033与Hv034，产量最高与最低品种之间相差3倍多。各供试材料单株鲜重的大小排序并不完全与每hm²的鲜草产量排序相一致，单株鲜重排名居前3的品种依次为Hv039、Hv035与Hv030，而排名倒三的品种依次为Hv003、Hv034与Hv001，单株鲜重最高品种Hv039与最低品种Hv003之间相差大于4倍。除了Hv039与Hv030的单株干重远高于其他品种外，其余供试品种在单株干重方面的变化相对较小，为1.05~2.90 g·株^-1（表4）。

2.3 不同大麦品种（系）营养品质比较分析

对参试品种的生产性状加权统计分析筛选出Hv009、Hv013、Hv017、Hv026、Hv027、Hv030、Hv031、Hv035、Hv036、Hv039共10个适应性表现突出的品种，并对其营养品质分析可知，该10个大麦品种的ADF与NDF含量分别为30.93%~40.27%与54.62%~66.43%，其中Hv017的ADF含量最低，Hv030的NDF含量最低。Hv017与Hv036的CP含量均大于10%，显著高于其他品种，而Hv026、Hv035与Hv039均小于7%，显著低于其他品种。Hv030与Hv017的CF含量较低，均小于50%。Hv030、Hv039、Hv009与Hv036这4个品种的EE含量在2%以下。该10个适应性突出品种的RFV为89.33~106.26，以Hv030与Hv017的RFV较高，显著高于其他8个品种（表5）。

2.4 不同大麦品种（系）的相关性分析

通过对10个适应性表现突出的大麦品种农艺生长性状与营养品质的相关性分析可知（图1），鲜草产量与单株鲜重、叶长分别呈显著和极显著负相关关系。单株鲜重与单株干重、叶宽呈极显著正相关关系，与叶长、ADF含量呈显著正相关关系，而与分蘖数呈显著负相关关系。单株干重与叶宽呈极显著正相关关系，而与EE含量呈显著负相关关系。株高与第3节间长、第4节间长呈极显著正相关关系，与茎粗呈显著正相关关系，而与穗粒数和ADF分别呈显著和极显著负相关关系。第3节间长与第4节间长呈极显著正相关关系，与茎粗呈显著正相关关系，而与ADF含量呈极显著负相关关系。第4节间长与穗宽呈极显著正相关关系，而与穗粒数呈显著负相关关系。分蘖数与叶宽呈显著负相关关系。叶长与穗粒数呈显著正相关关系。穗长与穗宽呈显著负相关关系。穗粒数与ADF含量呈显著正相关关系。NDF含量与CF含量呈极显著正相关关系，而与RFV呈极显著负相关关系。CF含量与RFV呈极显著负相关关系。

2.5 不同大麦品种（系）的主成分分析

以特征值大于0.85为标准提取主成分，对10个农艺性状兼生产性能表现突出的大麦品种各指标进行主成分分析，结果发现前4个主成分累积贡献率达85.099%，可作为10个大麦品种综合评价的主要因子。由4个综合指标的特征向量可知，主成分1方差百分比为35.957%，ADF（-0.134）、第3节间长（0.129）、株高（0.122）、单株鲜重（-0.120）特征向量较大，主要反映了1项营养性状和3项农艺性状；主成分2方差百分比为23.843%，贡献较大的性状为穗宽（0.195）、EE（-0.155）、单株干重（0.150）、第4节间长（0.146）、叶宽（0.139），反映了1项营养性状和4项农艺性状；主成分3方差百分比为17.119%，CF（0.266）、NDF（0.251）、RFV（-0.230）、茎粗（0.216）特征向量较大，主要反映了3项营养性状和1项农艺指标；第4主成分方差百分比为8.180%，贡献较大的性状为CP（0.529）、穗粒数（0.334）、第4节间长（-0.218）、单株干重（-0.206），反映了3项农艺指标，1项营养指标（表6）。由分析结果可知，茎粗、株高、第3节间长、ADF的贡献值较大，可作为重点评价指标，其中ADF为负向驱动，其余指标均为正向驱动。

2.6 生产性能和营养品质综合评价

本研究采用隶属函数法对饲用大麦10个适应性突出的品种进行综合性评价，分析结果显示供试大麦品种的综合评价值（D）从大到小排序依次为：Hv027>Hv017=Hv009>Hv013>Hv026>Hv030>Hv036>Hv039>Hv031>Hv035，其中Hv027、Hv017、Hv009这3个品种表现较优，它们的综合评价值（D）都在0.7以上（表7）。

3 讨论

3.1 农艺性状及生产性能分析

农艺性状与生产性能的鉴定和评价是农业种质资源筛选研究的基本方法和有效途径，本研究通过对39份大麦品种（系）在南京地区的农艺性状系统性评价，发现不同品种（系）间在株高、茎粗、节间长、穗宽、分蘖数等主要农艺性状特征方面存在显著差异。植株最高品种Hv006与最矮品种Hv033间相差大于60 cm，而且株高最高品种的节间长远大于最矮品种，其鲜草产量也远高于最矮品种，充分说明大麦种质资源在农艺性状特征方面存在典型的遗传差异，同时这些与饲草产量相关的指标间也存在正相关性或一致性，这为筛选和培育高产饲用型大麦品种提供了基础理论依据和材料选择。饲草产量作为反映饲草生产性能及生长适应性的重要参数指标，与饲草生产的最终目标直接相关。本研究39个大麦品种（系）的鲜草产量差异较大，最高与最低产量在品种间相差超过3倍，品种Hv013、Hv017、Hv027、Hv031的鲜草产量均超过50000 kg·hm^-2，这与云南保山地区^［12］和关中地区^［13］饲用大麦的最高草产量值相当，而高于新疆地区^［14］的平均产量值以及大麦新品种—甘饲麦1号在甘肃地区^［15］的饲草产量值。此外，本研究相关性分析发现，鲜草产量与分蘖数和第3节间长呈显著或极显著正相关关系，这与赵加涛等^［12］、徐芦等^［13］、赵加涛^［16］、赵加涛等^［17］对大麦种质资源的研究结果相似，表明植株分蘖数的多少和节间长短对整体生物量的形成具有重要的贡献。然而，鲜草产量与单株鲜/干重、叶长及穗粒数等呈显著或极显著负相关，赵锋等^［18］对大麦种质资源的研究也有相类似的报道结果，这说明大麦饲草整体产草量的高低不是完全取决于品种单株生物量的大小，而品种整体饲草产量与单株生物量以及单株干物质积累之间存在一定权衡，高产性状的筛选需结合多指标协同优化与综合考量。本研究根据主成分分析进一步得出，节间长、株高、穗宽及茎粗对大麦饲用综合特征的贡献较大，是饲用大麦品种评测的重点指标，这与王楠等^［19］、牛小霞等^［20］研究结果相一致。

3.2 饲用营养品质分析

评价饲用大麦品种的优劣，不仅要考虑高产，而且也要注重优质。本研究通过对10份农艺性状和生产性能表现突出的大麦品种的主要饲用指标检测分析，发现大麦不同品种间在ADF、NDF、CP、CF、EE和RFV主要营养指标方面存在显著差异，尤其是在CP和RFV方面。牧草中的CP含量和RFV高低是评价其营养价值优劣的关键^［21］。一般来说，CP含量高的饲草不仅可以促进家畜的生长发育，而且还能有效提高畜产品的质量^［22］，本研究中10个测试大麦品种的CP含量为6.53%~10.18%，低于王志龙等^［23］对云南22个大麦品种（系）检测出的CP含量，也略低于巫小建等^［24］有关大麦青贮处理前的CP含量，而高于青贮处理后的CP含量。根据饲草等级划分标准^［25］，本研究中Hv017与Hv036两个品种的CP含量均达到二级优质饲草的CP含量要求（CP≥10%）。优质饲草除了考虑CP含量，同时也要权衡纤维、粗脂肪等的含量水平，故RFV常被用来综合评估饲草的营养价值。根据RFV饲草品质评价标准^［26］，RFV>100表示营养价值较好，本研究所测试的10份大麦品种RFV为89.33~106.26，其中Hv030的RFV大于100，这与其较低的NDF（54.62%）、ADF（34.03%）以及CF含量密切相关，表明其具有较高的消化率和适口性。值得注意的是，鲜草产量与NDF含量呈显著负相关关系（P<0.05），表明高产品种可能存在纤维含量升高的风险，故需在饲用大麦选育中做好产量与品质的平衡与协同改良。

3.3 综合分析

基于主成分分析和隶属函数法的综合分析表明，Hv009、Hv013、Hv017、Hv026、Hv027这5个品种（系）的综合表现较优，其中Hv017在饲用品质（CP、RFV）和农艺性状（如分蘖数、茎粗等）间实现了良好平衡。主成分分析提取的穗长、穗粒数、鲜草产量等指标（累积贡献率大于85%），可有效反映各品种的综合特性，进一步验证了这些性状在饲用大麦评价中的核心地位。隶属函数法排名显示，Hv027因在单株干重、分蘖数、穗粒数上的更突出表现，综合评分略优于Hv017。本研究综合分析结果与苏滢淼等^［27］对大麦相关农艺性状与营养指标的综合评价结果相呼应，再次强调了多维度评价分析和筛选的重要性。然而，本试验结果是基于单一固定地点的数据，未来还需结合多点试验验证研究结果的一致性和品种表现的稳定性，为选育适合南京及江苏西南部地区种植的优质饲用大麦品种提供可靠的种质（品种）材料和数据参考，以加速优质饲用大麦的选育进程。

4 结论

本研究通过对39个不同饲用大麦品种（系）的农艺性状与生产性能的系统评价，并基于生产性能指标的加权分析，筛选出10个适应性表现突出的大麦品种（系），进一步对该10个品种（系）的主要营养品质性状进行了检测分析，通过对农艺生产性状与营养品质性状的相关性分析、主成分分析及隶数函数法综合分析，评定结果从高到低依次排序为Hv027>Hv017=Hv009>Hv013>Hv026>Hv030>Hv036>Hv039>Hv031>Hv035，其中Hv009、Hv017、Hv027这3个品种（系）的综合表现较优，尤其是Hv017，兼具了农艺性状与营养品质等多方面的优点，可作为南京地区乃至江苏西南部饲用大麦种植与推广的优选品种，以利于实现当地饲草产业的良好发展。

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基金资助

国家自然科学基金面上项目(32072608)

国家自然科学基金面上项目(32371767)

江苏省农业科技自主创新资金项目［CX（22）3175］资助