西南喀斯特山区120种野生牧草的常规营养成分含量及其聚类分析

王德凤 韩 勇* 袁 超 张乃锋 崔 凯 杨 洋

(1.贵州省畜牧兽医研究所，贵阳 550025；2.中国农业科学院饲料研究所，北京 100081)

中国西南喀斯特山区面积超过55万km2，主要以贵州省为主，含湘西、广西北部、重庆和云南小部分地区[1]。贵州喀斯特山区总面积约30万km2，宜牧草山草坡面积大，约1 000余万hm2，草地面积数在全国排第12位；牧草种类数量多，共有可饲用植物203科1 200属5 000多种，优良牧草有260余种，种类资源数居全国第2位[2]。野生牧草种质资源是农牧业发展的基础，具有保持水土、治理石漠化、净化空气、调节气候等生态功能[3]。草牧业是整合牧草生产功能和生态功能，推进饲草产业和草食畜牧业融合发展，打造“山水林田湖草”生命共同体的生态环境友好型产业，发展草牧业对促进生态文明建设和农业供给侧结构性改革具有重要的意义[4-5]。家畜适度采食能提高植物的分蘖能力，提高生物产量；家畜的适度践踏可促进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与表层土壤更好地融合，提高分解速率和碳周转周期[6]。适牧可以减弱土壤有机碳分解速率，能减少草地碳排放，增加土壤碳汇[7]。“产业生态化和生态产业化”是资源利用和生态保护平衡理想模式[8]，西南喀斯特山区生态环境脆弱，发展草牧业需要结合动物营养需求，充分评估营养物质产出，将天然资源科学利用与草畜周年平衡有机融合，以实现“产业生态化，生态产业化”。因此，本研究根据野生牧草对放牧家畜的适口性，采集有代表性的120种野生牧草，分为豆科、禾本科及其他科，对其常规营养成分含量进行测定，并开展各科牧草粗蛋白质(CP)含量与粗纤维(CF)、磷(P)含量的相关性分析及营养价值聚类分析，以期为促进西南喀斯特山区野生牧草资源科学利用，促进生态环境保护与草牧业持续健康发展双赢提供一定的数据参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

从西南喀斯特山区选取41个有代表性的区域，釆集野生牧草46个科共120种，系统开展牧草营养价值评定。具体样品信息见表1。

1.2 采集方法

每种野生牧草样品分3个点采样，草本类牧草留岔10 cm，木本牧草根据放牧牛羊采食习惯，采集当年萌发嫩枝叶；将3个点所采样品混合均匀，采集3 kg左右鲜牧草样品用于营养成分分析。

1.3 样品处理

将鲜牧草样品剪成5～8 cm长段，65～70 ℃烘干后粉碎过1 mm网筛备用。

1.4 常规营养成分含量测定

干物质(DM)含量参照AOAC(1990)[9]的方法测定，CF含量采用滤袋技术测定，CP含量采用凯氏定氮法(全自动定氮仪)测定，粗脂肪(EE)含量采用残余法(Tecator公司脂肪测定仪)测定，粗灰分(Ash)、钙(Ca)、P含量的测定以及无氮浸出物(NFE)的推算参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[10]相关方法进行。

1.5 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2007进行初步处理，用SPSS 19.0软件进行回归模型构建。同时，假设CP、CF、EE、Ash、Ca、P、NFE等营养成分在分类中不重叠，在营养价值综合评定时权重相同，先将实测营养成分数据进行全距-1～1标准化，以平方Euclidean距离为度量标准，采用SPSS 19.0组间联接聚类方法进行聚类分析，并绘制树状图和冰柱图。拟合其线性组合方程如下：

Dc,a+b=αaDc,a+αbDc,b+βDa,b-γ(Dc,a-Dc,b)(其中Dc,a-Dc,b取绝对值)；

αa=Na/Na+b；αb=Nb/Na+b；β=0；γ=0。

式中：Dc,a+b为实体组C和实体组A+B间的距离；Da,b为实体组A和B间的距离;Dc,a为实体组C和A间的距离；Dc,b为实体组C和B间的距离；Na为实体组A和B合并后的实体总数；αa、αb、β、γ为聚合参数。全部数据以平均值表示。

2 结果与分析

2.1 样品采集情况

在西南喀斯特山区41个区域采集46个科有代表性的常见野生牧草120种，样品物候期主要集中在拔节期、展叶期和开花期。样品以禾本科、豆科、蔷薇科、菊科为主，其中豆科14种、禾本科27种、蔷薇科16种、菊科8种、蓼科4种，百合科、忍冬科、旋花科等其他41个科共51种。样品信息具体见表1。

表1 样品信息

2.2 野生牧草常规营养成分含量及相关性模型构建

2.2.1 野生豆科牧草常规营养成分含量及相关性模型构建

如表2所示，14种野生豆科牧草的CP含量在9.93%～27.17%，CP含量高于18.0%的有8种，分别为紫穗槐、红三叶、白刺花、截叶铁扫帚、紫花苜蓿、黄花槐、白三叶、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含量分别为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含量与CF含量呈负相关(P<0.05)，与P含量呈正相关(P<0.05)，但r2<0.6，为一般相关，二元相关方程为y=30.97-0.51x1+25.26x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.43)。

表2 野生豆科牧草常规营养成分含量(干物质基础)

2.2.2 野生禾本科牧草常规营养成分含量及相关性模型构建

如表3所示，27种野生禾本科牧草的CP含量为3.68%～22.7%，CP含量高于10%的有10种，分别是黑麦草、喀斯早熟禾、皇竹草、白茅、鸭茅、拟金茅、猪怏怏、鹅毛草、双穗雀稗、水生早熟禾；EE、CF、NDF、Ca、P、NFE含量分别为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含量与CF含量呈负相关(P<0.01)，与P含量呈正相关(P<0.01)，二元相关方程为y=22.30-0.44x1+23.49x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.85)。

表3 野生禾本科牧草常规营养成分分析(干物质基础)

2.2.3 其他科野生牧草常规营养成分含量及相关性模型构建

如表4所示，除豆科、禾本科外的菊科、蔷薇科等44个科的79种野生牧草的CP含量在4.40%～29.02%，CP含量高于20%的有15种，分别是水柳、金荞麦、黑刺苞、小蓬草、辣蓼、枫叶、水花生、酸模、苟树叶、苎麻叶、野麻草、长叶水麻、蔊菜、空心柴胡和马铃薯秧；CP含量低于10%的有12种，分别是贵州金丝桃、小果蔷薇、异叶鼠李、烟管荚蒾、地瓜藤、小果南烛、红泡刺藤、冬青、白勒、盐肤木、小叶杜鹃、过路黄；剩余52种其他科野生牧草CP含量在10%～20%；EE、CF、NDF、Ca、P、NFE含量分别为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含量与CF含量呈负相关(P<0.01)，与P含量呈正相关(P<0.01)，二元相关方程为y=21.45-0.36x1+7.17x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.72)。

表4 其他科野生牧草常规营养成分含量(干物质基础)

2.3 野生牧草营养价值聚类分析

西南喀斯特山区46个科的120种野生牧草的CP含量与CF含量呈负相关(P<0.01)，与P含量呈正相关(P<0.01)，二元相关方程为y=21.86-0.36x1+8.06x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.62)。将120种野生牧草根据营养价值相似距离分成20个类群，其中鸡树条、稀莶、葛藤、黄花槐、水花生、竹节草、木贼、冬青、蔊菜、多花木兰为独立类群，详见表5和图1。

图1 120种野生牧草营养价值聚类分析冰柱图

表5 120种野生牧草根据营养价值聚合为20个类群

如图2所示，根据重新调整距离合并聚类分析，鸡树条、稀莶、葛藤、黄花槐、水花生、竹节草、木贼、冬青、蔊菜、多花木兰等10种野生牧草营养价值评定相似距离与其他牧草较远，小蓬草、苍耳、辣蓼、车前草之间营养价值评定相似距离较近，山花椒、葛藤、圆锥山蚂蝗、白刺花之间营养价值评定相似距离较近，截叶铁扫帚、双穗雀稗、猪怏怏、铃铛菜之间营养价值评定相似距离较近，千里光、紫茎泽兰、黄鹌菜、葛藤之间营养价值评定相似距离较近，红三叶、白蒿、酸模、金荞麦、栽秧藨、黑刺苞、刺楸、水柳之间营养价值评定相似距离较近，老虎刺、紫穗槐、白叶莓、野樱桃、火棘、榆树、杜仲叶、化香、马槡、野葡萄、野花椒之间营养价值评定相似距离较近，球子崖豆、野蔷薇、倒钩刺、糯米果、过路黄、白勒、金刚藤、小叶杜鹃、密蒙花、小叶女贞之间营养价值评定相似距离较近，绒毛崖豆、杭子梢、鸭茅、刺梨、五瓣藤、南方荚蒾、合欢树、黄荆、小木通之间营养价值评定相似距离较近，黑麦草、鹅毛草、金银花、松针、黄花木之间营养价值评定相似距离较近，胡枝子、山毛豆、地瓜藤、异叶鼠李、烟管荚蒾之间营养价值评定相似距离较近，皇竹草、棕叶狗尾草、白茅、青香茅、麦纤草之间营养价值评定相似距离较近，甘蔗、黄茅、五节芒、野古草、鼠尾粟、黄背草、细柄草、矛叶荩草、桔草、金发草、十字马唐、小果蔷薇、贵州金丝桃、小果南烛之间营养价值评定相似距离较近，喀斯早熟禾、类芦、鹅毛竹、青香茅、红泡刺藤、糯米果之间营养价值评定相似距离较近。

图2 120种野生牧草营养价值聚类分析树状图

3 讨 论

3.1 野生豆科牧草营养成分分析

本试验中，14种野生豆科牧草的CP含量在9.93%～27.17%，EE、CF、NDF、Ca、P含量分别在1.44%～10.38%、13.93%～38.03%、24.44%～66.68%、1.07%～2.64%、0.09%～0.85%。参照《苜蓿 干草质量分级》(T/CAAA 001—2018)[11]方法进行评价，CP含量≥18%、NDF含量<40%的优等以上牧草有紫穗槐、红三叶、紫花苜蓿、黄花槐、白三叶、刺槐6种，占42.86%。营养价值高低是评价牧草质量的重要指标，牧草中的CP由纯蛋白质和非蛋白质含氮物组成，是动物蛋白质需求的主要来源，是评价牧草质量的重要营养指标之一；CF主要为动物提供能量，对牧草适口性、消化率等具有重要的影响；Ash主要为动物提供矿物元素，影响牧草的适口性、消化率，其中Ca和P是重要的矿物元素[12]。

当前，对苜蓿、三叶草、紫云英等人工种植豆科牧草营养价值的研究较多。张桂杰等[13]报道，不同生育期豆科牧草CP含量在10.63%～20.09%；余梅等[14]报道，云南地区9种豆科饲用灌木CP、Ash、Ca、P含量分别在15.15%～20.33%、3.81%～6.93%、0.21%～1.17%、0.11%～0.21%；秦彧等[15]报道，西藏地区19种不同生育期豆科牧草CP、CF、EE、Ash、Ca、P含量分别在9.11%～27.46%、17.04%～38.07%、0.71%～5.68%、4.48%～9.85%、0.31%～0.78%、0.01%～0.36%。本研究结果与前人研究结论存在一定的差异，这是由于地域对天然牧草营养成分含量有显著影响[16]。

3.2 野生禾本科牧草营养成分分析

本试验中，27种野生禾本科牧草CP、EE、CF、NDF、Ca、P含量分别在3.68%～22.7%、0.51%～5.18%、28.18%～47.50%、46.21%～77.87%、0.62%～2.66%、0.08%～0.40%，参照《燕麦 干草质量分级》(T/CAAA 002—2018)[17]方法进行评价，CP含量≥10%、NDF含量<62%的优等以上牧草有黑麦草、喀斯早熟禾、皇竹草、鸭茅、猪怏怏、鹅毛草、双穗雀稗、铃铛菜、水生早熟禾9种，占34.62%。本研究结果显示，野生禾本科牧草CP含量与CF含量呈负相关，与P含量呈正相关，二元相关方程为y=22.30-0.44x1+23.49x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.85)。陈晓琳[18]报道，粗饲料CP含量与NDF、ADF含量呈负相关，本研究结果与前人结论相似。

3.3 其他科野生牧草营养成分分析

本试验中，79种其他科野生牧草CP、EE、CF、NDF、Ca、P含量分别在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含量与CF含量呈负相关，与P含量呈正相关，相关方程为y=21.45-0.36x1+7.17x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.72)。参照《苜蓿 干草质量分级》(T/CAAA 001—2018)[11]方法进行评价，CP含量≥18%，NDF含量<40%的优等以上牧草有21种，占26.58%；参照《燕麦 干草质量分级》(T/CAAA 002—2018)[17]方法进行评价，CP含量≥10%，NDF含量<62%的优等以上牧草有65种，占82.28%。田兵等[19]对贵州42种野生植物营养价值进行灰色关联度分析，结论为营养价值较高的优良牧草有35种，占83.3%。本研究结果与前人结论相似。

3.4 120种野生牧草营养价值聚类分析

西南喀斯特山区46个科的120种野生牧草，CP含量与CF含量呈负相关，与P含量呈正相关，二元相关方程为y=21.86-0.36x1+8.06x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.62)。张胜全等[20]评定了青海地区13种牧草的营养价值，CP、EE、Ash、Ca、P含量分别在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]测定了广西地区38种牧草的营养价值，CP、CF、EE、Ash含量分别在3.38%～23.50%、6.97%～27.66%、2.18%～11.93%、4.35%～20.32%；田兵等[19]分析了贵州地区42种牧草的营养价值，CP、EE、CF、Ash、Ca、P含量分别在7.86%～29.45%、0.81%～5.41%、9.32%～30.38%、3.92%～20.82%、0.47%～2.81%、0.08%～0.86%。由于本研究样本数、涵盖科和采样区域都较大(120种、46个科、41个区域)，导致常规营养成分含量范围值比他人研究大。根据营养价值相似距离，本研究将120种野生牧草聚类成20个类群，其中鸡树条、稀莶、葛藤、黄花槐、水花生、竹节草、木贼、冬青、蔊菜、多花木兰这10种野生牧草的营养价值相似距离与其他牧草较远，需进一步加大同类牧草营养价值评定研究。营养价值相似距离较近，说明营养价值相似，在相似条件下彼此间营养价值可相互作为参考依据的野生牧草有如下聚类：1)小蓬草、苍耳、辣蓼、车前草；2)山花椒、葛藤、圆锥山蚂蝗、白刺花；3)截叶铁扫帚、双穗雀稗、猪怏怏、铃铛菜；4)千里光、紫茎泽兰、黄鹌菜、葛藤；5)红三叶、白蒿、酸模、金荞麦、栽秧藨、黑刺苞、刺楸、水柳；6)老虎刺、紫穗槐、白叶莓、野樱桃、火棘、榆树、杜仲叶、化香、马槡、野葡萄、野花椒；7)球子崖豆、野蔷薇、倒钩刺、糯米果、过路黄、白勒、金刚藤、小叶杜鹃、密蒙花、小叶女贞；8)绒毛崖豆、杭子梢、鸭茅、刺梨、五瓣藤、南方荚蒾、合欢树、黄荆、小木通；9)黑麦草、鹅毛草、金银花、松针、黄花木之；10)胡枝子、山毛豆、地瓜藤、异叶鼠李、烟管荚蒾；11)皇竹草、棕叶狗尾草、白茅、青香茅、麦纤草；12)甘蔗、黄茅、五节芒、野古草、鼠尾粟、黄背草、细柄草、矛叶荩草、桔草、金发草、十字马唐、小果蔷薇、贵州金丝桃、小果南烛；13)喀斯早熟禾、类芦、鹅毛竹、青香茅、红泡刺藤、糯米果。

4 结 论

① 西南喀斯特山区14种野生豆科牧草的CP含量在9.93%～27.17%，EE、CF、NDF、Ca、P含量分别在1.44%～10.38%、13.93%～38.03%、24.44%～66.68%、1.07%～2.64%、0.09%～0.85%。其中，优等以上牧草有紫穗槐、红三叶、紫花苜蓿、黄花槐、白三叶、刺槐6种，占42.86%。

② 27种野生禾本科牧草的CP、EE、CF、NDF、Ca、P含量分别在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含量与CF含量呈负相关，与P含量呈正相关，二元相关方程为y=22.30-0.44x1+23.49x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.85)。其中，优等以上牧草有黑麦草、喀斯早熟禾、皇竹草、鸭茅、猪怏怏、鹅毛草、双穗雀稗、铃铛菜、水生早熟禾9种，占34.62%。

③ 其他科野生牧草的CP、EE、CF、NDF、Ca、P含量分别在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含量与CF含量呈负相关，与P含量呈正相关，二元相关方程为y=21.45-0.36x1+7.17x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.72)。其中，优等以上牧草有65种，占82.28%。

④ 46个科的120种野生牧草的CP含量与CF含量呈负相关，与P含量呈正相关，二元相关方程为y=21.86-0.36x1+8.06x2(x1=CF含量，x2=P含量；r2=0.62)。聚类分析显示鸡树条、稀莶、葛藤、黄花槐、水花生、竹节草、木贼、冬青、蔊菜、多花木兰这10种野生牧草的营养价值相似，与其他牧草距离较远。