劉 翔，韓 梅，嚴(yán)清彪，李正鵬，梁高森

（青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院, 青海 西寧 810016）

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，土壤退化、水土流失、化肥施用不合理等問題的出現(xiàn)，以及人們對(duì)綠色、有機(jī)食品的需求不斷增加，迫切需要在種植過(guò)程中施用有機(jī)、無(wú)污染的綠色肥源。利用植物生長(zhǎng)過(guò)程中所產(chǎn)生的綠色植物體進(jìn)行翻壓或堆漚后施用的綠肥，作為一種種植簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛的有機(jī)肥源，對(duì)土壤養(yǎng)分積累、改善生態(tài)環(huán)境、提升農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)等具有積極作用[1]。豆科綠肥還能夠通過(guò)根瘤菌固定空氣中的氮素，在同等條件下能生產(chǎn)出比其他綠肥品種更高的生物產(chǎn)量和養(yǎng)分積累量，肥料價(jià)值較高。箭筈豌豆(Vicia sativa)又名大巢菜、救荒野豌豆，是豆科野豌豆屬一年生草本植物，在我國(guó)東南、華北、西北等地區(qū)均有廣泛種植[2]，具有適應(yīng)性廣、抗旱、耐寒、耐酸性強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、固氮能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[3-4]，是優(yōu)良的綠肥和牧草作物。青海地區(qū)常利用箭筈豌豆進(jìn)行小麥(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)套種綠肥或麥后復(fù)種綠肥，刈割其地上部分作飼草，根茬還田進(jìn)行培肥地力，增加后茬作物產(chǎn)量，并與禾本科作物、十字花科作物等混播以提升產(chǎn)草量，豐富飼草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[5]。飼用箭筈豌豆具有生物量大、適口性好、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、再生性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在生育期內(nèi)可多次刈割，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[6]。然而，目前對(duì)箭筈豌豆種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)與篩選多集中于綠肥應(yīng)用方面[4-5,7]，或牧草混播[8-9]，對(duì)肥飼兼用型箭筈豌豆種質(zhì)資源研究較少。因此，在青海地區(qū)綜合篩選產(chǎn)草量高，固氮能力和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)好的箭筈豌豆品種具有重要意義。本研究通過(guò)對(duì)25 份常見箭筈豌豆種質(zhì)資源農(nóng)藝性狀、固氮能力和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為青海地區(qū)的綠肥產(chǎn)業(yè)篩選適宜當(dāng)?shù)貧夂驐l件及生產(chǎn)利用方式的優(yōu)異箭筈豌豆品種。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021 年在青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院實(shí)驗(yàn)基地開展，海拔2 282 m，位于101.75° E， 36.72° N，屬于大陸性高原半干旱氣候，年平均氣溫7.6 ℃，年平均日照時(shí)長(zhǎng)1 939.7 h，年均降水量380 mm，年均蒸發(fā)量1 363 mm，一年一熟。試驗(yàn)區(qū)土壤性質(zhì)為栗鈣土，土壤全氮含量1.07 g·kg-1，全磷含量23.70 mg·kg-1，全鉀含量11.16 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量21.95 g·kg-1，pH 8.22。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積1 m × 6 m。行距0.3 m，每品種點(diǎn)播種植4 行，穴距0.1 m，每穴2 株，不同品種間隔0.3 m，各品種間做好標(biāo)記。苗高15 cm時(shí)進(jìn)行定苗，每穴留1 株，及時(shí)做好除草、澆水等田間管理。供試種質(zhì)材料來(lái)源于國(guó)家種質(zhì)復(fù)份庫(kù)(表1)。

表1 箭筈豌豆種質(zhì)表Table 1 Germplasm of Vicia sativa

1.3 樣品采集與測(cè)定

于箭筈豌豆盛花期時(shí)，每小區(qū)采集10 株，測(cè)量其株高、莖粗、單株分枝數(shù)、單株根瘤菌數(shù)和鮮草產(chǎn)量，并置于烘箱中105 ℃殺青0.5 h，以65 ℃烘干置恒重，分別記錄地上部干重和地下部干重。粉碎后的植株樣品采用凱氏定氮法測(cè)定其全氮含量，并用以下公式折算粗蛋白(crude protein，CP)含量、粗蛋白產(chǎn)量和氮攜出量。

CP=TN× 6.25 × 100%；

粗蛋白產(chǎn)量 =CP× 單株地上部干重；

氮攜出量 =N× 單株地上部干重。

式中：TN為植株全氮含量，6.25 為轉(zhuǎn)化系數(shù)[10-11]。

采用范式洗滌法測(cè)定中性洗滌纖維(neutral detergent fibre，NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fibre，ADF)含量，并計(jì)算其相對(duì)飼喂價(jià)值(relative feeding value，RFV)[12]。

式中：DMI為干物質(zhì)采食量；DDM為可消化的干物質(zhì)量。

箭筈豌豆成熟后，記錄其全生育期，并測(cè)定各品種種子產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016 和SPSS 25.0 對(duì) 箭筈豌豆的 主要性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)不同品種箭筈豌豆的主要性狀、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和固氮能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

灰色關(guān)聯(lián)分析是將所有參試品種視為一個(gè)灰色系統(tǒng)，將各性狀均優(yōu)于參試品種的理想型品種作為參考品種，并以不同性狀指標(biāo)構(gòu)成的數(shù)列作為參數(shù)，計(jì)算25 個(gè)箭筈豌豆種質(zhì)資源與參考品種之間的關(guān)聯(lián)度，以此對(duì)參試品種的優(yōu)劣進(jìn)行排序[13]。灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算公式為：

式中： |x0(k)-xi(k)|表 示數(shù)列x0與 數(shù)列xi在k點(diǎn)的絕對(duì)差值。 minimink|x0(k)-xi(k)|表示二級(jí)最小差，同理，maximaxk|x0(k)-xi(k)|表示二級(jí)最大差。ρ為分辨系數(shù)，一般取0.5。將各品種的關(guān)聯(lián)系數(shù)取平均值，記為數(shù)列xi與 數(shù)列x0之 間的灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)，記為ri。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同箭筈豌豆品種主要性狀基本統(tǒng)計(jì)

2.1.1 不同箭筈豌豆品種的農(nóng)藝性狀

對(duì)25 份箭筈豌豆的生育期、株高、莖粗、單株分枝數(shù)、單株根瘤菌數(shù)、鮮草產(chǎn)量、地上部干重、地下部干重、根冠比和種子產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(表2)，發(fā)現(xiàn)箭筈豌豆不同性狀間差異較大，其變異系數(shù)介于6.57%～100.00%，其中地上部干重差異最大，生育期變異系數(shù)最小，地上部干重、地下部干重、單株根瘤菌數(shù)、鮮草產(chǎn)量的變異系數(shù)均超過(guò)65%。各農(nóng)藝性狀的變異程度表現(xiàn)為地上部干重 ＞ 地下部干重 ＞ 單株根瘤菌數(shù) ＞ 鮮草產(chǎn)量 ＞ 種子產(chǎn)量 ＞ 單株分枝數(shù) ＞ 株高 ＞ 根冠比 ＞ 莖粗 ＞ 生育期。以上結(jié)果表明，25 份箭筈豌豆種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀差異較大，具有較為豐富的遺傳多樣性，適宜進(jìn)行優(yōu)異種質(zhì)資源品種篩選研究。

表2 箭筈豌豆農(nóng)藝性狀統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of agronomic traits of Vicia sativa

2.1.2 不同箭筈豌豆品種品質(zhì)性狀

對(duì)25 個(gè)箭筈豌豆品種的植株全氮含量、氮攜出量、粗蛋白含量、中性洗滌纖維含量、酸性洗滌纖維含量、半纖維素和相對(duì)飼喂價(jià)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)，除氮攜出量和粗蛋白產(chǎn)量外的品質(zhì)性狀的變異系數(shù)均低于25%，差異性較小。氮攜出量變異系數(shù)為92.33%，最大值為每株0.95 g，最小值為每株0.05 g。各農(nóng)藝性狀的變異程度表現(xiàn)為氮攜出量 ＞ 粗蛋白產(chǎn)量 ＞ 相對(duì)飼喂價(jià)值 ＞ 酸性洗滌纖維 ＞ 中性洗滌纖維 ＞ 粗蛋白 = 植株全氮含量。

表3 箭筈豌豆品質(zhì)性狀統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of the quality and character of Vicia sativa

2.2 不同箭筈豌豆品種主要性狀與品質(zhì)的相關(guān)性分析

25 種箭筈豌豆的15 個(gè)主要農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀進(jìn)相關(guān)性分析(表4)顯示，其生育期與株高、莖粗、鮮草產(chǎn)量、地上部干重、地下部干重、氮攜出量、粗蛋白產(chǎn)量、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維極顯著正相關(guān)(P＜ 0.01)，與相對(duì)飼喂價(jià)值極顯著負(fù)相關(guān)；鮮草產(chǎn)量與生育期、莖粗、氮攜出量、粗蛋白產(chǎn)量極顯著正相關(guān)；地上部干重和地下部干重均與氮攜出量和粗蛋白產(chǎn)量極顯著正相關(guān)。箭筈豌豆品質(zhì)性狀中，中性洗滌纖維與酸性洗滌纖維為逆向指標(biāo)[14]，植株全氮、氮攜出量、粗蛋白和相對(duì)飼喂價(jià)值為正向指標(biāo)，因此，田間試驗(yàn)應(yīng)著重篩選生育期適中、株高較高、莖粗、鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量較大的品種。

表4 箭筈豌豆主要性狀相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of the main agronomic traits of Vicia sativa

2.3 不同箭筈豌豆品種灰色關(guān)聯(lián)度分析

灰色關(guān)聯(lián)度分析法可用歸一法對(duì)作物的不同性狀進(jìn)行量化，克服了傳統(tǒng)單一因素評(píng)價(jià)作物品種優(yōu)劣的局限性，具有樣本數(shù)量少、結(jié)果可靠、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[15]。本研究用Xi(i= 1, 2, 3, …, 11)依次表示生育期、單株根瘤菌數(shù)、鮮草產(chǎn)量、地上部干重、地下部干重、單株種子產(chǎn)量、氮攜出量、粗蛋白產(chǎn)量、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和相對(duì)飼喂價(jià)值，對(duì)25 個(gè)不同品種箭筈豌豆的營(yíng)養(yǎng)性狀和固氮能力進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。

2.3.1 構(gòu) 造參考品種

“參考品種”是結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況而定的各項(xiàng)指標(biāo)的理想值[15]，一般比供試品種各性狀值的上限略大[13](表5)。本研究取生育期的平均值作為參考品種生育期值，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維作為逆向指標(biāo)，取最小值作為參考指標(biāo)，其余性狀均為正向指標(biāo)，取其最大值作為參考品種性狀。

表5 參考品種主要性狀指標(biāo)Table 5 Main trait indicators of the reference variety

2.3.2 數(shù) 據(jù)無(wú)量綱化

由于生育期、株高、莖粗等性狀的計(jì)量單位不同，且各農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀數(shù)值差異較大，難以直接進(jìn)行比較，故而采用均值化法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理(表6)。

表6 灰色關(guān)聯(lián)分析無(wú)量綱化處理Table 6 Dimensionless treatment of grey association analysis

2.3.3 絕 對(duì)差值

根據(jù)無(wú)量綱化結(jié)果，求出各參試品種與參考品種的差異絕對(duì)值(表7)。其中，二級(jí)最小差值為0，二級(jí)最大差值為3.93。

表7 參試品種與參考品種的絕對(duì)差值Table 7 Absolute difference between the test variety and reference variety

2.3.4 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度

通過(guò)公式計(jì)算出25 個(gè)參試品種與參考品種的關(guān)聯(lián)系數(shù)，并計(jì)算其平均值求得等權(quán)關(guān)聯(lián)度。在灰色關(guān)聯(lián)分析中，參考品種的各項(xiàng)性狀均為最優(yōu)值，關(guān)聯(lián)度的大小反映了各參試品種與參考品種的差異，其關(guān)聯(lián)度越大，與參考品種的差異越小，該品種的性狀指標(biāo)就越優(yōu)良，并通過(guò)關(guān)聯(lián)度大小確定參試品種的優(yōu)劣次序[13](表8)?！髂?33’的等權(quán)關(guān)聯(lián)度最大，為0.88；‘清水河麻箭豌’‘師宗箭豌’‘蘇箭5 號(hào)’和‘7401 箭豌’表現(xiàn)較優(yōu)，等權(quán)關(guān)聯(lián)度均超過(guò)0.66；‘879-2 箭 豌’‘蘭 箭2 號(hào)’‘蘭 箭3 號(hào)’‘Blanche Flenr’和‘蘇箭4 號(hào)’表現(xiàn)較差，等權(quán)關(guān)聯(lián)度均低于0.60。

表8 參試品種灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 8 Grey correlation coefficient of the test variety

3 討論

3.1 主要性狀的比較

種質(zhì)資源是作物遺傳改良和相關(guān)基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)之一[16]。對(duì)作物的表型性狀進(jìn)行分析，具有成本低廉、直截了當(dāng)?shù)葍?yōu)點(diǎn)，是種質(zhì)資源分析與鑒定的首選方法，通過(guò)合理的種質(zhì)資源鑒定方法，可以評(píng)價(jià)出特異或優(yōu)良的種質(zhì)資源以供育種生產(chǎn)和科研應(yīng)用[17]。本研究選擇了生育期、株高、莖粗、單株分枝數(shù)、單株根瘤菌數(shù)等較為直觀的箭筈豌豆表型性狀，對(duì)其進(jìn)行種質(zhì)資源分析與鑒定，其變異系數(shù)介于6.57%～100.00%，具有豐富的遺傳多樣性。綠肥作物的生育期是種質(zhì)資源篩選與評(píng)價(jià)的重要性狀之一，25 種箭筈豌豆種質(zhì)資源中，生育期介于119～147 d，其中，‘卡爾柯夫箭豌’‘Blanche Flenr’‘蘇箭4 號(hào)’‘蘭箭2 號(hào)’和‘蘭箭3 號(hào)’生育期最短，僅有119 d，屬于早熟品種；‘754-1 箭豌’‘7519-1 箭豌’‘FAO 箭舌豌豆’‘清水河青箭豌’和‘清水河麻箭豌’的生育期均在140 d 以上，屬于晚熟品種。

選擇客觀、合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是客觀評(píng)價(jià)箭筈豌豆種質(zhì)資源肥飼兼用能力的基礎(chǔ)。牧草飼用價(jià)值評(píng)價(jià)指標(biāo)較多，其中，粗蛋白是牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)中最具代表性的指標(biāo)之一，對(duì)牧草的必需氨基酸供給有直接影響[14]，且趙夢(mèng)宇等[6]研究表明，植株干樣中粗蛋白含量大于8%時(shí)，可作為反芻動(dòng)物的蛋白質(zhì)補(bǔ)充劑，本研究中25 個(gè)不同品種箭筈豌豆的粗蛋白含量介于17.73%～24.26%，這與毛祝新[18]和趙夢(mèng)宇等[6]的研究基本相符，箭筈豌豆可以作為動(dòng)物的蛋白質(zhì)補(bǔ)充劑，具有較高的飼用價(jià)值。飼草的相對(duì)飼喂價(jià)值是酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維的綜合反映[9]，可以直接反映飼草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的優(yōu)劣，相對(duì)飼喂價(jià)值越大，飼草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)越好。江舟和魏臻武[19]認(rèn)為，相對(duì)飼喂價(jià)值高于150 的牧草資源可以作為高品質(zhì)牧草進(jìn)行推廣利用，本研究中的25 個(gè)不同品種箭筈豌豆的相對(duì)飼喂價(jià)值介于127.02～216.24，與其在淮河流域進(jìn)行的豆科牧草生產(chǎn)性能試驗(yàn)結(jié)果相符。而且，飼草生產(chǎn)和綠肥生產(chǎn)的根本目的，都是在單位面積內(nèi)收獲更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量，鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量都是箭筈豌豆經(jīng)濟(jì)價(jià)值方面的重要指標(biāo)[16]。因此，箭筈豌豆的產(chǎn)草量對(duì)其生產(chǎn)和推廣至關(guān)重要。本研究發(fā)現(xiàn)‘西牧333’和‘清水河麻箭豌’的鮮干草產(chǎn)量顯著高于其他品種，適宜在青海西寧地區(qū)。

3.2 農(nóng)藝性狀與品質(zhì)性狀的相關(guān)性

相關(guān)分析是研究?jī)蓚€(gè)或兩個(gè)以上處于同等地位的隨機(jī)變量間的相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計(jì)方法[20]，本研究中箭筈豌豆的干鮮草產(chǎn)量與生育期、株高、莖粗、氮攜出量、粗蛋白產(chǎn)量等極顯著正相關(guān)，相對(duì)飼喂價(jià)值與生育期極顯著負(fù)相關(guān)。趙夢(mèng)宇等[7]研究發(fā)現(xiàn)，箭筈豌豆成熟期干草產(chǎn)量與生育期顯著正相關(guān)，同本研究結(jié)果一致。因此，在田間試驗(yàn)中，需要對(duì)株高、莖粗較優(yōu)的品種或優(yōu)異單株進(jìn)行關(guān)注和篩選。

3.3 灰色關(guān)聯(lián)分析

單一的產(chǎn)量性狀或品質(zhì)性狀難以全面評(píng)估箭筈豌豆品種的優(yōu)劣，因此，需要綜合各項(xiàng)性狀進(jìn)行判斷。灰色關(guān)聯(lián)分析是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法，可以將不同指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一的量化處理，對(duì)不同品種的作物進(jìn)行較為準(zhǔn)確、客觀的多因素綜合評(píng)價(jià)，突破了單一因素對(duì)作物生產(chǎn)性能評(píng)價(jià)的局限性[14-15,21]，目前已在箭筈豌豆、紫花苜蓿(Medicago sativa)、毛葉苕子(Vicia villosa)等多種牧草和小麥、玉米等作物的綜合研究中大量應(yīng)用[13-15,21-23]。本研究對(duì)25 個(gè)不同品種箭筈豌豆的11 個(gè)性狀進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)度分析，結(jié)果顯示，‘西牧333’的各項(xiàng)指標(biāo)最接近參考品種，全生育期134 d，屬于中熟品種，鮮草產(chǎn)量、干草產(chǎn)量、氮攜出量、粗蛋白產(chǎn)量和半纖維素含量均為供試品種最大值，但相對(duì)飼喂價(jià)值低于平均水平。此外，‘清水河麻箭豌’‘師宗箭豌’‘蘇箭5 號(hào)’和‘7401 箭豌’的各項(xiàng)指標(biāo)較為接近參考品種，表現(xiàn)較優(yōu)，適宜在青海西寧地區(qū)種植。但本研究對(duì)箭筈豌豆的耐旱性、耐旱性、耐鹽堿、發(fā)芽率等性狀有所忽視，且種植年份較短，重復(fù)較少，將在以后的研究中擴(kuò)大調(diào)查范圍，進(jìn)行多年長(zhǎng)期研究，以期對(duì)箭筈豌豆種質(zhì)資源進(jìn)行更加客觀的評(píng)價(jià)。

4 結(jié)論

本研究中，供試的25 個(gè)箭筈豌豆品種均能在青海西寧地區(qū)正常生長(zhǎng)，并完成生育期，但主要農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀差異較大。箭筈豌豆的生育期和農(nóng)藝性狀與產(chǎn)草量、品質(zhì)性狀間均有顯著相關(guān)性。通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析法，篩選出5 個(gè)適宜在青海地區(qū)生長(zhǎng)，品質(zhì)較優(yōu)的肥飼兼用型箭筈豌豆品種有‘西牧333’‘清水河麻箭豌’‘師宗箭豌’‘蘇箭5 號(hào)’和‘7401 箭豌’，其中‘西牧333’‘師宗箭豌’‘蘇箭5 號(hào)’和‘7401 箭豌’屬于中早熟品種，‘清水河麻箭豌’屬于晚熟品種。