苜蓿是一种优质的植物性蛋白质饲料，使用苜蓿干草饲喂奶牛可显著提高产奶量和牛奶品质，优质苜蓿还可改善奶牛机体健康，延长奶牛寿命，提高经济效益[1]。山西省畜牧业主要集中在晋北地区，其奶牛养殖已经具有一定规模，但优质饲草供给率仅有70%左右[2-3]。目前，山西省饲草品种存在品质差、品种用途定位不明确等问题[4-5]，因此开展适宜晋北畜牧生态区种植的苜蓿品种鉴选工作具有重要意义。近年来，采用主成分分析和聚类分析等统计分析法对作物的主要农艺性状进行比较分析的研究较多，已广泛运用于谷子[6]、水稻[7]、大豆[8]等作物领域。如贾小平等[9]对42种谷子品种9个农艺性状进行聚类分析，将谷子分为2大类，可以反映谷子群体某些性状的遗传差异。此外，在烟草[10]、花生[11]、甜菜[12]等经济作物领域也有应用主成分分析及聚类分析进行评价的研究。如张华崇等[13]对早熟棉创新种质资源主要农艺性状进行聚类分析。但关于适宜在晋北地区种植的苜蓿品种的主成分及聚类分析较少。因此，本研究以此为切入点，收集国内外15份苜蓿品种为试验材料，对其产量性状和品质性状进行主成分分析和聚类分析，筛选适宜晋北畜牧生态经济区种植的高产、优质苜蓿品种。1材料与方法1.1试验地概况及供试品种试验于2020—2022年在山阴县北周庄镇安岸庄村（东经112°52.093'，北纬39°34.032'，海拔1 041 m）进行。土壤质地为轻质沙壤土，年平均无霜期143 d，年平均降雨量410 mm，年平均温度7.6 ℃。土壤有机质8.87 mg/kg、全氮0.054%、碱解氮30.93 mg/kg、有效磷4.48 mg/kg、速效钾90.34 mg/kg、pH值8.81。供试苜蓿试验品种及来源见表1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.023.T001表1供试苜蓿试验品种及来源编号供试品种来源1甘农1号甘肃农业大学2德国大叶朔州春华草业公司3中苜3号中国农科院北京畜牧所4阿迪娜北京佰青源公司5甘农6号甘肃农业大学6甘农7号甘肃农业大学7巨能2号北京克劳沃公司8中苜1号中国农科院北京畜牧所9皇后朔州春华草业公司106010朔州春华草业公司11金皇后北京克劳沃公司12甘农8号甘肃农业大学13太阳神朔州春华草业公司14宁苜1号朔州春华草业公司15陇东甘肃农业大学1.2试验设计试验地面积为4 500 m2，采用随机区组排列，重复3次。每个小区面积100 m2，2020年5月27日整地，6月1日播种，播深2~3 cm。播种前，返青、越冬各浇水一次，播种时施用复合肥（26-12-12）900 kg/hm2，每年返青后追施复合肥150 kg/hm2，越冬时追施磷肥150 kg/hm2。每年刈割3茬，其他各项田间管理措施按常规实施。1.3测定指标及方法1.3.1产量指标株高：每年第1茬草初花期，每个小区随机选取10株，测定每株自地面到达自然生长点的高度。鲜、干草产量：现蕾至初花期刈割测定鲜草产量，每个小区选取生长均匀一致的样方1 m2刈割，测产量，刈割留茬高度5 cm。测产时每小区取1 000 g鲜样105 ℃杀青30 min，置于65 ℃烘箱中恒温烘干至恒重，计算干鲜比，根据干鲜比计算干草产量。干鲜比=样品干重/样品鲜重(1)干草产量=鲜草产量×干鲜比(2)1.3.2营养成分取测定鲜干比的样品200 g，粉碎，将每个品种的干样混合。参照《饲料分析及饲料质量检测技术》测定粗蛋白（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、木质素（ADL）、粗脂肪（EE）含量，根据NDF和ADF计算相对饲喂价值（RFV）[14]。干物质采食量(DMI)=120/NDF(3)干物质消化率(DDM)=88.9-0.779ADF(4)相对饲喂价值(RFV)=DMI×DDM/1.29(5)1.4数据统计与分析采用数据软件Microsoft Excel 2010和SPSS 22.0中的因子分析和聚类分析方法对所测得的数据进行统计分析以及图表制作。2结果与分析2.1不同苜蓿品种产量性状分析（见表2、表3）试验对15个苜蓿品种9个性状3年数据的平均数进行描述性统计分析。由表2和表3可知，不同苜蓿品种的鲜草产量和干草产量变异系数相对较大，分别为9.00%和8.20%，株高的变异系数较小，为3.51%；不同苜蓿品种的EE含量、ADL含量和RFV的变异系数较大，为11.32%、8.77%和6.43%，育种改良空间较大，但其他品质性状变异系数相对较小，表明在此方面育种改良空间较小。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.023.T002表2不同苜蓿品种产量性状分析项目最小值最大值平均值标准差株高/cm64.8674.0269.962.46鲜草产量/(kg/hm2)22 721.5530 557.8527 388.132 465.97干草产量/(kg/hm2)2 135.255 392.356 609.37541.66CP/%18.4022.1020.031.10NDF/%44.5751.7948.792.18ADF/%37.1042.1040.131.57ADL/%6.408.907.810.69EE/%1.802.702.220.25RFV102.00125.00110.607.1110.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.023.T003表3不同苜蓿品种产量性状的变异系数项目变异系数项目变异系数株高3.51ADF3.91鲜草产量9.00ADL8.77干草产量8.20EE11.32CP5.47RFV6.43NDF4.48%2.2不同苜蓿品种产量性状和品质性状的主成分分析结果（见表4、表5）利用SPSS 22.0软件对所测数据进行主成分分析，经过对数据进行KMO检验和Bartlett球度检验，KMO值为0.617，且Bartlett球度检验概率为0.000，小于显著性水平0.05，认为变量间存在较强的相关性，本试验数据符合因子分析。由表4可知，前2个因子变量的特征值均大于1，并且经过最大方差旋转后其方差贡献率分别为55.851%、18.291%，累计方差贡献率达到74.142%，即这2个因子可以反映15个苜蓿品种的9项产量和品质性状的绝大部分信息，因此可以用这2个主成分较好地代替产量和品质性状对苜蓿品种进行评价与判断。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.023.T004表4不同苜蓿品种产量和质量品质性状的主成分分析主成分初始特征值提取载荷平方和旋转载荷平方和总计贡献率/%累积方差贡献率/%总计贡献率/%累积方差贡献率/%总计贡献率/%累积方差贡献率/%15.03455.92855.9285.03455.92855.9285.02755.85155.85121.63918.21474.1421.63918.21474.1421.64618.29174.14230.7998.88183.02340.5896.54389.56650.4875.41294.97860.3153.49598.47370.1111.23599.70780.020.22199.92890.0060.072100由表4和表5可知，第1公因子贡献率达55.928%，决定第1公因子的性状主要是RFV、NDF、ADF、CP含量，第2公因子贡献率为18.214%，其中EE含量、ADL含量及株高的特征向量绝对值较高。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.023.T005表5成分矩阵项目成分12ADF0.9710NDF0.959-0.042RFV-0.9560.050CP-0.9000.225干草产量0.8250.188鲜草产量0.6550.456EE-0.0500.786ADL0.491-0.617株高0.3070.585假设X1~X9依次为株高、鲜草产量、干草产量、CP含量、NDF、ADF、ADL含量、EE含量、RFV，可得出15份苜蓿品种各性状公因子的计算公式为：F1=0.045X1+0.117X2+0.159X3-0.185X4+0.192X5+0.193X6+0.115X7-0.032X8-0.191X9 (6)F2=0.359X1+0.284X2+0.122X3+0.129X4-0.017X5+0.009X6-0.372X7+0.479X8+0.022X9 (7)再根据2个公因子旋转后的方差贡献率及对应的公因子得分计算公式，可得出各材料综合评价得分Fz公式为：Fz=55.581%F1+18.291%F2 (8)不同苜蓿品种主成分及综合得分情况见表6。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.023.T006表6不同苜蓿品种主成分及综合得分情况编号品种F1F2FZ1甘农1号311.83666.01295.852德国大叶306.29652.96286.213中苜3号299.40651.22294.824阿迪娜311.35661.84290.375甘农6号282.39604.60257.566甘农7号294.00613.46274.257巨能2号252.75535.55242.878中苜1号272.39577.01276.299皇后291.01621.69235.90106010243.97545.29268.1911金皇后254.24552.04274.2612甘农8号233.52507.74239.0213太阳神270.07571.02223.2014宁苜1号286.22626.02276.1215陇东289.71615.43255.17由表6可知，15个供试苜蓿品种中，甘农1号的F1因子得分最高，甘农8号的F1得分最低。甘农1号F2得分最高，甘农8号F2最低。从综合的产量性状和品质性状上分析，综合主成分得分越高，该品种的综合表现越好。甘农1号、中苜3号、阿迪娜、德国大叶分别居综合主成分得分的前4位，表明这4个品种的产量、品质综合表现最好；太阳神、皇后、甘农8号、巨能2号分别居综合主成分得分的后4位，表明这4个品种的产量、品质综合表现较差。2.3不同苜蓿品种产量性状和品质性状的聚类分析结果（见图1）由图1可知，在欧式距离为7时，可将这15个品种分为3类：第一类为甘农1号、中苜3号、阿迪娜、德国大叶、甘农7号、中苜1号、6010、金皇后、宁苜1号；第二类为甘农6号、巨能2号、皇后、甘农8号、陇东；第三类为太阳神。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.023.F001图1不同苜蓿品种产量性状和品质性状的聚类分析结果再对聚类进行OLAP多维数据分析，得出OLAP多维数据集，见表7。根据表6的15个苜蓿品种综合得分情况和表7的OLAP多维数据集的4类变量信息的平均值可得出，编号1、2、3、4、6、8、10、11、14品种的第一类评分最高，均分为281.82，其株高和鲜草和干草产量最高，均值分别为70.41 cm、29 107.95 kg/hm2和6 862.80 kg/hm2，NDF、ADF、ADL含量也最高，CP和RFV平均值最低，分别为19.62%、108分；第二类评分次之，均分为246.1，产量次之，株高、鲜草产量、干草产量分别为69.47 cm、25 225.80 kg/hm2、6 255.75 kg/hm2，而EE含量平均值最低，为2.14%；第三类只有一个品种即序号13的太阳神评分最低为223.2，株高、鲜草和干草产量最低，为68.32 cm、22 721.55 kg/hm2、6 096.90 kg/hm2，但CP含量及EE含量最高，分别为21.9%和2.30%，相对饲用价值也最高为125。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.023.T007表7OLAP多维数据集项目第一类第二类第三类总计总和平均值总和平均值总和平均值总和平均值株高/cm633.7070.41347.3369.4768.3268.321 049.3569.96鲜草产量/(kg/hm2)261 971.2529 107.95126 129.1525 225.8022 721.5522 721.55410 821.9527 388.20干草产量/(kg/hm2)61 765.056 862.8031 278.606 255.756 096.906 096.9099 140.556 609.30CP/%176.6019.62102.0020.4021.9021.90300.5020.03NDF/%446.0849.56241.2148.2444.5744.57731.8648.79ADF/%367.0040.78197.9039.5837.1037.10602.0040.13ADL/%70.507.8339.107.827.607.60117.207.81EE/%20.302.2610.702.142.302.3033.302.22RFV972.00108.00562.00112.40125.00125.001 659.00110.60总分2 536.36281.821 230.52246.10223.20223.203 990.08266.013讨论开展优异苜蓿品种资源的研究、找出适合当地生态区的苜蓿品种对晋北地区畜牧业生产水平具有重要意义[15]。在饲草生产过程中，品种的贡献率超过30%[16]，因而选取种植高产品种对苜蓿生产的作用至关重要。3.115个苜蓿品种产量和品质性状的变异分析株高是描述苜蓿生长状况和评价高产的主要指标之一，是构成苜蓿产量的重要因素[17]。15个苜蓿品种中，第一类品种的株高水平最高，均值为70.41 cm。CP含量是反映苜蓿品质的重要指标之一，CP含量越高、苜蓿的营养品质越好[18]。本试验中，三大类苜蓿品种CP含量均大于19%，其中第三类太阳神CP含量最高。从描述性统计分析结果可以看出，15份苜蓿品种的9个产量及品质性状均存在一定的差异。EE含量、ADL含量和鲜草产量、干草产量的变异系数最大，分别为11.32%、8.77%、9.0%、8.20%，表明这15个苜蓿品种在EE含量和ADL含量及产量性状上，育种改良空间较大，株高、ADF含量和NDF含量变异系数较小，表明在此方面育种改良空间较小。3.215个苜蓿品种产量和品质性状的主成分及聚类分析聚类分析的目的是根据样本本身的特性将相似的样本归类，从而得到更直观且易理解的结果。赵娇阳等[19]在对8个紫花苜蓿品种14个指标进行聚类分析后，将8个紫花苜蓿品种划分为三大类，并找出综合性能更适合山西中部地区的品种。李陈建等[20]将50份苜蓿14个农艺性状划分为三大类，发现各类品种苜蓿均具有明显不同特征。李迎等[21]在对16个苜蓿品种试验分析后，筛选出适合内蒙古中部地区种植的优良品种。本试验从主成分分析综合得分结果可以看出，第一主成分F1主要是RFV、NDF、ADF、CP含量等性状；第二主成分F2主要为EE含量、ADL含量及株高等性状综合作用的指标；15份苜蓿品种的综合得分情况为甘农1号的得分最高295.85，陇东最低为255.17。根据聚类分析可得出，当欧式距离为7时，15个苜蓿品种分为3类：第1类为甘农1号、中苜3号、阿迪娜、德国大叶、甘农7号、中苜1号、6010、金皇后、宁苜1号；第二类为甘农6号、巨能2号、皇后、甘农8号、陇东；第三类只有太阳神。第一类9个苜蓿品种产量及综合评分最高，但在CP含量及相对饲用价值上，属于最低值；第2类5个苜蓿品种产量及品质指标均为中间值，其中EE含量指标最低；第三类即太阳神，产量指标及综合评分最低，但CP含量及RFV和EE含量最高。4结论本研究中主成分分析和聚类分析结果表明，甘农1号、中苜3号、阿迪娜、德国大叶、甘农7号、中苜1号、6010、金皇后9个苜蓿品种的株高、干草产量、鲜草产量表现突出，综合评价最高，生产性能最佳，适用于本地区苜蓿产业规模化生产，第三类太阳神的产量和综合评价最低，但其CP含量、EE含量、ADF含量、NDF含量、RFV表现突出，可尝试在本地区进行品种育种改良，其他品种均可根据种植目的及品质特性选择适宜品种进行种植。