紫花苜蓿(Medicago sativa)是近年来大力发展草牧业的首选牧草[1-2]。截至2020年,仅庆阳市苜蓿留存面积达33万hm2[3-4]。紫花苜蓿的地方品种、育成品种和国外引进的品种构成了我国丰富的苜蓿遗传资源。苜蓿在我国分布地域广泛,生境复杂,不同地域气候、土壤及生态等条件下生长的苜蓿差异较大,形成了众多的品种类型和生态类群[5]。不断开展苜蓿新品种的适应性评价,是各地建立优质苜蓿基地、促进苜蓿产业化发展的关键和前提条件[6]。本研究从国内外引进10个紫花苜蓿品种,在种植8年后对各品种的抗病性、产草能力及品质进行分析,利用TOPSIS法进行综合评价[7-9],利用熵权法(EMM)[10]计算指标权重,选出具有抗病性强、营养价值较好及产量高的品种,为干旱和半干旱区建立优质苜蓿基地、促进苜蓿产业化发展提供参考。1材料与方法1.1试验地概况试验地设在庆阳市宁县和盛镇湫包头村(庆阳市农科院和盛基地),位于东经35°25',北纬107°48',海拔1 170 m,年平均温度9 ℃,年日照时数2 449.2 h,≥10 ℃积温为2 722 ℃·d,无霜期165~180 d。该地区年均降水量600 mm,降水主要分布在7—9月,属西北半湿润偏旱区。试验地土壤为黑垆土,有机质含量11.8 g/kg,全氮0.90 mg/kg,碱解氮87 mg/kg,速效磷12 mg/kg,速效钾227 mg/kg。1.2试验方法1.2.1供试品种及来源(见表1)10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2024.01.021.T001表1供试品种及来源试验品种品种编号来源歌萨克M1陇东学院农林科技学院新疆大叶苜蓿M2甘肃省农业科学院甘农1号M3甘肃省农业大学草业学院55V12M4陇东学院农林科技学院甘农4号M5甘肃省农业大学草业学院甘农3号M6甘肃省农业大学草业学院三得利M7宁夏农林科学院固原分院55V48M8陇东学院农林科技学院皇后M9百绿(天津)国际草业有限公司甘农5号M10甘肃省农业科学院陇东苜蓿(CK)M11陇东学院农林科技学院1.2.2试验设计采用随机区组设计,4次重复,小区面积2.1 m × 5.0 m。2013年4月中旬旋耕、平整试验地,并施入基肥磷酸二铵,施用量450 kg/hm2。人工开沟播种(条播),播种量为15 kg/hm2,播种行距为30 cm。1.3测定指标及方法1.3.1产量及生物性状生育期:从返青苜蓿开始快速生长到种子收获(70%黑荚期)作为一个生育周期,分别记录开花期、结荚期和成熟期。草产量:每茬苜蓿初花期进行测产,每小区随机取3个样点,齐地刈割1 m2,立即称重,之后晒干称量,估算每小区的鲜草和干草产量,三茬产量之和为每小区的年草产量。1.3.2病害调查采用5点取样法,在盛花期随机摘取20个枝条,每个枝条自上而下摘取10个复叶调查[11]。发病率=发病株数(或器官数)/调查总数(或器官数)×100%(1)病情指数=∑(各级病株数×该病级值)/(调查总株数×最高级值)×100(2)1.3.3营养指标每个品种营养测定设置3次重复。采用凯氏定氮法(GB/T 6432—1994)测定粗蛋白(CP)含量,采用索氏提取法(GB/T 6433—2006)测定粗脂肪(EE)含量,采用硫酸和氢氧化钠溶液煮沸消化法(GB/T 6434—2022)测定粗纤维(CF)含量,采用高温电炉直接灰化法(GB/T 6438—2007)测定粗灰分(Ash)含量。1.4TOPSIS法综合评价TOPSIS法进行综合评价的具体步骤如下[7-9]:(1)设有n个处理,m个性状,建立评价决策矩阵A:A=f11f12f21f22⋮⋮fn1fn2⋯f1m⋯f2m⋮⋮⋯fnm (3)(2)由矩阵A构造规范化的决策矩阵Z',其元素为Zij',且有:Zij'=fij∑i=1nfij2 (i=1, 2, …, n; j=1, 2,…,m) (4)式中:fij为决策矩阵A的元素。(3)构建规范化的加权决策矩阵Z,其元素为Zij。Zij=WjZij' (i=1, 2, ⋯, n; j=1, 2,⋯,m ) (5)式中:Wj为每一指标的加权系数,本文用熵权法进行计算[11]。(4)确定正理想解Z+与负理想解Z-。Z+=Z1+,Z2+,⋯,Zm+=maxiZij| j=1, 2, ⋯m (6)Z-=Z1-,Z2-,⋯,Zm-=miniZij| j=1, 2, ⋯m (7)(5)计算各处理与理想解的相近度。与正理想解的相近度Si+为:Si+=∑j=1mZij-Zj+2 (i=1, 2, ⋯, n) (8)与负理想解的相近度Si-为:Si-=∑j=1mZij-Zj-2 (i=1, 2, ⋯, n) (9)与理想解的相对接近度Ci为:Ci=Si-Si-+Si+ (0≤Ci≤1, i=1, 2, ⋯, n) (10)1.5数据统计与分析试验数据采用Excel软件进行整理,熵权法TOPSIS进行分析,SPSS 21.0软件进行单因素方差分析,LSD法进行多重比较。结果以“平均值±标准差”表示,P0.05表示差异显著。2结果与分析2.1各试验紫花苜蓿品种的生育期(见表2)由表2可知,参试品种中除M1、M4和M10返青期相对较迟外,其他品种的返青期均与M11相同,在3月底返青。M1的分枝期最迟,比M11迟7 d;M1的现蕾期最迟,但与M11相比仅推迟3 d。各品种初花期、结荚期的差距逐渐缩小。M7、M5和M3种子熟期迟于M11,M2种子熟期与M11相同(均为8月25日),其余品种的种子熟期均早于M11,M4和M6种子成熟期较早。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2024.01.021.T002表2各试验紫花苜蓿品种的生育期品种编号返青期分枝期现蕾期初花期结荚期种子成熟期M14-34-275-276-57-198-23M23-294-235-256-47-198-25M33-314-195-246-37-168-26M44-14-205-236-57-208-20M53-284-185-226-27-148-27M63-294-205-256-87-148-20M73-294-205-216-37-138-29M83-284-225-246-57-168-24M93-294-215-256-47-158-23M104-44-235-266-77-148-23M113-294-205-246-57-138-25月-日2.2各试验紫花品种的主要病害及发病情况(见表3)由表3可知,试验当年,苜蓿主要发生的病害是锈病,所有品种的发病率均较高,其次是褐斑病,白粉病和霜霉病的发病率较低。除M7外,所有品种的锈病发病率均高于M11。M7的锈病发病率为16.5%,病情指数17.2,是引进品种中抗锈病能力最强的品种;其次是M10的锈病发病率较低,为18.5%,病情指数仅15.3,表现出较好的抗性。M6和M5的锈病发病率最高,分别达到42.0%和40.5%,病情指数分别达到32.6和28.8。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2024.01.021.T003表3各试验紫花苜蓿品种的主要病害及发病情况品种编号锈病褐斑病白粉病霜霉病发病率%病情指数发病率%病情指数发病率%病情指数发病率%病情指数M124.516.513.526.22.011.86.015.4M231.020.811.529.83.513.94.019.7M336.021.710.025.48.016.44.521.5M421.515.46.525.64.59.34.020.8M540.528.84.540.35.510.46.516.2M642.032.69.542.74.511.98.519.4M716.517.211.033.46.014.25.022.3M824.516.69.534.64.510.46.022.4M923.018.610.529.73.519.04.017.7M1018.515.313.032.44.517.65.520.6M1117.514.918.037.15.010.54.019.4M11的褐斑病发病率最高,达18.0%,病情指数为37.1。与M11相比,其他引进品种对褐斑病均表现出较好的抗性,其中发病率仅次于M11的品种为M1,发病率为13.5%,病情指数为26.2。最抗褐斑病的两个品种是M5和M4,发病率分别为4.5%和6.5%,病情指数分别为40.3和25.6。白粉病、霜霉病整体发病率较低,11个品种中白粉病发病率最高的品种是M3,为8.0%,病情指数为16.4。M7和M5的白粉病发率比对照品种高,发病率分别为6.0%和5.5%,病情指数分别为14.2和10.4。其他品种的白粉病发病率均低于M11,发病率最低的品种是M1,为2.0%,病情指数为11.8。霜霉病发病率最高的品种是M6,为8.5%,病情指数为19.4。霜霉病发病率最低的是M2、M4、M9和M11,均为4.0%,病情指数分别为19.7、20.8、17.7和19.4,表现出较好的抗性。2.3各试验紫花苜蓿品种的产量(见表4)由表4可知,参试品种中第一茬鲜草产量最高的品种是M9,为20 602.95 kg/hm2,显著高于M11(P0.05);第一茬鲜草产量最低的品种是M6,为15 044.7 kg/hm2。M10、M8、M9和M4的第二茬鲜草产量高于M11,M1和M6的第二茬鲜草产量显著低于M11(P0.05)。9个品种的第三茬鲜草产量均高于M11,但只有M10显著高于M11(P0.05),为2 659.50 kg/hm2。M9、M10和M4的鲜草总产量显著高于M11(P0.05),分别为32 823.60、31 170.90、31 005.00 kg/hm2。鲜草总产量最低的品种是M1,为22 995.75 kg/hm2。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2024.01.021.T004表4各试验苜蓿品种的产量品种编号鲜草产量/(kg/hm2)干草产量/(kg/hm2)增产率/%第1茬第2茬第3茬总产量M115 127.50±1 242.305 781.15±25.04*2 087.10±101.0122 995.75±1 321.429 053.50±520.24-15.30M216 232.10±750.177 188.00±783.482 328.00±500.4225 748.10±290.009 536.36±107.41-10.78M317 269.50±1 413.708 094.75±233.401 951.80±122.9527 316.05±1 600.1110 628.81±592.63-0.56M418 970.50±1 418.199 933.00±214.912 101.50±165.6231 005.00±204.92*11 193.06±446.274.71M517 194.05±1 610.429 019.50±757.511 911.00±166.6928 124.55±2 166.189 868.30±802.29-7.68M615 044.70±926.956 997.50±232.95*2 157.00±232.1624 199.20±677.738 203.06±251.01*-23.26M716 251.90±513.178 523.00±334.572 335.50±314.9327 110.40±531.599 413.39±196.89-11.94M816 626.45±933.3310 296.30±978.292 343.00±290.5929 265.75±560.0613 065.14±207.43*22.23M920 602.95±433.16*9 987.15±368.302 233.50±331.8732 823.60±468.42*12 111.96±143.86*13.31M1018 162.60±385.0410 348.80±901.812 659.50±297.77*31 170.90±803.35*12 968.10±297.53*21.32M1117 663.25±402.439 166.05±359.921 924.50±145.6728 753.80±187.4210 689.18±69.41—注:“*”表示与M11相比差异显著(P0.05);下表同。干草产量比M11增产的品种有4个,分别为M8、M10、M9和M4。M8的干草产量为13 065.14 kg/hm2,比M11显著增加22.23%(P0.05);M10的干草产量为12 968.10 kg/hm2,比M11显著增加21.32%(P0.05);M9干草产量为12 111.96 kg/hm2,比M11显著增加13.31%(P0.05);M4干草产量比M11增产4.71%。M6干草产量为8 203.06 kg/hm2,显著低于M11(P0.05),减产率为-23.26%;其余品种相比M11均减产,但差异不显著(P0.05)。所有苜蓿品种的第一茬鲜草产量最高,占60%左右,第二茬鲜草产量占总产量的30%左右,第三茬鲜草产量占总产量的10%左右。2.4各试验紫花苜蓿品种的主要营养成分(见表5)由表5可知,参试品种中,粗灰分较高的品种依次是M1、M6、M3和M7。其中,M1的粗灰分含量显著高于M11(P0.05),为8.93%;其余品种的粗灰分含量比较接近。M1的粗蛋白含量高于M11,为18.21%;其余品种的蛋白含量均未能超过M11,其中M9和M7的粗蛋白含量显著低于M11(P0.05),分别为16.48%和16.43%。M11的粗脂肪含量最高,为3.12%;M7、M5和M2的粗脂肪含量显著低于M11(P0.05),分别为2.25%、2.15%和1.96%。M7、M6和M3的粗纤维含量分别为26.18%、25.43%和25.01%,均显著高于M11(P0.05);M2的粗纤维含量最低,为16.14%,显著低于M11(P0.05)。M2和M4的无氮浸出物显著高于M11(P0.05),分别为64.16%和59.22%。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2024.01.021.T005表5各试验紫花苜蓿品种的主要营养成分品种编号粗灰分粗蛋白粗脂肪粗纤维无氮浸出物M18.93±0.97*18.21±0.763.01±0.2022.78±3.5950.42±1.74M26.91±0.3816.58±0.571.96±0.31*16.14±2.44*64.16±4.28*M37.44±0.1716.80±0.462.31±0.2525.01±2.44*54.19±4.08M46.50±0.2417.17±0.402.39±0.2122.12±1.9459.22±9.71*M56.21±0.1417.13±1.232.15±0.15*19.00±3.0958.14±5.49M68.28±0.2617.58±0.713.01±0.2525.43±3.47*50.50±8.64M77.39±0.9716.43±0.63*2.25±0.36*26.18±1.59*52.71±8.37M86.17±0.0816.60±0.972.43±0.2621.76±1.8756.13±4.34M97.04±0.4316.48±0.48*3.11±0.2721.74±1.1958.02±7.09M106.33±0.6217.27±0.662.44±0.1021.39±1.1055.75±4.80M116.42±0.9617.75±0.893.12±0.2921.03±2.1255.46±5.79%2.5熵权法TOPSIS对各紫花苜蓿品种的综合评价(见表6)在TOPSIS分析中,利用锈病、褐斑病、白粉病、霜霉病的发病率及病情指数共8个指标及粗蛋白、粗脂肪和粗纤维等3个主要营养指标和干草产量指标建立评价决策矩阵A。发病率、病情指数及粗纤维以数据较小为优,利用极差变换法对其进行正向化处理,再根据矩阵A计算规范化矩阵Z。权重向量采用熵权法进行计算赋值,其中干草产量直接赋值,病害相关指标及营养相关指标参与熵权法赋值计算,其WT={0.040 093 0.019 205 0.041 735 0.033 271 0.037 837 0.030 629 0.023 549 0.050 326 0.049 351 0.032 132 0.041 872 0.600 000},计算得到规范后的加权矩阵Z。由矩阵Z确定最优方案和最劣方案,再计算各品种的Si+、Si-和Ci。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2024.01.021.T006表6熵权法TOPSIS对各紫花苜蓿品种的综合评价品种编号Si+Si-Ci排序结果M10.239 5760.320 4520.572 2076M20.441 0810.127 8760.224 75610M30.388 0410.174 7340.310 4869M40.253 6330.306 7980.547 4327M50.188 2270.375 4910.666 0975M60.346 8180.210 2940.377 4728M70.546 9960.064 9160.106 08711M80.135 5590.451 2370.768 9843M90.080 4090.543 0980.871 0371M100.106 5990.485 6630.820 0142M110.153 9330.413 1340.728 5464综合分析各品种的排序为CM9CM10CM8CM11CM5CM1CM4CM6CM3CM2CM7,综合评价最优的品种是M9,其次是M10,第三是M8,第四是M11。3讨论3.1不同品种紫花苜蓿的生产性能分析苜蓿田在寒冷地区的利用时间一般可以达到7年[12-13]。陇东地区属暖温带半湿润地区,草地使用年限相对较长,在无水肥管理条件下,本研究的苜蓿田利用8年仍然可以保持较高的产量。较高的生物量和良好的营养品质是筛选优良苜蓿品种的参考指标,干草产量是评价牧草生产性能和经济效益的第一要素。不同品种在不同生态条件下的适应性相差较大[14],且由于遗传特性的差异,不同苜蓿品种之间的生产性能和适应性存在差异[15-16]。苜蓿的干草产量受到株高、分枝数、单株重、侧枝数及干鲜比等因子的影响,不同的草产量可反映不同品种的株型结构、空间生产结构及顶级生产性能[17]。在管理条件、苜蓿品种和种植年限等一致的情况下,形成高产量的原因可能与当地气温、降雨量、土壤条件等因素有关[18]。紫花苜蓿第一茬的干草产量明显高于后两茬,随着收获时间的推移,后两茬产量呈明显的下降趋势[19]。生产性能与品种的适应性之间表现出正向效应,因此,生产性能好的品种在推广时更具优势[20]。本研究中,55V48、甘农5号和皇后这3个品种表现出较好的综合生产性能。陇东苜蓿在建植的第6年产量最高,在旱作情况下陇东苜蓿较外引品种更耐长期连作[21],本研究结论与之一致。3.2不同品种紫花苜蓿的主要病害及抗病性分析病害是苜蓿生产的主要限制因素之一,病害的发生会降低苜蓿产量,影响苜蓿品质,严重时导致植株死亡[22]。我国发现苜蓿病原真菌36种,锈病、霜霉病、褐斑病、白粉病、夏季黑茎与叶斑病和春季黑茎与叶斑病为常见病害,造成巨大产量损失的重要病害有霜霉病、褐斑病、斑枯病与锈病[23]。锈病是西部地区苜蓿的主要病害之一,严重时病叶的鲜重比健叶减少44%,粗蛋白减少18.2%,粗纤维增加14.83%,适口性下降[24]。在甘肃祁连地区苜蓿褐斑病发生严重,落叶率达50%以上,草产量减少15%~40%,种子减产25%~57%,粗蛋白含量下降16%,可消化率下降14%左右[25]。发病率和病情指数可作为苜蓿病害调查的重要指标,二者可以反映苜蓿对病害的抗性[12]。本研究重点调查参试品种对不同病害的发病率和病情指数,发现锈病、褐斑病是陇东地区对苜蓿生产造成危害的主要病害,选种引种时应充分考虑对这两个病害的抗性。3.3不同品种紫花苜蓿的营养成分分析牧草的粗蛋白和粗纤维含量是评定牧草营养价值的主要指标,粗蛋白含量高,粗纤维含量低,则营养价值高;反之,则营养价值低。粗蛋白、粗纤维和粗灰分是反映紫花苜蓿营养品质的重要指标,粗蛋白含量越高,粗纤维和粗灰分的含量越低,苜蓿的营养品质越好[26-27]。本研究中,哥萨克的粗蛋白含量高于对照品种(陇东苜蓿),为18.21%,其余品种均未超过对照品种。陇东苜蓿的粗脂肪含量最高,为3.12%。3.4熵权法TOPSIS综合评价分析苜蓿干草产量是评价其生产性能和经济效益的第一要素,发病率和病情指数是病害的重要指标,粗蛋白、粗脂肪和粗纤维的含量是评定牧草营养价值的主要指标,但采用单因素或以主要指标为评定依据存在一定的局限性[28]。本研究选定参试品种的干草产量与4种多发病害的发病率和病情指数及粗蛋白、粗脂肪、粗纤维等12个指标,利用TOPSIS法进行综合分析。12个指标中,干草产量作为生产性能和经济效益的第一要素,直接赋值0.6,其余11个指标利用熵权法[29]进行计算赋权。TOPSIS法是一种逼近理想解的排序法,根据有限个评价对象与理想化目标的接近程度进行排序[9-10]。综合分析各品种的排序为CM9CM10CM8CM11CM5CM1CM4CM6CM3CM2CM7,综合评价最优的品种是皇后,其次是甘农5号、55V48、陇东苜蓿,该品种的生产性及适应性较强,是适用于高效优质苜蓿生产基地建设的主要品种。4结论本研究表明,锈病和褐斑病是陇东地区对苜蓿生产造成危害的主要病害。在生产性能、抗病性及主要营养指标方面,经过熵权法TOPSIS综合评价,得分最高的4个品种排序为CM9CM10CM8CM11,表现相对最优的品种是皇后,其次是甘农5号,第三是55V48,其综合表现优于对照品种陇东苜蓿。
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