基于主成分分析法评价不同牧草营养成分饲用价值

2024-04-08耿怡雯李文忠田文锦陈国顺

饲料工业 2024年7期

■ 田斌马超耿怡雯李文忠张伟田文锦周媛陈国顺*

（1.庄浪县农业技术推广中心，甘肃平凉 744000；2.甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃兰州 730070；3.民勤县农业农村局收成镇畜牧兽医站，甘肃武威 733307；4.绿丰源草畜科技有限责任公司，甘肃合作 747000）

我国草原生态系统分布广泛，约占国土面积的47.1%。其中天然草地中的牧草不仅资源丰富多样，而且种植面积逐年不断扩大，有效保障了中国畜牧业生产的持续发展。牧草种植技术应用与推广对反刍动物生长发育有一定的影响，同时间接决定畜产品质量。因此，牧草种植人员可以根据动物种类，牧草生长年限以及当地牧草种植环境的差异来进行区别和划分[1]。长期以来，我国绝大部分地区的牧草种植受到天气、地形、土壤等自然因素影响，导致牧草资源推广利用不足，因此地区特色牧草可通过控制条件实现异地种植进行牧草的推广利用，实现牧草种植效益最大化，提升牧草种植的质量和效率。为解决西北地区饲料短缺等问题，应不断优化牧草种植技术，深入探究不同类型牧草资源的基本营养成分，为开发新型饲料原料，解决当地饲草资源不足提供依据。

在畜牧业生产中，将新鲜牧草调制为干草饲喂是传统的饲喂方式。针对西北地区特殊的环境与气候，在多雨的季节下，调制成干草后干物质（dry matter，DM）和粗蛋白（crude protein，CP）损失显著增加[2]。因此牧草一般是以青贮的形式进行保存，以避免饲料营养成分流失以及家畜由于营养不良而导致掉膘[3]。牧草青贮，指在牧草营养最丰富时期刈割，利用其全绿茎部分或部分绿茎制成，水分含量为55%～65%。青贮后的牧草营养价值受天气影响较小，可以长期保存使用，同时青贮牧草具有提高家畜的适口性和消化率等优点[4]。调制青贮可以充分利用高寒地区饲草资源种植资源，保持青贮饲料的营养价值，在畜牧业生产中发挥积极作用。

目前，国内学者对玉米、苜蓿、羊草及其他豆科和禾本科牧草原料的青贮研究较多[5-7]，而以西北高海拔地区特色饲草资源作为青贮原料的研究报道甚少。本试验结合常规养分分析对不同种类天然牧草青贮营养品质进行测定，采用主成分分析综合评定天然牧草青贮中的营养特性，以期为今后西北地区牧草资源种植与利用提供有效依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

4种牧草由绿丰源草畜科技有限责任公司采集提供，分别为青贮燕麦、青贮箭舌豌豆、青贮高粱、青贮苜蓿，采集时间为2022年8月（见表1）。

表1 牧草来源

1.2 试验设计

选择种植牧草整齐度高、地势平坦、差异性小的试验地，样方在同一试验地进行设置，在样方1 m×1 m内牧草进行刈割，每个样方重点记录牧草种类，每种牧草取4个生物学重复。将刈割后的4种牧草原料切段至4～6 cm后，装入样品袋中，每袋约1 000 g，每种牧草设置为4袋，使用电动真空泵对样品袋进行抽真空，并确保严密封口，以防止氧气进入。将袋装牧草样品在温度控制设备中贮藏60 d，保持室温条件。在贮藏期结束后，开启样品袋，取样分析不同牧草营养成分。

1.3 试验测定指标及方法

1.3.1 营养品质测定

依据《饲料分析及饲料质量检测技术》[8]测定干物质、粗灰分（crude ash，Ash）、钙（Ca）、总磷（P）含量；用AOAC(2000)[9]中方法测定粗脂肪（ether Extract，EE）含量；将青贮牧草样品经过3%十二烷基硫酸钠处理，得到不溶残渣为中性洗涤纤维（neutral washing fiber，NDF）；将中性洗涤纤维经过1%十六烷基三甲基溴化铵处理，得到残渣为酸性洗涤纤维（acid washing fiber，ADF）；用72%硫酸消化酸性洗涤纤维，残渣灰化，灰化逸失部分即为酸性洗涤木质素（neutral washing fiber，ADL）；用凯氏定氮法测定粗蛋白含量。

1.3.2 营养成分体外消化率

称取1 g 烘干后青贮饲料样品于滤袋中，每个处理3 个重复，在样品瓶中密封保存。体外消化率利用两步法测定：①将缓冲溶液与瘤胃液按4∶1 比例混合，保持39 ℃恒温，不断向混合液中通入二氧化碳；②向混合液中加入牧草样品，以此条件培养48 h，随后加入胃蛋白酶溶液，振荡混匀，在60 ℃水浴锅消化12、24、48 h[10]，分离残渣计算NDF体外消化率。

马克思对国家的界定，是在对市民社会的政治经济学解读的基础上，颠覆黑格尔的理性国家理论而登场的。在马克思的国家理论当中存在着政治自主性与经济制约性的张力。“一方面是经济运动，另一方面是追求尽可能大的独立性并且一经确认也就有了自己的运动的新的政治权力。总的说来，经济运动会为自己开辟道路，但是它也必定要经受它自己所确立的并具有独立性的政治运动的反作用。”⑪国家的能动性和受经济条件的制约这两方面并存于马克思和恩格斯关于国家的理论当中。

NDF 养分体外消化率（%）=（该成分消化初始含量-消化后该成分含量）/该成分消化初始含量×100

1.4 数据处理与统计分析

用Excel 软件整理原始数据之后，采用SPSS 23.0软件对数据进行单因素方差分析和主成分分析，P＜0.05表示差异显著，综合评分进行评价。

2 结果与分析

2.1 不同青贮牧草营养成分对比

由表2 所示，其中青贮苜蓿的水分含量显著低于青贮高粱、青贮燕麦以及青贮箭舌豌豆（P＜0.05），青贮苜蓿的干物质含量显著高于其他3 组青贮原料（P＜0.05），青贮苜蓿的CP、Ash 含量显著高于青贮燕麦（P＜0.05），青贮苜蓿Ca含量显著高于其他3个牧草种类青贮原料（P＜0.05），青贮高粱的P 含量显著高于青贮苜蓿（P＜0.05），青贮高粱NDF显著高于青贮箭舌豌豆（P＜0.05），青贮苜蓿的ADF 以及ADL 显著高于其他3个牧草种类青贮原料（P＜0.05）。

表2 不同青贮牧草营养成分含量分析（干物质基础，%）

2.2 不同青贮牧草营养成分的主成分分析与综合评价

由表3 所示，基于特征值＞1 的标准选出3 个主成分。其中第1 主成分的特征值为5.505，贡献率为55.046%，其对应特征向量中绝对值较大的指标为Ca、ADL、Ash、DM和水分；第2主成分的特征值为1.831，贡献率为18.310%，其对应特征向量中绝对值较大的为NDF、ADF、水分和DM；第3主成分的特征值为1.232，其贡献率为12.321%，其对应特征向量中绝对值较大的指标为CP、Ash 和P 这4个主成分的累积贡献率达到了85.676%，即保留了原有指标85.676%的信息。

表3 主成分的载荷矩阵

对4种不同青贮牧草进行10个性能参数的主成分分析，以特征值＞1 为原则，提取出3 个主成分A1、A2、A3，其中主成分A1、A2、A3 的累计方差贡献率为85.676%，累计方差贡献率＞85%信息损失较少，能比较全面地反映出青贮牧草营养成分指标的主要原始信息。

根据表3 中各主成分的特征值、方差贡献率及表中的成分矩阵可以计算出特征向量，以特征向量作为各因子系数，构建各主成分的函数表达式。

式中：X1、X2...——青贮牧草中的营养成分通过SPSS软件标准化后得到的数值；

F1、F2...——主成分得分。

将各主成分的方差贡献率作为权重系数，建立营养成分的综合评价模型。

Y=0.55F1+0.18F2+0.12F3

式中：Y—综合得分。

该模型可以计算出4 种青贮牧草营养成分的综合评价指标分值，可据此对各个样品的综合品质进行排序（见表4）。

表4 综合得分

2.3 不同青贮牧草营养成分体外消化率

由表5 所示，根据方差齐性检验结果可知，青贮高粱的NDF12以及NDF24均显著高于青贮燕麦、青贮箭舌豌豆以及青贮苜蓿（P＜0.05），青贮高粱与青贮箭舌豌豆的NDF48显著高于青贮燕麦和青贮苜蓿（P＜0.05）。由此可以看出青贮高粱的体外消化率较高于其他3种饲料原料。

表5 不同青贮牧草营养成分体外消化率分析

3 讨论

3.1 不同青贮牧草营养成分

青贮技术已广泛应用于畜牧业饲草处理，而经青贮处理后的牧草营养成分含量不同，这是反刍动物能否消化吸收有效成分的关键。干物质是青贮非常重要的指标[11]，干物质含量的多少直接影响动物适口性。粗灰分是饲料中无机盐、氧化物等的含量，能反映动物矿物质的来源[12]。粗蛋白作为六大概略养分之一，为畜禽的生长提供最为关键的物质和能量，同时为动物体细胞的构建提供原料，是饲料中重要的营养成分。NDF 和ADF 是影响家畜采食和消化的重要因素。中性洗涤纤维含量越高，家畜的干物质采食量（DMI）越低；酸性洗涤纤维含量越高，家畜的干物质消化率越低[13]。本研究发现，将燕麦、箭舌豌豆、高粱和苜蓿青贮后测得营养成分中，青贮苜蓿的干物质、粗灰分、粗蛋白以及钙含量均高于其他3 种饲料原料，而青贮后箭舌豌豆的ADF、NDF 以及ADL 低于青贮燕麦、青贮高粱以及青贮苜蓿，由此可推断青贮后的苜蓿中DM 等营养成分含量高，但高含量的ADF、NDF 影响其干物质消化率；青贮箭舌豌豆DM 等营养成分含量较低，但其ADF、NDF 含量低于其他3 种牧草，对干物质消化率影响较小。