随着我国农业产业结构不断调整升级，粮改饲是推进农业供给侧结构性改革的重要举措。目前粮改饲项目中种植最多的饲料作物是青贮玉米。玉米经过青贮调制后不仅有效保存了原料的营养成分^[1-2]，而且提高了饲用效果和利用价值，且青贮饲料制作工艺简便，已成为反刍动物主要的优质粗饲料来源^[3]。已有研究发现玉米青贮饲料营养成分含量与品种密切相关，Bal等^[4]研究显示不同玉米品种青贮后的粗蛋白质、乳酸、乙酸含量存在明显差异^[5]。刘月等^[6]以5个粮饲兼用型玉米品种为材料研究了其发酵品质和营养价值的差异，结果表明沃锋9号品种优异。余汝华等^[7]研究报道，不同品种对玉米青贮饲料的发酵产物和营养物质含量有显著影响。田宏等^[8]利用主成分分析与隶属函数法研究了14个全株青贮玉米品种的抗逆性、粗蛋白质含量等指标，发现雅玉8号的综合品质最好。林真等^[9]利用主成分分析和聚类分析方法研究了18个玉米品种秸秆的营养品质及饲用品质，结果表明18个玉米品种秸秆的营养品质存在差异。全株玉米青贮饲料青贮品质的评定对畜牧业意义重大，但目前运用多元统计学方法研究不同品种全株玉米青贮饲料综合品质的报道不足，尤其是有关一些特定地域的研究报道较少。因此，本试验主要利用主成分分析和聚类分析方法研究33个玉米品种在东北地区制作的全株玉米青贮饲料的营养成分含量及发酵品质，为当地合理选择青贮玉米品种提供数据支持。

1 材料与方法 1.1 试验材料

在东北地区(黑龙江省、吉林省、辽宁省)粮改饲试点县选择收获时期(乳熟末期至腊熟前期)、切割长度(0.9~1.9 cm)、留茬高度(不低于15 cm)^[10-11]一致的样品，最终符合条件的共有33个玉米品种(表 1)。样品采集方法及流程参照《饲料采样》(GB/T 14699.1—2005)^[12]进行。以青贮饲料开窖截面的中心点为基准点，利用青贮采样器于九点采样法收集样品2 kg(分装为2袋)并真空密封。样品采集完成后立即与冰袋一起装入泡沫箱，用胶带密封，快递至中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，收到样品验收合格后置于-18 ℃储存，用于后续测定。

1.2 试验方法 1.2.1 营养成分含量的测定

全株玉米青贮饲料样品置于65 ℃烘箱烘48 h，回潮12 h后粉碎过1 mm筛网，装入自封袋置干燥器中待测。干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)含量参考AOAC(2000)^[13]的方法进行测定；酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)含量按照Van Soest等^[14]的方法进行测定；淀粉(Starch)含量采用高氯酸水解-蒽酮比色法进行测定；30 h中性洗涤纤维消化率(NDFD30)参照《饲料分析及饲料质量检测技术》^[15]中方法进行测定。每个品种做3个样本，每个样本重复测定3次。

1.2.2 发酵品质的测定

将新鲜的全株玉米青贮饲料样品用剪刀切成0.2~0.5 cm长，称取20.00 g于200 mL三角瓶中，加入180 mL蒸馏水，摇匀，置于4 ℃水箱浸提24 h，浸提后用滤纸过滤，得到试样滤液，用pH计测定pH，用苯酚-次氯酸盐显色法测定氨态氮/总氮(NH₃-N/TN)^[16]，用气相色谱仪测定乳酸(lactic acid)、乙酸(acetic acid)、丙酸(propionic acid)含量^[17]。

1.3 数据转化与统计分析

采用Excel 2016对试验数据进行初步整理。通过SAS 9.4软件进行主成分分析，计算方差矩阵的特征值、特征向量及主成分累积的方差贡献率，根据特征向量建立主成分方程式，按照各主成分的权重系数求出主成分的综合得分。采用R软件进行聚类分析。用SAS 9.4软件对聚类结果进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，用Duncan氏法进行多重比较，P < 0.05为差异显著。

2 结果 2.1 不同品种全株玉米青贮饲料的营养成分含量和发酵品质

33个品种全株玉米青贮饲料的13个指标统计分析结果见表 2。不同品种全株玉米青贮饲料的干物质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、淀粉、粗灰分、乳酸含量的F值都达到了极显著水平(P＜0.01)。变异系数变化较大的是淀粉、乳酸、乙酸、丙酸含量，分别为27.73%、20.78%、26.11%、22.51%。最大值与最小值差值较大是干物质、中性洗涤纤维、淀粉含量和30 h中性洗涤纤维消化率，其标准差分别为4.873、5.262、4.177和7.299。

2.2 不同品种全株玉米青贮饲料营养成分含量和发酵品质的相关性分析

干物质含量(X1)、粗蛋白质含量(X2)、酸性洗涤纤维含量(X3)、中性洗涤纤维含量(X4)、30 h中性洗涤纤维消化率(X5)、淀粉含量(X6)、粗脂肪含量(X7)、粗灰分含量(X8)、pH(X9)、氨态氮/总氮(X10)、乳酸含量(X11)、乙酸含量(X12)、丙酸含量(X13)之间的相关系数如表 3所示，不同品种全株玉米青贮13个指标之间存在一定的相关性。干物质含量与氨态氮/总氮以及乙酸、丙酸含量存在显著相关(P < 0.05)，与酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、淀粉、粗灰分、乳酸含量以及30 h中性洗涤纤维消化率存在极显著相关(P < 0.01)；粗蛋白质含量与30 h中性洗涤纤维消化率、pH、乳酸含量存在显著相关(P < 0.05)，与粗灰分、乙酸、丙酸含量存在极显著相关(P < 0.01)；酸性洗涤纤维含量与中性洗涤纤维、淀粉、粗灰分、乳酸含量存在极显著相关(P < 0.01)；中性洗涤纤维含量与30 h中性洗涤纤维消化率、乳酸含量存在显著相关(P < 0.05)，与淀粉、粗灰分含量存在极显著相关(P < 0.01)；淀粉含量与粗脂肪含量存在显著相关(P < 0.05)，与粗灰分、乳酸含量存在极显著相关(P < 0.01)；粗脂肪含量与粗灰分、丙酸含量存在显著相关(P < 0.05)，与氨态氮/总氮存在极显著相关(P < 0.01)；粗灰分含量与乳酸、乙酸含量存在显著相关(P < 0.05)；pH与乳酸、丙酸含量存在极显著相关(P < 0.01)；氨态氮/总氮与丙酸含量存在显著相关(P < 0.05)，与乙酸含量存在极显著相关(P < 0.01)；乙酸与丙酸含量之间存在极显著相关(P < 0.01)。

2.3 不同品种全株玉米青贮饲料的主成分分析

对33个品种全株玉米青贮饲料的综合指标进行主成分分析，特征值和方差贡献率见表 4。前4个主成分特征值λ≥1，累积贡献率已经达到83.406%，即保留了原有指标83.406%的信息。

主成分对应的特征向量和载荷矩阵见表 5，第1主成分在X1(干物质含量)、X3(酸性洗涤纤维含量)、X4(中性洗涤纤维含量)、X6(淀粉含量)、X8(粗灰分含量)上载荷值较大，其权重系数分别-0.871、0.872、0.895、-0.941、0.746；第2主成分在X7(粗脂肪含量)、X10(氨态氮/总氮)、X12(乙酸含量)、X13(丙酸含量)上载荷值较大，权重系数依序为0.737、0.694、0.702、0.816；第3主成分在X5(30 h中性洗涤纤维消化率)上载荷值较大，权重系数为0.856；第4主成分在X9(pH)上载荷值较大，权重系数为0.740。

通过前4个主成分的特征向量矩阵，得出每个主成分综合得分线性方程，以每个主成分对应的方差相对贡献率作为权重建立综合评价模型：

通过上述模型计算每个品种的综合得分并进行排名(表 6)。第1主成分中，排名靠前的是豫青贮23、正大12、屯玉168、西农3号、德美亚1号，它们的干物质和淀粉含量较高，纤维含量较低；第2主成分中，排名靠前的是种星618、信玉168、德美亚1号、郑单958、西农3号，它们的粗脂肪、乙酸、丙酸含量及氨态氮/总氮较高；第3主成分中，排名靠前的是龙单32、罕玉5号、种星618、桂青1号、承单1171，它们的30 h中性洗涤纤维消化率较高；第4主成分中，排名靠前的是先玉335、金刚50、金鼎10号、沃玉3号、铁单10号，它们的pH整体较低，都小于4。根据综合评价模型得出，4个主成分的综合得分排名前5的是豫青贮23、正大12、先玉335、屯玉168、方玉36。

2.4 不同品种全株玉米青贮饲料的聚类分析

采用R软件对33个品种全株玉米青贮饲料的13个指标进行ward最小方差和欧氏距离的系统聚类分析，结果如图 1所示。不同品种全株玉米青贮饲料在营养成分含量和发酵品质方面存在差异。图 1中左边树状表示品种间的聚类，中部方块颜色深浅代表 13个指标含量的高低，从蓝色到红色，颜色越深，表示其含量越高；右侧表示品种序号，与表 1品种名称对应。从左侧品种的聚类来看，33个品种的全株玉米青贮饲料被分为3类。第1类为屯玉168、西农3号、豫青贮23、正大12号，其干物质与淀粉含量较高，且中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量较低；第2类为方玉36、绿单2号、德美亚1号、极峰30、纪元128、金岭17、金田9号、锦玉28、农大108、铁单10号、沃玉3号、先玉335、郑单958、种星618、中科玉505、中单5384，它们的干物质与淀粉含量和其他2类相比处于中间水平，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量较低，与第1类差异不大；第3类为金鼎10号、金刚50、龙单32、信玉168、北青1号、甘玉23号、东单60、桂青1号、承单1171、罕玉5号、金岭37、京科516、铁研53，它们的干物质与淀粉含量较低，且中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量较高。

全株玉米青贮饲料的营养成分含量和发酵品质比较结果见表 7。3类玉米品种的全株玉米青贮饲料在干物质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、淀粉、粗灰分、乳酸含量存在显著差异(P < 0.05)。第1类玉米品种全株玉米青贮饲料的干物质、淀粉、乳酸含量较高，酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量较低；第2类玉米品种全株玉米青贮饲料的粗灰分、乳酸含量较高，干物质、淀粉、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量处于中等水平；第3类玉米品种全株玉米青贮饲料的干物质、淀粉含量较低，酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、粗灰分含量较高。相比较下，第1类品质较好，第2类品质良好，第3类品质较一般。

3 讨论 3.1 不同品种全株玉米青贮饲料的营养成分含量、发酵品质及相关性分析

全株玉米青贮饲料的营养成分含量和发酵品种是评价青贮品质优劣的关键^[18]。玉米青贮饲料的营养成分主要包括干物质、粗蛋白质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、淀粉、粗脂肪、粗灰分含量与30 h中性洗涤纤维消化率；发酵品质指标主要包括pH、氨态氮/总氮与乳酸、乙酸、丙酸含量。33个品种的玉米青贮后，上述13个指标都有不同程度的变异，变异系数范围为5.27%~27.73%，其中淀粉及有机酸含量变异系数较大，反映了不同品种全株玉米青贮饲料在这2个方面离散程度较高。本试验中，全株玉米青贮饲料的干物质含量处于19.91%~40.23%，平均含量为29.27%，与Khan等^[19]所推荐范围(30%~35%)比较总体来看干物质含量偏低，这可能与当地青贮玉米收割和制作青贮饲料的习惯有关^[20]。pH、氨态氮/总氮和有机酸含量是体现青贮饲料发酵品质的重要指标。本试验中，pH变异范围较小，处于3.13~3.90，与Santos等^[21]研究基本一致。氨态氮/总氮表示青贮过程中蛋白质被分解的程度，本试验中氨态氮/总氮的平均值为9.27%，小于10%，说明发酵品质良好，这与郭勇庆等^[22]的研究结果一致。乳酸是有机酸中所占比例最大的部分，其含量越高，全株玉米青贮饲料的发酵品质越好^[23]。本试验得出乳酸平均含量为5.23%，达到了优质全株玉米青贮饲料标准(乳酸含量≥4.8%)^[24]。本试验并没有检测出丁酸成分，说明各品质玉米发酵品质较好。方差分析结果显示，干物质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、淀粉、粗灰分、乳酸含量的F值都达到了极显著水平，说明不同品种全株玉米青贮饲料在这6个方面的差异性较大，这可能与品种自身的遗传特性和青贮制作过程不规范有关。综合13个指标之间的相关性分析，干物质含量与粗纤维、有机酸含量呈极显著负相关，这与杨库等^[25]的研究结果相似。另外，本次试验还发现全株玉米青贮饲料的30 h中性洗涤纤维消化率与粗蛋白质含量呈显著负相关，与淀粉含量无显著相关关系，但Sveinbjörnsson等^[26]研究发现中性洗涤纤维消化率与粗蛋白质含量呈显著正相关，与淀粉含量呈显著负相关。Gallo等^[27]、席俊程等^[18]、刘月等^[28]研究发现，粗蛋白质和氨态氮/总氮与有机酸含量存在相关性，本研究结果与上述前人研究结果相似。但仅以指标之间的相关性来评价全株玉米青贮饲料的青贮品质并不客观，13个指标所反映的信息重叠会造成评价结果的不明确。白婷等^[29]在研究不同青稞品种秸秆饲用品质时及王彦花等^[30]对9个立地茶油的14个营养指标评价时发现相关性分析结果不能直接作为综合评价影响因素的方法，这就需要对指标进行分类、综合，进而提高不同品种全株玉米青贮饲料青贮品质综合评价结果的准确性。

3.2 主成分分析

农业方面常用主成分分析方法进行优良品质选择和综合性状评价^{[31-32, 9]}。本研究利用主成分分析方法将33个不同品种的全株玉米青贮饲料的13个指标综合为4个独立因子，这4个因子反映了原始变量信息的83.406%。第1主成分主要与干物质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、淀粉、粗灰分含量有关，其中与酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维和粗灰分含量呈正相关，与干物质和淀粉含量呈负相关，第2主成分与粗脂肪、乙酸、丙酸含量及氨态氮/总氮有关，第3主成分与30 h中性洗涤纤维消化率有关，第4主成分与pH有关。根据主成分与指标的相关性，第1主成分和第4主成分得分越低越好，第2主成分和第3主成分得分越高越好。综合原观测值各项指标及主成分占比得出主成分综合得分越低其品质越佳。因此，排名前5的玉米品种分别是豫青贮23、正大12、先玉335、屯玉168、方玉36。

3.3 聚类分析

聚类分析可较好地反映种质间的差异，将属性相似的归为同类，参与聚类的指标越多越能反映品种的综合性状^[33]。本试验运用聚类分析方法，将33个品种的全株玉米青贮饲料分为3类，不同类别全株玉米青贮饲料在营养成分含量和发酵品质上存在差异。本试验的3类玉米品种均于乳熟末期至腊熟前期收获，这与姜富贵等^[34]研究的全株玉米青贮最佳收获期为腊熟前期一致，是在收获期相同的前提下来分析品种对全株玉米青贮饲料青贮品质的影响。研究表明，同一收获期不同品种青贮玉米的营养成分含量差异显著，同一品种不同收获期的青贮玉米营养成分含量差异较小^[35]。干物质含量是青贮制作中的重要指标，杨库等^[25]认为较高含量的干物质可以显著改善青贮饲料的品质。第1类玉米品种的全株玉米青贮饲料的干物质含量平均为36.58%，与Khan等^[19]所推荐范围(30%~35%)一致。此外，淀粉含量平均高达40.73%，Ferraretto等^[36]研究证实，高淀粉含量有利于提高青贮的能值，进而提高产奶量。有机酸总量及其构成可以反映青贮饲料发酵过程的好坏，其中乳酸在青贮饲料发酵中占主导地位。第2类玉米品种的全株玉米青贮饲料的乳酸含量较高，Borreani等^[37]研究发现乳酸可有效抑制腐败微生物利用蛋白质，进而大大提高青贮饲料的品质。第3类玉米品种的全株玉米青贮饲料的酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维和粗灰分含量较高，较高的纤维含量会影响奶牛对饲料的消化率，降低其采食量^[17]。Andrae等^[38]和Bergen等^[39]研究均发现青贮饲料的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量受玉米品种的影响，显示出不同程度的差异。根据聚类分析结果可知，这3类玉米品种的全株玉米青贮饲料青贮品质存在差异性的原因主要与干物质、淀粉、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量有关，其他指标的影响不大。这可能与品种自身的抗逆性及青贮制作过程有关，规范的制作和管理青贮饲料是制作优质青贮饲料的关键。例如，玉米籽粒破碎彻底与否会影响奶牛对淀粉的消化率，进而影响产奶量^[40]；压实密度也极为关键，它与青贮饲料有氧发酵相关，会造成营养物质的损失^[41]。本次分类结果显示第1类、第2类干物质和淀粉含量均较高，第3类偏低，根据聚类分析原理，分类结果主要和样品中的分析因子有关，本研究设计为同等成熟期收割后制作的青贮饲料样品，可以推断这种差异可能和品种有关，但青贮玉米中干物质、淀粉含量和收获期关系很大，所以不同玉米品种如何确定成熟期收割有待进一步研究。本试验将33个不同品种的全株玉米青贮饲料利用聚类分析分为3类，可直观看出第1类青贮品质较好，第2类青贮品质良好，第3类青贮品质一般。聚类分析结果与主成分分析综合得分结果基本一致，为玉米品种的选择提供了依据。

4 结论

① 不同品种全株玉米青贮饲料在营养成分含量和发酵品质方面存在差异，其中干物质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、淀粉、粗灰分、乳酸含量的差异极显著。

② 主成分分析综合得分显示综合品质排名前5的品种分别为豫青贮23、正大12、先玉335、屯玉168、方玉36。

③ 聚类分析将33个玉米品种的全株玉米青贮饲料被分为3类，第1类是在东北地区种植制作青贮饲料效果较好的品种，有4个，分别为屯玉168、西农3号、豫青贮23、正大12号；第2类是在东北地区种植制作青贮饲料效果良好的品种，有16个，分别为方玉36、绿单2号、德美亚1号、极峰30、纪元128、金岭17、金田9号、锦玉28、农大108、铁单10号、沃玉3号、先玉335、郑单958、种星618、中科玉505、中单5384；第3类是在东北地区种植制作青贮饲料效果较一般的品种，有13个，分别为金鼎10号、金刚50、龙单32、信玉168、北青1号、甘玉23号、东单60、桂青1号、承单1171、罕玉5号、金岭37、京科516、铁研53。

④ 综合分析得出，在东北地区种植豫青贮23、正大12、先玉335、屯玉168和方玉36制作全株玉米青贮饲料效果较好。