范文強(qiáng)，侯美玲，格根圖，成啟明，盧 強(qiáng)，降小偉，賈玉山

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)部飼草栽培、加工及高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010019)

內(nèi)蒙古自治區(qū)有天然草原8800萬(wàn)公頃，占全國(guó)草原面積的22%，居全國(guó)五大草原之第二位，其中可利用草地面積占草地面積的84%〔1〕。廣袤的草原歷來(lái)是支撐畜牧業(yè)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)物質(zhì)基礎(chǔ)，但由于長(zhǎng)期以來(lái)，天然草地資源利用不合理，導(dǎo)致天然草地利用率低，嚴(yán)重制約草地畜牧業(yè)發(fā)展。天然牧草青貯能夠有效保存牧草中的營(yíng)養(yǎng)、阻止有害微生物產(chǎn)生，而且能夠延長(zhǎng)牧草保存時(shí)間，可解決長(zhǎng)期、高效、安全貯藏優(yōu)質(zhì)牧草的問(wèn)題〔2，3〕。隨著國(guó)家“草牧業(yè)”、“糧改飼”和第二輪“草原生態(tài)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制”政策的實(shí)施，天然草地牧草青貯作為支撐集約化養(yǎng)殖和飼草長(zhǎng)期戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備的重點(diǎn)技術(shù)日益重要起來(lái)。與全株玉米、苜蓿、飼料稻等青貯研究相比，天然牧草青貯技術(shù)屬于新的領(lǐng)域，不僅國(guó)外基本無(wú)人問(wèn)津，且國(guó)內(nèi)的研究歷史也不超過(guò)30年。在調(diào)制青貯飼料過(guò)程中，受到青貯原料收獲期、水分含量、切段長(zhǎng)度、青貯密度以及可溶性糖含量等一系列因素的影響，往往會(huì)導(dǎo)致青貯品質(zhì)差，甚至青貯失敗〔4，5〕。張吉旺等(2000)研究表明，生長(zhǎng)后期收獲的植物其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)停滯、水分含量過(guò)低，蛋白質(zhì)隨生育期延遲而逐漸降低，進(jìn)而導(dǎo)致青貯品質(zhì)低〔6〕。吳進(jìn)發(fā)等(1984)發(fā)現(xiàn)小葉章在抽穗期單獨(dú)青貯，在籽實(shí)期避開(kāi)羽茅的影響，此時(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較高〔7〕。王紅梅等(2013)在研究草甸草原16個(gè)不同植物群落天然牧草青貯時(shí)發(fā)現(xiàn)，大部分天然牧草DM和WSC含量較高，BC較低，青貯成功率較高，天然牧草青貯后pH值、AN/TN、WSC間差異顯著(P<0.05)，pH值均能降到6.00以下〔8〕。目前，天然牧草青貯現(xiàn)在主要集中在單種草方面，混合天然牧草青貯相對(duì)于單一天然牧草青貯加深了難度，故其研究報(bào)道較少。隨著國(guó)家政策等的不斷出臺(tái)及天然草原研究前景廣闊，混合牧草青貯正逐漸獲得研究人員的重視。本文以草甸草原天然牧草為試驗(yàn)原料，通過(guò)對(duì)草甸草原天然牧草最適青貯條件的研究，探索最有利于天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)的青貯條件，為完善飼草青貯理論體系、提高天然草地資源利用率提供了一定的理論基礎(chǔ)和可借鑒依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)以草甸草原(Meadowsteppe)天然打草場(chǎng)中野生天然牧草為試驗(yàn)材料，原料均來(lái)源于鄂溫克旗伊敏蘇木國(guó)家級(jí)草原固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)(48.27°N,119.44°E)，海拔620～677m，屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均降雨量320～350mm，無(wú)霜期約100～120d。樣地為草甸草原，優(yōu)勢(shì)地帶性群落為羊草草原群落，草甸草原天然牧草于2015年7月25日刈割，刈割時(shí)牧草處于盛花期。樣地植物組成及化學(xué)成分情況如表1。

表1 草甸草原樣地植物組成及化學(xué)成分情況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

本試驗(yàn)根據(jù)影響天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)的刈割時(shí)間、水分含量、切短長(zhǎng)度及青貯密度，設(shè)計(jì)四因素三水平L9(34)正交試驗(yàn)，將天然牧草青貯30天后，測(cè)定其pH值、有機(jī)酸和氨態(tài)氮含量，采用費(fèi)氏(Flieg)評(píng)分法〔9〕，利用乳酸、乙酸、丁酸為基礎(chǔ)進(jìn)行評(píng)分，以每20分為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，從0到100分共分失敗、差、合格、好和很好5個(gè)等級(jí)，對(duì)草甸草原天然牧草的發(fā)酵品質(zhì)情況進(jìn)行測(cè)定研究，在實(shí)測(cè)各個(gè)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，篩選出最適青貯條件。

表2 四因素三水平L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 樣品處理

稱(chēng)取10 g樣品放入15cm×10cm的真空包袋中，加入90mL蒸餾水冰箱4℃放置24h，使用無(wú)菌勻質(zhì)儀拍打3min(10次/min)，通過(guò)定性濾紙過(guò)濾(孔徑30μm)，所制備的青貯飼料浸提液備用。

1.3.2 發(fā)酵品質(zhì)

采用OHAUS-TARTER 100/B型酸度計(jì)測(cè)定pH值。利用高效液相色譜儀(島津GC-8A，日本)分析濾液中乳酸(LA)、乙酸(AA)、丙酸(PA)、丁酸(BA)含量，(色譜柱：KC811 column,Shimadzu，日本；檢測(cè)器：SPDM10AVP；流動(dòng)相：3mmol·L-1高氯酸，流速1mL·min-1，柱溫50℃；檢測(cè)波長(zhǎng)210nm，進(jìn)樣量5μL)〔108〕。采用苯酚-次氯酸比色法測(cè)定氨態(tài)氮(NH3-N)含量〔10〕。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS9.0統(tǒng)計(jì)軟件分析，用單因子方差分析(one-way ANOVA,LSD)中Duncan氏法進(jìn)行多重比較，P<0.05為差異顯著，P>0.05為差異不顯著，結(jié)果用平均值(±標(biāo)準(zhǔn)差)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 青貯條件對(duì)天然牧草pH值的影響

青貯后的pH值可直觀(guān)反應(yīng)青貯品質(zhì)的好壞。將青貯后草甸草原天然牧草中的pH作為一個(gè)因子，連同含水量、刈割時(shí)間、切短長(zhǎng)度和密度，在這四個(gè)因子的協(xié)同作用中(每個(gè)因子三個(gè)水平)，它們對(duì)天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響各不相同。K1、K2、K3分別代表在特定水平下的pH均值，各因子對(duì)天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)經(jīng)極差分析衡量，極差越大，表示該因子對(duì)天然牧草青貯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)作用越大，反之亦然，結(jié)果如表3所示。

表3 正交試驗(yàn)pH值結(jié)果分析表

由正交分析R值可知，極差大小為D>B>C>A，說(shuō)明四個(gè)因子中，密度對(duì)天然牧草青貯pH影響最大，刈割時(shí)期次之，切短長(zhǎng)度又次之，含水量對(duì)其影響最小。不同處理間天然牧草青貯pH值存在差異，由K值大小可以推斷出天然牧草青貯最適pH青貯條件為A1B2C3D3。處理8中天然牧草青貯的pH最低。

由表4和圖1可知，D因素對(duì)天然牧草青貯的pH有顯著影響(P<0.05)，B因素的第三個(gè)水平顯著高于第一和第二個(gè)水平(P<0.05)，A、C因素的三個(gè)水平對(duì)天然牧草青貯的pH含量影響不顯著(P>0.05)。綜上所述，處理4對(duì)天然牧草青貯pH的影響顯著低于其它處理。

表4 四因素對(duì)青貯后pH值的影響

注：表中數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，相同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P>0.05)。

Note: Data in the table are means ±SD. Different small letters mean significant difference (P<0.05), the same letters mean significant difference (P>0.05).

圖1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)pH值直觀(guān)分析圖

2.2 青貯條件對(duì)天然牧草發(fā)酵品質(zhì)的影響

由表5可知，乳酸的含量以中水分(50～60%)、高水分(60～70%)含量較高，低水平(40～50%)含量的青貯最低。9個(gè)處理中，天然牧草青貯均以乳酸發(fā)酵為主，青貯后均含有少量丁酸。在有機(jī)酸的評(píng)分中，同乳酸含量一樣，得分最高的也是以中水分(50～60%)和高水分(60～70%)含量青貯的天然牧草。在天然牧草青貯的AN/TN中，AN/TN含量越高，AN/TN得分越低，在9個(gè)處理中，處理4中水分(50～60%)、處理7、8高水分(60～70%)AN/TN含量較低，得分最高。由有機(jī)酸和AN/TN綜合評(píng)分來(lái)看，處理8在有機(jī)酸得分和AN/TN得分情況較好，總分最高。

表5 正交試驗(yàn)青貯發(fā)酵品質(zhì)得分表

將青貯后草甸草原天然牧草發(fā)酵品質(zhì)綜合評(píng)分作為一個(gè)因子，連同含水量、刈割時(shí)間、切短長(zhǎng)度和密度，在這四個(gè)因子的協(xié)同作用中(每個(gè)因子三個(gè)水平)，它們對(duì)天然牧草青貯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響各不相同。K1、K2、K3分別代表在特定水平下的WSC含量的均值，各因子對(duì)天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)綜合評(píng)分經(jīng)極差分析衡量，極差越大，表示該因子對(duì)天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)作用越大，反之亦然，結(jié)果如表6所示。

表6 正交試驗(yàn)青貯發(fā)酵品質(zhì)結(jié)果分析表

由正交分析R值可知，極差大小為B>A>C>D，說(shuō)明四個(gè)因子中以刈割時(shí)間對(duì)天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)影響最大，含水量對(duì)天然牧草青貯WSC品質(zhì)影響次之，切短長(zhǎng)度對(duì)天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)影響又次之，密度在上述四個(gè)因素中對(duì)天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)影響影響最小。不同處理間天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)存在差異，由K值大小可以推斷出天然牧草青貯最適青貯條件為A3B2C3D1。處理5、8中天然牧草青貯的綜合評(píng)分含量最高。

由表7和圖2可知，B因素對(duì)天然牧草青貯的發(fā)酵品質(zhì)綜合評(píng)分含量有顯著影響(P<0.05)，A因素的第三水平顯著高于第一水平(P<0.05)，C因素的第三水平顯著高于第二水平(P<0.05)，D因素對(duì)天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)綜合評(píng)分影響不顯著(P>0.05)。綜上所述，處理5、7、8對(duì)天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)的綜合評(píng)分的影響顯著高于其它處理。

表7 四因素對(duì)青貯后發(fā)酵品質(zhì)的影響

注：表中數(shù)據(jù)為均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，相同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P>0.05)。

Note: Data in the table are means ±SD. Different small letters mean significant difference (P<0.05), the same letters mean significant difference (P>0.05).

圖2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)青貯發(fā)酵品質(zhì)得分直觀(guān)分析圖

3 討論

刈割時(shí)期對(duì)牧草青貯品質(zhì)有較大影響。Fraser(2005)研究羽扇豆青貯時(shí)發(fā)現(xiàn)，在生長(zhǎng)前期刈割會(huì)導(dǎo)致乳酸含量下降，pH和氨態(tài)氮含量上升〔11〕。張吉旺等(2000)通過(guò)研究收獲期對(duì)玉米飼用營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響發(fā)現(xiàn)，于生長(zhǎng)前期和生長(zhǎng)后期收獲均不利于青貯，青貯產(chǎn)品品質(zhì)低〔6〕。本試驗(yàn)中7月下旬刈割的天然牧草青貯pH適宜，有機(jī)酸含量綜合評(píng)分較高，為最佳刈割時(shí)期，7月上旬天然牧草處在生長(zhǎng)期內(nèi)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量較少，8月上旬刈割常常會(huì)因?yàn)榻涤瓴患皶r(shí)，導(dǎo)致部部分牧草會(huì)提前進(jìn)入枯黃期，影響青貯品質(zhì)。

水分含量是青貯成功的一個(gè)重要影響因素，在青貯中會(huì)要求一定的含水來(lái)保證乳酸菌的活動(dòng)，為保證青貯滲出液不影響營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，牧草青貯前含水量應(yīng)控制在59.3%～71.5%FM〔12〕，本試驗(yàn)中青貯含水量在50～60%FM和60～70%FM時(shí)，乳酸含量最高，氨態(tài)氮/總氮較低，綜合評(píng)分最高，與其研究結(jié)果一致。陳鵬飛等(2013)研究不同含水量對(duì)光葉毛苕青貯品質(zhì)時(shí)得到，低水分青貯時(shí)發(fā)生乳酸發(fā)酵，得到較低氨態(tài)氮和pH〔13〕，與本試驗(yàn)在低水分青貯時(shí)得到較高的氨態(tài)氮結(jié)果一致。劉秦華(2009)在王草青貯中也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)晾曬后的王草青貯會(huì)減少細(xì)胞液的滲出，減弱了微生物對(duì)可溶性碳水化合物的利用，從而降低了乳酸濃度，天然牧草青貯含水量在40～50%FM時(shí)乳酸含量少于其他含水量〔14〕。

調(diào)制青貯飼料時(shí)，尤其在大型青貯窖裝填時(shí)原料的切短長(zhǎng)度越短，越容易壓實(shí)形成厭環(huán)境促進(jìn)可溶性碳水化合物的利用及乳酸菌的發(fā)酵。余汝華(2004)在研究玉米秸稈青貯時(shí)發(fā)現(xiàn)，玉米秸外部結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，青貯過(guò)程如果不進(jìn)行切短處理，會(huì)有大量空氣殘余，青貯后好氧細(xì)菌活動(dòng)旺盛，嚴(yán)重影響青貯飼料品質(zhì)，但青貯飼料作為粗飼料其切短長(zhǎng)度不宜低于<1cm，否則會(huì)影響反芻動(dòng)物消化〔15〕。侯建建等(2016)研究切短長(zhǎng)度對(duì)羊草、無(wú)芒雀麥、黃花草木樨和沙打旺青貯品質(zhì)影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，切短至3cm以下進(jìn)行青貯，可以提高青貯后乙酸含量，抑制酵母菌、好氧細(xì)菌生長(zhǎng)，防止二次發(fā)酵〔16〕，本試驗(yàn)天然牧草切短長(zhǎng)度為1～3cm時(shí)，處理1、6、8中乙酸含量升高，與其研究結(jié)果類(lèi)似。

Johnson等(2005)在研究真空青貯時(shí)發(fā)現(xiàn)，青貯時(shí)密度較低會(huì)導(dǎo)致容器內(nèi)殘存空氣，為好氧細(xì)菌和兼性厭氧細(xì)菌提供有利生活環(huán)境，影響青貯過(guò)程中pH的下降和厭氧環(huán)境的形成。張慶(2016)研究不同密度羊草青貯時(shí)得到，密度為600kg·m-3比密度500kg·m-3得到更多的乳酸，更少的丁酸、氨態(tài)氮〔17〕。有研究表明，菊芋青貯隨著青貯密度的增加，pH值和氨態(tài)氮含量也隨之下降，當(dāng)青貯密度>650kg·m-3時(shí)，未檢測(cè)到丁酸，當(dāng)青貯密度>700kg·m-3時(shí)，未檢測(cè)到丙酸，當(dāng)青貯密度>750kg·m-3時(shí)，pH值顯著下降，說(shuō)明當(dāng)青貯密度>650kg·m-3，可得到發(fā)酵品質(zhì)較好的菊芋青貯飼料〔18〕。杜珠梅等(2017)采用拉伸膜裹包青貯技術(shù)對(duì)天然牧草青貯，在青貯密度為300～350kg·m-3時(shí)，天然牧草青貯后，pH值低于其他青貯密度，未檢測(cè)到乙酸和丁酸〔19〕。本試驗(yàn)在以上試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用試驗(yàn)室小型青貯系統(tǒng)進(jìn)一步提高了青貯密度，青貯密度450～500kg·m-3時(shí)pH顯著低于其他組，青貯密度>400kg·m-3時(shí)處理7、處理8的氨態(tài)氮/總氮得分均為較高。

4 結(jié)論

通過(guò)四因素三水平L9(34)正交試驗(yàn)，對(duì)天然牧草刈割時(shí)間、水分含量、切短長(zhǎng)度及青貯密度對(duì)其發(fā)酵品質(zhì)情況進(jìn)行測(cè)定研究，試驗(yàn)表明不同處理間天然牧草青貯發(fā)酵品質(zhì)存在差異，對(duì)天然牧草青貯品質(zhì)造成影響的因素由大到小依次為：刈割時(shí)間>含水量>切短長(zhǎng)度>青貯密度。最終確定草甸草原天然牧草青貯最適條件是含水量為60～70%，刈割時(shí)間為7月下旬，切短長(zhǎng)度為1～3cm，密度為450～500kg·m-3，該工藝水平下天然牧草青貯的發(fā)酵品質(zhì)最佳。

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