張 勃， 柯文燦， 李福厚， 郭旭生*

(1. 甘肅定西市畜牧獸醫(yī)科技研究院， 甘肅 定西 743000； 2. 蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 甘肅 蘭州 730000)

干草作為反芻家畜重要的粗飼料組成部分，對提高家畜的生產(chǎn)性能具有重要的營養(yǎng)和經(jīng)濟(jì)學(xué)意義[1]。苜蓿(MedicagosativaL.)由于其營養(yǎng)豐富，適口性好，素來享有“牧草之王”的美譽(yù)[2]，現(xiàn)已成為支撐我國奶業(yè)飛速發(fā)展的首選牧草。當(dāng)前我國生產(chǎn)的苜蓿干草仍然以中低端質(zhì)量的產(chǎn)品為主，二級苜蓿干草的比例約占一半左右，優(yōu)質(zhì)苜蓿干草主要依靠國外進(jìn)口。苜蓿鮮草調(diào)制為干草后具有易保存、運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，可以有效緩解一年四季中飼草料供應(yīng)不均衡的問題[3]。然而，在干草調(diào)制過程中，往往會因?yàn)楦稍飼r間不足導(dǎo)致水分過高，霉菌大量繁殖，產(chǎn)生過多的熱量，造成營養(yǎng)物質(zhì)的大量損失，從而導(dǎo)致干草品質(zhì)下降[4]。這種自然干燥的生產(chǎn)方式耗時長，葉片脫落嚴(yán)重，并且在收獲調(diào)制期間易受雨淋等天氣狀況的影響，營養(yǎng)物質(zhì)損失一般很大[5-6]。如我國北方的一些苜蓿主產(chǎn)區(qū)(京津地區(qū))在苜蓿收獲季節(jié)降雨頻繁，空氣濕度大，調(diào)制干草時間過長，生產(chǎn)的干草品質(zhì)很難達(dá)到優(yōu)級或者特級干草的標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，高水分打捆可以有效縮短晾曬時間，減少葉片脫落，是減少干草調(diào)制過程中營養(yǎng)損失的有效措施[7]。然而，高水分打捆時溫暖、潮濕的環(huán)境也會導(dǎo)致霉菌等有害微生物的大量繁殖，造成干草的霉變，進(jìn)而危害家畜的身體健康[8-9]。因此，如何通過使用干草防腐劑有效控制高水分干草調(diào)制和貯藏過程中霉變的發(fā)生是當(dāng)前我國生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)苜蓿干草亟待解決的重要問題。

干草的防腐劑種類很多，主要包括有機(jī)酸、尿素和生物制劑等[10-11]。干草防腐劑不僅能夠防止干草打捆及貯藏過程的霉變[12]，還能夠在牧草高水分時進(jìn)行打捆，防止葉片脫落，從而有效提高干草的感官色澤和營養(yǎng)價值，確保高品質(zhì)干草產(chǎn)品的生產(chǎn)。目前，主要生產(chǎn)和銷售干草防腐劑公司主要有德國巴斯夫公司，美國建明公司等。上述公司的干草防腐劑均已在國內(nèi)注冊并銷售，然而這些防腐劑普遍價格昂貴，致使干草生產(chǎn)成本大幅提高。因此，自行研發(fā)干草防腐劑對于確保牧草產(chǎn)業(yè)的長足發(fā)展、提高飼草產(chǎn)品質(zhì)量、保障畜產(chǎn)品質(zhì)量安全及降低草產(chǎn)品生產(chǎn)成本和發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)的草產(chǎn)品添加劑等諸多方面均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。此外，生產(chǎn)實(shí)踐中干草防腐劑在不同規(guī)格和不同含水量苜蓿干草捆中的應(yīng)用效果尚未見報道。

本研究通過探討進(jìn)口商品化防腐劑與自行研發(fā)的干草防腐劑對不同規(guī)格及含水量苜蓿干草的防霉效果及營養(yǎng)成分的影響，旨在為我國優(yōu)質(zhì)苜蓿干草的加工調(diào)制及防腐劑的應(yīng)用提供技術(shù)支撐和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

1.1.1不同濃度防腐劑對小方捆苜蓿干草防霉效果的影響 試驗(yàn)地點(diǎn)位于甘肅省定西市安定區(qū)北部巉口鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)為104°32′ E，35°43′ N，屬中溫帶半干旱氣候，年平均氣溫6.3℃，生長期年平均193 d，無霜期年平均141 d，年平均日照時數(shù)2 500 h，年總輻射141.4 kcal·cm-2，年平均降水量430 mm。

試驗(yàn)材料為中牧二號紫花苜蓿，在甘肅定西市安定區(qū)現(xiàn)代草業(yè)有限公司進(jìn)行了不同濃度的商品化干草防腐劑對不同水分苜蓿小方捆干草抑菌效果及營養(yǎng)價值影響的研究。試驗(yàn)設(shè)置25%和30%兩個不同的水分處理，并分別添加不同濃度(4 L·t-1和6 L·t-1)的巴斯夫露寶康干草防腐劑(BLP，巴斯夫中國有限公司)，并設(shè)置對照組(CON)。每個處理組3個重復(fù)，共18個小方捆。打捆規(guī)格0.36 m × 0.46 m × 0.70 m，單捆重量約為40 kg。

1.1.2不同防腐劑對大方捆苜蓿干草防霉效果的影響 試驗(yàn)地點(diǎn)為內(nèi)蒙古自治區(qū)阿魯科爾沁旗，東經(jīng)119°02′15″～121°01′，北緯43°21′～45°24′，屬典型的大陸性氣候，年平均氣溫5.5℃，無霜期95～140 d，年平均降雨量300～400 mm。試驗(yàn)材料為中牧二號紫花苜蓿，試驗(yàn)設(shè)低水分(16%～19%)和高水分(22%～25%)兩個不同的含水量，兩種不同的防腐劑(巴斯夫露寶康干草防腐劑BLP和自行研發(fā)的干草防腐劑LZP)處理，每個處理3個重復(fù)，具體添加量見表1。打捆規(guī)格1.2 m×0.9 m×1.8 m，單捆重量約為500 kg。

表1 試驗(yàn)設(shè)計Table 1 Experiment design

1.2 測定指標(biāo)

1.2.1苜蓿草捆溫度測定 使用USB溫度記錄儀(Tp-6210，北京安伏電子技術(shù)有限公司)實(shí)時監(jiān)測苜蓿草捆溫度變化，測定間隔時間為0.5 h。

1.2.2苜蓿草捆霉變情況測定 取5 g苜蓿干草溶于100 mL 0.85%生理鹽水中，放入恒溫?fù)u床混勻5 min后梯度稀釋成不同濃度的菌液。吸取100 μL適宜稀釋梯度的菌液于馬鈴薯瓊脂固體培養(yǎng)基(PDA瓊脂，含0.1%氯霉素)平板涂布均勻后，30℃需氧培養(yǎng)48～72 h后測定苜蓿干草中霉菌的數(shù)量。

1.2.3苜蓿干草品質(zhì)測定 取一定量的苜蓿樣品于烘箱中65℃烘干72 h，測定樣品干物質(zhì)(DM)的含量。樣品烘干后，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎并過1 mm篩。粉碎后的樣品通過凱氏定氮法測定樣品總氮，總氮×6.25則為樣品粗蛋白含量。利用Ankom 2000纖維儀(Ankom Technology,Fairport,NY)測定樣品中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)的含量[13-14]。其中，NDF測定過程中添加有耐高溫α-淀粉酶和無水亞硫酸鈉。相對飼喂價值(RFV)采用公式RFV=(88.9-0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29計算。樣品灰分參照國標(biāo)GB/T 6438-2007進(jìn)行測定，水溶性碳水化合物利用蒽酮-硫酸比色法測定[15]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

小方捆試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SPSS 21.0一般線性模型分析，參照2×3數(shù)據(jù)模型：

Yij=μ+Di+Tj+(D×T)ij+eijk，

式中：Yij為苜蓿干草品質(zhì)；μ為總均值；Di為不同含水量的影響(i=1,2)；Tj為不同添加濃度的防腐劑的影響(j=1,2,3)；(D×T)ij為含水量和防腐劑的交互作用；eijk為殘差。當(dāng)P<0.05時，處理間差異被認(rèn)為顯著。

大方捆試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用SPSS 21.0單因素方差分析，分別探討不同含水量打捆時添加不同防腐劑對苜蓿干草品質(zhì)的影響，且當(dāng)P<0.05時，處理間差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度防腐劑對苜蓿小方捆防霉效果的影響

2.1.1防腐劑對不同水分苜蓿草捆調(diào)制過程中溫度變化的影響 圖1和圖2分別為30%水分和25%水分打捆時各處理組苜蓿干草捆內(nèi)溫度變化的情況。草捆溫度隨著時間推移逐漸上升，并在9 d左右達(dá)到最高，隨后呈下降趨勢并在13 d后趨于穩(wěn)定。當(dāng)含水量為30%時，對照組干草捆最高溫度為26.67℃，而添加4 L·t-1和6 L·t-1防腐劑BLP后處理組最高溫度分別為24.08℃和23.10℃，較對照組分別降低了2.59℃和3.57℃。與對照組相比，30%水分打捆的防腐劑處理組升溫速度較慢，穩(wěn)定時溫度也有所下降，且添加6 L·t-1防腐劑處理組較4 L·t-1處理組效果更為明顯。當(dāng)含水量為25%時，對照組最高溫度為26.06℃，而添加4 L·t-1和6 L·t-1防腐劑后處理組最高溫度為23.41℃和23.44℃，分別下降了2.65℃和2.62℃，添加4 L·t-1和6 L·t-1防腐劑兩種處理組之間無顯著差異。

圖1 30%水分打捆時各處理組溫度變化Fig.1 Temperatures change of the 30% water content of alfalfa hay bales under different treatments

圖2 25%水分打捆時各處理組溫度變化Fig.2 Temperatures change of the 25% water content of alfalfa hay bales under different treatments

2.1.2防腐劑對不同水分苜蓿干草捆調(diào)制過程中霉變情況的影響 防腐劑對不同水分苜蓿干草捆調(diào)制過程中霉變情況的影響如圖3所示。當(dāng)含水量為30%時，隨著調(diào)制時間推移，對照組草捆中霉菌的數(shù)量呈上下波動趨勢，且在第10 d時草捆內(nèi)霉菌的數(shù)量達(dá)到最大值。當(dāng)含水量為25%時，對照組苜蓿草捆中霉菌的數(shù)量隨著時間逐漸增加，在第30 d時達(dá)到最大值。與對照組相比，添加防腐劑在干草調(diào)制初期效果不明顯。20 d后，30%水分打捆苜蓿添加6 L·t-1防腐劑BLP后處理組中霉菌數(shù)量顯著性降低，而添加4 L·t-1防腐劑BLP只在30 d后對處理組的霉菌有顯著的抑制效果；20 d后，25%水分打捆苜蓿中添加4 L·t-1和6 L·t-1防腐劑BLP后處理組霉菌數(shù)量都顯著性降低。與添加4 L·t-1防腐劑BLP處理組相比，添加6 L·t-1防腐劑BLP后在30%水分打捆時防霉效果更好，而在25%水分打捆時兩種添加水平處理間沒有顯著差異。

圖3 防腐劑BLP對苜蓿草捆霉菌的影響Fig.3 Effect of preservative BLP on the mildew in alfalfa bale注：cfu，菌落形成單位；FW，鮮重；不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同Note:cfu,colony-forming unit;FW,fresh weight;Different lowercase letters mean significant difference between treatments (P<0.05),the same as below

2.1.3防腐劑對不同水分苜蓿草捆化學(xué)組分的影響 調(diào)制干草30 d后，各個處理間干物質(zhì)含量沒有顯著性差異(表2)。不同水分打捆時，添加不同濃度防腐劑BLP對苜蓿草捆NDF、ADF和RFV的影響存在交互作用。當(dāng)含水量為30%時，添加4 L·t-1和6 L·t-1的防腐劑BLP后，干草捆NDF和ADF的含量較對照組顯著降低(P<0.05)，RFV顯著增加(P<0.05)。與4 L·t-1防腐劑BLP處理組相比，6 L·t-1防腐劑BLP處理組NDF含量顯著降低，RFV顯著增加。然而，當(dāng)含水量為25%時，添加防腐劑對干苜蓿草捆的NDF和ADF含量及RFV并沒有顯著性影響。與30%水分苜蓿干草捆相比，相同處理的苜蓿干草在25%水分打捆時NDF和ADF含量顯著降低，RFV顯著增加。當(dāng)含水量為30%時，添加6 L·t-1的防腐劑顯著增加了干草捆中CP的含量，而25%水分打捆時各處理組之間CP含量差異并不顯著。25%水分各處理組灰分含量顯著高于30%水分處理組，且同一水分處理組間差異并不顯著。此外，不同水分干草捆添加防腐劑對WSC含量沒有顯著影響。

表2 苜蓿草捆營養(yǎng)成分分析Table 2 Analysis of nutrient components in alfalfa bales

2.2 不同防腐劑對苜蓿干草大方捆防霉效果的影響

2.2.1添加防腐劑后苜蓿干草大方捆的溫度變化 防腐劑對不同水分大方捆干草溫度的影響如圖4和圖5所示。苜蓿大方捆干草噴灑進(jìn)口商品化干草防腐劑BLP或者自行研制的干草防腐劑LZP后溫度的變化情況基本一致，在第1 d溫度急劇升高，隨后逐漸降低，最后趨于穩(wěn)定。與16%～19%水分打捆時的最高溫度31.94℃相比，22%～25%水分打捆時苜蓿干草的溫度顯著提高，達(dá)到了43.38℃。與防腐劑BLP處理組相比，防腐劑LZP處理組溫度并沒有顯著差異。

圖4 16%～19%水分大方捆溫度變化Fig.4 Temperatures change of the 16%～19% water content of large alfalfa hay bales

圖5 22%～25%水分大方捆溫度變化Fig.5 Temperatures change of the 22%～25% water content of big alfalfa hay bales

2.2.2添加防腐劑對苜蓿干草大方捆霉變的影響 苜蓿干草大方捆中的霉菌數(shù)量如圖5所示。16%～19%水分打捆時添加防腐劑LZP和BLP均能顯著草捆中霉菌的數(shù)量(<3.0 lg cfu·g-1FW)，但兩者之間無明顯差異。在22%～25%水分打捆時，與防腐劑LZP處理組相比，防腐劑BLP處理組霉菌雖然顯著降低(P<0.05)，但數(shù)值上差別不大(5.00 vs. 5.16)。

圖6 添加防腐劑對苜蓿方捆霉變的影響Fig.6 Effect of preservative on the mildew in alfalfa bale

2.2.3添加防腐劑對苜蓿大方捆營養(yǎng)成分的影響 添加防腐劑對苜蓿大方捆營養(yǎng)成分的影響如表3和表4所示。在16%～19%水分打捆時兩種防腐劑處理組之間CP含量沒有顯著差異，而22%～25%水分打捆時防腐劑BLP處理組CP較防腐劑LZP處理組CP含量顯著增加(20.66 vs. 20.35)，但在實(shí)際生產(chǎn)上沒有意義。此外，添加防腐劑后處理間NDF和ADF含量沒有顯著差異。

表3 16%～19%水分處理苜蓿大方捆中營養(yǎng)成分Table 3 Nutrient composition in large alfalfa hay bales with 16%～19% water content

表4 22%～25%水分處理苜蓿大方捆中營養(yǎng)成分Table 4 Nutrient composition in large alfalfa hay bales with 22%～25% water content

3 討論

干草調(diào)制是緩解畜牧業(yè)牧草供應(yīng)不均衡的重要環(huán)節(jié)之一。苜蓿中富含豐富的蛋白質(zhì)，是家畜的首選牧草。然而，在苜蓿干草調(diào)制過程中，低水分打捆時會造成大量的葉片脫落，從而降低苜蓿干草的營養(yǎng)品質(zhì)。研究表明，苜蓿晾曬至適宜打捆含水量時，需要4～5 d的田間干燥時間[16]，在此期間若淋雨可造成高達(dá)62%的葉片損失和37%的干物質(zhì)損失[17]。由此可見，高水分打捆是目前能夠解決上述問題并調(diào)制優(yōu)質(zhì)苜蓿干草的有效手段。

苜蓿干草調(diào)制的前期，由于植物細(xì)胞本身的呼吸作用及附著微生物的代謝活動，干草捆內(nèi)的溫度會出現(xiàn)上升的現(xiàn)象[18]。隨著時間的推移，植物細(xì)胞逐漸死亡，草捆的溫度會逐漸下降，最后草捆內(nèi)溫度的變化主要受到附著微生物代謝活性的影響。在小方捆研究中，所有處理組草捆內(nèi)的溫度都呈現(xiàn)先上升，后下降，最后趨于穩(wěn)定的趨勢。30%水分的苜蓿草捆溫度達(dá)到的最高溫度較25%水分的苜蓿草捆顯著增加，這與單華佳等人[19]的研究結(jié)果相一致，高水分調(diào)制干草時，草捆的最高溫度隨著含水量的增加而增高。高水分打捆時溫暖、潮濕的環(huán)境為霉菌的大量繁殖創(chuàng)造了良好的條件，使得草捆內(nèi)發(fā)熱嚴(yán)重，發(fā)霉現(xiàn)象時有發(fā)生。防腐劑的應(yīng)用主要是為了抑制干草調(diào)制過程中微生物的代謝活動，進(jìn)而減少營養(yǎng)損失，從而保證干草的品質(zhì)。在本研究中，防腐劑處理組中霉菌的數(shù)量相對于對照組有所降低，這與防腐劑處理組草捆升溫速度較對照組緩慢，最高溫度，穩(wěn)定時溫度較低結(jié)果相一致。30%水分時，添加4 L·t-1防腐劑BLP后霉菌數(shù)量雖然有所下降但差異性并不顯著，而添加6 L·t-1防腐劑BLP后霉菌數(shù)量較對照組顯著下降。而25%水分打捆時，添加4 L·t-1t和6 L·t-1防腐劑后草捆內(nèi)霉菌的數(shù)量均顯著下降。因此，30%水分打捆時，當(dāng)防腐劑BLP添加量為6 L·t-1時效果更好，而在25%水分打捆時，無論添加4 L·t-1還是6 L·t-1的防腐劑BLP均有良好效果。這一結(jié)果與苜蓿草捆溫度結(jié)果相一致。

牧草干草調(diào)制及儲存過程中的營養(yǎng)損失主要是由植物細(xì)胞呼吸及微生物的代謝活動所造成[10]，且高水分調(diào)制干草時，養(yǎng)分損失會增加，牧草干物質(zhì)、粗蛋白含量顯著降低[12,20]，從而使干草品質(zhì)下降[21]。周棟昌等人[4]研究表明，含水量25%的苜蓿干草中CP的含量較35%的苜蓿干草CP增加了3.18%，這與25%水分苜蓿干草處理組中較高的CP結(jié)果相一致。此外，當(dāng)30%水分打捆時，防腐劑處理組NDF和ADF含量顯著降低，RFV顯著增加，這可能與防腐劑減少了其他營養(yǎng)物質(zhì)(如粗蛋白)的損失有關(guān)。而在25%水分打捆時，各處理組間NDF，ADF和AFV差異并不顯著，但RFV顯著高于30%水分打捆干草。因此，苜蓿干草調(diào)制過程中萎蔫適宜的水分含量，有助于減少微生物代謝活動及植物細(xì)胞呼吸所造成的干物質(zhì)損失，有利于提高牧草的利用效率和生產(chǎn)性能[22-23]。

張延林等[12]研究表明，苜蓿干草制作成大方捆時，在不添加防腐劑的情況下，水分高于16%時會出現(xiàn)霉變現(xiàn)象，而添加防腐劑后可以提高調(diào)制水分3～5個百分點(diǎn)。本研究比較了進(jìn)口商品化防腐劑BLP和自行研制的防腐劑LZP對不同水分調(diào)制苜蓿大方捆的防霉效果。與防腐劑BLP相比，自行研發(fā)的防腐劑LZP的防霉效果類似。當(dāng)含水量為16%～19%時，防腐劑BLP和LZP處理組霉菌的數(shù)量均小于3.0 lg cfu·g-1FW，遠(yuǎn)低于小方捆試驗(yàn)中BLP處理組霉菌的數(shù)量，添加防兩種防腐劑顯著抑制了干草中霉菌的生長。當(dāng)含水量為22%～25%打捆時，防腐劑BLP和LZP處理組霉菌數(shù)量5.0 lg cfu·g-1FW左右，兩種防腐劑的抑制效果并不顯著，這表明22%～25%的含水量不適宜調(diào)制苜蓿大方捆的干草。劉香萍等[24]與史瑩華等[25]研究表明，苜蓿甘草高水分打捆時容易導(dǎo)致霉菌滋生，且苜蓿干草含水量越高，草捆發(fā)霉速度越快。16%～19%含水量苜蓿捆相比，含水量22%～25%苜蓿干草捆溫度顯著增加，這與草捆霉菌結(jié)果相一致。智建飛等人[26]研究表明，干草的含水量應(yīng)控制在20%以下，高含水量的干草調(diào)制過程中由于植物呼吸和微生物代謝活動，草捆溫度可上升至40～50℃，這與本研究結(jié)果一致。添加兩種不同的防腐劑后，苜蓿干草的DM，NDF，ADF沒有顯著性差異，雖然在22%～25%水分打捆時防腐劑BLP處理組CP較防腐劑LZP處理組顯著增加，但在數(shù)值上差別不大(20.66 vs. 20.35)，這很可能是草捆本身CP含量存在差異所導(dǎo)致的，兩種防腐劑的防霉效果類似，并沒有顯著差異。

4 結(jié)論

調(diào)制苜蓿小方干草捆時，添加6 L·t-1的防腐劑BLP能有效抑制霉菌的生長；而自行研發(fā)的防腐劑LZP在調(diào)制苜蓿大方捆時與BLP的防霉效果類似，在實(shí)際生產(chǎn)中具有一定的應(yīng)用前景。