調(diào)制方式對苜蓿青干草干燥特性和營養(yǎng)品質(zhì)的影響

周娟娟，王欣榮，吳建平，馮忠心，史 靜，陳本建

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院，甘肅 蘭州 730070； 2.草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室 甘肅農(nóng)業(yè)大學，甘肅 蘭州 730070)

近年來，飼草供應與畜產(chǎn)品生產(chǎn)的供需矛盾，使得飼草種植及后期處理成為我國畜牧業(yè)發(fā)展的重點與難點。許多研究表明，畜牧業(yè)的發(fā)展在很大程度上取決于飼草調(diào)制技術(shù)的發(fā)展。因此，飼草調(diào)制的質(zhì)量直接關(guān)系著畜產(chǎn)品品質(zhì)與畜牧業(yè)的生產(chǎn)效率[1-2]。

紫花苜蓿(Medicagosativa)因其具有蛋白含量高、適口性好、適應性強、產(chǎn)量高且富含礦質(zhì)元素[3]等優(yōu)點，享有“牧草皇后”的美譽，其不僅為現(xiàn)代畜牧業(yè)的發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)飼草，而且對改善土壤及生態(tài)建設起著重要作用[4]。苜蓿的大量種植一定程度上改善了牧草短缺和蛋白不足的問題，但在苜蓿青干草調(diào)制過程中由于呼吸酶、機械和雨淋等作用而引起營養(yǎng)損失[5-6]，損失量達35%～50%[7-8]。因此，選擇適宜的調(diào)制方法使其迅速脫水、減少營養(yǎng)物質(zhì)的損失，得到優(yōu)質(zhì)的苜蓿青干草，是苜蓿生產(chǎn)的重要研究內(nèi)容[8-10]。

關(guān)于牧草的調(diào)制方法，國內(nèi)外已有大量研究，如機械烘干、壓扁莖稈和使用干燥劑等[11-14]。牧草刈割時存在降水影響干燥的問題，在西北地區(qū)，尤其是第2茬和第3茬正處于降水期(7-9月)，干草調(diào)制與降水期的矛盾突出。鑒于此，本研究探討不同調(diào)制方法對苜蓿干燥速率及干草品質(zhì)的影響，以期篩選出適合西北地區(qū)在牧草刈割干燥時加速干草調(diào)制的有效方法。

1 材料與方法

1.1試驗材料 試驗材料取自甘肅農(nóng)業(yè)大學牧草試驗站，地理坐標為105°41′ E，34°05′ N，海拔1 517 m。年均降水量320 mm，主要集中在7-9月，年均蒸發(fā)量1 664 mm。苜蓿種植年限為第2年，采收時期為初花期(2010年9月25日)，留茬高度為4～5 cm。

1.2試驗方法

1.2.1青干草調(diào)制方式 試驗設4個處理，分別為壓扁莖稈(用光滑且粗的木棍壓扁莖稈，模擬機械壓扁，莖稈壓扁后有縱向裂紋，但裂紋之間不分開，后置于地面晾曬)、壓扁+噴碳酸鉀(2.5%)(用小型手壓噴霧器于刈割前一天將碳酸鉀溶液均勻噴灑在鮮草上，噴灑量為470 L·hm-2[11]，壓扁莖稈后置于地面晾曬)、自然晾曬(刈割后置于地面晾曬)和陰干(置于遮陰、通風良好的地面晾曬)，以105 ℃烘干(烘箱105 ℃烘干至質(zhì)量恒定，且輔有鼓風操作)為對照。為接近生產(chǎn)條件，晾曬時草層厚度為15 cm左右，寬度35 cm左右。每個處理重復3次。

1.2.2水分測定 每2 h稱重一次并記錄，稱重6次后(前后兩次含水量相差低于3%)稱重時間間隔可適當加長(每7 h稱重并記錄)，并在相應晾曬時間點取適量樣品烘干。

1.3測定指標

1.3.1含水量和干燥速率的測定 從苜蓿鮮樣中取樣品500 g稱重(記為G1)，后將試樣置于105 ℃烘箱中烘干至質(zhì)量恒定，稱苜蓿干質(zhì)量(記為G2)。通過差值法測得苜蓿的初始含水量(記為G0)。每2 h從各處理取適量樣品稱重(記為Gt)，根據(jù)苜蓿的干物質(zhì)含量(Ge)、G0、Gt和時間T，可計算出各處理在相應晾曬時間點苜蓿的水分和干燥速率。計算公式為：

G3=[(Gt-Ge)/Gt]×100%；

V=(G0-G3)/T.

式中，G3為干燥t小時苜蓿的含水量(%)，Gt為干燥t小時苜蓿的質(zhì)量，V為苜蓿干燥速率，T為干燥時間。

1.3.2營養(yǎng)成分分析 粗蛋白含量(CP)采用半微量凱氏定氮法[15]測定，粗纖維含量(CF)采用濃硫酸-氫氧化鈉分次水解法[16]測定；粗脂肪含量(EE)采用乙醚浸提法[17]測定；粗灰分含量(CA)采用茂福爐600 ℃灰化法[18]測定；鈣含量(Ca)采用EDTA絡合滴定法[16,18]測定；磷含量(P)采用比色法[16,18]測定。

1.3.3參試調(diào)制方式的綜合評價 灰色系統(tǒng)理論是把所有參試的調(diào)制方法看成是一個灰色系統(tǒng)，每種調(diào)制方法為系統(tǒng)中的一個因素，分析系統(tǒng)中各因素的聯(lián)系程度即關(guān)聯(lián)度[19]。主觀地以牧草各單項營養(yǎng)成分的多少來評價各調(diào)制方法的優(yōu)劣是不科學的，需要對調(diào)制方法進行綜合評價?；疑到y(tǒng)理論因其采用數(shù)學理論及計算機技術(shù)，合理且人為因素限制較少而被廣泛應用于各個領域的綜合評價及相關(guān)分析中[20-22]。

依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)理論對參試調(diào)制方法進行綜合評價。通過計算各參試調(diào)制方法與“最優(yōu)調(diào)制方法”之間的關(guān)聯(lián)度，獲得不同參試方法的綜合評價結(jié)果。

1.4統(tǒng)計分析 采用Excel和SPSS 16.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1調(diào)制方法對苜蓿干燥速率的影響 調(diào)制方法不同，苜蓿干燥特性和干燥速率不同。參試方法中，苜蓿干燥的先后順序為對照(105 ℃烘干)、壓扁+噴碳酸鉀、壓扁莖稈、自然晾曬、陰干(圖1，2)。對照干燥速度最快，所需時間最短，與其它方法相比差異顯著(P<0.05)。各調(diào)制方法的干燥過程都分前后兩個階段，即含水量降至40%前后，前一階段失水迅速，后一階段緩慢，整個干燥過程水分損失呈先快后慢的趨勢(圖1)。

圖1 調(diào)制方法對苜蓿含水量的影響Fig.1 Effects of drying methods on moisture of Medicago sativa

圖2 調(diào)制方法對苜蓿干燥速率的影響Fig.2 Effects of drying methods on drying rate of Medicago sativa

無論是第1階段還是第2階段，壓扁+噴碳酸鉀和壓扁莖稈均具有較好效果，陰干用時最長(圖1)。壓扁+噴碳酸鉀在整個苜蓿干燥過程中速率均比較高(圖2)，且用時較短，這可能是由于壓扁莖稈使苜蓿莖、葉的干燥速度趨于一致[23]；噴施干燥劑碳酸鉀破壞了牧草的角質(zhì)層和蠟質(zhì)層，能加速水分散失[13]。因此，噴施干燥劑結(jié)合壓扁莖稈處理，能最大限度地使莖稈的干燥速率和葉片的干燥速率趨于同步，縮短干燥時間。而壓扁莖稈苜蓿含水量僅在前期迅速降低，后期逐漸趨于平緩，是因為壓扁莖稈將植株中胞內(nèi)汁液擠出，使其初期水分散失明顯高于其余處理[24]。本研究與李鴻祥等[25]的研究結(jié)果一致，即噴干燥劑在苜蓿整個干燥過程均起作用，壓扁莖稈僅在第1階段起加速水分散失的作用。

表1 不同調(diào)制方法苜蓿干草的營養(yǎng)品質(zhì)Table 1 Nutritive of Medicago sativa made by different methods %

2.2調(diào)制方法對苜蓿干草質(zhì)量的影響 研究表明，用苜蓿青干草替代部分粗飼料能顯著提高肉牛日增體質(zhì)量，降低膽固醇含量[26]。不同干燥方式對苜蓿干草粗蛋白含量有顯著影響[27]。本研究中，參試調(diào)制方法對苜蓿青干草CP含量影響顯著(P<0.05)，含量從高到低的順序依次是對照(105 ℃烘干)>壓扁+噴碳酸鉀>壓扁莖稈>陰干>自然晾曬，其中對照比自然晾曬、陰干、壓扁莖稈、壓扁+噴碳酸鉀樣品含量分別高13.23%、9.03%、8.10%和6.17% (P<0.05)。自然晾曬CP含量最低且與其它處理差異顯著(P<0.05)。對照CF含量最低，與自然晾曬、陰干、壓扁莖稈和壓扁+噴碳酸鉀相比，分別低23.55%、22.17%、21.61%和12.57%(P<0.05)。5種調(diào)制方法中，對照和壓扁+碳酸鉀CP較高，CF含量較低，說明105 ℃烘干和壓扁+噴碳酸鉀較其它處理有利于保存牧草中CP等易于降解的營養(yǎng)物質(zhì)，而其余3種方法由于干燥過程緩慢，植株和微生物呼吸消耗更多的CP等營養(yǎng)物質(zhì)，使CF的含量相對增加，干草品質(zhì)降低，這與高彩霞[28]的研究結(jié)論相一致。同時，碳酸鉀可提高反芻家畜對牧草CP、CF的消化率[29]。自然晾曬條件下苜蓿CA含量顯著(P<0.05)低于其它調(diào)制方法，可能是晾曬過程中日光的“漂白”作用使部分礦質(zhì)元素散失[9]。不同干燥方法樣品CE、Ca和P含量差異不顯著(P>0.05)，說明調(diào)制方法對牧草中CE、Ca和P含量的影響不大。

本試驗中，對照(105 ℃烘干)為牧草水分散失的最佳方式，其干燥速率快，有效降低了干草營養(yǎng)物質(zhì)的損失，但高溫干燥設備價格比較昂貴且需動力支持，在生產(chǎn)實踐中可操作性不強。

2.3幾種調(diào)制方法的灰色關(guān)聯(lián)度分析

2.3.1參試調(diào)制方法各測定指標權(quán)重[W(k)]的構(gòu)建 本試驗中選取CP、CE、CA、Ca、P等指標的最高值和CF最低值為參考數(shù)列X0。將各測定指標權(quán)重W(k)綜合為1作為所構(gòu)建灰色系統(tǒng)中的“最優(yōu)調(diào)制方法”。根據(jù)賦值法[30]對各指標賦予相應的權(quán)重W(k)(表2)。

2.3.2關(guān)聯(lián)系數(shù)計算 首先對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，即所有相應各點的Xi(k)除以X0(k)的數(shù)值。然后計算X0數(shù)列和Xi數(shù)列在第k點的絕對差值即Δi(k) =|X0(k)-Xi(k)|，求出二級最小值a和二級最大值b，經(jīng)計算得a=0，b=0.305 5。ρ為分辨率系數(shù)，一般取值為0.5。依據(jù)絕對差值即可求得第k點與第k點最優(yōu)指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)(表3)。

表2 最優(yōu)調(diào)制方法及其權(quán)重W(k)Table 2 Optimal making method and indicators weights

2.3.3關(guān)聯(lián)度計算 關(guān)聯(lián)度(ri)表示參試調(diào)制方法與最優(yōu)調(diào)制方法的差異大小，關(guān)聯(lián)度越大說明其與最優(yōu)調(diào)制方法越接近。依據(jù)公式計算[31]可得參試調(diào)制方法與“最優(yōu)調(diào)制方法”的關(guān)聯(lián)度(表4)。

通過對不同調(diào)制方法調(diào)制的供試苜蓿營養(yǎng)價值的灰色關(guān)聯(lián)分析可知，105 ℃烘干處理綜合表現(xiàn)最佳，其次是壓扁+噴干燥劑(碳酸鉀)、陰干和壓扁莖稈，自然晾曬效果最差。

表3 各測定指標的關(guān)聯(lián)系數(shù)值Table 3 Grey relevant coefficient values of different indexes

表4 各參試調(diào)制方法的關(guān)聯(lián)度及排序Table 4 Correlation modulus of making methods

3 結(jié)論

1)調(diào)制方式不同，苜蓿的干燥特性不同。參試調(diào)制方法中，苜蓿干燥的先后順序是105 ℃烘干、壓扁+噴碳酸鉀、壓扁莖稈、自然晾曬、陰干。除105 ℃烘干外，其它方法中苜蓿的干燥速率均呈現(xiàn)先快后慢的趨勢。

2)噴施干燥劑(碳酸鉀)在苜蓿青干草整個干燥過程均起作用；壓扁莖稈僅在苜蓿干燥的第1階段起加速水分散失的作用。噴施干燥劑結(jié)合壓扁莖稈處理，能最大限度地加速干燥速率，減少干草營養(yǎng)物質(zhì)的損失且簡便易行，在生產(chǎn)中可優(yōu)先選用。

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