晾曬方式對(duì)構(gòu)樹失水速率及飼用價(jià)值的影響

楊蘇茂，熊康寧，劉興宜，郭 文，喻陽華，池永寬，許留興

(1.貴州師范大學(xué)喀斯特研究院/國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550001;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣東 廣州 510642)

構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)別名楮樹，是?？颇颈局参铮吖嗄九c喬木形態(tài)，葉被毛，果實(shí)含糖，具有較寬的生態(tài)幅，耐干旱貧瘠，根系發(fā)達(dá)。我國早在20世紀(jì)60年代開展了構(gòu)樹的林業(yè)研究，目前已延伸至遺傳育種[1]、飼料加工[2]、分子識(shí)別[3]等應(yīng)用領(lǐng)域，隨著畜牧業(yè)的發(fā)展，人畜爭(zhēng)糧現(xiàn)象日益凸顯，畜牧業(yè)開始重視對(duì)構(gòu)樹的開發(fā)利用。構(gòu)樹細(xì)嫩枝條粗蛋白含量為17.78%，干物質(zhì)瘤胃降解率高達(dá)88.89%[4]，高蛋白和易降解的特性促進(jìn)了構(gòu)樹飼料化的研究，但關(guān)于構(gòu)樹的干草調(diào)制鮮見報(bào)道，選用構(gòu)樹進(jìn)行干草調(diào)制，對(duì)高效合理利用植物資源、緩解糧飼危機(jī)、改善飼草季節(jié)性失衡、提高家畜生產(chǎn)效率具有巨大意義[5-6]。

干草調(diào)制研究最先起源于瑞典[7]，發(fā)展至今比較注重刈割時(shí)期[8-9]、刈割高度[10]、調(diào)制方式[11]、貯藏方式[12-13]的研究，更加刺激了干草調(diào)制向原料研究的多元化發(fā)展。干草營養(yǎng)物質(zhì)比較全面，尤其是維生素、微量元素豐富，作為草食家畜日糧中必不可少的重要組成成分，適當(dāng)飼喂對(duì)反芻動(dòng)物具有積極影響[14]。飼喂單一干草可提高家畜采食量、干物質(zhì)攝入量、活重和屠宰率[15-16]，而飼喂混合干草由于營養(yǎng)成分、混合比例、原料交互作用等影響，可作為平衡飼料[17]，促進(jìn)內(nèi)臟發(fā)育[18]。國外關(guān)于干草的飼用價(jià)值研究多是直接進(jìn)行反芻動(dòng)物試驗(yàn)，再檢驗(yàn)其生理生化指標(biāo)，具有較高的可信度，但研究尺度比較微觀，難以拓展到宏觀應(yīng)用層面，因此，探討一個(gè)適用于更廣泛地區(qū)的飼用價(jià)值理論測(cè)定方法，在生產(chǎn)上具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 干草原料

研究區(qū)位于喀斯特高原峽谷中度-重度石漠化地區(qū)，水熱資源豐富，生態(tài)環(huán)境極度脆弱[19]。構(gòu)樹作為石漠化逆境條件下的優(yōu)勢(shì)種[20]，因此干草原料選擇野生構(gòu)樹的幼嫩枝條部分，于始花期采摘，按照不同調(diào)制方法迅速進(jìn)行加工處理，然后水泥地晾曬。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用正交法設(shè)計(jì)晾曬試驗(yàn)，采用壓扁、切短和噴灑K2CO3區(qū)3個(gè)處理方式對(duì)構(gòu)樹進(jìn)行干燥處理，其中壓扁處理為探討破壞維管束初生木質(zhì)部結(jié)構(gòu)對(duì)干草調(diào)制的影響，故設(shè)2個(gè)水平，即90 kg壓扁和未壓扁，切短和噴灑K2CO32個(gè)因素中各設(shè)置3個(gè)水平，每種處理設(shè)3個(gè)平行。晾曬時(shí)間為2017年5月12日和13日。室內(nèi)試驗(yàn)分析采用化學(xué)分析法。

1.3 干草調(diào)制

將構(gòu)樹標(biāo)為HG1～HG23，采用壓扁、切短和噴灑K2CO33種處理方法，其中HG1～HG8表示3種方法單獨(dú)使用，HG9～HG23為3種方法兩兩正交(表1)。選用K2CO3作為干燥劑，噴灑量為30 mL·kg-1，設(shè)置1%、2%、3% 3個(gè)濃度作為化學(xué)處理。而壓扁處理和切短處理分別作為物理方法中的破壞莖干縱截面和破壞莖干橫截面的方法，其中壓扁設(shè)0 kg 和90 kg兩個(gè)處理，0 kg是不做壓扁處理，90 kg是利用90 kg重物將原料平攤在水泥地上壓30 s至水分滲出，切短處理分別設(shè)為2、6、10 cm,范圍值為±1 cm。每個(gè)處理鮮重為300 g，每間隔1 h稱重一次，連續(xù)監(jiān)測(cè)6 h。

1.4 指標(biāo)測(cè)定及方法

晾曬完成后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行干物質(zhì)(DM)、粗灰分(Ash)、鈣(Ca)、磷(P)、粗纖維(CF)、酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)的測(cè)定[21]。DM采用103 ℃烘干法[22]，Ash采用550 ℃灼燒法[23]，Ash測(cè)量后加3 mol·L-1HCl 10 mL，煮沸加數(shù)滴濃硝酸制成試液，以便進(jìn)行Ca和P的測(cè)定，選用EDTA法測(cè)Ca含量[24]，采用分光光度法測(cè)定P含量[25]，過濾法測(cè)定CF[26]，ADF和NDF的測(cè)定采用范氏洗滌纖維分析法[27-28]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和預(yù)處理，利用SPSS22軟件對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用單因素方差分析法整理3個(gè)平行數(shù)據(jù)，采用聚類分析法對(duì)23種不同調(diào)制方式下構(gòu)樹干草的干燥平均速率進(jìn)行整合與處理，采用聚類分析法對(duì)各干燥方法進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)與分析，選擇因子分析法對(duì)篩選的營養(yǎng)成分指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)算。

表1 干草調(diào)制的處理方法Table 1 Processing method of hay making

“1”表示選用該方法，“0”表示不選用該方法。

“1” indicate use of the respective method; “0” indicate that the method was not applied.

聚類分析是研究多要素事物分類問題的數(shù)量方法，依據(jù)分析結(jié)果可判斷干燥方法得到影響和分類。采用歐式距離法計(jì)算，歐氏距離是在多維空間中兩個(gè)點(diǎn)之間的真實(shí)距離，體現(xiàn)不相似性，以確定樣本之間的親疏關(guān)系。

式中：dij為歐式距離；n為空間維數(shù)；k為n維空間中點(diǎn)的個(gè)數(shù)；x為n維空間中的點(diǎn)；i為行數(shù)；j為列數(shù)；m為總行列數(shù)。

根據(jù)研究目的，空間性狀呈壓縮狀態(tài)，適合選擇最短距離法進(jìn)行聚類分析，從23×23的矩陣降為2×2矩陣，每次省略非對(duì)角元素中歐氏距離最小者所在位置的行列，其計(jì)算公式如下：

drk=min{dpk，dqk} (k≠p，q)

式中：drk為距離矩陣；k為新生成的非對(duì)角元素中最小值形成的矩陣行數(shù)序號(hào)；r為剩余矩陣行數(shù)序號(hào)；dpk為每次聚類產(chǎn)生的非對(duì)角元素中最小值對(duì)應(yīng)行號(hào)的歐氏距離；dqk為每次聚類產(chǎn)生的非對(duì)角元素中最小值對(duì)應(yīng)列號(hào)的歐氏距離；p為最小值行號(hào)；q為最小值列號(hào)。

式中：lij為因子載荷；zi為第i個(gè)因子；xj為矩陣中第j個(gè)值；λi為特征值；eij為特征值的特征向量；p為總行列數(shù)；m為總因子數(shù)；n為總變量個(gè)數(shù)；z為因子得分；z為因子綜合得分。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式下構(gòu)樹枝條的失水速率

2.1.1干燥方法的聚類分析 失水速率是失水量與晾曬時(shí)間的比值，反映了單位時(shí)間內(nèi)飼草干燥的速度?；谑俾蔬M(jìn)行聚類分析，以判斷各種干燥處理下的干燥速度及分類特點(diǎn)。使用Q型聚類對(duì)23種干燥方法進(jìn)行分類，在不同的聚類距離下，聚類結(jié)果不同，當(dāng)距離標(biāo)準(zhǔn)逐漸放大時(shí)，23個(gè)單元依次被聚類，隨著距離的增加，被聚類的類數(shù)逐漸減小(圖1)。選擇距離為22，23種干燥方法被聚為3類，第1類2種干燥方法，第2類4種干燥方法，第3類共17種干燥方法。

按失水速率由快到慢排序，干燥類型被分為3類，分別為快速干燥、中速干燥和慢速干燥?？焖俑稍锏奶攸c(diǎn)是4個(gè)干燥方法全部進(jìn)行過壓扁莖干處理，其平均失水速率為35.51 g·h-1，干燥最快的4個(gè)處理方式分別是壓扁+10 cm切短、壓扁+2 cm切短、壓扁+1% K2CO3、壓扁+2%K2CO3，可見對(duì)莖干做縱截面上的破壞更有利于水分散失，但壓扁+切短組合的處理方式中，10 cm長度失水速率高于2 cm長度，可能是由于構(gòu)樹含水量較高，同時(shí)做莖干橫截面和縱截面的處理容易造成汁液滲出過多，浸入葉片內(nèi)部，影響水分散失，因此對(duì)于水分含量較高的飼草進(jìn)行壓扁+切短組合晾曬時(shí)切短長度不宜太短，以10 cm為宜。中速干燥處理方式最多，莖干形態(tài)全部遭到破壞，平均失水速率為33.62 g·h-1，中速干燥中干燥最快的3個(gè)處理分別是2 cm切短+3%K2CO3、2 cm切短、2 cm切短+2%K2CO3，3個(gè)處理均為2 cm切短處理，在破壞莖干橫截面的處理中，莖干越短干燥時(shí)間越快，但關(guān)于K2CO3的添加量上，認(rèn)為3%的添加可使水分散失更快，不同于周娟娟等[11]對(duì)苜蓿(Medicagosativa)青干草處理的2.5%。慢速干燥平均失水速率最慢，為29.91 g·h-1，莖干保存完好，其中噴灑2%K2CO3的處理較直接晾曬干燥更快。

圖1 聚類分析圖Fig. 1 Cluster analysis

編號(hào)同表1。

Codes are same as Table 1.

表2 干燥方法類型Table 2 The types of drying methods

2.1.2不同晾曬方式對(duì)失水速率的影響 將3類干燥方式各時(shí)間段水分散失量進(jìn)行算數(shù)平均計(jì)算，結(jié)果表明，晾曬1 h后快速干燥速度與水分散失量呈正相關(guān)關(guān)系(圖2)，干燥速度越快，水分散失越多。初始水分含量約75%，晾曬6 h后含水量約20%，達(dá)到安全含水量[29]。隨晾曬時(shí)間推移，水分散失量越來越小，但在5 h時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)小高峰，水分散失量突然增大，可能是由于干草夜晚堆小垛后呼吸作用產(chǎn)生水分，使得第2天晾曬初期水分散失量增大。堆小垛后晾曬可加速水分的散失，但此方法能否提升干草品質(zhì)尚待進(jìn)一步研究。

2.2 不同干燥方式下構(gòu)樹枝條的飼用價(jià)值

2.2.1不同晾曬方式對(duì)營養(yǎng)成分的影響 不同處理方式之間的營養(yǎng)成分存在差異(表3)，其中HG9、HG10和HG13的干物質(zhì)含量最高，HG21、HG17和HG22粗蛋白含量最高，在24%以上，HG16和HG22粗脂肪含量較高。綜上，采用切短+噴灑K2CO3方式處理的構(gòu)樹枝條營養(yǎng)價(jià)值普遍偏高，其中切短2、6和10 cm且對(duì)應(yīng)添加3%、1%和3%K2CO3效果最好。

圖2 3類干燥方法失水量情況Fig. 2 Water loss in three different methods of drying

編號(hào)Number干物質(zhì)Drymatter/%粗蛋白Crudeprotein/%粗脂肪Crudefat/%粗纖維Crudefibre/%粗灰分Crudeash/%無氮浸出物Nitrogenfreeextract/%HG171.56±3.46def20.12±0.07fg9.46±0.27e38.86±1.07bc11.93±0.25abc19.63±1.66fghHG276.81±3.93abcde20.66±0.38ef7.50±0.29h34.71±0.98def10.82±0.18fgh26.31±1.84cdeHG377.42±3.01abcde19.70±0.40fgh8.24±0.14gh31.06±0.61ghi10.92±0.24efgh30.08±1.39bcdHG472.83±1.75de21.20±0.69e8.91±0.53efg32.56±0.90fgh11.28±0.16cdef26.05±2.28cdeHG573.69±1.93cde22.47±0.27cd8.46±0.27fgh34.59±1.50def11.75±0.14abcd22.73±2.18efgHG675.93±2.89abcde19.70±0.40fgh13.61±0.35bc38.16±1.25c11.69±0.40abcde16.84±2.40hiHG775.31±2.36abcde18.90±0.52hj12.54±0.31d23.76±1.02kl11.59±0.34abcde33.21±2.19bHG870.98±0.58ef21.45±0.26e12.45±0.26d36.54±0.89cde11.63±0.08abcde17.93±1.48ghiHG981.92±1.11a20.04±0.02fg9.25±0.14ef29.61±0.93hi10.40±0.23gh30.70±1.33bcHG1081.50±0.87ab18.39±0.23i8.01±0.01gh22.60±0.92l10.19±0.11h40.81±1.26aHG1180.40±1.39abc22.54±0.31c7.62±0.36h41.46±0.84b11.42±0.24bcdef16.96±1.76hiHG1280.43±1.15abc22.58±0.33c13.17±0.10bcd33.85±1.07efg12.13±0.08ab18.27±1.58ghiHG1381.22±1.73ab23.09±0.05bc12.88±0.51cd30.21±0.70hi10.98±0.28defg22.84±1.54efgHG1481.19±0.69ab19.45±0.26gh13.67±0.39bc41.44±0.83b12.22±0.13a13.22±1.61iHG1572.39±1.38de23.32±0.18bc12.48±0.28d38.07±1.20c10.42±0.24gh15.71±1.9hiHG1674.47±2.58bced20.12±0.06fg15.67±0.39a47.00±1.15a11.61±0.35abcde5.60±1.96jHG1775.36±3.09abcde24.35±0.20a13.61±0.35bc16.43±0.83jk10.96±0.27efg34.65±1.65defHG1877.31±1.33abcde21.54±0.31de13.05±0.029cd28.83±1.36ij9.37±0.21i27.21±1.91cdeHG1967.21±4.48ef23.62±0.36ab12.68±0.39cd38.80±1.04bc10.99±0.28defg13.91±2.07hiHG2070.25±0.14ef21.50±0.29de12.33±0.19d37.43±0.83cd12.24±0.14a16.50±1.44hiHG2178.88±1.66abcd24.36±0.21a13.60±0.35bc44.66±1.26a10.81±0.18fgh6.57±1.99jHG2265.09±0.63f24.33±0.19a14.11±0.06b21.18±0.68l11.49±0.28abcdef28.89±1.22bcdHG2370.45±0.26ef21.57±0.33de12.50±0.29d28.80±1.04ij12.26±0.15a24.87±1.81def

同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。

Different lowercase letters within the same column indicate significant differences between different treatments at the 0.05 level．

2.2.2不同晾曬方式對(duì)飼用價(jià)值的影響 選取Ca、P、DM、CP、EE、CF、Ash、NDF、ADF這9個(gè)指標(biāo)，求出特征值，并計(jì)算主成分貢獻(xiàn)率，根據(jù)結(jié)果分為4類主成分并計(jì)算主成分載荷(表4)。發(fā)現(xiàn)CP和P在第1因子上有較高載荷，主要體現(xiàn)了穩(wěn)定性較弱的營養(yǎng)成分，Ca和Ash在第2因子上有較高載荷，主要表示穩(wěn)定性較高的營養(yǎng)成分，EE在第3因子上有較高載荷，主要體現(xiàn)可被儲(chǔ)存利用的營養(yǎng)成分，CF在第4因子上有較高載荷，主要表示難以直接利用的營養(yǎng)成分。

根據(jù)因子總得分Z可見，有13種處理方式得分為正(表5)，屬于飼用價(jià)值較高的處理方式，普遍為兩種處理共用，而總得分為負(fù)的處理方式中，以單一處理方式占絕大多數(shù)。采用切短+K2CO3處理方式的構(gòu)樹枝條，制成干草后其飼用價(jià)值較高，其中HG19代表的6 cm切短+2%K2CO3為最佳處理方式，而壓扁處理對(duì)飼用價(jià)值的影響較大，尤其是用切短+壓扁方式處理構(gòu)樹枝條時(shí)，莖干橫縱截面皆受到破壞，影響?zhàn)B分保存。

表4 因子矩陣Table 4 Component matrix

表5 因子得分Table 5 Component score

3 討論

3.1 晾曬方式在提升失水速率上的選擇與應(yīng)用

構(gòu)樹在進(jìn)行干草調(diào)制時(shí)水分散失最快的處理為壓扁+10 cm切短，僅使用了物理方法進(jìn)行調(diào)制，與經(jīng)壓扁處理的苜蓿加入2%NaHCO3的干燥效果最好[30-31]的結(jié)論不同，究其原因，可能是原料初始含水率與添加劑不同的緣故。干草調(diào)制應(yīng)盡量避免直接晾曬，單從干燥速率角度出發(fā)，物理處理下，進(jìn)行壓扁莖干處理或切短至2 cm最為適宜，而化學(xué)上單獨(dú)使用干燥劑效果不夠理想，與物理干燥方法搭配使用可有效提高干燥速率。

3.2 晾曬方式在提升飼用價(jià)值上的選擇與應(yīng)用

噴灑K2CO3可提高構(gòu)樹枝條干草的飼用價(jià)值，其中6 cm切短+2%K2CO3飼用價(jià)值較高，而壓扁+K2CO3會(huì)影響其飼用價(jià)值。飼用價(jià)值最低的是壓扁+2 cm切短，可能在壓扁處理作用下，會(huì)造成K2CO3保持養(yǎng)分的作用減弱，因此在選擇使用干燥劑和破壞莖干結(jié)構(gòu)處理的干草調(diào)制方式時(shí)，應(yīng)選擇切短的方式，減小維管束出露的表面積。此外，破壞莖干處理雖然加快了干燥速率，但造成養(yǎng)分流失，流失效果為壓扁>切短>噴灑K2CO3[32]，因此在綜合考慮飼用價(jià)值與干燥速度的前提下，應(yīng)選擇切短+噴灑K2CO3的組合方式。

3.3 失水速率與飼用價(jià)值之間的關(guān)系

失水速率較低的HG10和HG1晾曬方式，其飼用價(jià)值排序分別為23和15位，失水速率較高的HG11和HG9飼用價(jià)值反而較低，排序分別為18和22，可見失水速率與飼用價(jià)值之間無明顯耦合關(guān)系，失水速率的主要決定因素是莖葉的破碎度，以及與添加劑的組合使用，而飼用價(jià)值的主要決定因素是莖葉的完整度與添加劑用量的組合影響。在涉及到莖干物理處理時(shí)，失水速率與飼用價(jià)值存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，加入添加劑等其他因素后無明顯耦合關(guān)系。

4 結(jié)論

以因子分析的綜合得分為衡量飼用價(jià)值的指標(biāo)，飼用價(jià)值最高的處理方式為6 cm切短+2%K2CO3，而單論干燥速度，最適的干草調(diào)制方法是壓扁+10 cm切短，干草失水速率與飼用價(jià)值無明顯耦合關(guān)系。莖干破碎程度會(huì)影響飼用價(jià)值，而莖干的縱截面破碎對(duì)飼用價(jià)值的抑制作用更大。在干草調(diào)制方法的選擇中，應(yīng)以飼用價(jià)值為主導(dǎo)，合理選擇適宜干燥方式。

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