打捆密度和堆垛方式對(duì)天然草地青干草化學(xué)成分和真菌毒素的影響

都帥，劉昊，尤思涵，格根圖，賈玉山*

(1.飼草栽培、加工與高效利用農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，草地資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019; 2.呼倫貝爾市草原工作站，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，飲食結(jié)構(gòu)正發(fā)生著巨大改變，從植物性食物為主的飲食結(jié)構(gòu)向動(dòng)物性食物轉(zhuǎn)變[1]，在這一轉(zhuǎn)變過(guò)程中，食品安全問(wèn)題頻發(fā)，消費(fèi)者對(duì)食品安全提出了更高要求。優(yōu)質(zhì)干草不僅是畜牧業(yè)健康、穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)，也是生產(chǎn)安全畜產(chǎn)品的前提。近年來(lái)，干草產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量受國(guó)內(nèi)與國(guó)際市場(chǎng)的雙重影響，在調(diào)制技術(shù)與方法保障下，干草產(chǎn)量和質(zhì)量在不斷提高，但貯藏是優(yōu)質(zhì)干草產(chǎn)品還應(yīng)完善的重要一環(huán), 如果離開安全貯存, 優(yōu)質(zhì)干草產(chǎn)品將變?yōu)榱淤|(zhì)產(chǎn)品, 因此優(yōu)質(zhì)干草產(chǎn)品的貯存技術(shù)應(yīng)高度重視[2]。在我國(guó)草原牧區(qū)，冬春季節(jié)寒冷而漫長(zhǎng)，干草是枯草期反芻家畜維持生命活動(dòng)的主要能量來(lái)源，在反芻家畜日糧中占有重要地位，干草安全貯藏問(wèn)題日益凸顯。Cochrane等[3]對(duì)大麥(Hordeumvulgare)干草和三葉草(Trifoliumincarnatum)、苜蓿(Medicagosativa)、黑麥草(Loliummultiflorum)混播干草貯藏期進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，以草垛和草捆形式貯藏15個(gè)月后，干物質(zhì)損失為29.7%和32.7%，粗蛋白損失為46.6%和44.5%，飼草品質(zhì)嚴(yán)重下降。McDonald等[4]研究結(jié)果表明，干草在貯藏過(guò)程中，植物呼吸作用雖已停止，但嗜熱性微生物仍在繼續(xù)活動(dòng)，分解蛋白質(zhì)和碳水化合物等。微生物存在于種植、收獲、干燥、運(yùn)輸、貯藏等各個(gè)流通環(huán)節(jié)，植物中的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素及無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為微生物生長(zhǎng)提供了良好的基質(zhì)。當(dāng)外部環(huán)境條件符合微生物生長(zhǎng)時(shí)，微生物開始生命活動(dòng)，產(chǎn)生各類代謝產(chǎn)物，其中也包括對(duì)反芻家畜有毒有害的代謝產(chǎn)物，并通過(guò)食物網(wǎng)進(jìn)行傳遞，最后進(jìn)入家畜體內(nèi)。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織報(bào)道，全球每年約有25%的谷物遭受各種霉菌污染, 其中約2%的農(nóng)產(chǎn)品因霉菌毒素污染超標(biāo)失去利用價(jià)值[5]。在美國(guó)，每年因真菌毒素污染造成的經(jīng)濟(jì)損失約為10億美元[6]，與美國(guó)相比，亞洲和非洲等發(fā)展中國(guó)家因真菌毒素污染造成的經(jīng)濟(jì)損失更為嚴(yán)重[7]。真菌毒素污染主要包括黃曲霉毒素B1(aflatoxin B1，AFB1)、赭曲霉毒素A(ochratoxin A，OTA)、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol，DON)、玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)和T-2毒素等[8]，在糧食和飼料行業(yè)均有諸多報(bào)道[9-10]，為了保證飼料安全，我國(guó)已先后規(guī)定了AFB1、OTA、DON、ZEN和T-2毒素在飼料中的臨界量。但真菌毒素對(duì)飼草的危害還未見報(bào)道。本研究旨在探討打捆密度和堆垛方式對(duì)貯藏干草質(zhì)量和衛(wèi)生安全的影響，以期為天然干草安全貯藏提供技術(shù)支撐與理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況

試驗(yàn)地在內(nèi)蒙古錫林浩特市，41°35′-46°46′ N，111°09′-119°58′ E。典型溫帶大陸性半干旱氣候，冬季寒冷、夏季炎熱，年均氣溫1.3～4.9 ℃，年降水量150～400 mm，年際間變化較大，年內(nèi)降水分布不均，70%的年降水量集中在6-8月。無(wú)霜期90～120 d，土壤為碳酸鹽淡栗鈣土，耕作層20 cm左右，土壤pH 7.6～8.7。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為內(nèi)蒙古錫林郭勒盟錫林浩特市天然打草場(chǎng)，草地類型為典型草原，試驗(yàn)地為多年打草場(chǎng)，采用雷沃804牽引式拖拉機(jī)打草，草地以克氏針茅(Stipakrylovii)和大針茅(Stipagrandis)為建群種，優(yōu)勢(shì)種為羊草(Leymuschinensis)，伴生種為蒙古韭(Alliummongolicum)、糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、知母(Anemarrhenaasphodeloides)、大籽蒿(Artemisiasieversiana)等，植被層稀疏，蓋度為30%～55%。試驗(yàn)于2016年9月開始，天然草地牧草刈割后自然晾曬調(diào)制干草后采用New Holland系列打捆機(jī)打捆貯藏。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)采用2×3因子裂區(qū)設(shè)計(jì)，打捆密度作為主處理因子，堆垛方式作為副處理因子。主處理包括2個(gè)打捆密度(A1為160 kg·m-3和A2為120 kg·m-3)，副處理包括3種堆垛方式(B1交叉堆垛、B2縱向堆垛和B3橫向堆垛)，取樣設(shè)置5個(gè)時(shí)間點(diǎn)，分別為0、7、15、30、60 d。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.4 飼草化學(xué)成分測(cè)定

采用烘干法測(cè)定干物質(zhì)(dry matter，DM)，采用灼燒法測(cè)定粗灰分(Ash)，利用FOSS Kjeltec 8400全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定粗蛋白質(zhì)(crude protein, CP)，用Ankom 220型纖維分析系統(tǒng)測(cè)定酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)和中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)[11]。

1.5 真菌代謝產(chǎn)物測(cè)定

AFB1、OTA、DON、ZEN和T-2毒素參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定[12-16]。

1.6 數(shù)據(jù)分析與處理

使用Microsoft Office Excel 2007軟件處理數(shù)據(jù)，利用SAS 9.0 (Statistical Analysis System)軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 打捆密度和堆垛方式對(duì)干草化學(xué)成分的影響

打捆密度對(duì)天然草地青干草化學(xué)成分影響如表1所示。打捆密度對(duì)Ash、DM和NDF含量沒(méi)有顯著影響(P>0.05)，高密度草捆對(duì) ADF和CP含量影響顯著(P<0.05)，高密度草捆ADF含量顯著低于(P<0.05)低密度草捆，CP含量顯著高于(P<0.05)低密度草捆。而堆垛方式對(duì)天然草地干草化學(xué)成分的影響如表2所示。且堆垛方式對(duì)Ash、DM、ADF、NDF和CP含量影響均不顯著(P>0.05)。這表明打捆密度是影響干草品質(zhì)的主要因素，且低密度草捆營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更易流失，高密度草捆貯藏效果要優(yōu)于低密度草捆。

表1 打捆密度對(duì)天然草地青干草化學(xué)成分的影響Table 1 The effect of baling density on chemical composition of native hay (%)

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。A：草捆密度。下同。

Note: In the same row, the value with different small letter mean significant differences (P<0.05). A： Baling density. The same below.

表2 堆垛方式對(duì)天然草地青干草化學(xué)成分的影響Table 2 The effect of stacking ways on chemical composition of native hay (%)

注： B,堆垛方式。下同。

Note: B, Stacking ways. The same below.

打捆密度和堆垛方式對(duì)干草品質(zhì)均有影響，打捆密度和堆垛方式的變化改變了空氣流動(dòng)性，加大了空氣通透性，使氧化速率和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)風(fēng)化速度加快。因此，通過(guò)改變打捆密度和堆垛方式來(lái)改善干草質(zhì)量是緩解干草營(yíng)養(yǎng)流失的有效手段。

打捆密度、堆垛方式和貯藏時(shí)間及交互作用對(duì)干草化學(xué)成分影響如表3所示。從主效應(yīng)上看，打捆密度對(duì)Ash和DM影響不顯著(P>0.05)，對(duì)ADF、NDF和CP含量影響極顯著(P<0.0001)。這說(shuō)明打捆密度沒(méi)有改變飼草Ash和DM含量，但改變了干草和氧氣的接觸面積，使ADF和NDF增長(zhǎng)速率相對(duì)下降，CP的下降速率減緩。而堆垛方式對(duì)Ash、DM、ADF和NDF影響均不顯著(P>0.0001)，只對(duì)CP影響極顯著(P<0.0001)。這說(shuō)明不同堆垛方式在改善空氣流動(dòng)方向后對(duì)Ash、DM、ADF和NDF沒(méi)有影響，但能夠改善CP的流失。在貯藏時(shí)間條件下，干草品質(zhì)均沒(méi)有顯著影響，說(shuō)明隨著貯藏時(shí)間的延續(xù)，必然導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失。

打捆密度與堆垛方式兩者交互作用對(duì)干草品質(zhì)均沒(méi)有顯著影響(P>0.05)，而打捆密度和堆垛方式對(duì)干草品質(zhì)均有影響，說(shuō)明兩者間交互作用存在正效應(yīng)。打捆密度與貯藏時(shí)間兩者交互作用只對(duì)CP有極顯著影響(P<0.0001)，說(shuō)明兩者間交互作用對(duì)CP存在正效應(yīng)。堆垛方式與貯藏時(shí)間兩者交互作用對(duì)Ash和CP有極顯著影響(P<0.0001)，說(shuō)明兩者間交互作用對(duì)Ash和CP存在正效應(yīng)。打捆密度、堆垛方式與貯藏時(shí)間三者間交互作用對(duì)Ash和CP有極顯著影響(P<0.0001)，對(duì)DM、ADF和NDF影響不顯著(P>0.0001)，這與堆垛方式與貯藏時(shí)間兩者交互作用影響一致說(shuō)明打捆密度對(duì)干草化學(xué)成分起主要作用。

表3 打捆密度、堆垛方式與貯藏時(shí)間及交互作用對(duì)干草化學(xué)成分影響的三因素方差分析結(jié)果 (P值)Table 3 Results (P-value) of three-way ANVOA on the effects of baling density (A), stacking ways (B), storing time (C) and their interaction on health and safety of native hay

注： C，貯藏時(shí)間。下同。

Note: C， Storing time. The same below.

為滿足實(shí)際情況，飼草貯存期在不斷變化，故分析了打捆密度和堆垛方式及其交互作用對(duì)干草化學(xué)成分的影響。打捆密度對(duì)Ash影響不顯著(P>0.0001)，對(duì)干草DM、ADF、NDF和CP含量影響顯著(P<0.0001，表4)。而堆垛方式對(duì)Ash、DM、ADF、NDF和CP含量均沒(méi)有顯著影響(P>0.0001)，打捆密度和堆垛方式的交互作用對(duì)飼草Ash、DM、ADF、NDF和CP含量均沒(méi)有顯著影響(P>0.0001)。結(jié)合分析干草品質(zhì)變化規(guī)律可以得出，A1B1和A1B3貯藏方式干草營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失少，貯藏效果較好。

表4 打捆密度、堆垛方式及交互作用對(duì)干草化學(xué)成分影響的二因素方差分析結(jié)果(P值)Table 4 Results (P-value) of two-way GLM on the effects of density (A), stacking (B) and their interactions on chemical compositions of forage

2.2 打捆密度和堆垛方式對(duì)真菌毒素的影響

打捆密度對(duì)天然草地青干草真菌毒素影響如表5所示。打捆密度對(duì)AFB1、T-2和OTA含量均沒(méi)有顯著影響(P>0.05)，而對(duì)DON和ZEN含量影響顯著(P<0.05)，且高密度草捆中DON和ZEN含量顯著低于(P<0.05)低密度草捆。而堆垛方式對(duì)青干草真菌毒素的影響如表6所示。堆垛方式對(duì)DON、AFB1、T-2和OTA含量均無(wú)顯著影響(P>0.05)，對(duì)ZEN含量影響顯著(P<0.05)，表明打捆密度與堆垛方式對(duì)干草品質(zhì)均有影響。

表5 打捆密度對(duì)青干草真菌毒素的影響Table 5 The effect of baling density on mycotoxin of native hay (μg·kg-1)

表6 堆垛方式對(duì)青干草真菌毒素的影響表6 The effect of stacking ways on mycotoxin of native hay (μg·kg-1)

打捆密度和堆垛方式對(duì)微生物生長(zhǎng)均有影響，打捆密度和堆垛方式的變化改變了空氣流動(dòng)性和草捆內(nèi)水分含量，影響微生物的生長(zhǎng)、繁殖。因此，通過(guò)干草打捆密度和堆垛方式來(lái)改善微生物生長(zhǎng)繁殖是改善干草中真菌毒素的有效手段。

打捆密度、堆垛方式和貯藏時(shí)間及交互作用對(duì)干草中真菌毒素影響如表7所示。從主效應(yīng)上看，打捆密度對(duì)AFB1、DON、T-2和ZEN影響極顯著(P<0.0001)，對(duì)OTA影響不顯著(P>0.0001)。這說(shuō)明打捆密度改變了真菌毒素AFB1、DON、T-2和ZEN的含量，抑制了相關(guān)微生物的生長(zhǎng)繁殖，能有效降低干草中這類有毒、有害物質(zhì)。堆垛方式對(duì)AFB1、DON和ZEN影響均極顯著(P<0.0001)，對(duì)T-2和OTA影響不顯著(P>0.0001)。貯藏時(shí)間對(duì)AFB1、DON、T-2和ZEN影響均極顯著(P<0.0001)，對(duì)OTA影響不顯著(P>0.0001)。這說(shuō)明隨貯藏時(shí)間變化，環(huán)境變化會(huì)引起真菌毒素的變化。

表7 打捆密度、堆垛方式與貯藏時(shí)間及交互作用對(duì)干草中真菌毒素影響三因素方差分析結(jié)果 (P值)Table 7 Results (P-value) of three-way ANVOA on the effects of baling density (a), stacking ways (b), storing time (c) and their interaction on mycotoxins in forage

打捆密度與堆垛方式兩者交互作用對(duì)真菌毒素OTA影響不顯著(P>0.0001)，對(duì)AFB1、DON和ZEN影響均極顯著(P<0.0001)，由于堆垛方式對(duì)T-2影響不顯著(P>0.0001)，而交互作用對(duì)T-2影響極顯著(P<0.0001)，這說(shuō)明兩者之間存在正效應(yīng)。打捆密度與貯藏時(shí)間對(duì)AFB1、DON、T-2和ZEN影響均極顯著(P<0.0001)，對(duì)OTA影響不顯著(P>0.0001)，兩者交互作用表示對(duì)T-2含量影響不顯著(P>0.0001)，說(shuō)明兩者間對(duì)T-2毒素存在負(fù)效應(yīng)。堆垛方式與貯藏時(shí)間兩者交互作用對(duì)真菌毒素OTA影響不顯著(P>0.0001)，對(duì)AFB1、DON和ZEN影響均顯著(P<0.0001)，貯藏時(shí)間對(duì)真菌毒素T-2影響極顯著(P<0.0001)，而兩者交互作用表示對(duì)T-2含量影響不顯著(P>0.0001)，這說(shuō)明兩者間對(duì)T-2毒素存在負(fù)效應(yīng)。打捆密度、堆垛方式與貯藏時(shí)間三者間交互作用對(duì)真菌毒素OTA影響不顯著(P>0.0001)，對(duì)真菌毒素AFB1、DON、T-2和ZEN影響均極顯著(P<0.0001)，這與打捆密度與堆垛方式兩者交互作用對(duì)真菌毒素影響一致。而各處理對(duì)OTA均不存在顯著影響，說(shuō)明OTA可能受其他環(huán)境條件影響。

為滿足家畜實(shí)際需求情況，飼草貯藏期在不斷變化，故分析了打捆密度和堆垛方式及其交互作用對(duì)飼草真菌毒素的影響。打捆密度對(duì)AFB1、DON、T-2、OTA和ZEN影響均不顯著(P>0.0001，表8)，說(shuō)明整體考慮下堆垛方式對(duì)AFB1、DON、T-2、OTA和ZEN影響均不顯著(P>0.0001，表8)，而時(shí)間會(huì)影響飼草中真菌毒素含量。打捆密度和堆垛方式的交互作用對(duì)AFB1、DON、T-2、OTA和ZEN均沒(méi)有顯著影響(P>0.0001)，這說(shuō)明打捆密度和堆垛方式是獨(dú)立的，兩者間無(wú)效應(yīng)。結(jié)合分析干草真菌毒素變化規(guī)律可以得出，A1B1貯藏方式真菌毒素含量少，貯藏效果較好。

表8 打捆密度、堆垛方式及交互作用對(duì)干草中真菌毒素的影響二因素方差分析結(jié)果(P值)Table 8 Results (P-value) of two-way GLM on the effects of density (D), stacking (S) and their interactions on mycotoxins in forage

3 討論

水分含量、打捆密度、堆垛方式及貯藏環(huán)境與干草品質(zhì)密切相關(guān)。本研究結(jié)果表明，相同堆垛方式下，打捆密度對(duì)Ash和NDF沒(méi)有顯著影響，但高密度草捆擁有高的DM、CP含量和低的ADF含量。這表明高密度草捆干物質(zhì)含量更高，低密度草捆蛋白更易流失，高密度草捆貯藏效果更好[17]。此外，打捆密度使草捆表面積與草捆質(zhì)量比發(fā)生變化，密度越小，干草與空氣接觸面積越大，養(yǎng)分越容易流失[3]。但Collins等[18]以苜蓿人工草地進(jìn)行貯藏試驗(yàn)研究結(jié)果表明，干草貯藏3個(gè)月后，打捆密度對(duì)干草品質(zhì)沒(méi)有影響，本研究結(jié)果與此相反。這可能是牧草本身原因。本研究中天然草地以禾本科牧草為建群種，飼草柔韌性好，草捆難以壓緊，高密度草捆僅為160 kg·m-3。在Rowley[17]研究中，苜蓿易被壓緊，草捆密度分別為2.07、4.14和6.21 MPa，遠(yuǎn)高于160 kg·m-3，空氣難以進(jìn)入草捆內(nèi)部，氧化作用停止，使干草化學(xué)成分得以保存。關(guān)于堆垛方式對(duì)干草化學(xué)成分的影響還未見報(bào)道。本研究中，在高密度打捆條件下，堆垛方式對(duì)干草化學(xué)成分沒(méi)有影響，但低密度草捆對(duì)Ash、DM和ADF影響顯著，這間接表明打捆密度是影響干草化學(xué)成分的主要因素。Collins等[18]研究發(fā)現(xiàn)貯藏時(shí)間對(duì)干草品質(zhì)沒(méi)有影響，本研究結(jié)果與此相反。在干草貯藏過(guò)程中，由于微生物代謝活動(dòng)蛋白質(zhì)迅速分解，干草品質(zhì)下降[19]。本研究與Rotz等[19]研究結(jié)果相識(shí)，但與Collins等[18]研究結(jié)果的差異主要是打捆密度差異引起的。這也進(jìn)一步表明打捆密度是影響干草化學(xué)成分的主要原因。

與干草貯藏期間植物呼吸作用和微生物代謝活動(dòng)不僅造成營(yíng)養(yǎng)流失，品質(zhì)下降，微生物代謝產(chǎn)物真菌毒素還影響到畜產(chǎn)品安全。目前，相對(duì)于牛奶及其制品和飼料真菌毒素精確、快速檢測(cè)技術(shù)，國(guó)內(nèi)有關(guān)干草貯藏研究較少，國(guó)外個(gè)別研究主要集中在干草品質(zhì)方面，在干草貯藏過(guò)程中真菌毒素研究還未見報(bào)道。本研究中，在相同堆垛方式下，打捆密度對(duì)OTA沒(méi)有影響，但高密度草捆對(duì)DON、AFB1、T-2和ZEN影響顯著，顯著低于低密度草捆中真菌毒素含量。這可能是打捆密度使草捆表面積與草捆質(zhì)量比發(fā)生變化，草捆密度小增加了干草與空氣接觸面積，不僅養(yǎng)分越容易流失，更將空氣中的水分帶入草捆，使干草更易發(fā)霉變質(zhì)[1]。在高密度草捆中，堆垛方式對(duì)DON、AFB1、T-2、OTA和ZEN沒(méi)有顯著影響，在低密度草捆中，堆垛方式對(duì)AFB1、T-2和OTA沒(méi)有顯著影響，對(duì)DON和ZEN影響顯著。這一結(jié)果主要還是打捆密度使草捆表面積與草捆質(zhì)量比發(fā)生變化，導(dǎo)致低密度草捆更易發(fā)霉變質(zhì)，表明打捆密度是影響干草真菌毒素的主要因子。

4 結(jié)論

打捆密度可以顯著的改善天然干草的化學(xué)成分和真菌毒素含量；堆垛方式對(duì)干草的化學(xué)成分和真菌毒素有一定的改善；打捆密度和堆垛方式其交互作用對(duì)干草品質(zhì)和真菌毒素均有顯著影響。綜合比較干草化學(xué)成分和真菌毒素，在內(nèi)蒙古錫林浩特地區(qū)，打捆密度為160 kg·m-3，采用交叉堆垛貯藏干草效果最佳。