雨淋及草條厚度對(duì)天然牧草干草干燥特性和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

李宇宇，格根圖，降曉偉，吳洪新，劉庭玉，王 偉，郝俊峰，賈玉山*

(1.農(nóng)業(yè)部飼草栽培、加工與高效利用重點(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. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草業(yè)產(chǎn)品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019； 3. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

天然牧草干草是草原牧區(qū)草食家畜最基本、也是最主要的飼料來(lái)源。在野外自然條件下調(diào)制天然牧草干草是當(dāng)前我國(guó)草原牧區(qū)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛、最簡(jiǎn)單的牧草干草調(diào)制方法[1-2]。因此天然牧草的調(diào)制方式?jīng)Q定了天然牧草干草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)與飼用價(jià)值[3]

天然牧草干草品質(zhì)受諸多因素的影響，大量研究表明天然牧草干草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)受牧草收獲時(shí)間、調(diào)制方式和調(diào)制干草時(shí)的環(huán)境因素等多種條件影響；環(huán)境因素中天氣情況是影響干草調(diào)制成敗的重要因素之一，其中雨淋對(duì)天然牧草干草品質(zhì)的影響最大，雨水的沖刷導(dǎo)致植物表面發(fā)生水解和氧化反應(yīng)[4-5]，植物體內(nèi)大部分可溶性物質(zhì)被分解消耗，如糖類(lèi)、維生素、胡蘿卜素和可溶性礦物質(zhì)等。同時(shí)，雨淋促進(jìn)牧草體表的微生物活動(dòng)[6]，微生物消耗牧草體內(nèi)的可溶性碳水化合物和淀粉為自身的活動(dòng)提供能量，甚至破壞牧草體內(nèi)蛋白質(zhì)，導(dǎo)致干草品質(zhì)下降。

在草原牧區(qū)，當(dāng)?shù)啬撩竦拇虿輹r(shí)間一般為九月下旬到十月下旬，期間會(huì)經(jīng)歷雨季、低溫、霜凍等自然災(zāi)害，故在此期間收獲的天然牧草干草有機(jī)物質(zhì)和蛋白質(zhì)含量損失嚴(yán)重[7]。因此，在天然牧草干草生產(chǎn)實(shí)踐中，能提高天然牧草干草品質(zhì)的一系列調(diào)制技術(shù)變得十分重要[8]。目前關(guān)于天然牧草干草調(diào)制的研究報(bào)道較少，較多的研究都集中在不同調(diào)制方式、不同收獲期和雨淋對(duì)苜蓿干草品質(zhì)的影響[9-11]，有關(guān)雨淋和草條厚度對(duì)天然牧草干草品質(zhì)和干燥特性的影響鮮有報(bào)道。在天然牧草干草調(diào)制中草條厚度嚴(yán)重影響著干草品質(zhì)，為了減少干草營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的流失，須加快牧草干燥速度，且使分解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的酶失去活性，為了減少牧草中類(lèi)胡蘿卜素的損失[12]，適當(dāng)?shù)牟輻l厚度有助于加快牧草干燥速率和減少干草營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失。本文通過(guò)研究雨淋及不同調(diào)制方式對(duì)天然牧草干草干燥特性和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，探討天然牧草干草在調(diào)制過(guò)程中遭受雨淋后的干燥特性和營(yíng)養(yǎng)成分的變化及晾曬技術(shù)改善干草品質(zhì)的作用，以期為天然牧草干草的生產(chǎn)實(shí)踐提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地選擇內(nèi)蒙古赤峰市巴林左旗查干哈達(dá)蘇木典型草原打草場(chǎng)，巴林左旗位于赤峰市北部，地處大興安嶺山脈向西南延伸處，內(nèi)蒙古高原向東北平原的過(guò)渡地帶上，草地類(lèi)型復(fù)雜多樣、物種資源豐富，地理位置118°44′00″～119°48′02″ N，43°36′53″～48°48′22″ E，地處中緯度地區(qū)，東鄰科爾沁大草原，西接錫林郭勒草原腹地烏拉蓋，屬中溫帶半干旱氣候。試驗(yàn)區(qū)主要土壤類(lèi)型為栗鈣土和風(fēng)沙土，降水主要集中在七、八月份，年平均降水量約為400 mm，平均風(fēng)速為3～4 m·s-1，大風(fēng)日數(shù)<30 d，春季干燥多風(fēng)，秋季涼爽短暫；年平均氣溫5.3℃，無(wú)霜期為110 d至130 d，且北部比南部早15 d左右；實(shí)驗(yàn)區(qū)光照充足，平均日照時(shí)數(shù)在3 000 h左右，南部略多于北部。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料以典型草原天然打草場(chǎng)牧草為主，植物種類(lèi)主要包括建群種針茅(Ltipacapillata)、羊草(Leymuchinensis)、伴生種糙隱子草(Cleistogenessquanosa)、達(dá)烏里胡枝子(Lespedezadavurica)、冰草(Agropyroncristatum)、野韭(Albumramosum)、扁蓄豆(Melissilusruthenicus)、牻牛兒苗(Erodiumstephanianum)、大籽蒿(ArtemisiasieversianaEhrhartexWilld)等。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為減少土地營(yíng)養(yǎng)不均衡的影響[10]，選擇地勢(shì)平坦、植物群落結(jié)構(gòu)差異較小的試驗(yàn)地，采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)設(shè)置實(shí)驗(yàn)小區(qū)。試驗(yàn)于2018年8月20日上午8：00進(jìn)行刈割，天氣晴朗，此時(shí)的天然牧干草品質(zhì)綜合來(lái)說(shuō)較高，為了接近實(shí)際生產(chǎn)，刈割高度為2～5 cm，對(duì)刈割后的天然牧草鮮樣采用人工降雨模擬器(DIK-6000)進(jìn)行模擬雨淋試驗(yàn)，設(shè)置未雨淋和雨淋2個(gè)處理，雨淋強(qiáng)度為20 mm·h-1，模擬降雨量根據(jù)當(dāng)?shù)啬杲涤炅考胺植记闆r換算為10 mm；對(duì)于未雨淋和雨淋后的天然牧草分別設(shè)置10 cm，15 cm，20 cm 3個(gè)梯度的草條厚度，共6個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)；采用野外自然干燥方式進(jìn)行干燥；在其刈割處理后的0h，2h，4h，8h，12h，24h，36h，48h，72h分別進(jìn)行取樣；干燥過(guò)程中主要環(huán)境因子的變化情況如表1所示。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1含水量和干燥速率的測(cè)定 采用烘干減重法[9]，取天然牧草約500g稱(chēng)重(記為G1)，將樣品置于105℃烘箱中烘干至恒重，稱(chēng)天然牧草干重(記為G2)，通過(guò)差值法測(cè)得天然牧草干草含水量(記為G0)，在取樣時(shí)間T取得的樣品稱(chēng)重(記為Gt)；根據(jù)天然牧草的干物質(zhì)含量(Ge)、G0、Gt和時(shí)間T，可以計(jì)算出各處理在相應(yīng)干燥時(shí)間點(diǎn)天然牧草的水分和干燥速率。計(jì)算公式為：

GT= [(Gt-Ge)/Gt]×100%；

V=(G0-GT)/T

式中，GT為天然牧草干燥Th的含水量(%)，Gt為天然牧草干燥Th的質(zhì)量，V為天然牧草干燥速率，T為干燥時(shí)間。

表1 樣品在干燥期間主要環(huán)境因子的變化情況

注：表中數(shù)據(jù)為2018年8月20日-2018年8月22日由基本氣候監(jiān)測(cè)站獲得

Note：Data in the table is obtained by the basic climate monitoring station from August 20,2018 to August 22,2018

1.4.2營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定 干物質(zhì)的測(cè)定：將試驗(yàn)樣品105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重，測(cè)量其干重，從而計(jì)算干物質(zhì)含量。粗蛋白含量(Crude protein，CP)的測(cè)定參照GB 6432-86[13]，粗灰分(Ash)采用GB6439-92燃燒法測(cè)定，酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)利用范式纖維洗滌分析法進(jìn)行測(cè)定[14]，計(jì)算相對(duì)飼用價(jià)值(Relative feeding value，RFV)。

計(jì)算公式如下：DDM=88.9-0.779×ADF;

DMI=120/NDF;

RFV=DMI×DDM/1.29。

其中，DDM(Digestible dry matter)為可消化干物質(zhì)；DMI(Dry matter intake)為干物質(zhì)采食量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖，采用SAS 9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，差異顯著性通過(guò)Duncan法進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雨淋對(duì)天然牧草干燥速率的影響

天然牧草的干燥特性和干燥速率受多種因素的影響，為了探究雨淋對(duì)天然牧草干燥特性和干燥速率的影響，設(shè)置人工模擬天然牧草雨淋和未雨淋的對(duì)照試驗(yàn)。雨淋對(duì)天然牧草干燥特性的影響如圖1、圖2所示，雨淋后的天然牧草0～24 h含水量顯著高于未雨淋(P<0.05)；未雨淋的天然牧草在野外自然干燥48 h后達(dá)到天然牧草干草安全含貯藏水量，雨淋后的天然牧草在野外自然干燥72 h后達(dá)到天然牧草干草安全貯藏含水量，雨淋顯著延長(zhǎng)了天然牧草干草達(dá)到安全含水量的干燥時(shí)間(P<0.05)。在干燥時(shí)間2～48 h內(nèi)，雨淋后的天然牧草干燥速率顯著大于未雨淋的天然牧草(P<0.05)，平均干燥速率分別為6.35%·h-1和8.13%·h-1；在野外自然干燥72 h時(shí)，雨淋與未雨淋的天然牧草干草均達(dá)到安全貯藏含水量，其干燥速率也趨于穩(wěn)定。

2.2 草條厚度對(duì)天然牧草干燥速率的影響

天然牧草的草條厚度影響其干燥特性和干燥速率。通過(guò)設(shè)置10 cm，15 cm和20 cm的草條厚度對(duì)天然牧草進(jìn)行調(diào)制，并測(cè)定天然牧草干燥過(guò)程中的含水量，得到不同時(shí)間段內(nèi)的干燥速率的變化趨勢(shì)圖。如圖3、圖4所示，晾曬72 h后，草條厚度為10 cm，15 cm和20 cm的含水量分別下降了54.72%，51.94%和51.70%。草條厚度為10 cm的天然牧草干燥速度最快，達(dá)到天然牧草安全含水量的所需時(shí)間最短，和其他處理相比差異顯著(P<0.05)。各調(diào)制方法的干燥過(guò)程主要分為兩個(gè)階段，前一階段0～4 h天然牧草干燥速率較快，后一階段24～72h后干燥速率較慢，整個(gè)調(diào)制過(guò)程水分散失呈現(xiàn)先快后慢的趨勢(shì)，各處理之間干燥速率無(wú)顯著差異。

圖1 雨淋對(duì)天然牧草含水量的影響

圖2 雨淋對(duì)天然牧草干燥速率的影響

2.3 雨淋和草條厚度對(duì)天然牧草干草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

雨淋對(duì)天然牧草干草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響如表2所示。與未雨淋相比，雨淋對(duì)天然牧草干草的DM，CP，NDF，ADF和RFV影響顯著(P<0.05)，對(duì)Ash含量沒(méi)有顯著影響，雨淋后的天然牧草干草DM，CP，和RFV顯著降低(P<0.05)，分別下降了1.4%，6.03%和8.94%，NDF和ADF含量顯著升高，分別升高了7.05%和6.61 %。

圖3 草條厚度對(duì)天然牧草含水量的影響

圖4 草條厚度對(duì)天然牧草干燥速率的影響

表2 雨淋對(duì)天然牧草干草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

注：同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同

Note：Different lowercase letters within the same column indicate significant differenceat the 0.05 level，the same as below

草條厚度對(duì)天然牧草干草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響如表3所示，草條厚度對(duì)CP，NDF和RFV含量影響顯著(P<0.05)，對(duì)DM，ADF和Ash含量影響均不顯著；15 cm草條厚度的天然牧草干草CP和RFV顯著高于10 cm和20 cm (P<0.05)。15 cm草條厚度調(diào)制下的天然牧草干草NDF含量顯著低于10cm和20 cm (P<0.05)，草條厚度對(duì)天然牧草DM，ADF和Ash無(wú)顯著影響。

表3 草條厚度對(duì)天然牧草干草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

雨淋和草條厚度的交互作用對(duì)天然牧草干草品質(zhì)的影響如表4所示，雨淋和草條厚度的不同處理對(duì)天然牧草干草Ash含量均無(wú)顯著差異，雨淋和草條厚度的不同處理對(duì)天然牧草干草DM，CP，NDF，ADF含量和RFV有顯著影響(P<0.05)，未雨淋的不同草條厚度的天然牧草干草RFV顯著高于雨淋，說(shuō)明雨淋對(duì)天然牧草干草RFV的影響大于草條厚度；未雨淋的15 cm草條厚度天然牧草干草CP和RFV顯著高于其它處理(P<0.05)，未雨淋的15 cm草條厚度天然牧草干草NDF含量的顯著低于其它處理(P<0.05)。

表4 雨淋及草條厚度對(duì)天然牧草干草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

注：*和**分別代表在0.05和0.01水平上差異顯著，NS表示差異不顯著；同列不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

Note：*and**indicate significance differences at the 0.05 and 0.01 level，and NS indicates nosignificance；Different lower-case letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level

3 討論

在草原牧區(qū)，天然牧草收獲調(diào)制期間極易受到雨淋的影響，雨淋及調(diào)制方式對(duì)天然牧草干草干燥特性和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響較大[15-16]。為了探究雨淋對(duì)天然牧草干燥特性和干燥速率的影響，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了人工模擬天然牧草雨淋試驗(yàn)，本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，天然牧草在干燥過(guò)程，牧草含水量散失主要分為兩個(gè)階段，第一階段為調(diào)制初期，從初始含水量達(dá)到30%含水量，該過(guò)程的干燥速率較快，是由于初期散失的水分為自由水，自由水存在于細(xì)胞間隙，散失較快，第二階段為干燥后期，從30%含水量達(dá)到安全貯藏含水量，這是由于調(diào)制后期天然牧草主要散失的水分以結(jié)合水為主，結(jié)合水存在于植物細(xì)胞內(nèi)，散失較慢，本研究結(jié)果與周娟娟[9]研究結(jié)果一致。娜娜[17]、王坤龍[11]的研究認(rèn)為草條厚度會(huì)影響天然牧草干燥時(shí)間及干燥速率，本試驗(yàn)結(jié)果表明，草條厚度為10 cm時(shí)，天然牧草的干燥速率最快，天然牧草野外干燥過(guò)程中草條厚度越薄，干燥速率越快，反之干燥速率越慢，這與娜娜[17]的研究結(jié)果一致。

本試驗(yàn)研究表明，雨淋不僅延長(zhǎng)了天然牧草干燥時(shí)間，而且降低了天然牧草干草DM含量、CP含量和RFV，增加了Ash含量、ADF含量和NDF含量；天然牧草雨淋后CP含量的降低主要是由于雨水的沖刷導(dǎo)致天然牧草葉片及莖干的濕度增加，促進(jìn)了微生物的繁殖生長(zhǎng)，微生物的一系列活動(dòng)消耗牧草內(nèi)部的可溶性含氮化合物，導(dǎo)致CP含量減少；天然牧草干草Ash含量的增加是由于雨淋過(guò)后，野外土地表面變潮濕，牧草葉片與土地表面接觸面積增大，在調(diào)制過(guò)程中更多泥土附著在牧草表面，導(dǎo)致牧天然草干草Ash含量升高。ADF含量和NDF含量的增加是由于牧草在雨淋過(guò)程中部分水溶性養(yǎng)分流失，可消化干物質(zhì)百分含量降低造成[18]。該研究結(jié)果與楊耀勝[19]和許慶方[16]的研究結(jié)果一致。周倩[20]、尤思涵[21]等研究不同雨淋時(shí)間對(duì)苜蓿干草的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，結(jié)果也表明隨著雨淋時(shí)間的延長(zhǎng)苜蓿干草的，CP含量顯著降低，NDF和ADF含量顯著增加，與本研究結(jié)果一致。

單貴蓮[22]和董寬虎[23]等研究指出，不同調(diào)制方式對(duì)苜蓿干草的CP含量具有顯著影響，對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量影響不大。本研究發(fā)現(xiàn)，15 cm草條厚度調(diào)制下的天然牧草干草CP含量和RFV相對(duì)最高，NDF含量和ADF含量相對(duì)最低，這可能是由于草條厚度太厚，導(dǎo)致其干燥速率越慢，暴曬在太陽(yáng)下的時(shí)間更長(zhǎng)，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失的更多，草條厚度太薄，太陽(yáng)光照直接穿透草條厚度，牧草大部分面積都暴曬在太陽(yáng)下，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)快速流失，適當(dāng)?shù)牟輻l厚度調(diào)制牧草，有效的提高其干燥速率和保護(hù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失，本研究結(jié)果與張慶[24]以羊草為試驗(yàn)材料的研究結(jié)果一致。許慶方[16]等研究發(fā)現(xiàn)對(duì)20 cm草條厚度調(diào)制的苜蓿干草品質(zhì)優(yōu)于10 cm，這與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果不一致，其原因可能是研究選擇的原料不同導(dǎo)致，天然牧草干草大部分為禾本科牧草，干燥速率較快，苜蓿為豆科牧草，干燥速率較慢，20 cm厚度的苜蓿干草在調(diào)制過(guò)程中草層比較厚，下層苜蓿干草受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度較小，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失較慢，導(dǎo)致其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較高。

本研究發(fā)現(xiàn)雨淋與草條厚度的交互作用對(duì)天然牧草干草的營(yíng)養(yǎng)成分無(wú)顯著差異，賈婷婷[25]研究發(fā)現(xiàn)雨淋和干燥方式的交互作用顯著影響苜蓿干草的營(yíng)養(yǎng)成分，與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相反，這可能是由于調(diào)制方式或試驗(yàn)原料的不同導(dǎo)致，干燥方式是否對(duì)天然牧草干草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有顯著影響，有待于更為深入的研究。

4 結(jié)論

雨淋處理延長(zhǎng)了天然牧草干草調(diào)制達(dá)到安全含水量的干燥時(shí)間，天然牧草干草營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失更多；15 cm草條厚度調(diào)制的天然牧草干草CP含量和RFV值均高于10 cm和20 cm草條厚度；雨淋和草條厚度的交互處理均對(duì)天然牧草干草品質(zhì)無(wú)顯著影響。綜合考慮，雨淋與未雨淋的天然牧草干草調(diào)制草條厚度應(yīng)控制在15 cm左右。