干草防腐劑在不同規(guī)格苜蓿干草捆中的應(yīng)用效果研究

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(duì)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(jí)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(huì)因?yàn)楦稍飼r(shí)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(shí)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(shí)間過長，生產(chǎn)的干草品質(zhì)很難達(dá)到優(yōu)級(jí)或者特級(jí)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(shí)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(shí)溫暖、潮濕的環(huán)境也會(huì)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(shí)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(jià)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(cè)并銷售，然而這些防腐劑普遍價(jià)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(duì)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(shí)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(bào)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(duì)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(jì)

1.1.1不同濃度防腐劑對(duì)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(shí)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(hào)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(duì)不同水分苜蓿小方捆干草抑菌效果及營養(yǎng)價(jià)值影響的研究。試驗(yàn)設(shè)置25%和30%兩個(gè)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(duì)照組(CON)。每個(gè)處理組3個(gè)重復(fù)，共18個(gè)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(duì)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(hào)紫花苜蓿，試驗(yàn)設(shè)低水分(16%～19%)和高水分(22%～25%)兩個(gè)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(gè)處理3個(gè)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(jì)Table 1 Experiment design

1.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.1苜蓿草捆溫度測(cè)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(shí)監(jiān)測(cè)苜蓿草捆溫度變化，測(cè)定間隔時(shí)間為0.5 h。

1.2.2苜蓿草捆霉變情況測(cè)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(cè)定苜蓿干草中霉菌的數(shù)量。

1.2.3苜蓿干草品質(zhì)測(cè)定 取一定量的苜蓿樣品于烘箱中65℃烘干72 h，測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)定過程中添加有耐高溫α-淀粉酶和無水亞硫酸鈉。相對(duì)飼喂價(jià)值(RFV)采用公式RFV=(88.9-0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29計(jì)算。樣品灰分參照國標(biāo)GB/T 6438-2007進(jìn)行測(cè)定，水溶性碳水化合物利用蒽酮-硫酸比色法測(cè)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(shí)，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(shí)添加不同防腐劑對(duì)苜蓿干草品質(zhì)的影響，且當(dāng)P<0.05時(shí)，處理間差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度防腐劑對(duì)苜蓿小方捆防霉效果的影響

2.1.1防腐劑對(duì)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(shí)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(shí)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(shì)并在13 d后趨于穩(wěn)定。當(dāng)含水量為30%時(shí)，對(duì)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(duì)照組分別降低了2.59℃和3.57℃。與對(duì)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(shí)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(shí)，對(duì)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(shí)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(shí)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(duì)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(duì)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(shí)，隨著調(diào)制時(shí)間推移，對(duì)照組草捆中霉菌的數(shù)量呈上下波動(dòng)趨勢(shì)，且在第10 d時(shí)草捆內(nèi)霉菌的數(shù)量達(dá)到最大值。當(dāng)含水量為25%時(shí)，對(duì)照組苜蓿草捆中霉菌的數(shù)量隨著時(shí)間逐漸增加，在第30 d時(shí)達(dá)到最大值。與對(duì)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(duì)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(shí)防霉效果更好，而在25%水分打捆時(shí)兩種添加水平處理間沒有顯著差異。

圖3 防腐劑BLP對(duì)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(duì)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(gè)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(shí)，添加不同濃度防腐劑BLP對(duì)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(shí)，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(duì)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(shí)，添加防腐劑對(duì)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(shí)NDF和ADF含量顯著降低，RFV顯著增加。當(dāng)含水量為30%時(shí)，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(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)的最高溫度31.94℃相比，22%～25%水分打捆時(shí)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(duì)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(shí)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(shí)，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(duì)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(duì)苜蓿大方捆營養(yǎng)成分的影響 添加防腐劑對(duì)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(shí)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(shí)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(shí)會(huì)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(shí)，需要4～5 d的田間干燥時(shí)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(dòng)，干草捆內(nèi)的溫度會(huì)出現(xiàn)上升的現(xiàn)象[18]。隨著時(shí)間的推移，植物細(xì)胞逐漸死亡，草捆的溫度會(huì)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(shì)。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(shí)，草捆的最高溫度隨著含水量的增加而增高。高水分打捆時(shí)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(shí)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(dòng)，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(duì)于對(duì)照組有所降低，這與防腐劑處理組草捆升溫速度較對(duì)照組緩慢，最高溫度，穩(wěn)定時(shí)溫度較低結(jié)果相一致。30%水分時(shí)，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(duì)照組顯著下降。而25%水分打捆時(shí)，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(shí)，當(dāng)防腐劑BLP添加量為6 L·t-1時(shí)效果更好，而在25%水分打捆時(shí)，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(chǔ)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(dòng)所造成[10]，且高水分調(diào)制干草時(shí)，養(yǎng)分損失會(huì)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(shí)，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(shí)，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(dòng)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(shí)，在不添加防腐劑的情況下，水分高于16%時(shí)會(huì)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(gè)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(duì)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(shí)，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(shí)，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(shí)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(dòng)，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(shí)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(shí)，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(shí)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。