青貯壓實(shí)的影響因素與技術(shù)策略

摘要：青貯壓實(shí)是青貯生產(chǎn)中的關(guān)鍵一環(huán)。通過(guò)影響青貯飼料中固液氣三相比例，直接影響青貯飼料的最終質(zhì)量。充分壓實(shí)不僅有利于乳酸菌發(fā)酵的快速啟動(dòng)，減少原料儲(chǔ)存空間，也為后續(xù)青貯飼喂面管理奠定基礎(chǔ)。本文簡(jiǎn)述了青貯壓實(shí)的原理及壓實(shí)程度（青貯密度）的評(píng)價(jià)方法；概述了決定青貯密度的影響因素，包括貯存設(shè)施、作物特征和壓實(shí)機(jī)械等3個(gè)層面；總結(jié)了當(dāng)前提高青貯密度的技術(shù)策略，以期為生產(chǎn)中青貯壓實(shí)的有效實(shí)施提供技術(shù)參考；并展望了青貯壓實(shí)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：青貯；孔隙度；壓實(shí)；填充密度；體積密度；青貯密度

中圖分類號(hào)：S816""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""" 文章編號(hào)：1007-0435（2024）06-1974-12

Influencing Factors and Technical Strategies of Silage Compaction

YAN Xu1，2， ZUO Yan-chun1，2， WANG Hong-lin1，2， WU Zi-zhou1，2，

LI Yang3， WANG Qiang-feng4， DU Zhou-he1，2*

（1.Institute of Special Economic Animals and Plants， Sichuan Academy of Agricultural Sciences， Nanchong， Sichuan Province

637000， China; 2. Forage Crops Germplasm Innovation and Production Management Key Laboratory of Nanchong City，

Sericulture Research Institute， Sichuan Academy of Agricultural Sciences， Nanchong， Sichuan Province 637000， China;

3.School of Urban-Rural Planning and Construction， Mianyang Teachers’ College， Mianyang， Sichuan Province 621000，

China; 4.Institute of Biotechnology and Nucleic Technology， Sichuan Academy of Agricultural Sciences， Chengdu， Sichuan

Province 610066， China）

Abstract：Silage compaction is a crucial step in silage production，and it directly impacts the quality of the silage. Proper compaction not only promotes the rapid onset of lactic acid bacteria fermentation but also establishes a strong foundation for managing the subsequent silage face. This paper briefly described the principle of silage compaction and the method for evaluating compaction （silage density）. The factors influencing silage density were analyzed，including the characteristics of the silo and raw materials，as well as the compaction equipment. Eventually，we summarized the latest technical strategies for enhancing silage density to serve as a reference for implementing compaction technology in silage production.

Key words：Silage;Porosity;Compaction;Packing density;Bulk density;Silage density

青貯壓實(shí)是青貯制作中的關(guān)鍵一環(huán)，對(duì)提高干物質(zhì)（Dry matter，DM）回收率有決定性影響［1］。以苜蓿（Medicago sativa）青貯為例，隨著裝填密度的提高其干物質(zhì)回收率提高（表1）［2］。以含水量15%的苜蓿干草每噸2 500元折算，每噸苜蓿干物質(zhì)的單價(jià)為2 125元；若青貯前苜蓿原料的干物質(zhì)總量為300 t；相較于裝填密度A（160 kg·m-3），在裝填密度224 kg·m-3下多回收干物質(zhì)10.2 t（21 675元）；當(dāng)裝填密度提高到353 kg·m-3時(shí)，相較于裝填密度A此裝填密度下多回收干物質(zhì)30.6 t，即多達(dá)65 025元的比較效益。

除減少干物質(zhì)損失外，增加壓實(shí)的優(yōu)勢(shì)還在于存儲(chǔ)空間上的增容［3］。例如，將玉米（Zea mays）青貯干物質(zhì)密度從170 kg·m-3增至340 kg·m-3，可使儲(chǔ)存容量擴(kuò)增一倍（表2）。在生產(chǎn)中同等體積下的增容意味著儲(chǔ)存空間的節(jié)省和覆膜成本的降低。大量研究表明，增加壓實(shí)有利于青貯發(fā)酵。羊草（Leymus chinensis）和紫花苜蓿在高青貯密度（800 kg·m-3）下的pH值最低，粗蛋白和水溶性碳水化合物（Water soluble carbohydrate，WSC）含量最高，乳酸菌數(shù)量最多，青貯綜合質(zhì)量最佳［4］。增加堅(jiān)尼草（Panicum maximum）壓實(shí)密度有利于縮短青貯發(fā)酵初期從青貯原料中釋放汁液的時(shí)間，提高WSC的利用效率，減少WSC損失［5］。增加菊芋（Helianthus tuberosus）青貯密度有利于提高乳酸含量，同時(shí)抑制丁酸、氨態(tài)氮產(chǎn)生［6］。對(duì)美國(guó)中西部46個(gè)奶牛廠的窖/堆貯調(diào)查顯示，提高青貯干物質(zhì)密度（174～351 kg·m-3）有利于降低pH值和NH3含量，提高青貯玉米發(fā)酵質(zhì)量［7］。在混合貓尾草（Phleum pratense）和草地羊茅（Festuca pratensis）窖式青貯中，將青貯密度從424 kg·m-3增至583 kg·m-3有利于降低pH值和提升乳酸含量［8］。

此外，通過(guò)壓實(shí)迫使青貯中殘留的氧氣減少（表2），由此減少了密閉空間中好氧細(xì)菌在有氧呼吸階段導(dǎo)致的干物質(zhì)損失；并使得在隨后貯存和開(kāi)封后的空氣難以滲透，由此減少了存儲(chǔ)和出料過(guò)程中有氧腐敗的發(fā)生和能量損失［3，9］。例如，低青貯干物質(zhì)密度（194 kg·m-3）比高青貯干物質(zhì)密度（234 kg·m-3）在有氧呼吸階段產(chǎn)生更多的熱量損失［10］。增加青貯玉米壓實(shí)度可以改善開(kāi)窖后青貯營(yíng)養(yǎng)，表現(xiàn)為干物質(zhì)和粗蛋白含量提高以及NDF、ADF和氨態(tài)氮減少，有氧穩(wěn)定性提高［9-11］。在多年生黑麥草（Lolium perenne）中，增加青貯密度（500 kg·m-3 vs 333 kg·m-3）能提升其青貯營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和有氧穩(wěn)定性［12］。

綜上，青貯壓實(shí)直接影響青貯質(zhì)量、儲(chǔ)存成本和飼料品質(zhì)。迄今為止國(guó)內(nèi)研究側(cè)重于不同壓實(shí)度下的青貯效果［13-15］，鮮有針對(duì)青貯生產(chǎn)中壓實(shí)技術(shù)的系統(tǒng)總結(jié)。本文以青貯結(jié)構(gòu)和壓實(shí)原理為切入點(diǎn)，簡(jiǎn)述青貯壓實(shí)程度（青貯密度）的評(píng)價(jià)方法，概述影響青貯密度的重要因素，基于上述認(rèn)識(shí)匯編當(dāng)前提高青貯壓實(shí)程度的技術(shù)策略，旨在為青貯壓實(shí)管理提供技術(shù)參考和實(shí)踐建議。

1 青貯壓實(shí)的工作原理

1.1 青貯結(jié)構(gòu)

青貯結(jié)構(gòu)如圖1（A）所示，是固液氣三相共存的彈塑性多孔介質(zhì)［18］。青貯固相由大小、形狀、組成和性質(zhì)不同的飼料碎片組成，構(gòu)成了青貯飼料的骨架。青貯液相包括束縛水、毛管水和重力水。束縛水由青貯飼料顆粒表面各種作用力對(duì)水的吸附而形成，以膜狀覆蓋青貯飼料顆粒表面，它被飼料顆粒吸附而喪失了自由水的性質(zhì)。毛管水存在于青貯飼料顆粒之間的空隙毛管中。在非毛管的大孔隙及青貯裂隙中進(jìn)行流動(dòng)的重力水不受飼料顆粒吸附和毛細(xì)力控制，在重力的作用下自由移動(dòng)。重力水具有溶解能力，會(huì)帶走青貯飼料養(yǎng)分形成青貯滲出液（Silage effluent）。青貯氣相主要包括氧氣、氮?dú)狻⒍趸己退?，存在于青貯內(nèi)未被水分占據(jù)的孔隙中，少部分溶解于青貯液相中，其組分和含量會(huì)隨發(fā)酵進(jìn)程和環(huán)境變化而發(fā)生變化。

1.2 壓實(shí)原理

向青貯原料施加機(jī)械能，青貯原料固相顆?？朔ｉg阻力并依靠顆粒表面水膜滑動(dòng)產(chǎn)生相互位移，使原料顆粒重新排列，驅(qū)使空氣離開(kāi)，使顆粒間的孔隙減少、密實(shí)度增加。青貯原料顆粒重新定向由疏松排列逐步變?yōu)榫o實(shí)排列主要源于機(jī)械自重向青貯原料施加的軸重載荷（Axle load）［20］。利用機(jī)械自重使青貯原料顆粒內(nèi)部產(chǎn)生響應(yīng)的法向應(yīng)力和剪切應(yīng)力，當(dāng)剪切應(yīng)力達(dá)到被壓顆粒的抗剪強(qiáng)度時(shí)，青貯原料顆粒之間發(fā)生相對(duì)槽移，重新排列而趨于緊實(shí)。壓實(shí)過(guò)程中，青貯原料顆粒本身的體積幾乎不變，但青貯原料顆粒之間的排列更緊密，導(dǎo)致孔隙的數(shù)量和分布發(fā)生變化，大孔隙（gt;1 mm）和中孔隙（0.01～1 mm）變少，孔隙的連續(xù)性降低［21］。由此改變了青貯中固液氣三相構(gòu)成，減少了青貯中的氣相比例及氧氣含量。

2 壓實(shí)度的評(píng)價(jià)方法

2.1 孔隙度

經(jīng)壓實(shí)密封后，孔隙中留存的氧氣允許植物細(xì)胞繼續(xù)呼吸，并被酵母、霉菌等腐敗微生物利用導(dǎo)致干物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)損失。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，氧氣被逐漸消耗，二氧化碳等發(fā)酵氣體將填充孔隙。在取料時(shí)，這些充滿氣體的孔隙再度允許空氣滲透到青貯飼料中為需氧腐敗微生物的復(fù)活和生命活動(dòng)提供氧氣，利用WSC或乳酸通過(guò)有氧呼吸產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致有氧腐敗，降低青貯質(zhì)量。

孔隙度（Porosity）為單位體積內(nèi)青貯全部孔隙容積所占的百分比。隨著壓實(shí)程度的增加，孔隙體積降低，青貯中的氧氣體積和含量也隨之減少（表2）。因此，通過(guò)壓實(shí)減少孔隙度將減少用于腐敗微生物增殖以及消耗高消化率營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的氧含量（表2）。當(dāng)青貯飼料重新暴露于氧氣中（取料階段），通過(guò)青貯飼料的氧氣運(yùn)動(dòng)速率與青貯飼料的孔隙度成正比［22］。

根據(jù)孔隙度定義，孔隙度（Φ）可表示為Φ=VG/（VG+VL+VS）（公式1）。式中，VG，VL和VS分別是氣相、液相和固相在給定青貯團(tuán)塊中的體積。VG和VL在現(xiàn)實(shí)中難以測(cè)量。Richard等［23］建立了孔隙度與體積密度（單位體積下的青貯重量，Bulk density）、有機(jī)物含量和干物質(zhì)含量的回歸方程，即Φ=1-ρb［（1-DM）/ρw+DM×OM/ρom+DM（1-OM）/ρa(bǔ)sh］（公式2）。式中，ρb為體積密度，DM和OM分別為以十分位數(shù)表示的干物質(zhì)含量和有機(jī)物含量；該等式假定了溶解于青貯液相中的可溶性物質(zhì)量很小，ρw為水的密度（1×103 kg·m-3），這對(duì)青貯而言是一個(gè)合理的近似值；有機(jī)成分（OM）的密度為1.6×103 kg·m-3，而無(wú)機(jī)成分（1-OM）的密度為2.5×103 kg·m-3。以含5%DM灰分的青貯為例，利用公式2繪制圖2。由圖2可知，若干物質(zhì)含量不變，隨著體積密度的增加孔隙度減少；若體積密度不變，隨著青貯原料干物質(zhì)含量的增加孔隙度增加。

2.2 青貯密度

實(shí)踐中難以測(cè)量孔隙度，最初評(píng)估壓實(shí)度的指標(biāo)為干物質(zhì)密度。采用干物質(zhì)密度便于計(jì)算青貯飼料庫(kù)存和平衡日糧。而體積密度在以下三方面更具優(yōu)勢(shì)：（1）壓實(shí)時(shí)體積密度更易測(cè)量（無(wú)需測(cè)定原料水分）；（2）氣體填充的孔隙度與體積密度密切相關(guān)（見(jiàn)公式2）；（3）可以直接評(píng)價(jià)儲(chǔ)存容量［25］。由圖1（B）可知，同一干物質(zhì)密度下孔隙度可能相差巨大。但孔隙度隨著體積密度的增加必然降低；若壓實(shí)至青貯孔隙完全被水占據(jù)，孔隙度將趨于零，此時(shí)的體積密度被稱為最大可實(shí)現(xiàn)體積密度（Maximum achievable bulk density）［26］。鑒于體積密度在表征孔隙度和評(píng)價(jià)儲(chǔ)存容量上的重要價(jià)值，青貯密度（Silage density）常指體積密度。測(cè)量青貯密度可以了解本次青貯壓實(shí)水平和計(jì)算庫(kù)存，也可指導(dǎo)后期青貯實(shí)踐。

威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校著名青貯專家布萊恩·霍姆斯（Brian Holmes）和理查德·穆克（Richard Muck）給出了當(dāng)前測(cè)定青貯密度的系列方法［19，27］。根據(jù)定義，青貯密度（ρb，kg·m-3）需測(cè)定取樣空間的體積（Volume，m3）和該體積下的青貯重量（Weight，kg），ρb=weight/volume。若旨在獲得干物質(zhì)密度，則繼續(xù)測(cè)定青貯鮮樣的干物質(zhì)百分含量（DM）進(jìn)行折算（ρdm=DM×weight/volume）。在填充過(guò)程中通過(guò)填充法（Filling method）評(píng)估青貯密度，借助地磅稱量每次卸料前后的車輛重量，對(duì)每次車輛過(guò)磅前后之差累加求和可獲得已填充原料鮮重，再根據(jù)已填充三維形狀計(jì)算填充體積。填充體積的計(jì)算示例如圖3（A，B，D）所示。在青貯取料面通過(guò)饋面法（Feedout method）評(píng)估青貯密度，對(duì)分批次取料的鮮重進(jìn)行累加求和，再根據(jù)測(cè)量面位移等參數(shù)獲得移除體積［28］。青貯窖取料時(shí)移除體積的計(jì)算如圖3（C）所示。取芯法（Coring method）將取芯器刺入青貯表面（出料面或青貯頂部表面），取出距離出料面30 cm處以下的青貯鮮樣稱重；記錄取芯器取出的鮮樣深度并與取芯器直徑相結(jié)合計(jì)算鮮樣體積。取芯法對(duì)于取樣點(diǎn)而言是準(zhǔn)確的，但要評(píng)估平均青貯密度（Average silage density）需要于青貯出料面（從青貯頂部表面刺入則要考察不同位置和深度）不同位置收集多個(gè)芯樣。除傳統(tǒng)的取樣器外，目前已有青貯飼料切塊機(jī)（Silage block cutter）、電動(dòng)青貯切割器（Electric silage cutter）等取樣設(shè)備通過(guò)測(cè)量重量和體積應(yīng)用于青貯密度測(cè)定［29］。

除上述直接測(cè)量的重量體積法外，威斯康辛大學(xué)也建立了評(píng)估青貯密度的數(shù)學(xué)模型［20，27］。計(jì)算法（Calculator method）需獲取填充因子（Packing factor，PF）和平均青貯高度（Peak height，H）信息［20］。填充因子的計(jì)算公式為PF=［W×（10×T×D）0.5］/L（公式4）；平均青貯高度（H）=（青貯最高處距地面的距離+青貯與窖墻相接處距地面的距離）/2。式中，W，T，D和L分別為壓實(shí)機(jī)械平均重量（kg）、每噸青貯料壓實(shí)時(shí)間（h·t-1）、干物質(zhì)含量（以十進(jìn)制表示）和初始未壓實(shí)前的鋪填層厚度（m）。窖貯的平均干物質(zhì)密度公式為ρdm=（136+0.42PF）×（0.818+0.045H）（公式5）［20］。

然而，生產(chǎn)中測(cè)量青貯密度并非易事。填充法需要稱量每批次青貯原料重量，已填充的原料重量經(jīng)呼吸作用持續(xù)減小。饋面法要求青貯出料面保持垂直平滑，連續(xù)幾天的青貯出料面暴露不可避免地與外界發(fā)生著物質(zhì)與能量交換，導(dǎo)致稱量的青貯重量小于真實(shí)值。取芯法為當(dāng)前青貯密度測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法，一般在青貯發(fā)酵成熟后于青貯出料面進(jìn)行，需要專用的取樣工具刺入表面以下，具有引發(fā)青貯崩塌的風(fēng)險(xiǎn)；取樣后引入氧氣會(huì)導(dǎo)致取樣周邊青貯的營(yíng)養(yǎng)損失，一般取樣后進(jìn)行回填以減少有氧腐??；具有部位特異性（深度、離中心的距離、出料面的擾動(dòng)、覆蓋與否和包裝程序的可變性等），需要收集多個(gè)重復(fù)樣芯以準(zhǔn)確評(píng)估青貯密度，耗時(shí)且費(fèi)力［30］。以計(jì)算法評(píng)估青貯密度具有安全、時(shí)效性高等特點(diǎn)，但在農(nóng)場(chǎng)獲得可靠的參數(shù)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。Norell等［30］比較了計(jì)算法、取芯法和饋面法測(cè)定青貯密度的準(zhǔn)確性。取芯法測(cè)量值與計(jì)算法估計(jì)值高度相關(guān)（r=0.71，Plt;0.001），但與饋面法測(cè)量值不相關(guān)（r=-0.06，Plt;0.82）。因此，建議采用取芯法直接評(píng)估青貯密度；建議采用計(jì)算法估測(cè)平均青貯密度，并作為青貯壓實(shí)過(guò)程中的管理工具［24］。

此外，使用總活度為5 550 MBq（兆貝克勒爾）的銫-137作為輻射源，在待檢青貯裹包的相對(duì)側(cè)上的檢測(cè)器用于確定穿過(guò)裹包之后殘留輻射比例，根據(jù)γ射線穿透物質(zhì)能力與物質(zhì)密度成反比在二維空間上分析青貯密度（通過(guò)建立定標(biāo)曲線），測(cè)量的青貯密度相對(duì)誤差僅1%［31］。以37 MBq的銫（輻射源）和碘化鈉閃爍探測(cè)器（Scintillation detector）制成的在線青貯窖密度檢測(cè)裝置，檢測(cè)青貯密度600 kg·m-3的青貯誤差為4%［32］。γ射線密度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量是非接觸式的，無(wú)需在被測(cè)青貯上開(kāi)孔，投入使用后基本無(wú)需維護(hù)。然而，射線密度計(jì)由于其高昂的成本和對(duì)健康的潛在危害未被廣泛應(yīng)用［18］。圓錐指數(shù)儀（Cone penetrometer）將圓錐探頭插入青貯，通過(guò)配備的壓力傳感器感知單位面積上的阻力大小（圓錐指數(shù)），通過(guò)標(biāo)定的青貯密度與圓錐指數(shù)之間的回歸方程測(cè)定待測(cè)裹包的青貯密度［33］。在此基礎(chǔ)上，學(xué)者又引入地統(tǒng)計(jì)空間分析法，為評(píng)價(jià)青貯飼料裹包密度三維分布提供了有效、可靠且直觀的方法［34-35］。這對(duì)于評(píng)價(jià)裹包青貯密度和提升裹包打捆技術(shù)，提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

3 青貯密度的影響因素

3.1 貯存設(shè)施

青貯密度的影響因素是高度可變的，目前尚未得到較好的認(rèn)識(shí)［20］。例如，由上述4個(gè)因素構(gòu)建的填充因子，僅解釋了18.2%的干物質(zhì)密度變化［36］。可以確定的是，青貯密度是在外界環(huán)境影響下由貯存設(shè)施、原料特性和壓實(shí)機(jī)械三方因素共同作用的結(jié)果。在貯存設(shè)施方面，現(xiàn)有的青貯貯存方式包括塔貯、窖貯、堆貯、袋貯和裹包。塔貯通過(guò)機(jī)械和自重壓實(shí)獲得較高的青貯密度，建造成本高，國(guó)內(nèi)較少采用。袋貯通過(guò)旋翼將青貯原料壓實(shí)到壓榨通道和連接的塑料袋中封裝而成。裹包青貯首先通過(guò)打捆機(jī)進(jìn)行高密度壓實(shí)打捆，然后借助裹包機(jī)用拉伸膜包裹而成。袋貯和裹包體積相對(duì)較小，青貯密度主要由袋裝或打捆的機(jī)械裝置的性能決定。一般地，堆貯干物質(zhì)密度通常低于窖貯［37］，裹包青貯密度一般也低于窖貯［38］。相對(duì)成本更低的窖貯和堆貯是大型養(yǎng)殖場(chǎng)最為普遍的青貯飼料制作類型［39］，且生產(chǎn)中壓實(shí)的難度更大，以下關(guān)于青貯密度的影響因素主要以窖貯和堆貯為例說(shuō)明。

填料高度是指從水平地面到青貯團(tuán)塊最高處的垂直距離［40］，該值可以低于窖壁高度或高于壁高1 m以內(nèi)為宜。同等壓實(shí)條件下，填料高度越高，青貯團(tuán)塊所承受的自身重量引起的自重應(yīng)力越大，青貯密度越高［41］。但與機(jī)械壓實(shí)相比，自重應(yīng)力所致的壓實(shí)過(guò)程緩慢。更光滑的壁面和更寬的窖寬（或堆寬）也有利于提升青貯密度［24］。因上述原因，在同一個(gè)儲(chǔ)存設(shè)施內(nèi)，在垂直方向上，底部的青貯密度高于上部；在水平方向上，中部的青貯密度高于兩側(cè)［3］。同時(shí)，頂部和邊緣受填料時(shí)操作限制，進(jìn)一步促成了該現(xiàn)象的發(fā)生［41］。

3.2 作物特征

在影響青貯密度的作物相關(guān)因素中，與作物自身特性相關(guān)的因素包括作物類型、含水量和粒徑等。同時(shí)，因給料速度、鋪填厚度與側(cè)向坡度等因素與青貯作物直接相關(guān)，一并討論。

與溫帶C3禾草相比，作為C4植物的熱帶禾草具有更為粗糙、多孔的莖狀結(jié)構(gòu)，其青貯密度通常較溫帶禾草低［5］。此外，D′Amours等［42］觀察到谷物占比對(duì)青貯密度有重要影響，隨著谷物占比的增加青貯的干物質(zhì)密度增加。豆科牧草的青貯密度高于禾本科牧草。例如，苜蓿的干物質(zhì)密度顯著高于鴨茅（Dactylis glomerata）［43］。適宜的含水量對(duì)于壓實(shí)至關(guān)重要，干物質(zhì)密度與青貯原料干物質(zhì)含量密切相關(guān)［3，35］。水起到顆粒潤(rùn)滑劑的作用，以減少原料之間的內(nèi)摩擦力。水分太少則顆粒間存在較高的內(nèi)摩擦力，增加了原料重排與壓實(shí)的困難，形成更多和更大的氣穴。例如，隨著玉米［44］、向日葵（Helianthus annuus）［45］成熟度的增加干物質(zhì)含量增加致使青貯密度減少。因此，全株玉米原料的建議含水量為65%～70%，其他原料的建議含水量為60%～65%［46］。此外，原料粒徑影響流動(dòng)性和填充性能，青貯原料越短越有利于提升青貯密度［34，43，47-48］。例如，隨著原料粒徑的減小，玉米青貯飼料［44］和全株水稻（Oryza L.）［49］的青貯密度增加。

給料速度（Delivery rate）指單位時(shí)間內(nèi)傳輸至青貯設(shè)施的原料噸數(shù)（t·h-1），主要影響填充壓實(shí)的可用時(shí)間。作物的給料速度受收獲率、收割機(jī)、運(yùn)輸設(shè)備和運(yùn)輸距離等因素影響。玉米的收獲率通常比其他飼用作物快。自走式收割機(jī)通常比牽引式收割機(jī)效率更高。當(dāng)所有其他因素保持不變時(shí)，給料速度越大青貯密度越低［3］。若生產(chǎn)中雇傭承包商收獲原料，通過(guò)降低給料速度以便有充足的時(shí)間壓實(shí)通常難以實(shí)現(xiàn)。

鋪填厚度（Layer thickness）為機(jī)械壓實(shí)之前鋪填在青貯貯存設(shè)施中的原料厚度。該值越小，當(dāng)所有其他因素保持不變時(shí)，青貯密度越高［44］。在一項(xiàng)玉米窖貯試驗(yàn)中，青貯密度與鋪填厚度呈負(fù)相關(guān)（R2=-0.821）［50］。在散布時(shí)，可以使用青貯原料在送料車中占據(jù)的體積（V）和期望厚度（T）來(lái)估算所需散布區(qū)域的面積（S=V/T）。例如，送料車中青貯原料占據(jù)的體積為15 m3，期望填充厚度為15 cm，則散布區(qū)域的面積應(yīng)為100 m2；再根據(jù)鋪填寬度和坡高即可獲得鋪填所需的長(zhǎng)度，作業(yè)時(shí)設(shè)定推料設(shè)備距離上一批青貯原料的高度為15 cm，由下向上均勻推料。鋪填過(guò)厚需要多次壓實(shí)才能達(dá)到規(guī)定密度；鋪填過(guò)薄，總壓實(shí)遍數(shù)增加。最優(yōu)的鋪填厚度應(yīng)兼顧壓實(shí)機(jī)械功耗和青貯密度，建議值為15～30 cm。采用圖4（B）所示的楔形填充方式優(yōu)于圖4（A）所示的水平填充方式，將青貯原料鋪攤均勻后，經(jīng)壓實(shí)后再次鋪填。楔形填充可使窖頭方向的青貯料堆提前達(dá)到目標(biāo)填料高度，有利于該部分及時(shí)覆膜。鋪填厚度是可控的，且是影響青貯密度的又一重要因素。

坡度（Slope）為兩點(diǎn)之間的高差與兩點(diǎn)之間的水平距離之比，表征青貯作業(yè)單元的陡緩程度。壓實(shí)時(shí)最大坡度不應(yīng)超過(guò)1/3（與水平地面的夾角為18.5°），否則有翻車風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)坡度較大會(huì)導(dǎo)致在坡面上工作的時(shí)間減少，也會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致青貯密度低于最佳水平。較淺的坡度有利于良好的填充和營(yíng)造更安全的駕駛表面。當(dāng)青貯給料速度過(guò)快時(shí)，可將坡度調(diào)整為1/4，以便給壓實(shí)工作更多的空間來(lái)處理每一批給料。特別地，在如圖4（C，D，E）所示的青貯窖邊壓實(shí)方法中，為窖邊營(yíng)造適宜坡度有利壓實(shí)。

3.3 壓實(shí)機(jī)械

青貯散布裝置如圖5（A，B，C，D）所示。在短時(shí)間內(nèi)將原料進(jìn)行攤鋪，對(duì)于節(jié)省時(shí)間并提高壓實(shí)效率至關(guān)重要。目前，在傳統(tǒng)犁板和青貯散布鏟的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了具有更強(qiáng)向前擴(kuò)展功能的滾筒式散布器，以應(yīng)對(duì)大批量卸料或青貯窖較窄的場(chǎng)景。卸料堆越高，所需滾筒直徑越大［52］。據(jù)介紹，裝載旋轉(zhuǎn)式青貯散布器的拖拉機(jī)只需通過(guò)一次，即能有效減少進(jìn)料層厚度，為碾壓做好準(zhǔn)備；在青貯堆邊緣作業(yè)時(shí)，可打開(kāi)側(cè)布以防止原料散落至料堆以外［53］。

在窖貯和堆貯中，原料散布后通過(guò)拖拉機(jī)碾壓是當(dāng)前提高青貯密度的最佳策略。拖拉機(jī)重量是影響青貯密度的關(guān)鍵因素。Tan等［50］發(fā)現(xiàn)堆貯中青貯密度與壓實(shí)壓力呈顯著正相關(guān)（R2=0.919，Plt;0.01）。Darby等［54］基于調(diào)查數(shù)據(jù)建立青貯密度預(yù)測(cè)方程，即ρdm=200+4×mv。式中，ρdm為青貯干物質(zhì)密度（kg·m-3），mv為壓實(shí)車輛的重量（t）。Ruppel等［55］調(diào)查了30個(gè)青貯窖，發(fā)現(xiàn)與青貯干物質(zhì)密度相關(guān)的最重要因素是單位表面積的包裝時(shí)間和拖拉機(jī)重量。隨后的試驗(yàn)證實(shí)了拖拉機(jī)重量的重要性，包裝時(shí)間次之［32，34］。Honig等［24］的研究表明，隨著拖拉機(jī)重量的增加青貯密度增加。又如，隨著壓力的增加，全株向日葵青貯密度增加［45］。當(dāng)給料速度增加時(shí)，一臺(tái)包裝拖拉機(jī)可能不足以達(dá)到所需的青貯密度，可根據(jù)窖或堆的大小增加拖拉機(jī)。使用同等重量的拖拉機(jī)比一臺(tái)重型拖拉機(jī)和一臺(tái)輕型拖拉機(jī)更為有利。

與車重相比，輪胎大小和車速對(duì)青貯密度影響相對(duì)較小且研究結(jié)果并不一致。例如，Muck等［44］發(fā)現(xiàn)，使用單輪或雙輪包裝拖拉機(jī)對(duì)青貯密度無(wú)影響。也有研究顯示使用雙輪可降低青貯密度［24，36］。理論上，接觸壓力（Contact pressure）與設(shè)備的表面積有關(guān)，浮動(dòng)輪胎、履帶或雙輪會(huì)產(chǎn)生更大的接觸面積，因此與較窄的輪胎相比壓實(shí)度更低。單雙輪壓實(shí)結(jié)果的不一致可能受其他因素的影響所致。行駛速度主要影響青貯原料的壓實(shí)時(shí)間。當(dāng)行駛速度過(guò)高時(shí)，作用在原料上的壓實(shí)能量減少，可能導(dǎo)致所需的壓實(shí)遍數(shù)增加。Borreani等［24，56］調(diào)研顯示，速度對(duì)青貯密度無(wú)影響。但也有研究顯示青貯干物質(zhì)密度與包裝時(shí)間具有相關(guān)性［3，44］。

此外，據(jù)稱如圖5（E）所示的新型青貯碾可將青貯壓實(shí)效率提升4倍，有效節(jié)省時(shí)間和燃料成本；與傳統(tǒng)拖拉機(jī)壓實(shí)相比，裝配青貯碾可將青貯干物質(zhì)密度提高40%。使用傳統(tǒng)壓實(shí)方法的青貯干物質(zhì)密度為180～200 kg·m-3，而使用青貯碾青貯干物質(zhì)密度普遍可達(dá)320 kg·m-3 ［57］。近年來(lái)，學(xué)者借鑒公路建設(shè)中的振動(dòng)壓實(shí)探討對(duì)青貯壓實(shí)的效果，振動(dòng)壓實(shí)有利于減少玉米青貯壓實(shí)時(shí)間［58］和提升萎蔫禾草壓實(shí)性能［59］。與傳統(tǒng)拖拉機(jī)產(chǎn)生的重力壓實(shí)相比，振動(dòng)壓實(shí)時(shí)的工作寬度增加，但其對(duì)窖壁的負(fù)荷影響如何有待研究［59］。

4 青貯壓實(shí)的技術(shù)策略

4.1 青貯壓實(shí)最適密度

理論上，施加的壓力越大孔隙度越低，殘留的氧氣越少，在密閉空間內(nèi)從有氧階段進(jìn)入無(wú)氧階段干物質(zhì)的消耗越少，在開(kāi)窖后低孔隙度造成的二次發(fā)酵損失越少。但從貯存設(shè)施、青貯原料和壓實(shí)成本綜合考慮，青貯密度并非越大越好。青貯密度越高，對(duì)窖壁的壓力越大［47］，故青貯壓實(shí)還應(yīng)考慮窖墻的承壓能力。對(duì)于青貯原料而言，完成的最大青貯密度應(yīng)使水分不溢出為宜［60］。例如，含水量73.4%FW的混合牧草在更重的輪式裝載機(jī)下獲得更高的青貯干物質(zhì)密度（222 vs 204 kg·m-3），但所制的青貯其干物質(zhì)損失率更高，推測(cè)主要源于高青貯密度下產(chǎn)生了更多的青貯滲出液［39］。對(duì)于發(fā)酵微生物而言，在青貯干物質(zhì)密度下產(chǎn)生的壓力應(yīng)不影響微生物正常生長(zhǎng)代謝。使用4.6 t的約翰迪爾（John Deere，型號(hào)6230）壓實(shí)干物質(zhì)含量為32%FW的堆貯玉米，在壓實(shí)過(guò)程中檢測(cè)的最大壓力為0.726 bar；壓實(shí)后填料高度為1.6 m，在底部最高青貯密度535 kg·m-3下檢測(cè)到最大殘余壓力（Residual pressure）為0.46 bar［50］。在一項(xiàng)填料高度為4.7 m的窖貯壓實(shí)過(guò)程中，記錄的最大壓力為0.144 bar［40］。在一項(xiàng)制作的青貯密度為822 kg·m-3的窖貯壓實(shí)過(guò)程中，記錄的最大壓力為0.28 bar［61］。植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）是青貯發(fā)酵常用的微生物菌劑。在一項(xiàng)壓力測(cè)試中，表明其可以耐受1 500 bar的壓力［62］。據(jù)此，我們推測(cè)青貯壓實(shí)產(chǎn)生的壓力不足以對(duì)發(fā)酵微生物生命活動(dòng)產(chǎn)生不利影響。對(duì)于壓實(shí)機(jī)械而言，由于需要重型壓實(shí)設(shè)備或延長(zhǎng)壓實(shí)時(shí)間（直接延長(zhǎng)壓實(shí)時(shí)間，或通過(guò)減少鋪層厚度延長(zhǎng)），獲得高青貯密度成本高昂［60］，還需考慮進(jìn)一步增加的壓實(shí)投入和其后的干物質(zhì)回收之間的投入與產(chǎn)出比。

綜上，實(shí)踐中青貯密度并非越高越好。例如，以典型草原牧草為原料，比較4個(gè)青貯密度（200，250，300和400 kg·m-3）下青貯的感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分和有機(jī)酸含量，結(jié)果顯示在300 kg·m-3下青貯品質(zhì)最佳［63］。以構(gòu)樹（Broussonetia papyrifera）為原料分析不同青貯密度（250 vs 500 kg·m-3）下青貯發(fā)酵質(zhì)量，在低密度下添加植物乳桿菌也可獲得較好的發(fā)酵效果［64］。盡管少量研究表明在較低密度下也可能獲得較好的青貯發(fā)酵效果［11，13，63-64］，但當(dāng)前生產(chǎn)中一般建議將孔隙度控制在40%以下，以排除大部分氧氣和限制開(kāi)窖后氧氣擴(kuò)散到青貯飼料中的速率［21］。為了保持孔隙率低于40%，窖貯系統(tǒng)的最小體積密度至少需要達(dá)到約700 kg·m-3 ［65］（見(jiàn)圖2）。如原料干物質(zhì)為35%，則需要青貯干物質(zhì)密度達(dá)到245 kg·m-3。對(duì)于裹包青貯的推薦最小青貯干物質(zhì)密度建議為162 kg·m-3［39］。對(duì)于玉米籽粒復(fù)水青貯，其顆粒粒徑更小且更易二次發(fā)酵，則需青貯密度達(dá)1 000 kg·m-3以上［66］。上述推薦密度是最小可接受的青貯密度，在水分不溢出的前提下目標(biāo)青貯密度高于此推薦密度更佳。

4.2 青貯填料壓實(shí)流程

優(yōu)質(zhì)青貯是壓出來(lái)的，堆貯或窖貯的簡(jiǎn)要壓實(shí)流程如下：

人員：操作人員經(jīng)驗(yàn)豐富、訓(xùn)練有素，并根據(jù)需要提供培訓(xùn)，以確保正確執(zhí)行和安全操作。推式拖拉機(jī)應(yīng)由最熟練的操作員擔(dān)任，嚴(yán)禁酒后作業(yè)、帶病作業(yè)、疲勞作業(yè)。由青貯經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)青貯生產(chǎn)，協(xié)調(diào)卸料進(jìn)度，監(jiān)督每層推料厚度，實(shí)時(shí)監(jiān)控壓實(shí)過(guò)程；當(dāng)使用2臺(tái)或多臺(tái)拖拉機(jī)時(shí)，建立駕駛程序，避免拖拉機(jī)之間或與窖壁發(fā)生碰撞。設(shè)置警戒區(qū)，嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員進(jìn)場(chǎng)。

機(jī)械：車況良好，且配備翻滾保護(hù)系統(tǒng)；車輪牽引良好，胎壓適宜（2.5～3 bar）；使用前用高壓水槍洗凈胎面花紋溝槽中的泥土或其他殘留物。宜選擇重型拖拉機(jī)，為增加機(jī)械重量，可安裝混凝土或磁鐵礦等配重塊，或于輪胎中注水（或氯化鈣溶液），以達(dá)到增加機(jī)械重量、穩(wěn)定性和行駛平穩(wěn)性的目的。能否增掛或注水取決于機(jī)械型號(hào)，具體操作方法詳詢供應(yīng)商。

卸料：從收割到入窖時(shí)間越快越好，切勿雨中作業(yè)，控制在4 h以內(nèi)。料卸處應(yīng)離底墻和邊墻保持一定距離，為隨后推料造形預(yù)留空間。交替傾倒，且卸料與隨后的推料和碾壓連續(xù)進(jìn)行［20］。

推料：卸料后立即推料；依次從料堆邊緣撇去原料，然后向底墻或邊墻方向推料。分?jǐn)偟竭厜Φ脑弦冉阎虚g的位置高，便于形成如圖4（E）所示的U形料堆，側(cè)壓時(shí)車輛會(huì)向窖中傾斜，這樣便于壓實(shí)窖邊緣原料。分?jǐn)偟浇杨^方向的原料要比窖尾方向的位置高，便于形成如圖4（B）所示的楔形料堆，并使坡度不超過(guò)1/3。隨后薄層（約15～30 cm）以漸進(jìn)式楔形方式分布和填充，統(tǒng)一鋪填厚度以減少拱形或杯形填充，最終減少青貯密度變化。當(dāng)高出青貯窖100 cm以內(nèi)時(shí)，通過(guò)推料逐步將青貯料堆形狀調(diào)整為弧形屋脊?fàn)?，以利排水?/p>

碾壓：一般在壓實(shí)機(jī)前裝載散布器，通過(guò)一個(gè)復(fù)合機(jī)械同步完成推料和碾壓。行駛方向與窖墻走向一致，避免大幅度改變方向或轉(zhuǎn)動(dòng)輪胎帶出飼料；緩慢行駛（速度5～8 km·h-1），避免車輪打滑帶出飼料；為使原料彈力消失，應(yīng)至少碾壓每層原料表面2次，常采用車轍壓車轍的方式，每次移動(dòng)半個(gè)車轍距離；層層碾壓，只有下部壓實(shí)，上部才能有效壓實(shí)，避免層與層之間壓實(shí)不足殘留空氣產(chǎn)生的氣墊效應(yīng)。要特別注意碾壓四周和角落，確保犁板的寬度比車軸窄，或者使用一臺(tái)沒(méi)有犁板的拖拉機(jī)，以利輪胎靠近窖壁碾壓。此外，青貯堆（或窖）的頂層更易暴露在徑流和氧氣中，可適當(dāng)增加碾壓表面的時(shí)間；也可向窖壁邊或頂層的原料加倍噴灑經(jīng)驗(yàn)證的青貯添加劑［64］。

5 小結(jié)與展望

青貯密度之于青貯生產(chǎn)的重要性猶如種植密度之于作物生產(chǎn)。考慮不同的作物特征及壓實(shí)成本，理論上存在一個(gè)最適的青貯密度范圍，有待進(jìn)一步研究。適宜的青貯密度將帶來(lái)更好的發(fā)酵、保留更多的營(yíng)養(yǎng)、節(jié)省存儲(chǔ)空間、減少二次發(fā)酵，最終節(jié)省飼料成本。對(duì)于裹包青貯，高的青貯密度有利于堆放、搬運(yùn)和運(yùn)輸；青貯密度不足將引發(fā)裹包變形、坍塌。當(dāng)前，青貯壓實(shí)在我國(guó)青貯工業(yè)生產(chǎn)中仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)種養(yǎng)技術(shù)相比，青貯壓實(shí)更加依賴機(jī)械設(shè)備。生產(chǎn)中仍需進(jìn)一步普及青貯壓實(shí)技術(shù)的重要性，持續(xù)提高青貯壓實(shí)水平。

此外，青貯壓實(shí)設(shè)備是草業(yè)機(jī)械的重要品類，其發(fā)展本身對(duì)國(guó)家青貯工業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。在壓實(shí)過(guò)程中，大型設(shè)備很難壓實(shí)距離窖壁20 cm內(nèi)的青貯（對(duì)駕駛技術(shù)要求高），且我國(guó)存在數(shù)量眾多的小型窖，故應(yīng)關(guān)注壓實(shí)性能優(yōu)異的小型壓實(shí)機(jī)械研制。“能否突破現(xiàn)有壓實(shí)機(jī)械，通過(guò)夯實(shí)機(jī)或振動(dòng)碾進(jìn)一步提升青貯密度？”值得研究。特別地，還應(yīng)聚焦傳統(tǒng)青貯機(jī)械與新能源、新材料、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的融合實(shí)踐，通過(guò)青貯壓實(shí)機(jī)械與傳感器和控制系統(tǒng)的融合，實(shí)現(xiàn)青貯密度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，研發(fā)智能青貯壓實(shí)設(shè)備。

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（責(zé)任編輯 劉婷婷）