塑料大棚在苜蓿干燥中的应用研究

尹强，贾玉山，闫志坚，王育青*，常春，王志军，王慧

(1.中国农业科学院草原研究所，国家牧草产业技术体系鄂尔多斯综合试验站，农业部鄂尔多斯沙地草原生态环境重点野外

科学观测试验站，内蒙古 呼和浩特 010010；2.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019)

塑料大棚在苜蓿干燥中的应用研究

尹强1，贾玉山2，闫志坚1，王育青1*，常春1，王志军2，王慧1

(1.中国农业科学院草原研究所，国家牧草产业技术体系鄂尔多斯综合试验站，农业部鄂尔多斯沙地草原生态环境重点野外

科学观测试验站，内蒙古 呼和浩特 010010；2.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019)

摘要：以黄淮海地区紫花苜蓿为研究材料，利用塑料大棚进行苜蓿干燥试验研究，探讨其干燥效果及其可利用性。结果表明，1)塑料大棚内的气温变化范围为27~46℃，比大棚外高5~13℃,空气相对湿度变化范围为16%~52%，比大棚外低9~24个百分点，其对加快苜蓿干燥和营养保存具有明显的促进作用，适合进行苜蓿干草调制，而且可在一定程度上降低夜间湿度过大及阴雨天气对干燥的不利影响，进而生产出优质的苜蓿干草；2)苜蓿在压扁刈割后置于塑料大棚内干燥效果显著，只需32 h即可将含水量降至15%以下，干燥时间比对照组缩短了48 h，而且营养物质保存较好，CP和TDN含量为18.64%和66.72%，分别比对照组提高了20.73%和11.00%，NDF和ADF含量为41.89%和29.65%，分别比对照组降低了12.60%和17.87%。因此，塑料大棚干燥是一种较为理想的调制优质苜蓿干草的方法，适合在降雨量偏多地区、苜蓿种植面积相对较小的农户中推广应用。

关键词：苜蓿；塑料大棚干燥；压扁；温湿度；营养成分

DOI：10.11686/cyxb2014335

Yin Q, Jia Y S, Yan Z J, Wang Y Q, Chang C, Wang Z J, Wang H. Plastic covered sheds for drying alfalfa. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(7): 205-211.

尹强, 贾玉山, 闫志坚, 王育青, 常春, 王志军, 王慧. 塑料大棚在苜蓿干燥中的应用研究. 草业学报, 2015, 24(7): 205-211.

http://cyxb.lzu.edu.cn

收稿日期：2014-08-20；改回日期：2014-10-15

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划课题(2012BAD13B07)，国家牧草产业技术体系项目(CARS-35)和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(中国农业科学院草原研究所1610332015006, 1610332014004)资助。

作者简介：尹强(1984-)，男，内蒙古鄂尔多斯人，助理研究员，博士。E-mail:yinqiang0477@126.com

通讯作者*Corresponding author. E-mail:wyq1960@sohu.com

Abstract:Alfalfa (cv. Suntoryin) was dried in clear plastic covered sheds to investigate the benefits for alfalfa hay production in the Huanghuaihai region. Air temperatures in the plastic covered shed were 27-46℃ higher than the outside temperature (5-13℃); there lative humidity under plastic was 16%-52% lower than that outside indicating that plastic covered sheds could increase alfalfa drying rate, helping to maintain forage value while eliminating the risk of high night humidity and rain. The moisture content of alfalfa dried under plastic was reduced to 15% after 32 hours, 48 hours less than the control. The crude protein and total digestible nutrient contents were 18.64% and 66.72%, 20.73% and 11.00% higher than the control, respectively; neutral detergent fiber and acid detergent fiber contents were 41.89% and 29.65%, 12.60% and 17.87% lower than the control, respectively. Alfalfa dried under plastic dried more quickly and was of higher quality suggesting that the use of plastic covered drying sheds would be advantageous for farmers with relatively small areas of alfalfa who live in high rainfall areas.

Plastic covered sheds for drying alfalfa

YIN Qiang1, JIA Yu-Shan2, YAN Zhi-Jian1, WANG Yu-Qing1*, CHANG Chun1, WANG Zhi-Jun2, WANG Hui1

1.InstituteofGrasslandResearchofCAAS,ErdosComprehensiveResearchStationForageIndustrializationTechnologicalSystemofPRC,ErdosKeyResearchStationforFieldObservationofEcologicalEnvironmentonSandyGrasslandMOAofPRC,Hohhot010010,China; 2.CollegeofEcologyandEnvironmentScience,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot010019,China

Key words: alfalfa; plastic shed drying; flattening; temperature and humidity; nutrient content

近年来，随着我国舍饲养殖业的兴起，牲畜饲养规模逐年扩大，草畜矛盾逐渐凸显，成为制约我国畜牧业可持续发展的瓶颈，而建植人工草地是解决饲草短缺问题，保证饲草均衡、充足供应的重要途径。苜蓿(Medicagosativa)作为世界上种植面积最大、经济价值最高的优质豆科牧草，在现代草业的可持续发展中占据突出的地位[1-3]，是人工草地建植的首选牧草。然而，由于苜蓿在干草调制过程中的营养损失较大，致使其产品质量仍处于较低水平。引起苜蓿营养物质流失的因素很多，包括呼吸作用、机械作业、阳光照射、发热霉变及雨淋等。研究表明，呼吸作用造成的干物质损失一般为2%~8%[4]，机械作业的叶片损失一般为20%~30%[5]，阳光照射引起的胡萝卜素损失约为75%[6-7]，而由连续阴雨导致苜蓿发热霉变的营养物质损失甚至可达50%以上[8]。因此，如何缩短干燥时间、避免遭受雨淋是减少苜蓿营养物质流失，防止干草发霉变质，进而生产出优质干草的关键。

在生产实践中，可通过为苜蓿创造干燥条件，以达到加快苜蓿干燥、减少营养损失的目的，如改变干燥环境的温湿度、空气流动速度或减小植株内部水分扩散阻力等，主要包括压扁茎秆干燥、化学干燥剂干燥及塑料大棚干燥等[9-11]。尽管压扁茎秆及使用化学干燥剂的干燥效果显著，但在降雨量偏多的地区仍面临遭受雨淋的风险，塑料大棚干燥可以较好地解决这一问题。国内外关于塑料大棚干燥的报道相对较少，辻久郎和肖文一[12]针对日本西南温暖多雨地区的干草生产，提出一种利用太阳能而随时调制干草的方法，即利用塑料大棚的干燥设备。杨洪才[13]的试验结果表明，当秋季晴天气温为15~25℃时，塑料大棚内温度可上升12~22℃，热空气温度可达到27~47℃。崔日顺等[14]利用塑料大棚调制苜蓿干草的试验研究得出，在干燥期间，塑料大棚内最高温度和湿度分别为52℃和69%，最低温度和湿度分别为21℃和21%。与自然干燥相比，塑料大棚干燥的干草含叶较多，颜色绿，有芳香味，粗蛋白含量提高了14.97%，其他营养成分含量有不同程度的提高。

本研究以“三得利”紫花苜蓿品种为试验原料，通过对塑料大棚的干燥条件、干燥时间及干燥效果等的研究，探讨适合降雨量偏多地区小农户种植苜蓿的干草调制技术条件，为解决当地苜蓿干草生产中存在的关键问题提供可借鉴的理论依据和技术支持。

1材料与方法

1.1　试验设计

试验紫花苜蓿品种为“三得利”，取自山东省胶州市胶莱镇青岛农业大学试验基地。随机选取生长状况良好的苜蓿地(单茬鲜草每hm2产量约为14.25 t)，于2011年7月4日上午9:00使用压扁割草机(型号为FC202R)刈割处于初花期的苜蓿，留茬高度5~6 cm，通过调节机械参数将刈割苜蓿分为未压扁和压扁两部分。刈割后苜蓿分别置于苜蓿地和塑料大棚中进行干燥，草条厚度约为15 cm，宽度约为50 cm，每天上午人工翻晒1次。试验所用的塑料大棚是规格为10 m×5 m×2 m的简易塑料大棚，试验地通风条件良好，地表土壤稍润。具体试验设计如表1。

表1　苜蓿干草调制试验设计

苜蓿在干燥过程中，分别于每天7:00至21:00每隔2 h对塑料大棚内外的温湿度进行测定，每隔4 h取样1次进行含水量的测定，干草含水量约为15%时停止测定；每天于19:00取样1次进行苜蓿营养成分的测定。每次采集的干草样品重量约为500 g，重复3次。

1.2　测定指标及方法

测定的主要指标为气温、空气相对湿度、苜蓿含水量、粗蛋白(crude protein, CP)、粗灰分(crude ash, CA)、粗脂肪(ether extract, EE)、粗纤维(crude fiber, CF)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)、钙(Ca)、磷(P)及胡萝卜素(carotene)，计算指标为干物质(dry matter, DM)、无氮浸出物(nitrogen free extract, NFE)和总消化营养成分(total digestible nutrient, TDN)。

气温和空气相对湿度利用干湿球温度计(BKW7-ZD20094)测定；苜蓿含水量、DM、 CA和EE的测定参照杨胜[15]主编的《饲料分析及饲料质量检测技术》，即含水量采用减重法进行测定，DM通过含水量计算，CA采用GB6439-92燃烧法测定，EE采用索氏脂肪提取法测定；CP利用FOSS Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪进行测定，CF、NDF和ADF利用FOSS Fibertec 2010全自动纤维分析系统进行测定；Ca含量采用乙二胺四乙酸钠(EDTA)络合滴定法测定，P含量采用钼黄比色法测定[16]；胡萝卜素含量采用纸层析法测定。

无氮浸出物(NFE)的计算方法为：NFE(%)=1-(CP%+CF%+CA%+EE%)

总消化营养成分(TDN)采用修奈达氏(SCHNEDER)方法，计算公式为：

TDN(%)=200.8-1.182×(CP%)-2.616×(CF%)-0.949×(NFE%)

1.3　数据分析

应用Microsoft Excel 2003软件进行数据前期处理和图表制作，应用SAS 9.0软件进行数据的方差分析。

2结果与分析

2.1　塑料大棚内外的温湿度差异

苜蓿干燥期间，试验地的天气状况分别为：晴、晴转多云、多云转阴和多云转晴。对塑料大棚内外温湿度的测定，得出其变化曲线(图1、图2)。

图1　苜蓿在干燥过程中塑料大棚内外的温度变化曲线Fig.1　The change curve of temperature both inside and outside of plastic shed in drying process of alfalfa

图2　苜蓿在干燥过程中塑料大棚内外的空气相对湿度变化曲线Fig.2　The change curve of air relative humidity both inside and outside of plastic shed in drying process of alfalfa

苜蓿在干燥过程中，随着昼夜的更替及天气的变化，试验地田间和塑料大棚内的温湿度变化均表现为白天气温升高，湿度降低，夜间气温下降，湿度增加；第3天由于天气的原因，气温较低，湿度较大，同时昼夜的温湿度变化较小。由图1可看出，苜蓿干燥期间塑料大棚内外的气温差异较大，大棚外气温的变化范围为22~33℃，平均气温26.6℃；而大棚内气温的变化范围为27~46℃，平均气温34.5℃，昼夜气温均显著高于大棚外气温(P<0.05)，晴天时一般在中午13:00时大棚内气温最高，在凌晨5:00时最低。由图2可得，大棚外空气相对湿度的变化范围为25%~76%，平均相对湿度53.7%；而大棚内空气相对湿度变化范围为16%~52%，平均相对湿度37.8%，昼夜空气湿度均显著低于大棚外空气湿度(P<0.05)，晴天时一般在中午13:00时大棚内空气湿度最低，在凌晨5:00时最高。因此，相比较而言，塑料大棚内的气温更高，比大棚外高5~13℃，而空气相对湿度更低，比大棚外低9~24个百分点，而且受昼夜变化和天气的影响较小，适合进行苜蓿干草调制，对苜蓿干燥和营养保存具有积极的促进作用。

2.2　不同干燥处理对苜蓿干燥速率的影响

通过对不同干燥处理的苜蓿样品在干燥过程中含水量的监测，得到各处理苜蓿含水量的变化曲线(图3)。

图3　不同干燥处理苜蓿在自然干燥过程中的含水量变化曲线Fig.3　The change curve of moisture content of alfalfa with different drying treatment in the natural drying process

苜蓿在自然干燥过程中，其含水量变化呈起伏下降趋势，在白天总体呈递减趋势，为苜蓿的干燥过程，而在夜间总体呈递增趋势，为苜蓿的吸潮过程。其主要原因是白天太阳辐射强烈，气温较高，空气湿度较小，风速较大，苜蓿植株体内水分向大气中扩散，含水量逐渐下降；而夜间由于没有太阳辐射，气温较低，空气湿度较大，风速较小，大气水分向苜蓿体内迁移，苜蓿含水量逐渐上升。

从图3可以看出，经不同干燥处理的苜蓿干燥速率之间也存在较大差异。总的来看，压扁苜蓿的干燥速率显著大于未压扁苜蓿(P<0.05)，塑料大棚内干燥的苜蓿干燥速率显著大于田间自然干燥的苜蓿(P<0.05)。此外，田间自然干燥的处理(A1和A2)受昼夜变化和天气的影响较大，在夜间和阴雨天气容易发生严重的吸潮现象，苜蓿含水量迅速上升，在干燥过程中由吸潮引起的含水量增加值最大时可达近20个百分点，严重阻碍了苜蓿的干燥进程，同时造成了营养物质的大量流失；而塑料大棚干燥处理B1和B2受其影响较小，干燥过程中由吸潮引起的含水量增加值最大时也不超过10个百分点，促进了苜蓿的干燥进程。各处理苜蓿干燥速率的大小顺序依次为：B2>B1>A2>A1，其中B2的干燥速率最快，只需要32 h即可将苜蓿含水量降至15%以下，比对照组A1缩短近48 h，大大缩短了干燥时间。因此，从加快苜蓿干燥进程的角度来看，塑料大棚干燥可显著提高其干燥速率，缩短干燥时间，并可在一定程度上降低夜间湿度过大及阴雨天气对干燥的不利影响。

2.3　不同干燥处理对苜蓿营养成分的影响

苜蓿干草品质的优劣取决于其营养物质的保存情况，如何减少干燥过程中营养物质的流失是获得优质干草的关键。测定苜蓿干燥处理后的营养成分含量如表2。

由表2可以看出，苜蓿的各营养成分含量在干燥前后均发生了显著的变化(P<0.05)。当苜蓿的含水量降至14%~15%时，与原样相比，CP、TDN和胡萝卜素等营养成分含量显著降低(P<0.05)，纤维类物质显著增加(P<0.05)。不同干燥处理组中，各营养指标也存在不同程度的差异，其中B2的CP、EE、P、NFE和TDN含量最高，分别为18.64%，5.42%，0.214%，39.73%和66.98%；A2的Ca、胡萝卜素含量最高，为1.025%和36.90 mg/kg；B2的CA、CF、NDF和ADF均为最低，分别为7.89%，28.32%，41.89%和29.65%。因此，B2是各处理中营养价值最高的组，与其他处理组差异显著(P<0.05)，其次为B1和A2；与对照组A1相比，B2的CP和TDN含量分别提高了20.73%和11.00%，CF、NDF和ADF含量分别降低了13.79%，12.60%和17.87%。以上结果表明，塑料大棚干燥对苜蓿营养物质的保存好于自然干燥，主要原因是其不仅大大加快了苜蓿的干燥速率，而且可以防止露水对营养成分的淋溶作用，减少了干燥过程中营养物质的流失，营养物质保存较好；此外，经压扁处理的苜蓿由于干燥速率大大快于未压扁苜蓿，干燥过程中的营养物质损失也明显少于未压扁苜蓿。

表2　不同干燥处理苜蓿在干燥后的营养成分含量

注：1.表中出现的“原样”指刈割后未进行干燥的苜蓿新鲜样品；2.表中数据为3次重复测得数据的平均值，同列数据后标注不同字母表示差异显著(P<0.05)。

Note: 1.Original sample in Table means fresh sample of alfalfa before drying. 2.Data in Table are the mean value of three samples, data followed by different letters in a same column indicate significant difference at 0.05 level.

然而，从表中还可以得出，仅从胡萝卜素含量来看，压扁苜蓿高于未压扁苜蓿，自然干燥苜蓿高于塑料大棚干燥苜蓿，其原因可能是导致胡萝卜素分解的主要是太阳直射引起的光化学作用，由于压扁处理可大大缩短干燥时间，因而胡萝卜素分解相对较少，而使用塑料大棚干燥虽也可缩短干燥时间，但也在一定程度上增强了太阳辐射强度，促进了胡萝卜素的进一步分解，因而胡萝卜素含量相对较低。

3讨论

3.1　苜蓿干草调制工艺条件的探讨

由于苜蓿在干燥过程中茎的干燥速率远远慢于叶片、嫩枝和花序，直接导致大量的叶片、嫩枝和花序等营养丰富的部分在机械作业时损失掉。研究表明，苜蓿在干燥过程中因叶片脱落导致的营养损失达到15%~20%，而当苜蓿叶片损失为12%时，其蛋白质的损失约占总蛋白质含量的40%[17]。采用机械压扁处理可有效加快苜蓿茎秆干燥速率，使苜蓿茎、叶的干燥速率尽可能保持同步[18-20]。崔日顺等[14]通过对塑料大棚干燥的试验研究得出，使用塑料大棚干燥可大大提高苜蓿干燥速率，进一步保存营养物质，与自然干燥相比，塑料大棚干燥的苜蓿干草所含叶片较多，颜色绿，有芳香味，CP、TDN和胡萝卜素含量分别提高了14.97%，4.81%和2.56%，但CF含量仅下降了1.17%。

本试验结果表明,塑料大棚干燥+压扁的处理不仅可大大缩短干燥时间，提高干燥速率，而且可在一定程度上降低夜间湿度过大及阴雨天气对干燥的不利影响，可生产出优质的苜蓿干草，与对照组相比，干燥时间缩短了48 h，CP和TDN含量分别提高了20.73%和11.00%，CF、NDF和ADF含量分别降低了13.79%，12.60%和17.87%。因此，该处理的苜蓿干燥效果较好，是较为理想的调制优质苜蓿干草的方法，适合在降雨量偏多、苜蓿种植面积相对较小的农户中推广应用。

3.2　塑料大棚干燥效益分析

本试验在青岛地区进行，苜蓿刈割由机械完成，翻晒由人工完成，因而与自然干燥相比，增加了塑料大棚成本和一定的劳动力成本，但同时节省了部分机械使用成本。试验所用的大棚为竹木结构的简易塑料大棚，使用竹片、粗竹竿、塑料薄膜和铁丝等原材料制作而成，规格为10 m×5 m×2 m，面积为50 m2，按照当时当地材料价格，大棚总成本约为460元。

苜蓿蛋白质含量的高低是决定苜蓿销售价位的重要质量指标，按照国内当时当地的行情，蛋白质含量为18%的苜蓿草捆售价为1800元/t，蛋白质含量每降低1个百分点，干草价格相应降低100元/t。苜蓿在压扁使用塑料大棚干燥后，CP含量可达18.64%，比田间直接干燥提高了3.2个百分点，可达到二级干草的标准。若按照每年每hm2产苜蓿干草14.25 t计算的话，相当于每hm2比原来多获利4560元。

使用塑料大棚调制苜蓿干草时，需根据天气状况选择转移牧草的具体时间。一般情况下，先将苜蓿的含水量预干到40%左右时再转移到塑料大棚进行后续干燥。若将含水量40%的苜蓿转移到大棚进行干燥，堆积高度一般为1 m，在不太压紧的情况下，每m2可堆放30 kg，因而该大棚每次总堆放量可达1500 kg，相当于每次可调制含水量为80%的鲜草约4500 kg，可制成含水量为20%的干草约1125 kg。在青岛地区，若按每年生产5茬苜蓿计算，一个大棚每年可生产干草5625 kg，因而由干草品质的提高可多获利1800元。由于试验用塑料大棚较为简易，使用寿命应在1年左右。若只按使用1年计算，除去大棚总成本460元，使用塑料大棚生产相同产量的苜蓿干草，每个大棚每年可比自然干燥多获利1340元。重要的是，塑料大棚干燥还可防止雨水、露水淋溶，适宜在多雨潮湿的地区使用，能够降低雨淋带来的风险。在生产实践中，可在塑料大棚内安装排风机，促进棚内空气的流通，可进一步提高苜蓿干燥速率，并防止干草发热霉变。

试验用塑料大棚为简易竹木结构塑料大棚，虽然取材方便、造价低、建造容易，但存在使用寿命短、抗风载性能差、作业不够方便等弊端，其结构还有待进一步改进。

4结论

塑料大棚内的气温比大棚外高5~13℃，而空气相对湿度比大棚外低9~24个百分点，因而塑料大棚对加快苜蓿干燥和营养保存具有明显的促进作用，而且可在一定程度上降低夜间湿度过大及阴雨天气对干燥的不利影响，进而生产出优质的苜蓿干草。

苜蓿在压扁刈割后置于塑料大棚内干燥效果显著，干燥时间大大缩短，营养物质保存较好，与对照组相比，干燥时间缩短了48 h，CP和TDN含量分别提高了20.73%和11.00%，NDF和ADF含量分别降低了12.60%和17.87%，是一种较为理想的调制优质苜蓿干草的方法。

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