青贮条件对草甸草原天然牧草青贮发酵品质的影响

范文强，侯美玲，格根图，成启明，卢 强，降小伟，贾玉山

(内蒙古农业大学草原与资源环境学院，农业部饲草栽培、加工及高效利用重点实验室，呼和浩特 010019)

内蒙古自治区有天然草原8800万公顷，占全国草原面积的22%，居全国五大草原之第二位，其中可利用草地面积占草地面积的84%〔1〕。广袤的草原历来是支撑畜牧业发展的坚实物质基础，但由于长期以来，天然草地资源利用不合理，导致天然草地利用率低，严重制约草地畜牧业发展。天然牧草青贮能够有效保存牧草中的营养、阻止有害微生物产生，而且能够延长牧草保存时间，可解决长期、高效、安全贮藏优质牧草的问题〔2，3〕。随着国家“草牧业”、“粮改饲”和第二轮“草原生态补助奖励机制”政策的实施，天然草地牧草青贮作为支撑集约化养殖和饲草长期战略储备的重点技术日益重要起来。与全株玉米、苜蓿、饲料稻等青贮研究相比，天然牧草青贮技术属于新的领域，不仅国外基本无人问津，且国内的研究历史也不超过30年。在调制青贮饲料过程中，受到青贮原料收获期、水分含量、切段长度、青贮密度以及可溶性糖含量等一系列因素的影响，往往会导致青贮品质差，甚至青贮失败〔4，5〕。张吉旺等(2000)研究表明，生长后期收获的植物其营养生长停滞、水分含量过低，蛋白质随生育期延迟而逐渐降低，进而导致青贮品质低〔6〕。吴进发等(1984)发现小叶章在抽穗期单独青贮，在籽实期避开羽茅的影响，此时营养品质较高〔7〕。王红梅等(2013)在研究草甸草原16个不同植物群落天然牧草青贮时发现，大部分天然牧草DM和WSC含量较高，BC较低，青贮成功率较高，天然牧草青贮后pH值、AN/TN、WSC间差异显著(P<0.05)，pH值均能降到6.00以下〔8〕。目前，天然牧草青贮现在主要集中在单种草方面，混合天然牧草青贮相对于单一天然牧草青贮加深了难度，故其研究报道较少。随着国家政策等的不断出台及天然草原研究前景广阔，混合牧草青贮正逐渐获得研究人员的重视。本文以草甸草原天然牧草为试验原料，通过对草甸草原天然牧草最适青贮条件的研究，探索最有利于天然牧草青贮发酵品质的青贮条件，为完善饲草青贮理论体系、提高天然草地资源利用率提供了一定的理论基础和可借鉴依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验以草甸草原(Meadowsteppe)天然打草场中野生天然牧草为试验材料，原料均来源于鄂温克旗伊敏苏木国家级草原固定监测点(48.27°N,119.44°E)，海拔620～677m，属中温带半干旱大陆性季风气候，年均降雨量320～350mm，无霜期约100～120d。样地为草甸草原，优势地带性群落为羊草草原群落，草甸草原天然牧草于2015年7月25日刈割，刈割时牧草处于盛花期。样地植物组成及化学成分情况如表1。

表1 草甸草原样地植物组成及化学成分情况

1.2 试验设计与处理

本试验根据影响天然牧草青贮发酵品质的刈割时间、水分含量、切短长度及青贮密度，设计四因素三水平L9(34)正交试验，将天然牧草青贮30天后，测定其pH值、有机酸和氨态氮含量，采用费氏(Flieg)评分法〔9〕，利用乳酸、乙酸、丁酸为基础进行评分，以每20分为一个标准，从0到100分共分失败、差、合格、好和很好5个等级，对草甸草原天然牧草的发酵品质情况进行测定研究，在实测各个指标的基础上，筛选出最适青贮条件。

表2 四因素三水平L9(34)正交试验设计表

1.3 测定指标

1.3.1 样品处理

称取10 g样品放入15cm×10cm的真空包袋中，加入90mL蒸馏水冰箱4℃放置24h，使用无菌匀质仪拍打3min(10次/min)，通过定性滤纸过滤(孔径30μm)，所制备的青贮饲料浸提液备用。

1.3.2 发酵品质

采用OHAUS-TARTER 100/B型酸度计测定pH值。利用高效液相色谱仪(岛津GC-8A，日本)分析滤液中乳酸(LA)、乙酸(AA)、丙酸(PA)、丁酸(BA)含量，(色谱柱：KC811 column,Shimadzu，日本；检测器：SPDM10AVP；流动相：3mmol·L-1高氯酸，流速1mL·min-1，柱温50℃；检测波长210nm，进样量5μL)〔108〕。采用苯酚-次氯酸比色法测定氨态氮(NH3-N)含量〔10〕。

1.4 数据分析

试验数据采用SAS9.0统计软件分析，用单因子方差分析(one-way ANOVA,LSD)中Duncan氏法进行多重比较，P<0.05为差异显著，P>0.05为差异不显著，结果用平均值(±标准差)表示。

2 结果与分析

2.1 青贮条件对天然牧草pH值的影响

青贮后的pH值可直观反应青贮品质的好坏。将青贮后草甸草原天然牧草中的pH作为一个因子，连同含水量、刈割时间、切短长度和密度，在这四个因子的协同作用中(每个因子三个水平)，它们对天然牧草青贮发酵品质的影响各不相同。K1、K2、K3分别代表在特定水平下的pH均值，各因子对天然牧草青贮发酵品质经极差分析衡量，极差越大，表示该因子对天然牧草青贮营养品质作用越大，反之亦然，结果如表3所示。

表3 正交试验pH值结果分析表

由正交分析R值可知，极差大小为D>B>C>A，说明四个因子中，密度对天然牧草青贮pH影响最大，刈割时期次之，切短长度又次之，含水量对其影响最小。不同处理间天然牧草青贮pH值存在差异，由K值大小可以推断出天然牧草青贮最适pH青贮条件为A1B2C3D3。处理8中天然牧草青贮的pH最低。

由表4和图1可知，D因素对天然牧草青贮的pH有显著影响(P<0.05)，B因素的第三个水平显著高于第一和第二个水平(P<0.05)，A、C因素的三个水平对天然牧草青贮的pH含量影响不显著(P>0.05)。综上所述，处理4对天然牧草青贮pH的影响显著低于其它处理。

表4 四因素对青贮后pH值的影响

注：表中数据为均值±标准误。不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，相同小写字母表示差异显著(P>0.05)。

Note: Data in the table are means ±SD. Different small letters mean significant difference (P<0.05), the same letters mean significant difference (P>0.05).

图1 正交试验设计pH值直观分析图

2.2 青贮条件对天然牧草发酵品质的影响

由表5可知，乳酸的含量以中水分(50～60%)、高水分(60～70%)含量较高，低水平(40～50%)含量的青贮最低。9个处理中，天然牧草青贮均以乳酸发酵为主，青贮后均含有少量丁酸。在有机酸的评分中，同乳酸含量一样，得分最高的也是以中水分(50～60%)和高水分(60～70%)含量青贮的天然牧草。在天然牧草青贮的AN/TN中，AN/TN含量越高，AN/TN得分越低，在9个处理中，处理4中水分(50～60%)、处理7、8高水分(60～70%)AN/TN含量较低，得分最高。由有机酸和AN/TN综合评分来看，处理8在有机酸得分和AN/TN得分情况较好，总分最高。

表5 正交试验青贮发酵品质得分表

将青贮后草甸草原天然牧草发酵品质综合评分作为一个因子，连同含水量、刈割时间、切短长度和密度，在这四个因子的协同作用中(每个因子三个水平)，它们对天然牧草青贮营养品质的影响各不相同。K1、K2、K3分别代表在特定水平下的WSC含量的均值，各因子对天然牧草青贮发酵品质综合评分经极差分析衡量，极差越大，表示该因子对天然牧草青贮发酵品质作用越大，反之亦然，结果如表6所示。

表6 正交试验青贮发酵品质结果分析表

由正交分析R值可知，极差大小为B>A>C>D，说明四个因子中以刈割时间对天然牧草青贮发酵品质影响最大，含水量对天然牧草青贮WSC品质影响次之，切短长度对天然牧草青贮发酵品质影响又次之，密度在上述四个因素中对天然牧草青贮发酵品质影响影响最小。不同处理间天然牧草青贮发酵品质存在差异，由K值大小可以推断出天然牧草青贮最适青贮条件为A3B2C3D1。处理5、8中天然牧草青贮的综合评分含量最高。

由表7和图2可知，B因素对天然牧草青贮的发酵品质综合评分含量有显著影响(P<0.05)，A因素的第三水平显著高于第一水平(P<0.05)，C因素的第三水平显著高于第二水平(P<0.05)，D因素对天然牧草青贮发酵品质综合评分影响不显著(P>0.05)。综上所述，处理5、7、8对天然牧草青贮发酵品质的综合评分的影响显著高于其它处理。

表7 四因素对青贮后发酵品质的影响

注：表中数据为均值±标准误。不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，相同小写字母表示差异显著(P>0.05)。

Note: Data in the table are means ±SD. Different small letters mean significant difference (P<0.05), the same letters mean significant difference (P>0.05).

图2 正交试验设计青贮发酵品质得分直观分析图

3 讨论

刈割时期对牧草青贮品质有较大影响。Fraser(2005)研究羽扇豆青贮时发现，在生长前期刈割会导致乳酸含量下降，pH和氨态氮含量上升〔11〕。张吉旺等(2000)通过研究收获期对玉米饲用营养价值的影响发现，于生长前期和生长后期收获均不利于青贮，青贮产品品质低〔6〕。本试验中7月下旬刈割的天然牧草青贮pH适宜，有机酸含量综合评分较高，为最佳刈割时期，7月上旬天然牧草处在生长期内，营养物质含量较少，8月上旬刈割常常会因为降雨不及时，导致部部分牧草会提前进入枯黄期，影响青贮品质。

水分含量是青贮成功的一个重要影响因素，在青贮中会要求一定的含水来保证乳酸菌的活动，为保证青贮渗出液不影响营养品质，牧草青贮前含水量应控制在59.3%～71.5%FM〔12〕，本试验中青贮含水量在50～60%FM和60～70%FM时，乳酸含量最高，氨态氮/总氮较低，综合评分最高，与其研究结果一致。陈鹏飞等(2013)研究不同含水量对光叶毛苕青贮品质时得到，低水分青贮时发生乳酸发酵，得到较低氨态氮和pH〔13〕，与本试验在低水分青贮时得到较高的氨态氮结果一致。刘秦华(2009)在王草青贮中也发现，经晾晒后的王草青贮会减少细胞液的渗出，减弱了微生物对可溶性碳水化合物的利用，从而降低了乳酸浓度，天然牧草青贮含水量在40～50%FM时乳酸含量少于其他含水量〔14〕。

调制青贮饲料时，尤其在大型青贮窖装填时原料的切短长度越短，越容易压实形成厌环境促进可溶性碳水化合物的利用及乳酸菌的发酵。余汝华(2004)在研究玉米秸秆青贮时发现，玉米秸外部结构坚硬，内部结构松散，青贮过程如果不进行切短处理，会有大量空气残余，青贮后好氧细菌活动旺盛，严重影响青贮饲料品质，但青贮饲料作为粗饲料其切短长度不宜低于<1cm，否则会影响反刍动物消化〔15〕。侯建建等(2016)研究切短长度对羊草、无芒雀麦、黄花草木樨和沙打旺青贮品质影响时发现，切短至3cm以下进行青贮，可以提高青贮后乙酸含量，抑制酵母菌、好氧细菌生长，防止二次发酵〔16〕，本试验天然牧草切短长度为1～3cm时，处理1、6、8中乙酸含量升高，与其研究结果类似。

Johnson等(2005)在研究真空青贮时发现，青贮时密度较低会导致容器内残存空气，为好氧细菌和兼性厌氧细菌提供有利生活环境，影响青贮过程中pH的下降和厌氧环境的形成。张庆(2016)研究不同密度羊草青贮时得到，密度为600kg·m-3比密度500kg·m-3得到更多的乳酸，更少的丁酸、氨态氮〔17〕。有研究表明，菊芋青贮随着青贮密度的增加，pH值和氨态氮含量也随之下降，当青贮密度>650kg·m-3时，未检测到丁酸，当青贮密度>700kg·m-3时，未检测到丙酸，当青贮密度>750kg·m-3时，pH值显著下降，说明当青贮密度>650kg·m-3，可得到发酵品质较好的菊芋青贮饲料〔18〕。杜珠梅等(2017)采用拉伸膜裹包青贮技术对天然牧草青贮，在青贮密度为300～350kg·m-3时，天然牧草青贮后，pH值低于其他青贮密度，未检测到乙酸和丁酸〔19〕。本试验在以上试验基础上，采用试验室小型青贮系统进一步提高了青贮密度，青贮密度450～500kg·m-3时pH显著低于其他组，青贮密度>400kg·m-3时处理7、处理8的氨态氮/总氮得分均为较高。

4 结论

通过四因素三水平L9(34)正交试验，对天然牧草刈割时间、水分含量、切短长度及青贮密度对其发酵品质情况进行测定研究，试验表明不同处理间天然牧草青贮发酵品质存在差异，对天然牧草青贮品质造成影响的因素由大到小依次为：刈割时间>含水量>切短长度>青贮密度。最终确定草甸草原天然牧草青贮最适条件是含水量为60～70%，刈割时间为7月下旬，切短长度为1～3cm，密度为450～500kg·m-3，该工艺水平下天然牧草青贮的发酵品质最佳。

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