苜蓿干草捆安全贮藏条件的研究

成启明，格根图，尹强，刘丽英，范文强，降晓伟，卢强，包健，贾玉山*

(1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，农业部饲草栽培、加工与高效利用重点试验室，内蒙古 呼和浩特 010019；2.中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010010)

2015年“中央一号文件”指出，为了加速草牧业的发展，国家大力支持苜蓿(Medicagosativa)等饲草料作物的种植。2011年我国农业部印发《全国节粮型畜牧业发展规划》，在此推动下，国家对优质饲草越来越重视。由中央财政每年安排5.25亿元实施的“振兴奶业苜蓿发展行动”计划，国家决定在奶牛和苜蓿主要生产省市，推行奶牛与高品质苜蓿的标准化生产，预计到十二五末，累计建设高产苜蓿基地13万hm2以上，苜蓿产业正在成为我国草产业和畜牧业发展的一个重要部分。苜蓿茎叶中富含多种营养物质，具有较高能量，被认为是奶牛的高标准优质饲草。研究发现在奶牛日粮中添加一定量的苜蓿，可以提高奶牛的乳脂率和产奶量[1]，因此苜蓿在畜牧业特别是奶业升级中发挥着重要作用。

王坤龙等[2]研究发现苜蓿在收获过程中一定程度的高水分打捆，提高营养价值。但是苜蓿干草高水分打捆，在存放过程中必然会导致霉菌的滋生，苜蓿干草含水量越高，越有利于真菌的繁殖，在贮藏过程中草捆发霉的速度越快[3-4]。为了克服高水分打捆霉菌滋生的问题，国内外很多研究人员进行了苜蓿收割后高水分打捆在贮藏过程中防霉剂的研究，张延林等[5]研究发现苜蓿草捆含水量在16%～22%，最高含水量不超过27%，如果添加防腐剂可以安全贮藏。贾玉山等[6]研究发现，苜蓿在高水分打捆后添加3%的氧化钙，在贮藏过程中可以有效防止霉变，使苜蓿的营养保存最好。牛建忠等[7]研究发现，在苜蓿含水量为33%，打捆密度为250.3 kg·m-3，添加2.5%尿素，在贮藏过程中可以得到高质量的苜蓿草捆。刘庭玉等[8]研究发现苜蓿草捆在高含水量(30%～35%)和中密度(120 kg·m-3)打捆，在贮藏库以相隔20 cm摆放，并用2台鼓风机每天工作3 h，所得的干草捆营养价值最高。

本试验就苜蓿打捆密度、打捆含水量和防霉剂添加量3个因素开展研究，通过对苜蓿干草的营养指标、相对饲用价值和体外消化的测定，旨在筛选出苜蓿草捆最佳的贮藏方式，目前国内外将苜蓿干草大田试验与室内体外消化结合研究的相关报道甚少。本研究的关键在于苜蓿干草的打捆条件的筛选以及体外消化试验的瘤胃液的采集和培养液的制备，通过将大田试验与体外消化试验结合，筛选出最佳的苜蓿干草贮藏条件，为我国高产、优质苜蓿生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验中旬材料为美国的“WL319HQ”紫花苜蓿(Medicagosativa)品种，试验在2016年9月中旬，在包头市鑫泰农业科技有限公司试验基地进行，位于包头市九原区哈林格尔镇。

目前研究发现苜蓿打捆的安全含水量小于18%，因此本试验苜蓿干草含水量设4个梯度：低含水量(14%～16%)、中含水量(19%～21%、24%～26%)和高含水量(29%～31%)；打捆时密度设4个梯度：低密度50 kg·m-3、中密度(100、150 kg·m-3)和高密度200 kg·m-3；苜蓿草捆在贮藏时CaO的添加量设4个梯度：0%、1%、2%、3%，每个处理3个重复。具体试验设计见表1。

1.2 各营养指标测定方法

粗蛋白(crude protein，CP)、中性洗涤纤维(neutral detergent fibre，NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)、粗纤维(crude fiber，CF)、粗灰分(crude ash，ASH)和粗脂肪(ether extract，EE)按照《饲料分析及饲料质量检测技术》测定[9]。

表1 正交试验设计方案Table 1 Orthogonal experimental design

1.3 营养指标计算方法

(1)无氮浸出物(nitrogen free extract，NFE)的计算方法为：

NFE(%)=1-(CP%+CF%+CA%+EE%)

式中：NFE(%)为无氮浸出物含量；CP%为粗蛋白含量；CF%为粗纤维含量；CA%为粗灰分含量；EE%为粗脂肪含量。

(2)总消化营养成分(total digestive nutrition，TDN)[10]计算方法：

Y=c+b1×X1+b2×X2+b3×X3+b4×X4

式中：Y为总消化养分(TDN)；X1、X2、X3、X4分别代表干物质中CP、CF、EE、NFE的百分含量；c为各个种的常数；b1、b2、b3、b4分别代表CP、CF、EE、NFE所对应的系数。TDN计算公式系数如表2。

(3)相对饲喂价值(relative feed value，RFV)[11]代表反刍动物对可消化干物质(digestible dry matter，DDM)的随意采食量(dry matter intake，DMI)。DDM和DMI是通过粗饲料的中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF) 值预测得到。以盛花期苜蓿RFV 的预测模型为例，其公式如下：

表2 TDN计算公式系数Table 2 Calculating formula coefficient of total digestible nutrient

RFV=DMI×DDM/1.29
DMI(%BW)=120/NDF(%DM)
DDM(%DM)=88.9-0.779×ADF(%DM)

式中：DMI(%BW)用占体重(body weight，BW)的百分比表示；DDM(%DM)用占干物质(dry matter,DM)的百分比表示；1.29是盛花期苜蓿DDM采食量的预测值，除以这个数值，其目的是使盛花期苜蓿的RFV值为100。粗饲料RFV 值大于100，表明相对于RFV值100的粗饲料，整体质量较好。

1.4 体外消化试验流程及指标测定方法

1.4.1本试验采用模拟人工瘤胃技术法 其试验流程如下。

样品的处理：粉碎后的样品要通过40网目(0.425 mm)的标准筛，然后在105 ℃条件下干燥6 h，并称取0.5 g 装入ANKOM滤袋作为备用样品。

瘤胃液的采集：瘤胃液采集自内蒙古农业大学动物科学学院瘘管羊，该羊品种为内蒙古半细毛羊，于清晨饲喂前1 h采集瘤胃液，将采集的瘤胃液通过纱布过滤到提前预热39 ℃并已通入CO2的烧瓶中，将已配制好的培养液装入烧瓶中，持续通入CO2。

培养液的制备：采用Menke等[12]的方法，培养液配制由常量元素溶液155 mL、微量元素溶液0.08 mL、缓冲溶液155 mL、瘤胃液325 mL、还原剂溶液33.3 mL、指示剂0.8 mL、蒸馏水310 mL组成[13]。常量元素溶液：MgSO4·7H2O 0.6 g，KH2PO46.2 g，Na2HPO45.7 g，加蒸馏水定容至1000 mL；微量元素溶液：FeCl3·6H2O 8.0 g，MnCl2·4H2O 10.0 g，CaCl2·2H2O 13.2 g，CoCl2·6H2O 1.0 g，加蒸馏水定容至100 mL；缓冲溶液：NaHCO335.0 g，NH4HCO34.0 g，加蒸馏水定容至1000 mL；还原剂溶液： Na2S·9H2O 625 mg，1 mol·L-1的NaOH溶液4.0 mL，加蒸馏水定容至100 mL；指示剂：刃天青100 mg，加蒸馏水定容至100 mL。将装有样品的滤袋和缓冲溶液的消化罐放入Daisy II外模拟培养箱，培养48 h后，用自来水冲洗至水澄清[14]。

1.4.2各项指标测定方法 培养液 pH值的测定：采用25型酸度计测定。

体外产气量(GP)的测定：按上述试验流程进行培养，分别在培养1，2，4，8，12，16，24，36，48 h记录每个注射器活塞的位置读数(mL)。计算公式为：

某时间点GP(mL)=该段时间样品GP(mL)-该段时间空白样GP(mL)

将本试验中不同时间点的产气量代入由Bhat等[15]在1988年提出的模型GP=a+b(1-e-ct)，计算出a(苜蓿干草快速降解的产气量)，b(苜蓿干草慢速降解的产气量)和c(b的速度常数)的值，GP为某时间点(t)的产气量。

VFA(乙酸、丙酸、丁酸)的测定：用日本岛津GC-7A气相色谱仪内标法进行测定，内标物为巴豆酸。

降解率的测定： DM、CP、ADF及NDF的降解率计算公式为：

P=[A-(B-C)]/A×100%[16]

式中：P为待测饲草的DM、CP、ADF及NDF的降解率;A为样品中DM、CP、ADF及NDF的含量;B为样本未消化DM、CP、ADF及NDF含量;C为空白DM、CP、ADF及NDF的含量。

1.5 数据处理方法

利用 Microsoft Office Excel 2007 软件进行图、表和数据的前期处理，利用SAS 9.1.3(Statistical Analysis System)软件进行数据计算及数据的方差分析。

2 结果与分析

2.1 最适试验条件筛选

本试验对苜蓿干草含水量，打捆时密度和苜蓿草捆在贮藏时CaO的添加量设计正交试验。根据不同试验处理的苜蓿干草在贮藏360 d后对营养成分含量和饲用价值的影响，筛选出相对较好的试验处理。

2.1.1打捆条件对贮藏后苜蓿干草营养成分含量的影响 由表3试验结果可知，在低含水量(14%～16%)处理组中，随着打捆密度的增加其CP含量递增，同一氧化钙添加量处理组中，随着打捆含水量的增加其CP含量增高，从各处理组可以看出，不添加氧化钙组的CP含量相对较低，其中A14的CP含量最高，为15.22%，比对照A1高出18.92%，比对照A16高出17.61%，差异达到极显著水平(P<0.01)，其中CP含量高于14%的依次为A14、A15、A10和A9，其他处理的CP含量都低于14%。不同处理条件下的NDF含量中，在各水分梯度组内比较，不添加氧化钙组的NDF含量极显著高于其他组(P<0.01)，在低含水量(14%～16%)处理组中，随着氧化钙含量的增加其NDF含量下降，其中A10的NDF含量最低，为52.12%，比A1的61.28%低17.42%，比A16的63.21%低21.28%，其次依次为A14、A12和A9，它们的NDF含量低于54%，其他处理的NDF含量都高于54%。不同处理条件下的ADF含量中，在各水分梯度组内比较，不添加氧化钙组的ADF含量极显著高于其他组(P<0.01)，在低含水量(14%～16%)处理组中，随着氧化钙含量的增加其ADF含量下降，其中A14的含量最低，为40.94%，比A1的50.82%低24.13%，比A16的52.82%低29.02%，其次依次为A10和A12，其ADF含量都低于42%，其他几个处理的ADF含量都高于42%。不同处理条件下的粗脂肪含量中，高含水量(29%～31%)处理组的EE含量极显著高于其他处理组(P<0.01)，其中A16的含量最高，为4.11%，其次为A15的4.05%、A13的4.04%和A14的4.03%，其他各处理的EE含量都低于4%。不同处理条件下的粗灰分含量中，A1最低，为9.77%，其次为A2的9.83%、A10的9.84%和A12的9.88%。不同处理条件下的NFE含量中，以A12的33.49%为最高，其次为A11的33.46%、A10的32.93%和A8的32.84%。不同处理条件下的总消化营养成分(TDN)含量，在低含水量(14%～16%)处理组中，随着打捆密度的增加其TDN含量增加，其中A14含量最高，为50.30%，比A1的46.09%高出8.35%，比A16的45.46%高出9.6%，差异达到极显著水平(P<0.01)，其次为A10的50.15%、A11的49.22%和A8的49.04%。从不同处理条件下贮藏360 d的苜蓿草捆各项营养指标含量来看，A14、A12、A10和A15相对较好。

2.1.2打捆条件对贮藏后苜蓿草捆饲用价值的影响 由表4可以看出，不同试验处理对苜蓿干草的相对饲用价值(RFV)的影响程度不同。其中A14(打捆含水量为29%～31%，打捆密度为100 kg·m-3，CaO添加量为2%)的RFV最大，为101.33，其次为 A10的100.90、A12的98.60和A9的96.48，其他处理的RFV值都低于95。

综上所述，从营养成分和饲用价值综合考虑，处理A14、A12、A10和A15在贮藏360 d的苜蓿草捆营养损失相对较少，其饲用价值也相对较高。

2.2 不同试验处理对贮藏后苜蓿干草体外消化试验的影响

本试验对2.1筛选出的相对较好的4个处理(A14、A12、A10和A15)和A1(低水分对照)、A16(高水分对照)进一步进行体外消化试验。对不同处理苜蓿干草在体外培养48 h过程中的产气量(GP)、培养液 pH值、挥发性脂肪酸(VFA)浓度及主要营养成分的降解率进行分析，研究不同处理苜蓿干草的体外消化特性，从而筛选出最适的苜蓿干草捆安全贮藏条件。

2.2.1不同试验处理对苜蓿干草的GP含量影响 对不同处理苜蓿干草在体外培养48 h过程中GP含量变化研究，由表5可知，不同试验处理对苜蓿干草体外培养过程中GP含量和产气速度的影响不同，但是各处理GP的含量变化趋势一致。其中处理A14的产气速度最快，在培养48 h后的GP含量也是最高，为53.13 mL，比A1(低水分对照)的40.30 mL高24.1%，比A16(高水分对照)的36.46 mL高31.4%，都达到显著水平(P<0.05)。其次为A10的52.28 mL、A12的51.26 mL和A15的49.23 mL，这几个处理也显著高于处理A1和A16(P<0.05)。

2.2.2不同试验处理对苜蓿干草体外培养过程中的培养液pH值的影响 由试验结果得出表6，不同试验处理对苜蓿干草的体外培养液pH值的影响程度不同，但是各处理的pH值的变化趋势都是先降低后升高。其中A14的pH值在各个时间点都低于其他处理，其pH平均值最低，为6.64，极显著低于A1(低水分对照)的6.82和A16(高水分对照)的6.81(P<0.01)。其次为A10的6.68、A12的6.70，这2个处理都极显著低于A1和A16(P<0.01)，A15的6.72也显著低于A1和A16(P<0.05)。

表5 不同试验处理苜蓿干草的GP含量Table 5 The GP of alfalfa hay in different experimental treatments (mL)

2.2.3不同试验处理对苜蓿干草VFA含量的影响 从表7可以看出，不同试验处理对苜蓿干草VFA含量的影响程度不同，其中A14的5项测定指标都高于其他处理。从乙酸的含量来看，A14的46.35 mol·L-1比A1(低水分对照)的42.13 mol·L-1高9.1%，比A16(高水分对照)的40.66 mol·L-1高12.3%，都达到了极显著水平(P<0.01)，极显著高于A15的44.59 mol·L-1、A10的44.89 mol·L-1和A12的45.12 mol·L-1(P<0.01)，同时这3个处理极显著高于A1和A16(P<0.01)。从丙酸的含量来看，A14的9.77 mol·L-1比A1(低水分对照)的9.24 mol·L-1高5.40%，比A16(高水分对照)的9.01 mol·L-1高7.85%，都达到了极显著水平(P<0.01)，其次依次为A12的9.73 mol·L-1、A10的9.63 mol·L-1和A15的9.58 mol·L-1，这3个处理极显著高于A1和A16(P<0.01)。从丁酸的含量来看，A14的4.95mol·L-1比A1(低水分对照)的4.57 mol·L-1高7.68%，比A16(高水分对照)的4.44 mol·L-1高10.3%，都达到了极显著水平(P<0.01)，同时A14极显著高于A10的4.79 mol·L-1、A12的4.76 mol·L-1和A15的4.75 mol·L-1(P<0.01)，这3个处理极显著高于A1和A16(P<0.01)。从TVFA含量来看，A14的TVFA含量最高,为61.05 mol·L-1，极显著高于其他各个处理(P<0.01)。从乙酸/丙酸的比值来看，A14的乙酸/丙酸值最高为4.76，其次依次为A10的4.66、A15的4.65、A12的4.64、A1的4.56和A16的4.51。

表6 不同试验处理苜蓿干草的培养液pH值Table 6 The culture medium pH of alfalfa hay in different experimental treatments

表7 不同试验处理苜蓿干草的VFA含量Table 7 The VFA concentration of alfalfa hay in different experimental treatment

2.2.4不同试验处理对苜蓿干草营养物质降解率的影响 由表8可以看出，不同的试验处理对各营养物质的降解率的影响程度不同。从DM降解率来看，A14的DM降解率最高，为66.84%，比对照A1的59.12%高11.49%，比对照A16的52.57%高21.35%，都达到极显著水平(P<0.01)，其次依次为A10的65.57%、A12的64.69%和A15的60.25%。从CP降解率来看，A14的CP降解率最高，为81.21%，比A1的77.38%高4.7%，比A16的72.37%高10.9%，都达到极显著水平(P<0.01)，其次依次为A10的79.68%、A12的79.25%和A15的78.33%。从NDF降解率来看，其降解率大小依次为：A1的44.55%、A16的39.37%、A14的37.58%、A10的36.71%、A12的36.26%和A15的36.22%。从ADF降解率来看，其降解率大小依次为：A1的32.58%、A16的31.08%、A14的30.70%、A10的30.55%、A12的30.13%和A15的28.09%。

表8 不同试验处理苜蓿干草的营养物质降解率Table 8 The nutrient degradation rate of alfalfa hay in different experimental treatment (%)

3 讨论

3.1 不同打捆条件对苜蓿干草营养的影响

苜蓿干草收获调制失败的主要原因在于苜蓿茎和叶的干燥速度不同步，以及苜蓿上下干燥不均匀，使得苜蓿干草在晾晒过程中大量叶片脱落，因此当苜蓿到达安全含水量(<18%)打捆，叶片掉落严重，营养损失较多[17]。然而如果高水分打捆，则会导致霉菌滋生，苜蓿干草含水量越高，苜蓿草捆在贮藏过程中越容易发霉。除了含水量和防霉剂的添加量对苜蓿干草在贮藏过程中营养物质含量有影响外，打捆的密度对苜蓿干草在贮藏过程中营养物质的保存也有很大影响。如果是在高水分打捆情况下，密度过高，不利于水分散失，引起草捆内部发热，从而造成营养损失；密度过低，草捆缝隙大，氧气充足，加上高水分打捆，有利于霉菌滋生[18]。为了克服这一问题，大量研究人员进行了苜蓿高水分打捆添加防霉剂的研究。本研究发现，在低含水量(14%～16%)处理组中，随着打捆密度的增加，其CP和TDN含量增加，而NDF和ADF含量降低，说明当苜蓿处于安全含水量打捆时，草捆的密度越高其品质保存越好，这与贾玉山等[6]的研究结果一致。在低含水量处理组中，其NDF和ADF含量随着氧化钙含量的增加而降低，这可能是由于CaO溶于水后呈碱性，可以降解半纤维素，从而使NDF和ADF含量减少。研究发现，在一定高含水量打捆并添加一定量的防霉剂，可以防止苜蓿草捆霉变，很好保存苜蓿干草品质[19-22]，本研究结果与此一致。

本试验综合考虑苜蓿干草打捆含水量、密度和防霉剂添加量对苜蓿干草安全贮藏的影响，得出在贮藏360 d的苜蓿草捆各项营养指标损失相对较少，其饲用价值也相对较高的4个处理(A10、A12、A14、A15)。由试验结果可以看出苜蓿干草在较高含水量(24%～31%)打捆，且打捆密度控制在100 ～200 kg·m-3，添加一定量的CaO防霉剂，营养保存较好，饲用价值较高，可以安全贮藏。

3.2 不同打捆条件对苜蓿干草体外消化影响

体外消化特性反映干草在家畜体内的消化降解情况，可以从侧面反映干草营养品质和饲用价值的优劣。消化率指不随粪便排出的那部分饲料所占的比例，即动物消化吸收的营养物质所占的比例。消化率越高说明干草的营养品质越好，饲用价值越高，目前国内外普遍以体外产气量(GP)、培养液 pH值、挥发性脂肪酸(VFA)浓度及主要营养成分的体外消化率等指标来综合反映干草在家畜体内的消化率。

GP含量在一定程度上反映了干草饲料在反刍动物瘤胃内的降解特性，GP含量越高，说明干草的饲用价值越高。根据试验结果可以看出处理A10、A12和A14在体外培养48 h后的产气量显著高于其他3个处理(P<0.05)，其中处理A14的产气量最高为53.13 mL，同时产气量最快，说明处理A14的苜蓿干草的饲用价值高于其他处理。

瘤胃液pH值的大小波动反映了反刍动物瘤胃的综合发酵水平，受饲料种类、进食时间、乳酸含量、饲喂次数、饲料颗粒和环境温度等因素影响。饲喂干草、稻草时pH值髙，饲喂含碳水化合物的精饲料后，瘤胃液 pH值显著降低。张腾等[23]研究发现高精料日粮导致瘤胃液pH值显著降低。瘤胃液pH值与瘤胃内VFA的产生和瘤胃壁对氨的吸收有关，当瘤胃内VFA含量升高时，pH值降低;VFA含量降低时,pH值升高。本试验各个处理在体外培养过程中培养液pH值的变化趋势都是先降低后升高，这与白云龙等[24]的研究结果一致。

家畜采食干草，干草中的可溶性糖几乎全部在瘤胃内发酵生成丙酮酸,丙酮酸进一步分解生成VFA，VFA是家畜可以直接吸收利用的能量[25]。饲料中的粗纤维约有45%在瘤胃内消化,10%在大肠内消化，粗纤维在瘤胃内被微生物分解的最终产物也是挥发性脂肪酸。在家畜体内，对家畜代谢最为重要的挥发性脂肪酸包括乙酸、丙酸和丁酸，这3种酸约占总挥发性脂肪酸的95%，而乙酸产量最大，约占VFA总产量的70%～75%[26]。VFA在不同动物体内的比例和数量不同，VFA不仅可作为家畜能量代谢的表现形式，而且还具有许多调节功能。研究发现[27]乙酸/丙酸受中性洗涤纤维(NDF)含量影响比较大，乙酸/丙酸值与NDF含量呈反比，本试验研究结果与此一致。本试验处理A14的乙酸/丙酸值最大为4.76，极显著高于其他几个处理(P<0.01)，说明处理A14贮藏后的纤维含量较少，营养品质较高。

饲草营养物质降解率一定程度上反映了饲草被家畜消化的难易程度。茹彩霞[28]对苜蓿等5种粗饲料的产气特性研究发现，苜蓿的DM降解率最高，将苜蓿添加到其他4种粗饲料中的组合效应发现，随着苜蓿的添加量增加，其DM和NDF的降解率增加。严学兵[29]研究发现饲草中的CP和ADF在家畜体内的降解率和DM降解率存在一定的相关性，并且ADF的降解率与CP的降解率存在负相关关系，本试验的研究结果与此一致。本试验处理A14的CP和DM的降解率最高，分别为81.21%和66.84%，因此在高含水量打捆，并添加一定量的防霉剂可以提高苜蓿干草营养物质的降解率，这与张晓娜[30]的研究结果一致。从体外消化的4个营养指标综合考虑，处理A14的体外消化特性较好，容易被家畜消化吸收。

4 结论

本试验通过对苜蓿干草打捆的含水量、密度和CaO添加量三因素，设计正交试验。在苜蓿草捆贮藏360 d后对其营养物质含量、饲用价值和体外消化特性三方面进行研究。结果表明：处理A14(打捆含水量29%～31%，打捆密度100 kg·m-3，CaO添加量2%)的苜蓿草捆营养保存最好，饲用价值最高，其体外消化特性最好，可以安全保存。

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