打捆密度和堆垛方式对天然草地青干草化学成分和真菌毒素的影响

都帅，刘昊，尤思涵，格根图，贾玉山*

(1.饲草栽培、加工与高效利用农业部重点实验室，草地资源教育部重点实验室，内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019; 2.呼伦贝尔市草原工作站，内蒙古 呼伦贝尔 021000)

随着经济的发展，人们生活水平不断提高，饮食结构正发生着巨大改变，从植物性食物为主的饮食结构向动物性食物转变[1]，在这一转变过程中，食品安全问题频发，消费者对食品安全提出了更高要求。优质干草不仅是畜牧业健康、稳定发展的基础，也是生产安全畜产品的前提。近年来，干草产品的数量与质量受国内与国际市场的双重影响，在调制技术与方法保障下，干草产量和质量在不断提高，但贮藏是优质干草产品还应完善的重要一环, 如果离开安全贮存, 优质干草产品将变为劣质产品, 因此优质干草产品的贮存技术应高度重视[2]。在我国草原牧区，冬春季节寒冷而漫长，干草是枯草期反刍家畜维持生命活动的主要能量来源，在反刍家畜日粮中占有重要地位，干草安全贮藏问题日益凸显。Cochrane等[3]对大麦(Hordeumvulgare)干草和三叶草(Trifoliumincarnatum)、苜蓿(Medicagosativa)、黑麦草(Loliummultiflorum)混播干草贮藏期进行研究发现，以草垛和草捆形式贮藏15个月后，干物质损失为29.7%和32.7%，粗蛋白损失为46.6%和44.5%，饲草品质严重下降。McDonald等[4]研究结果表明，干草在贮藏过程中，植物呼吸作用虽已停止，但嗜热性微生物仍在继续活动，分解蛋白质和碳水化合物等。微生物存在于种植、收获、干燥、运输、贮藏等各个流通环节，植物中的碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素及无机盐等营养物质为微生物生长提供了良好的基质。当外部环境条件符合微生物生长时，微生物开始生命活动，产生各类代谢产物，其中也包括对反刍家畜有毒有害的代谢产物，并通过食物网进行传递，最后进入家畜体内。据联合国粮食及农业组织报道，全球每年约有25%的谷物遭受各种霉菌污染, 其中约2%的农产品因霉菌毒素污染超标失去利用价值[5]。在美国，每年因真菌毒素污染造成的经济损失约为10亿美元[6]，与美国相比，亚洲和非洲等发展中国家因真菌毒素污染造成的经济损失更为严重[7]。真菌毒素污染主要包括黄曲霉毒素B1(aflatoxin B1，AFB1)、赭曲霉毒素A(ochratoxin A，OTA)、脱氧雪腐镰刀菌烯醇(deoxynivalenol，DON)、玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)和T-2毒素等[8]，在粮食和饲料行业均有诸多报道[9-10]，为了保证饲料安全，我国已先后规定了AFB1、OTA、DON、ZEN和T-2毒素在饲料中的临界量。但真菌毒素对饲草的危害还未见报道。本研究旨在探讨打捆密度和堆垛方式对贮藏干草质量和卫生安全的影响，以期为天然干草安全贮藏提供技术支撑与理论基础。

1 材料与方法

1.1 样地概况

试验地在内蒙古锡林浩特市，41°35′-46°46′ N，111°09′-119°58′ E。典型温带大陆性半干旱气候，冬季寒冷、夏季炎热，年均气温1.3～4.9 ℃，年降水量150～400 mm，年际间变化较大，年内降水分布不均，70%的年降水量集中在6-8月。无霜期90～120 d，土壤为碳酸盐淡栗钙土，耕作层20 cm左右，土壤pH 7.6～8.7。

1.2 试验材料

试验材料为内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市天然打草场，草地类型为典型草原，试验地为多年打草场，采用雷沃804牵引式拖拉机打草，草地以克氏针茅(Stipakrylovii)和大针茅(Stipagrandis)为建群种，优势种为羊草(Leymuschinensis)，伴生种为蒙古韭(Alliummongolicum)、糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)、知母(Anemarrhenaasphodeloides)、大籽蒿(Artemisiasieversiana)等，植被层稀疏，盖度为30%～55%。试验于2016年9月开始，天然草地牧草刈割后自然晾晒调制干草后采用New Holland系列打捆机打捆贮藏。

1.3 试验设计

该试验采用2×3因子裂区设计，打捆密度作为主处理因子，堆垛方式作为副处理因子。主处理包括2个打捆密度(A1为160 kg·m-3和A2为120 kg·m-3)，副处理包括3种堆垛方式(B1交叉堆垛、B2纵向堆垛和B3横向堆垛)，取样设置5个时间点，分别为0、7、15、30、60 d。每个处理设置3个重复。

1.4 饲草化学成分测定

采用烘干法测定干物质(dry matter，DM)，采用灼烧法测定粗灰分(Ash)，利用FOSS Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪测定粗蛋白质(crude protein, CP)，用Ankom 220型纤维分析系统测定酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)和中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)[11]。

1.5 真菌代谢产物测定

AFB1、OTA、DON、ZEN和T-2毒素参照国家标准测定[12-16]。

1.6 数据分析与处理

使用Microsoft Office Excel 2007软件处理数据，利用SAS 9.0 (Statistical Analysis System)软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 打捆密度和堆垛方式对干草化学成分的影响

打捆密度对天然草地青干草化学成分影响如表1所示。打捆密度对Ash、DM和NDF含量没有显著影响(P>0.05)，高密度草捆对 ADF和CP含量影响显著(P<0.05)，高密度草捆ADF含量显著低于(P<0.05)低密度草捆，CP含量显著高于(P<0.05)低密度草捆。而堆垛方式对天然草地干草化学成分的影响如表2所示。且堆垛方式对Ash、DM、ADF、NDF和CP含量影响均不显著(P>0.05)。这表明打捆密度是影响干草品质的主要因素，且低密度草捆营养物质更易流失，高密度草捆贮藏效果要优于低密度草捆。

表1 打捆密度对天然草地青干草化学成分的影响Table 1 The effect of baling density on chemical composition of native hay (%)

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。A：草捆密度。下同。

Note: In the same row, the value with different small letter mean significant differences (P<0.05). A： Baling density. The same below.

表2 堆垛方式对天然草地青干草化学成分的影响Table 2 The effect of stacking ways on chemical composition of native hay (%)

注： B,堆垛方式。下同。

Note: B, Stacking ways. The same below.

打捆密度和堆垛方式对干草品质均有影响，打捆密度和堆垛方式的变化改变了空气流动性，加大了空气通透性，使氧化速率和营养物质风化速度加快。因此，通过改变打捆密度和堆垛方式来改善干草质量是缓解干草营养流失的有效手段。

打捆密度、堆垛方式和贮藏时间及交互作用对干草化学成分影响如表3所示。从主效应上看，打捆密度对Ash和DM影响不显著(P>0.05)，对ADF、NDF和CP含量影响极显著(P<0.0001)。这说明打捆密度没有改变饲草Ash和DM含量，但改变了干草和氧气的接触面积，使ADF和NDF增长速率相对下降，CP的下降速率减缓。而堆垛方式对Ash、DM、ADF和NDF影响均不显著(P>0.0001)，只对CP影响极显著(P<0.0001)。这说明不同堆垛方式在改善空气流动方向后对Ash、DM、ADF和NDF没有影响，但能够改善CP的流失。在贮藏时间条件下，干草品质均没有显著影响，说明随着贮藏时间的延续，必然导致营养物质流失。

打捆密度与堆垛方式两者交互作用对干草品质均没有显著影响(P>0.05)，而打捆密度和堆垛方式对干草品质均有影响，说明两者间交互作用存在正效应。打捆密度与贮藏时间两者交互作用只对CP有极显著影响(P<0.0001)，说明两者间交互作用对CP存在正效应。堆垛方式与贮藏时间两者交互作用对Ash和CP有极显著影响(P<0.0001)，说明两者间交互作用对Ash和CP存在正效应。打捆密度、堆垛方式与贮藏时间三者间交互作用对Ash和CP有极显著影响(P<0.0001)，对DM、ADF和NDF影响不显著(P>0.0001)，这与堆垛方式与贮藏时间两者交互作用影响一致说明打捆密度对干草化学成分起主要作用。

表3 打捆密度、堆垛方式与贮藏时间及交互作用对干草化学成分影响的三因素方差分析结果 (P值)Table 3 Results (P-value) of three-way ANVOA on the effects of baling density (A), stacking ways (B), storing time (C) and their interaction on health and safety of native hay

注： C，贮藏时间。下同。

Note: C， Storing time. The same below.

为满足实际情况，饲草贮存期在不断变化，故分析了打捆密度和堆垛方式及其交互作用对干草化学成分的影响。打捆密度对Ash影响不显著(P>0.0001)，对干草DM、ADF、NDF和CP含量影响显著(P<0.0001，表4)。而堆垛方式对Ash、DM、ADF、NDF和CP含量均没有显著影响(P>0.0001)，打捆密度和堆垛方式的交互作用对饲草Ash、DM、ADF、NDF和CP含量均没有显著影响(P>0.0001)。结合分析干草品质变化规律可以得出，A1B1和A1B3贮藏方式干草营养物质流失少，贮藏效果较好。

表4 打捆密度、堆垛方式及交互作用对干草化学成分影响的二因素方差分析结果(P值)Table 4 Results (P-value) of two-way GLM on the effects of density (A), stacking (B) and their interactions on chemical compositions of forage

2.2 打捆密度和堆垛方式对真菌毒素的影响

打捆密度对天然草地青干草真菌毒素影响如表5所示。打捆密度对AFB1、T-2和OTA含量均没有显著影响(P>0.05)，而对DON和ZEN含量影响显著(P<0.05)，且高密度草捆中DON和ZEN含量显著低于(P<0.05)低密度草捆。而堆垛方式对青干草真菌毒素的影响如表6所示。堆垛方式对DON、AFB1、T-2和OTA含量均无显著影响(P>0.05)，对ZEN含量影响显著(P<0.05)，表明打捆密度与堆垛方式对干草品质均有影响。

表5 打捆密度对青干草真菌毒素的影响Table 5 The effect of baling density on mycotoxin of native hay (μg·kg-1)

表6 堆垛方式对青干草真菌毒素的影响表6 The effect of stacking ways on mycotoxin of native hay (μg·kg-1)

打捆密度和堆垛方式对微生物生长均有影响，打捆密度和堆垛方式的变化改变了空气流动性和草捆内水分含量，影响微生物的生长、繁殖。因此，通过干草打捆密度和堆垛方式来改善微生物生长繁殖是改善干草中真菌毒素的有效手段。

打捆密度、堆垛方式和贮藏时间及交互作用对干草中真菌毒素影响如表7所示。从主效应上看，打捆密度对AFB1、DON、T-2和ZEN影响极显著(P<0.0001)，对OTA影响不显著(P>0.0001)。这说明打捆密度改变了真菌毒素AFB1、DON、T-2和ZEN的含量，抑制了相关微生物的生长繁殖，能有效降低干草中这类有毒、有害物质。堆垛方式对AFB1、DON和ZEN影响均极显著(P<0.0001)，对T-2和OTA影响不显著(P>0.0001)。贮藏时间对AFB1、DON、T-2和ZEN影响均极显著(P<0.0001)，对OTA影响不显著(P>0.0001)。这说明随贮藏时间变化，环境变化会引起真菌毒素的变化。

表7 打捆密度、堆垛方式与贮藏时间及交互作用对干草中真菌毒素影响三因素方差分析结果 (P值)Table 7 Results (P-value) of three-way ANVOA on the effects of baling density (a), stacking ways (b), storing time (c) and their interaction on mycotoxins in forage

打捆密度与堆垛方式两者交互作用对真菌毒素OTA影响不显著(P>0.0001)，对AFB1、DON和ZEN影响均极显著(P<0.0001)，由于堆垛方式对T-2影响不显著(P>0.0001)，而交互作用对T-2影响极显著(P<0.0001)，这说明两者之间存在正效应。打捆密度与贮藏时间对AFB1、DON、T-2和ZEN影响均极显著(P<0.0001)，对OTA影响不显著(P>0.0001)，两者交互作用表示对T-2含量影响不显著(P>0.0001)，说明两者间对T-2毒素存在负效应。堆垛方式与贮藏时间两者交互作用对真菌毒素OTA影响不显著(P>0.0001)，对AFB1、DON和ZEN影响均显著(P<0.0001)，贮藏时间对真菌毒素T-2影响极显著(P<0.0001)，而两者交互作用表示对T-2含量影响不显著(P>0.0001)，这说明两者间对T-2毒素存在负效应。打捆密度、堆垛方式与贮藏时间三者间交互作用对真菌毒素OTA影响不显著(P>0.0001)，对真菌毒素AFB1、DON、T-2和ZEN影响均极显著(P<0.0001)，这与打捆密度与堆垛方式两者交互作用对真菌毒素影响一致。而各处理对OTA均不存在显著影响，说明OTA可能受其他环境条件影响。

为满足家畜实际需求情况，饲草贮藏期在不断变化，故分析了打捆密度和堆垛方式及其交互作用对饲草真菌毒素的影响。打捆密度对AFB1、DON、T-2、OTA和ZEN影响均不显著(P>0.0001，表8)，说明整体考虑下堆垛方式对AFB1、DON、T-2、OTA和ZEN影响均不显著(P>0.0001，表8)，而时间会影响饲草中真菌毒素含量。打捆密度和堆垛方式的交互作用对AFB1、DON、T-2、OTA和ZEN均没有显著影响(P>0.0001)，这说明打捆密度和堆垛方式是独立的，两者间无效应。结合分析干草真菌毒素变化规律可以得出，A1B1贮藏方式真菌毒素含量少，贮藏效果较好。

表8 打捆密度、堆垛方式及交互作用对干草中真菌毒素的影响二因素方差分析结果(P值)Table 8 Results (P-value) of two-way GLM on the effects of density (D), stacking (S) and their interactions on mycotoxins in forage

3 讨论

水分含量、打捆密度、堆垛方式及贮藏环境与干草品质密切相关。本研究结果表明，相同堆垛方式下，打捆密度对Ash和NDF没有显著影响，但高密度草捆拥有高的DM、CP含量和低的ADF含量。这表明高密度草捆干物质含量更高，低密度草捆蛋白更易流失，高密度草捆贮藏效果更好[17]。此外，打捆密度使草捆表面积与草捆质量比发生变化，密度越小，干草与空气接触面积越大，养分越容易流失[3]。但Collins等[18]以苜蓿人工草地进行贮藏试验研究结果表明，干草贮藏3个月后，打捆密度对干草品质没有影响，本研究结果与此相反。这可能是牧草本身原因。本研究中天然草地以禾本科牧草为建群种，饲草柔韧性好，草捆难以压紧，高密度草捆仅为160 kg·m-3。在Rowley[17]研究中，苜蓿易被压紧，草捆密度分别为2.07、4.14和6.21 MPa，远高于160 kg·m-3，空气难以进入草捆内部，氧化作用停止，使干草化学成分得以保存。关于堆垛方式对干草化学成分的影响还未见报道。本研究中，在高密度打捆条件下，堆垛方式对干草化学成分没有影响，但低密度草捆对Ash、DM和ADF影响显著，这间接表明打捆密度是影响干草化学成分的主要因素。Collins等[18]研究发现贮藏时间对干草品质没有影响，本研究结果与此相反。在干草贮藏过程中，由于微生物代谢活动蛋白质迅速分解，干草品质下降[19]。本研究与Rotz等[19]研究结果相识，但与Collins等[18]研究结果的差异主要是打捆密度差异引起的。这也进一步表明打捆密度是影响干草化学成分的主要原因。

与干草贮藏期间植物呼吸作用和微生物代谢活动不仅造成营养流失，品质下降，微生物代谢产物真菌毒素还影响到畜产品安全。目前，相对于牛奶及其制品和饲料真菌毒素精确、快速检测技术，国内有关干草贮藏研究较少，国外个别研究主要集中在干草品质方面，在干草贮藏过程中真菌毒素研究还未见报道。本研究中，在相同堆垛方式下，打捆密度对OTA没有影响，但高密度草捆对DON、AFB1、T-2和ZEN影响显著，显著低于低密度草捆中真菌毒素含量。这可能是打捆密度使草捆表面积与草捆质量比发生变化，草捆密度小增加了干草与空气接触面积，不仅养分越容易流失，更将空气中的水分带入草捆，使干草更易发霉变质[1]。在高密度草捆中，堆垛方式对DON、AFB1、T-2、OTA和ZEN没有显著影响，在低密度草捆中，堆垛方式对AFB1、T-2和OTA没有显著影响，对DON和ZEN影响显著。这一结果主要还是打捆密度使草捆表面积与草捆质量比发生变化，导致低密度草捆更易发霉变质，表明打捆密度是影响干草真菌毒素的主要因子。

4 结论

打捆密度可以显著的改善天然干草的化学成分和真菌毒素含量；堆垛方式对干草的化学成分和真菌毒素有一定的改善；打捆密度和堆垛方式其交互作用对干草品质和真菌毒素均有显著影响。综合比较干草化学成分和真菌毒素，在内蒙古锡林浩特地区，打捆密度为160 kg·m-3，采用交叉堆垛贮藏干草效果最佳。