雨淋及草条厚度对天然牧草干草干燥特性和营养品质的影响

李宇宇，格根图，降晓伟，吴洪新，刘庭玉，王 伟，郝俊峰，贾玉山*

(1.农业部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室，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. 农业农村部草业产品安全风险评估实验室中国农业科学院草原研究所，内蒙古 呼和浩特 010019； 3. 内蒙古民族大学农学院，内蒙古 通辽 028000)

天然牧草干草是草原牧区草食家畜最基本、也是最主要的饲料来源。在野外自然条件下调制天然牧草干草是当前我国草原牧区生产中应用最广泛、最简单的牧草干草调制方法[1-2]。因此天然牧草的调制方式决定了天然牧草干草的营养品质与饲用价值[3]

天然牧草干草品质受诸多因素的影响，大量研究表明天然牧草干草营养品质受牧草收获时间、调制方式和调制干草时的环境因素等多种条件影响；环境因素中天气情况是影响干草调制成败的重要因素之一，其中雨淋对天然牧草干草品质的影响最大，雨水的冲刷导致植物表面发生水解和氧化反应[4-5]，植物体内大部分可溶性物质被分解消耗，如糖类、维生素、胡萝卜素和可溶性矿物质等。同时，雨淋促进牧草体表的微生物活动[6]，微生物消耗牧草体内的可溶性碳水化合物和淀粉为自身的活动提供能量，甚至破坏牧草体内蛋白质，导致干草品质下降。

在草原牧区，当地牧民的打草时间一般为九月下旬到十月下旬，期间会经历雨季、低温、霜冻等自然灾害，故在此期间收获的天然牧草干草有机物质和蛋白质含量损失严重[7]。因此，在天然牧草干草生产实践中，能提高天然牧草干草品质的一系列调制技术变得十分重要[8]。目前关于天然牧草干草调制的研究报道较少，较多的研究都集中在不同调制方式、不同收获期和雨淋对苜蓿干草品质的影响[9-11]，有关雨淋和草条厚度对天然牧草干草品质和干燥特性的影响鲜有报道。在天然牧草干草调制中草条厚度严重影响着干草品质，为了减少干草营养物质含量的流失，须加快牧草干燥速度，且使分解营养物质的酶失去活性，为了减少牧草中类胡萝卜素的损失[12]，适当的草条厚度有助于加快牧草干燥速率和减少干草营养物质的流失。本文通过研究雨淋及不同调制方式对天然牧草干草干燥特性和营养品质的影响，探讨天然牧草干草在调制过程中遭受雨淋后的干燥特性和营养成分的变化及晾晒技术改善干草品质的作用，以期为天然牧草干草的生产实践提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 实验地概况

试验地选择内蒙古赤峰市巴林左旗查干哈达苏木典型草原打草场，巴林左旗位于赤峰市北部，地处大兴安岭山脉向西南延伸处，内蒙古高原向东北平原的过渡地带上，草地类型复杂多样、物种资源丰富，地理位置118°44′00″～119°48′02″ N，43°36′53″～48°48′22″ E，地处中纬度地区，东邻科尔沁大草原，西接锡林郭勒草原腹地乌拉盖，属中温带半干旱气候。试验区主要土壤类型为栗钙土和风沙土，降水主要集中在七、八月份，年平均降水量约为400 mm，平均风速为3～4 m·s-1，大风日数<30 d，春季干燥多风，秋季凉爽短暂；年平均气温5.3℃，无霜期为110 d至130 d，且北部比南部早15 d左右；实验区光照充足，平均日照时数在3 000 h左右，南部略多于北部。

1.2 试验材料

试验材料以典型草原天然打草场牧草为主，植物种类主要包括建群种针茅(Ltipacapillata)、羊草(Leymuchinensis)、伴生种糙隐子草(Cleistogenessquanosa)、达乌里胡枝子(Lespedezadavurica)、冰草(Agropyroncristatum)、野韭(Albumramosum)、扁蓄豆(Melissilusruthenicus)、牻牛儿苗(Erodiumstephanianum)、大籽蒿(ArtemisiasieversianaEhrhartexWilld)等。

1.3 试验设计

为减少土地营养不均衡的影响[10]，选择地势平坦、植物群落结构差异较小的试验地，采用完全随机设计设置实验小区。试验于2018年8月20日上午8：00进行刈割，天气晴朗，此时的天然牧干草品质综合来说较高，为了接近实际生产，刈割高度为2～5 cm，对刈割后的天然牧草鲜样采用人工降雨模拟器(DIK-6000)进行模拟雨淋试验，设置未雨淋和雨淋2个处理，雨淋强度为20 mm·h-1，模拟降雨量根据当地年降雨量及分布情况换算为10 mm；对于未雨淋和雨淋后的天然牧草分别设置10 cm，15 cm，20 cm 3个梯度的草条厚度，共6个处理，每个处理3个重复；采用野外自然干燥方式进行干燥；在其刈割处理后的0h，2h，4h，8h，12h，24h，36h，48h，72h分别进行取样；干燥过程中主要环境因子的变化情况如表1所示。

1.4 测定指标与方法

1.4.1含水量和干燥速率的测定 采用烘干减重法[9]，取天然牧草约500g称重(记为G1)，将样品置于105℃烘箱中烘干至恒重，称天然牧草干重(记为G2)，通过差值法测得天然牧草干草含水量(记为G0)，在取样时间T取得的样品称重(记为Gt)；根据天然牧草的干物质含量(Ge)、G0、Gt和时间T，可以计算出各处理在相应干燥时间点天然牧草的水分和干燥速率。计算公式为：

GT= [(Gt-Ge)/Gt]×100%；

V=(G0-GT)/T

式中，GT为天然牧草干燥Th的含水量(%)，Gt为天然牧草干燥Th的质量，V为天然牧草干燥速率，T为干燥时间。

表1 样品在干燥期间主要环境因子的变化情况

注：表中数据为2018年8月20日-2018年8月22日由基本气候监测站获得

Note：Data in the table is obtained by the basic climate monitoring station from August 20,2018 to August 22,2018

1.4.2营养成分的测定 干物质的测定：将试验样品105℃杀青30 min，65℃烘干至恒重，测量其干重，从而计算干物质含量。粗蛋白含量(Crude protein，CP)的测定参照GB 6432-86[13]，粗灰分(Ash)采用GB6439-92燃烧法测定，酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)、中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)利用范式纤维洗涤分析法进行测定[14]，计算相对饲用价值(Relative feeding value，RFV)。

计算公式如下：DDM=88.9-0.779×ADF;

DMI=120/NDF;

RFV=DMI×DDM/1.29。

其中，DDM(Digestible dry matter)为可消化干物质；DMI(Dry matter intake)为干物质采食量。

1.5 数据处理

采用Excel 2010软件进行数据整理和绘图，采用SAS 9.0软件进行数据分析，差异显著性通过Duncan法进行多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 雨淋对天然牧草干燥速率的影响

天然牧草的干燥特性和干燥速率受多种因素的影响，为了探究雨淋对天然牧草干燥特性和干燥速率的影响，设置人工模拟天然牧草雨淋和未雨淋的对照试验。雨淋对天然牧草干燥特性的影响如图1、图2所示，雨淋后的天然牧草0～24 h含水量显著高于未雨淋(P<0.05)；未雨淋的天然牧草在野外自然干燥48 h后达到天然牧草干草安全含贮藏水量，雨淋后的天然牧草在野外自然干燥72 h后达到天然牧草干草安全贮藏含水量，雨淋显著延长了天然牧草干草达到安全含水量的干燥时间(P<0.05)。在干燥时间2～48 h内，雨淋后的天然牧草干燥速率显著大于未雨淋的天然牧草(P<0.05)，平均干燥速率分别为6.35%·h-1和8.13%·h-1；在野外自然干燥72 h时，雨淋与未雨淋的天然牧草干草均达到安全贮藏含水量，其干燥速率也趋于稳定。

2.2 草条厚度对天然牧草干燥速率的影响

天然牧草的草条厚度影响其干燥特性和干燥速率。通过设置10 cm，15 cm和20 cm的草条厚度对天然牧草进行调制，并测定天然牧草干燥过程中的含水量，得到不同时间段内的干燥速率的变化趋势图。如图3、图4所示，晾晒72 h后，草条厚度为10 cm，15 cm和20 cm的含水量分别下降了54.72%，51.94%和51.70%。草条厚度为10 cm的天然牧草干燥速度最快，达到天然牧草安全含水量的所需时间最短，和其他处理相比差异显著(P<0.05)。各调制方法的干燥过程主要分为两个阶段，前一阶段0～4 h天然牧草干燥速率较快，后一阶段24～72h后干燥速率较慢，整个调制过程水分散失呈现先快后慢的趋势，各处理之间干燥速率无显著差异。

图1 雨淋对天然牧草含水量的影响

图2 雨淋对天然牧草干燥速率的影响

2.3 雨淋和草条厚度对天然牧草干草营养品质的影响

雨淋对天然牧草干草营养品质的影响如表2所示。与未雨淋相比，雨淋对天然牧草干草的DM，CP，NDF，ADF和RFV影响显著(P<0.05)，对Ash含量没有显著影响，雨淋后的天然牧草干草DM，CP，和RFV显著降低(P<0.05)，分别下降了1.4%，6.03%和8.94%，NDF和ADF含量显著升高，分别升高了7.05%和6.61 %。

图3 草条厚度对天然牧草含水量的影响

图4 草条厚度对天然牧草干燥速率的影响

表2 雨淋对天然牧草干草营养品质的影响

注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同

Note：Different lowercase letters within the same column indicate significant differenceat the 0.05 level，the same as below

草条厚度对天然牧草干草营养品质的影响如表3所示，草条厚度对CP，NDF和RFV含量影响显著(P<0.05)，对DM，ADF和Ash含量影响均不显著；15 cm草条厚度的天然牧草干草CP和RFV显著高于10 cm和20 cm (P<0.05)。15 cm草条厚度调制下的天然牧草干草NDF含量显著低于10cm和20 cm (P<0.05)，草条厚度对天然牧草DM，ADF和Ash无显著影响。

表3 草条厚度对天然牧草干草营养品质的影响

雨淋和草条厚度的交互作用对天然牧草干草品质的影响如表4所示，雨淋和草条厚度的不同处理对天然牧草干草Ash含量均无显著差异，雨淋和草条厚度的不同处理对天然牧草干草DM，CP，NDF，ADF含量和RFV有显著影响(P<0.05)，未雨淋的不同草条厚度的天然牧草干草RFV显著高于雨淋，说明雨淋对天然牧草干草RFV的影响大于草条厚度；未雨淋的15 cm草条厚度天然牧草干草CP和RFV显著高于其它处理(P<0.05)，未雨淋的15 cm草条厚度天然牧草干草NDF含量的显著低于其它处理(P<0.05)。

表4 雨淋及草条厚度对天然牧草干草营养品质的影响

注：*和**分别代表在0.05和0.01水平上差异显著，NS表示差异不显著；同列不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)

Note：*and**indicate significance differences at the 0.05 and 0.01 level，and NS indicates nosignificance；Different lower-case letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level

3 讨论

在草原牧区，天然牧草收获调制期间极易受到雨淋的影响，雨淋及调制方式对天然牧草干草干燥特性和营养品质的影响较大[15-16]。为了探究雨淋对天然牧草干燥特性和干燥速率的影响，本实验设置了人工模拟天然牧草雨淋试验，本试验研究结果表明，天然牧草在干燥过程，牧草含水量散失主要分为两个阶段，第一阶段为调制初期，从初始含水量达到30%含水量，该过程的干燥速率较快，是由于初期散失的水分为自由水，自由水存在于细胞间隙，散失较快，第二阶段为干燥后期，从30%含水量达到安全贮藏含水量，这是由于调制后期天然牧草主要散失的水分以结合水为主，结合水存在于植物细胞内，散失较慢，本研究结果与周娟娟[9]研究结果一致。娜娜[17]、王坤龙[11]的研究认为草条厚度会影响天然牧草干燥时间及干燥速率，本试验结果表明，草条厚度为10 cm时，天然牧草的干燥速率最快，天然牧草野外干燥过程中草条厚度越薄，干燥速率越快，反之干燥速率越慢，这与娜娜[17]的研究结果一致。

本试验研究表明，雨淋不仅延长了天然牧草干燥时间，而且降低了天然牧草干草DM含量、CP含量和RFV，增加了Ash含量、ADF含量和NDF含量；天然牧草雨淋后CP含量的降低主要是由于雨水的冲刷导致天然牧草叶片及茎干的湿度增加，促进了微生物的繁殖生长，微生物的一系列活动消耗牧草内部的可溶性含氮化合物，导致CP含量减少；天然牧草干草Ash含量的增加是由于雨淋过后，野外土地表面变潮湿，牧草叶片与土地表面接触面积增大，在调制过程中更多泥土附着在牧草表面，导致牧天然草干草Ash含量升高。ADF含量和NDF含量的增加是由于牧草在雨淋过程中部分水溶性养分流失，可消化干物质百分含量降低造成[18]。该研究结果与杨耀胜[19]和许庆方[16]的研究结果一致。周倩[20]、尤思涵[21]等研究不同雨淋时间对苜蓿干草的营养品质的影响，结果也表明随着雨淋时间的延长苜蓿干草的，CP含量显著降低，NDF和ADF含量显著增加，与本研究结果一致。

单贵莲[22]和董宽虎[23]等研究指出，不同调制方式对苜蓿干草的CP含量具有显著影响，对其他营养物质含量影响不大。本研究发现，15 cm草条厚度调制下的天然牧草干草CP含量和RFV相对最高，NDF含量和ADF含量相对最低，这可能是由于草条厚度太厚，导致其干燥速率越慢，暴晒在太阳下的时间更长，导致营养物质流失的更多，草条厚度太薄，太阳光照直接穿透草条厚度，牧草大部分面积都暴晒在太阳下，导致营养物质快速流失，适当的草条厚度调制牧草，有效的提高其干燥速率和保护营养物质的流失，本研究结果与张庆[24]以羊草为试验材料的研究结果一致。许庆方[16]等研究发现对20 cm草条厚度调制的苜蓿干草品质优于10 cm，这与本实验研究结果不一致，其原因可能是研究选择的原料不同导致，天然牧草干草大部分为禾本科牧草，干燥速率较快，苜蓿为豆科牧草，干燥速率较慢，20 cm厚度的苜蓿干草在调制过程中草层比较厚，下层苜蓿干草受太阳辐射强度较小，营养物质流失较慢，导致其营养品质较高。

本研究发现雨淋与草条厚度的交互作用对天然牧草干草的营养成分无显著差异，贾婷婷[25]研究发现雨淋和干燥方式的交互作用显著影响苜蓿干草的营养成分，与本实验研究结果相反，这可能是由于调制方式或试验原料的不同导致，干燥方式是否对天然牧草干草营养品质有显著影响，有待于更为深入的研究。

4 结论

雨淋处理延长了天然牧草干草调制达到安全含水量的干燥时间，天然牧草干草营养物质流失更多；15 cm草条厚度调制的天然牧草干草CP含量和RFV值均高于10 cm和20 cm草条厚度；雨淋和草条厚度的交互处理均对天然牧草干草品质无显著影响。综合考虑，雨淋与未雨淋的天然牧草干草调制草条厚度应控制在15 cm左右。