刈割茬次和生育期对苜蓿青贮品质的影响

李菲菲，张凡凡，王旭哲，唐开婷，马春晖

(石河子大学动物科技学院，新疆 石河子 832000)

苜蓿(Medicagosativa)作为一种优良的豆科牧草，营养价值高、适口性好，素有“牧草之王”的美称[1-2]。近年来，人们越来越多地认识到苜蓿对于高产奶牛的重要性，因此关于苜蓿的研究也越来越多[3-7]。种植过程中影响紫花苜蓿营养成分的因素很多，其中包括品种类型、刈割时期、刈割茬次、施肥、气候条件、管理等。目前，苜蓿生产一般以调制干草和青贮为主，而苜蓿干草在运输、晾晒、储存和饲喂过程中易受雨淋和叶片掉落等影响，致使草产量和品质降低，损失严重。与调制干草相比，制作青贮可大幅避免这些影响的发生。调制良好的青贮苜蓿不仅保持了新鲜苜蓿的营养成分，同时兼具有消化率高、适口性好、耐贮存等优点，能很好地避免苜蓿干草调制过程中带来的弊端[8]。牧草刈割时期、频次与强度直接影响牧草的产量、品质和再生能力。随着紫花苜蓿植株生育期的成熟，其营养指标呈现规律性的变化，蛋白质、脂类以及矿物质含量逐渐降低，而碳水化合物(多糖类、纤维素和半纤维素)含量则逐渐升高[9]。研究苜蓿适宜的生长条件和适宜的刈割时间等问题，对苜蓿产业化发展有着重要的意义，刈割时期应该根据不同品种进行确定，做到因地制宜。在苜蓿生长发育期内，刈割时的生长发育阶段是决定苜蓿饲用价值的主要因素，但目前关于3个茬次3个生育期苜蓿青贮品质的刈割期对苜蓿营养成分影响的研究报道很少，尤其是关于刈割茬次、生育期和发酵时间3因素互作的研究资料鲜有报道。本研究旨在研究3个不同刈割茬次及生育期下苜蓿青贮品质的变化规律，筛选出青贮品质最佳的茬次及生育期，以期获得优质的青贮饲料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

图1 2017年气候变化

试验开展时间为2017年5月至2017年9月，采集新疆石河子市147团五连32号三得利苜蓿(Medicagosativa‘sanditi’)种植地苜蓿，分别在2017年5月8日、5月11日、5月22日刈割第1茬现蕾期、初花期、盛花期苜蓿，6月19日、6月21日、7月1日刈割第2茬现蕾期、初花期、盛花期苜蓿，8月1日、8月3日、8月19日刈割第3茬现蕾期、初花期、盛花期苜蓿。每个刈割时间分别取30个代表性样方，每个样方1 m2。采样时尽量避免叶片脱落，保持草株完整。苜蓿刈割后，晾晒至水分含量为60%～65%时用粉碎机粉碎，粉碎长度约2 cm，待贮。真空袋选用33 cm×48 cm的聚乙烯青贮袋，用真空打包机(SINBO Vacuum Sealer)抽真空后密封。

1.2 试验地区气候特点

147团地处天山北麓中段，古尔班通古特大沙漠南缘，E 84°58′-86°24′，N 43°26′-45°20′，属于典型温带大陆性干旱气候，灰漠土。夏季短而炎热，冬季长而寒冷。年均气温约7.8 ℃(图1)，一年中的最高气温出现在7月，平均气温约28.34 ℃。年日照数为2721～2818 h，年降水量约179.08 mm，年蒸发量1000～1500 mm，无霜期147～191 d。

1.3 试验设计

试验根据不同茬次(第1、2、3茬)的各生育期(现蕾期、初花期、盛花期)分为9个处理，在实验室条件下选择真空袋进行青贮，每袋1.5 kg，每个处理每个发酵时间点各3个重复，置于室温(25±2) ℃下贮藏60 d。分别在青贮第3、9、15、30、45、60天取样，并在第60天开袋，检测各样品pH、干物质(dry matter，DM)、粗蛋白(crude protein，CP)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)、水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate，WSC)、氨态氮(ammoniacal nitrogen，NH3-N)、乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)含量。

1.4 各指标测定方法

各指标按国标进行测定[10-12]，采用105 ℃烘干法测定干物质(DM)含量；采用凯氏定氮仪测定CP含量；采用范氏(Van Soest)洗涤纤维法测定NDF和ADF含量；采用蒽酮-硫酸比色法测定WSC含量；利用酸度计(PHS-25，上海雷磁)测定pH值；用液相色谱法测定有机酸(乳酸、乙酸)含量；采用苯酚-次氯酸钠比色法测定氨态氮(NH3-N)含量，同时折算氨态氮/总氮含量。

1.5 数据分析

在Excel中作数据的基本处理，用SPSS 22.0对各处理的营养指标和发酵指标进行方差分析，通过Duncan法对各处理间的差异进行多重比较。采用隶属函数评价法评价出最佳处理[13]，具体公式为：

UX(+)=(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin);UX(-)=1-UX(+)

式中：X为样品各指标测定值；UX(+)为各指标呈正相关隶属函数值；UX(-)为各指标呈负相关隶属函数值。

2 结果与分析

2.1 苜蓿青贮原料营养指标

不同刈割茬次及生育期苜蓿青贮原料化学成分的分析结果表明(表1)，茬次、生育期对苜蓿青贮原料的DM、ADF、NDF、CP和WSC含量影响显著(P<0.05)，茬次及生育期的延迟会降低CP和WSC含量，第1茬显著高于第2和3茬(P<0.05)；刈割时间增加ADF、NDF含量显著增高(P<0.05)，现蕾期显著低于初花期和盛花期，刈割茬次及生育期的互作效应对DM、ADF、NDF、CP和WSC含量影响极显著(P<0.01)。

2.2 苜蓿青贮发酵阶段营养品质变化规律

表2结果表明，苜蓿青贮发酵过程中DM含量随发酵时间的延长逐渐降低且差异极显著(P<0.01)，不同茬次、生育期对苜蓿青贮发酵过程中DM含量有极显著影响(P<0.01)。青贮发酵第60天时，第3茬各生育期DM含量显著高于第1和2茬，含量在36.43%～39.03%。同一茬次的不同生育期之间DM含量差异较大。随着发酵的进行各处理DM含量逐渐降低，发酵第3天各处理DM含量降低幅度较大，发酵至45 d时各处理DM含量基本趋于稳定。同一茬次的不同生育期盛花期的DM含量显著高于现蕾期和初花期(P<0.05)。

不同茬次、生育期和发酵时间对苜蓿青贮发酵过程中ADF和NDF含量有极显著影响(P<0.01，表2)。各处理组随茬次的增加ADF、NDF含量呈先增加后降低的规律，随生育期的延迟各处理组ADF、NDF含量逐渐增加，盛花期显著高于现蕾期和初花期(P<0.05)。随发酵时间的延长各处理ADF、NDF含量逐渐降低，苜蓿青贮原料，第2茬各处理组ADF和NDF含量显著高于其他处理(P<0.05)，发酵第3天各处理ADF、NDF含量下降较明显，发酵至30 d时趋于稳定，下降含量较少，发酵60 d时第3茬的ADF、NDF含量显著低于第1和2茬。

不同茬次、生育期和发酵时间下苜蓿青贮CP、WSC含量随发酵时间差异极显著(P<0.01，表2)。随发酵时间的延长，各处理苜蓿青贮CP、WSC含量呈下降趋势，同一生育期随茬次的增加出现降低的趋势，同一茬次随生育期的增加出现降低的现象。发酵过程中同一生育期的不同茬次下第1茬CP、WSC含量显著高于第2和3茬(P<0.05)，同一茬次的不同生育期下现蕾期的CP、WSC含量显著高于初花期和盛花期(P<0.05)。

表1 苜蓿青贮原料化学成分

注：不同大写字母表示同列不同茬次同一生育期处理间差异显著(P<0.05)，不同小写字母表示同列同一茬次不同生育期差异显著(P<0.05)，*表示差异显著水平P<0.05，**表示差异极显著水平P<0.01，NS表示无显著差异，表中S表示茬次，G表示生育期。下同。

Note: Different uppercase letters indicate that there is a significant difference between treatments of the same row and different stubble times at the same growth stage (P<0.05), different lowercase letters indicate that there is a significant difference between treatments of the same row and different stubble times at the same growth stage (P<0.05), * indicates that there is a significant difference,P<0.05, ** indicates that there is a very significant difference,P<0.01, and NS indicates that there is no significant difference. S: Stubble time, G: Growth period. The same below.

茬次和生育期以及茬次和发酵时间的交互作用对苜蓿青贮过程中各处理的营养品质影响极显著(P<0.01，表2)，生育期和发酵时间的交互作用除对DM含量影响不显著外(P>0.05)，对苜蓿青贮过程中其他各营养指标含量影响极显著(P<0.01)，茬次、生育期和发酵时间三因素交互作用对苜蓿青贮的ADF、NDF、CP、WSC含量有极显著影响(P<0.01)，对DM含量影响显著(P<0.05)。

2.3 苜蓿青贮发酵阶段发酵品质的变化

各处理在发酵期内pH值变化情况见表3，不同茬次、生育期、发酵时间对苜蓿青贮发酵期内pH值影响极显著(P<0.01)。发酵60 d时的pH值较低，不同茬次的初花期下各处理间差值最大。随发酵时间的延迟各处理pH值逐渐降低；发酵60 d时达到最低(5.01～5.21)。生育期对苜蓿青贮发酵过程中的pH值有显著影响(P<0.05)，随生育期的延迟各处理间pH值表现出先增加后降低的趋势即初花期显著高于现蕾期和盛花期(P<0.05)，发酵30 d时各处理pH值下降速度较快。

不同茬次、生育期和发酵时间对苜蓿青贮发酵过程中乳酸含量的变化有极显著影响(P<0.01，表3)，不同茬次同一生育期各处理乳酸含量出现先增加后降低的趋势，且随发酵时间的延长各处理乳酸含量逐渐增加，第15天时达到最大值，30 d后各处理乳酸含量有所降低，60 d时趋于稳定。发酵过程中乙酸含量变化差异较小，茬次对苜蓿青贮发酵过程中乙酸含量有显著影响(P<0.05)，生育期和发酵时间对乙酸含量有极显著影响(P<0.01)。发酵第15天时达到最大值；第3茬各生育期显著低于其他处理组(P<0.05)，发酵3 d时，各处理乙酸含量均有不同程度的降低，9 d时略有回升直至发酵60 d。发酵60 d时，第3茬初花期的乙酸含量最高，值为2.13%。

表2 不同处理苜蓿青贮营养品质

续表2 Continued Table 2

随着发酵的进行，茬次、生育期和发酵时间对苜蓿青贮的NH3-N和NH3-N/TN含量有显著影响(P<0.05，表3)。发酵前期，各处理NH3-N和NH3-N/TN含量差异较小，发酵至第3天时出现显著差异，不同茬次的同一生育期出现第2茬各生育期NH3-N和NH3-N/TN含量显著高于第1和3茬，发酵至第9天时，第2茬初花期与第1茬初花期差值最大，发酵至60 d时，第1茬各生育期NH3-N和NH3-N/TN含量显著低于第2和3茬各生育期。

茬次和生育期的交互作用、茬次和发酵时间的交互作用均对苜蓿青贮发酵过程中发酵品质各指标有极显著影响(P<0.01，表3)；生育期和发酵时间的交互作用除对pH值影响不显著外(P>0.05)，对其他发酵指标有极显著影响(P<0.01)，茬次、生育期和发酵时间的交互作用对pH值有显著影响(P<0.05)，对其他发酵指标有极显著影响(P<0.01)。

2.4 不同生育期处理青贮苜蓿各指标的综合价值评价

由于各处理在不同指标上表现均不相同，而以任何一个单一指标评价最佳发酵处理是不全面的[14]。因此，选用发酵60 d的DM、ADF、NDF、CP、WSC、LA、pH、AA、NH3-N和NH3-N/TN10个指标，对发酵60 d不同刈割时期处理的苜蓿青贮营养品质和发酵品质进行综合评价(表4)。综合评价分值越高则青贮品质越好，反之越差。发酵60 d，对不同刈割时期处理的苜蓿青贮发酵品质综合排序为：第1茬现蕾期处理(0.80)>第3茬现蕾期处理(0.69)>第1茬初花期处理(0.60)>第2茬现蕾期处理(0.56)>第3茬初花期处理(0.55)>第1茬盛花期处理(0.41)>第3茬盛花期处理(0.38)>第2茬初花期处理(0.36)>第2茬盛花期处理(0.28)。

表3 不同处理苜蓿青贮发酵品质

续表3 Continued Table 3

3 讨论

3.1 发酵阶段苜蓿青贮营养品质

DM含量是青贮成败的关键。青贮饲料水分含量的高低决定着青贮发酵过程和青贮饲料的发酵品质且影响细菌总数和发酵速率[15]。一般要求豆科牧草青贮适宜的含水量为60%～70%，本试验中苜蓿青贮经晾晒水分含量基本在65%左右。本研究中不同茬次、生育期的苜蓿青贮发酵60 d与发酵第0天相比，DM含量下降明显，与Schmidt等[16]的研究结果相同，主要原因是发酵过程中伴随着微生物的生长，而微生物的生长需要消耗DM促进自身生长从而随着发酵时间的延长DM含量逐渐降低。随生育期的延迟水分含量逐渐减少，干物质积累逐渐增多[17-18]，盛花期干草产量达到最大值。

本试验随发酵的进行各处理的ADF和NDF含量有不同程度的降低，与Mustafa等[19]和Hu等[20]的研究结果相同。由于在青贮饲料发酵的早期阶段存在一些产纤维素酶的微生物[21]，青贮中的营养物质被其消耗产生纤维素酶导致ADF下降较快且伴随有NDF的降低，下降到发酵中期基本稳定。本试验中第1茬苜蓿生长周期最长，第2茬苜蓿生长周期最短且生长过程中温度较高影响到木质素和营养物质的积累；处于生长幼嫩期的苜蓿其木质化程度低易被动物降解，现蕾期的ADF、NDF含量显著低于其他生育期[22]。

Nordkvist等[23]研究表明，牧草的生长时期对牧草积累的CP含量有一定的影响，生长阶段与CP含量两者有较高的关联性。Lees[24]和Buxton等[25]研究表明，紫花苜蓿的CP含量随生长阶段的增加呈明显上升趋势，现蕾期的苜蓿CP含量显著高于成熟期的苜蓿，整个生长过程CP的积累呈下降的趋势。本试验结果表明紫花苜蓿青贮从现蕾期到盛花期CP含量降低约10%。第1茬现蕾期的CP含量最高，而盛花期的CP值则较低。刈割茬次的增加也会造成CP含量的减少，这与Morrison[26]的研究结果相似。

WSC是青贮过程中乳酸菌发酵的基质，是发酵成败的关键。紫花苜蓿是一种豆科牧草，人们普遍认为大多数豆类，包括苜蓿都具有较高的蛋白质含量和缓冲能量但可溶性碳水化合物含量较低[27]。随着发酵的进行，每种处理的WSC含量逐渐降低，这与Wang等[28]的研究结果相同。这是因为在青贮饲料发酵过程中需要消耗WSC，以便为乳酸菌提供良好的生长环境和营养[29]，从而导致消耗量增加和乳酸产量增加。WSC在牧草各组织器官中并不均匀分配，豆科牧草WSC含量明显低于禾本科牧草，苜蓿结荚期最低，现蕾期最高，而后逐渐减少[30]。本研究中不同茬次第1茬苜蓿青贮的WSC含量显著高于第2、3茬，同一茬次不同生育期现蕾期苜蓿青贮的WSC含量显著高于初花期和盛花期，主要原因是生长期的延迟将增加木质化的程度，从而增加WSC的含量。

3.2 苜蓿青贮发酵阶段的发酵品质

pH值是衡量青贮饲料品质好坏的重要指标之一，pH值越低，表示其青贮饲料的青贮品质越好，反之，则青贮品质越差。本试验各处理pH值在发酵60 d时均在5左右，Muck[31]研究结果表明新鲜苜蓿pH值一般在5.9～6.6，优质牧草青贮pH一般在4.2以下，苜蓿蛋白含量高pH值较其他青贮作物高，一般在4.2～5.6。许庆方[32]研究苜蓿青贮中添加添加剂时pH有降至4.2以下的可能。发酵过程中苜蓿青贮的pH逐渐降低，但豆科牧草糖分含量低，发酵初期pH不会下降至最低值，发酵到15 d时pH值基本趋于稳定。

青贮发酵主要在厌氧条件下进行，而厌氧环境有利于有机酸的产生，青贮发酵中主要以乳酸和乙酸为主。发酵过程中乳酸和乙酸的含量越高则青贮品质越好，所以在一定程度上可增加青贮饲料的乳酸含量来提高青贮品质。在青贮发酵的早期阶段，微生物的活性处于初始阶段，并且乳酸菌的数量尚未处于有利位置，因此每种处理的乳酸含量低。青贮发酵程度的增加伴随着酸性产物的蔓延，其他微生物活动受到抑制，乳酸菌逐渐抑制其他微生物的活动[22]，从而占据主导地位，产生大量乳酸，每种处理的乳酸含量立即增加。发酵基本稳定时由于乳酸菌活动受到自身产物的抑制[33]，乳酸含量基本保持稳定。青贮发酵中的乙酸主要来源于异型乳酸菌和肠内细菌对糖类的分解发酵[34]。在青贮发酵开始时，接触到空气的乙酸菌把发酵过程中的乙醇变为乙酸，降低其品质[35]。试验结果表明，各处理的乙酸比乳酸值较小，乙酸含量会随发酵时间的增加逐渐增多，但盛花期的乙酸含量始终较高。

NH3-N是评价青贮饲料质量的重要依据，它主要是青贮料中蛋白质在微生物作用下分解为氨基酸和含氮物质，氨态氮含量越高说明营养物质分解越多，青贮料的品质和营养价值就越低[36]。青贮饲料中NH3-N含量关系着家畜对其利用情况，青贮过程中应减少NH3-N的产生防止青贮品质的下降[37]。茬次的增加会增加青贮NH3-N含量，而NH3-N含量的增加会促进青贮发酵中氨的产生，氨会加快腐败物质的滋生从而降低青贮品质影响饲料的适口性[34]。发酵过程中TN含量随发酵时间逐渐增加，与Fairbairn等[38]的结果相同。

4 结论

通过设置不同刈割茬次和生育期探究对苜蓿青贮营养品质和发酵品质的影响，结果表明，苜蓿青贮在不同茬次和生育期发酵品质差异较大。刈割茬次早的苜蓿青贮DM、ADF和NDF含量低，CP含量高，第1茬苜蓿青贮品质优于第2和3茬；现蕾期苜蓿青贮发酵品质总体好于初花期和盛花期，每一茬次在现蕾期刈割有利于苜蓿保持较高的营养品质从而提高苜蓿青贮品质，不影响植株的再生能力，现蕾期的苜蓿青贮品质优于初花期和盛花期。