干草防腐剂在不同规格苜蓿干草捆中的应用效果研究

2022-07-08柯文灿李福厚郭旭生

草地学报 2022年6期

张勃，柯文灿，李福厚，郭旭生*

(1. 甘肃定西市畜牧兽医科技研究院，甘肃定西 743000； 2. 兰州大学生命科学学院草地农业生态系统国家重点实验室，甘肃兰州 730000)

干草作为反刍家畜重要的粗饲料组成部分，对提高家畜的生产性能具有重要的营养和经济学意义[1]。苜蓿(MedicagosativaL.)由于其营养丰富，适口性好，素来享有“牧草之王”的美誉[2]，现已成为支撑我国奶业飞速发展的首选牧草。当前我国生产的苜蓿干草仍然以中低端质量的产品为主，二级苜蓿干草的比例约占一半左右，优质苜蓿干草主要依靠国外进口。苜蓿鲜草调制为干草后具有易保存、运输的优点，可以有效缓解一年四季中饲草料供应不均衡的问题[3]。然而，在干草调制过程中，往往会因为干燥时间不足导致水分过高，霉菌大量繁殖，产生过多的热量，造成营养物质的大量损失，从而导致干草品质下降[4]。这种自然干燥的生产方式耗时长，叶片脱落严重，并且在收获调制期间易受雨淋等天气状况的影响，营养物质损失一般很大[5-6]。如我国北方的一些苜蓿主产区(京津地区)在苜蓿收获季节降雨频繁，空气湿度大，调制干草时间过长，生产的干草品质很难达到优级或者特级干草的标准。研究表明，高水分打捆可以有效缩短晾晒时间，减少叶片脱落，是减少干草调制过程中营养损失的有效措施[7]。然而，高水分打捆时温暖、潮湿的环境也会导致霉菌等有害微生物的大量繁殖，造成干草的霉变，进而危害家畜的身体健康[8-9]。因此，如何通过使用干草防腐剂有效控制高水分干草调制和贮藏过程中霉变的发生是当前我国生产优质苜蓿干草亟待解决的重要问题。

干草的防腐剂种类很多，主要包括有机酸、尿素和生物制剂等[10-11]。干草防腐剂不仅能够防止干草打捆及贮藏过程的霉变[12]，还能够在牧草高水分时进行打捆，防止叶片脱落，从而有效提高干草的感官色泽和营养价值，确保高品质干草产品的生产。目前，主要生产和销售干草防腐剂公司主要有德国巴斯夫公司，美国建明公司等。上述公司的干草防腐剂均已在国内注册并销售，然而这些防腐剂普遍价格昂贵，致使干草生产成本大幅提高。因此，自行研发干草防腐剂对于确保牧草产业的长足发展、提高饲草产品质量、保障畜产品质量安全及降低草产品生产成本和发展自主知识产权的草产品添加剂等诸多方面均具有重要的现实意义。此外，生产实践中干草防腐剂在不同规格和不同含水量苜蓿干草捆中的应用效果尚未见报道。

本研究通过探讨进口商品化防腐剂与自行研发的干草防腐剂对不同规格及含水量苜蓿干草的防霉效果及营养成分的影响，旨在为我国优质苜蓿干草的加工调制及防腐剂的应用提供技术支撑和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.1.1不同浓度防腐剂对小方捆苜蓿干草防霉效果的影响试验地点位于甘肃省定西市安定区北部巉口镇，地理坐标为104°32′ E，35°43′ N，属中温带半干旱气候，年平均气温6.3℃，生长期年平均193 d，无霜期年平均141 d，年平均日照时数2 500 h，年总辐射141.4 kcal·cm-2，年平均降水量430 mm。

试验材料为中牧二号紫花苜蓿，在甘肃定西市安定区现代草业有限公司进行了不同浓度的商品化干草防腐剂对不同水分苜蓿小方捆干草抑菌效果及营养价值影响的研究。试验设置25%和30%两个不同的水分处理，并分别添加不同浓度(4 L·t-1和6 L·t-1)的巴斯夫露宝康干草防腐剂(BLP，巴斯夫中国有限公司)，并设置对照组(CON)。每个处理组3个重复，共18个小方捆。打捆规格0.36 m × 0.46 m × 0.70 m，单捆重量约为40 kg。

1.1.2不同防腐剂对大方捆苜蓿干草防霉效果的影响试验地点为内蒙古自治区阿鲁科尔沁旗，东经119°02′15″～121°01′，北纬43°21′～45°24′，属典型的大陆性气候，年平均气温5.5℃，无霜期95～140 d，年平均降雨量300～400 mm。试验材料为中牧二号紫花苜蓿，试验设低水分(16%～19%)和高水分(22%～25%)两个不同的含水量，两种不同的防腐剂(巴斯夫露宝康干草防腐剂BLP和自行研发的干草防腐剂LZP)处理，每个处理3个重复，具体添加量见表1。打捆规格1.2 m×0.9 m×1.8 m，单捆重量约为500 kg。

表1 试验设计Table 1 Experiment design

1.2 测定指标

1.2.1苜蓿草捆温度测定使用USB温度记录仪(Tp-6210，北京安伏电子技术有限公司)实时监测苜蓿草捆温度变化，测定间隔时间为0.5 h。

1.2.2苜蓿草捆霉变情况测定取5 g苜蓿干草溶于100 mL 0.85%生理盐水中，放入恒温摇床混匀5 min后梯度稀释成不同浓度的菌液。吸取100 μL适宜稀释梯度的菌液于马铃薯琼脂固体培养基(PDA琼脂，含0.1%氯霉素)平板涂布均匀后，30℃需氧培养48～72 h后测定苜蓿干草中霉菌的数量。

1.2.3苜蓿干草品质测定取一定量的苜蓿样品于烘箱中65℃烘干72 h，测定样品干物质(DM)的含量。样品烘干后，经粉碎机粉碎并过1 mm筛。粉碎后的样品通过凯氏定氮法测定样品总氮，总氮×6.25则为样品粗蛋白含量。利用Ankom 2000纤维仪(Ankom Technology,Fairport,NY)测定样品中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)的含量[13-14]。其中，NDF测定过程中添加有耐高温α-淀粉酶和无水亚硫酸钠。相对饲喂价值(RFV)采用公式RFV=(88.9-0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29计算。样品灰分参照国标GB/T 6438-2007进行测定，水溶性碳水化合物利用蒽酮-硫酸比色法测定[15]。

1.3 数据分析

小方捆试验数据利用SPSS 21.0一般线性模型分析，参照2×3数据模型：

Yij=μ+Di+Tj+(D×T)ij+eijk，

式中：Yij为苜蓿干草品质；μ为总均值；Di为不同含水量的影响(i=1,2)；Tj为不同添加浓度的防腐剂的影响(j=1,2,3)；(D×T)ij为含水量和防腐剂的交互作用；eijk为残差。当P<0.05时，处理间差异被认为显著。

大方捆试验数据利用SPSS 21.0单因素方差分析，分别探讨不同含水量打捆时添加不同防腐剂对苜蓿干草品质的影响，且当P<0.05时，处理间差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同浓度防腐剂对苜蓿小方捆防霉效果的影响

2.1.1防腐剂对不同水分苜蓿草捆调制过程中温度变化的影响图1和图2分别为30%水分和25%水分打捆时各处理组苜蓿干草捆内温度变化的情况。草捆温度随着时间推移逐渐上升，并在9 d左右达到最高，随后呈下降趋势并在13 d后趋于稳定。当含水量为30%时，对照组干草捆最高温度为26.67℃，而添加4 L·t-1和6 L·t-1防腐剂BLP后处理组最高温度分别为24.08℃和23.10℃，较对照组分别降低了2.59℃和3.57℃。与对照组相比，30%水分打捆的防腐剂处理组升温速度较慢，稳定时温度也有所下降，且添加6 L·t-1防腐剂处理组较4 L·t-1处理组效果更为明显。当含水量为25%时，对照组最高温度为26.06℃，而添加4 L·t-1和6 L·t-1防腐剂后处理组最高温度为23.41℃和23.44℃，分别下降了2.65℃和2.62℃，添加4 L·t-1和6 L·t-1防腐剂两种处理组之间无显著差异。

图1 30%水分打捆时各处理组温度变化Fig.1 Temperatures change of the 30% water content of alfalfa hay bales under different treatments

图2 25%水分打捆时各处理组温度变化Fig.2 Temperatures change of the 25% water content of alfalfa hay bales under different treatments

2.1.2防腐剂对不同水分苜蓿干草捆调制过程中霉变情况的影响防腐剂对不同水分苜蓿干草捆调制过程中霉变情况的影响如图3所示。当含水量为30%时，随着调制时间推移，对照组草捆中霉菌的数量呈上下波动趋势，且在第10 d时草捆内霉菌的数量达到最大值。当含水量为25%时，对照组苜蓿草捆中霉菌的数量随着时间逐渐增加，在第30 d时达到最大值。与对照组相比，添加防腐剂在干草调制初期效果不明显。20 d后，30%水分打捆苜蓿添加6 L·t-1防腐剂BLP后处理组中霉菌数量显著性降低，而添加4 L·t-1防腐剂BLP只在30 d后对处理组的霉菌有显著的抑制效果；20 d后，25%水分打捆苜蓿中添加4 L·t-1和6 L·t-1防腐剂BLP后处理组霉菌数量都显著性降低。与添加4 L·t-1防腐剂BLP处理组相比，添加6 L·t-1防腐剂BLP后在30%水分打捆时防霉效果更好，而在25%水分打捆时两种添加水平处理间没有显著差异。

图3 防腐剂BLP对苜蓿草捆霉菌的影响Fig.3 Effect of preservative BLP on the mildew in alfalfa bale注：cfu，菌落形成单位；FW，鲜重；不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，下同Note:cfu,colony-forming unit;FW,fresh weight;Different lowercase letters mean significant difference between treatments (P<0.05),the same as below

2.1.3防腐剂对不同水分苜蓿草捆化学组分的影响调制干草30 d后，各个处理间干物质含量没有显著性差异(表2)。不同水分打捆时，添加不同浓度防腐剂BLP对苜蓿草捆NDF、ADF和RFV的影响存在交互作用。当含水量为30%时，添加4 L·t-1和6 L·t-1的防腐剂BLP后，干草捆NDF和ADF的含量较对照组显著降低(P<0.05)，RFV显著增加(P<0.05)。与4 L·t-1防腐剂BLP处理组相比，6 L·t-1防腐剂BLP处理组NDF含量显著降低，RFV显著增加。然而，当含水量为25%时，添加防腐剂对干苜蓿草捆的NDF和ADF含量及RFV并没有显著性影响。与30%水分苜蓿干草捆相比，相同处理的苜蓿干草在25%水分打捆时NDF和ADF含量显著降低，RFV显著增加。当含水量为30%时，添加6 L·t-1的防腐剂显著增加了干草捆中CP的含量，而25%水分打捆时各处理组之间CP含量差异并不显著。25%水分各处理组灰分含量显著高于30%水分处理组，且同一水分处理组间差异并不显著。此外，不同水分干草捆添加防腐剂对WSC含量没有显著影响。

表2 苜蓿草捆营养成分分析Table 2 Analysis of nutrient components in alfalfa bales

2.2 不同防腐剂对苜蓿干草大方捆防霉效果的影响

2.2.1添加防腐剂后苜蓿干草大方捆的温度变化防腐剂对不同水分大方捆干草温度的影响如图4和图5所示。苜蓿大方捆干草喷洒进口商品化干草防腐剂BLP或者自行研制的干草防腐剂LZP后温度的变化情况基本一致，在第1 d温度急剧升高，随后逐渐降低，最后趋于稳定。与16%～19%水分打捆时的最高温度31.94℃相比，22%～25%水分打捆时苜蓿干草的温度显著提高，达到了43.38℃。与防腐剂BLP处理组相比，防腐剂LZP处理组温度并没有显著差异。

图4 16%～19%水分大方捆温度变化Fig.4 Temperatures change of the 16%～19% water content of large alfalfa hay bales

图5 22%～25%水分大方捆温度变化Fig.5 Temperatures change of the 22%～25% water content of big alfalfa hay bales

2.2.2添加防腐剂对苜蓿干草大方捆霉变的影响苜蓿干草大方捆中的霉菌数量如图5所示。16%～19%水分打捆时添加防腐剂LZP和BLP均能显著草捆中霉菌的数量(<3.0 lg cfu·g-1FW)，但两者之间无明显差异。在22%～25%水分打捆时，与防腐剂LZP处理组相比，防腐剂BLP处理组霉菌虽然显著降低(P<0.05)，但数值上差别不大(5.00 vs. 5.16)。

图6 添加防腐剂对苜蓿方捆霉变的影响Fig.6 Effect of preservative on the mildew in alfalfa bale

2.2.3添加防腐剂对苜蓿大方捆营养成分的影响添加防腐剂对苜蓿大方捆营养成分的影响如表3和表4所示。在16%～19%水分打捆时两种防腐剂处理组之间CP含量没有显著差异，而22%～25%水分打捆时防腐剂BLP处理组CP较防腐剂LZP处理组CP含量显著增加(20.66 vs. 20.35)，但在实际生产上没有意义。此外，添加防腐剂后处理间NDF和ADF含量没有显著差异。

表3 16%～19%水分处理苜蓿大方捆中营养成分Table 3 Nutrient composition in large alfalfa hay bales with 16%～19% water content

表4 22%～25%水分处理苜蓿大方捆中营养成分Table 4 Nutrient composition in large alfalfa hay bales with 22%～25% water content

3 讨论

干草调制是缓解畜牧业牧草供应不均衡的重要环节之一。苜蓿中富含丰富的蛋白质，是家畜的首选牧草。然而，在苜蓿干草调制过程中，低水分打捆时会造成大量的叶片脱落，从而降低苜蓿干草的营养品质。研究表明，苜蓿晾晒至适宜打捆含水量时，需要4～5 d的田间干燥时间[16]，在此期间若淋雨可造成高达62%的叶片损失和37%的干物质损失[17]。由此可见，高水分打捆是目前能够解决上述问题并调制优质苜蓿干草的有效手段。

苜蓿干草调制的前期，由于植物细胞本身的呼吸作用及附着微生物的代谢活动，干草捆内的温度会出现上升的现象[18]。随着时间的推移，植物细胞逐渐死亡，草捆的温度会逐渐下降，最后草捆内温度的变化主要受到附着微生物代谢活性的影响。在小方捆研究中，所有处理组草捆内的温度都呈现先上升，后下降，最后趋于稳定的趋势。30%水分的苜蓿草捆温度达到的最高温度较25%水分的苜蓿草捆显著增加，这与单华佳等人[19]的研究结果相一致，高水分调制干草时，草捆的最高温度随着含水量的增加而增高。高水分打捆时温暖、潮湿的环境为霉菌的大量繁殖创造了良好的条件，使得草捆内发热严重，发霉现象时有发生。防腐剂的应用主要是为了抑制干草调制过程中微生物的代谢活动，进而减少营养损失，从而保证干草的品质。在本研究中，防腐剂处理组中霉菌的数量相对于对照组有所降低，这与防腐剂处理组草捆升温速度较对照组缓慢，最高温度，稳定时温度较低结果相一致。30%水分时，添加4 L·t-1防腐剂BLP后霉菌数量虽然有所下降但差异性并不显著，而添加6 L·t-1防腐剂BLP后霉菌数量较对照组显著下降。而25%水分打捆时，添加4 L·t-1t和6 L·t-1防腐剂后草捆内霉菌的数量均显著下降。因此，30%水分打捆时，当防腐剂BLP添加量为6 L·t-1时效果更好，而在25%水分打捆时，无论添加4 L·t-1还是6 L·t-1的防腐剂BLP均有良好效果。这一结果与苜蓿草捆温度结果相一致。

牧草干草调制及储存过程中的营养损失主要是由植物细胞呼吸及微生物的代谢活动所造成[10]，且高水分调制干草时，养分损失会增加，牧草干物质、粗蛋白含量显著降低[12,20]，从而使干草品质下降[21]。周栋昌等人[4]研究表明，含水量25%的苜蓿干草中CP的含量较35%的苜蓿干草CP增加了3.18%，这与25%水分苜蓿干草处理组中较高的CP结果相一致。此外，当30%水分打捆时，防腐剂处理组NDF和ADF含量显著降低，RFV显著增加，这可能与防腐剂减少了其他营养物质(如粗蛋白)的损失有关。而在25%水分打捆时，各处理组间NDF，ADF和AFV差异并不显著，但RFV显著高于30%水分打捆干草。因此，苜蓿干草调制过程中萎蔫适宜的水分含量，有助于减少微生物代谢活动及植物细胞呼吸所造成的干物质损失，有利于提高牧草的利用效率和生产性能[22-23]。

张延林等[12]研究表明，苜蓿干草制作成大方捆时，在不添加防腐剂的情况下，水分高于16%时会出现霉变现象，而添加防腐剂后可以提高调制水分3～5个百分点。本研究比较了进口商品化防腐剂BLP和自行研制的防腐剂LZP对不同水分调制苜蓿大方捆的防霉效果。与防腐剂BLP相比，自行研发的防腐剂LZP的防霉效果类似。当含水量为16%～19%时，防腐剂BLP和LZP处理组霉菌的数量均小于3.0 lg cfu·g-1FW，远低于小方捆试验中BLP处理组霉菌的数量，添加防两种防腐剂显著抑制了干草中霉菌的生长。当含水量为22%～25%打捆时，防腐剂BLP和LZP处理组霉菌数量5.0 lg cfu·g-1FW左右，两种防腐剂的抑制效果并不显著，这表明22%～25%的含水量不适宜调制苜蓿大方捆的干草。刘香萍等[24]与史莹华等[25]研究表明，苜蓿甘草高水分打捆时容易导致霉菌滋生，且苜蓿干草含水量越高，草捆发霉速度越快。16%～19%含水量苜蓿捆相比，含水量22%～25%苜蓿干草捆温度显著增加，这与草捆霉菌结果相一致。智建飞等人[26]研究表明，干草的含水量应控制在20%以下，高含水量的干草调制过程中由于植物呼吸和微生物代谢活动，草捆温度可上升至40～50℃，这与本研究结果一致。添加两种不同的防腐剂后，苜蓿干草的DM，NDF，ADF没有显著性差异，虽然在22%～25%水分打捆时防腐剂BLP处理组CP较防腐剂LZP处理组显著增加，但在数值上差别不大(20.66 vs. 20.35)，这很可能是草捆本身CP含量存在差异所导致的，两种防腐剂的防霉效果类似，并没有显著差异。