雨淋及草條厚度對天然牧草干草干燥特性和營養(yǎng)品質的影響

李宇宇，格根圖，降曉偉，吳洪新，劉庭玉，王 偉，郝俊峰，賈玉山*

(1.農業(yè)部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室，草地資源教育部重點實驗室，內蒙古 農業(yè)大學草原與資源環(huán)境學院，內蒙古 呼和浩特 010019； 2. 農業(yè)農村部草業(yè)產品安全風險評估實驗室中國農業(yè)科學院草原研究所，內蒙古 呼和浩特 010019； 3. 內蒙古民族大學農學院，內蒙古 通遼 028000)

天然牧草干草是草原牧區(qū)草食家畜最基本、也是最主要的飼料來源。在野外自然條件下調制天然牧草干草是當前我國草原牧區(qū)生產中應用最廣泛、最簡單的牧草干草調制方法[1-2]。因此天然牧草的調制方式決定了天然牧草干草的營養(yǎng)品質與飼用價值[3]

天然牧草干草品質受諸多因素的影響，大量研究表明天然牧草干草營養(yǎng)品質受牧草收獲時間、調制方式和調制干草時的環(huán)境因素等多種條件影響；環(huán)境因素中天氣情況是影響干草調制成敗的重要因素之一，其中雨淋對天然牧草干草品質的影響最大，雨水的沖刷導致植物表面發(fā)生水解和氧化反應[4-5]，植物體內大部分可溶性物質被分解消耗，如糖類、維生素、胡蘿卜素和可溶性礦物質等。同時，雨淋促進牧草體表的微生物活動[6]，微生物消耗牧草體內的可溶性碳水化合物和淀粉為自身的活動提供能量，甚至破壞牧草體內蛋白質，導致干草品質下降。

在草原牧區(qū)，當?shù)啬撩竦拇虿輹r間一般為九月下旬到十月下旬，期間會經歷雨季、低溫、霜凍等自然災害，故在此期間收獲的天然牧草干草有機物質和蛋白質含量損失嚴重[7]。因此，在天然牧草干草生產實踐中，能提高天然牧草干草品質的一系列調制技術變得十分重要[8]。目前關于天然牧草干草調制的研究報道較少，較多的研究都集中在不同調制方式、不同收獲期和雨淋對苜蓿干草品質的影響[9-11]，有關雨淋和草條厚度對天然牧草干草品質和干燥特性的影響鮮有報道。在天然牧草干草調制中草條厚度嚴重影響著干草品質，為了減少干草營養(yǎng)物質含量的流失，須加快牧草干燥速度，且使分解營養(yǎng)物質的酶失去活性，為了減少牧草中類胡蘿卜素的損失[12]，適當?shù)牟輻l厚度有助于加快牧草干燥速率和減少干草營養(yǎng)物質的流失。本文通過研究雨淋及不同調制方式對天然牧草干草干燥特性和營養(yǎng)品質的影響，探討天然牧草干草在調制過程中遭受雨淋后的干燥特性和營養(yǎng)成分的變化及晾曬技術改善干草品質的作用，以期為天然牧草干草的生產實踐提供科學的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗地概況

試驗地選擇內蒙古赤峰市巴林左旗查干哈達蘇木典型草原打草場，巴林左旗位于赤峰市北部，地處大興安嶺山脈向西南延伸處，內蒙古高原向東北平原的過渡地帶上，草地類型復雜多樣、物種資源豐富，地理位置118°44′00″～119°48′02″ N，43°36′53″～48°48′22″ E，地處中緯度地區(qū)，東鄰科爾沁大草原，西接錫林郭勒草原腹地烏拉蓋，屬中溫帶半干旱氣候。試驗區(qū)主要土壤類型為栗鈣土和風沙土，降水主要集中在七、八月份，年平均降水量約為400 mm，平均風速為3～4 m·s-1，大風日數(shù)<30 d，春季干燥多風，秋季涼爽短暫；年平均氣溫5.3℃，無霜期為110 d至130 d，且北部比南部早15 d左右；實驗區(qū)光照充足，平均日照時數(shù)在3 000 h左右，南部略多于北部。

1.2 試驗材料

試驗材料以典型草原天然打草場牧草為主，植物種類主要包括建群種針茅(Ltipacapillata)、羊草(Leymuchinensis)、伴生種糙隱子草(Cleistogenessquanosa)、達烏里胡枝子(Lespedezadavurica)、冰草(Agropyroncristatum)、野韭(Albumramosum)、扁蓄豆(Melissilusruthenicus)、牻牛兒苗(Erodiumstephanianum)、大籽蒿(ArtemisiasieversianaEhrhartexWilld)等。

1.3 試驗設計

為減少土地營養(yǎng)不均衡的影響[10]，選擇地勢平坦、植物群落結構差異較小的試驗地，采用完全隨機設計設置實驗小區(qū)。試驗于2018年8月20日上午8：00進行刈割，天氣晴朗，此時的天然牧干草品質綜合來說較高，為了接近實際生產，刈割高度為2～5 cm，對刈割后的天然牧草鮮樣采用人工降雨模擬器(DIK-6000)進行模擬雨淋試驗，設置未雨淋和雨淋2個處理，雨淋強度為20 mm·h-1，模擬降雨量根據(jù)當?shù)啬杲涤炅考胺植记闆r換算為10 mm；對于未雨淋和雨淋后的天然牧草分別設置10 cm，15 cm，20 cm 3個梯度的草條厚度，共6個處理，每個處理3個重復；采用野外自然干燥方式進行干燥；在其刈割處理后的0h，2h，4h，8h，12h，24h，36h，48h，72h分別進行取樣；干燥過程中主要環(huán)境因子的變化情況如表1所示。

1.4 測定指標與方法

1.4.1含水量和干燥速率的測定 采用烘干減重法[9]，取天然牧草約500g稱重(記為G1)，將樣品置于105℃烘箱中烘干至恒重，稱天然牧草干重(記為G2)，通過差值法測得天然牧草干草含水量(記為G0)，在取樣時間T取得的樣品稱重(記為Gt)；根據(jù)天然牧草的干物質含量(Ge)、G0、Gt和時間T，可以計算出各處理在相應干燥時間點天然牧草的水分和干燥速率。計算公式為：

GT= [(Gt-Ge)/Gt]×100%；

V=(G0-GT)/T

式中，GT為天然牧草干燥Th的含水量(%)，Gt為天然牧草干燥Th的質量，V為天然牧草干燥速率，T為干燥時間。

表1 樣品在干燥期間主要環(huán)境因子的變化情況

注：表中數(shù)據(jù)為2018年8月20日-2018年8月22日由基本氣候監(jiān)測站獲得

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

1.4.2營養(yǎng)成分的測定 干物質的測定：將試驗樣品105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重，測量其干重，從而計算干物質含量。粗蛋白含量(Crude protein，CP)的測定參照GB 6432-86[13]，粗灰分(Ash)采用GB6439-92燃燒法測定，酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)利用范式纖維洗滌分析法進行測定[14]，計算相對飼用價值(Relative feeding value，RFV)。

計算公式如下：DDM=88.9-0.779×ADF;

DMI=120/NDF;

RFV=DMI×DDM/1.29。

其中，DDM(Digestible dry matter)為可消化干物質；DMI(Dry matter intake)為干物質采食量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)整理和繪圖，采用SAS 9.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，差異顯著性通過Duncan法進行多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 雨淋對天然牧草干燥速率的影響

天然牧草的干燥特性和干燥速率受多種因素的影響，為了探究雨淋對天然牧草干燥特性和干燥速率的影響，設置人工模擬天然牧草雨淋和未雨淋的對照試驗。雨淋對天然牧草干燥特性的影響如圖1、圖2所示，雨淋后的天然牧草0～24 h含水量顯著高于未雨淋(P<0.05)；未雨淋的天然牧草在野外自然干燥48 h后達到天然牧草干草安全含貯藏水量，雨淋后的天然牧草在野外自然干燥72 h后達到天然牧草干草安全貯藏含水量，雨淋顯著延長了天然牧草干草達到安全含水量的干燥時間(P<0.05)。在干燥時間2～48 h內，雨淋后的天然牧草干燥速率顯著大于未雨淋的天然牧草(P<0.05)，平均干燥速率分別為6.35%·h-1和8.13%·h-1；在野外自然干燥72 h時，雨淋與未雨淋的天然牧草干草均達到安全貯藏含水量，其干燥速率也趨于穩(wěn)定。

2.2 草條厚度對天然牧草干燥速率的影響

天然牧草的草條厚度影響其干燥特性和干燥速率。通過設置10 cm，15 cm和20 cm的草條厚度對天然牧草進行調制，并測定天然牧草干燥過程中的含水量，得到不同時間段內的干燥速率的變化趨勢圖。如圖3、圖4所示，晾曬72 h后，草條厚度為10 cm，15 cm和20 cm的含水量分別下降了54.72%，51.94%和51.70%。草條厚度為10 cm的天然牧草干燥速度最快，達到天然牧草安全含水量的所需時間最短，和其他處理相比差異顯著(P<0.05)。各調制方法的干燥過程主要分為兩個階段，前一階段0～4 h天然牧草干燥速率較快，后一階段24～72h后干燥速率較慢，整個調制過程水分散失呈現(xiàn)先快后慢的趨勢，各處理之間干燥速率無顯著差異。

圖1 雨淋對天然牧草含水量的影響

圖2 雨淋對天然牧草干燥速率的影響

2.3 雨淋和草條厚度對天然牧草干草營養(yǎng)品質的影響

雨淋對天然牧草干草營養(yǎng)品質的影響如表2所示。與未雨淋相比，雨淋對天然牧草干草的DM，CP，NDF，ADF和RFV影響顯著(P<0.05)，對Ash含量沒有顯著影響，雨淋后的天然牧草干草DM，CP，和RFV顯著降低(P<0.05)，分別下降了1.4%，6.03%和8.94%，NDF和ADF含量顯著升高，分別升高了7.05%和6.61 %。

圖3 草條厚度對天然牧草含水量的影響

圖4 草條厚度對天然牧草干燥速率的影響

表2 雨淋對天然牧草干草營養(yǎng)品質的影響

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同

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

草條厚度對天然牧草干草營養(yǎng)品質的影響如表3所示，草條厚度對CP，NDF和RFV含量影響顯著(P<0.05)，對DM，ADF和Ash含量影響均不顯著；15 cm草條厚度的天然牧草干草CP和RFV顯著高于10 cm和20 cm (P<0.05)。15 cm草條厚度調制下的天然牧草干草NDF含量顯著低于10cm和20 cm (P<0.05)，草條厚度對天然牧草DM，ADF和Ash無顯著影響。

表3 草條厚度對天然牧草干草營養(yǎng)品質的影響

雨淋和草條厚度的交互作用對天然牧草干草品質的影響如表4所示，雨淋和草條厚度的不同處理對天然牧草干草Ash含量均無顯著差異，雨淋和草條厚度的不同處理對天然牧草干草DM，CP，NDF，ADF含量和RFV有顯著影響(P<0.05)，未雨淋的不同草條厚度的天然牧草干草RFV顯著高于雨淋，說明雨淋對天然牧草干草RFV的影響大于草條厚度；未雨淋的15 cm草條厚度天然牧草干草CP和RFV顯著高于其它處理(P<0.05)，未雨淋的15 cm草條厚度天然牧草干草NDF含量的顯著低于其它處理(P<0.05)。

表4 雨淋及草條厚度對天然牧草干草營養(yǎng)品質的影響

注：*和**分別代表在0.05和0.01水平上差異顯著，NS表示差異不顯著；同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(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 討論

在草原牧區(qū)，天然牧草收獲調制期間極易受到雨淋的影響，雨淋及調制方式對天然牧草干草干燥特性和營養(yǎng)品質的影響較大[15-16]。為了探究雨淋對天然牧草干燥特性和干燥速率的影響，本實驗設置了人工模擬天然牧草雨淋試驗，本試驗研究結果表明，天然牧草在干燥過程，牧草含水量散失主要分為兩個階段，第一階段為調制初期，從初始含水量達到30%含水量，該過程的干燥速率較快，是由于初期散失的水分為自由水，自由水存在于細胞間隙，散失較快，第二階段為干燥后期，從30%含水量達到安全貯藏含水量，這是由于調制后期天然牧草主要散失的水分以結合水為主，結合水存在于植物細胞內，散失較慢，本研究結果與周娟娟[9]研究結果一致。娜娜[17]、王坤龍[11]的研究認為草條厚度會影響天然牧草干燥時間及干燥速率，本試驗結果表明，草條厚度為10 cm時，天然牧草的干燥速率最快，天然牧草野外干燥過程中草條厚度越薄，干燥速率越快，反之干燥速率越慢，這與娜娜[17]的研究結果一致。

本試驗研究表明，雨淋不僅延長了天然牧草干燥時間，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沖刷導致天然牧草葉片及莖干的濕度增加，促進了微生物的繁殖生長，微生物的一系列活動消耗牧草內部的可溶性含氮化合物，導致CP含量減少；天然牧草干草Ash含量的增加是由于雨淋過后，野外土地表面變潮濕，牧草葉片與土地表面接觸面積增大，在調制過程中更多泥土附著在牧草表面，導致牧天然草干草Ash含量升高。ADF含量和NDF含量的增加是由于牧草在雨淋過程中部分水溶性養(yǎng)分流失，可消化干物質百分含量降低造成[18]。該研究結果與楊耀勝[19]和許慶方[16]的研究結果一致。周倩[20]、尤思涵[21]等研究不同雨淋時間對苜蓿干草的營養(yǎng)品質的影響，結果也表明隨著雨淋時間的延長苜蓿干草的，CP含量顯著降低，NDF和ADF含量顯著增加，與本研究結果一致。

單貴蓮[22]和董寬虎[23]等研究指出，不同調制方式對苜蓿干草的CP含量具有顯著影響，對其他營養(yǎng)物質含量影響不大。本研究發(fā)現(xiàn)，15 cm草條厚度調制下的天然牧草干草CP含量和RFV相對最高，NDF含量和ADF含量相對最低，這可能是由于草條厚度太厚，導致其干燥速率越慢，暴曬在太陽下的時間更長，導致營養(yǎng)物質流失的更多，草條厚度太薄，太陽光照直接穿透草條厚度，牧草大部分面積都暴曬在太陽下，導致營養(yǎng)物質快速流失，適當?shù)牟輻l厚度調制牧草，有效的提高其干燥速率和保護營養(yǎng)物質的流失，本研究結果與張慶[24]以羊草為試驗材料的研究結果一致。許慶方[16]等研究發(fā)現(xiàn)對20 cm草條厚度調制的苜蓿干草品質優(yōu)于10 cm，這與本實驗研究結果不一致，其原因可能是研究選擇的原料不同導致，天然牧草干草大部分為禾本科牧草，干燥速率較快，苜蓿為豆科牧草，干燥速率較慢，20 cm厚度的苜蓿干草在調制過程中草層比較厚，下層苜蓿干草受太陽輻射強度較小，營養(yǎng)物質流失較慢，導致其營養(yǎng)品質較高。

本研究發(fā)現(xiàn)雨淋與草條厚度的交互作用對天然牧草干草的營養(yǎng)成分無顯著差異，賈婷婷[25]研究發(fā)現(xiàn)雨淋和干燥方式的交互作用顯著影響苜蓿干草的營養(yǎng)成分，與本實驗研究結果相反，這可能是由于調制方式或試驗原料的不同導致，干燥方式是否對天然牧草干草營養(yǎng)品質有顯著影響，有待于更為深入的研究。

4 結論

雨淋處理延長了天然牧草干草調制達到安全含水量的干燥時間，天然牧草干草營養(yǎng)物質流失更多；15 cm草條厚度調制的天然牧草干草CP含量和RFV值均高于10 cm和20 cm草條厚度；雨淋和草條厚度的交互處理均對天然牧草干草品質無顯著影響。綜合考慮，雨淋與未雨淋的天然牧草干草調制草條厚度應控制在15 cm左右。