刈割茬次和生育期對苜蓿青貯品質(zhì)的影響

李菲菲，張凡凡，王旭哲，唐開婷，馬春暉

(石河子大學動物科技學院，新疆 石河子 832000)

苜蓿(Medicagosativa)作為一種優(yōu)良的豆科牧草，營養(yǎng)價值高、適口性好，素有“牧草之王”的美稱[1-2]。近年來，人們越來越多地認識到苜蓿對于高產(chǎn)奶牛的重要性，因此關(guān)于苜蓿的研究也越來越多[3-7]。種植過程中影響紫花苜蓿營養(yǎng)成分的因素很多，其中包括品種類型、刈割時期、刈割茬次、施肥、氣候條件、管理等。目前，苜蓿生產(chǎn)一般以調(diào)制干草和青貯為主，而苜蓿干草在運輸、晾曬、儲存和飼喂過程中易受雨淋和葉片掉落等影響，致使草產(chǎn)量和品質(zhì)降低，損失嚴重。與調(diào)制干草相比，制作青貯可大幅避免這些影響的發(fā)生。調(diào)制良好的青貯苜蓿不僅保持了新鮮苜蓿的營養(yǎng)成分，同時兼具有消化率高、適口性好、耐貯存等優(yōu)點，能很好地避免苜蓿干草調(diào)制過程中帶來的弊端[8]。牧草刈割時期、頻次與強度直接影響牧草的產(chǎn)量、品質(zhì)和再生能力。隨著紫花苜蓿植株生育期的成熟，其營養(yǎng)指標呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，蛋白質(zhì)、脂類以及礦物質(zhì)含量逐漸降低，而碳水化合物(多糖類、纖維素和半纖維素)含量則逐漸升高[9]。研究苜蓿適宜的生長條件和適宜的刈割時間等問題，對苜蓿產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有著重要的意義，刈割時期應(yīng)該根據(jù)不同品種進行確定，做到因地制宜。在苜蓿生長發(fā)育期內(nèi)，刈割時的生長發(fā)育階段是決定苜蓿飼用價值的主要因素，但目前關(guān)于3個茬次3個生育期苜蓿青貯品質(zhì)的刈割期對苜蓿營養(yǎng)成分影響的研究報道很少，尤其是關(guān)于刈割茬次、生育期和發(fā)酵時間3因素互作的研究資料鮮有報道。本研究旨在研究3個不同刈割茬次及生育期下苜蓿青貯品質(zhì)的變化規(guī)律，篩選出青貯品質(zhì)最佳的茬次及生育期，以期獲得優(yōu)質(zhì)的青貯飼料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

圖1 2017年氣候變化

試驗開展時間為2017年5月至2017年9月，采集新疆石河子市147團五連32號三得利苜蓿(Medicagosativa‘sanditi’)種植地苜蓿，分別在2017年5月8日、5月11日、5月22日刈割第1茬現(xiàn)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茬現(xiàn)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茬現(xiàn)蕾期、初花期、盛花期苜蓿。每個刈割時間分別取30個代表性樣方，每個樣方1 m2。采樣時盡量避免葉片脫落，保持草株完整。苜蓿刈割后，晾曬至水分含量為60%～65%時用粉碎機粉碎，粉碎長度約2 cm，待貯。真空袋選用33 cm×48 cm的聚乙烯青貯袋，用真空打包機(SINBO Vacuum Sealer)抽真空后密封。

1.2 試驗地區(qū)氣候特點

147團地處天山北麓中段，古爾班通古特大沙漠南緣，E 84°58′-86°24′，N 43°26′-45°20′，屬于典型溫帶大陸性干旱氣候，灰漠土。夏季短而炎熱，冬季長而寒冷。年均氣溫約7.8 ℃(圖1)，一年中的最高氣溫出現(xiàn)在7月，平均氣溫約28.34 ℃。年日照數(shù)為2721～2818 h，年降水量約179.08 mm，年蒸發(fā)量1000～1500 mm，無霜期147～191 d。

1.3 試驗設(shè)計

試驗根據(jù)不同茬次(第1、2、3茬)的各生育期(現(xiàn)蕾期、初花期、盛花期)分為9個處理，在實驗室條件下選擇真空袋進行青貯，每袋1.5 kg，每個處理每個發(fā)酵時間點各3個重復，置于室溫(25±2) ℃下貯藏60 d。分別在青貯第3、9、15、30、45、60天取樣，并在第60天開袋，檢測各樣品pH、干物質(zhì)(dry matter，DM)、粗蛋白(crude protein，CP)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)、水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate，WSC)、氨態(tài)氮(ammoniacal nitrogen，NH3-N)、乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)含量。

1.4 各指標測定方法

各指標按國標進行測定[10-12]，采用105 ℃烘干法測定干物質(zhì)(DM)含量；采用凱氏定氮儀測定CP含量；采用范氏(Van Soest)洗滌纖維法測定NDF和ADF含量；采用蒽酮-硫酸比色法測定WSC含量；利用酸度計(PHS-25，上海雷磁)測定pH值；用液相色譜法測定有機酸(乳酸、乙酸)含量；采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定氨態(tài)氮(NH3-N)含量，同時折算氨態(tài)氮/總氮含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

在Excel中作數(shù)據(jù)的基本處理，用SPSS 22.0對各處理的營養(yǎng)指標和發(fā)酵指標進行方差分析，通過Duncan法對各處理間的差異進行多重比較。采用隸屬函數(shù)評價法評價出最佳處理[13]，具體公式為：

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

式中：X為樣品各指標測定值；UX(+)為各指標呈正相關(guān)隸屬函數(shù)值；UX(-)為各指標呈負相關(guān)隸屬函數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 苜蓿青貯原料營養(yǎng)指標

不同刈割茬次及生育期苜蓿青貯原料化學成分的分析結(jié)果表明(表1)，茬次、生育期對苜蓿青貯原料的DM、ADF、NDF、CP和WSC含量影響顯著(P<0.05)，茬次及生育期的延遲會降低CP和WSC含量，第1茬顯著高于第2和3茬(P<0.05)；刈割時間增加ADF、NDF含量顯著增高(P<0.05)，現(xiàn)蕾期顯著低于初花期和盛花期，刈割茬次及生育期的互作效應(yīng)對DM、ADF、NDF、CP和WSC含量影響極顯著(P<0.01)。

2.2 苜蓿青貯發(fā)酵階段營養(yǎng)品質(zhì)變化規(guī)律

表2結(jié)果表明，苜蓿青貯發(fā)酵過程中DM含量隨發(fā)酵時間的延長逐漸降低且差異極顯著(P<0.01)，不同茬次、生育期對苜蓿青貯發(fā)酵過程中DM含量有極顯著影響(P<0.01)。青貯發(fā)酵第60天時，第3茬各生育期DM含量顯著高于第1和2茬，含量在36.43%～39.03%。同一茬次的不同生育期之間DM含量差異較大。隨著發(fā)酵的進行各處理DM含量逐漸降低，發(fā)酵第3天各處理DM含量降低幅度較大，發(fā)酵至45 d時各處理DM含量基本趨于穩(wěn)定。同一茬次的不同生育期盛花期的DM含量顯著高于現(xiàn)蕾期和初花期(P<0.05)。

不同茬次、生育期和發(fā)酵時間對苜蓿青貯發(fā)酵過程中ADF和NDF含量有極顯著影響(P<0.01，表2)。各處理組隨茬次的增加ADF、NDF含量呈先增加后降低的規(guī)律，隨生育期的延遲各處理組ADF、NDF含量逐漸增加，盛花期顯著高于現(xiàn)蕾期和初花期(P<0.05)。隨發(fā)酵時間的延長各處理ADF、NDF含量逐漸降低，苜蓿青貯原料，第2茬各處理組ADF和NDF含量顯著高于其他處理(P<0.05)，發(fā)酵第3天各處理ADF、NDF含量下降較明顯，發(fā)酵至30 d時趨于穩(wěn)定，下降含量較少，發(fā)酵60 d時第3茬的ADF、NDF含量顯著低于第1和2茬。

不同茬次、生育期和發(fā)酵時間下苜蓿青貯CP、WSC含量隨發(fā)酵時間差異極顯著(P<0.01，表2)。隨發(fā)酵時間的延長，各處理苜蓿青貯CP、WSC含量呈下降趨勢，同一生育期隨茬次的增加出現(xiàn)降低的趨勢，同一茬次隨生育期的增加出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。發(fā)酵過程中同一生育期的不同茬次下第1茬CP、WSC含量顯著高于第2和3茬(P<0.05)，同一茬次的不同生育期下現(xiàn)蕾期的CP、WSC含量顯著高于初花期和盛花期(P<0.05)。

表1 苜蓿青貯原料化學成分

注：不同大寫字母表示同列不同茬次同一生育期處理間差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示同列同一茬次不同生育期差異顯著(P<0.05)，*表示差異顯著水平P<0.05，**表示差異極顯著水平P<0.01，NS表示無顯著差異，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發(fā)酵時間的交互作用對苜蓿青貯過程中各處理的營養(yǎng)品質(zhì)影響極顯著(P<0.01，表2)，生育期和發(fā)酵時間的交互作用除對DM含量影響不顯著外(P>0.05)，對苜蓿青貯過程中其他各營養(yǎng)指標含量影響極顯著(P<0.01)，茬次、生育期和發(fā)酵時間三因素交互作用對苜蓿青貯的ADF、NDF、CP、WSC含量有極顯著影響(P<0.01)，對DM含量影響顯著(P<0.05)。

2.3 苜蓿青貯發(fā)酵階段發(fā)酵品質(zhì)的變化

各處理在發(fā)酵期內(nèi)pH值變化情況見表3，不同茬次、生育期、發(fā)酵時間對苜蓿青貯發(fā)酵期內(nèi)pH值影響極顯著(P<0.01)。發(fā)酵60 d時的pH值較低，不同茬次的初花期下各處理間差值最大。隨發(fā)酵時間的延遲各處理pH值逐漸降低；發(fā)酵60 d時達到最低(5.01～5.21)。生育期對苜蓿青貯發(fā)酵過程中的pH值有顯著影響(P<0.05)，隨生育期的延遲各處理間pH值表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢即初花期顯著高于現(xiàn)蕾期和盛花期(P<0.05)，發(fā)酵30 d時各處理pH值下降速度較快。

不同茬次、生育期和發(fā)酵時間對苜蓿青貯發(fā)酵過程中乳酸含量的變化有極顯著影響(P<0.01，表3)，不同茬次同一生育期各處理乳酸含量出現(xiàn)先增加后降低的趨勢，且隨發(fā)酵時間的延長各處理乳酸含量逐漸增加，第15天時達到最大值，30 d后各處理乳酸含量有所降低，60 d時趨于穩(wěn)定。發(fā)酵過程中乙酸含量變化差異較小，茬次對苜蓿青貯發(fā)酵過程中乙酸含量有顯著影響(P<0.05)，生育期和發(fā)酵時間對乙酸含量有極顯著影響(P<0.01)。發(fā)酵第15天時達到最大值；第3茬各生育期顯著低于其他處理組(P<0.05)，發(fā)酵3 d時，各處理乙酸含量均有不同程度的降低，9 d時略有回升直至發(fā)酵60 d。發(fā)酵60 d時，第3茬初花期的乙酸含量最高，值為2.13%。

表2 不同處理苜蓿青貯營養(yǎng)品質(zhì)

續(xù)表2 Continued Table 2

隨著發(fā)酵的進行，茬次、生育期和發(fā)酵時間對苜蓿青貯的NH3-N和NH3-N/TN含量有顯著影響(P<0.05，表3)。發(fā)酵前期，各處理NH3-N和NH3-N/TN含量差異較小，發(fā)酵至第3天時出現(xiàn)顯著差異，不同茬次的同一生育期出現(xiàn)第2茬各生育期NH3-N和NH3-N/TN含量顯著高于第1和3茬，發(fā)酵至第9天時，第2茬初花期與第1茬初花期差值最大，發(fā)酵至60 d時，第1茬各生育期NH3-N和NH3-N/TN含量顯著低于第2和3茬各生育期。

茬次和生育期的交互作用、茬次和發(fā)酵時間的交互作用均對苜蓿青貯發(fā)酵過程中發(fā)酵品質(zhì)各指標有極顯著影響(P<0.01，表3)；生育期和發(fā)酵時間的交互作用除對pH值影響不顯著外(P>0.05)，對其他發(fā)酵指標有極顯著影響(P<0.01)，茬次、生育期和發(fā)酵時間的交互作用對pH值有顯著影響(P<0.05)，對其他發(fā)酵指標有極顯著影響(P<0.01)。

2.4 不同生育期處理青貯苜蓿各指標的綜合價值評價

由于各處理在不同指標上表現(xiàn)均不相同，而以任何一個單一指標評價最佳發(fā)酵處理是不全面的[14]。因此，選用發(fā)酵60 d的DM、ADF、NDF、CP、WSC、LA、pH、AA、NH3-N和NH3-N/TN10個指標，對發(fā)酵60 d不同刈割時期處理的苜蓿青貯營養(yǎng)品質(zhì)和發(fā)酵品質(zhì)進行綜合評價(表4)。綜合評價分值越高則青貯品質(zhì)越好，反之越差。發(fā)酵60 d，對不同刈割時期處理的苜蓿青貯發(fā)酵品質(zhì)綜合排序為：第1茬現(xiàn)蕾期處理(0.80)>第3茬現(xiàn)蕾期處理(0.69)>第1茬初花期處理(0.60)>第2茬現(xiàn)蕾期處理(0.56)>第3茬初花期處理(0.55)>第1茬盛花期處理(0.41)>第3茬盛花期處理(0.38)>第2茬初花期處理(0.36)>第2茬盛花期處理(0.28)。

表3 不同處理苜蓿青貯發(fā)酵品質(zhì)

續(xù)表3 Continued Table 3

3 討論

3.1 發(fā)酵階段苜蓿青貯營養(yǎng)品質(zhì)

DM含量是青貯成敗的關(guān)鍵。青貯飼料水分含量的高低決定著青貯發(fā)酵過程和青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)且影響細菌總數(shù)和發(fā)酵速率[15]。一般要求豆科牧草青貯適宜的含水量為60%～70%，本試驗中苜蓿青貯經(jīng)晾曬水分含量基本在65%左右。本研究中不同茬次、生育期的苜蓿青貯發(fā)酵60 d與發(fā)酵第0天相比，DM含量下降明顯，與Schmidt等[16]的研究結(jié)果相同，主要原因是發(fā)酵過程中伴隨著微生物的生長，而微生物的生長需要消耗DM促進自身生長從而隨著發(fā)酵時間的延長DM含量逐漸降低。隨生育期的延遲水分含量逐漸減少，干物質(zhì)積累逐漸增多[17-18]，盛花期干草產(chǎn)量達到最大值。

本試驗隨發(fā)酵的進行各處理的ADF和NDF含量有不同程度的降低，與Mustafa等[19]和Hu等[20]的研究結(jié)果相同。由于在青貯飼料發(fā)酵的早期階段存在一些產(chǎn)纖維素酶的微生物[21]，青貯中的營養(yǎng)物質(zhì)被其消耗產(chǎn)生纖維素酶導致ADF下降較快且伴隨有NDF的降低，下降到發(fā)酵中期基本穩(wěn)定。本試驗中第1茬苜蓿生長周期最長，第2茬苜蓿生長周期最短且生長過程中溫度較高影響到木質(zhì)素和營養(yǎng)物質(zhì)的積累；處于生長幼嫩期的苜蓿其木質(zhì)化程度低易被動物降解，現(xiàn)蕾期的ADF、NDF含量顯著低于其他生育期[22]。

Nordkvist等[23]研究表明，牧草的生長時期對牧草積累的CP含量有一定的影響，生長階段與CP含量兩者有較高的關(guān)聯(lián)性。Lees[24]和Buxton等[25]研究表明，紫花苜蓿的CP含量隨生長階段的增加呈明顯上升趨勢，現(xiàn)蕾期的苜蓿CP含量顯著高于成熟期的苜蓿，整個生長過程CP的積累呈下降的趨勢。本試驗結(jié)果表明紫花苜蓿青貯從現(xiàn)蕾期到盛花期CP含量降低約10%。第1茬現(xiàn)蕾期的CP含量最高，而盛花期的CP值則較低。刈割茬次的增加也會造成CP含量的減少，這與Morrison[26]的研究結(jié)果相似。

WSC是青貯過程中乳酸菌發(fā)酵的基質(zhì)，是發(fā)酵成敗的關(guān)鍵。紫花苜蓿是一種豆科牧草，人們普遍認為大多數(shù)豆類，包括苜蓿都具有較高的蛋白質(zhì)含量和緩沖能量但可溶性碳水化合物含量較低[27]。隨著發(fā)酵的進行，每種處理的WSC含量逐漸降低，這與Wang等[28]的研究結(jié)果相同。這是因為在青貯飼料發(fā)酵過程中需要消耗WSC，以便為乳酸菌提供良好的生長環(huán)境和營養(yǎng)[29]，從而導致消耗量增加和乳酸產(chǎn)量增加。WSC在牧草各組織器官中并不均勻分配，豆科牧草WSC含量明顯低于禾本科牧草，苜蓿結(jié)莢期最低，現(xiàn)蕾期最高，而后逐漸減少[30]。本研究中不同茬次第1茬苜蓿青貯的WSC含量顯著高于第2、3茬，同一茬次不同生育期現(xiàn)蕾期苜蓿青貯的WSC含量顯著高于初花期和盛花期，主要原因是生長期的延遲將增加木質(zhì)化的程度，從而增加WSC的含量。

3.2 苜蓿青貯發(fā)酵階段的發(fā)酵品質(zhì)

pH值是衡量青貯飼料品質(zhì)好壞的重要指標之一，pH值越低，表示其青貯飼料的青貯品質(zhì)越好，反之，則青貯品質(zhì)越差。本試驗各處理pH值在發(fā)酵60 d時均在5左右，Muck[31]研究結(jié)果表明新鮮苜蓿pH值一般在5.9～6.6，優(yōu)質(zhì)牧草青貯pH一般在4.2以下，苜蓿蛋白含量高pH值較其他青貯作物高，一般在4.2～5.6。許慶方[32]研究苜蓿青貯中添加添加劑時pH有降至4.2以下的可能。發(fā)酵過程中苜蓿青貯的pH逐漸降低，但豆科牧草糖分含量低，發(fā)酵初期pH不會下降至最低值，發(fā)酵到15 d時pH值基本趨于穩(wěn)定。

青貯發(fā)酵主要在厭氧條件下進行，而厭氧環(huán)境有利于有機酸的產(chǎn)生，青貯發(fā)酵中主要以乳酸和乙酸為主。發(fā)酵過程中乳酸和乙酸的含量越高則青貯品質(zhì)越好，所以在一定程度上可增加青貯飼料的乳酸含量來提高青貯品質(zhì)。在青貯發(fā)酵的早期階段，微生物的活性處于初始階段，并且乳酸菌的數(shù)量尚未處于有利位置，因此每種處理的乳酸含量低。青貯發(fā)酵程度的增加伴隨著酸性產(chǎn)物的蔓延，其他微生物活動受到抑制，乳酸菌逐漸抑制其他微生物的活動[22]，從而占據(jù)主導地位，產(chǎn)生大量乳酸，每種處理的乳酸含量立即增加。發(fā)酵基本穩(wěn)定時由于乳酸菌活動受到自身產(chǎn)物的抑制[33]，乳酸含量基本保持穩(wěn)定。青貯發(fā)酵中的乙酸主要來源于異型乳酸菌和腸內(nèi)細菌對糖類的分解發(fā)酵[34]。在青貯發(fā)酵開始時，接觸到空氣的乙酸菌把發(fā)酵過程中的乙醇變?yōu)橐宜幔档推淦焚|(zhì)[35]。試驗結(jié)果表明，各處理的乙酸比乳酸值較小，乙酸含量會隨發(fā)酵時間的增加逐漸增多，但盛花期的乙酸含量始終較高。

NH3-N是評價青貯飼料質(zhì)量的重要依據(jù)，它主要是青貯料中蛋白質(zhì)在微生物作用下分解為氨基酸和含氮物質(zhì)，氨態(tài)氮含量越高說明營養(yǎng)物質(zhì)分解越多，青貯料的品質(zhì)和營養(yǎng)價值就越低[36]。青貯飼料中NH3-N含量關(guān)系著家畜對其利用情況，青貯過程中應(yīng)減少NH3-N的產(chǎn)生防止青貯品質(zhì)的下降[37]。茬次的增加會增加青貯NH3-N含量，而NH3-N含量的增加會促進青貯發(fā)酵中氨的產(chǎn)生，氨會加快腐敗物質(zhì)的滋生從而降低青貯品質(zhì)影響飼料的適口性[34]。發(fā)酵過程中TN含量隨發(fā)酵時間逐漸增加，與Fairbairn等[38]的結(jié)果相同。

4 結(jié)論

通過設(shè)置不同刈割茬次和生育期探究對苜蓿青貯營養(yǎng)品質(zhì)和發(fā)酵品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，苜蓿青貯在不同茬次和生育期發(fā)酵品質(zhì)差異較大。刈割茬次早的苜蓿青貯DM、ADF和NDF含量低，CP含量高，第1茬苜蓿青貯品質(zhì)優(yōu)于第2和3茬；現(xiàn)蕾期苜蓿青貯發(fā)酵品質(zhì)總體好于初花期和盛花期，每一茬次在現(xiàn)蕾期刈割有利于苜蓿保持較高的營養(yǎng)品質(zhì)從而提高苜蓿青貯品質(zhì)，不影響植株的再生能力，現(xiàn)蕾期的苜蓿青貯品質(zhì)優(yōu)于初花期和盛花期。