馮 燕， 李鐘一, 陳麗莉, 丁 科, 張黨權(quán), 羅迎社*

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)工程流變學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖南 長(zhǎng)沙 410004;2.中南林業(yè)科技大學(xué)林業(yè)生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

林下三葉草與百喜草的壓塊影響因素及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值對(duì)比

馮 燕1， 李鐘一1, 陳麗莉2, 丁 科1, 張黨權(quán)2, 羅迎社1*

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)工程流變學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖南 長(zhǎng)沙 410004;2.中南林業(yè)科技大學(xué)林業(yè)生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

南方林下飼草作為一種新興林下經(jīng)濟(jì)模式，實(shí)現(xiàn)了資源和能源的合理利用和林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)林下飼草進(jìn)行干燥壓塊不僅適于保存、運(yùn)輸及商品化，也利于保證干草的品質(zhì)，提高林農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入。通過(guò)三葉草與百喜草的壓塊影響因素及其壓塊后營(yíng)養(yǎng)價(jià)值對(duì)比研究，得出了三葉草最優(yōu)保壓時(shí)間為60～90s, 百喜草最佳保壓時(shí)間為80～100s；在飼養(yǎng)價(jià)值上三葉草優(yōu)于百喜草。

林下飼草； 壓塊； 影響因素； 營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，南方林下經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)取得了蓬勃的發(fā)展。如位于我國(guó)南部的廣西國(guó)有林場(chǎng)依靠大量的森林資源與廣闊的林地空間，大力發(fā)展林下經(jīng)濟(jì)，探索出了林下種植等多種林下經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式。2010年第三季度，廣西林下經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值達(dá)到145億元，經(jīng)濟(jì)總量和綜合效益領(lǐng)跑全國(guó)[1-4]。在林下種植飼草，不僅投入少、見(jiàn)效快，而且易于操作，使得林農(nóng)近期得利、長(zhǎng)期得林，實(shí)現(xiàn)了以短養(yǎng)長(zhǎng)、長(zhǎng)短結(jié)合，更是破解了林業(yè)生產(chǎn)周期長(zhǎng)與林農(nóng)投入有限的難題[5-6]。同時(shí)，林下飼草還可以改善土壤結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定土壤溫度，增加土壤微生物種類與數(shù)量并防止水土流失，使得林木生長(zhǎng)更加旺盛，環(huán)境得到保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了能源和資源的充分利用。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 飼草來(lái)源 在我國(guó)南方地區(qū)，常見(jiàn)林下飼草主要為白三葉(TrifoliumrepensL.)、黑麥草(LoliumperenneL.)、百喜草(Paspalumnatatu)、苜蓿(MedicagosativaLinn)、紫云英(Astragalussinicus)、蘇丹草(Sorghumsudanense(Piper)Stapf.)、玉米草(DracocephalummoldavicaL.)等。本課題組分別選用湖南寧鄉(xiāng)基地2014年6月刈割的棗樹(Zizyphusjujube)下套種的百喜草和湖南常德基地2014年9月刈割的樟樹(Cinnamomumcamphora(L.)Presl.)下套種的三葉草為實(shí)驗(yàn)材料。

1.1.2 干草制備 新鮮飼草刈割后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行干燥。常見(jiàn)飼草干燥方法有自然干燥法和人工干燥法。自然干燥法包括自然通風(fēng)曬干和室內(nèi)通風(fēng)陰干；人工干燥法包括高溫干燥法、鼓風(fēng)干燥箱干燥法和干燥劑干燥法。由于本試驗(yàn)組后期要對(duì)壓塊后飼草進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定，所以排除干燥劑干燥法?？紤]操作難易程度及成本，采用自然通風(fēng)曬干(晴朗天氣)與鼓風(fēng)干燥(陰雨潮濕天氣)相結(jié)合的方法進(jìn)行干草制備。

1.1.3 試驗(yàn)儀器 課題組對(duì)上述兩種南方林下飼草壓塊均采用萍鄉(xiāng)九州精密壓塊有限公司生產(chǎn)的Y33 — 50型500kN四柱油壓機(jī)，主缸公稱力500 kN，液體最大工作壓力20MPa,額定電壓380V，額定頻率50Hz，控制電路為交流220V，指示燈電路為6.3V,電磁閥控制電壓為交流220V。含水率的測(cè)定采用MYE — 2070M型海爾家用微波爐，額定電壓220V，額定頻率50Hz,微波爐輸入功率1080W，輸出功率700W，振蕩頻率2450 MHz，能效等級(jí)為4級(jí)[7]。鼓風(fēng)干燥時(shí)采用ZXFD — A5040曲線控制十段編程鼓風(fēng)干燥箱，額定電壓220V，額定頻率50/60Hz，電源功率700 W，溫度范圍為環(huán)境溫度+5℃至+200℃，溫度波動(dòng)度≤±1℃，溫度分辨精度0.1℃。

1.2壓塊影響因素研究

對(duì)干草飼料進(jìn)行壓縮貯藏能較好的解決草物料體積松散、容易變質(zhì)且季節(jié)性強(qiáng)的特點(diǎn),使草料得以有效保存、運(yùn)輸和持續(xù)供應(yīng)。西德學(xué)者斯卡威特(Skalweit)(1938)最早開始進(jìn)行了試驗(yàn)研究[8],本課題組分別探究了不同飼草壓塊時(shí)不同壓塊因素對(duì)草塊的影響,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出了百喜草和三葉草兩種林下飼草的最優(yōu)壓塊含水率范圍、壓強(qiáng)、壓塊溫度和保壓時(shí)間。

1.2.1 含水率范圍的確定 在飼草的壓塊參數(shù)中，飼草含水率是飼草壓塊成功與否的關(guān)鍵性因素之一。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)李旭英等[9]對(duì)可壓塊飼草的含水率范圍進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)含水率小于20%或者大于60%時(shí)苜蓿飼草無(wú)法壓塊成形。即只有在一定含水率范圍內(nèi)飼草才能壓塊成形，含水率過(guò)低則會(huì)造成無(wú)法成形或成形塊松散及成形塊周邊松散，易散開，無(wú)法搬運(yùn)或移動(dòng)；含水率過(guò)高則會(huì)造成草內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流出且不易成形，熱壓時(shí)還易糊化。課題組分別對(duì)冷壓(常溫)和熱壓(70℃)下三葉草和百喜草的可壓含水率范圍進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩種飼草可壓含水率范圍略有不同，三葉草在熱壓及冷壓時(shí)均易成形，成形草塊軟硬適中，緊實(shí)美觀，可壓范圍廣。而百喜草相對(duì)較難成形，可壓含水率范圍較小且成形后形狀難以持久。在冷壓和熱壓的范圍區(qū)分上，兩種飼草表現(xiàn)一致，即當(dāng)飼草含水率較低時(shí)熱壓更易成型，但含水率較高時(shí)熱壓則會(huì)造成出汁、糊化、與模具粘連，導(dǎo)致壓塊失敗。三葉草和百喜草的可壓含水率范圍詳見(jiàn)表1。

表1 不同飼草可壓含水率范圍Tab1 Compressiblemoisturecontentrangefordifferentforage(%)飼草及其壓制類別三葉草(冷壓)百喜草(冷壓)三葉草(熱壓)百喜草(熱壓)可壓含水率范圍20～3820～3515～3518～30

1.2.2 壓塊溫度的設(shè)定 飼草壓塊過(guò)程中，高溫(70～100℃)不僅可以加速飼草中木質(zhì)素的軟化，還可以加速應(yīng)力松弛。高溫可以引起永久的粘塑性變形，還可以增強(qiáng)物料的塑性和流動(dòng)性，使物料粒子更易結(jié)合成形[10]。但是高溫會(huì)使得部分蛋白質(zhì)變性，芳香性氨基酸損失嚴(yán)重，從而影響飼草的體內(nèi)消化率和適口性。因此，在壓塊時(shí)需選用合適壓塊溫度以使飼草壓塊較易成形且草料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得以最大限度保存。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，三葉草低溫時(shí)易成形，壓塊溫度可設(shè)置為常溫或70℃均可。百喜草纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，成形后易松散，可將壓塊溫度設(shè)置為70～80℃。

1.2.3 壓強(qiáng)的設(shè)定 實(shí)驗(yàn)選用Y33 — 50型500kN四柱油壓機(jī)。壓強(qiáng)的設(shè)定即草飼料表面積所受最大壓力的設(shè)定，壓強(qiáng)的設(shè)定也是影響草物料壓塊成形與否的關(guān)鍵因素之一[3]。壓強(qiáng)設(shè)定較低時(shí)不易成形或成形后[10]松散，不利于保存及運(yùn)輸。壓強(qiáng)設(shè)定較高時(shí)草塊密度大，更易成形，但貯藏時(shí)高密度草塊內(nèi)部溫度較高易滋生霉菌，且耗能高，不符合綠色生產(chǎn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，三葉草壓強(qiáng)可設(shè)定為12～15MPa,百喜草壓塊時(shí)壓強(qiáng)可設(shè)定為15～20MPa。

1.2.4 保壓時(shí)間的設(shè)定 保壓時(shí)間設(shè)定為30～100s。

1.3不同飼草塊營(yíng)養(yǎng)價(jià)值分析

1.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo) 1860年，德國(guó)的Hennerberg和Stohmann創(chuàng)立了包括水分(H2O)、灰分(CA)、粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗纖維(CF) 與無(wú)氮浸出物(NFE)6種營(yíng)養(yǎng)素的概略養(yǎng)分分析法[11]，并沿用至今。在這種體系下，還可以計(jì)算草飼料的總可消化養(yǎng)分(TDN)。本文采用概略養(yǎng)分分析法結(jié)合草飼料中的礦物質(zhì)鈣(Ca)和磷(P)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)綜合評(píng)價(jià)草飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

1.3.2 測(cè)定方法

(1) 樣品獲取

新鮮飼草經(jīng)干燥后，壓成直徑為200mm的圓形壓塊，見(jiàn)圖1。壓塊機(jī)參數(shù)設(shè)置為壓強(qiáng)15MPa，溫度70℃，保壓時(shí)間90s，將草餅放入烘干箱中烘干至含水率小于10%后制取分析樣品。

(2) 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)測(cè)定方法

干物質(zhì)(DM)和水(H2O)的測(cè)定：將樣品烘干至恒重，測(cè)定干重，計(jì)算干物質(zhì)和水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。鈣(Ca)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，磷(P)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用鉬黃比色法測(cè)定[12]，灰分(CA)的測(cè)定采用馬沸爐550℃煅燒法，粗纖維(CF)的測(cè)定采用GB/T6434 — 2006過(guò)濾法[13-14]，粗蛋白(CP)利用FOSSKjeltec 8400 全自動(dòng)凱氏定氮儀進(jìn)行測(cè)定，粗脂肪(EE)采用索氏脂肪提取法測(cè)定。無(wú)氮浸出物(NFE)的計(jì)算方法見(jiàn)公式(1)：

a.三葉草壓塊

b.百喜草壓塊

圖1飼草壓塊

Fig.1Foragegrassblocks

(1)

總可消化營(yíng)養(yǎng)成分采用修奈達(dá)氏(SCHNEDER)方法[15]，用飼料成分的分析值求總消化營(yíng)養(yǎng)成分(TDN)。TDN 的計(jì)算方法見(jiàn)公式(2)：

Y=c+b1×X1+b2×X2+b3×X3+b4×X4

(2)

式中:Y——總消化養(yǎng)分(TDN)；X——X1,X2,X3,X4分別代表干物質(zhì)中CP、CF、EE、NFE的百分含量；c——常數(shù)；b1,b2,b3,b4分別代表 CP、CF、EE、NFE所對(duì)應(yīng)的系數(shù)，見(jiàn)表2。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理采用Excel 2007與Ansys11.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表2 公式(2)的系數(shù)含義Tab2 MeaningofcoefficientinEq2系數(shù)名稱常數(shù)(c)粗蛋白(b1)粗纖維(b2)粗脂肪(b3)無(wú)氮浸出(b4)數(shù)值2008-1182-26160-0949

2 結(jié)果與分析

2.1三葉草與百喜草壓塊影響因素效果分析

在設(shè)定的保壓時(shí)間30～100s內(nèi)，保壓時(shí)間越長(zhǎng)，草塊密度越大，保壓時(shí)間過(guò)短則成形后形形狀不能持久；實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)保壓時(shí)間≥120s時(shí)，草塊密度不再變化；而保壓時(shí)間<30s時(shí)草塊松軟，邊緣蓬松，壓塊失效。結(jié)合試驗(yàn)組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析，三葉草最佳壓塊溫度為常溫70℃，最佳壓強(qiáng)范圍為12～15MPa，最優(yōu)保壓時(shí)間為60～90s,而百喜草的最佳壓塊溫度為70℃，最佳壓強(qiáng)為15～20MPa，保壓時(shí)間為80～100s。

2.2壓塊后三葉草與百喜草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值對(duì)比檢測(cè)

在礦物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)中，三葉草鈣(Ca)、磷(P)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于百喜草,分別高0.98%和0.20%,其中,兩種飼草鈣(Ca)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于磷(P)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。概略養(yǎng)分上，三葉草粗脂肪(EE)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于百喜草,分別占干物質(zhì)(DM)的2.91%和0.1%；灰分(CA)質(zhì)量分?jǐn)?shù)三葉草高于百喜草39.52%；三葉草粗蛋白(CP)質(zhì)量分?jǐn)?shù)更是顯著高于百喜草,高出比例占干物質(zhì)(DM)的17.21%,且百喜草粗蛋白(CP)質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為6.29%；粗纖維(CF)質(zhì)量分?jǐn)?shù)百喜草顯著高于三葉草,分別占干物質(zhì)(DM)的33.8%和18.9%。因此,根據(jù)公式

表3 三葉草與百喜草壓塊后營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)比Tab3 Nutritivevalueofthecloverandsweetpotatovine營(yíng)養(yǎng)成分三葉草百喜草H2O752578DM9348937Ca(DM%)130032P(DM%)023003EE(DM%)29101CF(DM%)189338CA(DM%)124715CP(DM%)235629NFE(DM%)42295266TDN(DM%)83455497

(1)可得出三葉草與百喜草的無(wú)氮浸出物(NFE)分別為42.29%和52.66%,根據(jù)公式(2)可得出三葉草與百喜草的總消化營(yíng)養(yǎng)成分(TDN)分別為83.45%和54.97%。由此可見(jiàn)，三葉草的礦物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及飼養(yǎng)價(jià)值均顯著高于百喜草,所以應(yīng)盡量選用三葉草代替百喜草進(jìn)行飼喂，與此同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)可以為不同喂飼對(duì)象優(yōu)化喂飼配方提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

3 結(jié)論

(1) 飼草壓塊時(shí)，不同飼草的可壓塊含水率范圍不同，冷壓和熱壓時(shí)適用含水率范圍也不同,三葉草可壓塊含水率范圍大于百喜草。三葉草最佳壓塊溫度為常溫70℃，最佳壓強(qiáng)范圍為12～15MPa，最優(yōu)保壓時(shí)間為60～90s,而百喜草的最佳壓塊溫度為70℃，最佳壓強(qiáng)為15～20MPa，保壓時(shí)間為80～100s；

(2) 百喜草礦物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)略高于三葉草,但三葉草總消化營(yíng)養(yǎng)成分(TDN)顯著高于百喜草,因此從飼養(yǎng)價(jià)值上看,三葉草優(yōu)于百喜草；

(3) 從可壓性及營(yíng)養(yǎng)成分綜合考慮，三葉草不僅易成型，且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，最適合用于飼草及其壓塊生產(chǎn)。百喜草相對(duì)較難成形,且飼養(yǎng)價(jià)值偏低。不過(guò)，百喜草的畝產(chǎn)量比三葉草要高，種植成本較低且易于生長(zhǎng)期的打理。林農(nóng)可因地制宜組織生產(chǎn)。

[1] 龐革平，謝振華.廣西林農(nóng)不砍樹也能致富[N].人民日?qǐng)?bào)，2011-11-14(16).

[2] 龐革平，謝振華.廣西林農(nóng)不砍樹也能致富[N].人民日?qǐng)?bào)，2012-03-10.

[3] 王坤龍，劉燕，馮驍騁，等.壓扁處理對(duì)紫花苜蓿干燥特性及干草品質(zhì)的影響 [J].草原與草業(yè)， 2014(2)：54-58.

[4] 李巧玉，張雷. 生態(tài)扶貧:一條通向農(nóng)民致富之路——廣西林業(yè)吹響生態(tài)扶貧的集結(jié)號(hào)[J].廣西林業(yè)，2012(3)：24-25.

[5] 陳斌.南方林下飼用植物壓塊機(jī)壓制及應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2013.

[6] Chen B,Luo Y S,Feng Y.Development of Briquetting Machine for Understory Forage Plants in the South[J]. Advanced Materials Research Vols. 2013，726-731：4342-4347.

[7] 楊恩蟬.微波爐測(cè)定小麥粉中水分的含量[J].山西廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2004(4):108-109.

[8] Kanarjski Cz, Karwowsi T.Agricultural,Mach-ine Theory and Construction[M]. Vol. 2 Crop Harvesting, Machines, 232. Washington,D.C Foreign-Scientific. Publication Department of the National Center for Scientific. Technical and Economical Information,1976,3-4.

[9] 李旭英，楊明韶，白雪衛(wèi),等.飼草含水率對(duì)壓塊成形的影響[J].農(nóng)機(jī)化研究，2004(4):150-152.

[10] 戈曉康，高連興.影響切碎棉稈壓縮成型過(guò)程的探討[J].農(nóng)機(jī)化研究，2008(1):226-228.

[11] 張麗英.飼料分析及飼料質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2003:131-145.

[12] 農(nóng)業(yè)部飼料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心.GB/T 6434-2006 飼料中粗纖維的含量測(cè)定過(guò)濾法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[13] 陳麗莉，陳斌，劉興鋒,等.林下套種墨西哥玉米草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值研究[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013(12):27-31.

[14] 韓友文.飼料常規(guī)概略養(yǎng)分分析方案. [J]. 飼料博覽,2004(2):48.

[15] 楊勝．飼料分析及飼料質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)[M]．北京：北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1998：15-98.

(文字編校：楊 駿)

Briquettingfactorsandnutritionalvalueanalysisofunderstorycloverandbahiagrass

FENG Yan1, LI Zhongyi1, CHEN Lili2, DING Ke1,ZHANG Dangquan2, LUO Yingshe1*

(1.Hunan Province Key Laboratory of Engineering Rheology， Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China;2.Provincial Key Laboratory of Forestry Biotechnology, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)

Southern understory forage, as a new economic model, have achieved the sustainable development and rational use of energy resources and forestry. Understory forage briquetting is not only suitable for storage, transport and commercialization， but also beneficial to the quality of hay and income increases of farmers. This paper explored the different briquetting factors and nutritional value in clover and bahia grass. The experiments showed that the best briquetting holding time for clover was 60s to 90s,while bahia grass was 80s to 100s, and the clover was better than bahia grass on feeding value.

understory forage; briquetting; factors; nutritional value

2014-10-31

國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201204610)；湖南省科學(xué)技術(shù)廳科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2014NK2005)。

馮 燕(1988-)，女，河南省駐馬店市人，碩士研究生，主要從事工程流變學(xué)理論及其應(yīng)用研究

*為通訊作者

S 541.2；S 543.9

A

1003 — 5710(2014)06 — 0057 — 04

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 06. 015