李菲菲,張凡凡,王旭哲,唐開婷,馬春暉
(石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)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(jià)值高、適口性好,素有“牧草之王”的美稱[1-2]。近年來,人們?cè)絹碓蕉嗟卣J(rèn)識(shí)到苜蓿對(duì)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(shí)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(yùn)輸、晾曬、儲(chǔ)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(yán)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(shí)兼具有消化率高、適口性好、耐貯存等優(yōu)點(diǎn),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(shí)期、頻次與強(qiáng)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(biāo)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(shí)間等問題,對(duì)苜蓿產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有著重要的意義,刈割時(shí)期應(yīng)該根據(jù)不同品種進(jìn)行確定,做到因地制宜。在苜蓿生長發(fā)育期內(nèi),刈割時(shí)的生長發(fā)育階段是決定苜蓿飼用價(jià)值的主要因素,但目前關(guān)于3個(gè)茬次3個(gè)生育期苜蓿青貯品質(zhì)的刈割期對(duì)苜蓿營養(yǎng)成分影響的研究報(bào)道很少,尤其是關(guān)于刈割茬次、生育期和發(fā)酵時(shí)間3因素互作的研究資料鮮有報(bào)道。本研究旨在研究3個(gè)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。
圖1 2017年氣候變化
試驗(yàn)開展時(shí)間為2017年5月至2017年9月,采集新疆石河子市147團(tuán)五連32號(hào)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(gè)刈割時(shí)間分別取30個(gè)代表性樣方,每個(gè)樣方1 m2。采樣時(shí)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(shí)用粉碎機(jī)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(jī)(SINBO Vacuum Sealer)抽真空后密封。
147團(tuán)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。
試驗(yàn)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(gè)處理,在實(shí)驗(yàn)室條件下選擇真空袋進(jìn)行青貯,每袋1.5 kg,每個(gè)處理每個(gè)發(fā)酵時(shí)間點(diǎn)各3個(gè)重復(fù),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。
各指標(biāo)按國標(biāo)進(jìn)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(jì)(PHS-25,上海雷磁)測定pH值;用液相色譜法測定有機(jī)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(shí)折算氨態(tài)氮/總氮含量。
在Excel中作數(shù)據(jù)的基本處理,用SPSS 22.0對(duì)各處理的營養(yǎng)指標(biāo)和發(fā)酵指標(biāo)進(jìn)行方差分析,通過Duncan法對(duì)各處理間的差異進(jìn)行多重比較。采用隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)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(biāo)測定值;UX(+)為各指標(biāo)呈正相關(guān)隸屬函數(shù)值;UX(-)為各指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)隸屬函數(shù)值。
不同刈割茬次及生育期苜蓿青貯原料化學(xué)成分的分析結(jié)果表明(表1),茬次、生育期對(duì)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(huì)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(shí)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(duì)DM、ADF、NDF、CP和WSC含量影響極顯著(P<0.01)。
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(shí)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(duì)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(shí),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(jìn)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(shí)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(shí)間對(duì)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(shí)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(shí)趨于穩(wěn)定,下降含量較少,發(fā)酵60 d時(shí)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(shí)間下苜蓿青貯CP、WSC含量隨發(fā)酵時(shí)間差異極顯著(P<0.01,表2)。隨發(fā)酵時(shí)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(xué)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(shí)間的交互作用對(duì)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(shí)間的交互作用除對(duì)DM含量影響不顯著外(P>0.05),對(duì)苜蓿青貯過程中其他各營養(yǎng)指標(biāo)含量影響極顯著(P<0.01),茬次、生育期和發(fā)酵時(shí)間三因素交互作用對(duì)苜蓿青貯的ADF、NDF、CP、WSC含量有極顯著影響(P<0.01),對(duì)DM含量影響顯著(P<0.05)。
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(shí)間對(duì)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(shí)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(shí)間的延遲各處理pH值逐漸降低;發(fā)酵60 d時(shí)達(dá)到最低(5.01~5.21)。生育期對(duì)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(shí)各處理pH值下降速度較快。
不同茬次、生育期和發(fā)酵時(shí)間對(duì)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(shí)間的延長各處理乳酸含量逐漸增加,第15天時(shí)達(dá)到最大值,30 d后各處理乳酸含量有所降低,60 d時(shí)趨于穩(wěn)定。發(fā)酵過程中乙酸含量變化差異較小,茬次對(duì)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(shí)間對(duì)乙酸含量有極顯著影響(P<0.01)。發(fā)酵第15天時(shí)達(dá)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(shí),各處理乙酸含量均有不同程度的降低,9 d時(shí)略有回升直至發(fā)酵60 d。發(fā)酵60 d時(shí),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(jìn)行,茬次、生育期和發(fā)酵時(shí)間對(duì)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(shí)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(shí),第2茬初花期與第1茬初花期差值最大,發(fā)酵至60 d時(shí),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(shí)間的交互作用均對(duì)苜蓿青貯發(fā)酵過程中發(fā)酵品質(zhì)各指標(biāo)有極顯著影響(P<0.01,表3);生育期和發(fā)酵時(shí)間的交互作用除對(duì)pH值影響不顯著外(P>0.05),對(duì)其他發(fā)酵指標(biāo)有極顯著影響(P<0.01),茬次、生育期和發(fā)酵時(shí)間的交互作用對(duì)pH值有顯著影響(P<0.05),對(duì)其他發(fā)酵指標(biāo)有極顯著影響(P<0.01)。
由于各處理在不同指標(biāo)上表現(xiàn)均不相同,而以任何一個(gè)單一指標(biāo)評(píng)價(jià)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(gè)指標(biāo),對(duì)發(fā)酵60 d不同刈割時(shí)期處理的苜蓿青貯營養(yǎng)品質(zhì)和發(fā)酵品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(表4)。綜合評(píng)價(jià)分值越高則青貯品質(zhì)越好,反之越差。發(fā)酵60 d,對(duì)不同刈割時(shí)期處理的苜蓿青貯發(fā)酵品質(zhì)綜合排序?yàn)椋旱?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
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(xì)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(yàn)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(jìn)自身生長從而隨著發(fā)酵時(shí)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(dá)到最大值。
本試驗(yàn)隨發(fā)酵的進(jìn)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(dǎo)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(yàn)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(dòng)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(shí)期對(duì)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(gè)生長過程CP的積累呈下降的趨勢。本試驗(yàn)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(huì)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(rèn)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(jìn)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?yàn)樵谇噘A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(dǎo)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。
pH值是衡量青貯飼料品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)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(yàn)各處理pH值在發(fā)酵60 d時(shí)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(shí)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(huì)下降至最低值,發(fā)酵到15 d時(shí)pH值基本趨于穩(wěn)定。
青貯發(fā)酵主要在厭氧條件下進(jìn)行,而厭氧環(huán)境有利于有機(jī)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(dòng)受到抑制,乳酸菌逐漸抑制其他微生物的活動(dòng)[22],從而占據(jù)主導(dǎo)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(shí)由于乳酸菌活動(dòng)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(xì)菌對(duì)糖類的分解發(fā)酵[34]。在青貯發(fā)酵開始時(shí),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(yàn)結(jié)果表明,各處理的乙酸比乳酸值較小,乙酸含量會(huì)隨發(fā)酵時(shí)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(píng)價(jià)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(jià)值就越低[36]。青貯飼料中NH3-N含量關(guān)系著家畜對(duì)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(huì)增加青貯NH3-N含量,而NH3-N含量的增加會(huì)促進(jìn)青貯發(fā)酵中氨的產(chǎn)生,氨會(huì)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(shí)間逐漸增加,與Fairbairn等[38]的結(jié)果相同。
通過設(shè)置不同刈割茬次和生育期探究對(duì)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。