李蕾蕾,花登峰,鄭興衛(wèi),李聰*
(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所,北京 100193;2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)開發(fā)推廣總站,北京100079)
青南牧區(qū)主要指位于青海省南部的黃南、玉樹和果洛3個藏族自治州,是青海省主要畜牧業(yè)生產(chǎn)基地[1]。青南牧區(qū)冷季較長,期間天然牧草粗蛋白等營養(yǎng)成分和飼草消化率都急劇下降,家畜的生長發(fā)育受季節(jié)變化影響顯著,出現(xiàn)“夏壯、秋肥、冬瘦、春死”循環(huán)現(xiàn)象[2]。近年來,人們的生態(tài)意識不斷提高,退牧還草、禁牧休牧已成為一種必然選擇,而現(xiàn)代畜牧業(yè)對飼草料的質(zhì)量要求卻越來越高,這使得季節(jié)性和區(qū)域性飼草供求不平衡及畜草矛盾更加突出。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略的貫徹實施,通過在符合條件的地區(qū)集中栽培優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)人工飼草,并采用調(diào)制青干草、青(黃)貯等加工貯藏手段,進(jìn)行終年牛羊飼喂或放牧補飼有機結(jié)合,這是解決這一問題的有效途徑,同時可有效緩解天然草地的壓力,也符合國家生態(tài)保護(hù)的方針政策。燕麥(Avenasativa)具有易于栽培、營養(yǎng)豐富、適口性好、適宜溫涼氣候條件等特點,成為青藏高寒牧區(qū)曬制青干草或制作青貯的重要飼草來源[3]。但是單一栽培燕麥,所調(diào)制的青干草或青貯飼料粗蛋白含量較低。箭筈豌豆(Viciasativa)的粗蛋白含量與紫花苜蓿(Medicagosativa)相當(dāng),在高海拔地區(qū)鮮草產(chǎn)量可達(dá)37500~52500 kg·hm-2,是青藏高原地區(qū)人工種草的主要豆科牧草[4];此外,豆科飼草毛苕子(Viciavillosa)近年來在青海種植規(guī)模也不斷擴大。由于箭筈豌豆緩沖能高,水溶性碳水化合物含量低,單獨青貯難以成功[5]。因此將燕麥與箭筈豌豆混播后青貯,不僅可以提高牧草產(chǎn)量[6],又可使青貯飼料營養(yǎng)均衡。
原料水分、添加劑和發(fā)酵時間等都是飼草青貯的重要影響因素。琚澤亮等[7]研究了青貯時間及添加劑對高寒牧區(qū)燕麥-箭筈豌豆混播青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響。而對青南牧區(qū)混合青貯的混播比例、適宜含水量和青貯方式等方面的研究較為缺乏,不利于指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。因此,本研究旨在結(jié)合青南牧區(qū)生產(chǎn)實際,利用燕麥與箭筈豌豆/毛苕子開展混合青貯研究,探討不同混播比例、含水量及青貯方式對青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響,為當(dāng)?shù)厍噘A飼料的生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。
試驗點位于青海省黃南藏族自治州河南蒙古族自治縣優(yōu)干寧鎮(zhèn),地理位置E 101°34′,N 34°45′。平均海拔3600 m,年平均溫度0.0 ℃,年日照時數(shù)在3200 h左右。
供試燕麥為丹麥444號(Avenasativacv. Denmark No.444),箭筈豌豆為西牧333(V.sativacv. Ximu333)和毛苕子(V.villosa)。
于2015年5月20日以撒播方式種植,按混播飼草種子重量比設(shè)5個處理,如下:h1為丹麥444燕麥+箭筈豌豆混播比例18∶2;h2為丹麥444燕麥+箭筈豌豆混播比例17∶3;h3為丹麥444燕麥+箭筈豌豆混播比例16∶4;h4為丹麥444燕麥+箭筈豌豆混播比例15∶5;h5為丹麥444燕麥+毛苕子混播比例18∶2,各處理播種量均為300 kg·hm-2。每個處理3次重復(fù),共計15個小區(qū),每個小區(qū)面積0.4 hm2。小區(qū)區(qū)距的寬度2.0 m,重復(fù)與重復(fù)之間設(shè)2.0 m的走道,試驗地周圍設(shè)置2.0 m的保護(hù)行,以減少邊際影響。播前整地,深耕翻22~28 cm,耕翻后,對角輕耙2遍,耙碎土塊,整平地面,然后撒播草籽和化肥,再用輕耙及鎮(zhèn)壓器混合作業(yè)一次。出苗后清除雜草一次?;柿姿岫@施用量150 kg·hm-2(國產(chǎn)優(yōu)等品,磷酸二銨含量≥64%),試驗期間不灌溉。
燕麥與箭筈豌豆/毛苕子混播后,在燕麥乳熟期(2015年9月中旬),選擇晴朗的天氣刈割晾曬,青貯原料水分含量在40%~70%時進(jìn)行包膜青貯。包膜青貯方法分兩種:t1為利用國產(chǎn)小型捆裹機和IPEX農(nóng)用拉伸回縮膜(淡綠色,規(guī)格1500 m×25 cm,厚度25 μm)將整株飼草直接高密度壓實為重50 kg的草捆,并裹包為高80 cm,直徑50 cm圓柱形青貯包(密度318.4 kg·m-3),在厭氧條件下自然發(fā)酵;t2為先將飼草切碎至3~5 cm,取50 kg草料置于聚乙烯袋壓實后,再包裹為高80 cm,直徑40 cm圓柱形青貯包(密度497.6 kg·m-3)。每個處理6次重復(fù),全部置于飼草儲備庫中存放,于青貯第150天時取樣分析。
1.4.1草產(chǎn)量測定 在燕麥開花期測定,取2.0 m×2.0 m的樣方,齊地面刈割,將樣品剪成3~4 cm長,編號后置于烘箱中,在65 ℃下烘48 h直至恒重為止稱干重,計算干草產(chǎn)量,每個小區(qū)3次重復(fù)。
1.4.2青貯飼料調(diào)制 選擇晴朗的天氣刈割飼草,置于室外翻曬,用于整株包膜青貯(t1)和切碎包膜青貯(t2);用水分測定儀持續(xù)測定水分含量,并在飼草含水量達(dá)到70%(s70)、65%(s65)、60%(s60)、55%(s55)、50%(s50)、45%(s45)和40%(s40)時分別進(jìn)行包膜青貯。
1.4.3感官評定 參照德國農(nóng)業(yè)協(xié)會(Deutche Lan Dwirtschafts Geseutschaft)評分標(biāo)準(zhǔn),從顏色、氣味和質(zhì)地3方面進(jìn)行評分。滿分為20分,其中氣味14分、質(zhì)地4分、顏色2分。等級劃分為:16~20為1級,10~15為2級,5~9為3級,0~4為4級[8]。
1.4.4pH值、氨態(tài)氮及乳酸的測定 取樣時在青貯包中不同位置取樣,剪碎并混合均勻,低溫儲存帶回實驗室。取20 g青貯飼料樣品,加入180 mL蒸餾水于4 ℃冰箱中浸提24 h,使用4層紗布過濾后再用定性濾紙精濾,制備青貯浸提液[9],用HANNA pH 211型精密pH計測定浸提液的pH值;采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定氨態(tài)氮(ammonia nitrogen,AN)含量[10],計算氨態(tài)氮占總氮(total nitrogen,TN)比例;利用對羥基聯(lián)苯比色法測定浸提液的乳酸(lactic acid,LA)含量[11]。
1.4.5營養(yǎng)成分分析 青貯樣品在105 ℃條件下烘2 h,然后65 ℃恒溫烘60 h至恒重,烘干樣粉碎后過篩用自封袋密封保存。 粗蛋白(crude protein,CP)含量采用凱氏定氮法測定[12]; 中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)含量采用范氏纖維法測定[13]。
應(yīng)用Excel 2007及SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理。再以SAS 9.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。
由表1可知,h4處理具有較明顯的產(chǎn)量優(yōu)勢。在燕麥+箭筈豌豆混播處理中,干草產(chǎn)量隨著箭筈豌豆占混播比例增加而呈上升趨勢,h4處理干草產(chǎn)量最高,產(chǎn)量最低的是h1處理;h4比h1處理產(chǎn)量提高了17.93%,比h5處理(燕麥+毛苕子)產(chǎn)量提高了12.23%。
表1 混播牧草干草產(chǎn)量Table 1 The statistical analysis of hay yield (kg·hm-2)
注:同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。
Note: In the same column, values with different small letter mean significant difference (P<0.05).
根據(jù)德國農(nóng)業(yè)協(xié)會評分法進(jìn)行青貯飼料感官評定,3位專家先獨立打分再測算各處理平均得分。大部分青貯飼料感官評價較好,色澤上呈現(xiàn)青綠色或者黃綠色;氣味上有淡淡的酸香味;質(zhì)地上青貯飼草保持良好,可分辨出莖葉的結(jié)構(gòu)。但是h2t2s70、h4t1s70兩個處理,開包后青貯飼料顏色呈暗黑綠色,莖葉粘手、結(jié)構(gòu)腐爛,還可以聞到腐臭味道,評定等級為4級。
所有70個青貯處理中,感官評定得分在20~16范圍內(nèi),品質(zhì)等級1級的共35個,占總數(shù)的50.0%;得分在15~10范圍內(nèi),品質(zhì)等級2級的共18個,占25.7%;得分在9~5范圍內(nèi),品質(zhì)等級3級的共15個,占21.4%;得分在4~0范圍內(nèi),品質(zhì)等級4級的共2個,占2.9%(表2)。
表2 青貯品質(zhì)感官評定Table 2 The sense evaluation of silage with different mixture proportions and moisture content (%)
注: h為不同混播組合;t為不同青貯方法(t1整株青貯、t2切碎青貯);s為不同水分處理。下同。
Note: h means different mixing proportion of oat and legumes, t means different cutting treatment, and s means different water content treatment. The same below.
由表3可知,青貯飼草pH值受原料含水量、混播比例和加工方式的綜合影響。在青貯原料含水量相同情況下,隨著燕麥比例的提高,pH值整體呈下降趨勢,且切碎青貯(t2)pH值普遍低于整株青貯(t1)。在同等混播比例條件下,隨著原料含水量升高,pH值呈先下降再升高的趨勢,切碎青貯pH值低于整株青貯。其中,燕麥+箭筈豌豆組合中,pH值<4.0的有2個處理(h1t1s50和h1t2s50),含水量均為50%;pH值4.0~4.1范圍內(nèi)的有5個處理(h1t2s60、h2t2s50、h2t2s60、h3t2s65和h4t2s45),其中4個處理含水量為50%~65%;而pH值>5.0的有7個處理(h1t1s40、h2t1s40、h2t1s70、h2t2s70、h3t1s55、h4t1s70和h4t2s70),其中4個處理含水量為70%。這表明當(dāng)原料含水量超過65%后,青貯pH值呈現(xiàn)出重新上升的趨勢,這可能與青藏高原冬春季節(jié)的氣候變化有關(guān)。禾豆混播比例同為18∶2的h1處理(燕麥+箭筈豌豆)pH值和h5(燕麥+毛苕子)處理比較,在整株青貯條件下,含水量的變化對兩組間pH值無明顯規(guī)律性影響;但在切碎青貯條件下,相同含水量h5處理pH值低于h1,且差異顯著(P<0.05)。
由表3可知,青貯飼料乳酸含量受原料含水量、混播比例和青貯方式影響顯著。原料水分含量相同情況下,隨著箭筈豌豆混播比例的提高,乳酸含量呈下降趨勢,且整株青貯乳酸含量低于切碎青貯。在混播比例相同條件下,乳酸含量隨著原料含水量增加呈先升高再下降的趨勢。燕麥+箭筈豌豆各組合處理中,共有15個處理的乳酸含量>5.0%,其中,有11個處理含水量為50%~60%,有7個處理混播比例為18∶2;共有6個處理乳酸含量<3.0%,其中,5個處理含水量為70%,4個處理為整株青貯。燕麥+毛苕子組合中,6個處理乳酸含量>5.0%,其中,3個處理含水量為50%~60%,4個處理為切碎青貯。
表3 不同處理下混播青貯的pH值、乳酸含量和氨態(tài)氮占總氮比值變化Table 3 pH value, LA content and AN/TN of silage under different treatments
注:同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),同列不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。
Note: Different capital letter in the same column means statistical difference (P<0.05) ;different lowercase letter in the same roll means statistical difference (P<0.05) . The same below.
表4 不同處理下青貯飼料的營養(yǎng)成分Table 4 Nutritional contents of silage under different treatments
青貯飼料中氨態(tài)氮的含量是反映青貯飼料中蛋白質(zhì)被微生物分解的程度,氨態(tài)氮占總氮(AN/TN)的比值越高表明蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生氨的量越高,青貯飼料蛋白質(zhì)的損失越大,其青貯發(fā)酵品質(zhì)越差。由表3可知,AN/TN<10%的2個處理為h2t2s65和h3t2s65,青貯發(fā)酵品質(zhì)較好。原料含水量為40%的10個處理AN/TN較高,其中有6個比值均高于35%,青貯發(fā)酵品質(zhì)很差?;觳ケ壤瑸?8∶2的h1(燕麥+豌豆)和h5(燕麥+毛苕子)處理相比較,含水量相同條件下,h1的AN/TN普遍低于h5處理。
從表4可以看出,燕麥+箭筈豌豆系列組合中,隨著箭筈豌豆占混合比例的增加,青貯飼草粗蛋白含量呈上升趨勢。青貯飼料中粗蛋白含量相對較高(大于9.0%)的8個處理次序為: h4t1s55>h4t1s60>h4t2s50>h4t2s60>h3t1s55>h3t2s60>h4t2s55>h3t1s60;粗蛋白含量較低(小于7.0%)的14個處理次序為:h1t2s40 燕麥+箭筈豌豆系列處理中,NDF含量較低的(小于45%)的2個處理為h4t2s40和h3t1s65;NDF含量較高的(大于55%)的5個處理次序為:h1t2s70>h4t2s65>h1t2s55>h1t1s40>h2t1s40;其中,h4t2s40的NDF含量比h1t2s70、h4t2s65分別降低了35.81%和33.55%,差異顯著(P<0.05)。無論燕麥+箭筈豌豆還是燕麥+毛苕子組合,40%原料含水量整株青貯處理NDF含量水平均大于50%。禾豆比均為18∶2的h5組合與h1組合相比,整株青貯除h5t1s60外,其他處理NDF含量均低于相同原料水分含量的燕麥+箭筈豌豆處理;切碎青貯除h5t2s45外,其他處理NDF含量均低于相同原料水分的含量燕麥+箭筈豌豆處理。 燕麥+箭筈豌豆系列處理中,ADF含量較低的(小于30%)19個處理,次序為h2t2s60 在本試驗中,青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)感官得分隨著青貯原料含水量的增加,出現(xiàn)先升高再下降的趨勢。這說明較低(40%)和較高(70%)的水分含量都不利于高寒地區(qū)青貯的成功。青南牧區(qū)冷季日夜溫差可達(dá)到±20 ℃以上,如果牧草水分含量較高,低溫會導(dǎo)致結(jié)冰從而引起發(fā)酵失敗。而且牧草水分含量過高在青貯過程中會產(chǎn)生汁液滲漏,導(dǎo)致營養(yǎng)流失。牧草含水量50%~60%系列處理中,除h5t1s60外,其他感官評定得分均為1級。因此,根據(jù)感官評分判斷,青南牧區(qū)最適宜的青貯含水量是50%~60%。 原料含水量對青貯pH值的影響主要是由于過低的原料含水量減緩了乳酸菌的繁殖,導(dǎo)致較高的青貯pH值;本試驗結(jié)果表明含水量在60%~65%的各處理組均能夠獲得4.0~4.6的較低pH值。這與郭玉琴等[14]關(guān)于苜蓿在含水量60%時青貯的pH值低于70%、80%含水量pH值結(jié)論一致。而當(dāng)含水量進(jìn)一步增加達(dá)到70%時,青貯飼料的pH值又出現(xiàn)上升趨勢,各處理組pH值均在4.4~5.9之間。其中,h2與h4處理組均在5.0以上。這可能是由于3500 m以上的高海拔地區(qū)冷季氣溫較低,較高含水量易結(jié)冰,導(dǎo)致青貯發(fā)酵過程受到影響。一般認(rèn)為青貯原料干物質(zhì)含量越高,水分含量降低,微生物活性會受抑,有機酸含量降低,pH值升高,而本研究結(jié)果表明,在高海拔高寒地區(qū),這一規(guī)律只有原料水分含量在較合適范圍內(nèi)才得以實現(xiàn)?;诒驹囼灥难芯拷Y(jié)果,在青南牧區(qū)制作青貯飼料,為了達(dá)到理想的青貯效果,建議原料含水量為50%~60%。 Touqir等[15]研究認(rèn)為水分含量較低的青貯原料由于延緩了厭氧微生物的生長,從而降低了糖分向有機酸轉(zhuǎn)化的速度和能力;而當(dāng)青貯原料水分含量較高時,梭菌會大量繁殖,丁酸和氨態(tài)氮等有害物質(zhì)也會大量生成,從而影響青貯發(fā)酵品質(zhì)。因此只有含水量適宜,才能獲得乳酸菌的成功發(fā)酵。Weinberg等[16]研究認(rèn)為青貯原料干物質(zhì)含量較高(水分含量較低)時,對乳酸菌等微生物活性的抑制作用提升導(dǎo)致青貯無法快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),從而影響青貯質(zhì)量。本試驗過程中,隨著青貯原料水分的增加,各處理組乳酸含量也出現(xiàn)先上升再下降的趨勢,我們認(rèn)為這是由于40%~45%的原料含水量較低,難以滿足高寒牧區(qū)乳酸菌發(fā)酵需求;而一般來說有利于乳酸菌活動繁殖的65%~70%原料含水量在高寒牧區(qū)反而容易致使青貯包內(nèi)結(jié)冰,導(dǎo)致了乳酸菌活性的抑制(乳酸菌發(fā)酵適宜溫度范圍為19~37 ℃)。因此,在青南高寒牧區(qū),原料含水量50%~60%的處理的乳酸含量高于其他處理,如h1t1s50、h1t1s55、h1t1s60、h1t2s50、h1t2s55、h1t2s60等處理乳酸含量均高于同組合中其他水分含量處理。 本研究發(fā)現(xiàn),燕麥占混播飼草比例的提升會引起青貯飼料pH值總體呈下降趨勢。這是因為水溶性碳水化合物是青貯過程中乳酸菌代謝的物質(zhì)基礎(chǔ),乳酸菌可以直接利用水溶性碳水化合物生成乳酸,使pH值下降,并促使青貯飼草快速進(jìn)入酸性環(huán)境。一般水溶性碳水化合物含量應(yīng)達(dá)到青貯原料鮮重的2.0%~2.5%才可能獲得優(yōu)質(zhì)青貯飼草[17]。由于禾本科牧草燕麥水溶性碳水化合物含量較高,而豆科牧草箭筈豌豆含量相對較低且緩沖能較高,因此,燕麥比例的提升能夠為乳酸菌的生長繁殖提供充足的底物,利于乳酸菌活動發(fā)酵從而快速生成大量乳酸,引起青貯飼料pH值的降低。同時,這也增強了對酪酸菌、霉菌等有害微生物生長繁殖的抑制作用,有利于青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的提高。 氨態(tài)氮占總氮(AN/TN)的比值是青貯飼料質(zhì)量評定的重要指標(biāo)。Wilkins等[18]的研究表明青貯飼料AN/TN與家畜對干物質(zhì)采食量呈強負(fù)相關(guān),因此氨態(tài)氮的含量直接決定了青貯飼料的飼用價值。本研究結(jié)果表明,AN/TN隨著燕麥占混播比例的增加和原料含水量的升高而降低。同時,隨著pH值的降低,AN/TN也出現(xiàn)下降趨勢。如AN/TN最低的h3t2s65(9.04%)和h2t2s65(8.56%)兩個處理組pH值分別為4.10和4.30,而AN/TN較高的h3t2s40、h4t1s40兩個處理組pH值分別躍升為4.92和4.83,這表明較低的pH值可以有效地抑制蛋白質(zhì)水解。Wood等[19]認(rèn)為,在青貯過程中蛋白質(zhì)由于微生物作用水解,可用產(chǎn)生的揮發(fā)性氮量來表示脫氨基程度,其中蛋白質(zhì)水解過程與pH值緊密相關(guān),pH的快速下降可阻礙蛋白質(zhì)水解作用,降低氨態(tài)氮占總氮比值。粗蛋白含量的變化與氨態(tài)氮比例整體呈現(xiàn)出相反的趨勢,直接決定了家畜能夠從飼料中獲取的營養(yǎng)物質(zhì)含量。可以看出,隨著豆科飼草箭筈豌豆占混播比例的增加,青貯飼料粗蛋白含量不斷提升。 試驗中我們還發(fā)現(xiàn)pH值較低的處理,NDF含量也相對較低,如NDF含量低于50%的32個處理中,pH值小于4.5有18個。這可能是由于較多的酸性物質(zhì)對飼草細(xì)胞壁降解有促進(jìn)作用,但是沒有呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性變化。 試驗結(jié)果表明,切碎青貯效果要略優(yōu)于整株打捆后包膜青貯,但由于整株青貯不影響其有效飼喂利用,而切碎需要增加一道工序,投入較多的人力和物力。所以,在青藏高原制作青貯牧草,如果機械設(shè)備能夠滿足,建議采用牧草切碎青貯處理方式;如果缺少相關(guān)設(shè)備以及人力等,可采用整株打捆后包膜青貯處理措施,制作過程中要確保打捆密實。 試驗數(shù)據(jù)顯示切碎青貯處理pH值低于整株青貯處理。這是由于青貯過程屬于厭氧發(fā)酵,同等條件下,原料經(jīng)過切碎處理,莖稈中的殘余空氣較少,包膜密實度增加,能夠較快形成缺氧環(huán)境,有利于乳酸發(fā)酵同時抑制了丁酸形成,因而pH值普遍低于整株青貯。本試驗中,整株青貯乳酸含量普遍較低,主要由于青貯過程中,飼草莖稈物理結(jié)構(gòu)較完整難以壓實,有較多的空氣殘留,不利于乳酸菌的生長繁殖,且隨著青貯時間的延長,梭菌、霉菌、酵母菌等專性和兼性厭氧菌會同乳酸菌競爭營養(yǎng),也不利于乳酸的形成。切碎青貯能夠在破壞原料細(xì)胞壁使細(xì)胞內(nèi)含物成為促進(jìn)乳酸發(fā)酵底物的同時,在青貯前期還能迅速形成厭氧環(huán)境利于pH值降低。 切碎青貯AN/TN普遍低于整株青貯,這主要由于整株青貯過程中,飼草莖稈的中空物理結(jié)構(gòu)粗糙,難以壓實,有較多的空氣殘留,植物附著的好氧性微生物和酶類增多,從而增強了對蛋白質(zhì)的分解作用,致使AN/TN升高。整株青貯處理組的粗蛋白含量也要普遍低于切碎處理。 通過從pH值、乳酸、粗蛋白含量和AN/TN 4個指標(biāo)比較,本試驗h4t2系列處理原料含水量在50%~60%時青貯綜合結(jié)果較好。通過感官評定、實驗室化學(xué)檢測以及干草產(chǎn)量等因素綜合比較,建議在青南牧區(qū)采用h4t2s50處理混合青貯方式為宜。3 討論
3.1 含水量對青貯品質(zhì)的影響
3.2 混播比例對青貯品質(zhì)的影響
3.3 青貯方式對青貯品質(zhì)的影響
4 結(jié)論