不同生育期和凋萎時間對多花黑麥草飼用和發酵品質的影響

董臣飛,丁成龍,許能祥,張文潔,程云輝,顧洪如

(江蘇省農業科學院畜牧研究所, 江蘇 南京 210014)

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不同生育期和凋萎時間對多花黑麥草飼用和發酵品質的影響

董臣飛,丁成龍,許能祥,張文潔,程云輝,顧洪如*

(江蘇省農業科學院畜牧研究所, 江蘇 南京 210014)

本研究利用多花黑麥草Musashi品種, 研究孕穗期和開花期飼草在不同凋萎時間的飼用品質動態及青貯品質動態, 旨在選擇出適宜不同生育期多花黑麥草凋萎青貯的時間。實驗設置了對照、凋萎1, 2, 3, 4和5 h共6個處理, 分別測定了原料的飼用品質相關性狀和青貯料的發酵品質性狀。結果表明, 原料的非結構碳水化合物(NSC)含量隨著凋萎時間的延長持續下降, 但可溶性碳水化合物(WSC)則呈不同的變化趨勢：孕穗期多花黑麥草在凋萎過程中的WSC呈不同程度的上升, 在凋萎1 h時含量達到最高, 為10.62%, 之后小幅下降, 但始終高于對照(P<0.05)；開花期多花黑麥草在凋萎過程中的WSC則呈先上升后下降的趨勢, 在凋萎3 h時含量達到最高, 為14.46%, 之后下降。孕穗期多花黑麥草不同凋萎時間的青貯發酵品質性狀中, pH在凋萎3 h時最低, 為4.05, 隨后小幅上升；氨態氮(NH3-N)含量隨著凋萎時間的延長持續下降；乳酸(LA)含量先升后降, 凋萎3 h時含量最高, 達8.49%。開花期多花黑麥草不同凋萎時間的青貯發酵品質中, pH隨著凋萎時間的延長持續上升；NH3-N含量隨著凋萎時間的延長呈先下降后回升的趨勢, 凋萎2 h處理的含量最低, 為2.03 mg/g；LA含量持續下降, 但凋萎3 h以后LA含量大幅降低, 僅為4.56%, 凋萎5 h時LA含量則大幅降至1.38%。適宜的凋萎處理時間, 應該是原料中的WSC含量較高, 干物質含量適宜；青貯料具有較低的pH、NH3-N含量和較高的LA含量。綜合孕穗期多花黑麥草在不同凋萎時間的青貯品質變化趨勢, 以凋萎3 h為佳, 凋萎3 h時原料的干物質含量升至26.59%。開花期則以凋萎2 h處理最佳, 凋萎2 h時原料的干物質含量升至28.03%。

多花黑麥草；孕穗期；開花期；凋萎；青貯

多花黑麥草(Loliummultiflorum)是我國南方地區的主要優質牧草, 具有產草量高、質地柔軟、營養豐富、口感優良等特點, 受到畜禽養殖者的歡迎。特別在近年的退耕還草、稻-草輪作等耕作制度的推廣應用以來, 多花黑麥草因其耐濕能力強, 同時與糧食作物爭地、爭季節的矛盾小, 適于利用南方地區冬閑稻茬進行飼草生產和草食畜禽養殖, 其栽培利用面積迅速擴大[1-2]。目前, 南方農區多花黑麥草種植面積占冬季牧草種植面積的80%以上[3]。多花黑麥草不僅是牛、羊的優質飼草, 而且也是鵝和草食性魚的優良飼、餌料, 其在我國南方地區畜牧業中的地位愈來愈突出。但多花黑麥草的主要生產季節集中在夏季, 生產期多陰雨, 調制青干草較為困難。而青貯則較少受到氣候條件的限制, 可以保持牧草固有的營養特性, 減少營養物質的損失, 并達到長期保存的目的。但是多花黑麥草水分含量高, 在不采取任何措施的情況下, 成功調制青貯飼料較為困難。高水分牧草青貯時因水分含量高, 緩沖能力較高, 達到穩定發酵狀態的時間較長, 容易引起梭狀芽孢桿菌(clostridium praz-mowski)的活動, 造成丁酸型發酵, 使青貯難以成功[4]。含水量較高的牧草在青貯期間的損失除發酵損失外, 另一個重要原因是容易產生大量的青貯滲出液。鮮草青貯時因汁液滲漏所造成的干物質(dry matter, DM)損失一般為10.0%～32.7%[5]。

凋萎可以降低牧草的水分含量, 抑制青貯過程中丁酸菌的活性, 減少青貯飼料流汁和營養物質的損失, 并降低由于流汁對環境造成的污染。在良好條件下, 牧草在田間凋萎時干物質的損失不大。有研究發現用凋萎牧草青貯, 干物質平均總損失為13%～15%；而不添加添加劑直接青貯鮮飼料的損失為17%～20%。也就是說, 在青貯前使飼料凋萎, 在干物質損失方面沒有不良影響[6]。凋萎還能抑制蛋白質降解, 特別是能夠抑制氨基酸進一步降解脫氨。隨著牧草DM含量提高, 青貯飼料中非蛋白氮(non protein nitrogen, NPN)含量(包括氨氮)明顯減少, 而蛋白質明顯增加[7]。另外, 青貯前對牧草進行適當凋萎, 可增加青貯原料中乳酸菌的數量, 在某些情況下, 凋萎2 h, 乳酸菌的數量會增加7～17倍[8-9]。

凋萎是降低牧草水分含量簡單有效的途徑, 但對于不同生育期的多花黑麥草來說, 適宜的凋萎時間未必一致, 凋萎過程中養分含量及青貯品質的動態變化也未見詳細報道。本研究擬利用同一品種的多花黑麥草, 通過錯開播期使其在收割時分別處于孕穗期和開花期, 在同一天收割進行凋萎處理, 研究不同生育期的多花黑麥草在不同凋萎時間的養分及青貯品質變化動態, 確定適宜的凋萎青貯時間。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究選用從日本畜產草地研究所引進的多花黑麥草品種Musashi進行試驗。

1.2 試驗設計與田間管理

2012年在江蘇省農業科學院六合試驗基地進行田間試驗, 分別在9月28日和10月9日播種。隨機區組設計, 3次重復, 每小區20行, 行距30 cm, 條播, 播量為30 kg/hm2。苗期追施尿素150 kg/hm2, 并拔除小區內雜草。

1.3 測定內容及方法

2013年4月26日, 2012年9月28日播種的多花黑麥草處于開花期, 10月9日播種的處于孕穗期。上午10:00收割, 留茬高度10 cm左右。收割后平鋪成3 cm左右的草叢在田間晾曬凋萎。每隔1 h取樣1次, 共取樣6次。取樣時間分別為10:00 (收獲當時, CK), 11:00 (凋萎1 h), 12:00 (凋萎2 h), 13:00 (凋萎3 h), 14:00 (凋萎4 h), 15:00 (凋萎5 h)。每次取樣2000 g左右, 切成2～3 cm左右的長度后混勻, 取200 g左右稱鮮重后105℃ 殺青15 min, 然后75℃烘干至恒重并稱重, 計算絕干物質含量(dry matter content, DM)。然后粉碎過孔徑0.38 mm的篩子, 將草粉裝入密封樣品袋備用, 測定非結構性碳水化合物(nonstructural carbohydrates, NSC)、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)的含量和干物質體外消化率(in vitro dry matter digestibility, IVDMD)。另取300 g左右青貯, 3次重復, 裝入40 cm×30 cm的聚乙烯袋內, 真空封口, 室溫貯藏60 d, 開袋檢測, 利用青貯浸提液測定pH, 氨態氮(NH3-N)和乳酸(lactic acid, LA)的含量。

NSC的測定參考Yoshida[10]的方法。CP用丹麥產的蛋白分析儀測定(KJELTEC2300, Foss, Denmark)。NDF、ADF用范氏法測定[11]。IVDMD的測定參考胃蛋白酶-纖維素酶兩步法[12]。青貯浸提液的pH用Micro-Bench型pH計直接對青貯浸提液進行測定, LA含量采用對羥基聯苯法測定[13]。NH3-N含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定[14]。

凋萎期間的氣溫、氣壓、風速和相對濕度采用AZ8910 型氣象計進行測定。結果見表1。

1.4 數據分析

用SPSS 11.5軟件進行方差分析, 用EXCEL軟件進行作圖。

表1 凋萎期間氣象因子概況

2 結果與分析

孕穗期多花黑麥草在凋萎過程中的飼用品質動態見表2。隨著凋萎時間的延長, 干物質含量持續上升, 不同處理間差異極顯著(P<0.01), 凋萎5 h后的干物質含量最高, 達到36.87%；IVDMD則持續下降, 對照組為70.82%, 凋萎5 h 后為60.02%, 差異極顯著(P<0.01)；NSC含量隨著凋萎時間的延長持續下降, 不同處理間差異極顯著(P<0.01)；CP含量凋萎3 h的含量最高, 達11.49%, 顯著高于對照和其他凋萎處理(P<0.05), 其他處理間差異不顯著(P>0.05)；NDF含量隨著凋萎時間的延長而上升, 不同處理間差異極顯著(P<0.01)；ADF含量在不同處理間差異不顯著(P>0.05)。

開花期多花黑麥草在凋萎過程中的飼用品質動態見表2。隨著凋萎時間的延長, 干物質含量持續上升, 不同處理間差異極顯著(P<0.01), 凋萎5 h后的干物質含量最高, 達到40.62%；IVDMD不同處理間差異不顯著(P>0.05)；NSC含量隨著凋萎時間的延長持續下降, 其中凋萎4 h時下降幅度最大, 由23.19%降至19.54%, 不同處理間差異極顯著(P<0.01)；CP含量卻呈持續上升的趨勢, 凋萎5 h的含量最高, 達7.91%；NDF和ADF在不同處理間差異不顯著(P>0.05)。

DM、IVDMD、NSC、CP含量的生育期、凋萎時間及生育期和凋萎時間的互作效應均極顯著(P<0.01)；NDF含量的生育期和凋萎時間效應差異極顯著(P<0.01), 但生育期和凋萎時間的互作效應差異不顯著(P>0.05)；ADF含量的生育期、凋萎時間及生育期和凋萎時間的互作效應均不顯著(P>0.05)。

表2 孕穗期和開花期多花黑麥草凋萎過程中的飼用品質性狀

注：同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01), 不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05), 下同。**：P<0.01；*：P<0.05；NS：差異不顯著。下同。

Note: Different capital letters in the same column mean significant difference atP<0.01 level, and different lowercase letters in the same column mean significant difference atP<0.05 level. **:P<0.01; *:P<0.05; NS: no significant. The same below.

圖1 孕穗期和開花期不同凋萎時間處理后多花黑麥草WSC和淀粉含量的變化Fig.1 Dynamics of WSC and starch content of Italian ryegrass at blooming stage during wilting period

NSC主要包括WSC和淀粉。孕穗期多花黑麥草在不同凋萎時間的WSC和淀粉含量動態見圖1。不同處理間WSC和淀粉含量差異極顯著(P<0.01)。孕穗期多花黑麥草在凋萎過程中的淀粉含量持續下降, 而WSC則呈不同程度的上升, 在凋萎1 h時含量達到最高, 為10.62%, 之后小幅下降, 但始終高于對照, 凋萎5 h時WSC的含量依然達到9.36%, 極顯著高于對照的8.36%(P<0.01)。

開花期多花黑麥草在不同凋萎時間的WSC和淀粉含量動態見圖1。不同處理間WSC和淀粉差異極顯著(P<0.01)。開花期多花黑麥草在凋萎過程中的淀粉含量持續下降, 而WSC則呈先上升后下降的趨勢, 在凋萎3 h時含量達到最高, 為14.46%, 之后下降, 凋萎4和5 h的處理低于對照, 其中凋萎5 h的含量極顯著低于對照(P<0.01)。

表3 孕穗期和開花期多花黑麥草在不同凋萎時間處理后青貯料的飼用品質

圖2 孕穗期和開花期多花黑麥草在不同凋萎時間處理后青貯料發酵品質動態

孕穗期不同凋萎時間處理的多花黑麥草青貯發酵后的飼用品質見表3。干物質含量不同處理間差異極顯著(P<0.01), 隨著處理時間的延長, 干物質含量顯著上升, 凋萎5 h處理的干物質含量達28.33%, 而對照組僅為16.38%；IVDMD不同處理間差異極顯著(P<0.01), 均極顯著高于對照；NSC含量不同處理間差異極顯著(P<0.01), 凋萎1和3 h處理的最高, 分別為1.25%和1.11%, 凋萎4和5 h處理的最低, 分別為0.58%和0.59%；CP含量凋萎3, 4和5 h的最高, 均極顯著高于對照(P<0.01)；NDF在不同處理間差異極顯著, 其中凋萎1和2 h處理的含量最低；ADF含量不同處理間差異顯著(P<0.05), 凋萎處理均顯著低于對照。

開花期不同凋萎時間處理的多花黑麥草青貯發酵后的飼用品質見表3。干物質含量不同處理間差異極顯著(P<0.01), 隨著處理時間的延長, 干物質含量顯著上升, 凋萎5 h處理的干物質含量達36.75%, 而對照組僅為20.77%；IVDMD不同處理間差異不顯著(P>0.05)；NSC含量不同處理間差異極顯著(P<0.01), 凋萎5 h處理的最高, 為2.07%, 凋萎3 h處理的最低, 為0.38%；CP含量不同處理間差異顯著(P<0.05), 對照組最高, 為10.46%, 其次是凋萎4和5 h；NDF在不同處理間差異極顯著, 其中凋萎3和4 h處理的含量最高；ADF含量不同處理間差異極顯著(P<0.01), 凋萎3 h處理的最低。DM、IVDMD、CP含量的生育期、凋萎時間及生育期和凋萎時間的互作效應均極顯著(P<0.01)；NSC和NDF含量的凋萎時間, 生育期和凋萎時間的互作效應差異極顯著(P<0.01), 但生育期間差異不顯著(P>0.05)；ADF含量的生育期效應差異顯著(P<0.05)、凋萎時間及生育期和凋萎時間的互作效應極顯著(P<0.01)。

孕穗期多花黑麥草不同凋萎時間的青貯發酵品質性狀見圖2。pH, NH3-N, LA三個性狀不同處理間均差異極顯著(P<0.01)。pH在不同凋萎處理間變化幅度較小, 凋萎3 h時最低, 為4.05, 隨后小幅上升, 凋萎5 h時最高, 為4.72；NH3-N含量隨著凋萎時間的延長持續下降；LA含量先升后降, 凋萎3 h時含量最高, 達8.49%, 凋萎2 h時為8.34%, 二者差異不顯著, 但極顯著高于其他處理(P<0.01)；凋萎4 h時LA含量大幅降至4.96%, 凋萎5 h處理最低, 僅為4.15%。

開花期多花黑麥草不同凋萎時間的青貯發酵品質性狀見圖2。3個性狀不同處理間均差異極顯著(P<0.01)。pH在不同凋萎處理間持續上升, 其中凋萎4和5 h處理的值分別為5.40和5.59, 極顯著高于其他處理(P<0.01)；NH3-N含量隨著凋萎時間的延長呈先下降后回升的趨勢, 凋萎2 h處理的含量最低, 為2.03 mg/g；LA含量持續下降, 對照處理的含量為8.19%, 凋萎1和2 h時含量與對照差異幅度不大, 分別為7.10%和7.04%, 但凋萎3 h以后LA含量大幅降低, 僅為4.56%, 凋萎5 h時LA含量則大幅降至1.38%。

3 討論

3.1 不同生育期多花黑麥草飼用品質的差異

多花黑麥草孕穗期的CP含量高于開花期, 而NSC和干物質含量則顯著低于開花期 (表2)。植株的蛋白含量隨著衰老過程的推進而出現下降趨勢, 可能是由于衰老過程中葉綠素等蛋白類物質的降解引起的。干物質含量也會因水分的散失而上升, 這是植物衰老過程的普遍規律。本研究中測定多花黑麥草的NSC含量是用整個植株來測定的, 包括莖葉和穗。開花后, 籽實成為禾本科植物如水稻光合產物的中心, 吸儲大量的光合產物, 包括開花前貯存在莖鞘中的非結構性碳水化合物, 也包括開花后的光合產物[15-17], 這應該是多花黑麥草開花期NSC含量高于孕穗期的主要原因。

3.2 不同生育期多花黑麥草凋萎過程中NSC和CP含量的變化趨勢

NSC和CP是多花黑麥草主要的可消化營養物質, 其在凋萎過程中的動態變化是影響青貯發酵品質的主要因素。NDF和ADF的主要組分是半纖維素、纖維素和木質素等結構性碳水化合物, 是植株的“骨架”, 主要在植株生育前期構建完成, 其結構較為穩定, 難以降解；而NSC和CP是可降解成分, 在自然凋萎過程中發生的變化較大, 因此重點進行討論。

開花期和孕穗期多花黑麥草中的NSC含量都是隨著凋萎時間的延長持續下降(表2)。NSC主要包括兩類成分：可溶性碳水化合物(WSC)和淀粉。NSC含量的下降主要是由淀粉含量的下降引起的(圖1)。但開花期和孕穗期多花黑麥草中的WSC含量在凋萎過程中出現上升趨勢, 與NSC、淀粉含量持續下降的趨勢不同(表2, 圖1)。這在以往的報道中未見類似結論。干旱和鹽脅迫下, 植物通過積累適量的滲透調節物質(包括可溶性糖、游離脯氨酸和甜菜堿等), 提高溶質的濃度, 降低植物體的滲透勢來抵御逆境傷害[18-20]。但這和牧草凋萎過程中NSC的變化過程不同。牧草刈割后在干燥的過程中營養物質變化經過兩個階段：饑餓代謝時期——刈割后的牧草與根部的聯系被切斷, 水分和礦物質供應中斷, 但細胞和組織還保持一定活力, 開始同化合成作用大于分解, 逐漸分解作用大于合成, 因呼吸消耗營養物質, 稱之為饑餓代謝；自體溶解時期——牧草凋萎后(細胞死亡), 體內發生的生理過程逐漸被酶參與下的生化作用代替, 進行死亡細胞內的物質轉化和分解, 稱為自體溶解。淀粉含量的持續下降可能是由于在植株饑餓代謝時期中, 細胞仍具有一定的活力, 呼吸消耗了一部分可溶性糖, 而淀粉也發生水解來補充被消耗的糖分, 由此導致淀粉含量的下降。

WSC是青貯發酵底物, 能直接被乳酸菌利用, 其含量與青貯發酵品質顯著正相關。而淀粉雖然也是非結構性碳水化合物, 卻需要經過分解變成可溶性糖后才能被乳酸菌利用。適當的凋萎雖然降低了植株的NSC含量, 卻升高了WSC含量, 增加了青貯發酵底物, 有益于改善發酵品質。

孕穗期的CP含量凋萎3 h的最高, 達11.49%, 顯著高于對照和其他凋萎處理(P<0.05), 其他處理間差異不顯著(P>0.05), 而開花期的CP含量則持續上升(表2)。葉綠素和其他蛋白類物質在凋萎過程中會出現不同程度的降解, CP的絕對質量理論上是降低的, 但本研究中所用的是質量百分數, 即營養組分質量占整個絕干物質的百分含量, 某種組分百分含量的上升有兩種可能：一是其絕對質量上升；二是其本身的絕對質量不變或有所下降, 但下降的幅度低于絕干物質總量的下降幅度。在多花黑麥草的自然凋萎過程中, NSC含量持續下降, 從而導致多花黑麥草絕干物質質量的下降, 從而致使CP的百分質量出現上升。NDF和ADF百分含量的變化也應該與此有關。

3.3 不同生育期多花黑麥草凋萎處理后的發酵品質變化趨勢及適宜凋萎時間選擇

孕穗期和開花期多花黑麥草在不同凋萎時間處理后的青貯品質變化規律不盡相同。孕穗期多花黑麥草不同凋萎時間的青貯發酵品質性狀中, pH在不同凋萎處理間變化幅度較小, NH3-N含量隨著凋萎時間的延長持續下降, LA含量先升后降, 凋萎3 h時含量最高, 達8.49%(圖2)。開花期多花黑麥草不同凋萎時間的青貯發酵品質中, pH在不同凋萎處理間持續上升, NH3-N含量隨著凋萎時間的延長呈先下降后回升的趨勢, 凋萎2 h處理的含量最低, LA含量持續下降, 對照處理的含量為8.19%, 凋萎1和2 h時與對照差異幅度不大, 分別為7.10%和7.04%, 但凋萎3 h以后LA含量大幅降低, 僅為4.56%(圖2)。

適宜的凋萎處理時間, 應該是青貯料具有較低的pH、NH3-N含量和較高的LA含量。綜合孕穗期多花黑麥草在不同凋萎時間的青貯品質變化趨勢, 以凋萎3 h為佳。凋萎3 h時原料的干物質含量升至26.59%, 含水量降至73.41%。開花期則以2 h處理最佳。凋萎2 h時原料的干物質含量升至28.03%, 含水量降至71.97%。

4 結論

綜合凋萎過程中多花黑麥草NSC和干物質含量的變化及凋萎處理后青貯料發酵品質的變化, 多花黑麥草在孕穗期凋萎3 h, 干物質含量升至26.59%, 水分含量降至73.41%, 開花期凋萎2 h, 干物質含量升至28.03%, 水分含量降至71.97%時青貯發酵品質優良, 可作為大規模青貯中的參考凋萎時間。

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Effects of crop growth stage and wilting time on the feeding and fermentation quality of Italian ryegrass (Loliummultiflorum) silage

DONG Chen-Fei, DING Cheng-Long, XU Neng-Xiang, ZHANG Wen-Jie, CHENG Yun-Hui, GU Hong-Ru*

InstituteofAnimalScience,JiangsuAcademyofAgriculturalSciences,Nanjing210014,China

The objective of this study was to investigate the feeding and fermentation quality of Italian ryegrass (Loliummultiflorum) cut at different growth stages and wilted for various lengths of time, so as to formulate scientifically based guidelines for optimal wilting time when making silage. One Italian ryegrass variety, Musashi, was used in this study, and there were six wilting treatments (0, 1, 2, 3, 4, 5 h) at booting and flowering stages, with the feeding quality and fermentation quality analyzed. The nonstructural carbohydrate (NSC) content decreased with time during wilting, but water soluble carbohydrate (WSC) which was the main component of NSC, showed an intital increase in WSC during the first hour of wilting to a high of 10.62% after 1 h, then declined, when cut at booting stage. When cut at flowering stage the WSC content during the wilting period increased to a high of 14.46% after 3 h and then decreased. Fermentation-related data for cutting at booting stage were: pH reached its lowest point, 4.05, after 3 h and then increased; the NH3-N content decreased with increased wilting time; the lactic acid (LA) content initially increased and then decreased, with a high point of 8.49% after 3 h. Corresponding values for cutting at flowering stage were: the pH value increased with wilting time; NH3-N content initially increased to a high of 2.03 mg/g after 2 h wilting; the LA content decreased slowly at first to 4.56% after 3 h wilting, and then sharply decreased to 1.38% after 5 h wilting. Considering that the ideal for silage making is higher WSC and LA content and lower pH and NH3-N content, based on these data the optimal wilting time for Italian ryegrass at booting stage would be 3 h, while at flowering stage it would be 2 h.

Italian ryegrass; booting stage; blooming stage; wilting; silage

10.11686/cyxb2014286

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-06-19；改回日期：2014-10-27

公益性行業科研專項(201303061)，國家科技支撐計劃項目(2011BAD17B02-04)和國家牧草產業技術體系項目(CARS-35-31)資助。

董臣飛(1981-)，女，山東青島人，副研究員，博士。E-mail: cfdong1981@126.com *通訊作者Corresponding author. E-mail: guhongru@aliyun.com

董臣飛, 丁成龍, 許能祥, 張文潔, 程云輝, 顧洪如. 不同生育期和凋萎時間對多花黑麥草飼用和發酵品質的影響. 草業學報, 2015, 24(6): 125-132.

Dong C F, Ding C L, Xu N X, Zhang W J, Cheng Y H, Gu H R. Effects of crop growth stage and wilting time on the feeding and fermentation quality of Italian ryegrass (Loliummultiflorum) silage. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(6): 125-132.