刈割茬次和生育期對苜蓿青貯品質的影響

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)作為一種優良的豆科牧草，營養價值高、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奶牛的重要性，因此關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，苜蓿生產一般以調制干草和青貯為主，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，致使草產量和品質降低，損失嚴重。與調制干草相比，制作青貯可大幅避免這些影響的發生。調制良好的青貯苜蓿不僅保持了新鮮苜蓿的營養成分，同時兼具有消化率高、適口性好、耐貯存等優點，能很好地避免苜蓿干草調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量、品質和再生能力。隨著紫花苜蓿植株生育期的成熟，其營養指標呈現規律性的變化，蛋白質、脂類以及礦物質含量逐漸降低，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，對苜蓿產業化發展有著重要的意義，刈割時期應該根據不同品種進行確定，做到因地制宜。在苜蓿生長發育期內，刈割時的生長發育階段是決定苜蓿飼用價值的主要因素，但目前關于3個茬次3個生育期苜蓿青貯品質的刈割期對苜蓿營養成分影響的研究報道很少，尤其是關于刈割茬次、生育期和發酵時間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的變化規律，篩選出青貯品質最佳的茬次及生育期，以期獲得優質的青貯飼料。

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在7月，平均氣溫約28.34 ℃。年日照數為2721～2818 h，年降水量約179.08 mm，年蒸發量1000～1500 mm，無霜期147～191 d。

1.3 試驗設計

試驗根據不同茬次(第1、2、3茬)的各生育期(現蕾期、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(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(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氮(NH3-N)含量，同時折算氨態氮/總氮含量。

1.5 數據分析

在Excel中作數據的基本處理，用SPSS 22.0對各處理的營養指標和發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(+)為各指標呈正相關隸屬函數值；UX(-)為各指標呈負相關隸屬函數值。

2 結果與分析

2.1 苜蓿青貯原料營養指標

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對DM、ADF、NDF、CP和WSC含量影響極顯著(P<0.01)。

2.2 苜蓿青貯發酵階段營養品質變化規律

表2結果表明，苜蓿青貯發酵過程中DM含量隨發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酵過程中DM含量有極顯著影響(P<0.01)。青貯發酵第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。隨著發酵的進行各處理DM含量逐漸降低，發酵第3天各處理DM含量降低幅度較大，發酵至45 d時各處理DM含量基本趨于穩定。同一茬次的不同生育期盛花期的DM含量顯著高于現蕾期和初花期(P<0.05)。

不同茬次、生育期和發酵時間對苜蓿青貯發酵過程中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，盛花期顯著高于現蕾期和初花期(P<0.05)。隨發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)，發酵第3天各處理ADF、NDF含量下降較明顯，發酵至30 d時趨于穩定，下降含量較少，發酵60 d時第3茬的ADF、NDF含量顯著低于第1和2茬。

不同茬次、生育期和發酵時間下苜蓿青貯CP、WSC含量隨發酵時間差異極顯著(P<0.01，表2)。隨發酵時間的延長，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降低的趨勢，同一茬次隨生育期的增加出現降低的現象。發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酵時間的交互作用對苜蓿青貯過程中各處理的營養品質影響極顯著(P<0.01，表2)，生育期和發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指標含量影響極顯著(P<0.01)，茬次、生育期和發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 苜蓿青貯發酵階段發酵品質的變化

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

不同茬次、生育期和發酵時間對苜蓿青貯發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先增加后降低的趨勢，且隨發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時趨于穩定。發酵過程中乙酸含量變化差異較小，茬次對苜蓿青貯發酵過程中乙酸含量有顯著影響(P<0.05)，生育期和發酵時間對乙酸含量有極顯著影響(P<0.01)。發酵第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時略有回升直至發酵60 d。發酵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品質

續表2 Continued Table 2

隨著發酵的進行，茬次、生育期和發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)。發酵前期，各處理NH3-N和NH3-N/TN含量差異較小，發酵至第3天時出現顯著差異，不同茬次的同一生育期出現第2茬各生育期NH3-N和NH3-N/TN含量顯著高于第1和3茬，發酵至第9天時，第2茬初花期與第1茬初花期差值最大，發酵至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、茬次和發酵時間的交互作用均對苜蓿青貯發酵過程中發酵品質各指標有極顯著影響(P<0.01，表3)；生育期和發酵時間的交互作用除對pH值影響不顯著外(P>0.05)，對其他發酵指標有極顯著影響(P<0.01)，茬次、生育期和發酵時間的交互作用對pH值有顯著影響(P<0.05)，對其他發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均不相同，而以任何一個單一指標評價最佳發酵處理是不全面的[14]。因此，選用發酵60 d的DM、ADF、NDF、CP、WSC、LA、pH、AA、NH3-N和NH3-N/TN10個指標，對發酵60 d不同刈割時期處理的苜蓿青貯營養品質和發酵品質進行綜合評價(表4)。綜合評價分值越高則青貯品質越好，反之越差。發酵60 d，對不同刈割時期處理的苜蓿青貯發酵品質綜合排序為：第1茬現蕾期處理(0.80)>第3茬現蕾期處理(0.69)>第1茬初花期處理(0.60)>第2茬現蕾期處理(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酵品質

續表3 Continued Table 3

3 討論

3.1 發酵階段苜蓿青貯營養品質

DM含量是青貯成敗的關鍵。青貯飼料水分含量的高低決定著青貯發酵過程和青貯飼料的發酵品質且影響細菌總數和發酵速率[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酵60 d與發酵第0天相比，DM含量下降明顯，與Schmidt等[16]的研究結果相同，主要原因是發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，干物質積累逐漸增多[17-18]，盛花期干草產量達到最大值。

本試驗隨發酵的進行各處理的ADF和NDF含量有不同程度的降低，與Mustafa等[19]和Hu等[20]的研究結果相同。由于在青貯飼料發酵的早期階段存在一些產纖維素酶的微生物[21]，青貯中的營養物質被其消耗產生纖維素酶導致ADF下降較快且伴隨有NDF的降低，下降到發酵中期基本穩定。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素和營養物質的積累；處于生長幼嫩期的苜蓿其木質化程度低易被動物降解，現蕾期的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聯性。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。本試驗結果表明紫花苜蓿青貯從現蕾期到盛花期CP含量降低約10%。第1茬現蕾期的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]的研究結果相似。

WSC是青貯過程中乳酸菌發酵的基質，是發酵成敗的關鍵。紫花苜蓿是一種豆科牧草，人們普遍認為大多數豆類，包括苜蓿都具有較高的蛋白質含量和緩沖能量但可溶性碳水化合物含量較低[27]。隨著發酵的進行，每種處理的WSC含量逐漸降低，這與Wang等[28]的研究結果相同。這是因為在青貯飼料發酵過程中需要消耗WSC，以便為乳酸菌提供良好的生長環境和營養[29]，從而導致消耗量增加和乳酸產量增加。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，苜蓿結莢期最低，現蕾期最高，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化的程度，從而增加WSC的含量。

3.2 苜蓿青貯發酵階段的發酵品質

pH值是衡量青貯飼料品質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越好，反之，則青貯品質越差。本試驗各處理pH值在發酵60 d時均在5左右，Muck[31]研究結果表明新鮮苜蓿pH值一般在5.9～6.6，優質牧草青貯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，發酵初期pH不會下降至最低值，發酵到15 d時pH值基本趨于穩定。

青貯發酵主要在厭氧條件下進行，而厭氧環境有利于有機酸的產生，青貯發酵中主要以乳酸和乙酸為主。發酵過程中乳酸和乙酸的含量越高則青貯品質越好，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。在青貯發酵的早期階段，微生物的活性處于初始階段，并且乳酸菌的數量尚未處于有利位置，因此每種處理的乳酸含量低。青貯發酵程度的增加伴隨著酸性產物的蔓延，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]，從而占據主導地位，產生大量乳酸，每種處理的乳酸含量立即增加。發酵基本穩定時由于乳酸菌活動受到自身產物的抑制[33]，乳酸含量基本保持穩定。青貯發酵中的乙酸主要來源于異型乳酸菌和腸內細菌對糖類的分解發酵[34]。在青貯發酵開始時，接觸到空氣的乙酸菌把發酵過程中的乙醇變為乙酸，降低其品質[35]。試驗結果表明，各處理的乙酸比乳酸值較小，乙酸含量會隨發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是評價青貯飼料質量的重要依據，它主要是青貯料中蛋白質在微生物作用下分解為氨基酸和含氮物質，氨態氮含量越高說明營養物質分解越多，青貯料的品質和營養價值就越低[36]。青貯飼料中NH3-N含量關系著家畜對其利用情況，青貯過程中應減少NH3-N的產生防止青貯品質的下降[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酵中氨的產生，氨會加快腐敗物質的滋生從而降低青貯品質影響飼料的適口性[34]。發酵過程中TN含量隨發酵時間逐漸增加，與Fairbairn等[38]的結果相同。

4 結論

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