稻草在自然风干过程中的养分变化及适宜青贮时间研究

许能祥，顾洪如，董臣飞，程云辉，张文洁，丁成龙

(江苏省农业科学院畜牧研究所，江苏 南京210014)

稻草是我国南方农区的主要农业副产物，由于缺乏有效利用方式，大量稻草被弃置或就地焚烧，不仅浪费了大量资源，而且还造成环境污染［1］。近年来随着人们对生态环境重视程度的提高，如何将稻草进行资源化利用以缓解焚烧现象成为热门研究方向［2-6］。稻草饲用是将稻草资源化利用的重要方式，同时也是解决南方地区草食动物饲养中粗饲料短缺的重要手段。将稻草进行青贮能有效保存稻草中的可消化养分，改善稻草风味，促进动物采食。

新鲜饲草在自然风干过程中养分会有不同程度的损失。前人研究表明收获后的玉米(Zea mays)秸秆、老芒麦(Elymus sibiricus)等适时调制青贮对其营养品质有很大影响:凋萎后的玉米秸秆水分含量下降，致使调制青贮饲料时微生物发酵受到抑制，但对饲草营养品质影响不显著［7］;不同含水量对老芒麦青贮饲料的pH 值影响不同，青贮原料的可溶性碳水化合物随着含水量的降低而逐渐降低［8］。但稻草在自然风干过程中养分含量的变化规律以及风干时长对其青贮发酵的影响等缺乏相应研究。为此，利用江苏地区的优质粳稻品种武香粳14，在其成熟收割后进行田间风干处理，分别测定其饲用品质性状的动态，并对其进行青贮，在青贮60 d 后开袋测定发酵品质和微生物群落，明确稻草在自然风干过程中的养分变化和稻草适宜青贮的风干时长，为促进稻草饲用提供指导。

1 材料与方法

1．1 供试材料

试验材料为江苏地区目前生产中常用的早熟晚粳稻——武香粳14。

1．2 试验设计与田间管理

2013 年在江苏省农业科学院水稻试验田(南京)进行田间试验，5 月10 日播种，6 月10 日插秧。单穴单株栽插，行株距为30 cm ×20 cm。以常规肥水管理进行田间管理。

1．3 测定内容及方法

2013 年10 月22 日收获成熟的水稻，去穗，将稻草均匀铺于大田中自然风干，厚度约7 cm，分别于0 (CK)、3、6、9、24、48、72 h 随机取1 000 g 分成3份，迅速剪成长2 ～3 cm 的小段，混匀，一部分105℃杀青15 min，然后75 ℃烘干至恒重并称重，计算干物质含量(DM)，然后粉碎过粒径0．38 mm 网筛，用于测定粗蛋白(CP)、非结构性碳水化合物(NSC)，中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、干物质物体外消化率(IVDMD)。另一部分稻草用喷壶均匀喷施乳酸菌(喷施量为0． 02 g·kg－1鲜稻草，活力为1．6 ×105CFU·kg－1)，然后装入30 cm×20 cm 聚乙烯袋内，每袋250 g，用真空封口机封口，封口后置于室温下避光保存。青贮60 d，开袋检测。试验采用AZ 8910 小型气象仪记录试验期间的温度、相对湿度、气压等气象因子。

1．3．1 饲用品质测定 NSC［NSC 由可溶性糖(WSC)和淀粉组成］的测定方法参考Yoshida 的方法［9］。CP 用蛋白分析仪测定(KJEI TEC2300，Foss，Denmark)。NDF 和ADF 用范氏法测定［10］。IVDMD的测定方法参考胃蛋白酶－纤维素酶两步法(胃蛋白酶:生化分析用，酶活1∶ 10 000，由日本和光纯药工业株式会社生产;纤维素酶:饲料分析用，由日本Yakult 株式会社生产)。具体操作方法为，1 L 0．1 mol·L－1HCl 溶液中加胃蛋白酶2 g，配成0．2% 胃蛋白酶溶液;1 L pH4．6 醋酸缓冲液中加10 g 纤维素酶，配成1%的纤维素酶溶液。待测样品先在胃蛋白酶溶液中消化16 h 39 ℃，过滤;残渣继续在纤维素酶溶液中消化48 h 39 ℃，90 ℃灭活30 min，过滤，称残渣重［11］。饲用品质测定均以绝干物质为基础。

1．3．2 青贮料品质及微生物测定

1)pH 值、乳酸、氨态氮测定:取出青贮料充分混匀，并取出20 g 样品，放入250 mL 的三角瓶里，加入180 mL 水后，置于4 ℃冰箱内浸提24 h。然后通过两层纱布和滤纸过滤，将滤液保存于100 mL 的塑料瓶，及时测定pH 值，并迅速置于－20 ℃冰箱中冷冻保存，用于测定乳酸(LA)和氨态氮(AN/TN)含量。pH 值使用梅特勒台式pH 计(型号:FE20K)测定;LA 采用对羟基联苯法测定［12］;AN/TN采用苯酚－次氯酸钠比色法测定［13］。AN/TN表示为氨态氮/总氮的比值。

2)微生物培养及测定。

①培养基的制备。MRS 培养基(用于乳酸菌培养):蛋白胨10．0 g、牛肉膏10．0 g、酵母膏粉5．0 g、葡萄 糖20． 0 g、吐 温80 1． 0 g、K2HPO42． 0 g、CH3COONa·3H2O 5．0 g、柠檬酸氢二铵2．0 g、Mg-SO4·7H2O 0．2 g、MnSO4·5H2O 54 mg、H2O 1 000 mL、琼脂20．0 g、pH 6．5，121 ℃高压蒸汽灭菌20 min 备用;NA 培养基(用于细菌培养):蛋白胨10 g、牛肉膏3 g、氯化钠5 g、琼脂20 g、pH 7．0 ～7．2、H2O 1 000 mL，121 ℃高压蒸汽灭菌20 min 备用;PDA 培养基，即马铃薯葡萄糖琼脂培养基(用于酵母菌和霉菌培养)，购自北京奥博星生物技术有限公司。

②微生物稀释液的配制。称取5 g 青贮样品，放入装有45 mL 无菌水的100 mL 三角瓶中，封口膜封口，置于摇床上震荡30 min，使微生物细胞分散均匀，静置30 s，即成10－1稀释液;取0．2 mL 10－1稀释液，注入含有1．8 mL 生理盐水试管中，震荡摇匀，即成10－2稀释;再吸取0．2 mL 10－2稀释液，注入含有1．8 mL 生理盐水试管中，震荡摇匀，此液为10－3稀释液，以此类推，连续稀释，制成10－4、10－5、10－6、10－7等一系列稀释菌液。

③微生物培养。将上述培养基平板底面分别用记号笔标明稀释度，然后用无菌吸管分别由对应稀释液中各取20 μL，小心地滴在对应培养基表面的扇形区域内，再用涂布棒将菌液在培养基上涂抹均匀。将涂抹好的培养基放在桌子上静置20 ～30 min，使菌液渗透至培养基内，然后将培养基倒转，MRS 培养基在37 ℃厌氧条件下培养48 h，NA、PDA培养基在37 ℃有氧条件下培养48 h 后计数。

3)将剩余部分的青贮料收集起来烘干，用于测定干物质及饲草营养品质，具体方法同上。

1．4 数据分析

试验数据用Excel 初步处理，数据分析采用SPSS 11．5 统计软件进行两因素方差分析，并用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2．1 稻草风干期间气象因子

试验期间天气晴好，温度、相对湿度、气压等气象因子条件相似(表1)。稻草在自然风干试验期间的气压变动幅度较小，集中在101．9 ～102．2 MPa，平均风速0．2 ～0．6 m·s－1。风干0、24、48 和72 h的相对湿度和温度平均值差异较小，但在同一天内的变化幅度较大，如相对湿度的最低值出现在12:00，仅为29． 5%，最高值出现在傍晚18:00，为89．3%;温度的最低值出现在傍晚18:00，最高值出现在中午12:00，为28．4 ℃。

2．2 不同风干时长对稻草饲用品质的影响

随着风干时间的延长，稻草的饲用品质呈逐渐下降的趋势(表2)。从DM 含量来看，随风干时间的延长，DM 含量呈提高趋势，风干24 h 的DM 含量显著高于风干0、3、6、9 h 的含量(P ＜0．05)，风干24 h 以后DM 含量大幅上升，风干0、3、6、9 h 的DM含量变化幅度较小。IVDMD 随着风干时间的推迟呈显著下降趋势。风干24 h 以内的NSC 含量可保持在15%以上，且显著高于风干48、72 h。而CP 含量随风干时间的延长呈降低趋势，风干0、3、6、9 h的CP 含量显著高于风干24 h 及以上稻草中CP 的含量，风干24、48、72 h 的稻草中CP 含量之间差异不显著(P ＞0．05)。NDF、ADF 含量随着风干时间的延长呈显著上升趋势(P ＜0．05)。

2．3 不同风干时长稻草中可溶性糖和淀粉含量的变化

随着风干时间的延长，稻草中的淀粉含量呈直线下降趋势，从6． 80% 降到3． 32%，下降幅度在50%以上。而WSC 含量随着风干时间的延长呈现降－升－降的趋势，风干0 －9 h 呈下降趋势，3 －24 h 呈上升趋势，而后又呈缓慢下降趋势。

2．4 不同风干时长的稻草青贮料饲用品质的变化

随着风干时间的延长，青贮稻草的DM 含量呈显著上升趋势(P ＜0．05)。风干0、3、6 h 青贮稻草的CP 含量和IVDMD 显著高于风干9 h 以后的含量，其中风干9 和24 h 之间的CP 含量和IVDMD 差异不显著(P ＞0．05)，风干48 和72 h 之间青贮稻草的CP含量差异不显著。随着风干时间的推迟，青贮稻草的NSC 含量呈下降趋势，其中风干6 h 以后降到9%以下，风干48 h 以后降至7．71%以下。风干0－72 h 青贮稻草的NDF 含量在53．65% ～57．48%，风干24 h以后的NDF 含量显著高于风干0、3、6 h 的含量。风干0 － 72 h 青 贮 稻 草 的ADF 含 量 在31． 10% ～33．76%，变化幅度较NDF 含量小，风干24 h 以后的ADF 含量显著高于风干0 和3 h(P ＜0．05)。

表1 稻草风干期间气象因子Table 1 Weather factors during air drying period

表2 不同风干时长的稻草饲用品质Table 2 Feeding quality of rice straw under different air drying times %

图1 不同风干时长稻草中WSC 和淀粉含量的变化Fig．1 Changes of WSC and starch contents in rice straw under different air drying times

表3 不同风干时长稻草青贮料饲用品质变化Table 3 Changes of the feeding quality of rice straw silage under different air drying times %

2．5 不同风干时长稻草青贮料中可溶性糖和淀粉含量的变化

随着风干时间的延长，青贮稻草的WSC 和淀粉含量均呈下降趋势。其中WSC 含量的下降幅度大于淀粉，风干24 h 以后青贮稻草的WSC 含量呈直线下降趋势。风干0 和3 h 的淀粉含量大幅下降，之后逐渐呈缓慢下降趋势。

2．6 不同风干时长稻草青贮料发酵品质的变化

随着风干时间的延长，pH 呈上升趋势，LA 含量和AN/TN 比值呈下降趋势。风干0、3、6、9 h 青贮稻草的pH 在4．37 ～4．60，显著低于风干24 h 及以上时间的含量(P ＜0．05)，风干24 h 以后的pH 高于5．09。不同风干时长的青贮稻草LA 含量均达显著差异，24 h 以后LA 含量大幅下降。风干0 h 青贮稻草的AN/TN 比值最高，达44．87 g·kg－1，显著高于其他各不同风干时长处理，风干3、6、9 h 的AN/TN 比值在21．39 ～26．49 g·kg－1，风干24 h 以后的AN/TN 比值低于17．27 g·kg－1。

2．7 不同风干时长稻草青贮料中微生物的变化

随着风干时间的延长，好氧细菌和乳酸菌呈下降趋势，酵母菌和霉菌数量呈上升趋势(表5)。风干0 和3 h 的青贮稻草的好氧细菌数量差异不显著(P ＞0．05)，风干6 h 的好氧细菌数量显著低于风干0 和3 h(P ＜0．05)，显著高于9、24、48、72 h，风干24 h 后的好氧细菌数量略有回升的趋势，但数量低于风干0、3、6 h。风干0、3、6、9 h 青贮稻草的乳酸菌数量超过5．30 ×106，显著高于风干24、48、72 h。风干9 和24 h 青贮稻草的酵母菌和霉菌数量分别为4．39×103和4．34 ×103，显著高于其他风干时间，风干48 和72 h 的酵母菌和霉菌数量略有下降，但仍显著高于风干0、3、6 h。

图2 不同风干时长稻草青贮料中WSC 和淀粉的含量变化Fig． 2 Changes of WSC and starch contents of rice straw silage under different air drying times

表4 不同风干时长稻草青贮料发酵品质变化Table 4 Changes of fermentation quality of rice straw silage under different air drying times

表5 不同风干时长稻草青贮料中微生物菌群变化Table 5 Changes of microbial bacteria and fungus of rice straw silage under different air drying times

3 讨论

3．1 稻草自然风干过程中非结构性碳水化合物含量的变化

稻草在自然风干过程中，水分、粗蛋白(CP)和非结构性碳水化合物(NSC)含量都持续下降。但作为NSC 主要成分的淀粉和可溶性碳水化合物(WSC)的变化趋势则不同:淀粉含量呈直线下降趋势，从6．80%降至3．32%，下降幅度达50%以上;而WSC 含量随着风干时间的延长呈现降－升－降的趋势，风干0 －3 h 呈下降趋势，3 －24 h 呈上升趋势，而后又呈缓慢下降(图1)。牧草刈割后在干燥的过程中营养物质变化经过两个阶段:饥饿代谢时期——刈割后的牧草与根部的联系被切断，水分和矿物质供应中断，但细胞和组织还保持一定活力，开始同化合成作用大于分解，逐渐分解作用大于合成，因呼吸消耗营养物质，称之为饥饿代谢;自体溶解时期——牧草凋萎后(细胞死亡)，体内发生的生理过程逐渐在酶参与下的生化作用代替，进行死亡细胞内的物质转化和分解，称为自体溶解。淀粉含量的持续下降和WSC 含量的“降－升－降”趋势可能是由于在植株饥饿代谢时期中，细胞仍具有一定的活力，呼吸消耗了一部分可溶性糖，而淀粉发生水解来补充被消耗的糖分，由此导致淀粉含量的下降，而WSC 含量却因淀粉水解的补充而出现一定程度的回升［14］。这一变化可为青贮发酵增加底物。乳酸菌能直接利用可溶性糖，却难以直接利用淀粉。新鲜稻草进行适当的风干，在降低水分含量的同时，也在一定程度上增加了可溶性糖的含量，有利于促进发酵。

3．2 稻草适宜青贮饲用的风干时间

3．2．1 稻草不同风干时间原料品质的变化 大量文献研究表明青贮原料的含水量和可溶性碳水化合物含量是青贮成功与否的关键［15-16］。理想的青贮原料应该具备如下条件:含有足够水平的以可溶性碳水化合物形式存在的可发酵底物，低的缓冲能，高于20%的干物质含量［17］。新鲜稻草在自然风干的72 h 内的饲用品质呈现持续下降趋势，其中9 h 之内的下降幅度平缓，24 h 之后下降幅度加快，NSC从16． 65% 降至13． 54%;作为NSC 主要成分的WSC 含量随着风干时间的推迟呈现降－升－降的趋势，风干0 －3 h 呈下降趋势，3 －24 h 呈上升趋势，最高达10．64%，而后又呈缓慢下降。稻草原料的干物质含量从23．38%升至60．16%，水分含量则从76．62%降至39．84%，风干9 h 时的水分含量为63．34%。另外，本研究中随着风干时间的延长，稻草原料中的NDF 和ADF 含量出现不同程度的上升，原因可能是本研究中使用的是各饲用品质性状在干物质中的百分含量来表示其含量的高低，而不是绝对质量，由于NSC 和CP 等可消化养分的降解而导致NDF 和ADF 等性质稳定的结构性碳水化合物在干物质中的相对含量上升。

3．2．2 稻草不同风干时间青贮料发酵品质 青贮饲料的品质优劣主要是由pH 值、LA 及挥发性脂肪酸和氨态氮/总氮的比例决定的［16］。本研究青贮稻草发酵品质的变化趋势明显:风干9 h 内，乳酸(LA)含量从44．87 降到27．45 g·kg－1，而在24 h时 则 降 为12． 41 g · kg－1，48 h 时 降 为8． 74 g·kg－1，72 h 时仅为4．50 g·kg－1;未风干稻草的氨态氮/总氮是44．63 g·kg－1，风干3 h 后则降为21．39 g·kg－1，之后在风干6 和9 h 时又出现回升，分别为26．49 和25．20 g·kg－1，此后持续下降;pH值在0 －72 h 内持续上升，风干0 －9 h 内不高于4．6(表4)。依据我国现行的“青贮饲料质量评定标准”［18］评定，风干9 h 以内青贮稻草发酵品质均达优良。

3．2．3 稻草不同风干时间青贮微生物变化 青贮发酵微生物是由乳酸菌、酵母菌、霉菌及细菌等组成的一个复杂的微生物共生体系。青贮过程中发挥作用的微生物主要是乳酸菌。他们在厌氧状态下将可溶性糖转化为乳酸，从而使青贮料的pH 值下降，抑制有害微生物(如酵母菌、霉菌、丁酸菌及肠细菌等)的生长，得以保存青贮料的品质［19］。青贮料中的乳酸菌和好氧细菌数量在风干72 h 内呈现下降趋势，风干9 h 时乳酸菌数量为5．30 ×105，好氧细菌数量为2．23 ×106(表5)。而酵母菌和霉菌数量呈现先上升后下降的趋势(表5)。稻草中乳酸菌的数量与pH 值、酵母菌和霉菌呈负相关。青贮饲料发酵过程中乳酸菌的增加，可明显抑制霉菌、酵母菌以及一般细菌的增殖，促进旺盛的乳酸发酵，可使青贮的pH 值迅速下降，抑制丁酸菌的繁殖［20］。

综合饲用品质的变化和青贮发酵品质的变化，稻草风干9 h 之内，水分含量降至65%左右，NSC 含量为15．47%，其中WSC 含量为10．52%时，青贮发酵品质优良，风干24 h 内青贮加工较为适宜，风干24 h 后则青贮品质急剧下降。

4 结论

新鲜稻草在自然风干72 h 内的饲用品质呈现持续下降趋势，其中9 h 之内的下降幅度平缓，24 h之后下降幅度加快;随着风干时间的延长，WSC 含量随着风干时间的推迟呈现降－升－降的趋势，风干0 －3 h 呈下降趋势，3 －24 h 呈上升趋势，而后又呈缓慢下降。风干9 h 内，稻草青贮料的LA 含量从44．87 降到27．45 g·kg－1，而在风干24 h 时则降为12．41 g·kg－1，48 h 时为8．74 g·kg－1，72 h 时仅为4．50 g·kg－1;氨态氮含量的变化对照处理为44．63 g·kg－1，风干3 h 后则降为21．39 g·kg－1，之后在风干6 和9 h 时又出现回升，此后持续下降;pH 值在0 －72 h 内持续上升。综合饲用品质的变化和青贮发酵品质的变化，稻草在风干3 h 时青贮发酵品质最好，风干9 h 之内青贮发酵品质优良，风干24 h 内青贮加工较为适宜。

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