苜蓿高水分打捆人工继续干燥条件的优化

刘庭玉，张颖超，格根图，王　伟，侯美玲，孙　林，贾玉山

(内蒙古农业大学 生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019)



苜蓿高水分打捆人工继续干燥条件的优化

刘庭玉，张颖超，格根图，王伟，侯美玲，孙林，贾玉山

(内蒙古农业大学 生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019)

[摘要]【目的】 筛选高水分苜蓿草捆最适的人工辅助干燥条件，为克服第二、三茬苜蓿收获易受雨淋且叶片损失严重的问题提供技术支持。【方法】 选择影响高水分打捆人工辅助干燥苜蓿品质的水分、密度、摆放间距和人工辅助干燥方式4个因素，设计L9(34)正交试验，对上述条件下高水分苜蓿草捆的发霉情况、营养物质进行分析，对不同处理条件下苜蓿的相对饲用价值和经济价值进行测算，确定苜蓿高水分打捆人工继续干燥的最佳条件。【结果】 通过试验对比分析第2组处理蛋白质和相对饲用价值分别为17.13和153.62，显著或极显著高于其他各组，为最优处理。根据正交试验极差分析结果可知，各因素对高水分打捆苜蓿品质影响的大小顺序为：人工辅助干燥>摆放方式>密度>水分。【结论】 高水分苜蓿草捆在水分为30%～35%、密度为120 kg/m3、摆放间距20 cm、2台鼓风机每日鼓风干燥 3 h的条件下继续干燥，所得苜蓿草捆的品质最佳。

[关键词]饲草贮藏；苜蓿草捆；干燥条件

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)因具有蛋白质含量丰富、适口性好、适应性广等特点而被称为“牧草之王”，是畜牧养殖业中重要的蛋白质饲料[1]，将其干燥而成的苜蓿干草是优质的粗饲料，也是精饲料的良好替代品和配合饲料的原料[2]。在自然条件下晾晒，是当前生产中应用最广泛、方法最简单的苜蓿干草调制方法，但该方法易引起干草的养分损失[3]，主要体现在2个方面：一是茎和叶的干燥速度不同[4]，当叶的含水率已达到安全水分时，茎的含水量还很高[5]，轻微移动叶片就会大量脱落，造成蛋白质急剧减少[6]；二是易受天气的影响，尤其是大部分地区第二、三茬苜蓿收获时易受雨淋，使其中的可溶性成分溶解而流失，且会进一步延长干燥时间，使营养物质损失增多[7]。

为防止或减少在调制过程中苜蓿叶片的脱落，最大限度地保留叶片，国内外学者进行了大量的研究，但这些研究多集中在干燥与温湿度模型的建立[8-10]或茎叶分离设备的设计与模拟[11]方面，而对高水分苜蓿草捆进行常温鼓风干燥的研究鲜有报道。为此，本试验以紫花苜蓿为材料，选取影响高水分苜蓿草捆干燥的水分、密度、摆放方式和人工辅助干燥4个关键因素设计正交试验，对高水分苜蓿草捆进行人工继续干燥，通过对发霉情况、营养物质含量、相对饲用价值及相关经济指标的测算，筛选出高水分苜蓿草捆最适的继续干燥条件，以期为苜蓿干草调制的生产实践提供参考依据。

1材料与方法

1.1试验材料

试验原料为处于初花期的“金皇后”紫花苜蓿(MedicagosativaL.cv.Golden Empress)，取自宁夏银川市西夏区的贺兰山农牧场苜蓿基地，平均株高108 cm。试验苜蓿于2013-09-08使用压扁割草机(纽荷兰488型)刈割，然后分别于2013-09-09 12:00、14:00和18:00使用打捆机(纽荷兰BC5060型)在苜蓿不同水分梯度下打捆，通过调节机械参数将苜蓿草捆密度控制在120，150和180 kg/m3。试验所用的人工辅助干燥鼓风机是功率为550 W的离心式中压风机(CZ-TD550)，流量为870 m3/h。

1.2高水分苜蓿打捆人工继续干燥试验设计

采用L9(34)正交设计，设置打捆水分、打捆密度、摆放间距以及人工辅助干燥方式4个影响高水分苜蓿草捆品质的因素，每个因素设置3个水平(表1)，共9个处理(表2)，每个处理均设3个重复。试验共进行4 d人工辅助干燥处理。

表 1　高水分苜蓿打捆人工继续干燥正交试验因素水平表

人工辅助干燥“1台鼓风机(4)”指用1台鼓风机，每天连续鼓风干燥4 h；“2台鼓风机(3)”指用2台鼓风机，每天连续鼓风干燥3 h；“2台鼓风机(6)”指用2台鼓风机，每天鼓风干燥2次，每次3 h，为分段鼓风干燥。2台鼓风机处理的鼓风机均为对面摆放，尽量让草捆中的空气充分流通。

表 2　高水分苜蓿打捆人工继续干燥L9(34)试验设计表

1.3指标的测算

1.3.1含水量人工辅助干燥试验期内每日上午10:00用电偶水分测定仪测定含水量。

1.3.2草捆发霉情况草捆发霉情况在人工干燥试验结束时检测，按照表3所分等级评定。

表 3　草捆霉变等级标准

1.3.3干物质(Dry matter，DM)样品利用鼓风干燥箱在105 ℃恒温条件下干燥3 h后冷却称质量[12]。

1.3.4营养指标测定人工辅助干燥第4天 17:00 对每个试验草捆进行取样，样品立即利用鼓风干燥箱在65 ℃恒温条件下干燥24 h，用于分析营养指标。粗灰分(Ash)和粗脂肪(EE)含量测定按《饲料分析及饲料质量检测技术》[13]中的方法进行。粗蛋白(CP)含量利用FOSS Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪进行测定。中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)利用FOSS Fibertec 2010全自动纤维分析系统进行测定。上述指标测定结果均以占DM的质量分数表示。

1.3.5相对饲用价值相对饲用价值(Relative feed value，RFV)是衡量干草质量的重要指标，由已测的NDF和ADF计算得出[13]。

DDM=88.9-0.779×ADF。

(1)

DMI=120/NDF。

(2)

RFV=DMI×DDM/1.29。

(3)

式中：DDM为可消化干物质，DMI为干物质采食量。

1.3.6经济指标市场调查表明，苜蓿干草RFV每增加1个单位，价格增加0.32美元/t[14]；电价按0.083美元/(kw·h)计；试验草捆质量按20 kg/个计，1 t为50个试验草捆；鼓风机价格为 33.33 美元/个，功率为0.55 kw，使用时限为5 000 h。按公式4～7计算经济指标。

纯利润(美元/t)=毛利润-固定资产折旧。

(4)

毛利润(美元/t)=0.32×(试验处理下RFV-田间干燥下RFV)-电费用。

(5)

电费用(美元/t)=鼓风机功率×使用时间×电单价×50。

(6)

固定资产折旧(美元/t)=(鼓风机价格×使用时间/使用时限)×50。

(7)

1.4数据分析

试验数据采用EXCEL 2007 进行整理和分析，采用SAS 8.0 软件对相关数据进行差异显著性分析。

2结果与分析

2.1不同处理高水分苜蓿草捆的水分变化

高水分苜蓿草捆在不同处理下的水分变化见表4。由表4可以看出，人工辅助干燥第4天时只有第5组的苜蓿草捆达到了贮藏的安全含水量(<17%)，为15.23%；水分在17%～20%的只有第4组，为19.85%；水分在20%～25%的共有4组，分别是第2组20.84%、第3组22.89%、第1组23.46%和第7组23.65%；水分在25%以上的共有3组，分别是第6组26.45%、第8组31.38%和第9组32.87%。

2.2不同处理高水分苜蓿草捆的霉变情况评定

不同处理下高水分苜蓿草捆的霉变情况见表5。由表5可以看出，第5组苜蓿草捆最好，其颜色为绿色，有微弱草香味，茎叶保存完好，评为1级；第1，2，3和4组次之，其草捆为浅黄色，伴有轻微霉味，茎叶保存较好，表面有少量菌丝，评为2级左右；第6，7，8和9组较差，其草捆发白、变灰，有较重的霉味，表面有较严重的霉变，评为3级。

表 4　不同处理高水分苜蓿草捆的含水量变化

表 5　不同处理高水分苜蓿草捆的霉变等级

注：括号中的数据表示该霉变等级在该组中所占的百分比。

Note:Data in the brackets show the ratios of mold level in the group.

2.3不同处理高水分苜蓿草捆的营养成分及RFV比较

由表6可知，第1组苜蓿的粗灰分含量显著或极显著高于其他各组；第2组粗蛋白含量极显著高于其余各组(P<0.01)，第1，3，6和9组粗蛋白含量差异不显著(P>0.05)，第1和第3组显著高于剩余4组(P<0.05)；各组高水分苜蓿草捆的粗脂肪含量以第2组最高，极显著高于其余8个组(P<0.01)；各组高水分苜蓿草捆的中性洗涤纤维含量第2，6，7和8组差异不显著，但均显著或极显著低于其余各组；各组高水分苜蓿草捆的酸性洗涤纤维含量第2，6，8和9组差异不显著，但均显著或极显著低于其余各组。

表 6　不同处理高水分苜蓿草捆的营养成分含量及RFV

注：同列数据后标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，标不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

Note:Different lowercase letters in each column indicate significant difference (P<0.05),and different uppercase letters indicate highly significant difference (P<0.01).

经测定，9个处理中第2组的 RFV显著或极显著高于其他各组。

2.4不同处理高水分苜蓿草捆的经济指标分析

不同处理高水分苜蓿草捆的经济指标测算结果见表7。由表7可知，第1、2、6、7和9组呈现正利润，其他4组为负利润，其中第2组的纯利润和RFV值明显高于其他各组。

表 7　不同处理高水分苜蓿草捆的经济指标分析结果

2.5基于RFV的不同处理高水分苜蓿草捆正交试验结果

由表8的正交试验结果可以看出，通过极差分析，供试4个因素的影响作用大小依次为人工辅助干燥>摆放方式>密度>水分。由正交试验得出的最佳组合为第2组，即含水量30%～35%，密度120 kg/m3，摆放方式为间隔20 cm，人工辅助干燥方法为2台鼓风机，每天鼓风干燥3 h。高水分苜蓿草捆在此处理条件下，RFV为153.62。

表 8　基于RFV的不同处理高水分苜蓿草捆的正交试验结果分析

3讨论

苜蓿在田间干燥过程中，叶的干燥速率比茎快得多，造成叶片脱落严重[15-16]，同时由于苜蓿蛋白等营养物质主要存在于叶片中，进而导致蛋白损失严重[17]。高彩霞等[18]研究发现，苜蓿在高、低含水量(从30%降到8%左右)条件下，随着打捆前含水量的逐渐下降，茎叶比极显著增大(P<0.01)，叶片损失率增大，干草的CP显著降低，NDF、ADF含量显著上升，灰分变化不明显。王成杰等[19]研究表明，苜蓿高水分(24.7%)打捆贮藏由于缩短了干燥时间，减少了晾晒过程中蛋白质和干物质的损失，草产量、干物质和粗蛋白较低水分(17.1%)草捆分别提高了1 817，915和92 kg/hm2，与本研究结果相符。

牛建忠等[20]研究了不同含水量和密度处理苜蓿草捆贮藏100 d过程中的水分散失情况，结果表明，当草捆含水量较高(33.08%)时，随着草捆密度的降低，水分散失速度加快；草捆含水量为21.16%时，密度对水分散失速度没有影响。本试验中，水分在25%～30%时，随着草捆密度的降低，水分散失速度加快。但由于本试验为正交试验，4个因素共同作用，其他2个水分梯度并不完全符合此规律。

草捆堆垛时要留有通风口以利于空气流通[21-22]。本研究设置了间隔10，15和20 cm 3个水平，极差分析结果表明，与水分和密度因素相比，摆放间距在后续干燥过程中起着更重要的作用。

通过高水分打捆贮藏缩小了茎叶之间的水分差，减少叶片脱落，提高干草捆品质，但高水分贮藏也为草捆内霉菌的生长繁殖提供了适宜的条件[23]，本试验在人工辅助干燥的情况下，含水量为35%～40%的草捆霉变严重，基本已无利用价值；含水量为30%～35%的次之，且营养价值最好的组合也出现在此水分区间；含水量为25%～30%的霉烂程度最轻，其中第5个处理无霉变，但由于其蛋白含量较其他处理低且无经济价值，故无实用价值。

4结论

影响高水分苜蓿草捆品质的因素作用顺序依次为：人工辅助干燥>摆放方式>密度>水分；采用水分为30%～35%、密度为120 kg/m3、摆放间隔20 cm、2台鼓风机每日鼓风干燥 3 h的条件处理，可有效降低高水分苜蓿NDF和ADF的含量，粗蛋白保存率最高，苜蓿草捆营养价值最高。

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Optimization of continued drying conditions for high moisture alfalfa bales

LIU Ting-yu,ZHANG Ying-chao,GE Gen-tu,WANG Wei,HOU Mei-ling,SUN Lin,JIA Yu-shan

(CollegeofEcologyandEnvironmentScience,InnerMongoliaAgricultureUniversity,Hohhot,InnerMongolia010019,China)

Abstract:【Objective】 The optimum conditions of continued drying for high moisture alfalfa bales were screened to provide technical support for overcoming the issue that second or third harvests are vulnerable to rain and leaf losses.【Method】 L9(34) orthogonal test was designed in this experiment according to 4 factors influencing the quality of high moisture alfalfa,moisture content,density,display interval and assisted dry method.The optimum continued drying conditions were confirmed by analyzing moldy conditions and nutrition ingredient of alfalfa bales as well as comparing relative feed value (RFV) and economic value at different conditions.【Result】 Through comparative analysis,CP and RFV of the second group were 17.13 and 153.62,respectively,which were significant higher than other treatments (P<0.01).According to the orthogonal test range analysis,the factors influence high moisture alfalfa bales quality were in a decreasing order of assisted dry method>display method>density>moisture content.【Conclusion】 The optimal conditions for high moisture alfalfa bales were: moisture content 30%-35%,density 120 kg/m3,display interval 20 cm,and assisted dry with two blowers for 3 h.

Key words:forage storage;alfalfa bales;drying condition

DOI：网络出版时间:2016-02-0209:3710.13207/j.cnki.jnwafu.2016.03.006

[收稿日期]2014-07-16

[基金项目]国家现代牧草产业技术体系项目(CARS-35)

[作者简介]刘庭玉(1978-)，男，山东临沂人，副教授，主要从事饲草料加工与贮藏研究。E-mail:lty_nmd@sina.com[通信作者]贾玉山(1962-)，男，内蒙古赤峰人，教授，主要从事饲草料加工与贮藏研究。E-mail:jys_nm@sina.com

[中图分类号]S816.5+2

[文献标志码]A

[文章编号]1671-9387(2016)03-0037-06