侯美玲 格根圖 孫 林 周天榮 張穎超 賈玉山
(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院,呼和浩特010019)
隨著國(guó)家草原生態(tài)補(bǔ)助獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制和草原畜牧業(yè)特別是草食家畜經(jīng)營(yíng)方式轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐的加快,天然草地牧草青貯技術(shù)作為支撐集約化養(yǎng)殖和飼草長(zhǎng)期戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備的重點(diǎn)技術(shù)日益受到重視。與全株玉米、苜蓿、飼料稻草等青貯研究應(yīng)用按百年計(jì)的飼草相比,天然牧草青貯技術(shù)只能算是青貯領(lǐng)域的新軍,不僅國(guó)外罕見(jiàn)報(bào)道,且國(guó)內(nèi)的研究歷史也不超過(guò)30年。據(jù)內(nèi)蒙草原勘察設(shè)計(jì)院最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,內(nèi)蒙古自治區(qū)草地資源各類(lèi)面積共7 491.85萬(wàn)hm2,占全國(guó)草原面積的22%,占內(nèi)蒙古土地總面積的63.3%,其中可利用草地面積占草地面積的84%[1]。廣袤的草原歷來(lái)是支撐畜牧業(yè)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)物質(zhì)基礎(chǔ),近年來(lái)畜牧業(yè)面臨著嚴(yán)重的季節(jié)性飼草不平衡和年度間飼草不平衡問(wèn)題,嚴(yán)重制約了草地畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。造成該問(wèn)題的緣由除了天然草地退化、沙化等因素,更主要的是廣大牧區(qū)調(diào)制天然牧草所采用的傳統(tǒng)方法和技術(shù)造成的有形和無(wú)形的損失相當(dāng)嚴(yán)重[2]。在草原牧區(qū)通常將天然牧草調(diào)制成干草或者打成草捆保存,青綠飼料在成熟和曬干過(guò)程中,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損耗占30%以上[3],而且纖維素增加,質(zhì)地粗硬,不利于家畜的飼喂。Ngwa等[4]研究表明,每年牧草損失占收獲量的32%~55%,其中凋落損失12%~20%,雨淋損失5%~10%,呼吸損失10%~15%,發(fā)酵過(guò)程損失5%~10%。這樣不僅使天然牧草營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失嚴(yán)重,而且還造成家畜冬春季節(jié)缺乏青綠飼料而營(yíng)養(yǎng)攝入不足。
添加劑青貯能有效改善青貯飼料的品質(zhì)[5-6]。甲酸、纖維素酶及乳酸菌劑是青貯飼料中常用的高效、生態(tài)型添加劑。目前,國(guó)內(nèi)外有關(guān)添加劑青貯大都集中于全株玉米、飼料稻草及苜蓿等方面,對(duì)天然牧草添加劑青貯研究較少,天然牧草在青貯發(fā)酵過(guò)程中易產(chǎn)生腐敗菌及生成丁酸,而甲酸可起到發(fā)酵抑制劑的作用,同時(shí)顯著增加了可溶性糖含量,顯著降低了氨態(tài)氮(NH3-N)含量,有利于提高青貯發(fā)酵品質(zhì)和保存效果[7]。天然牧草中可溶性糖含量較低,纖維素酶可將飼草中的纖維素生成葡萄糖和麥芽糖,分解出可溶性碳水化合物供乳酸菌發(fā)酵[8],中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量下降[9],從而加快發(fā)酵速度,縮短青貯周期。為了使天然牧草青貯達(dá)到更優(yōu)的效果,在青貯前期加入乳酸菌劑促進(jìn)其發(fā)酵速度、降低青貯飼料中的pH,同時(shí)乳酸含量的增加可以有效抑制丙酸、丁酸的產(chǎn)生,提高天然牧草青貯品質(zhì)[10]。添加甲酸、纖維素酶、乳酸菌劑能夠有效改善天然牧草青貯的品質(zhì)。因此,本研究旨在研究甲酸、纖維素酶和乳酸菌劑對(duì)天然牧草青貯品質(zhì)的影響并篩選出合適的添加劑量,以期解決天然牧草含糖量低、緩沖能值高、乳酸菌附著少、青貯貯成率較低的問(wèn)題,進(jìn)而提供一定的技術(shù)支撐,有效地改進(jìn)天然牧草的貯藏和利用方式,提高牧草的供給水平,一定程度上解決牧區(qū)冬春季節(jié)及災(zāi)年飼草貯備不足的問(wèn)題,緩解草畜矛盾,為牧區(qū)利用天然牧草青貯飼料提供科學(xué)依據(jù)。
1.1.1 青貯原料
試驗(yàn)所用青貯原料為內(nèi)蒙古錫林郭勒盟毛登牧場(chǎng)附近天然草地,樣地為典型草原,優(yōu)勢(shì)地帶性群落為大針茅草原群落,以旱生從生禾草層片與旱生小半灌木為標(biāo)志,地帶性植被的主體為旱生叢生大針茅草原[11]。試驗(yàn)區(qū)植物群落調(diào)查情況如下表。
表1 試驗(yàn)地植物群落調(diào)查情況Table 1 The investigation of plant community of the experimental field
1.1.2 添加劑
試驗(yàn)中所使用的甲酸為分析純;乳酸菌為臺(tái)灣生合生物科技股份有限公司生產(chǎn)的芯來(lái)旺乳酸菌發(fā)酵劑,主要成分:植物乳酸菌(L.plantarumLP07)≥1.0×109CFU/g、干酪乳酸菌(L.casei LC05)≥1.0×109CFU/g、屎腸球菌(Enterococcus faecium EF08)≥1.0×109CFU/g);纖維素酶是由美國(guó)Sigma公司生產(chǎn)的由黑曲霉(Aspergillus niger)提取的纖維素酶制劑,主要成分:黑曲霉(Aspergillus niger)≥1.0×105CFU/g。
試驗(yàn)采用單因子完全隨機(jī)設(shè)計(jì),分別設(shè)置甲酸(3.00、6.00、9.00mL/kg)、纖維素酶(0.05、0.10、0.15g/kg)、乳酸菌劑(0.01、0.02、0.03g/kg)及對(duì)照組(不添加任何添加劑),共10個(gè)組,每組3個(gè)重復(fù)。將天然牧草鮮草經(jīng)5h萎蔫(含水量為61%)處理后,每個(gè)聚乙烯真空包裝袋中填充天然牧草150g并用真空包裝機(jī)真空封口,室溫青貯發(fā)酵60d后開(kāi)袋,對(duì)其感官評(píng)定、發(fā)酵品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分及體外消化情況進(jìn)行分析。
表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Experimental design
1.3.1 感官評(píng)定
感官評(píng)定方法采用德國(guó)農(nóng)業(yè)協(xié)會(huì)(deutche landwirtschafts gesellschaft,DLG)評(píng)分法[12]進(jìn)行評(píng)定。
1.3.2 發(fā)酵品質(zhì)
pH:稱(chēng)取10g樣品放入15cm×10cm的真空包袋中,加入90mL蒸餾水,使用勻質(zhì)儀拍打3min(10次/min),通過(guò)定性濾紙過(guò)濾,所制備的青貯飼料浸提液采用雷磁-25型酸度計(jì)測(cè)定pH。有機(jī)酸:使用GC8A型高效液相色譜儀分析濾液中的乳酸(LA)、乙酸(AA)、丙酸(PA)、丁酸(BA)含量。氨態(tài)氮含量的測(cè)定采用苯酚-次氯酸比色法[13]。
1.3.3 營(yíng)養(yǎng)成分評(píng)價(jià)
干物質(zhì)(DM)含量的測(cè)定:烘干恒重法[14]。粗蛋白質(zhì)(CP)含量的測(cè)定:GB 6432—86燃燒法[15]。NDF、ADF含量的測(cè)定:參照 Van Soest等[16]方法。粗脂肪(EE)含量的測(cè)定:索氏脂肪提取法[17]。可溶性碳水化合物(WSC)含量的測(cè)定:蒽酮-硫酸比色法[18]。
1.3.4 消化特性指標(biāo)
樣品制備:樣品105℃烘干6h后粉碎過(guò)40目篩,稱(chēng)取0.5g裝入ANKOM濾袋作為備用樣品。
供體羊準(zhǔn)備:選取3只裝有內(nèi)徑45mm瘺管的身體健康、體重(25±2)kg的瘺管成年山羊(阿爾巴斯絨山羊)作為瘤胃液供體羊。試驗(yàn)瘺管羊飼糧配制參照內(nèi)蒙古自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)《細(xì)毛羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》(DB15/T 30—92)[19]。組成:青干草65.00%,玉米21.17%,小麥麩5.25%,豆粕7.00%,磷酸氫鈣0.87%,食鹽0.36%,預(yù)混料0.35%。營(yíng)養(yǎng)水平:干物質(zhì)85.81%,代謝能10.33MJ/kg,粗蛋白質(zhì)11.19%。代謝能為維持需要的1.2倍,精粗比為30:70,日飼喂2次(08:00和16.00),自由飲水、常規(guī)光照。
瘤胃液采集:于清晨飼喂前1h,利用硬質(zhì)PVC管于供體羊瘤胃腹囊不同位點(diǎn)共采集瘤胃液2 000 mL,裝入提前預(yù)熱至39℃ 并已通入CO2的保溫瓶中,迅速帶回實(shí)驗(yàn)室,4層紗布過(guò)濾,持續(xù)通入CO2。
培養(yǎng)液制備:采用 Menke等[20]的方法,配制由常量元素溶液、微量元素溶液、緩沖液、指示劑溶液、還原劑溶液混合配制而成。將裝有樣品的濾袋和緩沖溶液的消化罐放入DaisyⅡ外模擬培養(yǎng)箱,培養(yǎng)48h后,用自來(lái)水沖洗至水澄清[21]。
體外干物質(zhì)消化率(IVDMD)測(cè)定:ANKOM體外消化儀測(cè)定法[22]。
總能(GE)測(cè)定:IKA C2000氧彈式測(cè)熱儀測(cè)定。
消化能(DE)測(cè)定:DE=GE×IVDMD。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 9.0統(tǒng)計(jì)軟件分析,用單因子方差分析(one-way ANOVA,LSD)中Duncan氏法進(jìn)行多重比較,P<0.05為差異顯著,P>0.05為差異不顯著,結(jié)果用平均值(±標(biāo)準(zhǔn)差)表示。
青貯進(jìn)行前取樣測(cè)定原料中的營(yíng)養(yǎng)成分含量,經(jīng)測(cè)定,天然牧草中干物質(zhì)含量占風(fēng)干樣的94.57%,粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、NDF、ADF和可溶性碳水化合物的含量分別占干物質(zhì)含量的12.09%、3.54%、79.27%、40.15和8.94%。青貯原料含量如表3所示。
表3 天然牧草青貯原料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、緩沖能值和體外消化率分析Table 3 The analysis of nutrient,buffering capacity and in vitro digestibility of natural grass silage
天然牧草加入添加劑青貯60d開(kāi)袋后,其各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分情況如表4所示。天然牧草加入添加劑青貯后,其感官評(píng)定得分均高于對(duì)照組的13分。甲酸添加劑組中,A2和A3得分最高,分別為18、16分,其青貯飼料樣品有微弱酸香味,莖葉保持狀況良好,質(zhì)地柔軟,呈淡黃色,評(píng)為1級(jí)優(yōu)良;A1開(kāi)封后,有強(qiáng)烈的丁酸味和霉味,與A2、A3比較,其莖葉結(jié)構(gòu)不完整,得分為14分,評(píng)為2級(jí)尚好。纖維素酶添加組中,B3得分最高,其青貯飼料樣品具有柔和的酸香味,結(jié)構(gòu)緊實(shí),莖葉保持原狀,顏色呈青綠色,用力攥握后仍保持柔軟、松散,得分為20分滿(mǎn)分,評(píng)為1級(jí)優(yōu)良,B2得分稍低于B3,色澤上呈黃綠色,B1有霉味和丁酸味,得分為16分。乳酸菌劑添加組中,C2和C3得分均為滿(mǎn)分20分,其青貯飼料樣品有微弱酸香味,莖葉保持良好,質(zhì)地柔軟,色澤呈青綠色,評(píng)為1級(jí)優(yōu)良;C1得分低于C2和C3,主要是因?yàn)槿~子結(jié)構(gòu)保存不是很完整。
天然牧草加入不同添加劑,青貯60d開(kāi)袋后,其pH、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸、氨態(tài)氮/總氮情況如表5所示。各添加劑組天然牧草青貯飼料的pH均顯著低于對(duì)照組(P<0.05),隨添加劑添加量的增加pH均減少。甲酸添加組pH最低的為A3,纖維素酶添加組B1和B2差異不顯著(P﹥0.05),但是顯著高于B3(P<0.05)。乳酸含量C3最高,A1顯著高于對(duì)照組、A2和A3(P<0.05),且隨著甲酸添加量的增加而減少,可能的原因?yàn)榧姿嵋种屏巳樗峋幕钚?,B3顯著高于對(duì)照組、B1和B2(P<0.05),C3與C1和C2差異不顯著(P>0.05),顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。A1的丙酸含量極少,為干物質(zhì)的0.09%,B1、B2、B3的丙酸含量為干物質(zhì)的0.19%、0.13%和0.09%,C1、C2、C3的丙酸含量為干物質(zhì)的0.17%、0.11%和0.09%,A2、A3均未檢測(cè)出丙酸。A2、A3、B3、C3均未檢測(cè)出丁酸,其他組別丁酸含量也較少,說(shuō)明青貯發(fā)酵以乳酸發(fā)酵為主。3種添加劑青貯飼料的乙酸含量、氨態(tài)氮/總氮變化隨添加劑添加量的增加而減少,且氨態(tài)氮/總氮均大幅度下降,顯著低于對(duì)照組(P<0.05),說(shuō)明蛋白質(zhì) 保存情況良好。
表4 添加劑處理天然牧草青貯飼料的感官評(píng)定得分Table 4 The sensory evaluation score of natural grass silage under different additives
表5 添加劑處理天然牧草青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)Table 5 The fermentation quality of natural grass silage under different additives
天然牧草加入添加劑青貯60d開(kāi)袋后,其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、NDF、ADF、可溶性碳水化合物情況如表6所示。各添加劑組的干物質(zhì)含量均高于對(duì)照組,其中 A2、A3、B2、B3、C2、C3的干物質(zhì)含量顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。各添加劑組(除B1)粗蛋白質(zhì)含量均顯著高于對(duì)照組(P<0.05),A2的粗蛋白質(zhì)含量最高,占干物質(zhì)的12.21%,說(shuō)明在青貯飼料中添加甲酸,可以有效的保存青貯飼料的粗蛋白質(zhì)含量。添加甲酸和乳酸菌劑均可有效提高青貯飼料的粗脂肪保存率,A3的粗脂肪含量最高,顯著高于對(duì)照組、A1、A2(P<0.05)。
纖維素酶添加組NDF和ADF含量均有下降,其中NDF含量隨纖維素酶添加量的增加而減少;乳酸菌劑添加組NDF含量的隨著乳酸菌劑添加量的增加,整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。說(shuō)明添加劑可以有效的降解纖維素類(lèi)物質(zhì),為乳酸菌發(fā)酵提供了更多的底物。
可溶性碳水化合物含量A3最高,隨甲酸添加量的增加,整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì);纖維素酶組隨添加量的增加呈上升趨勢(shì),顯著高于對(duì)照組和B1(P<0.05),可能是纖維素酶降解纖維素等物質(zhì),生成了可溶性碳水化合物;C3的可溶性碳水化合物含量最低,占干物質(zhì)的1.08%,隨乳酸菌劑添加量的增加,呈現(xiàn)下降趨勢(shì),可能原因是大量乳酸菌的生長(zhǎng)過(guò)多的消耗了可溶性碳水化合物。
表6 添加劑處理天然牧草青貯飼料的營(yíng)養(yǎng)成分Table 6 The nutrient composition of natural grass silage under different additives
天然牧草加入添加劑青貯60d開(kāi)袋后,其總能、體外干物質(zhì)消化率、消化能情況如表7所示。各添加劑組的總能、體外干物質(zhì)消化率、消化能均大于對(duì)照組。纖維素酶添加組的總能略高于照組,而體外干物質(zhì)消化率、消化能隨著纖維素酶添加量的增加而提高,可能原因?yàn)槔w維素酶的添加能夠使不易被家畜消化的纖維素有效降解,進(jìn)一步提高了干物質(zhì)的消化率,最終致使纖維素酶添加組的消化能顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。
乳酸菌劑添加組的消化能顯著高于對(duì)照組(P<0.05),C1、C2和C3的消化能分別比對(duì)照組高1.95%,3.07%和2.87%。能量主要存儲(chǔ)于粗脂肪、粗蛋白質(zhì)和可溶性碳水化合物內(nèi),乳酸菌劑能夠較完整的保存牧草中的營(yíng)養(yǎng)成分,C2、C3體外干物質(zhì)消化率顯著高于對(duì)照組(P<0.05),這可能也是乳酸菌劑添加組消化能高于對(duì)照組的原因。
表7 添加劑處理天然牧草青貯飼料的體外消化率Table 7 The in vitro digestibility of natural grass silage under different additives
甲酸的加入能夠快速地降低天然牧草青貯飼料的pH,使青貯飼料在最短的時(shí)間內(nèi)形成酸性環(huán)境;加入甲酸的天然牧草青貯飼料的乳酸含量和氨態(tài)氮/總氮顯著下降,這與榮輝等[23]的研究結(jié)果一致,乙酸含量也呈下降趨勢(shì),結(jié)果與Phillp等[24]和Chamberlain等[25]的報(bào)道一致。與對(duì)照組相比,甲酸添加組的干物質(zhì)含量均高于對(duì)照組,郭金雙等[26]對(duì)大麥添加甲酸青貯也得到與本試驗(yàn)一致的結(jié)果,甲酸添加組粗蛋白質(zhì)含量也顯著高于對(duì)照組,說(shuō)明添加甲酸可以高效地保存蛋白質(zhì),這與Carpirtero等[27]的結(jié)果相一致,甲酸添加組可溶性碳水化合物含量顯著高于對(duì)照組,說(shuō)明甲酸能夠抑制微生物發(fā)酵及植物呼吸活動(dòng)對(duì)可溶性碳水化合物的消耗[28],有效減少可溶性碳水化合物的損失。甲酸添加組的消化能均顯著高于對(duì)照組,因?yàn)榧姿崮軌蛴行б种莆⑸锷L(zhǎng),降低了能量物質(zhì)的損失率,從而使總能得到充分利用,這與李清宏等[29]研究結(jié)果一致。
纖維素酶添加組的青貯飼料呈青綠色或黃綠色,具有柔和的酸香味,結(jié)構(gòu)表觀緊實(shí),莖葉保持原狀,感官評(píng)價(jià)得分較高。纖維素酶添加導(dǎo)致了可溶性碳水化合物的暫時(shí)累積,致使發(fā)生異型乳酸發(fā)酵,因此乙酸含量增高,這與王奇等[30]在西藏葦狀羊茅和箭筈豌豆的添加劑青貯中所得結(jié)果一致。纖維素酶的添加降低了pH,說(shuō)明處理具有良好的青貯水平,這與Singh等[31]研究結(jié)果一致,丙酸和丁酸含量均低于對(duì)照組,說(shuō)明生成丁酸的酪酸菌活性在發(fā)酵過(guò)程中得到了抑制,氨態(tài)氮/總氮均顯著低于對(duì)照組,說(shuō)明青貯飼料品質(zhì)優(yōu)良,Jaakkola等[32]在貓尾草添加纖維素酶也得到此結(jié)論。本試驗(yàn)中,纖維素酶添加組的NDF、ADF含量隨著纖維素酶添加量的增加而降低且均低于對(duì)照組,這是由于青貯過(guò)程中添加酶制劑會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)半纖維素、纖維素等物質(zhì)的降解,釋放更多的結(jié)構(gòu)性碳水化合物[33-35]。纖維素酶添加組的體外干物質(zhì)消化率顯著高于對(duì)照組,因?yàn)槔w維素酶可以提高不易被家畜消化的纖維素的降解率,與Hoffman等[36]研究紫花苜宿青貯時(shí)添加酶制劑而提高了體外干物質(zhì)消化率的研究結(jié)果一致。
乳酸菌劑添加組pH迅速下降,乳酸含量增加,丙酸、丁酸含量顯著低于對(duì)照組,說(shuō)明乳酸菌劑的添加可以增加青貯原料中乳酸菌的數(shù)量,可溶性碳水化合物可以被更多的乳酸菌所利用[37],抑制了丁酸菌等有害微生物的生長(zhǎng)[38-40]。乳酸菌劑的添加有效地抑制蛋白質(zhì)水解酶以及酪酸菌的活性,降低氨態(tài)氮/總氮。乳酸菌劑添加組的NDF和ADF含量略低于對(duì)照組,說(shuō)明乳酸菌可以降低細(xì)胞壁成分,這與張濤[41]將在苜蓿青貯中添加乳酸菌劑結(jié)果一致。乳酸菌劑添加組的干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪保存效果較好,是因?yàn)槿樗峋募尤胗行У谋4媪颂烊荒敛葜械臓I(yíng)養(yǎng)成分。李福昌等[42]在玉米青貯時(shí)添加乳酸菌劑提高了干物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)降解率,本試驗(yàn)中乳酸菌劑添加組的體外干物質(zhì)消化率顯著高于對(duì)照組,與其所得結(jié)果一致。
① 甲酸添加6.0mL/kg時(shí),pH降低至4.06,其乳酸含量增至2.34%DM,減少了青貯發(fā)酵初期蛋白質(zhì)和可溶性碳水化合物的損失,營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)也得到有效改善,有效提高了體外干物質(zhì)消化率。
② 纖維素酶的添加能夠促進(jìn)青貯發(fā)酵,加速纖維素降解,降低pH、AN/TN及ADF、NDF含量,從發(fā)酵品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量及體外消化率水平來(lái)看,纖維素酶添加0.15g/kg時(shí),更有利于天然牧草青貯。
③ 乳酸菌劑添加0.02g/kg時(shí),影響青貯品質(zhì)的丙酸和丁酸含量均較少,體外消化指標(biāo)總能、體外干物質(zhì)消化率、消化能均較高,體外干物質(zhì)消化率得到有效提高。
④ 綜合考慮,分別添加甲酸6.00mL/kg,纖維素酶0.15g/kg,乳酸菌劑0.02g/kg,所得的天然牧草青貯飼料均能在保證良好的發(fā)酵品質(zhì)的同時(shí)還可以有效保存天然牧草中的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。
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動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)2015年9期