田 靜，謝昭良，劉家杏，許留興，唐國建，張建國(華南農業(yè)大學南方草業(yè)中心/廣東省草業(yè)工程技術研究中心，廣東 廣州 510642)

冬閑田種植大麥不同生育期的營養(yǎng)價值和青貯品質

田 靜，謝昭良，劉家杏，許留興，唐國建，張建國
(華南農業(yè)大學南方草業(yè)中心/廣東省草業(yè)工程技術研究中心，廣東 廣州 510642)

利用冬閑田種植一年生飼草或飼料作物，是解決南方粗飼料不足的有效途徑。本研究利用冬閑田種植大麥(Hordeumvulgare)，分析其不同刈割期的產量、營養(yǎng)價值和青貯發(fā)酵品質。主要研究結果如下，1)大麥的干物質產量隨生育期的推進逐漸提高，但乳熟期相對飼用價值和干物質消化率顯著高于其它生育期(P<0.05)，分別為107.19和63.84%。2)隨著生育期的推進，全株大麥青貯發(fā)酵品質顯著提高(P<0.05)。3)添加乳酸菌LactobacillusplantarumCCZZ1可以顯著增加各生育期大麥青貯飼料的乳酸含量，降低pH、丁酸和氨態(tài)氮含量(P<0.05)，顯著提高青貯發(fā)酵品質(P<0.05)，但開窖后容易引起有氧變質；添加乳酸菌L.parafarraqinisZH1能有效改善各生育期大麥青貯飼料的有氧穩(wěn)定性。因此，冬閑田種植大麥宜在乳熟期至蠟熟早期收割青貯，并有益南方畜牧業(yè)發(fā)展。

大麥；生育期；青貯品質；乳酸菌

隨著我國經濟快速發(fā)展，農業(yè)結構調整和農村勞動力的轉移，冬季農業(yè)生產呈現(xiàn)下降趨勢，導致冬閑田面積不斷增加。據不完全統(tǒng)計，我國南方15個省(區(qū))有冬閑水田2 000多萬hm2，造成了資源和能量的嚴重浪費；另外，我國南方現(xiàn)有的草食家畜特別是奶牛的優(yōu)質粗飼料嚴重缺乏[1]，而且優(yōu)質飼草的嚴重不足已成為當前亟待解決的關鍵問題[2]。大麥(Hordeumvulgare)是世界上主要的谷類作物之一，以其適應性廣、抗逆性強、用途廣而在全世界廣為種植。我國大麥資源豐富，隨著畜牧業(yè)和啤酒工業(yè)的發(fā)展，種植面積逐年增加，幾乎遍及全國，是重要的糧飼兼用作物之一[3]。大麥籽粒是畜禽的精飼料，除了淀粉含量和適口性比玉米(Zeamays)略低外，其蛋白質含量尤其是可消化蛋白含量以及煙酸含量均顯著高于玉米[4]。在國外，大麥等麥類飼料作物已經成為一類重要的青貯原料[5]。

對于麥類飼料作物而言，生育期是影響其青貯發(fā)酵品質的一個重要因素。在不同生育時期，其水分、水溶性糖及營養(yǎng)物質等含量變化很大，不僅影響其營養(yǎng)價值，也影響其青貯發(fā)酵品質[6]。選擇適宜的生育期收割大麥，對其產量、營養(yǎng)價值和青貯品質都十分重要。目前，我國對大麥的研究都集中在如何提高不同品種大麥的青貯品質[7]，尚未開展不同生育期大麥青貯品質的研究。因此，本研究分析各生育期大麥的干物質產量、營養(yǎng)價值和青貯發(fā)酵品質，旨在明確冬閑田種植大麥作為青貯原料的適宜收割期，為大麥的生產和青貯調制加工提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于華南農業(yè)大學教學實驗基地，23°14′ N，113°38′ E，屬亞熱帶季風氣候。年平均氣溫21.6 ℃，溫度最高為7月，月平均氣溫29.4 ℃；溫度最低為1月，月平均氣溫13.3 ℃。年平均溫度為21.6 ℃，≥10 ℃年積溫7 910.9 ℃·d，年平均降水量為1 967.8 mm，年平均太陽輻射值為4 367.2～4 597.3 MJ·m-2，年平均日照時數(shù)為1 707.2 h。

1.2 大麥種植管理

大麥品種為西引2號飼用大麥，由河南省順民意種業(yè)有限公司提供。于2011年12月10日種植，設3個種植小區(qū)，每個小區(qū)面積為3.0 m×4.0 m，大麥播種量為180 kg·hm-2。播種前每個小區(qū)施用肥料為復合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶6∶8)，其中施用N、P2O5和K2O分別為45.0、18.0和24.0 kg·hm-2。

1.3 產量測定

在抽穗期、開花期、乳熟期和蠟熟期，每個小區(qū)分別隨機取1個1.0 m×1.0 m的樣方刈割后測產。大麥材料于2012年4月20日早稻插秧前刈割完畢。

1.4 營養(yǎng)成分分析及相對飼用價值計算

將各收獲期刈割后的大麥樣品后帶回實驗室，切短至20～30 mm，取200 g左右樣品裝入信封袋，采用70 ℃烘箱干燥48 h后測定飼草干物質含量[8]，之后粉碎過0.45 mm篩備用。粗蛋白含量采用凱氏定氮法(定氮儀 KDN-103F，上海纖檢儀器有限公司)測定；粗脂肪含量采用乙醚提取法測定(SLF-06，杭州托普儀器有限公司)；粗灰分含量采用灼燒法測定[8]；水溶性碳水化合物(water soluble-carbohydrates，WSC，%)含量采用蒽酮-硫酸法測定[9]；緩沖能采用鹽酸、氫氧化鈉滴定法測定[10]；粗纖維、中性洗滌纖維NDF，%)和酸性洗滌纖維(ADF，%)含量采用改進的濾袋分析法測定(ANKOM A-200i 北京)[11]；干物質消化率采用纖維素酶人工消化試驗法測定[12]。

相對飼用價值(relative feed quality，RFQ)由以下公式計算得出[13]：

RFQ=DMI×DDM/1.29.

式中：DMI為單位體重家畜的粗飼料干物質隨意采食量(%)；DDM為可消化的干物質占干物質總量的比例(%)。DMI與DDM的預測模型分別為：

DMI=120/NDF；

DDM=88.9-0.779×ADF.

1.5 原料微生物分析

乳酸菌、好氧細菌、酵母菌和霉菌數(shù)量分別采用MRS瓊脂培養(yǎng)基(MRS agar medium，MRS)、營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基(nutrient agar，廣東環(huán)凱微生物有限公司)和馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(potato dextrose agar，廣東環(huán)凱微生物有限公司)計數(shù)[14]。乳酸菌在厭氧條件下(YQX Ⅱ型厭氧箱，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司)37 ℃培養(yǎng)2～3 d；好氧細菌、酵母菌和霉菌在有氧條件下37 ℃培養(yǎng)2～4 d。

1.6 青貯制作與品質分析

將不同刈割期的大麥切短為20～30 mm后分別混勻，充分混勻后添加不同的乳酸菌制劑，再次充分混勻后裝入30 cm×20 cm的聚乙烯青貯袋中，每袋200 g，用真空打包機(SINBO Vacuum Sealer)抽真空后密封，置于暗處，室溫貯藏60 d。青貯發(fā)酵品質分析、有氧穩(wěn)定性分析均用此材料。試驗設對照(CK)、添加乳酸菌L.plantarumCCZZ1和L.parafarraqinisZH1，添加量為1.0×105cfu·g-1鮮樣，每個處理3次重復。

發(fā)酵品質分析：在青貯袋開封后，取20 g混勻的青貯飼料放入聚乙烯塑料封口袋中，加入80 mL蒸餾水，置于4 ℃冰箱里浸泡18 h后過濾，期間適當搖晃，用pH計(PHS-3C，上海鵬順科學儀器有限公司)測定浸提液pH值。氨態(tài)氮(NH3-N)含量用凱氏定氮儀直接蒸餾測定。有機酸含量采用Agilent 1100型高效液相色譜儀測定(色譜柱RSpak KC-811昭和電氣，流動相為3 mmol·L-1的高氯酸溶液，流速1 mL·min-1，柱溫60 ℃，檢測器為SPD-20A紫外檢測器，檢測波長210 nm)。

青貯飼料V-Score 評分：V-Score評分體系[15]是以青貯飼料中的NH3-N和揮發(fā)性脂肪酸(VFA)含量的多少來評定發(fā)酵品質的優(yōu)劣，滿分為100分。根據這個評分體系可以將青貯飼料品質分為良好(>80分)、尚可(60-80分)、不良(<60分)3個級別。

青貯飼料有氧穩(wěn)定性分析：青貯袋開封后，無菌操作混勻樣品，然后取出一部分進行發(fā)酵品質分析，剩下的樣品不封口放置，進行有氧穩(wěn)定性分析。分別于開封后48、96、144和192 h取出袋中已混勻樣品20 g，測定pH。pH上升幅度越小則說明其有氧穩(wěn)定性越好，反之則越差。

1.7 數(shù)據分析

采用Excel 2007和SPSS 17.0軟件對數(shù)據進行統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析評價生育期對大麥的產量和營養(yǎng)價值的影響，采用雙因素方差分析評價生育期和乳酸菌對大麥的青貯發(fā)酵品質的影響，用Duncan法對發(fā)酵品質參數(shù)的均值進行多重比較，顯著性檢測水平為0.05。

2 結果

2.1 不同生育期大麥產量、干物質消化率及相對飼用價值

隨著生育期的推進，大麥的干物質產量顯著增加(P<0.05)，在蠟熟期達到最高，為6.58 t·hm-2(表1)。從抽穗期至乳熟期，大麥粗蛋白產量顯著增加，在乳熟期達到最大值(0.64 t·hm-2)，之后顯著下降(P<0.05)。大麥干物質消化率和相對飼用價值在乳熟期達到最大值，分別為63.84%和107.19，顯著高于其它3個生育期(P<0.05)，之后顯著降低(P<0.05)。

2.2 不同生育期大麥營養(yǎng)價值與微生物組成

隨著生育期的推進，大麥植株的干物質和無氮浸出物含量顯著增加(P<0.05)，而粗蛋白含量顯著降低(表2)。從抽穗期至乳熟期，大麥水溶性碳水化合物含量顯著提高(P<0.05)，乳熟期達到最大值(14.43%)，之后顯著下降(P<0.05)。大麥中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量從抽穗期到乳熟期顯著降低(P<0.05)，之后又增加。各個生育期大麥植株附著的乳酸菌數(shù)量沒有顯著差異(P>0.05)，均少于105cfu·g-1FM。抽穗期大麥植株水分含量高，且水溶性碳水化合物含量顯著低于其它3個生育期(P<0.05)。蠟熟期大麥緩沖能較大(104.29 mE·kg-1DM)，酵母、霉菌數(shù)量較多。

表1 不同生育期大麥產量、消化率及飼用價值Table 1 Yields and relative feed quality (RFQ) of barley at various stages of maturity

注：同列不同小寫字母表示不同生育期間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters within the same column indicate significant difference among different growth stage at the 0.05 level.

表2 不同生育期大麥營養(yǎng)成分與微生物組成Table 2 The chemical and microorganism composition of barley harvested at different stages

注：FM，鮮物質；cfu，菌落形成單位；lg，菌數(shù)取以10為底的對數(shù)；同行不同小寫字母表示不同生育期間差異顯著(P<0.05)。

Note: FM, Fresh matter; cfu, Colony-forming units; lg, Denary logarithm of the numbers. Different lowercase letters within the same row indicate significant difference among different growth stage at the 0.05 level.

2.3 不同生育期大麥青貯發(fā)酵品質與有氧穩(wěn)定性

生育期對大麥青貯飼料各項青貯指標均有極顯著影響(P<0.01)，添加乳酸菌對除了丙酸外的其它青貯指標均有極顯著影響(P<0.01)，對丙酸無顯著影響(P>0.05)；二者的互作對丙酸有顯著影響(P<0.05)，對其它指標有極顯著影響(P<0.01)(表3)。除了抽穗期外，其它3個生育期青貯大麥的pH均小于或等于4.2，且青貯飼料中沒有檢測到丁酸。隨生育期的推進，大麥青貯飼料pH和NH3-N含量均顯著降低(P<0.05)。與CK組相比，添加CCZZ1青貯飼料中乳酸含量顯著增加(P<0.05)，NH3-N含量則顯著降低(P<0.05)，同時顯著降低抽穗期大麥青貯飼料中丁酸含量(P<0.05)。相對于CK組，添加ZH1對抽穗期和開花期大麥青貯飼料pH并無顯著影響(P>0.05)，反而使乳熟期和蠟熟期青貯飼料pH顯著上升(P<0.05)。除抽穗期外，其它3個生育期青貯飼料中添加ZH1后，乙酸含量顯著增加(P<0.05)，NH3-N含量則顯著降低(P<0.05)，但效果不及添加CCZZ1。隨著生育期推進，大麥青貯飼料V-Score得分顯著增加(P<0.05)。其中，乳熟期和蠟熟期大麥青貯飼料得分均超過80分，青貯品質良好，添加CCZZ1后大麥青貯品質更佳。

抽穗期和乳熟期CK組大麥青貯飼料暴露于空氣144 h后pH開始急劇上升，開封192 h后pH均在6.0左右，而開花期青貯飼料在開封48 h后pH開始緩慢上升，好氣變質開始；蠟熟期CK組青貯飼料在開封192 h內，pH沒有顯著變化，好氧穩(wěn)定性較好(圖1)。開花期至蠟熟期CCZZ1組青貯飼料pH在開封48 h后開始顯著上升，其中乳熟期青貯飼料pH上升幅度最大。各個生育期CCZZ1組青貯飼料在暴露于空氣192 h后，pH均接近甚至超過7.0，好氣變質嚴重。添加ZH1的各生育期大麥青貯飼料在開封192 h內的有氧條件下，pH變化不大，有氧穩(wěn)定性較好。

3 討論

3.1 生育期對大麥產量和營養(yǎng)價值的影響

隨著生育期的推進，大麥的干物質含量與干草產量逐漸增加，這是由于在成熟過程中，麥類飼料作物所含籽實比例不斷增加；同時，由于干物質不斷積累，其植株干物質產量逐漸提高。

不同生育期的全株大麥營養(yǎng)特性差別很大。本研究中，隨著生育期的延長，大麥植株的粗蛋白和粗纖維含量降低，這可能與成熟過程中作物光合作用逐漸減弱密切相關[16]。大麥植株中大量的水溶性碳水化合物逐漸向籽實轉移，并以淀粉的形式儲存下來。因此，植株中水溶性碳水化合物在乳熟期達到最高值，之后快速下降，這與Filya[17]、Xie 等[18]對不同生育期全株小麥(Triticumaestivum)營養(yǎng)成分變化的研究結果一致。本研究中，乳熟期和蠟熟期全株大麥的RFQ值均超過100，且乳熟期作物RFQ值顯著高于其它3個生育期。這是由于這兩個成熟期的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量低，特別是乳熟期最低，因而依公式計算出的粗飼料干物質的隨意采食量和可消化的干物質含量都高。

表3 不同生育期大麥青貯發(fā)酵品質Table 3 Effects of Lactic Acid Bacteria (LAB) on fermentation quality of barley silage in different growth stages

注：同列不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。*與**分別顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)影響，NS表示無顯著影響(P>0.05)。

Note: Different lowercase letters within the same column indicate significant difference among different treatment at the 0.05 level.* and ** indicate significant effect at the 0.05 and 0.01 level, respectively; NS indicate no significant effect at the 0.05 level; CCZZ1,LactobacillusplantarumCCZZ1; ZH1,L.parafarraqinisZH1; TN, Total nitrogen.

目前，關于麥類飼料作物最佳收獲時期存在不同的研究結果[19]。本研究表明，從抽穗期到乳熟期，大麥植株中粗蛋白、粗纖維、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量均呈下降趨勢，說明乳熟期大麥相對飼用價值顯著高于其它3個時期，但其干物質產量不及蠟熟期。因此，從產量和營養(yǎng)價值方面考慮，刈割冬閑田種植的大麥最佳時期為乳熟期至蠟熟早期。

3.2 刈割期和乳酸菌添加對青貯發(fā)酵品質的影響

本研究中，隨著生育期推進，大麥青貯飼料pH和NH3-N含量顯著降低，除抽穗期外，其它3個生育期青貯飼料中均沒有檢測到丁酸，發(fā)酵品質顯著提高。從抽穗期至乳熟期，大麥青貯飼料中乳酸含量顯著增加，之后顯著降低，這主要是由于蠟熟期植株的水分含量和水溶性糖含量較低。因為適宜的含水量也是青貯飼料制作的關鍵因素[20]。盡管蠟熟期全株大麥水溶性糖含量較低，但仍然能夠保持良好的青貯發(fā)酵品質，在對小麥青貯品質的研究中[6，17]也得到類似結果。一般來說，促進乳酸發(fā)酵是成功調制青貯飼料的關鍵。在厭氧條件下，當青貯原料水分、緩沖能和水溶性糖含量適宜時，植株本身附著的乳酸菌大量繁殖，使青貯飼料pH迅速下降，同時抑制有害微生物的生長[21]。接種乳酸菌特別是產酸能力強的同型發(fā)酵乳酸菌對于提高飼草的青貯發(fā)酵品質經濟有效，添加同型乳酸菌的青貯飼料乳酸含量增加，pH和NH3-N含量顯著降低[22-23]。本研究中，添加植物乳桿菌CCZZ1增加了各生育期乳酸含量、降低了pH和NH3-N含量，顯著提高了青貯發(fā)酵品質。同時，乳酸菌的添加效果也受青貯原料特性的影響[24-25]。開花期、乳熟期和蠟熟期添加CCZZ1的青貯效果優(yōu)于抽穗期，主要是開花期、乳熟期和蠟熟期大麥的干物質和水溶性糖等含量較高。添加類谷糠乳桿菌ZH1降低了抽穗期和開花期大麥青貯飼料的丁酸和NH3-N含量，提高了抽穗期和開花期大麥的青貯品質。添加ZH1未能提高乳熟期和蠟熟期大麥的青貯品質，這是由于乳熟期和蠟熟期大麥青貯飼料的pH低于4.0，丁酸和氨態(tài)氮含量較低，發(fā)酵品質較好；此外，ZH1是異型發(fā)酵乳酸菌，提高發(fā)酵品質的效果不及同型發(fā)酵乳酸菌CCZZ1。

圖1 有氧條件下不同乳酸菌添加處理大麥青貯飼料pH變化Fig.1 pH changes in barley silages after exposure to air under different lactic acid bacteria addition treatments

3.3 添加乳酸菌對有氧穩(wěn)定性的影響

本研究中，添加CCZZ1雖然促進了乳酸發(fā)酵，提高了大麥青貯品質，但卻加速了各生育期大麥青貯飼料的好氧變質。特別是在開花期和乳熟期，添加CCZZ1的青貯飼料在開封后96 h內pH明顯升高，好氧變質嚴重，這可能與大麥所處生育期植株原料中WSC含量和青貯飼料中乳酸含量較高、揮發(fā)性脂肪酸含量較低有關。劉秦華[26]研究了王草(Pennisetumpurpureum×P.glaucum)、玉米秸稈、小麥和燕麥(Avenasativa)等不同青貯材料特性與有氧穩(wěn)定性之間的關系，結果表明，原料中WSC含量與青貯飼料的有氧穩(wěn)定性顯著負相關，WSC含量越高，青貯飼料越容易發(fā)生有氧變質；另外，Muck和Kung[27]指出添加同型發(fā)酵乳酸菌之所以會降低青貯飼料的有氧穩(wěn)定性，是因為青貯過程中揮發(fā)性脂肪酸(乙酸、丙酸和丁酸)的含量較少；同時，當青貯飼料開封后，無氧環(huán)境變成了有氧環(huán)境，好氧細菌、霉菌和酵母菌等有害微生物利用乳酸和剩余的糖類大量繁殖，從而加快青貯飼料的有氧變質[28-29]。本研究中，各時期ZH1組青貯飼料在開封后192 h內pH相對穩(wěn)定，有氧穩(wěn)定性較好。添加ZH1也能有效提高玉米秸稈和燕麥等青貯飼料的有氧穩(wěn)定性[26]。在青貯飼料中添加異型發(fā)酵乳酸菌ZH1可以有效抑制好氧細菌和酵母的生長，是因為青貯過程中產生的乳酸、乙酸和苯甲酸能夠通過增加細菌細胞酸性、破壞細胞膜結構、增加滲透壓等使好氣性細菌受到抑制，同時，乙酸和苯甲酸能夠使酵母細胞質酸化，破壞其包膜結構，另外，青貯過程中產生的十六烷酸可以通過與線粒體基質中Tim44蛋白結合，影響其蛋白傳遞功能，從而抑制酵母生長[26]。

4 結論

大麥的干物質產量隨生育期的推進逐漸增加，乳熟期大麥的相對飼用價值高于其它生育期；隨著生育期的推進，全株大麥青貯發(fā)酵品質顯著提高，添加植物乳桿菌CCZZ1能顯著提高青貯飼料發(fā)酵品質，但容易引起青貯飼料的好氧變質，在青貯開封后應采取必要措施提高其有氧穩(wěn)定性。添加類谷糠乳桿菌ZH1提高了抽穗期和開花期大麥青貯飼料的發(fā)酵品質，對乳熟期和蠟熟期大麥青貯飼料的影響不明顯且效果不及植物乳桿菌CCZZ1，但ZH1有效提高了各生育期大麥青貯飼料的有氧穩(wěn)定性。

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(責任編輯 武艷培)

Nutritive value and silage quality of barley grown in winter fallow fields and harvested at different growth stages

Tian Jing, Xie Zhao-liang, Liu Jia-xing, Xu Liu-xing, Tang Guo-jian, Zhang Jian-guo
(South Pratacultural Center, South China Agricultural University/Guangdong Engineering Research Center for Grassland Science, Guangzhou 510642, China)

Planting annual forage crops in winter fallow fields is a main way to solve the problem of roughage shortage in southern China. In this study, the yields, nutritive value, and fermentation quality of barley (Hordeumvulgare) were determined. The main results were as follows: 1) Dry matter yield of barley increased with maturity. Relative feed value and dry matter digestibility of barley at the milk stage were 107.19 and 63.84%, respectively, and were significantly higher than those at other stages (P<0.05). 2) The fermentation quality of barley silage was increased with the maturity of barley. 3)LactobacillusplantarumCCZZ1 inoculation significantly reduced pH values and ammonia-nitrogen content of barley silages at all stages of maturity, and markedly increased lactic acid content (P<0.05), but was apt to aerobic deterioration after silo was opened. InoculatingL.parafarraqinisZH1 improved aerobic stability of silages at all maturity stages. From these results we can infer that barley grown in winter fallow fields should be harvested in the milk to early dough silage, which will be beneficial for the development of southern China.

barley; maturity stage; fermentation quality; lactic acid bacteria

Zhang Jian-guo E-mail:zhangjg@scau.edu.cn

2016-11-17 接受日期：2017-02-24

十二五國家科技支撐計劃(2011BAD17B02-05)

田靜(1994-)，女，安徽阜陽人，在讀碩士生，主要從事牧草加工研究。E-mail:1803155313@qq.com

張建國(1968-)，男，內蒙古烏蘭察布人，教授，博士，主要從事微生物發(fā)酵、草產品加工研究。E-mail:zhangjg@scau.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0579

S816.15;S816.5+3

A

1001-0629(2017)04-0753-08

田靜，謝昭良，劉家杏，許留興，唐國建，張建國.冬閑田種植大麥不同生育期的營養(yǎng)價值和青貯品質.草業(yè)科學,2017,34(4)：753-760.

Tian J,Xie Z L,Liu J X,Xu L X,Tang G J,Zhang J G.Nutritive value and silage quality of barley grown in winter fallow fields and harvested at different growth stages .Pratacultural Science，2017,34(4)：753-760.