王旭哲，張凡凡，馬春暉，李菲菲，王樹林

（石河子大學(xué)動物科技學(xué)院，石河子 832003）

0　引　言

玉米青貯是畜牧業(yè)最重要的飼料來源之一[1]，制作青貯的主要目的是通過厭氧條件下的乳酸菌發(fā)酵，最大限度地保護飼料作物中的原始營養(yǎng)素。開窖后，青貯飼料的好氧變質(zhì)便啟動，空氣滲透是有氧變質(zhì)的主要原因，造成干物質(zhì)和養(yǎng)分流失，營養(yǎng)物質(zhì)損耗，青貯溫度的上升以及有害菌的增殖，大量好氧微生物的活動變得活躍，腐敗進程開始[2-4]。因此，在青貯飼料生產(chǎn)中快速降低殘余空氣同時防止空氣滲透是控制好氧變質(zhì)的關(guān)鍵。而增加壓實度能降低青貯原料間隙的殘余空氣，從而提高青貯發(fā)酵品質(zhì)的有效方法[5]。良好的青貯飼料質(zhì)量的前提是迅速去除飼料中的氧氣，使青貯處于壓實狀態(tài)[6]。高壓實度青貯其目的是消除空氣通道，組織氧氣的流動，防止空氣滲透。通過控制適當(dāng)?shù)那噘A壓實度進而降低有機物的氧化作用，即壓實度是影響青貯干物質(zhì)的保存的關(guān)鍵參數(shù)[7]。很多牛奶場均發(fā)現(xiàn)壓實密度可能成為影響青貯飼料有氧穩(wěn)定性的主要原因之一[8]。因此，對于提高青貯的品質(zhì)而言，青貯壓實度的控制顯得尤為重要。鑒于青貯壓實度對于開窖后青貯品質(zhì)的影響，建立開窖時間，青貯壓實度以及開窖后青貯溫度與青貯營養(yǎng)、發(fā)酵品質(zhì)間的多元線性回歸關(guān)系，可在生產(chǎn)實踐中針對已知條件（開窖時間、壓實度、溫度）快速預(yù)測開窖后青貯品質(zhì)。

本研究設(shè)置不同壓實度的青貯處理，探究壓實度對開窖后玉米青貯品質(zhì)及有氧穩(wěn)定性的影響，對壓實度與青貯品質(zhì)進行擬合分析，對開窖時間、壓實度和發(fā)酵溫度與營養(yǎng)、發(fā)酵品質(zhì)進行多元線性回歸分析，建立回歸模型。旨在明確青貯開窖后壓實度與營養(yǎng)、發(fā)酵品質(zhì)及有氧穩(wěn)定性間的關(guān)系，通過建立的多元線性回歸模型進行青貯品質(zhì)的預(yù)測，為生產(chǎn)實踐提供參考。

1　材料與方法

1.1　材料與樣地

試驗選用新飼玉10號作為青貯原料。試驗選定在石河子大學(xué)的牧草試驗站（44°20′N，88°30′E，海拔 420 m）開展。其生長期：4月10日～7月20日（2015年），共計 101 d，青貯玉米的刈割期定于乳熟末期/蠟熟初期進行，將青貯玉米切碎至1～2 cm。發(fā)酵罐采用PVC直筒管材設(shè)計，高102 cm，直徑19.4 cm，壁厚0.6 cm，容積為30.2 L。全株玉米青貯前原料化學(xué)成分見表1。

表1　玉米青貯原料營養(yǎng)成分Table 1　Nutrients composition of corn ensiling material

1.2　試驗設(shè)計

試驗將發(fā)酵裝料密度設(shè)計為5個梯度，分別為350、400、500、600、700 kg/m3，其填裝量分別為 10.57、12.08、15.10、18.12、21.14 kg。每個梯度3次重復(fù)，此外各處理填裝量各做一罐用于模型驗證。分別在青貯裝罐完成后50 d時開窖，同時檢測發(fā)酵罐開窖后第0、12、24、36、60、108 h青貯的變化。全程動態(tài)監(jiān)測各處理青貯溫度變化。對青貯pH值、干物質(zhì)（DM）、粗蛋白（CP）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）,水溶性碳水化合物（WSC）、乳酸（LA）、乙酸（AA）、氨態(tài)氮（NH3-N）進行分析。對開窖時間、壓實度和發(fā)酵溫度與營養(yǎng)、發(fā)酵品質(zhì)進行多元線性回歸分析，并采集不同開窖時間的各處理青貯樣品30份進行模型合理性分析。

1.3　測定方法

DM 采用 105 ℃烘干法測定[9]；pH 值利用酸度計（PHS-3C，上海雷磁）測定；CP測定采用凱氏定氮法[9]；NDF和ADF采用范氏法（Van Soest）[9]；WSC測定采用蒽酮比色法測定[10]；有機酸（乳酸、乙酸、丙酸、丁酸）用液相色譜法測定[11]，氨態(tài)氮采用苯酚－次氯酸鈉比色法測定[2]；有氧穩(wěn)定性測定在發(fā)酵50 d后打開全部實驗室青貯發(fā)窖罐，罐口用雙層紗布包裹，防止果蠅等其他雜質(zhì)污染和水分散失，空氣可自由進入發(fā)酵罐中，置于室溫條件下保存。將多點式溫度記錄儀（i500-E3TW，玉環(huán)智拓儀器科技有限公司）的多個探頭分別放置于發(fā)酵罐的幾何中心，同時在環(huán)境中放置3個探頭，用于測定環(huán)境溫度，溫度記錄儀測量時間間隔設(shè)置為 5 min，每個處理放置 3個溫度探頭。如果樣品溫度高于環(huán)境溫度 2 ℃，說明青貯開始腐敗變質(zhì)，此時記錄時間即為有氧穩(wěn)定時間[2]。

1.4　數(shù)據(jù)處理

在Excel中作數(shù)據(jù)的基本處理，用SPSS 20.0對各處理的DM、pH值、CP、NDF、ADF、WSC、NH3-N、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸濃度以及氧穩(wěn)定時間進行方差分析，通過 Duncan法對各處理間的差異進行比較。采用Origin 8.0進行繪圖。運用SPSS 20.0進行多元線性回歸分析，多元線性回歸建立因變量 y（pH值、DM、CP、NDF、ADF、WSC、乳酸、乙酸、NH3-N）與多個自變量x（開窖時間，壓實密度，發(fā)酵溫度）間的多元線性回歸模型。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同壓實度下有氧穩(wěn)定性變化

青貯壓實度的增加，使有氧穩(wěn)定時間延長（圖1），處理350～700 kg/m3有氧暴露后穩(wěn)定的時間分別為15、49、62、100和 73 h。各處理間均存在顯著差異（P＜0.05），其中600 kg/m3處理組有氧穩(wěn)定時間最長達到100 h。運用ExpDec 1模型對青貯壓實度和有氧穩(wěn)定性進行擬合發(fā)現(xiàn)二者呈現(xiàn)顯著非線性關(guān)系（P＜0.05），其關(guān)系式為式（1）。

y =-3 739.145e(-x/87.704)+85.197（R2=0.688）（1）

圖1　不同壓實度玉米青貯的有氧穩(wěn)定性Fig.1　Aerobic stability of different compaction corn silage

2.2　不同壓實度下營養(yǎng)品質(zhì)動態(tài)變化

玉米青貯開窖108 h后各處理DM濃度較開窖0 h下降0.6%～5.5%（除350 kg/m3，壓實度為350 kg/m3玉米青貯DM濃度在開窖108 h后較開窖0 h未見顯著差異（P＞0.05）），結(jié)果見表2。開窖期間，350 kg/m3青貯壓實度處理其DM濃度始終顯著低于500、600和700 kg/m3青貯壓實度2.6%～11.9%（P＜0.05）。

各青貯壓實度處理CP濃度，在開窖108 h后較開窖0 h下降13.7%～17.0%（表2）。開窖后，青貯壓實度為350 kg/m3處理的CP濃度，始終顯著低于600和700 kg/m3青貯壓實度處理 22.8%～37.0%（P＜0.05）。開窖 108 h時 600 kg/m3壓實度的青貯 CP濃度顯著高于其余處理（P＜0.05）。

各壓實度玉米青貯處理NDF和ADF的濃度在開窖108 h后，分別較開窖0 h增加了6.7%～9.5%和8.3%～16.4%。其中青貯壓實度350 kg/m3處理的NDF濃度除開窖 24 h外，其余開窖時間均顯著高于 500、600和 700 kg/m3壓實度處理1.2%～4.6%（P＜0.05）。壓實度350 kg/m3的ADF濃度在開窖后始終顯著高于500、600和700 kg/m3青貯壓實度處理6.2%～14.1%（P＜0.05）。

表2　開窖后不同壓實度下玉米青貯營養(yǎng)品質(zhì)變化Table 2　Change of nutritive value of corn silage at different compaction after silos opened

開窖后各玉米青貯處理的WSC濃度逐步降低，開窖108 h后部分壓實度處理WSC濃度較開窖0 h下降23%～51%（表2）。玉米青貯壓實度為700 kg/m3處理其WSC濃度分別在開窖0 h，12 h和60 h顯著比壓實度為350 kg/m3的處理高32.7%～66.1%（P＜0.05）。其余開窖時間各處理間的WSC濃度差異不顯著（P＞0.05）。

2.3　不同壓實度下發(fā)酵品質(zhì)動態(tài)變化

青貯開窖后，各玉米青貯壓實度處理pH值在開窖108 h時較開窖0 h時上升了14.0%～96.6 %（圖2a）。350 kg/m3壓實度處理的玉米青貯其pH在開窖后始終顯著高于壓實度為500、600和700 kg/m3的處理組3.1%～39.9%（P＜0.05）。開窖60 h后青貯壓實度350和400 kg/m3的 pH值均超過劣質(zhì)青貯（腐?。┮?guī)定值 4.80，而開窖108 h時壓實度為600和700 kg/m3的玉米青貯處理pH值差異不顯著（P＞0.05）。

圖2　開窖后不同壓實度下玉米青貯pH值，乳酸，乙酸，氨態(tài)氮變化Fig.2　Change of pH value, lactic acid, acetic acid, NH3-N, of corn silage at different compaction after silos opened

各玉米青貯壓實度乳酸和乙酸濃度在青貯開窖108 h后較開窖 0 h分別減少 67.2%～99.8%和 66.3%～98.8%（圖2b、2c）。除開窖后24和60 h外，其余時間壓實度為600和700 kg/m3處理組的乳酸濃度顯著高于350 kg/m3的壓實度處理17.0%～84.9%（P＜0.05）。青貯壓實度350 kg/m3處理的乙酸濃度分別在開窖24、36和108 h顯著低于壓實度為700 kg/m3的處理0.4%～2.2%（P＜0.05）。開窖后各壓實度玉米青貯丙酸和丁酸的濃度均低于最低檢出限。

各壓實度處理組NH3-N濃度在開窖后108 h較開窖0 h時增加了11.1%～44.8 %（圖2d）。其中350 kg/m3壓實度處理的玉米青貯NH3-N濃度在開窖后顯著高于500、600和700 kg/m3的壓實度處理14.1%～37.4%（P＜0.05）。除開窖0和60 h外其余時間500、600和700 kg/m3的壓實度處理間差異不顯著（P＞0.05）。

2.4　壓實度及開窖時間對玉米青貯品質(zhì)的交互作用

除WSC濃度外，開窖時間對其余指標均產(chǎn)生極顯著影響（P＜0.01，表3），不同的青貯壓實度對所有指標均產(chǎn)生極顯著影響（P＜0.01），從表3中可知開窖時間與壓實度的交互作用對CP、ADF和WSC濃度變化無顯著影響（P＞0.05），但對其余指標均產(chǎn)生極顯著影響（P＜0.01）。

表3　開窖后玉米青貯品質(zhì)雙因素方差分析Table 3　Double factor variance analysis on quality of corn silage after silos opened

2.5　開窖時間、壓實度和發(fā)酵溫度與營養(yǎng)、發(fā)酵品質(zhì)間的多元線性回歸分析

將開窖時間（x1）、壓實度（x2）和青貯溫度（x3）同營養(yǎng)、發(fā)酵品質(zhì)（y）進行多元線性回歸分析（表4）。結(jié)果表明，除乙酸濃度與開窖時間、壓實度和發(fā)酵溫度間的多元線性回歸模型不顯著外（P＞0.05），其余指標多元線性回歸模型顯著性極強（P＜0.01），并且模型擬合度達到76.8%～92.3%，R2達到0.590～0.853。其中，CP濃度與開窖時間、壓實度和發(fā)酵溫度間的多元線性回歸模型擬合度和R2最高，即可用該模型進行92.3%的預(yù)測。對確定的模型進行了基于實測數(shù)據(jù)的有效性分析，結(jié)果表明：除乙酸外其余指標多元回歸模型計算值與實測值誤差在0.281～1.321。其中CP濃度與開窖時間、壓實度和發(fā)酵溫度間的多元線性回歸模型誤差最小，具有較高實用性。

表4　開窖后玉米青貯品質(zhì)與開窖時間、壓實度和發(fā)酵溫度間的多元線性回歸分析Table 4　Multiple linear regression analysis between silage quality and silos opened time, compaction, and silage temperature after silos opened

3　討　論

3.1　壓實度對玉米青貯有氧穩(wěn)定性的影響

青貯開窖后，好氧微生物的活動性增強，其利用青貯發(fā)酵底物產(chǎn)生水、CO2和熱量[3]，即開窖后青貯溫度隨開窖時間延長而上升。而高壓實度的青貯提供相對穩(wěn)定的pH值環(huán)境，更好的抑制腐敗菌的生長[12]。開窖后，高壓實度的玉米青貯可有效的阻止氧氣的滲入[13]，減緩開窖后大量好氧微生物的活動，減緩青貯溫度的上升時間，有效提高青貯有氧穩(wěn)定性。本研究證明所設(shè)置的青貯壓實度有效提高玉米青貯的有氧穩(wěn)定性。但壓實度600 kg/m3處理其有氧穩(wěn)定性優(yōu)于700 kg/m3處理，可能是壓實度過高造成青貯發(fā)酵液也多引起的[14]，汁液中含有大量的碳水化合物被微生物利用，使各類微生物活動性增強。同時，開窖后700 kg/m3壓實度下的玉米青貯乳酸濃度始終最高，刺激酵母菌的增殖[15]，導(dǎo)致青貯溫度較600 kg/m3處理有所提高。

3.2　壓實度對玉米營養(yǎng)青貯品質(zhì)的影響

伴隨著青貯的開窖，玉米青貯 DM 逐步減少[16]。本研究中將營養(yǎng)品質(zhì)與開窖時間、青貯壓實度以及開窖后青貯溫度進行多元回歸分析，證明DM、CP和WSC濃度與上述三者呈顯著的多元線性回歸關(guān)系，該關(guān)系可滿足87.1～92.3%的預(yù)測。開窖時間的延長，增加了青貯中氧氣的濃度，提高各類腐敗微生物的代謝，青貯溫度在一定程度上有所提高。好氧微生物在開窖初期有氧條件下活動性增強，分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生 NH3-N，同時消耗利用大量WSC和乳酸，繼而青貯DM濃度損失較高[17]。為降低青貯飼料開窖后的損失，提高青貯飼料壓實度可以顯著減少有氧的惡化，高壓實度創(chuàng)造低孔隙度，從而減少氧氣擴散進入青貯飼料[18]，腐敗微生物的活性降低，營養(yǎng)物質(zhì)的損失減少。WSC濃度在青貯開窖后減少，歸咎于微生物在有氧暴露后的代謝增加造成 DM的損失[19]。壓實度的增加利于提高WSC濃度，開窖初期乳酸菌利用WSC產(chǎn)生乳酸、乙酸，維持了pH值的穩(wěn)定[20]，抑制好氧微生物對WSC的分解，因此可減少對WSC的消耗量。但隨著有氧暴露時間的延長，氧氣不斷滲入，好氧微生物逐步占據(jù)優(yōu)勢地位，活躍的活動分解大量的WSC[3]。

NDF及ADF在青貯開窖后其濃度逐步增加[17]，在開窖初期細胞呼吸作用以及隨開窖時間的增加，青貯溫度的升高促進酶的水解，可能引起部分WSC的分解，造成不消化成分濃度的相對增加，其中，WSC發(fā)酵轉(zhuǎn)化為CO2，這種以氣體的形式損失的DM以一定比例增加了纖維的濃度[21]。本研究中發(fā)現(xiàn)青貯壓實度通過減少消化成分濃度的相對損失量，有利于降低NDF和ADF的濃度。結(jié)合開窖時間與開窖后青貯的溫度建立的多元回歸方程可對87.3%和83.0%的預(yù)測進行分析。說明開窖時間、壓實度以及開窖后青貯溫度對NDF及ADF濃度具有顯著影響。

3.3　壓實度對玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響

青貯發(fā)酵過程中，乳酸菌通過將WSC轉(zhuǎn)化為有機酸降低pH值使得青貯得以保存[14]。pH值的快速下降是青貯飼料發(fā)酵過程中最重要的因素[22]，以避免增加腐敗微生物的數(shù)量，pH值的下降反映了乳酸的濃度[23]。同樣，在開窖后 pH值體現(xiàn)了青貯是否保存較好及其被腐敗菌分解的程度。隨著開窖時間的延長青貯的pH值會出現(xiàn)緩慢回升[24]。好氧微生物利用乳酸和乙酸的代謝增強，直接導(dǎo)致pH值升高，引發(fā)其他好氧微生物的增殖，這與開窖后青貯溫度升高有關(guān)[25]。青貯溫度升高歸因于飼料壓實不足[26]。本研究表明，壓實度的增加可適度提高乳酸、乙酸濃度，降低pH值。較高青貯壓實度對乳酸的產(chǎn)生具有積極的影響[27]，最終可提高青貯品質(zhì)[28]。利用青貯開窖時間、壓實度以及開窖后青貯溫度與乳酸和pH值進行多元回歸分析得到88.8%和79.4%的預(yù)測，可用于該模型。而本研究中乙酸的多元線性回歸模型不顯著（P＞0.05），可能是由于開窖后乙酸的含量并未隨壓實度的增加產(chǎn)生明顯的變化規(guī)律，影響回歸模型建立。

NH3-N濃度是評價青貯飼料品質(zhì)的一個重要指標，通過多元回歸分析發(fā)現(xiàn)，隨著開窖時間的延長和青貯壓實度的增加以及青貯溫度的增加可顯著影響NH3-N濃度變化，呈極顯著的多元回歸關(guān)系（P＜0.01），可滿足76.8%的預(yù)測。一般來說，NH3-N濃度反映了蛋白質(zhì)和氨基酸的降解程度；動物對其利用價值較低，在青貯飼料中其濃度與青貯飼料的品質(zhì)呈負相關(guān)[29]。青貯開窖后，由于不良微生物的活動，氨基酸被分解成氨、硫化氫和胺類，降解率增大[3]，使得NH3-N濃度增加[30]。高壓實度青貯減弱氧氣滲入，減緩腐敗微生物分解青貯中的氨基酸、含氮鹽類等物質(zhì)產(chǎn)生 NH3-N[3]。蛋白分解酶的活性隨著pH值的升高而升高，并且，溫度的提升也增加了蛋白酶的活性。

4　結(jié)　論

通過增加青貯壓實度，可改善開窖后青貯營養(yǎng)、發(fā)酵品質(zhì)，提高有氧穩(wěn)定性。緊實度為600 kg/m3的玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)及有氧穩(wěn)定性最好，建議600 kg/m3為全株玉米最佳青貯緊實度。青貯開窖時間、壓實度以及開窖后青貯溫度與營養(yǎng)及發(fā)酵指標的多元線性回歸模型的擬合度在76.8%～92.3%，干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、水溶性碳水化合物和乳酸濃度的回歸模型預(yù)測均達到80%以上，其中CP濃度多元線性回歸模型擬合度和R2（0.853）最高，對該模型進行了基于實測數(shù)據(jù)的有效性分析表明計算值與實測值誤差最低（0.281）。建立的多元線性回歸模型可進行青貯品質(zhì)的預(yù)測，同時最佳青貯緊實度的確定為生產(chǎn)實踐提供參考。

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