肖銀寶,王建福,賀春貴,李尚中,姚喜喜,吳建平

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整轉(zhuǎn)型及奶牛業(yè)的蓬勃發(fā)展，青貯已成為保存和開發(fā)飼料資源、發(fā)展“節(jié)糧型”畜牧業(yè)的有效手段[1]。玉米(Zeamays)秸稈青貯因其來源廣泛、營養(yǎng)豐富、柔軟多汁、氣味酸香、適口性好，成為各地適度規(guī)模反芻動物養(yǎng)殖的主要優(yōu)良粗飼料來源。我國西北地區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展歷史悠久，但該區(qū)域普遍缺乏水資源，而以破壞生態(tài)環(huán)境為代價的種養(yǎng)模式仍是當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)發(fā)展的主流。因此，探索節(jié)水型農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)成為當(dāng)前和今后一個時期草食畜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要課題。有研究表明，甜高粱(Sorghumdochna)全生期的需水量是玉米需水量的一半,莖稈總含糖量是青貯玉米的兩倍，高達17%～40%，其生物產(chǎn)量是玉米的2～3倍[2]。高粱原產(chǎn)于非洲，具有抗旱、耐澇、耐鹽堿、耐高溫和耐貧瘠等優(yōu)良特點[3-4]。近年來，甜高粱在美國西北部常常被作為青貯玉米的替代品進行研究[5]，甜高粱已成為美國干旱地區(qū)制作青貯飼料的首選作物。我國西北地區(qū)常年干旱少雨，而玉米大量種植所需水分基本全部從地下獲取，導(dǎo)致地下水位逐年下降。因此，以飼用甜高粱為代表的節(jié)水型飼草逐漸受到重視，大量關(guān)于旱地飼用高粱種植及產(chǎn)量的研究開始出現(xiàn)，而這一優(yōu)質(zhì)飼草營養(yǎng)保存和適口性提高重要措施的青貯方面研究亟待提高[6]。青貯質(zhì)量的好壞主要受原料的水分含量、可溶性糖含量、切割長度、壓實程度、裝填持續(xù)時間以及容器密封性等多種因素影響[7-8]。為提高青貯發(fā)酵期微生態(tài)系統(tǒng)的健康水平，北美和歐洲國家已廣泛使用青貯添加劑，并且取得了明顯的應(yīng)用效果。但由于青貯質(zhì)量的好壞影響因素眾多，青貯發(fā)酵試驗采取的方式也不盡一致，不同品種和添加物對青貯發(fā)酵影響的研究結(jié)果也不盡相同[9-11]。因此，本研究篩選兩個傳統(tǒng)粒用高粱(grain sorghum)品種和兩個甜高粱(sweet sorghum)品種，比較其生物產(chǎn)量，研究青貯生物制劑、裝填時間對4個高粱品種青貯品質(zhì)的影響，測定發(fā)酵產(chǎn)物的發(fā)酵品質(zhì)、營養(yǎng)價值、干物質(zhì)損失率和體外消化率等指標，評價青貯添加劑及裝填時間對飼用高粱青貯品質(zhì)的主要作用，以期為飼用高粱青貯品質(zhì)優(yōu)化提供參考。

1 材料與方法

1.1 青貯材料

選用遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的粒用高粱遼夏雜2號和遼雜27號以及甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的甜高粱雅津YF2和雅津YF1四個高粱品種作為試驗材料，于2016年4月種植于甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院慶陽市鎮(zhèn)原縣上肖鄉(xiāng)(平均海拔1 297 m)試驗田，種植密度均為90 000株·hm-2，遼夏雜2號和遼雜27號在乳熟期時全株收割，雅津YF2和雅津YF1在開花期時全株收割，留茬高度5～10 cm。收割后用鍘草機(9F2-280型滾筒式青貯鍘草粉碎機，河南省富通新能源科技有限公司)粉碎。青貯添加劑為Sila-Max(Ralco Nutrition，USA；乳酸菌≥1×1011cfu·g-1，添加量2.5 g·t-1，有效乳酸菌2.5×105cfu·g-1發(fā)酵底物)。每個試驗組準備100 kg粉碎高粱秸稈，共稱取1 g Sila-Max溶解于400 mL蒸餾水中，均勻噴灑在4組不同高粱秸稈上，各組攪拌均勻，對照加入等量蒸餾水。在裝填過程中，通過人力不斷壓實的方式，最大限度地確保桶內(nèi)的青貯原料被壓實。青貯發(fā)酵桶采用20 L圓形旋蓋式聚乙烯塑料桶。相關(guān)實驗室檢測設(shè)備由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院和甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院實驗室提供。

1.2 試驗設(shè)計

采用2因素(添加劑與裝填時間)×2水平(未添加、添加Sila-Max，1次裝填、3次裝填)的正交試驗設(shè)計，每個品種分4組，每組3個重復(fù)，共16個試驗組(編號為ⅠC1、ⅠC3、ⅠMax1、ⅠMax3、ⅡC1、ⅡC3、ⅡMax1、ⅡMax3、ⅢC1、ⅢC3、ⅢMax1、ⅢMax3、ⅣC1、ⅣC3、ⅣMax1、ⅣMax3；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表遼夏雜2號、遼雜27號、雅津YF2和雅津YF1；C1、C3、Max1、Max3分別代表1次裝填對照組、3次裝填對照組、1次裝填試驗組、3次裝填試驗組)。1次裝填為秸稈切短(1～1.5 cm)按設(shè)計劑量均勻噴灑添加物后立即裝填壓實后密封發(fā)酵桶，3次裝填為每天將總量1/3的粉碎秸稈按設(shè)計劑量均勻混合后裝填壓實于發(fā)酵桶，3 d后裝滿壓實密封，裝填密度控制在550 kg·m-3左右。所有發(fā)酵桶，室溫發(fā)酵60 d后，依次稱重記錄其發(fā)酵后青貯料重量；開蓋后去掉最上層5 cm和最底層5 cm，均勻混合后，按梁瑜等[12]幾何采樣法取樣處理并檢測。

1.3 測定指標與方法

取新鮮的青貯飼料20 g于攪拌器中均勻攪碎，加入180 mL去離子水，靜置2 h之后，用紗布和濾紙過濾，取部分浸出液用pH計測定青貯飼料的pH[13]；按常規(guī)法[14]測定青貯飼料的干物質(zhì)(dry matter，DM)、粗蛋白(crude protein，CP)、鈣和磷含量；采用van Soest[14]分析方法測定中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)；48 h體外干物質(zhì)消化率采用ANKOM Daisy體外模擬箱測定[15](ANKOM，USA；瘤胃液由臨洮縣華加牧業(yè)有限公司提供，采集同一生長期綿羊的瘤胃液與人工唾液混合，在Daisy體外模擬箱39 ℃條件下恒溫發(fā)酵48 h)；按照青貯料青貯前后重量和干物質(zhì)含量計算干物質(zhì)損失率(dry matter loss ratio,%)。

干物質(zhì)損失率=(原料重×原料干物質(zhì)含量-青貯重×青貯干物質(zhì)含量)/(原料重×原料干物質(zhì)含量)×100%。

粗蛋白產(chǎn)量=干草產(chǎn)量×粗蛋白含量。

隨機選取30株健康植株進行稱重，取其平均值作為單株飼用高粱的質(zhì)量。

取新鮮的青貯飼料20 g于攪拌器中均勻攪碎，置于具塞三角瓶中，加入180 mL去離子水，4 ℃冰箱中浸提24 h，0.22 μm合成纖維素酯膜過濾后采用高效液相色譜儀(安捷倫1260，上?？↓R儀器設(shè)備有限公司，SB-AQ C18色譜柱46×250 mm，流動相為3%甲醇∶0.01 mol·L-1(NH4)2HPO4=3∶97，pH=2.7，檢測波長210 nm，流速1 mL·min-1，進樣量20 μL，柱溫25 ℃)測定乙酸(acetate acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)、丁酸(butyric acid，BA)和乳酸(lactic acid，LA)含量。

1.4 統(tǒng)計分析

本研究為雙因素(裝填次數(shù)×添加物)試驗設(shè)計，采用SAS 8.2軟件對4個高粱品種產(chǎn)量參數(shù)和青貯前營養(yǎng)參數(shù)進行單因素方差分析，青貯后營養(yǎng)參數(shù)、發(fā)酵參數(shù)、干物質(zhì)損失率以及48 h體外干物質(zhì)消化率進行雙因素方差分析和多重比較，試驗結(jié)果采用平均值±標準差表示，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同高粱品種田間產(chǎn)量

雅津YF1的單株重、鮮草產(chǎn)量和干物質(zhì)產(chǎn)量最高，遼夏雜2號的單株重和鮮草產(chǎn)量最低，遼雜27號的粗蛋白產(chǎn)量最高，雅津YF2的干物質(zhì)和粗蛋白產(chǎn)量最低(表1)。

2.2 青貯前飼用高粱的營養(yǎng)參數(shù)

乳熟期收割的粒用型高粱遼夏雜2號和遼雜27號的DM顯著高于開花期收割的甜高粱雅津YF2和雅津YF1(P<0.05)；遼雜27號的CP顯著高于其他高粱品種(P<0.05)，雅津YF1的CP最低(P<0.05)；遼夏雜2號的NDF和ADF均顯著低于其他高粱品種(P<0.05)，雅津YF1的NDF和ADF顯著高于其他高粱品種(P<0.05)。各高粱品種的Ca和P含量也有一定差異(表2)。

表1 4個高粱品種田間產(chǎn)量參數(shù)Table 1 The field yield parameters of 4 varieties of forage sorghum

同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05);Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表遼夏雜2號、遼雜27號、雅津YF2和雅津YF1高粱品種。下同。表格中的數(shù)據(jù)計算均以干物質(zhì)為基礎(chǔ)。

Different letters within the same column indicate significant differences at the 0.05 level. Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, and Ⅳ respectively represent LiaoXiaZa 2, LiaoZa 27, YaJin 2, and YaJin 1 sorghum varieties; similarly for the following tables. The nutrient content was calculated based on dry matter in Table 2.

表2 4個高粱品種青貯前營養(yǎng)參數(shù)Table 2 Nutrient content of 4 varieties of sorghum

2.3 4個高粱品種1次裝填和3次裝填營養(yǎng)參數(shù)及干物質(zhì)損失率

在1次裝填中，添加Sila-Max試驗組的遼雜27號、雅津YF2的DM顯著高于對照組(P<0.05)，試驗組遼夏雜2號和雅津YF1的DM高于對照組但差異不顯著(P>0.05)；不同品種試驗組的干物質(zhì)損失率顯著低于各自的對照組(P<0.05)；不同品種飼用高粱試驗組CP含量均不同程度低于對照組(表3)。在3次裝填中，3次裝填試驗組與對照組DM無顯著差異(P>0.05)；各試驗組干物質(zhì)損失率均低于對照組，除遼雜27號試驗組外，其余各試驗組干物質(zhì)損失率均顯著低于對照組(P<0.05)；各試驗組NDF均有低于對照組的趨勢，但差異不顯著(P>0.05)(表3)。不論1次裝填還是3次裝填，所有試驗組ADF、Ca和P的含量與各對照組均無顯著差異(P>0.05)。3次裝填各高粱品種青貯的DM含量顯著低于1次裝填(P<0.05)，干物質(zhì)損失率顯著升高(P<0.05)；3次裝填Ca含量不同程度地高于1次裝填，其余指標無顯著變化(表3)。

2.4 4個高粱品種1次裝填和3次裝填發(fā)酵參數(shù)及48 h體外干物質(zhì)消化率

在1次裝填中，添加Sila-Max各試驗組pH均不同程度低于對照組；各試驗組LA和AA均高于對照組，其中遼夏雜2號和雅津YF2試驗組的LA顯著高于對照組(P<0.05)，遼雜27號、雅津YF2和雅津YF1的試驗組AA顯著高于對照組(P<0.05)(表4)。在3次裝填中，不同高粱品種試驗組pH與各對照組無顯著性差異(P>0.05)；雅津YF2和雅津YF1試驗組的LA和AA顯著高于對照組(P<0.05)，其他試驗組LA和AA均高于對照組，但差異不顯著(P>0.05)(表4)。不論1次裝填還是3次裝填，各組飼用高粱青貯均未檢測到PA和BA；各試驗組消化率和對照組消化率相比有降低趨勢，但均差異不顯著(P>0.05)(表4)。3次裝填均未對各品種全株的發(fā)酵參數(shù)及48 h體外干物質(zhì)消化率產(chǎn)生顯著變化(P>0.05)。

3 討論

3.1 添加Sila-Max對高粱青貯品質(zhì)的影響

青貯本身是多種微生物的一個共生體系，在青貯發(fā)酵中，菌落的構(gòu)成及數(shù)量隨著發(fā)酵時間不斷變化，但乳酸菌等優(yōu)勢種群對整個微生物體系起至關(guān)重要的作用[16]。劉輝等[17]報道，發(fā)酵底物中乳酸菌數(shù)量不足可通過添加優(yōu)良乳酸菌彌補，是調(diào)控該生物體系一個行之有效的手段，且已有許多成功例子。Sila-Max是美國瑞科動物營養(yǎng)公司生產(chǎn)的青貯飼料乳酸菌類添加劑，含有不同類型的乳酸菌及能產(chǎn)生淀粉酶和纖維素酶的菌類。根據(jù)本研究的結(jié)果，對不同品種，不同收獲期的全株高粱青貯，添加Sila-Max對1次裝填和3次裝填的營養(yǎng)品質(zhì)均無顯著影響，但可以顯著提高其發(fā)酵產(chǎn)物的干物質(zhì)含量，降低干物質(zhì)損失率。其中，Sila-Max對1次裝填組干物質(zhì)保存效果最好，可以使遼夏雜2號、遼雜27號、雅津YF2、雅津YF1青貯干物質(zhì)含量分別增加4.22%、5.84%、5.87%、6.03%。干物質(zhì)損失率分別降低31.43%、34.19%、35.20%、31.31%?？梢?，全株飼用高粱青貯過程中要保持較高的干物質(zhì)保存率，縮短裝填時間才是最為有效的方法。

研究表明，優(yōu)質(zhì)的青貯發(fā)酵應(yīng)該具有較高的LA和較低的pH、PA及BA[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同高粱品種發(fā)酵后的pH均低于4.0，符合優(yōu)質(zhì)青貯的標準。添加Sila-Max對提高不同品種、不同收割期全株高粱發(fā)酵產(chǎn)物及1次和3次裝填的乳酸和乙酸含量均有良好的效果。由于乙酸對其他有氧發(fā)酵菌的生長具有良好的抑制效果[19]，所以在高粱青貯中添加Sila-Max對提高高粱1次和3次裝填發(fā)酵產(chǎn)物的品質(zhì)以及穩(wěn)定性具有一定的作用。本研究中，Sila-Max對不同高粱品種全株青貯發(fā)酵產(chǎn)物48 h體外干物質(zhì)消化率均有降低的趨勢，這可能是由于Sila-Max沒有顯著降低高粱青貯的NDF和ADF含量，從而使發(fā)酵產(chǎn)物保存了大量的干物質(zhì)，相對增加了纖維和木質(zhì)素含量，而消化率主要和纖維含量相關(guān)[20]。

表3 4個高粱品種青貯發(fā)酵產(chǎn)物營養(yǎng)參數(shù)及干物質(zhì)損失率Table 3 The nutrient content and dry matter loss rate of 4 varieties of sorghum silage

同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；LT，裝填時間；I，添加物；LT×I裝填時間與添加物互作；C1、C3、Max1、Max3分別代表1次裝填對照組、3次裝填對照組、1次裝填試驗組、3次裝填試驗組。表4同。

Different lowercase letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level. LT, loading timing; I, inoculants, LT×I, interaction between loading timing and inoculants; C1, C3, Max1, Max3indicate control group of loading once, control group of loading three times, treatment group of loading once and treatment group of loading three times; similarly for table 4.

表4 4個高粱品種青貯發(fā)酵產(chǎn)物發(fā)酵參數(shù)和48 h體外干物質(zhì)消化率Table 4 The fermentation parameters and in vitro dry matter digestibility of 4 varieties of sorghum silage

“-”表示未檢出。

“-” indicate that organic acid was undetectable.

3.2 裝填時間對高粱青貯品質(zhì)的影響

3.3 不同高粱品種產(chǎn)量及青貯品質(zhì)差異

研究表明，不同生育期的甜高粱植株營養(yǎng)特性和青貯特性有很大的差別[25]，對不同品種飼用高粱的田間參數(shù)以及發(fā)酵后的指標數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，粒用高粱其DM和CP產(chǎn)量，以及發(fā)酵后的乳酸含量均高于甜高粱，而NDF和ADF低于開花期收獲的甜高粱，說明粒用高粱在乳熟期收獲其發(fā)酵品質(zhì)高于開花期收獲的甜高粱。如果從粗飼料產(chǎn)量的角度出發(fā)，甜高粱雅津YF1是最佳選擇。

4 結(jié)論

本研究中，在種植密度均為90 000株·hm-2的情況下，雅津YF1干物質(zhì)產(chǎn)量達到19 129.90 kg·hm-2，顯著高于其他3個品種。

添加Sila-Max可以顯著降低高粱青貯的干物質(zhì)損失率，其中雅津YF1的1次裝填和3次裝填干物質(zhì)損失率降低最多，分別達35.2%和16.1%；延遲3 d裝填會降低高粱青貯的營養(yǎng)品質(zhì)及 DM 含量，提高干物質(zhì)損失率。

因此，減少干物質(zhì)損失率是應(yīng)用青貯乳酸菌制劑和縮短裝填時間的主要作用，添加乳酸菌制劑也同時具有改善飼用高粱發(fā)酵品質(zhì)的作用；不同品種、不同收獲期的飼用高粱試驗結(jié)果一致。