萬(wàn)江春，于 輝，張延輝，鄭 偉，李 寧

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆烏魯木齊 830052）

棉花作為新疆的支柱產(chǎn)業(yè)之一，年產(chǎn)棉花秸稈總量已接近300萬(wàn)t[1]，但棉花秸稈含氮量低、可溶性養(yǎng)分含量少、纖維含量高、消化性差以及富含的游離棉酚會(huì)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生毒害作用等特點(diǎn)制約了棉花秸稈作為粗飼料的開(kāi)發(fā)和利用[2-4]。

當(dāng)前關(guān)于棉花秸稈飼料化利用的方式主要有物理法（切短、粉碎、顆?；龋┖蜕锓ǎㄇ噘A、人工瘤胃降解等）[5]。青貯法是生物法中常見(jiàn)的一種方法。已有研究報(bào)道，棉花秸稈經(jīng)青貯后可在一定程度上使游離棉酚成為結(jié)合棉酚而失去毒性，同時(shí)改善其適口性和消化率[6-7]。棉花秸稈雖含有一定粗蛋白質(zhì)，但其含有較高水平的纖維素和半纖維素使反芻動(dòng)物對(duì)其干物質(zhì)的消化率和降解率都較低，因此如何提高棉花秸稈飼料的消化性能成為亟待解決的問(wèn)題，而目前關(guān)于棉花秸稈青貯飼料對(duì)反芻動(dòng)物體外消化率的影響研究較少。裹包青貯是當(dāng)前較先進(jìn)的一種青貯技術(shù)，可有效提高青貯飼料的綜合效益，同時(shí)可提高動(dòng)物對(duì)青貯飼料的消化率和適口性[8]。運(yùn)用裹包青貯技術(shù)開(kāi)發(fā)和利用棉花秸稈資源對(duì)緩解飼草資源緊張、發(fā)展畜牧業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本試驗(yàn)采用裹包青貯技術(shù)，探討纖維素酶和乳酸菌對(duì)棉花秸稈青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)及體外消化率的影響，以期提高棉花秸稈青貯飼料的品質(zhì)，從而為棉花秸稈青貯飼料的科學(xué)利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 青貯原料與加工調(diào)制 棉花秸稈取自新疆阿克蘇市阿瓦提縣拜什艾日克鎮(zhèn)索克滿村；棉花品種為新陸中54，二茬拾花結(jié)束后進(jìn)行棉花秸稈刈割（2017年10月20日），刈割后立即使用秸稈揉絲機(jī)鍘短至1～3 cm待用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在不添加纖維素酶（C-）或添加纖維素酶（C+）的條件下，分別設(shè)置對(duì)照（CK）、添加植物乳桿菌（LP）和干酪乳桿菌（LC）共6個(gè)青貯處理，植物乳桿菌和干酪乳桿菌均按1×105CFU/g鮮重（FW）添加，纖維素酶添加量為底物重量的千分之一；所有處理中均按底物重量的0.2%添加尿素、食鹽和蔗糖；每個(gè)處理重復(fù)3次。按照各自的添加比例將添加劑溶于水中，立即用普通噴霧器將添加劑盡量均勻噴灑在棉花秸稈上，噴灑完畢后利用壓捆機(jī)進(jìn)行打捆，圓柱形青貯捆直徑50 cm、高度50 cm，之后用3層拉伸膜裹包，每捆稱重并做好標(biāo)記，置于室外露天貯存，發(fā)酵60 d后取各處理樣品進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定和分析。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法 原料樣品在65℃下干燥24 h，粉碎，過(guò)40目篩孔。取原料風(fēng)干樣參考Zhang等[9]描述的方法測(cè)定各營(yíng)養(yǎng)成分：干物質(zhì)含量（DM）采用烘干法，粗蛋白質(zhì)（CP）采用凱氏定氮法，中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）采用Van Soest洗滌纖維素分析法，粗脂肪（EE）采用索氏抽提法，粗灰分（Ash）采用灰化法，可溶性碳水化合物（WSC）采用分光光度法，緩沖能值（BC）采用滴定法；參考Zhang等[10]的方法測(cè)定乳酸菌數(shù)量。計(jì)算公式如下：

半纖維素（HC）=NDF—ADF

非纖維性碳水化合物（NFC）=100%—CP—EE—NDF—Ash

發(fā)酵系數(shù)（FC）=DM（%）+8WSC/BC

發(fā)酵品質(zhì)主要測(cè)定指標(biāo)：pH（雷磁酸度計(jì)，PHS-25）；乳酸（LA）、乙酸（AA）、丙酸（PA）和丁酸（BA）（高效液相色譜法）[10]；氨態(tài)氮（NH3-N）采用苯酚-次氯酸比色法測(cè)定[11]；V-score評(píng)分方法參考日本粗飼料評(píng)定手冊(cè)（2001）[12]。

從3頭裝有永久瘺管、體重（437±12）kg、泌乳期荷斯坦母牛的瘺管中采集瘤胃內(nèi)容物并混合，參考王永力[13]的方法進(jìn)行體外發(fā)酵試驗(yàn)。分別在發(fā)酵2、4、8、12、24、36、48 h觀察記錄注射器活塞刻度值，記錄產(chǎn)氣量（GP），瘤胃體外發(fā)酵結(jié)束后將全部發(fā)酵液用尼龍袋過(guò)濾，保留殘?jiān)捎梅Q重法測(cè)定體外干物質(zhì)消化率（IVDMD）、體外粗蛋白消化率（IVCPD）、體外中性洗滌纖維消化率（IVNDFD）、體外酸性洗滌纖維消化率（IVADFD）。

“三天后，胡人走了，藏匿的人紛紛走出來(lái)。就在他們以為逃過(guò)一劫的時(shí)候，打了敗仗的寧軍，和一些難民，竟結(jié)成一伙，所過(guò)之處，劫掠一空，遇到反抗的，就殺，看見(jiàn)有姿色的婦人，就搶，老百姓手里僅剩的一塊布、半斗米，也被搜走了。胡人剛走，強(qiáng)盜又來(lái)，真是前梳后篦，慘絕人寰?！?/p>

產(chǎn)氣動(dòng)力學(xué)模型如下：

式中，GPt為累積產(chǎn)氣量（mL/g DM），c為產(chǎn)氣速率（mL/h），t為產(chǎn)氣時(shí)間（h），Lag為產(chǎn)氣延滯時(shí)間（h），A為發(fā)酵底物在該產(chǎn)氣速率下的理論最大產(chǎn)氣量（mL）。

Half time為達(dá)到產(chǎn)氣量1/2所需時(shí)間。

平均產(chǎn)氣速率（AGPR）的計(jì)算公式如下：

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 采用Excel 365進(jìn)行相關(guān)圖表繪制，利用SPSS 21.0軟件進(jìn)行方差分析，用Duncan′s法對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料的青貯特性 如表1所示，棉花秸稈原料的DM含量為924 g/kg FM，CP、WSC、NDF、ADF含量分別為74.6、11.6、721、568 g/kg DM，游離棉酚含量為196 mg/kg，附著的乳酸菌數(shù)量為2.13 log10CFU/g FM（表1）。

表1 棉花秸稈的化學(xué)成分

2.2 纖維素酶及乳酸菌對(duì)棉花秸稈青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響 由表2可以看出，相較于不添加纖維素酶，添加纖維素酶可顯著降低棉花秸稈青貯飼料的pH（P＜0.05），同時(shí)顯著增加LA、AA、PA和V-score（P＜0.05），對(duì)WSC和NH3-N的影響則不顯著（P＜0.05）。與對(duì)照相比，添加乳酸菌可降低棉花秸稈青貯飼料的pH、WSC和NH3-N（P＜0.05），同時(shí)顯著增加LA、AA、PA和V-score（P＜0.05）；纖維素酶和乳酸菌的互作效應(yīng)可顯著影響棉花秸稈青貯飼料的pH、LA、AA、WSC、NH3-N 和 V-score（P＜0.05）； 除 LP-C+和LC-C+處理外，其他處理均檢測(cè)到了BA；V-score評(píng)分最高的為L(zhǎng)P-C+處理，其評(píng)分為89，達(dá)到了優(yōu)質(zhì)青貯飼料的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

表2 纖維素酶及乳酸菌對(duì)棉花秸稈青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響

表3 纖維素酶及乳酸菌對(duì)棉花秸稈青貯飼料化學(xué)成分的影響

2.3 纖維素酶及乳酸菌對(duì)棉花秸稈青貯飼料化學(xué)成分的影響 由表3可知，相較于不添加纖維素酶，添加纖維素酶可顯著降低棉花秸稈青貯飼料的NDF、ADF、HC和游離棉酚（P＜0.05），同時(shí)顯著增加NFC（P＜0.05），對(duì)于DM、CP、EE和Ash的影響則不顯著（P＜0.05）。與對(duì)照相比，添加乳酸菌可顯著降低棉花秸稈青貯飼料中的游離棉酚含量，同時(shí)顯著增加CP含量（P＜0.05）。

2.4 纖維素酶及乳酸菌對(duì)棉花秸稈青貯飼料體外GP的影響 由圖1可以看到，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理組的GP均呈上升趨勢(shì)，其中發(fā)酵初期增長(zhǎng)較快，后期趨于平緩；48 h的 GPt排序?yàn)?LP-C+ ＞ LC-C+ ＞CK-C+ ＞ LP-C- ＞ LC-C- ＞ CK-C-。

圖1 棉花秸稈青貯飼料體外發(fā)酵48 h的GP動(dòng)態(tài)變化曲線

2.5 纖維素酶及乳酸菌對(duì)棉花秸稈青貯飼料體外發(fā)酵特征的影響 由圖2可知，與對(duì)照相比，添加乳酸菌可顯著增加棉花秸稈青貯飼料的IVDMD，LP-C+處理IVDMD最高，顯著高于其余5個(gè)處理（P＜0.05）。

由表4可以看出，與對(duì)照相比，乳酸菌、纖維素酶和乳酸菌的互作效應(yīng)可顯著增加棉花秸稈青貯飼料中的 IVCPD、IVNDFD 和 GPt（P＜0.05）；產(chǎn)氣參數(shù)方面，與對(duì)照相比，添加纖維素酶和乳酸菌均可顯著增加A、c值和AGPR，同時(shí)顯著降低Lag和Half Time，而纖維素酶和乳酸菌的互作效應(yīng)僅對(duì)AGPR有顯著影響（P＜0.05）。

圖2 棉花秸稈青貯飼料體外發(fā)酵48 h的IVDMD

3 討 論

3.1 纖維素酶及乳酸菌對(duì)棉花秸稈青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響 評(píng)價(jià)青貯飼料質(zhì)量好壞的指標(biāo)有很多，其中pH和NH3-N含量是比較重要的2個(gè)指標(biāo)[16]。一般來(lái)說(shuō)，優(yōu)質(zhì)青貯飼料的pH在3.80～4.20，同時(shí)NH3-N含量應(yīng)該低于100 g/kg TN[17]。本研究中，LP-C+處理組的pH為4.19，NH3-N含量為98.3 g/kg TN，而其他5個(gè)處理組的pH和NH3-N含量均不符合上述要求，這可能是因?yàn)槊藁ń斩挶旧硭臓I(yíng)養(yǎng)元素較少，同時(shí)附著的乳酸菌數(shù)量也較少（僅為2.13 log10CFU/g FM），雖在青貯制作過(guò)程中增加了相應(yīng)的糖類物質(zhì)，但由于植物乳桿菌產(chǎn)酸能力較干酪乳桿菌更強(qiáng)，能更好利用可溶性糖類物質(zhì)，因此發(fā)酵品質(zhì)更好，V-score評(píng)分也更高。

乳酸菌可顯著改善青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)。郭金雙等[18]研究表明，與對(duì)照相比，用乳酸菌接種大麥處理后LA含量更高，同時(shí)還能降低NH3-N含量。王中華等[19]研究表明，與對(duì)照相比，添加乳酸菌處理的玉米秸稈pH顯著降低。Zhang等[10]研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌和干酪乳桿菌均可降低羊草青貯飼料的pH和BA含量，同時(shí)提高LA含量。本試驗(yàn)中，與對(duì)照相比，添加乳酸菌增加了棉花秸稈發(fā)酵底物中的乳酸菌數(shù)量，從而加速了發(fā)酵進(jìn)程，增加了LA產(chǎn)量，改善了棉花秸稈青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)。

3.2 纖維素酶及乳酸菌對(duì)棉花秸稈青貯飼料化學(xué)成分的影響 纖維素酶能使植物細(xì)胞壁崩潰，從而充分釋放細(xì)胞內(nèi)容物，在青貯過(guò)程中，纖維素酶會(huì)讓青貯飼料中的纖維成分減少并轉(zhuǎn)化成乳酸菌的發(fā)酵底物[20]。然而當(dāng)前關(guān)于纖維素酶對(duì)棉花秸稈中纖維素含量降解的研究報(bào)道還較少。研究結(jié)果證實(shí)，相較于不添加纖維素酶或纖維素分解菌的處理，添加纖維素酶或纖維素分解菌均可有效降低棉花秸稈中的纖維素含量[1,21-22]。本試驗(yàn)中，相較于不添加纖維素酶，添加纖維素酶可顯著降低棉花秸稈青貯飼料的NDF、ADF和HC，同時(shí)顯著增加NFC，對(duì)于DM、CP、EE和Ash的影響則不顯著，但此結(jié)果仍需驗(yàn)證。

生物發(fā)酵法對(duì)棉花秸稈具有一定的脫毒作用，可使棉酚與金屬離子結(jié)合從而使棉酚不被動(dòng)物吸收。利用活干菌[7]、食用擔(dān)子菌[2]以及秸稈微生物專用發(fā)酵菌[23]等對(duì)棉花秸稈進(jìn)行生物發(fā)酵處理，均能有效降低棉花秸稈中的棉酚含量。本試驗(yàn)中，與對(duì)照相比，所有裹包青貯處理中的棉酚含量均有不同程度下降，說(shuō)明裹包青貯可一定程度上降解棉花秸稈中的棉酚，該結(jié)果可為棉花秸稈裹包青貯飼料的利用提供一定理論依據(jù)。

表4 棉花秸稈青貯飼料體外發(fā)酵48 h的GPt和產(chǎn)氣參數(shù)

添加乳酸菌對(duì)于改善青貯飼料化學(xué)成分的影響有限，這已在大量的研究中得到證實(shí)[9-10,20]。本試驗(yàn)中，與對(duì)照相比，添加乳酸菌可顯著提高棉花秸稈青貯飼料的CP含量，但對(duì)于DM、EE、NDF、ADF、HC和Ash則無(wú)顯著影響，這可能是因?yàn)槿樗峋l(fā)酵時(shí)主要消耗可溶性糖類物質(zhì)，因而對(duì)其他化學(xué)成分的影響不大。除Ash外，纖維素酶和乳酸菌的互作效應(yīng)對(duì)青貯飼料的化學(xué)成分均無(wú)顯著性影響，可能是由于乳酸菌對(duì)幾乎所有的化學(xué)成分均無(wú)顯著影響的緣故。

3.3 纖維素酶及乳酸菌對(duì)棉花秸稈青貯飼料體外發(fā)酵特征的影響 大量研究已經(jīng)表明，纖維素酶和乳酸菌的使用可以增加體外消化率。張?zhí)K江等[24]在人工瘤胃模擬裝置條件下，以棉花秸稈為底物，采用3種纖維素酶進(jìn)行體外產(chǎn)氣試驗(yàn)，結(jié)果表明，與對(duì)照相比，添加纖維素酶可有效增加GP、IVDMD和IVNDFD。曹瑞華等[25]研究表明，小麥秸稈經(jīng)尿素氨化處理同時(shí)添加纖維素酶可以顯著降低NDF、ADF和纖維素含量，同時(shí)提高揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量。陳亮等[26]研究表明，添加植物乳桿菌能顯著提高玉米秸稈發(fā)酵初期產(chǎn)氣速率和GP。劉晶晶等[27]以乳酸菌復(fù)合系SFC-2為接種物接種到干玉米秸稈中，高溫分解發(fā)酵后可提高干玉米秸稈的CP，還能有效提高動(dòng)物的采食量和適口性。邢智華等[28]研究發(fā)現(xiàn)，添加乳酸菌可有效改善稻草與苜?；旌衔①A的體外消化率。本試驗(yàn)中，與對(duì)照相比，添加乳酸菌可顯著增加棉花秸稈青貯飼料的IVDMD， 且LP-C+處理顯著高于其余5個(gè)處理；乳酸菌以及纖維素酶及乳酸菌的互作效應(yīng)可顯著增加棉花秸稈青貯飼料中的IVCPD、IVNDFD和GP。這可能是因?yàn)榱鑫赶欠雌c動(dòng)物對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化的主要方式。瘤胃消化實(shí)質(zhì)上是碳水化合物在瘤胃微生物的作用下發(fā)酵分解為氣體和揮發(fā)性脂肪酸的過(guò)程，瘤胃內(nèi)GP、IVDMD以及發(fā)酵模型特征是反映瘤胃微生物的生長(zhǎng)及其對(duì)飼料的利用程度的重要參數(shù)。纖維素酶具有提高蛋白質(zhì)、纖維素利用率的作用[29]，而青貯飼料制作過(guò)程中添加乳酸菌可加速產(chǎn)生乳酸，同時(shí)降低pH和NH3-N含量，減少青貯飼料中營(yíng)養(yǎng)成分的損失。

4 結(jié) 論

添加纖維素酶可顯著降低棉花秸稈青貯飼料的pH、NDF、ADF和HC，而添加乳酸菌則可顯著增加棉花秸稈青貯飼料中的LA、AA、PA和V-score；乳酸菌、纖維素酶和乳酸菌的互作效應(yīng)可顯著增加棉花秸稈青貯飼料的IVCPD、IVNDFD和GP。綜合分析，以添加纖維素酶的植物乳桿菌處理獲得的棉花秸稈青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)較好，且48 h的GPt最高。