趙牧其爾，王志軍，賈玉山，張永虎，溫 蕊，包 健，格根圖

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院 / 農(nóng)業(yè)部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室 / 草地資源教育部重點實驗室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031）

谷子（Setaria italica)為禾本科（Gramineae)狗尾草屬（Seataria)一年生草本植物，是重要的糧食作物和飼料作物[1]。近年來，隨著谷子種植面積的擴大，其產(chǎn)物除了作為人類的食物外，還可以應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖。谷子（或小米)除了作為豬雞的能量飼料和牛羊的精料補充料外，谷子生物體產(chǎn)草量比例更大的植株部分還可作為草食動物的飼草使用。谷子的莖稈是牛、馬、羊等家畜的優(yōu)質(zhì)粗飼料，其具有質(zhì)地柔軟、營養(yǎng)豐富、適口性好、和消化率高等特點，同時也是我國歷史上重要的軍草[2-3]。

優(yōu)質(zhì)飼草產(chǎn)品是連接草產(chǎn)業(yè)與畜牧業(yè)的紐帶，草產(chǎn)業(yè)的健康健全發(fā)展可彌補國內(nèi)畜牧業(yè)發(fā)展快速而草業(yè)發(fā)展緩慢帶來的草、畜鏈條脫節(jié)問題，從而更好地保障和促進草牧業(yè)的健康發(fā)展。但我國草產(chǎn)品分布不均、飼草資源開發(fā)不夠、秸稈利用率低、企業(yè)產(chǎn)能不足等問題導(dǎo)致國內(nèi)草畜供需失衡，內(nèi)循環(huán)動力嚴(yán)重不足。近年來，飼草谷子在我國農(nóng)牧結(jié)合區(qū)和牧區(qū)發(fā)展迅速，使得飼草谷子的研究成為了熱點[4-5]。有研究表明，在抽穗期至開花期刈割的新鮮谷子中，粗蛋白質(zhì)含量較高，可直接青飼，也可調(diào)制干草、青貯飼料或加工成顆粒飼料等草產(chǎn)品[6]。李林等[7]探索不同切碎長度和發(fā)酵方式對全株飼用青貯谷子質(zhì)量的影響，結(jié)果表明不同切碎長度和發(fā)酵方式對于全株飼用谷子青貯質(zhì)量均有顯著影響，降低切碎長度和使用復(fù)合菌劑發(fā)酵均有助于促進纖維分解，減少丁酸產(chǎn)量，改善青貯感官評分。薄玉琨等[8]探索全株飼用谷子青貯對育肥期陽原驢生長性能的影響及飼喂后肉驢血清抗氧化能力變化，對照組肉驢以花生（Arachis hypogaea)秧干草 + 玉米（Zea mays)秸稈飼喂，試驗組以全株飼用谷子青貯按干物質(zhì)（dry matter, DM)比例1 ∶ 1 替代花生秧干草，試驗結(jié)果表明育肥期陽原驢日糧中添加全株飼用谷子青貯能夠增加肉驢的采食量，提高育肥期日增重，增強肉驢機體抗氧化能力。劉婷婷[9]對‘張雜谷’飼草開展了谷草氨化、全株谷子青貯和收獲籽實后谷秸黃貯3 種加工調(diào)制技術(shù)探究，通過營養(yǎng)成分含量變化和體外產(chǎn)氣法評定其對‘張雜谷’飼草營養(yǎng)價值的影響，以確立‘張雜谷’飼草適宜的加工調(diào)制技術(shù)。結(jié)果表明，‘張雜谷’谷草氨化的適宜尿素用量為5%，水用量為50% ；‘張雜谷’全株青貯以添加4% 的糖蜜為宜；‘張雜谷’谷草黃貯以添加1‰ 菌劑效果最佳。確立了‘張雜谷’飼草的適宜氨化、青貯和黃貯加工調(diào)制技術(shù)。相比較成熟的禾本科和豆科牧草的青貯技術(shù)，飼草谷子的適時收獲期、青貯技術(shù)和青貯品質(zhì)等問題均有待研究。基于此，本研究分析飼草谷子不同生育期的營養(yǎng)價值，探究其青貯過程中的營養(yǎng)成分、發(fā)酵品質(zhì)以及微生物數(shù)量的變化規(guī)律，旨在為調(diào)制優(yōu)質(zhì)飼草谷子青貯飼料、科學(xué)利用飼草谷子提供數(shù)據(jù)參考，以期為飼草谷子的加工利用技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于內(nèi)蒙古烏蘭察布四子王旗吉生太鎮(zhèn)老圈灘村，地處 111°21′-111°34′ E，41°34′-41°54′ N。平均海拔1 400 m，屬丘陵地區(qū)。氣候?qū)贉貛Т箨懶詺夂颉v年平均降水量在110～350 mm。

1.2 試驗材料

供試品種‘118’于2018 年5 月17 日種植，由內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，播種面積為0.067 hm2，播深3 cm，播量為2 kg·hm-2?！?18’品種是內(nèi)蒙古清水河縣的農(nóng)家品種，發(fā)芽率為80%。在呼和浩特市生育期為127 d 左右，苗色綠色，植株半上沖，株高平均173.70 cm，抗倒伏能力強?！?18’品種灌漿期收獲時間為2018 年8 月26 日，乳熟期為9 月4 日，蠟熟期為9 月19 日，上述生育期的產(chǎn)量分別為30.783、37.770 和25.747 t·hm-2（表1)。

表1 谷子收獲時間及產(chǎn)量Table 1 Harvest time and yield of millet

1.3 試驗設(shè)計

在供試品種‘118’進入灌漿期、乳熟期、蠟熟期時，隨機選取3 個1 m2（1 m × 1 m)樣方進行刈割收獲，利用鍘草機將谷子切短至2 cm，混合均勻后裝入聚乙烯袋，每袋裝入300 g，用真空封口機抽真空并密封，室溫條件下貯存。在厭氧發(fā)酵60 d 后開袋，測定其營養(yǎng)成分（干物質(zhì)、有機質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、可溶性糖、粗脂肪)、發(fā)酵品質(zhì)（pH、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸)和微生物數(shù)量，從而確定調(diào)制谷子青貯飼料的最適生育期。

1.4 測定指標(biāo)

樣品制備：將采集的樣品進行鮮重的測定，然后置于烘箱中，先在105 ℃殺青30 min，再將烘箱溫度設(shè)定為65 ℃烘干48 h 后，進行其風(fēng)干重的測定。用粉碎機分別粉碎制備0.850 和0.425 mm 分析樣品，用于營養(yǎng)成分的測定。采用烘干法[10]進行干物質(zhì)含量的測定；采用GB6439-92 燃燒法測定有機質(zhì)（organic matter, OM)的含量[10]；利用全自動杜馬斯定氮儀進行測定粗蛋白質(zhì)（crude protein, CP)含量[11]；采用 GB 6433-94 索氏脂肪提取法測定粗脂肪（ether extract, EE)含 量[12]；利 用ANKOM A220 全 自動纖維儀分析品的中性洗滌纖維（neutral detergent fiber, NDF) 與酸性洗滌纖維（acid detergent fiber,ADF)含量[13]；利用蒽酮—硫酸比色法進行可溶性碳水化合物（water soluble carbohydrate, WSC)含量的測定[14]。

將青貯飼料開袋后，稱取10 g 左右的樣品，利用剪刀將其剪碎，再向袋內(nèi)加入90 mL 蒸餾水，靜置1 min，然后放在拍打儀中拍打2 min。拍打完成后，首先利用4 層紗布進行初濾，將殘渣與液體分離，然后利用濾紙進行過濾，制得青貯浸提液。用雷磁PHS-3C 精密pH 計（北京東南儀誠實驗室設(shè)備有限公司)測定浸提液的pH[15]；將青貯浸提液倒至離心管中，然后將其放置在離心機中離心15 min （轉(zhuǎn)速為4 000 r·min-1)，利用0.22 μm 的微孔濾膜對上清液進行過濾，備用進行有機酸的檢測。所用設(shè)備為高效液相色譜儀（HPLC)，其系統(tǒng)Waters 2695-2489（紫外)，從而分析濾液中的有機酸的含量[16]，有機酸分離采用的色譜柱：Rspak 系列，KC811 柱，8 mm ×300 mm；流動相：3 mmol·L-1優(yōu)級純高氯酸，流速1 mL·min-1，柱溫40 ℃；檢測波長210 nm，進樣量5 μL。

取10 g 青貯樣品置于青貯袋中，加入90 mL 無菌水，用拍打儀拍打2 min 使其均勻混合，用8.50 g· L-1無菌生理鹽水稀釋10-1、10-3、10-5。乳酸菌數(shù)量采用MRS （Difco)固體培養(yǎng)基，霉菌和酵母菌采用 PDA（Potato Dextrose Agar.Nissui Ltd.Tokyo.Japan)培養(yǎng)基，大腸桿菌采用BLB （Blue Light Broth，Nissui Ltd.Tokyo.Japan)培養(yǎng)基，一般好氧細(xì)菌采用營養(yǎng)瓊脂（Nutrient Agar Nissui Ltd.Tokyo.Japan)培養(yǎng)基，乳酸菌30 ℃厭氧培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h 后計數(shù)，酵母菌、霉菌、一般好氧細(xì)菌、大腸桿菌置于30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h 后計數(shù)，所有微生物數(shù)據(jù)采用cfu· g-1表示。

1.5 青貯品質(zhì)綜合評價

采用模糊函數(shù)的隸屬函數(shù)法對不同生育期的青貯品質(zhì)進行綜合性評價[17-19]。

隸屬函數(shù)值計算公式：

反隸屬函數(shù)值計算公式：

式中： μ（Xj)表示隸屬函數(shù)值，Xj表示第j個指標(biāo)測定值，Xmax和Xmin表示第j個指標(biāo)的最大值和最小值，若其中某一指標(biāo)與青貯品質(zhì)負(fù)相關(guān)，則利用反隸屬函數(shù)轉(zhuǎn)換計算其抗性隸屬函數(shù)值。

式中：Xj表示各生育期第j個指標(biāo)平均值；Xij表示i生育期j指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Vj表示第j個指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)。

式中：Wj表示第j個指標(biāo)的權(quán)重。

式中：D表示不同生育期的青貯品質(zhì)綜合評價值，D值越大表明品質(zhì)越好。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007 對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，應(yīng)用SAS 9.0 軟件對試驗所得數(shù)據(jù)進行方差分析，并用 Duncan法對不同生育期營養(yǎng)指標(biāo)的均值進行多重比較，數(shù)據(jù)以平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差（Mean ± SD)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 青貯前后營養(yǎng)成分的變化

不同生育期飼草谷子各營養(yǎng)物質(zhì)含量呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律變化（表2)，DM 含量隨著生育期的推進逐漸增加，到蠟熟期時，干物質(zhì)含量在50%以上。隨著籽粒成熟度的提高，CP 和EE 含量呈現(xiàn)降低趨勢，而WSC 含量的變化則與之相反，隨著生育期的推進而逐漸增加。NDF 含量在灌漿期達(dá)到最高，顯著高于乳熟期和蠟熟期（P＜ 0.05)，呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢。

表2 谷子青貯前后營養(yǎng)成分分析Table 2 Analysis of nutrient composition of millet before and after ensiling

青貯60 d 的CP 含量較原料有所降低，其中乳熟期和蠟熟期青貯前后的CP 含量有顯著差異（P＜0.05)。草谷子在調(diào)制青貯后，NDF 和ADF 含量均有所降低，其中蠟熟期青貯前后的NDF 存在顯著差異（P＜ 0.05)，從不同生育期青貯飼料中的NDF 和ADF 含量可知，乳熟期的NDF 含量顯著低于灌漿期（P＜ 0.05)。乳熟期的WSC 含量高于灌漿期和蠟熟期，但不同生育期之間無顯著差異（P＞ 0.05)。

2.2 不同生育期發(fā)酵品質(zhì)的變化

青貯60 d 后，蠟熟期的pH 最高，其次為灌漿期、乳熟期，蠟熟期的pH 顯著高于乳熟期（P＜ 0.05)（表3)。不同生育期的乳酸、乙酸、丙酸均無顯著差異（P＞ 0.05)，其中灌漿期的乳酸、丙酸含量最高。不同生育期的青貯飼料中均未檢測到丁酸。

表3 谷子青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)分析Table 3 Analysis on fermentation quality of millet silage

2.3 不同生育期微生物的變化

原料和青貯60 d 的乳酸菌數(shù)量隨著生育期的推進呈先增加后降低趨勢（表4)。乳熟期原料附著的乳酸菌數(shù)量最多，與灌漿期和蠟熟期的乳酸菌數(shù)量存在顯著差異（P＜ 0.05)。青貯后，乳酸菌的數(shù)量有所增加，不同生育期的乳酸菌數(shù)量無顯著差異（P＞0.05)。與原料相比，乳熟期和蠟熟期的乳酸菌數(shù)量顯著增加（P＜ 0.05)。原料的一般好氧性細(xì)菌和大腸桿菌的數(shù)量隨著生育期的推進逐漸增加，青貯60 d后均未檢測到大腸桿菌。青貯前后，不同生育期的酵母菌和霉菌的數(shù)量無顯著差異（P＞ 0.05)。厭氧發(fā)酵60 d 后，灌漿期、蠟熟期的霉菌和酵母菌的數(shù)量減少，但無顯著差異（P＞ 0.05)。與原料相比，青貯飼料中的一般好氧性細(xì)菌的數(shù)量有所減少。

表4 青貯前后微生物數(shù)量的變化Table 4 Changes in microbial quantity before and after silage

2.4 隸屬函數(shù)綜合評價

利用隸屬函數(shù)值法對飼用谷子不同生育期的青貯品質(zhì)進行綜合評價（表5)。不同生育期的青貯品質(zhì)對比結(jié)果依次為乳熟期 ＞ 蠟熟期 ＞ 灌漿期。

表5 飼用谷子不同生育期的青貯品質(zhì)綜合評價Table 5 Comprehensive evaluation of silage quality of forage millet at different growth stages

3 討論

干物質(zhì)含量是青貯成敗的關(guān)鍵。青貯飼料水分含量的高低決定著青貯發(fā)酵過程和青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)且影響細(xì)菌總數(shù)和發(fā)酵速率[21]。由于谷子開花至成熟后水分流失，隨生育期的延遲水分含量逐漸減少，干物質(zhì)積累逐漸增多，導(dǎo)致蠟熟期干物質(zhì)含量過高[22-23]。過高的干物質(zhì)含量會抑制微生物的生長，減緩或者停止青貯進程，而過低的干物質(zhì)含量會導(dǎo)致梭菌的大量生長，產(chǎn)生大量丁酸，不僅使青貯飼料營養(yǎng)成分損失還會產(chǎn)生臭氣從而影響采食量。由于在青貯飼料早期發(fā)酵階段存在一些產(chǎn)纖維素酶的微生物[24]，青貯中的營養(yǎng)物質(zhì)被其消耗產(chǎn)生纖維素酶導(dǎo)致酸性洗滌纖維下降較快且伴隨有中性洗滌纖維的降低，下降到發(fā)酵中期基本穩(wěn)定。隨著籽粒成熟度的提高，‘118’品種的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量逐漸降低。研究表明, 隨著植株的成熟，牧草中細(xì)胞壁成分增加, 纖維素類物質(zhì)含量也會增加[25]。纖維素類物質(zhì)含量先增加后減少，開花期之后，乳熟期、蠟熟期有更低的纖維類物質(zhì)含量，這可能是谷子籽粒形成后，在灌漿過程中，籽粒中淀粉不斷沉積使纖維素含量相對下降，這與Crovetto 等[26]研究的全株小麥的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量在抽穗期至乳熟期相對穩(wěn)定, 在蠟熟期減少的結(jié)果相近。

Nordkvist 和Aman[27]的研究表明，牧草的生長時期對牧草積累的粗蛋白質(zhì)含量有一定的影響，生長階段與粗蛋白質(zhì)含量兩者有較高的關(guān)聯(lián)性?！?18’品種的粗蛋白質(zhì)含量隨著生育期的延長逐漸降低，在青貯發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)有所降解，乳熟期的蛋白損失率比灌漿期和蠟熟期低。由于牧草自身的特性，不同品種的谷子其粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和可溶性糖含量也不相同。青貯發(fā)酵時微生物需要能量來源以保證自身生長，可溶性糖作為乳酸菌生長碳源攝取的主要底物，在青貯過程中被乳酸菌代謝消化，其含量可以間接反映乳酸菌生長情況。隨著生育期的推進，供試品種的可溶性糖含量逐漸增加。青貯60 d 后，不同生育期的可溶性糖含量呈先增加后降低趨勢，這與Wang 等[28]以馬鞭草（Verbena officinalis)作為青貯原料，厭氧發(fā)酵過程中可溶性糖含量有所降低的研究結(jié)果相同。這是因為在青貯飼料發(fā)酵過程中需要消耗可溶性糖，以便為乳酸菌提供良好的生長環(huán)境和營養(yǎng)[29]，從而導(dǎo)致消耗量增加和乳酸產(chǎn)量增加。

青貯發(fā)酵主要在厭氧條件下進行，而厭氧環(huán)境有利于有機酸的產(chǎn)生，青貯發(fā)酵中主要以乳酸為主。發(fā)酵過程中乳酸的含量越高則青貯品質(zhì)越好，因此在一定程度上可以通過增加青貯飼料的乳酸含量來提高青貯品質(zhì)。乙酸主要來源于醋酸菌、異型乳酸菌和腸內(nèi)細(xì)菌對糖類的分解發(fā)酵[30]，‘118’品種乳熟期的乳酸含量高于乙酸，表明青貯飼料中同型發(fā)酵乳酸菌較多，能夠更充分地利用營養(yǎng)成分，減少營養(yǎng)物質(zhì)損失。

青貯發(fā)酵程度的增加伴隨著酸性產(chǎn)物的蔓延，其他微生物活動受到抑制，乳酸菌逐漸抑制其他微生物的活動[31]，從而占據(jù)主導(dǎo)地位，產(chǎn)生大量乳酸，‘118’品種不同生育期的乳酸菌數(shù)量均有所增加。酵母菌和霉菌是青貯飼料中主要存在的真菌，在發(fā)酵底物充足且pH 降低的條件下，乳酸菌快速繁殖后自身被抑制，進而導(dǎo)致乳熟期的酵母菌大量繁殖，而酵母菌通過分解糖和乳酸，造成干物質(zhì)的損失和pH 上升，引起其他雜菌的生長。pH 是反映青貯飼料品質(zhì)優(yōu)劣的一個重要指標(biāo)， 常規(guī)成功青貯要求的pH 應(yīng)低于4.2[32]。‘118’飼草谷子3 個處理組的pH 較高，可能是由于青貯飼料中附著的酵母菌和霉菌較多，與乳酸菌競爭發(fā)酵底物，消耗了部分可溶性糖，無法產(chǎn)生大量的乳酸，抑制有害微生物的生長繁殖。張慧杰[33]指出，植物原料上的微生物數(shù)量很少，不良微生物占據(jù)絕大部分，植物表面上乳酸菌數(shù)量在105cfu·g-1以上，才能達(dá)到青貯標(biāo)準(zhǔn)。在不同種類的作物表面上附著的微生物種類和數(shù)量也有很大的差異。其中，乳酸菌的數(shù)量對飼料的青貯發(fā)酵品質(zhì)和飼料的保存有重要的影響等[34]。‘118’飼草谷子單獨青貯時，不同生育期的青貯品質(zhì)存在差異，但由于原料附著的乳酸菌數(shù)量均不足105cfu·g-1，pH 偏高，乳酸含量較低，無法抑制青貯飼料中的有害微生物的生長繁殖，導(dǎo)致青貯飼料品質(zhì)較低。青貯中使用青貯添加劑，可以有效抑制不良微生物的繁殖，增加乳酸菌的數(shù)量，提高青貯的發(fā)酵品質(zhì)[35]。因此‘118’飼草谷子在調(diào)制青貯飼料時，可通過添加青貯添加劑抑制有害微生物的生長繁殖，減少營養(yǎng)物質(zhì)的流失，提高其青貯品質(zhì)。

4 結(jié)論

不同生育期處理的谷子青貯60 d 后，其青貯品質(zhì)和微生物數(shù)量均發(fā)生了變化。乳熟期的pH 和中性洗滌纖維含量最低，且乳酸菌數(shù)量、乳酸、可溶性糖和粗脂肪含量最高，是‘118’飼草谷子調(diào)制青貯飼料的最適生育期。