馬淑敏,焦 婷,師尚禮,秦偉娜,王正文,趙生國(guó),祁 娟
(1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院 / 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心,甘肅 蘭州 730070;2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070)
青飼玉米(Zea mays)通常被制作成優(yōu)質(zhì)青貯飼料用來(lái)飼喂牲畜,具有較高消化能、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富等優(yōu)良特性。隨著農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的發(fā)展和種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要,特別是規(guī)?;B(yǎng)殖的逐步壯大,優(yōu)質(zhì)青貯玉米的市場(chǎng)需求增大。武威市位于甘肅西北部,其緊緊遵循“糧草兼顧、種養(yǎng)結(jié)合、循環(huán)發(fā)展”的原則,大幅縮減籽粒玉米種植面積,大力發(fā)展以青貯玉米為主的優(yōu)質(zhì)飼草種植產(chǎn)業(yè)[1],為此前人做了大量品種篩選試驗(yàn)。李斌和張國(guó)龍[2]通過(guò)對(duì)種植15 個(gè)青飼玉米品種進(jìn)行產(chǎn)量比較試驗(yàn),篩選出了‘武科615’等鮮草產(chǎn)量較高的優(yōu)質(zhì)青飼品種;秦偉娜等[3]在灌溉區(qū)武威黃羊鎮(zhèn)種植不同青飼玉米品種并進(jìn)行青貯試驗(yàn),篩選出‘金凱3 號(hào)’、‘北農(nóng)青貯208’等優(yōu)質(zhì)品種,而關(guān)于添加乳酸菌制劑對(duì)不同青飼玉米品種發(fā)酵品質(zhì)的影響研究少見(jiàn)報(bào)道。
自然青貯的玉米,其自身所攜帶的乳酸菌數(shù)量有限,易造成腐敗菌迅速生長(zhǎng),導(dǎo)致青貯玉米干物質(zhì)的損失以及蛋白質(zhì)水解等,使青貯飼料品質(zhì)下降[4]。而添加乳酸菌制劑,可促進(jìn)有機(jī)酸的產(chǎn)生快速降低pH 以加快發(fā)酵進(jìn)程,從而抑制腐敗菌的增殖來(lái)減少青貯飼料營(yíng)養(yǎng)流失,改善青貯品質(zhì)[5]。研究表明,李君臨等[6]通過(guò)在多年生黑麥草(Lolium perenne)中添加不同濃度乳酸菌進(jìn)行青貯發(fā)酵,發(fā)現(xiàn)隨著乳酸菌添加濃度的增加,青貯發(fā)酵品質(zhì)更佳;郭天龍等[7]在甜菜(Beta vulgaris)莖葉中加入乳酸菌制劑進(jìn)行青貯發(fā)酵后其干物質(zhì)、乳酸含量上升,酸性洗滌纖維、氨態(tài)氮含量下降,因此在制作青貯玉米過(guò)程中添加乳酸菌制劑進(jìn)行青貯發(fā)酵的方式可提高青貯玉米的青貯發(fā)酵品質(zhì)。
本研究對(duì)種植在灌溉區(qū)(武威) 10 個(gè)青飼玉米品種在蠟熟期2/3 乳線時(shí)刈割后進(jìn)行乳酸菌添加劑處理,通過(guò)對(duì)比分析供試品種的營(yíng)養(yǎng)成分和發(fā)酵品質(zhì),得出乳酸菌制劑對(duì)灌溉區(qū)不同青飼玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響,為優(yōu)質(zhì)青貯玉米的推廣及其加工調(diào)制提供參考依據(jù)。
武威黃羊鎮(zhèn)(灌溉區(qū))位于甘肅西北部,地理坐標(biāo)為36°29′~39°27′ N,101°49′~104°16′ E,是古老的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū),溫帶大陸干旱氣候,干旱少雨、日照充足、晝夜溫差大。年平均降水量225 mm,年蒸發(fā)量2 020 mm,年平均溫度7.7 ℃,無(wú)霜期150 d 左右。
供試材料為10 個(gè)專用型青飼玉米品種,分別為‘桂青貯1 號(hào)’、‘隴單339’、‘隴單10 號(hào)’、‘利農(nóng)368’、‘金凱3 號(hào)’、‘金穗715’、‘豫青貯23’、‘北農(nóng)青貯208’、‘和盛5288’、‘蜀玉201’,各品種原料營(yíng)養(yǎng)成分如表1 所列。
表1 青貯玉米原料營(yíng)養(yǎng)成分Table 1 Nutrient composition of silage corn raw materials%
試驗(yàn)所用青貯添加劑為 Sila-Max (乳酸菌制劑,購(gòu)自美國(guó)瑞科公司,主要成分是植物乳酸桿菌發(fā)酵產(chǎn)物、乳酸片球菌發(fā)酵產(chǎn)物、純化纖維素酶、低聚糖),添加量為0.002 5 g·kg-1。
試驗(yàn)分別將10 個(gè)品種的青飼玉米種植于武威黃羊鎮(zhèn)(灌溉區(qū)),在蠟熟期2/3 乳線時(shí)進(jìn)行刈割鍘短后采用桶裝青貯。每個(gè)品種兩個(gè)處理,對(duì)照組(CK)噴灑蒸餾水(5 mL·kg-1),乳酸菌制劑組噴灑添加劑Sila-Max,添加量為0.002 5 g·kg-1,即每0.002 5 g溶解于5 mL 蒸餾水后均勻噴灑于1 kg 原料,每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù)。青貯桶體積為20 L,裝填后每桶重量約13 kg,青貯密度為650 kg·m-3。青貯60 d 后開(kāi)桶,取樣進(jìn)行青貯飼料營(yíng)養(yǎng)成分及發(fā)酵品質(zhì)評(píng)定。
1.4.1 營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)測(cè)定
開(kāi)封時(shí),取出青貯樣稱取鮮重后,在65 ℃烘箱內(nèi)烘干48 h,稱取風(fēng)干重后粉碎,過(guò)0.45 mm 篩,制成風(fēng)干樣,用于常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定。
干物質(zhì)(dry matter, DM)含量采用105 ℃烘干法測(cè)定[8];粗蛋白(crude protein, CP)含量采用凱氏定氮法測(cè)定[9];中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)采用范氏洗滌纖維法測(cè)定[8];粗灰分(crude ash, Ash)含量在茂福爐550 ℃下灼燒5 h 測(cè)定[8];水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate, WSC)含量采用蒽酮-硫酸比色法測(cè)定[10];粗脂肪(ether extract, EE)含量采用索氏浸提法測(cè)定[11];單糖(ESC,不能再水解的糖類,是葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等的總和)含量采用蒽酮比色法測(cè)定[3];淀粉(starch)含量采用分光光度法測(cè)定[12]。
1.4.2 發(fā)酵指標(biāo)測(cè)定
準(zhǔn)確稱取30 g 混勻青貯樣品放入勻漿機(jī),加入270 mL 蒸餾水,勻質(zhì)3 min,4 層紗布過(guò)濾得到浸提液,用于發(fā)酵參數(shù)的測(cè)定[13]。
使用pH 計(jì)(P611 型)測(cè)定pH,采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定氨態(tài)氮(NH3-N)[14],使用SHI-MADZE-10A 型高效液相色譜分析浸提液的乳酸(lactic acid,LA)、 乙 酸 (acetic acid, AA)、 丁 酸(butyric acid,BA)含量,分析條件:色譜柱 (Shodex Rspak KC-811),檢 測(cè) 器 (SPD-M10Avp),流 動(dòng) 相:3 mmol·L-1高氯酸溶液,流速1 mL·min-1,柱溫50 ℃,檢測(cè)波長(zhǎng)210 nm,進(jìn)樣量5 μL[15]。
1.4.3 綜合評(píng)價(jià)體系
應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。選用DM、干物質(zhì)損失率(dry matter loss rate, DMLR)、CP、ADF、NDF、EE、Ash、Starch、ESC、WSC、pH、LA、AA、BA、NH3-N 15 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重比較,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型,進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析和綜合評(píng)價(jià)。選取青貯玉米各項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)值為參考列,記為{X0(k)} (k= 1, 2, 3, …,n),將參試品種的各項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)成比較數(shù)列,即參評(píng)指標(biāo)觀測(cè)值集合,記為{Xi(k) } (i= 1, 2, 3, …,m;k= 1, 2, …,n)。參試品種以X 表示,性狀以k表示,各參試品種X 在性狀k處的值構(gòu)成比較數(shù)列 Xi,X0為構(gòu)建的理想?yún)⒖计贩N[16-17]。參考判斷矩陣法給各指標(biāo)賦權(quán)重。
式中:εi(k)為X0與Xi在第k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)[18]。ρ為分辨率系數(shù),ρ∈(0,1),該研究取值0.5。關(guān)聯(lián)系數(shù)越大表明參試品種與參考品種的關(guān)聯(lián)度大。
用Excel 2010 完成進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和作圖,數(shù)據(jù)均以“平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤”,采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行各指標(biāo)品種與乳酸菌制劑的雙因素方差分析,不同處理各指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA),差異顯著性用LSD 法進(jìn)行多重比較(P< 0.05)。
2.1.1 纖維類養(yǎng)分及粗蛋白含量的變化
品種、Sila-Max 及二者的交互作用對(duì)NDF 含量有極顯著影響(P< 0.01),品種、二者交互作用對(duì)ADF 含量有極顯著影響(P< 0.01),品種對(duì)CP 含量有極顯著影響(P< 0.01) (表2)。
如表2 所示,對(duì)照組‘隴單339’的ADF 含量顯著低于除‘和盛5288’以外的其他品種(P< 0.05),‘蜀玉201’的CP 含量相對(duì)較高,分別顯著高于‘利農(nóng)368’、‘金穗715’、‘北農(nóng)青貯208’ 10.23%、11.40%和9.22%(P< 0.05);Sila-Max 組:‘隴單10 號(hào)’、‘蜀玉201’的ADF、NDF 含量相對(duì)較低,均顯著低于‘桂青貯1號(hào)’、‘利農(nóng)368’、‘豫青貯23’、‘北農(nóng)青貯208’ (P< 0.05),‘桂青貯1 號(hào)’、‘金凱3 號(hào)’、‘豫青貯23’、‘北農(nóng)青貯208’和‘蜀玉201’的CP 含量顯著高于‘利農(nóng)368’、‘金穗715’、‘和盛5288’(P< 0.05)。與對(duì)照相比,加入Sila-Max 后,‘隴單10 號(hào)’、‘蜀玉201’的ADF 含量顯著降低22.17%和34.30% (P< 0.05);‘隴單10’、‘北農(nóng)青貯208’、‘蜀玉201’的NDF 含量顯著降低 20.40%、13.59%和30.01% (P< 0.05);‘北農(nóng)青貯208’的CP 含量顯著升高8.41% (P< 0.05)。
表2 不同青飼玉米品種纖維類及粗蛋白含量的變化Table 2 Changes in fiber and crude protein contents of different green maize cultivars%
2.1.2 干物質(zhì)及灰分含量的變化
品種對(duì)DM 含量、DMLR、Ash 含量有極顯著影響(P< 0.01) (表3)。對(duì)照組 ‘隴單339’的DM 含量顯著高于其他品種(P< 0.05),‘金穗715’、‘豫青貯23’的DMLR 顯著低于其他品種,‘金穗715’的Ash含 量 最 低;Sila-Max 組‘隴 單339’、‘金 穗715’的DM 含量顯著高于除‘隴單10 號(hào)’以外的其他品種(P<0.05),‘金穗715’、‘豫青貯23’的DMLR 顯著低于其他品種,‘隴單10 號(hào)’的Ash 含量最低。與對(duì)照相比,加入Sila-Max 后,‘隴單10 號(hào)’的DM 含量顯著高于對(duì)照;‘和盛5288’的DMLR 顯著高于對(duì)照。
表3 不同青飼玉米品種干物質(zhì)及粗灰分含量的變化Table 3 Changes in dry matter and crude ash contents of different green maize cultivars%
2.1.3 碳水化合物及脂肪類成分含量的變化
品種、二者的交互作用對(duì)Starch、WSC 含量有極顯著影響(P< 0.01) (表4),品種、Sila-Max 及二者的交互作用對(duì)ESC 含量有極顯著影響(P< 0.01),品種對(duì)EE 含量有極顯著影響(P< 0.01)。
表4 不同青飼玉米品種糖類、脂肪成分含量的變化Table 4 Changes in carbohydrates and ether extract of different green maize cultivars%
對(duì)照組 ‘隴單339’的Starch 含量顯著高于其他品種(P< 0.05),‘豫青貯23’的EE 含量最高且顯著高于‘桂青貯1 號(hào)’、‘隴單339’、‘隴單10 號(hào)’、‘利農(nóng)368’、‘蜀玉201’ (P< 0.05),‘北農(nóng)青貯208’的WSC 含量顯著高于其他品種(P< 0.05),‘桂青貯1 號(hào)’、‘北農(nóng)青貯208’的ESC 含量顯著高于其他品種(P< 0.05);Sila-Max 組 ‘隴單339’、‘隴單10 號(hào)’、‘和盛5288’、‘蜀玉201’的Starch 含量顯著高于其他品種(P< 0.05),‘豫青貯23’的EE 含量顯著高于其他品種(P< 0.05),‘北農(nóng)青貯208’的WSC 和ESC 含量均顯著高于其他品種(P< 0.05)。與對(duì)照相比,加入Sila-Max 后,‘隴單339’、‘豫青貯23’、‘北農(nóng)青貯208’、‘和盛5288’的WSC 含量顯著升高86.96%、17.42%、13.64%和41.70%(P< 0.05),‘桂青貯1 號(hào)’、‘隴單10 號(hào)’、‘蜀玉201’的WSC 含量顯著降低19.15%、62.67% 和65.53%;‘桂青貯1號(hào)’、‘隴單10號(hào)’、‘利農(nóng)368’、‘蜀玉201’的ESC含量顯著降低9.95%、38.93%、14.63% 和33.61%;‘隴單339’、‘豫青貯23’的Starch 含量顯著降低(P<0.05),‘隴單10 號(hào)’的Starch 含量顯著升高94.80%。
品種、Sila-Max 及二者的交互作用對(duì)LA、AA含量有極顯著影響(P< 0.01) (表5),品種對(duì)pH、NH3-N 含量有極顯著影響(P< 0.01)。
表5 不同青飼玉米品種青貯發(fā)酵品質(zhì)的變化Table 5 Changes in fermentation quality of silage in different green maize cultivars
對(duì)照組和Sila-Max 組:‘桂青貯1 號(hào)’、‘金凱3 號(hào)’pH 均 顯 著 低 于 其 他 品 種(P< 0.05),‘隴單339’、‘金穗715’、‘蜀玉201’的NH3-N 含量均較低,‘桂青貯1 號(hào)’、‘金凱3 號(hào)’的LA 含量均顯著高于其他品種(P< 0.05),‘豫青貯23’、‘北農(nóng)青貯208’的AA 含量均顯著高于其他品種(P< 0.05)。與對(duì)照相比,加入Sila-Max 后,‘桂青貯1 號(hào)’、‘隴單339’、‘隴單10 號(hào)’、‘利農(nóng)368’、‘金凱3 號(hào)’、‘金穗715’、‘豫青 貯23’、‘北 農(nóng) 青 貯208’LA 含 量 后 顯 著 升高18.41%、18.44% 、9.11% 、22.17% 、19.94% 、8.32%、18.49%和20.87% (P< 0.05),‘蜀玉201’顯著降低12.42%;‘隴單339’、‘隴單10 號(hào)’、‘金凱3 號(hào)’、‘金穗715’、‘北農(nóng)青貯208’AA 含量顯著升高128.38%、71.88%、20.35%、32.95%和32.83% (P< 0.05);‘隴單10 號(hào)’NH3-N 含量顯著降低(P< 0.05);各品種BA 含量均較低且加入Sila-Max 后與對(duì)照無(wú)顯著差異。
關(guān)聯(lián)值越大,樣本數(shù)列與參考數(shù)列的關(guān)系就越接近,說(shuō)明其綜合品質(zhì)越好?;疑P(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明(表6):對(duì)照組,青貯品質(zhì)較好的品種依次為‘隴單339’、‘金穗715’、‘和盛5288’;Sila-Max 組,青貯品質(zhì)較好的品種依次為‘北農(nóng)青貯208’、‘豫青貯23’、‘金穗715’、‘蜀玉201’、‘桂青貯1 號(hào)’。
表6 灰色關(guān)聯(lián)度綜合評(píng)價(jià)Table 6 Comprehensive evaluation of grey relational degree
本研究中方差分析表明各品種對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分含量有極顯著的影響,孫志強(qiáng)等[19]研究中也表明不同品種的全株玉米青貯飼料發(fā)酵后其ADF、CP、WSC 含量有差異。本研究通過(guò)青貯試驗(yàn)篩選出最優(yōu)品種為‘北農(nóng)青貯208’,其CP 含量較高,且WSC、ESC 含量顯著高于除‘桂青貯1 號(hào)’以外的其他品種(P< 0.05),這與秦偉娜等[3]研究中篩選出的最優(yōu)品種一致,說(shuō)明其適合作為青飼品種進(jìn)一步青貯加工。營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的好壞直接決定著青貯飼料的優(yōu)劣,其中CP、纖維是反映青貯飼料品質(zhì)的重要指標(biāo),CP 的消化吸收受纖維含量的影響,纖維含量越低越利于CP 的吸收利用[20],本研究中,各品種青貯玉米CP 含量均符合國(guó)家二級(jí)青貯玉米(CP ≥ 7%)要求[21]。青貯前后對(duì)比,‘和盛5288’的 ADF、NDF 含量均較低,‘金凱3 號(hào)’CP 含量均較高,而‘利農(nóng)368’青貯前后CP 含量均較低,這表明原料成分差異會(huì)對(duì)青貯飼料營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)生影響[21],同時(shí)本研究中,青貯前‘北農(nóng)青貯208’CP 含量最高(表1),但自然青貯后其CP 含量較低,在加入乳酸菌制劑后進(jìn)行青貯其CP 含量則顯著升高,這表明各品種營(yíng)養(yǎng)成分差異除了與原料自身營(yíng)養(yǎng)有關(guān)[19],也可能是由于玉米原料的營(yíng)養(yǎng)成分不同,影響了青貯過(guò)程中微生物菌群的結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律[22],導(dǎo)致各品種發(fā)酵效果不一;近年來(lái),國(guó)內(nèi)牧場(chǎng)對(duì)青貯飼料要求Starch 含量要達(dá)到30%[23],本研究中‘蜀玉201’、‘和盛5288’等品種達(dá)到要求,但由于品種差異[21],‘桂青貯1 號(hào)’等品種Starch 含量較低。
本研究中青飼玉米品種對(duì)發(fā)酵指標(biāo)影響顯著,說(shuō)明不同品種間發(fā)酵品質(zhì)差異較大,可能是由于各品種原料糖含量、表面微生物等不同而引起的差異[24]。任麗娟[25]的研究中采集33 個(gè)品種的全株玉米青貯飼料進(jìn)行發(fā)酵品質(zhì)分析表明不同品種LA 含量存在極顯著差異,而本研究中品種對(duì)青貯玉米LA 含量也產(chǎn)生了極顯著影響。研究表明,LA 含量是評(píng)價(jià)青貯飼料質(zhì)量的重要指標(biāo),LA 含量高表明青貯發(fā)酵充分,而B(niǎo)A 含量代表梭菌等有害微生物的增殖[26],本研究中‘金凱3 號(hào)’和‘桂青貯1 號(hào)’的LA 含量顯著高于其他品種(P< 0.05),‘豫青貯23’、‘北農(nóng)青貯208’的AA 含量顯著高于其他品種(P<0.05),同時(shí)各品種BA 含量均較低,這可能是由于
LA 含量升高,pH 迅速下降,抑制了丁酸梭菌、腸細(xì)菌等有害微生物的生長(zhǎng),從而使BA 含量低[27]。NH3-N 增高意味著蛋白質(zhì)的流失,因此優(yōu)質(zhì)青貯玉米的重要特點(diǎn)之一是NH3-N 含量低[28],本研究中‘隴單339’、‘隴單10 號(hào)’、‘金穗715’、‘蜀玉201’的NH3-N 含量均較低。
方差分析表明乳酸菌制劑會(huì)對(duì)青貯品質(zhì)(乳酸、乙酸) 產(chǎn)生顯著影響。本研究中‘隴單10 號(hào)’、‘蜀玉201’在添加乳酸菌制劑后纖維含量顯著下降(P< 0.05),WSC、ESC 含量顯著下降(P< 0.05),說(shuō)明乳酸菌制劑中的纖維素酶分解其纖維轉(zhuǎn)化為糖類供乳酸菌繁殖,因此提升了青貯品質(zhì),而王瑩和玉柱[29]的研究中也表明在紫花苜蓿(Medicago sativa)中添加乳酸菌進(jìn)行青貯試驗(yàn)顯著降低了苜蓿纖維含量。本研究表明加入乳酸菌制劑后,‘和盛5288’的DMLR 顯著升高,而其余品種DMLR 及Ash 含量均無(wú)顯著差異,類似研究表明在棉花(Gossypiumspp.)秸稈中添加乳酸菌對(duì)青貯飼料的DM、EE、NDF、ADF 和Ash 含量無(wú)顯著影響[30],而‘北農(nóng)青貯208’在加入乳酸菌制劑后,其CP 含量顯著上升(P<0.05),這可能是由于‘北農(nóng)青貯208’與其他玉米品種相比其原料所攜帶的乳酸菌數(shù)量相對(duì)較少,從而導(dǎo)致自然青貯下有害菌分解CP,而加入乳酸菌制劑后,pH 迅速下降抑制有害菌生長(zhǎng)[31],從而保存CP 導(dǎo)致其含量顯著上升。pH 是衡量青貯飼料品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[30]。本研究中各個(gè)品種pH 均低于4.0,符合優(yōu)良青貯飼料品質(zhì)要求,本研究乳酸菌制劑處理下各品種青貯玉米的pH 與對(duì)照組無(wú)顯著差異,這可能是由于全株玉米原料具有大量可溶性糖,且附著的乳酸菌數(shù)量足夠啟動(dòng)發(fā)酵進(jìn)程[19],從而快速降低了pH。LA 和AA 的含量越高則青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)越好[32],本研究中‘北農(nóng)青貯208’、‘金穗715’等在加入乳酸菌制劑后,其LA、AA 含量升高,這可能是由于乳酸菌大量繁殖分解糖類,使得大量產(chǎn)酸,因此提高部分品種玉米青貯發(fā)酵品質(zhì),但由于品種差異,發(fā)酵效果不一。
本研究表明添加乳酸菌制劑后青貯發(fā)酵品質(zhì)較好的品種有‘北農(nóng)青貯208’、‘豫青貯23’、‘金穗715’、‘蜀玉201’、‘桂青貯1 號(hào)’。