秸秆黄贮优化方案及其对小麦、玉米、油菜秸秆处理的影响

马广英，张文举，徐清华，赵新伟

（石河子大学动物科技学院，新疆 832003）

营养与饲料

秸秆黄贮优化方案及其对小麦、玉米、油菜秸秆处理的影响

马广英，张文举，徐清华，赵新伟

（石河子大学动物科技学院，新疆 832003）

采用3×3正交试验设计对黄贮发酵参数（黄贮菌种，黄贮周期，辅料）进行优化，发酵底物为小麦秸秆，发酵完成后对各组贮料进行优化指标pH值的评定，从而确定小麦秸秆黄贮的最优水平组合。之后应用最优组合方案对玉米、油菜秸秆进行发酵，测定小麦、玉米、油菜3种秸秆在发酵前后营养价值（DM、CP、NDF、ADF、Ash、OMD）的变化。结果显示：小麦秸秆发酵完成后各处理组的pH值较处理前均有所降低；确定了以EM百益宝菌液为黄贮菌种，以35 d为黄贮周期，以玉米、麦麸、食盐、纤维素酶为辅料的最优组合方案；小麦秸秆发酵后DM、NDF含量较处理前极显著下降（P< 0.01），ADF含量较处理前显著下降（P<0.05)，Ash含量有所下降（P>0.05），CP含量和OMD有所升高（P>0.05）；玉米秸秆发酵后NDF、ADF含量较处理前极显著下降（P<0.01），DM和Ash含量有所下降（P>0.05），CP含量极显著升高（P<0.01），OMD有所升高（P>0.05）。

秸秆；黄贮；优化方案；营养价值

我国作为农业大国，玉米、小麦、油菜等此类农作物的秸秆每年可达7.2亿t。由于秸秆类粗饲料纤维素含量高，粗蛋白（crude protein,CP）含量较低，适口性较差，作为家畜越冬的干草料，其营养价值和利用率较低，所以绝大多数都被焚烧，只有15%得到利用，造成了资源浪费和环境污染。目前秸秆的生物处理方法包括青贮和黄贮，青贮技术已经得到了广泛应用，黄贮研究较少。农作物秸秆经黄贮发酵后可降低秸秆的pH值，提高反刍动物的采食量和饲料消化率，同时还能长期保存。因此，如何提高黄贮饲料的品质显得尤为重要。黄贮的关键因素包括添加的辅料、发酵周期以及微生物制剂的种类等因素。据孙娟娟等［1］研究报道，小麦黄贮饲料中添加纤维素酶和乳酸菌剂后感官综合评定分值显著提高，秸秆中性洗涤纤维（neutral detergent fiber,NDF）含量和pH值显著降低（P<0.05），CP含量显著提高。王富生等［2］报道，玉米黄贮秸秆中添加纤维素酶和乳酸后NDF含量由原来的35.3%降低到25.3%，CP由原来的5.48%提高到6.15%。Han等［3］报道玉米秸秆黄贮中添加酵母菌后ADF（酸性

洗涤纤维）和NDF较原料组分别降低10.82%和3.79%。本研究通过正交试验设计选择多组试验条件组合对小麦秸秆进行黄贮参数优化研究，利用最优水平组处理玉米、油菜秸秆，然后评定处理前后营养价值的变化，以期为生产推广奠定一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

小麦秸秆和玉米秸秆皆由石河子大学农学院实验基地提供；油菜秸秆由新疆伊犁哈萨克自治州昭苏县提供；百益宝EM菌种（005421）主要菌种成分：乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌、放线菌、光合细菌，购自郑州百益宝生物技术有限公司；青贮乳酸杆菌（Q/HDCXG0002—2012）主要菌种成分：乳酸菌、戍糖片球菌，购自天康生物股份有限公司；秸秆发酵剂（Q/TY—2004）主要菌种成分：乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌，购自乌鲁木齐海星生物科技有限公司；辅料：食盐，玉米，麦麸，糖蜜均购自石河子农贸市场；复合纤维素酶（A-F831）主要成分：纤维素酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、α-淀粉酶、半乳糖苷酶等，购自石河子泰昆饲料厂；哈萨克羯羊瘤胃液采自石河子西部牧业屠宰场。雷磁PHS-3C精密pH计，上海精密科学仪器有限公司生产；微型植物粉碎机（FZ-102，北京），电子天平（BS224，上海）。

1.2 小麦黄贮条件参数优化

采用3×3正交试验设计（见表1）对小麦秸秆进行实验室小批量黄贮发酵，每个处理3个重复。A1、A2、A3代表黄贮菌种；B1、B2、B3代表不同的黄贮周期；C1、C2、C3代表不同的黄贮辅料，CK组（空白对照）为不加任何菌种和辅料的秸秆黄贮。

表1 小麦黄贮条件参数的正交设计L9（34）

1.2.1 小麦黄贮的制作 小麦秸秆铡切为2～5 cm的小段，装入真空聚乙烯袋中，每袋500 g，将发酵用的3种菌剂进行活化，配置成1 000 mL的菌液，按添加量均匀撒于小麦秸秆，和已添加的辅料混匀。小麦秸秆的水分控制在65%～70%，压实将空气排出，最后用封口膜封口，置于室温进行发酵［4］。

1.2.2 黄贮条件参数优化指标pH值的测定 发酵完成后，取10 g小麦黄贮样品放入自封袋中，加入90 mL去离子水，轻揉数次，使之完全混匀，用组织捣碎机搅拌1 min，再放入4℃冰箱中静置24 h，取出用过滤器进行过滤，滤出草渣得到浸出液，应用精密pH值计测定滤液的pH值，每次做2个重复，pH评分可参照李晓霞［5］报道的方法评定，见表2。

表2 黄贮pH值评定标准

1.3 秸秆黄贮前后营养成分的测定

选择小麦黄贮最优水平组合作为玉米、油菜秸秆的发酵条件，制作方法同小麦秸秆黄贮发酵。测定发酵前后小麦、玉米、油菜中干物质（DM）、CP、NDF、ADF、灰分（Ash）的含量以及有机物降解率（OMD）。

DM和Ash采用烘干法测定；CP采用凯氏定氮法测定；NDF和ADF分别采用范氏中性洗涤纤维法和酸性洗涤纤维法测定；OMD采用Menke的体外产气量法测定。

1.4 统计分析

测得的数据采用EXCEL整理，应用DPSv6.05统计软件对3因子3水平的正交试验数据进行极差分析与方差分析，再应用SPSS18.0对秸秆处理前后营养成分数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 小麦秸秆黄贮发酵条件参数的优化

利用DPSV6.05统计软件的正交设计得到L9（34）正交表（见表3），共9个处理，每个处理设3个重复。利用DPSv6.05统计软件对正交试验结果进行方差分析，结果见表3。从表3可以得出，对优化指标pH值影响的主次效应因素顺序为：黄贮菌种>黄贮周期>辅料。对照组发酵处理后，品质极差，腐臭、粘结、变色严重，表明发酵失败。

通过对A（菌种）因素的各水平极差及方差分析可以看出，K2、K3水平间差异不显著（P>0.05），但K1与K2、K3水平间差异极显著（P<0.01），且K1水平的pH值低于K2、K3的水平，表明K1水平为秸秆黄贮发酵的最优水平。通过对B（黄贮周期）因素的各水平极差及方差分析可以看出，K1，K2水平间差异不显著（P>0.05），但K3与K1、K2

水平间差异极显著（P<0.01），且pH值都低于K1、K2水平，表明K3水平为黄贮发酵的最优水平。通过对C（辅料）因素的各水平极差及方差分析可以看出，K1与K2、K3水平间差异极显著（P<0.01），pH值大于K2、K3水平；K2、 K3水平间差异显著（P<0.05），且K2水平pH值最低，为黄贮发酵最优水平。综上所述，本次试验的优化结果为：A1、B3、C2为最优组合，即黄贮菌种为EM益生菌，黄贮周期35d，辅料为玉米、食盐、麦麸、纤维素酶组合。

表3 黄贮条件参数的正交设计试验结果

2.2 黄贮最优组合方案发酵对秸秆营养价值的影响

2.2.1 黄贮最优组合方案发酵对小麦秸秆营养价值的影响 由表4可知，处理后的小麦秸秆DM、NDF含量较处理前极显著下降（P<0.01），ADF含量较处理前显著下降（P<0.05），Ash含量比处理前有所下降（P>0.05），CP、OMD含量较处理前均有所升高（P＞0.05）。

表4 最优方案黄贮对小麦秸秆营养成分含量的影响%

2.2.2 黄贮最优组合方案发酵对玉米秸秆营养价值的影响 由表5可知，处理后CP含量较处理前极显著升高（P<0.01），NDF、ADF含量较处理前极显著下降（P< 0.01），DM和Ash含量比处理前有所下降（P>0.05），OMD比处理前升高（P>0.05）。

表5 最优方案黄贮对玉米秸秆营养成分含量的影响%

2.2.3 黄贮最优组合方案发酵对油菜秸秆营养价值的影响 由表6可知，处理后CP、OMD含量较处理前有所升高（P>0.05），NDF、ADF、DM和Ash含量较处理前有所下降（P＜0.05）。

表6 最优方案黄贮对油菜秸秆营养成分含量的影响%

3 讨论

3.1 黄贮最优参数组合的筛选

在厌氧条件下，黄贮饲料中添加的微生物菌剂在秸秆发酵过程中会产生大量的有益微生物菌体及代谢产物，如氨基酸、有机酸、维生素等，这些物质使得秸秆质地变得柔软，有芳香味，提高了感官品质；它们还可以将秸

秆中大量的纤维素、半纤维素及一些木质素进行降解转化为易发酵的糖类，而这些糖类经过有机酸发酵转化为乳酸和挥发性脂肪酸，使得秸秆饲料的pH值降低，抑制丁酸菌和霉菌等一些有害菌的繁殖［6］。EM百益宝菌液中含有的有益微生物种类多，可以将更多的糖类转化为乳酸和挥发性脂肪酸，从而降低了pH值，改善了秸秆品质。据报道［7］，光合细菌在不同环境下具有多种异氧功能（固氮、脱氢、固碳，硫化物氧化等），芽孢杆菌能有效裂解大量碳水化合物、脂肪、蛋白质形成小的单位。添加的纤维素酶能将黄贮原料的结构性碳水化合物降解为单糖或双糖，为黄贮发酵提供更多的可溶性碳水化合物，促进了乳酸的发酵，软化秸秆的同时可降低pH值。除此之外，黄贮的周期作为一项重要的参数，由于受不同季节、不同温度条件的影响而有所不同；刘兴义等［8］报道，开窖时间一般为25～40 d。夏季温度高，黄贮时间可短一些；冬季温度低，黄贮时间需长一些。本试验是在7月份进行的，理论上发酵时间要大于25 d，小于40 d。

3.2 黄贮最优组合方案发酵对小麦、玉米和油菜秸秆营养成分含量的影响

秸秆中的DM、ADF、NDF含量越高，其细胞壁成分含量越高，直接影响秸秆的硬度和适口性，家畜采食后消化率也较低。小麦、玉米、油菜秸秆黄贮后，DM、ADF、NDF、Ash含量较黄贮前降低，其中小麦秸秆DM、NDF含量极显著下降（P<0.01），ADF含量显著下降（P<0.05）；玉米、油菜秸秆中ADF、NDF含量极显著下降（P<0.01），这可能是由于黄贮辅料中纤维素酶作用的结果，纤维素酶可以分解纤维素、半纤维素、果胶等细胞壁成分，植物细胞壁在纤维素酶的作用下崩解，充分释放细胞内容物，从而降低了秸秆中NDF、ADF的含量，提高了秸秆的营养价值，这与孙娟娟等［1］报道的添加纤维素酶可使小麦黄贮饲料NDF含量显著降低的结果基本一致。CP含量是衡量粗饲料饲用价值的重要指标，秸秆黄贮后CP含量升高，其中玉米秸秆CP含量极显著升高（P<0.01），这与王富成等［2］的报道一致，主要由于乳酸菌制剂能将可溶性碳水化合物转化为乳酸，使pH值显著降低，抑制了蛋白酶的活性和有害菌如梭菌的繁殖，降低了蛋白质的降解，并将纤维部分转化为菌体蛋白，增加了黄贮秸秆中CP的含量。本研究中OMD是根据DM体外培养至24 h时的产气量估算所得，体外发酵的产气量作为预测黄贮饲料消化率的重要参数，黄贮发酵后小麦、玉米、油菜3种秸秆的OMD较发酵前升高，说明秸秆发酵处理后可提高有机物质的消化率。

4 结论

1）秸秆经黄贮后pH值有所降低，改善了贮料品质。

2）小麦黄贮发酵参数优化结果为A1、B3、C2组合；即黄贮菌剂为EM百益宝菌液，黄贮周期35 d，辅料为食盐、玉米、麦麸、纤维素酶组合。

3）经过黄贮最优组合方案对小麦、玉米、油菜秸秆发酵，秸秆的营养价值以及有机物的降解率明显提高。其中以玉米、小麦秸秆处理效果最佳。

［1］孙娟娟，玉柱，薛艳林，等.不同添加剂处理对小麦秸秆黄贮饲料发酵品质的影响［J］.中国畜牧兽医，2007,43（23）：52-55.

［2］王富生,马俊孝,任红卫,等.微生物青贮剂在玉米秸秆黄贮中的作用［J］.山东大学学报：理学版,2004,39(2）:112-115.

［3］Han K J，Collins M，Vanzant E S，et al.Bale density and moisture effects on alfalfa round bale silage［J］.Crop Sci，2004，44（3）：914-919.

［4］张子仪.中国饲料学［M］.北京：中国农业出版社，2000：20-25.

［5］李晓霞.不同添加剂对8种牧草青贮效果的影响［D］.兰州：甘肃农业大学，2008.

［6］冯修义.秸秆黄贮的效果观察［J］.中国畜禽种业，2012（9）：64.

［7］徐良梅，滕小华.光合细菌的基本特性及在水产上的应用［J］.东北农业大学学报，2005，36（2）：230-234.

［8］刘兴义，汤灵姿.玉米秸秆黄贮饲料的调制［J］.新疆畜牧业，2006（3）：55-56.

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Optimization of Yellow Storage and Its Application Effects in Wheat,Corn,Rape Straw

Ma Guang-ying,Zhang Wen-ju,Xu Qing-hua,et al
（College of Animal Science&Technology,Shihezi University,Shihezi 832003,Xinjiang,China）

A 3×3 orthogonal experiment design was applied to study the optimal combination scheme of yellow storage of wheat straw（bacteria,time and accessories），then the effects of the optimal combination scheme on corn，rape straw were tested.The results showed that the pH values in yellow storage with wheat straw decreased；the optimal bacteria was EM bacilli，the optimal time was 35 d；the optimal accessories was wheat bran，salt，cellulase.In wheat straw，the DM，NDF decreased（P<0.01），the ADF decreased（P<0.05），the ash decreased（P>0.05），the CP and OMD increased（P>0.05）；in corn straw，the NDF，ADF decreased（P<0.01），the DM and ash decreased（P>0.05），the CP increased（P<0.01），the OMD increased（P>0.05）；in rape straw，no significant variations in the CP，OMD，NDF，ADF，DM and ash were found.

straw；yellow storage；optimization

S816.5+3

A

2095-3887（2014）02-0024-04

10.3969/j.issn.2095-3887.2014.02.008

2013-12-18

农业部公益性行业（农业）科研专项（201303062）

马广英（1988-），女，硕士研究生。

张文举（1966-），男，教授，博导。研究方向：饲料资源开发与利用。