正交试验法优化玉米秸秆穰叶青贮发酵剂的研究

刘海燕，张鹏举，王秀飞，王彦靖，李信涛，刘晓辉，王伟霞，谭成成，刘 鹏，张永锋

（吉林省农业科学院，吉林长春 130033）

玉米秸秆是北方草食家畜主要的粗饲料来源，籽实收获后，大多数的玉米秸秆已经黄化，黄化后的秸秆纤维含量高、可溶性碳水化合物低、附生微生物减少（孙文等，2010）。目前秸秆的饲料化预处理技术虽然研究较多，但仍存在很多局限性，总体来讲，综合的预处理方法比单一预处理效果更好，秸秆的利用率更高（郑梦莉等，2017）。青贮添加剂处理能够明显改善作物秸秆青贮饲料的发酵品质，提高作物秸秆的饲用价值 （薛艳林等，2007）。玉米秸秆各部位的成分是不同的（Berchem 等，2017），其外皮和髓相互干扰，给许多利用方法带来了难以解决的障碍 （刘丽玲，2011），并且，玉米秸秆的皮、髓、叶各部分所含成分不一样，髓和叶片中含有丰富的糖类、蛋白质等营养物质，可以作为反刍动物饲料，有试验结果表明，秸秆穰、叶的营养价值较高（周涛等，2015；Li等，2014；闫贵龙等，2006）。用纤维素酶和乳酸菌处理，既可降低秸秆的纤维含量，又可将生成的还原糖转化成乳酸，不仅可提高秸秆的消化率、改善饲料品质，还有利于饲料的长期保存（王富生等，2004），发酵品质和饲用价值均得到改善。玉米秸秆青贮时添加纤维素酶、木聚糖酶可提高青贮秸秆中乳酸含量和氨态氮比值，降低干物质和中性洗涤纤维含量，降低pH（马峥，2015）。

有研究表明，中草药能显著降低玉米秸秆的pH（程方方，2012）。青贮发酵剂对整株秸秆青贮效果的研究，国内外已有许多报道，但对秸秆穰叶的影响鲜见报道。本文主要添加青贮菌剂、纤维素酶、木聚糖酶、中草药，通过对青贮品质和营养成分、饲喂价值的分析，筛选出适合玉米秸秆穰叶青贮的添加剂组合，为玉米秸秆穰叶的青贮提供理论和技术参考。

1 材料与方法

1.1 原料与添加剂

1.1.1 青贮原料 玉米秸（吉林省农业科学院试验田收获玉米籽粒后的茎秆），用玉米秸秆皮穰分离机，将收获籽实后的玉米秸秆穰叶与茎秆外皮进行分离。

1.1.2 菌剂、纤维素酶、中草药

菌剂：购自沧州旺发生物技术研究所有限公司，乳酸菌：酵母菌：芽孢杆菌的比例为 2∶1∶1。

纤维素酶和木聚糖酶酶：购自夏盛（北京）生物科技开发有限公司。

中草药：购自当地的吉林大药房，菊芋、黄芪、马齿苋、茯苓、蒲公英的比例为 4∶3∶1∶1∶1。

1.2 试验处理

1.2.1 试验设计 采用正交试验设计，将菌剂（A）、纤维素酶（B）、木聚糖酶（C）、中草药（D）为试验因素，每因素设置3个水平，试验实施按照L9（34）正交表进行（表 1）。 每个处理 3 个重复，玉米秸穰叶含水量调至65%，添加剂先溶于所需添加水中，喷洒于玉米秸穰叶中，混合均匀后装入聚乙烯袋，用真空包装机抽真空并封口，室温贮藏40 d后开封取样分析。

表1 正交试验设计

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 pH测定 取鲜样10 g，用100 mL蒸馏水浸提至少1～2 min后，经四层纱布过滤，水浸液当即用以测定pH（王建兵等，2001）。

1.2.2.2 近红外光谱分析 采用近红外漫反射光谱法测定秸秆样品的木质素（ADL）、酸性洗涤纤维（ADF）、中性洗涤纤维（NDF）、体外 48 h 干物质的消化率 （IVTDMD48）、48 h NDF的可消化率（dNDF48）、体外 48 h NDF 的消化率（Ndfd48）、总可消化养分（TDN）、相对饲喂价值（RFV）、相对牧草质量（RFQ），干物质产奶量（kg/t），结果以干基（%）表示。使用的仪器为FOSS DS2500近红外反射光谱仪（丹麦FOSS公司产）。

1.3 数据统计分析 采用 Excel软件中的正交试验设计方差分析工具进行分析，并进行F检验。

2 结果

2.1 不同添加剂对青贮饲料pH的影响 从表2可以看出，各添加剂组均达到了优良，说明各种添加剂，都具有降低青贮pH的效果。

表2 正交试验设计表与pH结果

2.2 不同添加剂对青贮饲料纤维物质含量的影响 从表3～表5可以看出，菌剂、纤维素酶、木聚糖酶、中草药的添加，降低了NDF、ADF、ADL的含量。

表3 正交试验设计表与ADL结果（基于干物质含量）

表4 正交试验设计表与ADF结果（基于干物质含量）

表5 正交试验设计表与NDF结果（基于干物质含量）

2.3 不同添加剂对青贮饲料TDN含量的影响从表6可以看出，菌剂、纤维素酶、木聚糖酶、中草药的添加，提高了TDN的含量。

2.4 不同添加剂对青贮饲料体外消化率的影响从表7至表9可以看出，菌剂、纤维素酶、木聚糖酶、中草药的添加，提高了玉米秸秆穰叶青贮饲料NDF的可消化率、NDF和DM的体外消化率。

表6 正交试验设计表与TDN结果（基于干物质含量）

表7 正交试验设计表与dNDF48结果（基于干物质含量）

2.5 不同添加剂对青贮饲料饲喂价值的影响从表10至表12可以看出，菌剂、纤维素酶、木聚糖酶、中草药的添加，提高了玉米秸秆穰叶青贮饲料的RFV、RFQ，进而提高了干物质产奶量。

2.6 不同添加剂对青贮饲料正交试验综合平衡法分析结果 通过表13的综合平衡法结果表明，最优的组合是A1B2C3D3，即菌剂0，纤维素酶0.1%，木聚糖酶酶0.2%，中草药0.2%。

表8 正交试验设计表与Ndfd48结果（基于干物质含量）

表9 正交试验设计表IVTDMD48结果（基于干物质含量）

3 讨论

3.1 不同添加剂对pH的影响 本试验青贮饲料的pH都在4.2以下，菌剂的添加，为青贮饲料提供了大量的微生物，产生更多的乳酸，因而降低了pH。添加的纤维素酶可降解青贮原料的结构性多糖为单糖，且纤维素酶可破坏细胞壁中半纤维素与木质素间的连接键，木质素部分溶解，破坏青贮料细胞壁使其内容物流出，为乳酸发酵提供充足底物促进发酵，进而降低 pH（时建忠，2003）。Colombatto 等（2004a、2004b）也发现，纤维素酶可显著降低玉米青贮饲料的pH。其他学者的试验表明，木聚糖酶能有效降解青贮原料的植物纤维，降低其抗营养作用，为乳酸菌的发酵提供更多的发酵底物（吕建敏等，2005；吴跃明等，2004），因而降低pH。中草药的添加，降低青贮饲料pH也有报道（程方方，2012）。

表10 正交试验设计表与RFV结果（基于干物质含量）

表11 正交试验设计表与RFQ结果（基于干物质含量）

表12 正交试验设计表与干物质产奶量结果（基于干物质含量）

表13 正交试验综合平衡法分析结果

3.2 不同添加剂对青贮饲料纤维物质含量的影响 玉米秸秆是反刍家畜青贮饲料的主要原料，其营养品质主要取决于秸秆中NDF和ADF含量（白琪林等，2007）。纤维类物质是不易被动物消化吸收的，所以只从纤维类方面来看，原料中ADF、NDF含量越低，青贮效果越好 （公美玲，2013）。NDF值与家畜吸收率成负相关关系（Vansoest，1994），NDF 含量越低， 表明其经济价值越高，ADF是不易被动物消化吸收的，不属于一种有益的营养物质，ADF与动物消化率呈负相关，是指示饲草能量的关键，其含量越低，饲草的消化率越高，饲用价值越大（杨凤，2003）。本试验结果表明，菌剂、纤维素酶、木聚糖酶、中草药的添加，降低了 NDF、ADF、ADL的含量，提高了玉米秸秆穰叶青贮饲料的营养价值。

3.3 不同添加剂对青贮饲料TDN含量的影响Quigley（1986）等的试验指出，在集约化管理和自由采食的条件下，TDN是预测干物质采食量的最佳指标。目前，广泛采用TDN来表示饲料的营养价值。菌剂、纤维素酶、木聚糖酶、中草药的添加，提高了秸秆穰叶的TDN含量，因为青贮添加剂能把水分含量过多、水溶性碳水化合物含量不足或粗纤维含量过高等难以青贮的饲料原料调制成优良的青贮饲料，并能提高青贮饲料的营养价值（李尚波，2002）。

3.4 不同添加剂对青贮饲料体外消化率的影响体外干物质消化率是影响玉米秸秆饲用品质的首要因素。酸性洗涤纤维和木质素含量与家畜日粮的消化率呈负相关（李向林等，2008），菌剂、纤维素酶、木聚糖酶、中草药的添加，降低了酸性洗涤纤维、木质素的含量，因而，各种添加剂均提高了日粮体外消化率。

3.5 不同添加剂对青贮饲料饲喂价值的影响草食动物公认的优质粗饲料主要是苜蓿草和玉米青贮。其中，NDFD最为重要，它直接影响干物质采食量，NDFD每增加1%将提高0.17千克干物质采食量，总体评估上我们看RFQ和RFV两个指标。在其他条件不变的情况下，提高NDF瘤胃降解率能显著增加奶牛的产奶量，Kendall等（2009）研究表明，无论奶牛日粮NDF含量高低，提高NDF的消化率均能提高其泌乳早期的生产性能。结果表明，菌剂、纤维素酶、木聚糖酶、中草药的添加，提高了NDF的体外消化率，因而，提高了奶牛的产奶量，提高了饲喂价值。

3.6 不同添加剂对青贮饲料正交试验综合平衡法分析结果 通过对各指标结果的综合平衡法分析，结果表明，最优的组合是A1B2C3D3，即菌剂0，纤维素酶0.1%，木聚糖酶酶0.2%，中草药0.2%。

4 小结

本文采用正交试验方法，对影响秸秆叶黄贮的菌剂、纤维素酶、木聚糖酶、中草药的添加量进行了研究，最优的添加量为：菌剂0%，纤维素酶0.1%，木聚糖酶酶0.2%，中草药0.2%。

[1]刘丽玲.玉米秸秆皮瓤叶分离试验研究：[硕士学位论文][D].哈尔滨：东北农业大学，2011.

[2]周涛，杨钦兰，张统雨，等.皮瓤分离玉米秸不同部分的化学成分、能量价值和瘤胃降解特性[J].动物营养学报，2015，27（1）：320～326

[3]闫贵龙，曹春梅，鲁琳，等.玉米秸秆不同部位主要化学成分和活体外消化率比较[J].中国农业大学学报，2006，11（3）：70 ～ 74

[4]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].山东大学报（理学版），2004，39（2）：112 ～ 115.

[5]马峥.不同添加量的纤维素酶和木聚糖酶对玉米秸秆黄贮的影响：[硕士学位论文][D].山西太谷：山西农业大学，2015.

[6]程方方.中草药型青贮添加剂的筛选及在饲料青贮中的应用：[硕士学位论文][D].长春：吉林农业大学，2012.

[7]时建忠.青贮接种菌的研究[J].中国饲料，2003，5：15 ～ 17.

[8]吕建敏，胡伟莲，刘建新，等.添加酶制剂和麸皮对稻草青贮发酵品质的影响[J].动物营养学报，2005，17（2）：58 ～ 62.

[9]吴跃明，刘建新，刘丹，等.添加复合酶制剂与麸皮对玉米秸、稻草青贮发酵品质和养分消化率的影响 [J].中国兽医学报，2004，24（3）：298 ～ 302.

[10]白琪林，陈绍江，戴景瑞.我国常用玉米自交系秸秆品质性状及其相关分析 [J].作物学报，2007，33（11）：1777 ～ 1781.

[11]公美玲.玉米秸秆青贮过程中的营养动态研究：[D].泰安：山东农业大学，2013.

[12]李向林，张新跃，唐一国，等.日粮中精料和牧草比例对舍饲山羊增重的影响[J].草业学报，2008，17（2）： 43 ～ 47.

[13]李尚波.畜禽十大高效饲料添加剂[M].辽宁科学技术出版社.2002.

[14]杨凤.动物营养学[M].中国农业出版社，2003.

[15]薛艳林，白春生，玉 柱，等.乳酸菌和纤维素酶制剂对小麦秸黄贮饲料品质的影响[J].中国饲料，2007，15：38～40.

[16]孙文，许丽.复合微生物菌剂处理玉米秸秆应用效果的研究[J].饲料博览，2010，7：1 ～ 4.

[17]王建兵，韩继福，高宏伟，等.微生物接种剂和酶制剂对玉米秸秆发酵品质的影响[J].内蒙古畜牧科学，2001，2（22）：4 ～ 7.

[18]郑梦莉，王凯军，张佩华，等.农作物秸秆饲料化技术研究进展[J].中国饲料，2017，11:5 ～ 8，14.

[19]Berchem T O，Roiseux C，Vanderghem，et al.Corn stover as feedstock for the production of ethanol：chemical composition of different anatomical fractions and varieties [J].Biofuels Bioproducts&Biorefining ，2017，11:430 ～ 440.

[20]Colombatto D，Mould F L，Bhat M K，et al.In vitro evaluation of fibrolytic enzyme as additives for maize （Zea mays L.）silageⅠ.Effects of ensiling temperature，enzyme source and addition level[J].Animal Feed Science and Technology，2004a，111：111 ～ 128.

[21]Colombatto D，Mould F L，Bhat M K，et al.In vitro evaluation of fibrolytic enzyme as additives for maize （Zea mays L.）silageⅡ.Effectson rate of acidification，fibre degradation during ensiling and rumen fermentation [J].Animal Feed Science and Technology，2004b，111：129 ～ 143.

[22]Kendall G，Leonardi C，Hoffman P C，et al.Intake and milk production of cows fed diets that differed in dietary neutral detergent fiber and neutral fiber digestibility[J].J Dairy Sci，2009，92（1）：313 ～323.

[23]Li H Y，XU W，LIU J，et al.Assessment of the Nutritive Value of Whole Corn Stover and Its Morphological Fractions[J].Asian Australas.J.Anim.Sci，2014，27（2）：194 ～ 200.

[24]Vansoest P J.Nutritional Ecology of the Ruminant[M].2.ed.Ithaca：Cornell University，1994.476.