不同比例紫花苜蓿与玉米秸秆的混合青贮对发酵品质的影响

赵梦迪, 唐泽宇, 李明超, 曹 雪, 邸凌峰, 李成云,2*

(1.延边大学农学院；2.延边大学肉牛科学与产业技术协同创新中心：吉林 延吉 133002)

紫花苜蓿(Medicagosativa)为多年生草本植物，其产量高、营养丰富、适口性好，是世界上种植面积较为广泛的高蛋白豆科牧草，号称“牧草之王”，生产干草和青贮是目前紫花苜蓿利用的主要方式[1-4]。但由于紫花苜蓿干草在生产过程中营养损失较大，家畜对其适口性较差以及消化率明显下降[5-6]，故青贮紫花苜蓿更受青睐。在青贮过程中，紫花苜蓿因碳水化合物含量低、缓冲能值高而降低了其青贮品质[7]，本试验将富含碳水化合物的玉米秸秆与紫花苜蓿混合青贮，分析测定紫花苜蓿与玉米秸秆不同比例混合青贮的发酵品质、营养成分、微生物含量以及有氧稳定性时间，以期筛选出二者最佳混合青贮配方，解决紫花苜蓿在青贮过程中遇到的难题，为延边地区紫花苜蓿的开发利用提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料

紫花苜蓿来源于吉林延边长白山地区，于二茬初花期对其进行采集；玉米秸秆由吉林龙井动物科学基地提供，选取早熟全株并去除籽粒。将试验样品进行自然晾晒处理后(水分约60%左右)，玉米秸秆粉碎至2 cm左右，紫花苜蓿粉碎至1～2 cm与3～4 cm 2种长度规格。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

采用紫花苜蓿与玉米秸秆为原材料，以单因子设计，分为8组：对照组1(单贮玉米秸秆)、对照组2(单贮1～2 cm紫花苜蓿)、CSMS1(1～2 cm紫花苜蓿85∶玉米秸秆15)、CSMS2(1～2 cm紫花苜蓿75∶玉米秸秆25)、CSMS3(1～2 cm紫花苜蓿65∶玉米秸秆35)、CSMS4(3～4 cm紫花苜蓿85∶玉米秸秆15)、CSMS5(3～4 cm紫花苜蓿75∶玉米秸秆25)和CSMS6(3～4 cm紫花苜蓿65∶玉米秸秆35)。其中，玉米秸秆均为2 cm，每组3次重复。

1.2.2 紫花苜蓿与玉米秸秆混合青贮制备

根据试验设计将紫花苜蓿与玉米秸秆分别单独或按照比例均匀混合后(平均总重1 kg左右)装入双层20 cm×30 cm聚乙烯袋中，利用真空包装机进行真空包装，室温避光密封保存60 d后测定发酵品质、营养成分、微生物含量及有氧稳定性等相关指标。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 紫花苜蓿与玉米秸秆混合青贮营养成分及青贮品质分析

采用烘干法(65 ℃)及凯式定氮法分别对干物质(DM)含量及粗蛋白质(CP)含量进行测定[8]；利用蒽酮比色法[9-10]及范氏洗涤纤维法分别对水溶性碳水化合物(WSC)含量、酸性洗涤纤维(ADF)含量和中性洗涤纤维(NDF)含量进行测定。

pH值使用酸度计(萧山，pH S-3B)即时测定：准确称取20 g青贮样品于烧杯(200 mL)中，加入去离子水(180 mL)浸提30 min后用4层纱布和定性滤纸过滤浸提液，即时测定pH值；利用安捷伦GC-7890A型色谱仪[11]对乳酸及挥发性脂肪酸(VFA)含量进行测定；氨态氮(NH3-N)含量利用苯酚-次氯酸钠比色法进行测定[12]。

1.3.2 紫花苜蓿与玉米秸秆混合青贮微生物及有氧稳定性的测定

乳酸菌用MRS琼脂培养基培养[13]，用Sabouraud's Agar对霉菌和酵母菌进行培养[14]。用平板培养法测定菌种数，各种微生物进行多次重复培养试验。

将紫花苜蓿与玉米秸秆混合青贮样品放入双层泡沫箱中，置于温度接近室温(20 ℃)且隔热的地方，将温度计插入样品中心位置，记录当温度高于室温2 ℃时所用的时间，即为有氧稳定性时间[15]。

1.4 数据处理

试验数据用Excel进行整理，应用SAS19.0统计处理软件进行方差分析，差异显著时用DUNCAN检验法进行各组间的多重比较，P<0.05 设为差异显著水平，试验数据用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 紫花苜蓿与玉米秸秆青贮原料特性及单贮和混贮的常规分析

由表1，2可知，紫花苜蓿与玉米秸秆的含水量分别为64.13%和58.37%，均可满足青贮要求；对照组2与对照组1的干物质、粗蛋白质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、可溶性碳水化合物与原料相比均有所降低。

表1 紫花苜蓿与玉米秸秆青贮原料特性

表2 紫花苜蓿与玉米秸秆单贮和混贮的营养成分与可溶性碳水化合物的分析

注：同列数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，相同小写字母或无肩标表差异不显著(P>0.05)，下表同。

除粗蛋白质外，干物质、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、可溶性碳水化合物的最大值和最小值分别出现在对照组1和对照组2。干物质含量方面，CSMS1组和CSMS3组差异显著(P<0.05)，与CSMS2组差异不显著(P>0.05)，3～4 cm各紫花苜蓿处理组之间差异不显著(P>0.05)；紫花苜蓿与玉米秸秆混贮后粗蛋白质含量随玉米秸秆添加量的增加呈下降趋势，并且CSMS1组和CSMS3组粗蛋白质含量均略高于相同玉米秸秆添加量的3～4 cm紫花苜蓿处理组(P<0.05)；紫花苜蓿与玉米秸秆混贮后酸性洗涤纤维含量与中性洗涤纤维含量均随着玉米秸秆添加量的增加呈下降趋势，并且CSMS1组和CSMS3组酸性洗涤纤维含量差异均显著(P<0.05)，与25%玉米秸秆添加组差异均不显著(P>0.05)，1～2 cm紫花苜蓿处理组的酸性洗涤纤维含量以及中性洗涤纤维含量略低于同玉米秸秆添加量的3～4 cm紫花苜蓿处理组；紫花苜蓿与玉米秸秆混贮后可溶性碳水化合物含量随着玉米秸秆的添加量的增加而呈现上升趋势，除25%玉米秸秆添加量组外，相同玉米秸秆添加量组之间碳水化合物含量差异不显著(P>0.05)。

2.2 紫花苜蓿与玉米秸秆单贮和混贮的青贮品质

由表3可知，pH值最大值与最小值分别出现在对照组1和对照组2，其余各试验处理组pH值随着玉米秸秆添加量的增加均呈下降趋势。其中，各紫花苜蓿处理组中的15%玉米秸秆添加组与25%、35%玉米秸秆添加组差异显著(P<0.05)，25%与35%玉米秸秆添加组之间差异不显著(P>0.05)，并且1～2 cm紫花苜蓿处理组的pH值均略高于相同玉米秸秆添加量的3～4 cm紫花苜蓿处理组(P<0.05)；乳酸、乙酸以及其比值的最大值与最小值分别出现在对照组1和对照组2，其中乳酸及乳酸与乙酸比值方面，1～2 cm紫花苜蓿处理组与3～4 cm紫花苜蓿处理组组内差异显著(P<0.05)；乙酸方面，1～2 cm各紫花苜蓿处理组差异显著(P<0.05)，CSMS4组显著高于CSMS5组和CSMS6组(P<0.05)；丙酸方面，1～2 cm紫花苜蓿处理组的丙酸随着玉米秸秆添加量的增加而显著降低(P<0.05)，CSMS4组的丙酸含量显著高于CSMS5组和CSMS6组(P<0.05)；除对照组2外，其余各组均未检测到丁酸；各紫花苜蓿处理组的氨态氮与总氮比值随着玉米秸秆添加量的增加而显著降低(P<0.05)。

表3 紫花苜蓿与玉米秸秆单贮和混贮的pH值、挥发性脂肪酸以及氨态氮/总氮的变化

注：“-”表示含量极微量。

2.3 紫花苜蓿与玉米秸秆单贮和混贮的微生物含量

由表4可知，对照组2乳酸菌含量最低，1～2 cm紫花苜蓿处理组乳酸菌含量与玉米秸秆添加量成正比。其中CSMS3组、CSMS5组和对照组1乳酸菌较高；酵母菌含量随玉米秸秆添加量的增加呈先上升后下降趋势；霉菌含量最大值出现在对照组2，各紫花苜蓿处理中霉菌含量与玉米秸秆添加量成反比，说明紫花苜蓿青贮时添加玉米秸秆可有效抑制酵母菌、霉菌含量，促进乳酸菌的生成。

表4紫花苜蓿与玉米秸秆单贮和混贮的微生物含量变化

Table4Thevariationofmicrobialcontentinsinglesilageandmixedsilageofmedicagosativaandcornstraw(CUF/gFM)

处理乳酸菌酵母菌霉菌CSMS14.31×1061.15×1042.62×104CSMS27.79×1065.27×1041.54×104CSMS38.61×1074.03×1041.12×104CSMS42.21×1061.01×1043.41×104CSMS58.24×1073.24×1041.58×104CSMS66.58×1062.32×1041.31×104CK18.49×1073.79×1042.64×104CK26.95×1052.41×1044.97×105

2.4 紫花苜蓿与玉米秸秆单贮和混贮的有氧稳定性分析

紫花苜蓿与玉米秸秆单贮和混贮升高2 ℃所需时间如图1所示。紫花苜蓿与玉米秸秆混贮的有氧稳定性时间随着玉米秸秆添加量的增加呈先下降后上升趋势。其中，各紫花苜蓿处理组中15%玉米秸秆添加组明显高于其余紫花苜蓿处理组。另外，对照组2有氧稳定性时间最长，对照组1有氧稳定性时间最短。

图1 紫花苜蓿与玉米秸秆单贮和混贮的有氧稳定性时间

3 讨论

3.1 紫花苜蓿与玉米秸秆混合青贮营养成分分析

研究表明，青贮原料干物质含量大于30%可以有效控制梭菌发酵[16]。本试验中紫花苜蓿与玉米秸秆单贮或混贮的干物质含量皆大于30%，满足青贮条件。作为评定家畜日粮粗精比例是否对家畜起到最佳效果的重要指标，酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维的含量起着至关重要的作用，尤其是酸性洗涤纤维，其含量与家畜消化率呈负相关[17]。本试验中各紫花苜蓿处理组的酸性洗涤纤维含量及中性洗涤纤维含量随着玉米秸秆添加量的增加呈下降趋势。其中，1～2 cm紫花苜蓿处理组的酸性洗涤纤维含量及中性洗涤纤维含量稍低于相同玉米秸秆添加组的3～4 cm紫花苜蓿处理组。说明紫花苜蓿青贮中添加玉米秸秆可提高青贮品质，并且以CSMS2组和CSMS3组效果相对较好。紫花苜蓿青贮时添加玉米秸秆可解决其在青贮时存在的可溶性碳水化合物含量低、缓冲能高等问题[18]。各紫花苜蓿处理组可溶性碳水化合物含量在1.69～3.00范围内变化，显著高于对照组2(可溶性碳水化合物含量为0.96)(P<0.05)。另外，紫花苜蓿与玉米秸秆混合青贮的粗蛋白质含量在12.56～16.95之间变化。在对照组1(粗蛋白质含量6.98)与对照组2(粗蛋白质含量18.57)范围内波动。可见添加玉米秸秆可提高紫花苜蓿青贮时的可溶性碳水化合物含量，平衡青贮的营养价值，与孙小龙和柳茜等得出一致结论[19-20]。

3.2 紫花苜蓿与玉米秸秆混合青贮品质分析

pH值是评价紫花苜蓿青贮料质量的一个重要指标，能直接说明紫花苜蓿青贮的成功与否[21-22]。普遍认为，当pH值低于4.2时，在为乳酸菌等有益菌提供较好酸性生长环境的同时，能抑制有害微生物的生长繁殖，进而达到优质青贮饲料的标准[23-24,2]。当pH值为4.2～4.5时为中等，若高于4.8则说明青贮饲料品质较差[25]。本试验CSMS2组、CSMS3组和CSMS6组pH值在4.07～4.14范围内变化，均达到优质青贮饲料的标准，说明紫花苜蓿青贮时添加玉米秸秆可改善其青贮品质[26-27]，其中CSMS2组和CSMS3组效果更佳。

乳酸、乙酸和丁酸是青贮发酵时的主要有机酸。优质青贮饲料乳酸比例应较高，丁酸比例应较低[28-29]。本试验中，各紫花苜蓿处理组的乳酸含量与玉米秸秆添加量成正比，并占有绝对优势。其中，CSMS2组和CSMS3组乳酸含量略高于3～4 cm紫花苜蓿处理组中相同含量玉米秸秆添加组，除对照组2外，其他各组均未检测到丁酸。说明玉米秸秆在发酵过程中可有效提高乳酸含量并同时抑制梭菌产生。另外，各紫花苜蓿处理组乙酸含量随着玉米秸秆添加量的增加呈先下降后上升趋势，丙酸含量较少，可能是由于紫花苜蓿与玉米秸秆混和青贮产生互作效应。

紫花苜蓿与玉米秸秆混合青贮的蛋白质及氨基酸分解的程度可用氨态氮与总氮的比值来反映。蛋白质分解的程度与其成正比，间接说明青贮中蛋白质损失较多，青贮品质下降[28-30]。氨态氮占总氮的比例低于10%认为是优质的青贮饲料。本试验中，除CSMS4组和对照组2，其余各组氨态氮与总氮的比值均低于10%，说明添加玉米秸秆可降低紫花苜蓿青贮时氨态氮的含量，其中CSMS2和CSMS3处理组相比于其他相同秸秆添加量组氨态氮与总氮的比值相对较低。

3.3 紫花苜蓿与玉米秸秆混合青贮微生物含量

青贮微生物主要包括乳酸菌、酵母菌和霉菌等。乳酸菌可利用碳水化合物产生大量乳酸，是使青贮过程中pH值下降的主要原因，因此，乳酸菌是青贮成功的关键[31]。研究表明，能使pH值迅速降低的乳酸菌含量应达到 1×105CFU / g[32-33]。本试验中，各紫花苜蓿处理组的乳酸菌含量均高于1×105CFU / g，其中，CSMS3组(乳酸菌含量为8.61×107 CFU/g)致使pH值迅速降低最为明显。可能因为此种组合方式青贮乳酸菌在短期内使乳酸含量急剧增加，有效抑制有害微生物活性，保证了青贮饲料早期较低pH值的酸性环境[34-35]。在青贮过程中，糖分可被酵母菌利用分解产成乙酸、丙酸以及少量的乳酸，也可在好氧环境下被酵母菌氧化成二氧化碳和水，青贮与空气接触的部位可产生霉菌，可使青贮发生变质甚至腐败[36-37]。乳酸菌发酵后能产生乳酸等风味物质，这些风味物质是影响发酵产品风味的主要因素[38]。乳酸菌数量在优质青贮饲料中占绝对优势，酵母菌数量很少，霉菌则基本不存在[39]。本试验中，除对照组2，其他各组霉菌数量差异不大，可能是因为青贮过程中密封性好，压实效果强，保证了厌氧条件。

3.4 紫花苜蓿与玉米秸秆混合青贮的有氧稳定性

青贮饲料暴露在空气中后其核心温度比外界温度高出2 ℃所需的时间被称为有氧稳定性。其时间越长，说明青贮有氧稳定性越强、效果越好[40]。Muyzer 等研究发现，有氧稳定性较好的青贮饲料缺乏酵母生长的基质，或者含有抑制性的化合物，可能是发酵过程中微生物的活动所致[41]。有氧稳定性时间也有可能跟有氧暴露情况下的温度、青贮过程中原料压实程度有关。本试验中，各紫花苜蓿处理组中15%、35%玉米秸秆添加组有氧稳定性时间明显长于25%玉米秸秆添加组，可能是因为乙酸含量与青贮有氧稳定性呈正相关，本试验的紫花苜蓿与玉米秸秆混合青贮的乙酸含量趋势与其有氧稳定性趋势相符；另外，对照组2有氧稳定性时间最长，对照组1有氧稳定性时间最短，说明紫花苜蓿有氧稳定性强于玉米秸秆有氧稳定性[12]。

4 结论

综合考虑得出结论：1～2 cm紫花苜蓿与2 cm玉米秸秆按75∶25或65∶35两种比例进行混合青贮，可有效改善青贮品质。