添加剂及装填时间对不同高粱品种青贮品质的影响

2018-12-27肖银宝王建福贺春贵李尚中姚喜喜吴建平

草业科学 2018年12期

肖银宝,王建福,贺春贵,李尚中,姚喜喜,吴建平

(1.甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃兰州 730070； 2.甘肃省农业科学院，甘肃兰州 730070)

随着农业产业结构的调整转型及奶牛业的蓬勃发展，青贮已成为保存和开发饲料资源、发展“节粮型”畜牧业的有效手段[1]。玉米(Zeamays)秸秆青贮因其来源广泛、营养丰富、柔软多汁、气味酸香、适口性好，成为各地适度规模反刍动物养殖的主要优良粗饲料来源。我国西北地区畜牧业发展历史悠久，但该区域普遍缺乏水资源，而以破坏生态环境为代价的种养模式仍是当地畜牧业发展的主流。因此，探索节水型农业和畜牧业成为当前和今后一个时期草食畜产业可持续发展的重要课题。有研究表明，甜高粱(Sorghumdochna)全生期的需水量是玉米需水量的一半,茎秆总含糖量是青贮玉米的两倍，高达17%～40%，其生物产量是玉米的2～3倍[2]。高粱原产于非洲，具有抗旱、耐涝、耐盐碱、耐高温和耐贫瘠等优良特点[3-4]。近年来，甜高粱在美国西北部常常被作为青贮玉米的替代品进行研究[5]，甜高粱已成为美国干旱地区制作青贮饲料的首选作物。我国西北地区常年干旱少雨，而玉米大量种植所需水分基本全部从地下获取，导致地下水位逐年下降。因此，以饲用甜高粱为代表的节水型饲草逐渐受到重视，大量关于旱地饲用高粱种植及产量的研究开始出现，而这一优质饲草营养保存和适口性提高重要措施的青贮方面研究亟待提高[6]。青贮质量的好坏主要受原料的水分含量、可溶性糖含量、切割长度、压实程度、装填持续时间以及容器密封性等多种因素影响[7-8]。为提高青贮发酵期微生态系统的健康水平，北美和欧洲国家已广泛使用青贮添加剂，并且取得了明显的应用效果。但由于青贮质量的好坏影响因素众多，青贮发酵试验采取的方式也不尽一致，不同品种和添加物对青贮发酵影响的研究结果也不尽相同[9-11]。因此，本研究筛选两个传统粒用高粱(grain sorghum)品种和两个甜高粱(sweet sorghum)品种，比较其生物产量，研究青贮生物制剂、装填时间对4个高粱品种青贮品质的影响，测定发酵产物的发酵品质、营养价值、干物质损失率和体外消化率等指标，评价青贮添加剂及装填时间对饲用高粱青贮品质的主要作用，以期为饲用高粱青贮品质优化提供参考。

1 材料与方法

1.1 青贮材料

选用辽宁省农业科学院提供的粒用高粱辽夏杂2号和辽杂27号以及甘肃省农业科学院提供的甜高粱雅津YF2和雅津YF1四个高粱品种作为试验材料，于2016年4月种植于甘肃省农业科学院庆阳市镇原县上肖乡(平均海拔1 297 m)试验田，种植密度均为90 000株·hm-2，辽夏杂2号和辽杂27号在乳熟期时全株收割，雅津YF2和雅津YF1在开花期时全株收割，留茬高度5～10 cm。收割后用铡草机(9F2-280型滚筒式青贮铡草粉碎机，河南省富通新能源科技有限公司)粉碎。青贮添加剂为Sila-Max(Ralco Nutrition，USA；乳酸菌≥1×1011cfu·g-1，添加量2.5 g·t-1，有效乳酸菌2.5×105cfu·g-1发酵底物)。每个试验组准备100 kg粉碎高粱秸秆，共称取1 g Sila-Max溶解于400 mL蒸馏水中，均匀喷洒在4组不同高粱秸秆上，各组搅拌均匀，对照加入等量蒸馏水。在装填过程中，通过人力不断压实的方式，最大限度地确保桶内的青贮原料被压实。青贮发酵桶采用20 L圆形旋盖式聚乙烯塑料桶。相关实验室检测设备由甘肃农业大学动物科学技术学院和甘肃省农业科学院实验室提供。

1.2 试验设计

采用2因素(添加剂与装填时间)×2水平(未添加、添加Sila-Max，1次装填、3次装填)的正交试验设计，每个品种分4组，每组3个重复，共16个试验组(编号为ⅠC1、ⅠC3、ⅠMax1、ⅠMax3、ⅡC1、ⅡC3、ⅡMax1、ⅡMax3、ⅢC1、ⅢC3、ⅢMax1、ⅢMax3、ⅣC1、ⅣC3、ⅣMax1、ⅣMax3；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表辽夏杂2号、辽杂27号、雅津YF2和雅津YF1；C1、C3、Max1、Max3分别代表1次装填对照组、3次装填对照组、1次装填试验组、3次装填试验组)。1次装填为秸秆切短(1～1.5 cm)按设计剂量均匀喷洒添加物后立即装填压实后密封发酵桶，3次装填为每天将总量1/3的粉碎秸秆按设计剂量均匀混合后装填压实于发酵桶，3 d后装满压实密封，装填密度控制在550 kg·m-3左右。所有发酵桶，室温发酵60 d后，依次称重记录其发酵后青贮料重量；开盖后去掉最上层5 cm和最底层5 cm，均匀混合后，按梁瑜等[12]几何采样法取样处理并检测。

1.3 测定指标与方法

取新鲜的青贮饲料20 g于搅拌器中均匀搅碎，加入180 mL去离子水，静置2 h之后，用纱布和滤纸过滤，取部分浸出液用pH计测定青贮饲料的pH[13]；按常规法[14]测定青贮饲料的干物质(dry matter，DM)、粗蛋白(crude protein，CP)、钙和磷含量；采用van Soest[14]分析方法测定中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)；48 h体外干物质消化率采用ANKOM Daisy体外模拟箱测定[15](ANKOM，USA；瘤胃液由临洮县华加牧业有限公司提供，采集同一生长期绵羊的瘤胃液与人工唾液混合，在Daisy体外模拟箱39 ℃条件下恒温发酵48 h)；按照青贮料青贮前后重量和干物质含量计算干物质损失率(dry matter loss ratio,%)。

干物质损失率=(原料重×原料干物质含量-青贮重×青贮干物质含量)/(原料重×原料干物质含量)×100%。

粗蛋白产量=干草产量×粗蛋白含量。

随机选取30株健康植株进行称重，取其平均值作为单株饲用高粱的质量。

取新鲜的青贮饲料20 g于搅拌器中均匀搅碎，置于具塞三角瓶中，加入180 mL去离子水，4 ℃冰箱中浸提24 h，0.22 μm合成纤维素酯膜过滤后采用高效液相色谱仪(安捷伦1260，上海俊齐仪器设备有限公司，SB-AQ C18色谱柱46×250 mm，流动相为3%甲醇∶0.01 mol·L-1(NH4)2HPO4=3∶97，pH=2.7，检测波长210 nm，流速1 mL·min-1，进样量20 μL，柱温25 ℃)测定乙酸(acetate acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)、丁酸(butyric acid，BA)和乳酸(lactic acid，LA)含量。

1.4 统计分析

本研究为双因素(装填次数×添加物)试验设计，采用SAS 8.2软件对4个高粱品种产量参数和青贮前营养参数进行单因素方差分析，青贮后营养参数、发酵参数、干物质损失率以及48 h体外干物质消化率进行双因素方差分析和多重比较，试验结果采用平均值±标准差表示，P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同高粱品种田间产量

雅津YF1的单株重、鲜草产量和干物质产量最高，辽夏杂2号的单株重和鲜草产量最低，辽杂27号的粗蛋白产量最高，雅津YF2的干物质和粗蛋白产量最低(表1)。

2.2 青贮前饲用高粱的营养参数

乳熟期收割的粒用型高粱辽夏杂2号和辽杂27号的DM显著高于开花期收割的甜高粱雅津YF2和雅津YF1(P<0.05)；辽杂27号的CP显著高于其他高粱品种(P<0.05)，雅津YF1的CP最低(P<0.05)；辽夏杂2号的NDF和ADF均显著低于其他高粱品种(P<0.05)，雅津YF1的NDF和ADF显著高于其他高粱品种(P<0.05)。各高粱品种的Ca和P含量也有一定差异(表2)。

表1 4个高粱品种田间产量参数Table 1 The field yield parameters of 4 varieties of forage sorghum

同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05);Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表辽夏杂2号、辽杂27号、雅津YF2和雅津YF1高粱品种。下同。表格中的数据计算均以干物质为基础。

Different letters within the same column indicate significant differences at the 0.05 level. Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, and Ⅳ respectively represent LiaoXiaZa 2, LiaoZa 27, YaJin 2, and YaJin 1 sorghum varieties; similarly for the following tables. The nutrient content was calculated based on dry matter in Table 2.

表2 4个高粱品种青贮前营养参数Table 2 Nutrient content of 4 varieties of sorghum

2.3 4个高粱品种1次装填和3次装填营养参数及干物质损失率

在1次装填中，添加Sila-Max试验组的辽杂27号、雅津YF2的DM显著高于对照组(P<0.05)，试验组辽夏杂2号和雅津YF1的DM高于对照组但差异不显著(P>0.05)；不同品种试验组的干物质损失率显著低于各自的对照组(P<0.05)；不同品种饲用高粱试验组CP含量均不同程度低于对照组(表3)。在3次装填中，3次装填试验组与对照组DM无显著差异(P>0.05)；各试验组干物质损失率均低于对照组，除辽杂27号试验组外，其余各试验组干物质损失率均显著低于对照组(P<0.05)；各试验组NDF均有低于对照组的趋势，但差异不显著(P>0.05)(表3)。不论1次装填还是3次装填，所有试验组ADF、Ca和P的含量与各对照组均无显著差异(P>0.05)。3次装填各高粱品种青贮的DM含量显著低于1次装填(P<0.05)，干物质损失率显著升高(P<0.05)；3次装填Ca含量不同程度地高于1次装填，其余指标无显著变化(表3)。

2.4 4个高粱品种1次装填和3次装填发酵参数及48 h体外干物质消化率

在1次装填中，添加Sila-Max各试验组pH均不同程度低于对照组；各试验组LA和AA均高于对照组，其中辽夏杂2号和雅津YF2试验组的LA显著高于对照组(P<0.05)，辽杂27号、雅津YF2和雅津YF1的试验组AA显著高于对照组(P<0.05)(表4)。在3次装填中，不同高粱品种试验组pH与各对照组无显著性差异(P>0.05)；雅津YF2和雅津YF1试验组的LA和AA显著高于对照组(P<0.05)，其他试验组LA和AA均高于对照组，但差异不显著(P>0.05)(表4)。不论1次装填还是3次装填，各组饲用高粱青贮均未检测到PA和BA；各试验组消化率和对照组消化率相比有降低趋势，但均差异不显著(P>0.05)(表4)。3次装填均未对各品种全株的发酵参数及48 h体外干物质消化率产生显著变化(P>0.05)。

3 讨论

3.1 添加Sila-Max对高粱青贮品质的影响

青贮本身是多种微生物的一个共生体系，在青贮发酵中，菌落的构成及数量随着发酵时间不断变化，但乳酸菌等优势种群对整个微生物体系起至关重要的作用[16]。刘辉等[17]报道，发酵底物中乳酸菌数量不足可通过添加优良乳酸菌弥补，是调控该生物体系一个行之有效的手段，且已有许多成功例子。Sila-Max是美国瑞科动物营养公司生产的青贮饲料乳酸菌类添加剂，含有不同类型的乳酸菌及能产生淀粉酶和纤维素酶的菌类。根据本研究的结果，对不同品种，不同收获期的全株高粱青贮，添加Sila-Max对1次装填和3次装填的营养品质均无显著影响，但可以显著提高其发酵产物的干物质含量，降低干物质损失率。其中，Sila-Max对1次装填组干物质保存效果最好，可以使辽夏杂2号、辽杂27号、雅津YF2、雅津YF1青贮干物质含量分别增加4.22%、5.84%、5.87%、6.03%。干物质损失率分别降低31.43%、34.19%、35.20%、31.31%。可见，全株饲用高粱青贮过程中要保持较高的干物质保存率，缩短装填时间才是最为有效的方法。

研究表明，优质的青贮发酵应该具有较高的LA和较低的pH、PA及BA[18]。本研究发现，不同高粱品种发酵后的pH均低于4.0，符合优质青贮的标准。添加Sila-Max对提高不同品种、不同收割期全株高粱发酵产物及1次和3次装填的乳酸和乙酸含量均有良好的效果。由于乙酸对其他有氧发酵菌的生长具有良好的抑制效果[19]，所以在高粱青贮中添加Sila-Max对提高高粱1次和3次装填发酵产物的品质以及稳定性具有一定的作用。本研究中，Sila-Max对不同高粱品种全株青贮发酵产物48 h体外干物质消化率均有降低的趋势，这可能是由于Sila-Max没有显著降低高粱青贮的NDF和ADF含量，从而使发酵产物保存了大量的干物质，相对增加了纤维和木质素含量，而消化率主要和纤维含量相关[20]。

表3 4个高粱品种青贮发酵产物营养参数及干物质损失率Table 3 The nutrient content and dry matter loss rate of 4 varieties of sorghum silage

同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)；LT，装填时间；I，添加物；LT×I装填时间与添加物互作；C1、C3、Max1、Max3分别代表1次装填对照组、3次装填对照组、1次装填试验组、3次装填试验组。表4同。

Different lowercase letters within the same column indicate significant difference at the 0.05 level. LT, loading timing; I, inoculants, LT×I, interaction between loading timing and inoculants; C1, C3, Max1, Max3indicate control group of loading once, control group of loading three times, treatment group of loading once and treatment group of loading three times; similarly for table 4.

表4 4个高粱品种青贮发酵产物发酵参数和48 h体外干物质消化率Table 4 The fermentation parameters and in vitro dry matter digestibility of 4 varieties of sorghum silage

“-”表示未检出。

“-” indicate that organic acid was undetectable.

3.2 装填时间对高粱青贮品质的影响

3.3 不同高粱品种产量及青贮品质差异

研究表明，不同生育期的甜高粱植株营养特性和青贮特性有很大的差别[25]，对不同品种饲用高粱的田间参数以及发酵后的指标数据比较发现，粒用高粱其DM和CP产量，以及发酵后的乳酸含量均高于甜高粱，而NDF和ADF低于开花期收获的甜高粱，说明粒用高粱在乳熟期收获其发酵品质高于开花期收获的甜高粱。如果从粗饲料产量的角度出发，甜高粱雅津YF1是最佳选择。