全株青贮玉米品种对其发酵品质及营养价值的影响

2019-07-17刘月王国艮吴浩孟庆翔宋恩亮成海建周振明

草业学报 2019年6期

刘月，王国艮，吴浩，孟庆翔，宋恩亮，成海建，周振明*

(1.动物营养学国家重点实验室，中国农业大学动物科技学院，北京100193;2.山东省农业科学院畜牧兽医研究所，山东济南250100)

在反刍动物生产中，全株玉米(Zea mays)青贮因高能量、低纤维含量及高单位面积干物质产量而应用广泛[1]。张继宏等[2]试验显示，饲喂奶牛全株玉米青贮较去穗玉米秸秆青贮产奶量提高0.77 kg·d-1，经济效益增加2.31元·头-1·d-1。姚思名等[3]研究发现，全株玉米青贮占肉牛日粮的50%～70%时，日增重可达1.41 kg以上，日效益在17元·头-1以上。近年来，我国玉米产量相对过剩，优质蛋白饲料和牧草资源供应量严重不足[4]，农业生产供给结构不平衡，因此，在2015-2017年的“中央一号文件”中明确指出推行“粮改饲”政策，即开展青贮玉米等饲料作物种植，促进草食畜牧业可持续发展。目前，对于玉米品种全株青贮营养价值影响的研究较少，且说法不一。Benefield等[5]对比发现全株玉米青贮品种间粗蛋白、粗脂肪、淀粉、中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维含量存在明显差异，Thomas等[6]报道不同品种全株玉米青贮的体外干物质消化率及中性洗涤纤维消化率存在差异，但Weiss等[7]指出品种间中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维含量无差异。鉴于此，本试验以3个品种青贮专用型玉米为材料，结合感官评价、发酵品质、营养成分、产量及能值、碳水化合物组分剖分及体外消化率进行研究，为青贮专用型玉米的推广应用提供重要的理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

试验所用全株玉米于2016年采集自山西省山阴县，共3个青贮专用型玉米品种:郑青贮1号、金岭青贮17号和京科青贮516，采用5点取样法，于1/2～3/4乳线期收获，每个品种各刈割20株，留茬高度为10～15 cm。

1.2 青贮制作

全株玉米经锤片式粉碎机(昌宏330型，河南荥阳昌恒机械厂)切短至1～2 cm，混匀，取约200 g切短样品装入纸袋，置于烘箱中烘干，用于测定青贮前干物质含量(dry matter before silage，DMb)[8]，另取约5 kg样品置于具有单向透气阀的聚乙烯发酵袋(50 cm×80 cm)，挤压排尽袋中空气，真空密封(青叶DZ-2SE，东莞市青叶包装机械有限公司)，于暗处室温贮藏60 d，每个样品3个重复。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 感官评价采用美国田纳西州(Tennessee，USA)推荐的青贮饲料质量感官评分标准，3人同时从籽粒含量(40分)、色泽(12分)、气味(28分)、含水量(10分)及切割长度(10分)5个方面进行评定，总评分(满分100分)分为以下4个等级:优级(≥90分)，良好级(80～89分)，中级(65～79分)和差级(＜65分)[9]。

1.3.2 青贮发酵品质准确称取30 g混匀青贮样品放入匀浆机(FS-2型，常州市新航仪器厂)，加入300 m L蒸馏水，间歇匀质30 s，4层纱布过滤得到青贮浸提液[10]，用于发酵参数的测定。使用p H计(PHS-3C型，上海雷磁仪器厂)测定p H值，采用苯酚-次氯酸钠比色法测定氨态氮(ammonia nitrogen，AN)[11]，使用离子色谱仪(Dionex ICS-2500型，美国)测定乳酸(lactic acid，LA)，使用气相色谱仪(SP-3420型，北京分析仪器厂)测定乙酸(acetic acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)和丁酸(butyric acid，BA)[7]，使用自动氮素分析仪(RaPid N III，德国)测定总氮(total nitrogen，TN)。费氏评分(Flieg score，FS)以干物质(dry matter，DM)和p H 值(p H value)为依据，并根据评分结果将青贮品质分为以下4个等级:优级(81～100分)、良好级(61～80分)、中级(41～60分)、差级(21～40分)和极差(＜20分)[12]。

1.3.3 常规营养成分取约300 g新鲜青贮样品装入纸袋，置于烘箱中制成风干样[7]。采用AOAC(Association of Official Agricultural Chemists)法[13]测定青贮后干物质(dry matter after silage，DMa)、钙(calcium，Ca)、磷(phosphorus，P)及粗灰分(Ash)含量;使用半自动纤维仪(ANKOMA220，美国)测定中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)含量;采用Van Soest等[14]推荐的方法测定酸性洗涤木质素(acid detergent lignin，ADL)含量;使用全自动脂肪仪(ANKOM XT10l，美国)测定粗脂肪(ether extract，EE)含量;采用蒽酮-硫酸比色法[15]测定水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate，WSC)含量;采用高氯酸水解-蒽酮比色法[16]测定淀粉(starch)含量;TN乘以6.25得到粗蛋白(crude protein，CP)含量。相对饲喂价值(relative feed value，RFV)根据公式RFV=DMI(%BW)×DDM(%DM)/1.29，DMI(%BW)=120/NDF(%DM)，DDM(%DM)=88.9-0.779×ADF(%DM)[17]进行计算，其中，DMI(dry matter intake)为粗饲料干物质随意采食量，DDM(digestible dry matter)为可消化的干物质，BW(body weight)为体重。

1.3.4 青贮产量根据威斯康辛大学开发的Milk 2006软件计算得出干物质产量(dry matter yield，DM yield)，奶吨指数(milk per ton index，MT)和奶亩指数(milk per acre index，MA)[18]。

1.3.5 能量价值总可消化养分(total digestible nutrients，TDN)根据常规营养成分含量，由Weiss[19]推荐的公式计算得到，再以TDN为基础，根据NRC[20]提供的公式估算消化能(digestible energy，DE)、代谢能(metabolic energy，ME)、维持净能(net energy for maintenance，NEm)及增重净能(net energy for gain，NEg)，泌乳净能(net energy for lactation，NEL)则根据Undersander等[21]提供的公式计算。IADICP:Indigestible acid detergent insoluble crude protein。NDICP:Neutral detergent insoluble crude protein;ADICP:Acid detergent insoluble crude protein。

1.3.6 碳水化合物组分剖分碳水化合物组分剖分及计算公式如下:

1)非中性洗涤纤维性碳水化合物(non-neutral detergent fiber，Non-NDF)

Non-NDF(%DM)=100-CP(%DM)-NDF(%DM)-EE(%DM)-Ash(%DM)[22]

2)有机酸(organic acid，OA)

OA=乳酸+乙酸+丙酸+丁酸+其他有机酸(丁酸及其他有机酸本试验中未检测到)[22]

3)水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate，CA)

CA(%DM)=WSC(%DM)[22]

4)淀粉(starch，CB1)

CB1(%DM)=Starch(%DM)[22]

5)中性洗涤可溶纤维(neutral detergent soluble fiber，CB2)

CB(%DM)=Non-NDF-OA-CA-CB[22]1

6)不可利用中性洗涤纤维(unavailable neutral detergent fiber，CC)

CC(%DM)=2.4×ADL(%DM)[23]

7)可利用中性洗涤纤维(available neutral detergent fiber，CB3)

CB3(%DM)=NDF(%DM)-CC(%DM)[22]

1.3.7 体外消化率 24及48 h干物质消化率(in vitro dry matter digestibility，IVDMD)和中性洗涤纤维消化率(in vitro neutral detergent fiber digestibility，IVNDFD)采用活体外人工瘤胃法测定[24]，其中，IVNDFD测定分为两步，第一步同IVDMD，第二步使用半自动纤维仪(ANKOMA 220，美国)测定NDF并计算IVNDFD。

1.4 数据分析

使用Excel 2010对试验数据进行初步整理，随后用SAS 9.0的一般线性模型(generalized linear model，GLM)进行单因素方差分析，均值进行邓肯氏多重检验。以P＜0.05表示差异显著，P＜0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 玉米品种对全株青贮感官指标的影响

不同品种全株玉米青贮的评分等级均为良好级(80～89分)(表1)。其中，品种间籽粒含量差异极显著(P＜0.01)，色泽及气味差异显著(P＜0.05)。郑青贮1号的籽粒含量显著高于金岭青贮17号(P＜0.05)，同时金岭青贮17号显著高于京科青贮516(P＜0.05)。各品种的色泽均较为理想，呈黄绿色，接近原料颜色。气味上，除京科青贮516有淡淡果香味外，其余两个品种均呈淡芳香味。

表1 不同品种全株玉米青贮感官评分Table 1 Sensory evaluation of whole-plant corn silage with different varieties

2.2 玉米品种对全株青贮青贮发酵品质的影响

品种间各项发酵参数(丁酸未被检测到)均存在极显著差异(P＜0.01)(表2)。其中，各品种p H值在3.89～3.97，乳酸含量为4.00%～5.00%，乳酸:乙酸为3.39～4.05，郑青贮1号和金岭青贮17号的乳酸、乳酸:乙酸及丙酸含量极显著高于京科青贮516(P＜0.01)。各品种的氨态氮/总氮均小于4.00%，且金岭青贮17号的氨态氮/总氮极显著低于其他两个品种(P＜0.01)。另外，3个品种费氏评分分别为117.17、112.83和110.00分，青贮品质总体评价均为优级(≥90分)。

表2 不同品种全株玉米青贮的发酵参数Table 2 Fermentation parameters of whole-plant corn silage with different varieties

2.3 玉米品种对全株青贮常规营养成分的影响

各品种玉米青贮后干物质含量差异极显著(P＜0.01)(表3)，京科青贮516最低，为31.90%，郑青贮1号最高，达33.78%;粗蛋白和粗灰分含量差异极显著(P＜0.01)，金岭青贮17号最高，分别达8.27% 和4.47%;郑青贮1号和京科青贮516的水溶性碳水化合物(3.37%，1.82%)及淀粉含量(29.26%，27.93%)极显著高于金岭青贮17号(1.03%，25.77%)(P＜0.01);中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、酸性洗涤木质素含量品种间差异极显著(P＜0.01)，郑青贮1号和金岭青贮17号极显著低于京科青贮516(P＜0.01);相对饲喂价值不同品种差异极显著(P＜0.01)，京科青贮516最低为121.76，其余两个品种均大于141.00，营养价值均较好。

2.4 玉米品种对全株青贮产量及能量价值的影响

不同品种全株玉米青贮的产量及各项能值均存在极显著差异(P＜0.01)(表4)。其中，金岭青贮17号的干物质产量极显著高于郑青贮1号(P＜0.01)，郑青贮1号的奶吨指数、总可消化养分及各项能值则极显著高于金岭青贮17号和京科青贮516(P＜0.01)，但金岭青贮17号的奶亩指数极显著高于京科青贮516及郑青贮1号(P＜0.01)。

2.5 玉米品种对全株青贮碳水化合物组分剖分的影响

不同品种全株玉米青贮的碳水化合物组分均呈现极显著差异(P＜0.01)(表5)。其中，郑青贮1号和金岭青贮17号的有机酸含量极显著高于京科青贮516(P＜0.01);郑青贮1号和京科青贮516的水溶性碳水化合物和淀粉含量极显著高于金岭青贮17号(P＜0.01);金岭青贮17号的中性洗涤可溶纤维含量极显著高于郑青贮1号(P＜0.01)，且郑青贮1号极显著高于京科青贮516(P＜0.01);京科青贮516的可利用中性洗涤纤维及不可利用中性洗涤纤维含量极显著高于其他两个品种(P＜0.01)。

表3 不同品种全株玉米青贮营养成分Table 3 Nutritive compositions of whole-plant corn silage with different varieties

表4 不同品种全株玉米青贮的产量及能值 (干物质基础)Table 4 Yield prediction and energy value of whole-plant corn silage with different varieties(DM basis)

表5 不同品种全株玉米青贮的碳水化合物组分分析Table 5 Carbohydrate fractions analysis of whole-plant corn silage with different varieties(%DM)

2.6 玉米品种对全株青贮体外消化率的影响

不同品种24及48 h体外干物质消化率和中性洗涤纤维消化率均存在极显著差异(P＜0.01)(表6)。其中，金岭青贮17号的体外干物质消化率和中性洗涤纤维消化率均极显著高于京科青贮516和郑青贮1号(P＜0.01)，京科青贮516的体外干物质消化率极显著高于郑青贮1号(P＜0.01)，郑青贮1号的体外中性洗涤纤维消化率极显著高于京科青贮516(P＜0.01)。

表6 不同品种全株玉米青贮体外消化率Table 6 In vitro digestibility of whole-plant corn silage with different varieties(%DM)

3 讨论

本试验从籽粒含量、色泽、气味、含水量及切割长度进行整体的感官评价[9]，不同品种均能较好的完成发酵过程，达到“良好级”。分析其原因，一方面可能适时收获较易获得高品质的青贮饲料[25]，另一方面，本试验使用发酵袋青贮，同时真空封装机排出发酵所产气体，易于控制霉变及有氧发酵的不良影响，Bruning等[26]指出低压实度和延迟封口会对青贮饲料品质产生不利影响。其中，郑青贮1号和金岭青贮17号的色泽相对较好，可能与其乳酸含量较高，可以较快达到发酵稳定期，同时氨态氮/总氮较低，发酵过程中蛋白质损失较少有关[28]。

p H值是评价青贮饲料发酵品质的重要指标，本试验中，不同品种的p H值位于Santos等[27]的推荐值3.80～4.20，乳酸含量位于Wang等[28]推荐值4%～6%，发酵品质优良。乙酸主要来源于异型乳酸菌和肠内细菌对糖类的发酵[29]，不同品种均低于1.30%，与Nennich等[30]研究基本一致;同时，品种间乙酸含量差异显著，与Thomas等[6]报道相类似。在未经处理的条件下，乳酸∶乙酸＞3∶1，青贮发酵较理想[22]。郑青贮1号和金岭青贮17号的乙酸及丙酸含量显著高于京科青贮516，二者有氧稳定性较好[22]。根据干物质含量和p H值计算得到的费氏评分≥110.00分，发酵品质均为优级[12]。

不同品种玉米青贮的干物质和常规营养成分含量基本均存在极显著差异，这与Benefield等[5]的研究结果相似。同时，郑青贮1号和金岭青贮17号的中性洗涤纤维含量略高于45%，酸性洗涤纤维含量略高于20%，与Andrae等[31]在1/2乳线期的结论基本一致。相对饲喂价值是中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的综合反映，数值越大，营养价值越高，最低的京科青贮516也达121.76，整体上营养价值较好[17]。

郑青贮1号的奶吨指数、总可消化养分及各项能值显著最高，但干物质产量及奶亩指数显著最低，其营养价值较高，但营养物质产量较低。同样，金岭青贮17号的干物质产量及奶亩指数显著最高，总可消化养分及各项能值显著较高，可见，金岭青贮17号的单位面积全株青贮营养价值最高，其次为京科青贮516，其干物质产量及奶亩指数显著较高，单位面积营养价值较高。

肉牛营养需要模型将碳水化合物分成六大组分，其中，有机酸(OA)即青贮饲料发酵所产生的酸以及青贮原料中所含的植物有机酸[32]，认为是100%可消化的，金岭青贮17号含量较高;水溶性碳水化合物(CA)被认为是在瘤胃中可被完全利用的物质，淀粉(CB1)在瘤胃中部分降解，可利用中性洗涤纤维(CB3)认为其瘤胃后消化率为20%，郑青贮1号和京科青贮516以上组分含量均较高;中性洗涤可溶纤维在瘤胃内很快降解(20%·h-1～40%·h-1)，而不可利用中性洗涤纤维(CC)在瘤胃、小肠和后肠道均不可被消化，京科青贮516中含量显著高于金岭青贮17号，由此推测京科青贮516中营养物质在瘤胃中降解速度较慢[22-23]。

不同品种的24和48 h体外干物质消化率及中性洗涤纤维消化率数值上发生变化，可见经24 h消化后仍有部分营养物质未被消化。Chackerian等[33]研究表明牧草干物质分为两部分，一部分是细胞内含物，一部分是消化率低的植物细胞壁，包括纤维素、半纤维素、木质素等，而影响饲草[象草(Pennisetum purpureum)]消化率的主要因素是植物细胞壁组分。由于金岭青贮17号的体外干物质消化率、中性洗涤纤维消化率均显著高于京科青贮516和郑青贮1号，且金岭青贮17号的木质素含量显著低于二者，所以，可能是由于金岭青贮17号的木质素含量较高，抑制了其干物质和中性洗涤纤维消化率[22]。张霞等[34]在研究象草细胞壁成分与体外干物质消化率之间的关系时也发现木质素和半纤维素含量是象草细胞壁成分中影响体外干物质消化率的主要因素。Freearetto等[35]报道不同品种玉米青贮的体外中性洗涤纤维消化率差异显著，与本试验结果相一致。