不同燕麦品种在甘肃中部的营养价值及青贮发酵品质综合评价

2019-09-24琚泽亮赵桂琴柴继宽贾志峰梁国玲

草业学报 2019年9期

琚泽亮，赵桂琴*，柴继宽，贾志峰，梁国玲

(1.甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，甘肃省草业工程实验室，中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃兰州730070；2.青海省畜牧兽医科学院，青海西宁 810016)

燕麦(Avenasativa)是甘肃省牧区和半农半牧区重要的饲草料来源之一，广泛分布于气候冷凉的甘南州各县、定西市南部、武威市天祝县以及祁连山区，种植面积8万多hm2。燕麦适口性好，消化率高，青刈的燕麦营养丰富，柔嫩多汁，既可直接饲喂家畜，也可调制干草或青贮[1]。但目前这些地区饲草加工机械化程度低，调制干草仍采用自然晾晒的方式，受天气影响较大，很难获得优质干草[2]。青贮通过乳酸菌发酵产生乳酸以长期保存青绿饲料，可有效降低饲草营养损失，提高利用效率[3]。杨云贵等[2]对3个燕麦品种不同收获期分别进行了青贮和青干草调制研究，结果表明，3个燕麦品种在抽穗期、灌浆期和乳熟期的青贮料营养价值均优于青干草。

青贮作为饲草加工的主要方式之一，已在玉米(Zeamays)、小麦(Triticumaestivum)秸秆和紫花苜蓿(Medicagosativa)等饲草料中得到广泛研究和利用[4-7]，但有关燕麦青贮的研究报道仍较缺乏，难以指导生产实践。Shao等[8]研究了不同添加剂对燕麦青贮发酵品质的影响，发现葡萄糖添加改善了燕麦青贮的发酵性能；添加山梨酸可抑制梭菌和其他杂菌的活性，刺激同型发酵类乳酸菌活性。琚泽亮等[9]研究了含水量对燕麦及燕麦与箭筈豌豆(Viciasativa)混合青贮发酵品质的影响，发现65%～70%为燕麦青贮发酵的适宜含水量，且与箭筈豌豆混合青贮效果更佳，粗蛋白(crude protein，CP)含量更高，酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)含量降低。葛剑等[10]研究了萎蔫处理和添加剂对裸燕麦青贮饲料发酵品质和营养成分的影响，发现经萎蔫处理的全株裸燕麦青贮饲料感官评价优于鲜贮，能显著抑制不良发酵，提高青贮饲料营养价值。赵世锋等[11]研究认为燕麦适宜青贮的时期为乳熟期接近蜡熟期，抽穗期虽然品质较高，但干物质含量低，不利于青贮。Rezende等[12]发现在干物质含量为65%时，燕麦青贮可满足马的营养需求。可见，前人对燕麦青贮的研究主要集中在添加剂、原料含水量和收获时期及饲喂试验等方面，在不同品种的青贮效果研究方面尚未见报道。

不同品种在同一生产环境甚至同一生育时期产量和品质也有显著差异[13]，而原料本身的差异是造成青贮品质变化的根本原因[14]。针对我国西北地区草地畜牧业生产的发展现状，发展以燕麦为支柱产业的集约化草地畜牧业前景广阔[15]。而燕麦青贮生产规模的日益扩大，对包括品种在内的各个青贮要素的要求也会逐渐提高。因此，本研究拟对7个燕麦主栽品种进行青贮发酵品质的比较分析，探讨品种对燕麦青贮发酵品质的影响，筛选适合于当地种植的优质青贮燕麦品种，为燕麦产业的发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于甘肃省定西市通渭县华家岭乡，坐标为E 105°12′，N 34°55′，海拔2353 m，年均降水量500 mm，年均气温3.4 ℃， ≥0 ℃积温为2530 ℃，无霜期80 d。试验地土壤全氮含量0.23% 、速效氮含量141.39 mg·kg-1、速效磷含量38.52 mg·kg-1、速效钾含量136.92 mg·kg-1、土壤pH值7.92、有机质含量4.67%。前茬作物为胡麻(Linumusitatissimum)。

1.2 供试品种

供试燕麦品种：2个皮燕麦品种：陇燕1号(A.sativacv. Longyan No.1，L1)和陇燕3号(A.sativacv. Longyan No.3，L3)，5个裸燕麦品种：定莜7号(A.nudacv. Dinyou No.7，D7)、坝莜9号(A.nudacv. Bayou No.9，B9)、坝莜3号(A.nudacv. Bayou No.3，B3)、白燕2号(A.nudacv. Baiyan No.2，B2)和晋燕17号(A.nudacv. Jinyan No.17，J17)，均由甘肃农业大学草业学院提供。

1.3 试验设计

采用随机区组设计，小区面积20 m2(4 m×5 m)，3次重复，小区之间设隔离带，带宽50 cm。条播，播种深度4～5 cm，行距20 cm。燕麦均于2015年4月5日播种，皮燕麦播种量为210 kg·hm-2，裸燕麦为150 kg·hm-2。各品种均于乳熟期全区刈割，测定鲜草产量(fresh biomass)后进行青贮调制，青贮60 d后采样进行测试分析[16]。

1.4 试验方法

1.4.1原料测试取20 g鲜样加入180 mL去离子水于4 ℃冰箱中浸提24 h，4层纱布过滤后采用PHS-3C型数显酸度计(上海佑科仪器仪表有限公司)测定pH值。采用烘箱干燥法测定干物质(dry matter，DM)含量，称取200 g青贮样装入信封，于105 ℃灭酶15 min，再于65 ℃烘干60 h以上至恒重。烘干样粉碎后过40目(0.425 mm)筛并用自封袋密封保存，用于常规营养指标测定，测定方法参考《饲料分析及饲料质量检测技术》[17]。采用凯氏定氮法测定粗蛋白(crude protein，CP)含量；采用蒽酮比色法测定可溶性糖(water soluble carbohydrate，WSC)含量。分别采用MRS培养基(蛋白胨10.0 g，牛肉粉5.0 g，葡萄糖20.0 g，酵母粉4.0 g，乙酸钠5.0 g，磷酸氢二钾2.0 g，硫酸镁0.2 g，柠檬酸三铵2.0 g，硫酸锰0.05 g，吐温801 mL，琼脂粉15 g，蒸馏水1 L，pH：6.2±0.2)、普通琼脂培养基(蛋白胨10.0 g，牛肉膏粉3.0 g，氯化钠5.0 g，琼脂15.0 g，蒸馏水1 L，pH：7.3±0.1)和虎红琼脂培养基(蛋白胨5.0 g，葡萄糖10.0 g，磷酸二氢钾1.0 g，孟加拉红0.033 g，硫酸镁0.5 g，氯霉素0.1 g，琼脂18.5 g，pH：6.3±0.1)计数乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)、好气性细菌(aerobic bacteria)、霉菌(mold)和酵母菌(yeast)[3]。

1.4.2青贮调制将各小区收获的燕麦草切短至2～3 cm，混合均匀后称取3 kg，装入5 L的聚乙烯塑料桶中，压实密封后于室温条件下青贮发酵。60 d后开封取样，进行营养物质和青贮发酵品质分析。

1.4.3感官评定采用以嗅觉、结构和色泽为评定指标的德国农业协会(Deutche Lan Dwirtschafts Geseutschaft)评分法，满分为20分，16～20分为优良，10～15分为尚好，5～9分为中等，0～4分为腐败，详见表1[18]。

1.4.4营养成分分析干物质、粗蛋白和可溶性糖与原料分析方法同；采用Van soest法测定中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)与酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)含量；半纤维素(hemicellulose)=NDF-ADF；采用茂福炉灼烧法测定粗灰分(crude ash，Ash)含量，500 ℃灼烧5 h[19]。

1.4.5发酵品质分析采用苯酚-次氯酸钠比色法测定氨态氮(ammonia nitrogen，AN)含量。取20 g青贮样加入180 mL去离子水于4 ℃冰箱中浸提24 h，4层纱布过滤后用定性滤纸精滤，获得青贮浸提液。取其中一部分用酸度计测定pH值；另一部分通过0.22 μm滤膜过滤后，采用安捷伦1260高效液相色谱测定乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)及丁酸(butyric acid，BA)含量。色谱条件为：SB-AQ C18色谱柱(4.6 mm×250 mm)；流动相A(甲醇)∶流动相B [0.01 mol·L-1(NH4)2HPO4, pH=2.70]=3∶97，流速1 mL·min-1，进样量20 μL，检测波长210 nm，柱温25 ℃。以上结果按V-Score评分体系进行评分，评分标准见表2，81～100分为优，60～80为一般，<60为差[20]。

表1 青贮饲料质量感官评定标准Table 1 Sensory evaluation standard of silage quality

表2 V-Score 分数分配计算式Table 2 V-Score evaluation for silage

1.5 数据分析

采用Excel 2010对数据进行初步整理，以SPSS 21.0软件对青贮前后各燕麦品种的测定指标进行单因子ANOVA模型分析，结合Duncan法进行多重比较(P<0.01)。试验误差以平均数的标准误(standard error of mean)表示。

2 结果与分析

2.1 不同品种燕麦青贮前各项指标比较分析

由表3可知，品种对燕麦鲜草产量、pH、主要营养成分及微生物组成的影响显著。除WSC差异显著(P<0.05)外，其他指标均达到极显著(P<0.01)差异水平。L3鲜草产量达45257 kg·hm-2，其次是J17(41748 kg·hm-2)，比最低的D7(35320 kg·hm-2)分别高出28.13%和18.20%。从燕麦植株的pH值可以看出，7个品种均呈酸性，以D7的pH值为最低(5.77)，B9次之(5.86)，极显著(P<0.01)低于J17(6.10)。

主要营养成分上，7个燕麦品种在乳熟期的DM含量为31.35%～35.36%，适宜青贮。L1(32.61%)和J17(31.35%)的干物质含量显著(P<0.01)低于其他5个品种。各品种间CP含量差异较大，最高的D7(11.54%)较B3(8.84%)高出30.54%，其次是L3和B2，分别为11.06%和10.45%。7个燕麦品种的WSC含量均占到干物质的17%以上，远高于青贮要求的最低WSC含量(2.5～3.5%)，是青贮的理想材料。WSC含量以L3(19.59%)和D7(19.51%)为最高，分别比最低的J17(17.52%)高出11.82%和11.36%。

尽管生长在同一环境，各品种植株上附着的微生物组成情况差异却非常明显(表3)。总体来说，测定的4种主要微生物类群数量基本符合霉菌<乳酸菌<酵母菌<好气性细菌的规律。D7的乳酸菌数量显著(P<0.01)高于其他各品种，达105cfu·g-1，其次是B3和L3；J17则显著(P<0.01)低于其他各品种。好气性细菌数量上，二者表现恰好相反，D7显著(P<0.01)低于其他各品种，J17则最高。L1、L3、B9和B2的好气性细菌数量差异不显著。酵母菌以B3为最高，D7为最低，其他品种间差异不显著。L1、L3、B2和J17的霉菌数量要显著(P<0.01)高于D7、B9和B3。综合来看，D7植株表面附着的微生物总量比其他品种略低，但有益于青贮发酵的乳酸菌数量较高；B3和L3植株表面附着的微生物总量较高。

表3 7个燕麦品种的鲜草产量、pH、营养成分及微生物组成Table 3 Fresh biomass, pH, nutrient, and microbial composition of 7 oat varieties before ensiling

注：同行不同大写字母或小写字母分别表示在0.05和0.01水平上差异显著。下同。

Note： The different capital or small letters within the same row are significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively. The same below.

2.2 不同品种燕麦青贮60 d后的感官评定

7个燕麦品种青贮发酵60 d后，L3和D7的青贮料感官品质明显优于其他5个品种，有较明显的芳香味或芳香果味、茎叶结构保持良好，且色泽与原料较为接近，青贮效果优良，为1级满分(表4)。其次是B3，也为1级，除芳香味较弱外，质地和色泽表现良好。L1和B2色泽呈黄褐色，均得到15分，与茎叶结构保持较差的B9(13分)被评为2级，青贮效果尚好。表现最差的是J17，有微弱的丁酸味，呈黄褐色，且茎叶结构保持较差，得到7分，评为3级，青贮效果中等。

2.3 不同品种燕麦青贮的营养成分比较

7个品种青贮发酵60 d后的常规营养成分见表5。品种间除干物质和半纤维素的差异水平在P<0.05以外，其余各项指标均达到显著(P<0.01)水平。青贮后各品种的DM含量与青贮前的原料相比略有降低。J17的DM含量最低，为28.81%。 L3和D7的DM含量分别为33.55%和32.29%，显著(P<0.05)高于B9、B3和J17；L1(30.65%)和B2(31.30%)居中。CP含量与DM含量表现一致，也略有下降，但品种间总体变化不大，仍以L3和D7显著高于其他各品种。各品种WSC含量与青贮前相比均大幅下降，这与青贮发酵过程中微生物活动有关；B2和D7的WSC含量显著(P<0.01)高于L1、L3、B9、B3和J17，其中，B2(5.51%)高出J17(4.22%)30.57%。B9和B3的粗灰分含量较高，分别为8.57%和8.49%，显著高于其他5个品种。

表4 青贮60 d后7个燕麦品种青贮感官评定Table 4 Sensory evaluations of 7 oat varieties after 60 d of ensiling

表5 青贮60 d后7个燕麦品种的营养成分Table 5 Nutrient contents of 7 oat varieties after 60 d ensiling

纤维成分上，B3(55.78%)、L3(54.27%)和D7(52.16%)的NDF含量显著(P<0.01)高于其他各品种。L3的ADF含量显著低于B3和D7，半纤维素含量最高。J17的NDF、ADF和半纤维素含量均最低，与B3相比，分别降低了21.85%、27.65%和12.06%。

2.4 不同品种燕麦发酵品质分析

青贮发酵60 d后，7个燕麦品种的发酵品质差异较大(表6)。pH、乳酸、各类挥发性脂肪酸、氨态氮含量及乳酸/乙酸均达到极显著(P<0.01)差异水平。

从表6中可以看出，发酵后饲草的品质与原料特性紧密相关。发酵后的pH值与青贮前原料上附着的乳酸菌数量存在对应关系，D7的pH值最低(4.13)，其次是L3和B3，分别为4.20和4.21，显著(P<0.01)低于其他4个品种，J17为最高(4.53)。

乳酸和各类挥发性脂肪酸含量则与pH值对应，D7、L3和B3拥有较高的乳酸含量，较低的挥发性脂肪酸和氨态氮含量，发酵品质良好，尤其是D7，乳酸含量达7.38%，显著(P<0.01)高于其他各品种，总挥发性脂肪酸和氨态氮含量分别为0.73%和6.60%，显著(P<0.01)低于除L3以外的其他各品种。B9和J17表现较差，乳酸含量、乳酸/乙酸值显著(P<0.01)低于其他品种，总挥发性脂肪酸含量和氨态氮含量较高，发酵品质一般。

表6 青贮60 d后7个燕麦品种的发酵品质Table 6 Fermentation quality of 7 oat varieties after 60 d ensiling

7个燕麦品种发酵品质的V-Score评分如表7所示。81～100分的有L3和D7，发酵品质为优，D7 V-Score得分显著(P<0.01)高于其他各品种。其余5个品种均为60～80分，由高到低依次为B2>B3>L1>B9>J17，发酵品质为一般，这与感官评定结果基本一致。没有发酵品质差(<60)的品种，可见燕麦是一种比较良好的青贮原料。

表7 青贮60 d后7个燕麦品种发酵品质的V-Score评分Table 7 V-Score evaluations of 7 oat varieties after 60 d ensiling

注：同列不同大写字母或小写字母分别表示在 0.05和0.01水平上差异显著。

Note：The different capital or small letters within the same column are significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

3 讨论

成功获得优质青贮不仅要求原料含水量适宜，还应有充足的WSC含量。原料含水量过高会引起梭菌发酵，过低则不易压实，容易引发霉变，而WSC是乳酸菌生长繁殖的底物[20]。研究表明，新鲜材料含水量应控制在55%～65%，WSC含量达到25～35 g·kg-1，是成功青贮的最低条件[18]，而优质青贮的获得则需要60%～70%的含水量[21]，40 g·kg-1以上的WSC含量[22]。本试验中，7个燕麦品种在乳熟期收获时，干物质含量为31.35%～35.36%，WSC含量均超过170 g·kg-1，是优质的青贮原料。当原料WSC含量较低时，一般采用添加糖基质的方式改善青贮发酵条件。Bilal[23]在象草(Pennisetumpurpureum)中按梯度添加了1%、3%和5%的玉米粉，结果表明青贮发酵品质显著提高，NDF、ADF含量明显下降。本试验中，所有品种都青贮成功，未出现腐烂情况，这得益于各品种较高的WSC含量。但发酵60 d后，LA含量除L3和D7外，均在6.0%以下，pH值未降至4.2以下，尤其是J17，感官评定等级和V-Score评分都最低。可能的原因，一是燕麦秸秆的中空结构使得原料压实效果欠佳，青贮早期桶内空气残留较多，好气性微生物与乳酸菌竞争发酵底物，消耗了部分WSC，无法产生大量的LA以降低pH；二是原料附着的乳酸菌数量有限，不能在短时间内大量繁殖，抑制有害微生物活动，成为优势菌群。琚泽亮等[24]在燕麦和箭筈豌豆混合青贮中复合添加了玉米粉和乳酸菌制剂，更好地促进了乳酸发酵，降低了pH值。青贮是一个复杂的过程，受多种因素控制，在进行青贮调制时需综合考虑各种因素才能获得优质的青贮。

植物叶围附着或寄生了大量的微生物，它们与植物长期共存，因植物叶表蜡质层及分泌物等的组成不同，不同作物、同一作物不同品种和成熟阶段都具有独特的微生物群落[25]。施清平等[4]在增城研究了10个玉米品种的种植和青贮潜力，发现不同玉米品种叶表面附着的好气性细菌和酵母菌没有差异，但乳酸菌和霉菌差异显著(P<0.05)，对青贮效果影响较大。本试验也得到了类似的结果各品种间附着的乳酸菌数量差异显著(P<0.01)，D7高于1×105cfu·g-1，青贮效果最优，pH降至4.13，LA含量占干物质的7.38%，有较明显的芳香果味，感官评定为1级，V-Score评分为90.48。pH值是反映青贮发酵品质优劣的一个重要指标，一般认为成功青贮的pH应降至4.2以下，pH能否降低与青贮饲料中乳酸菌的数量直接相关[26]。而郭旭生等[27]研究认为，将pH作为不同牧草青贮发酵品质评价的统一标准欠妥，青贮料的pH受牧草种类及不同化学成分的影响。本试验中，供试燕麦品种的pH值均呈酸性，对青贮发酵有利，虽然青贮完成后除D7外，其余品种的pH≥4.2，但都青贮成功，未发生腐烂霉变，进一步验证了郭旭生等[27]的观点。

NDF和ADF是反映饲草纤维品质最主要的指标，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，饲用价值越高[28]。本试验供试材料中，B3的ADF含量(35.05%)显著高于其他各品种；L3的ADF含量比较低(30.51%)，NDF和半纤维素含量最高(54.27%和23.76%)，饲用价值较高。氨态氮含量被广泛用于衡量青贮品质的好坏，是V-Score评分体系中的主要指标之一，氨态氮含量越大，说明氨基酸和蛋白质分解越多，青贮质量越差[18]。Kaiser等[29]指出，青贮饲草中的氨态氮含量不仅与青贮发酵过程有关，也与饲草种类及饲草的化学成分含量有关，发酵品质好的青贮料氨态氮含量应低于10%。本试验中，L3和D7的氨态氮含量较低，分别为6.90%和6.60%，其他各品种虽有差异，但均在10%以下，说明饲草中蛋白质没有大量分解，营养物质保存较好。