外源生物制剂对玉米秸秆和马铃薯渣混贮品质及瘤胃降解率的影响

冯 鹏，吴宏达，郑海燕，杨 曌，王 迪，师 臣，孟凡坤

(1.黑龙江省农业科学院草业研究所，哈尔滨 150086；2.黑龙江省农业科学院，哈尔滨 150086；3.黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院，齐齐哈尔 161005；4.黑龙江省农业科学院大庆分院，大庆 163316；5.明水县农业技术推广中心，绥化 151700)

薯渣作为马铃薯深加工主要副产物，其水分含量高，不易长距离运输，致使薯渣未能有效利用[1]。玉米秸秆可溶性碳水化合物含量较低，缓冲能高，不易于直接调制优质青贮饲料。玉米秸秆与薯渣混贮可以有效地利用薯渣淀粉含量较高的优点，为玉米秸秆青贮发酵提供充足的底物[2]。大量的研究结果表明，利用生物制剂可以提高玉米秸秆与薯渣混贮饲料饲喂效果[3]。OKine等[4]研究薯渣青贮发酵效果发现，薯渣发酵饲料营养价值较高，可以作为反刍动物饲料的能量来源。贾军[5]研究认为，薯渣与玉米秸秆1∶3混合青贮，青贮饲料粗蛋白质(CP)含量显著增加，中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)含量显著降低。申瑞瑞[6]研究微生物发酵剂对薯渣与玉米秸秆混贮效果的影响，结果表明微生物发酵剂提高了薯渣和玉米秸秆青贮饲料的发酵品质和瘤胃降解率。陶莲[7]认为，外源酶菌混合处理显著降低玉米秸秆青贮饲料中性洗涤纤维和酸性木质素含量，并且瘤胃消化吸收纤维素和中性洗涤纤维能力显著提高。Yang等[8]报道，在泌乳早期奶牛精料补充料中添加复合酶制剂显著提高产奶量，并显著提高干物质(DM)和CP消化率。

尽管酶菌制剂在玉米秸秆饲料化利用已见相关报道，但有关饲用酶制剂在玉米秸秆与薯渣混合青贮中的应用还相对较少，尤其是非淀粉多糖酶与木质素降解酶结合应用报道更少。本研究通过分析验证外源生物制剂提高玉米秸秆与薯渣混贮饲料品质及瘤胃降解率，筛选高效的饲用生物制剂，探索秸秆饲料转化技术，为玉米秸秆高效利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间及地点

试验于2020年8月-2021年1月在黑龙江省农业科学院民主园区试验基地和黑龙江省农业科学院开放试验室进行。试验地位于哈尔滨市道外区民主乡，该区域年降雨量519.28 mm，平均气温3.5 ℃。

1.2 青贮调制

青贮原料为粮饲兼用型玉米秸杆(原单32)和克新1号马铃薯渣，营养成分含量见表1。玉米籽粒收获后，将玉米秸秆切至约2～3 cm，与薯渣按照3∶1比例混合均匀，水分含量控制在70%左右，1 000 g混合均匀样品按试验设计添加生物制剂，聚乙烯袋分装，抽真空后封口。室温条件下发酵60 d后开包进行感官鉴定，分析混贮饲料发酵品质及营养物质，其中，DM是以鲜样为基础，其他指标均以DM为基础。

表1 青贮原料营养成分含量

1.3 试验设计

本试验采用完全随机试验设计，共设置15个处理组(表2)：4个酶制剂处理组(CE1、CE2、CE3、CE4)；1个菌制剂处理组(LAB)；9个酶菌复合处理组(MCL1、MCL2、MCL3、MCL4、MCL5、MCL6、MCL7、MCL8和MCL9)；同时设置对照(CK)。各处理组原料及青贮样品各3次重复。试验所用酶制剂均购自宁夏夏盛实业集团有限公司。其中，木聚糖酶酶活力为180 000 U/g；β-葡聚糖酶酶活力10 000 U/g；果胶酶酶活力2 500 U/g；纤维素酶酶活力1 000 U/g；漆酶酶活力为10 000 U/g，乳杆菌为2×1010CFU/g。

表2 试验分组

1.4 测定指标与方法

1.4.1 感官评价 感官评价采用德国农业协会(Deutche Lan Geseutschaft，DLG)评分标准[9]。

1.4.2 发酵参数测定 开袋后，按玉米秸秆与马铃薯渣3∶1比例，称取饲料样品20 g，加蒸馏水180 mL，搅碎混匀，过滤，测定pH[10]；苯酚-次氯酸比色法测定氨态氮含量[11]；SHIMADZE-10A型高效液相色谱仪测定青贮饲料样品有机酸含量[12]。色谱条件：色谱柱为Shodex Rspak KC-811 S-DVB gel Column 30 mm×8 mm，检测器为SPD-M10AVP，进样量为10 μL，流速为1 mL/min，高氯酸溶液流动相为3 mmol/L，柱温为50 ℃，检测波长为210 nm。

1.4.3 营养品质测定 玉米秸秆与马铃薯渣混贮饲料DM含量采用105 ℃烘干法测定[13]；可溶性碳水化合物(WSC)采用蒽酮-硫酸比色法测定[14]；CP含量采用杜马斯燃烧法测定[15]、NDF、ADF、半纤维素(hemicellulose)、酸性洗涤木质素(ADL)测定方法参见《饲料分析及饲料质量检测技术》[16]。

1.4.4 瘤胃降解率测定 选用6只健康、装有永久瘤胃瘘管的杜泊×小尾寒羊F1代杂交羯羊，体重(60.0±4.0)kg，随机分为2组，每组3只羊。基础饲粮(表3)中粗饲料占60%，每日8:00和18:00各饲喂1次，共1 200 g，自由饮水，预试期7 d。分别称取各处理和对照组玉米秸秆青贮样品粉末2.5 g(65 ℃烘干48 h，回潮24 h，粉碎后过1 mm筛)，装入10 cm× 6 cm 300目尼龙袋，设置2个平行，72 h后取回[17]。72 h降解率：A(%)=(B-C)/B×100%[18]。式中，A为待测饲料的某种营养物质瘤胃72 h的消失率(%)；B为待测样品中某种营养物质含量(g)；C为待测样品尼龙袋残渣中某种营养物质含量(g)。

表3 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

1.5 数据分析

采用SAS 8.1统计软件进行方差分析，显著水平设为P<0.05，试验结果用平均值±标准差表示。所有试验设重复3次。

2 结 果

2.1 玉米秸秆与薯渣混贮饲料感官评价

青贮发酵60 d后，各处理组玉米秸秆与薯渣混贮饲料均有酸香气味，仅CE3处理组酸香气味略淡；各处理组茎叶结构保持良好，质地柔软松散，无黏手现象，无霉变情况发生。色泽上均为淡黄色。各处理感官评定质量均达到了优级。

2.2 生物制剂对混贮饲料发酵品质的影响

从表4可知，不同生物制剂处理组pH和氨态氮/总氮比例均显著低于对照(P<0.05)。本试验中MCL2处理pH最低，为3.60，显著低于其他处理组(P<0.05)。菌处理组(LAB)和酶菌处理组(MCL1、MCL2、MCL3、MCL4、MCL5、MCL6、MCL7、MCL8、MCL9)pH明显低于酶处理组(CE1、CE2、CE3、CE4)。

表4 各组混贮饲料发酵参数

酶处理组和酶菌复合处理组玉米秸秆与薯渣混贮饲料中乳酸、乙酸含量显著高于菌处理组和对照(P<0.05)，其中MCL2和MCL4处理乳酸含量最高，分别为2.82%、2.77%。仅CE3和MCL1处理组检测出微量丙酸，青贮样品中均未检出丁酸。

2.3 生物制剂对混贮饲料营养成分含量的影响

由表5可知，与对照相比，酶制剂、乳杆菌、酶菌混合处理组玉米秸秆与薯渣混贮饲料DM含量差异均不显著(P>0.05)，CP含量均显著高于对照组(P<0.05)；各处理组可溶性碳水化合物含量均显著低于对照组(P<0.05)，其中菌处理组、酶菌混合处理组可溶性碳水化合物含量均显著低于酶处理组(P<0.05)；与对照相比，各处理组纤维素、NDF及ADF含量均显著降低(P<0.05)，其中MCL2处理最低，分别为22.86%、53.43%、33.99%；各处理及对照组间半纤维素含量差异均不显著(P>0.05)；漆酶添加组(CE3、CE4、MCL4、MCL5、MCL6、MCL7、MCL8、MCL9)混贮饲料酸性洗涤木质素含量均显著低于其他未添加漆酶处理(P<0.05)；并且漆酶添加量为2 g/3 kg的处理组(CE4、MCL5、MCL7、MCL9)酸性洗涤木质素含量数值上均低于漆酶添加量为1 g/3 kg的处理组(CE3、MCL4、MCL6、MCL8)。

表5 各组混贮饲料干物质及营养物质含量

2.4 生物制剂对混贮饲料营养成分瘤胃降解率的影响

由表6可知，玉米秸秆与薯渣混贮各处理组DM和CP的72 h瘤胃降解率均高于玉米秸秆青贮原料(分别为52.45%和20.54%)。与对照相比，不同生物制剂处理均可显著提高玉米秸秆与薯渣混贮饲料中DM和CP的72 h瘤胃降解率(P<0.05)，其中MCL2处理最高，分别为58.62%和51.85%。

玉米秸秆与薯渣混贮饲料NDF、ADF、纤维素72 h瘤胃降解率均表现为添加纤维素酶处理组(CE1、CE2、MCL2、MCL3、MCL6、MCL7、MCL8、MCL9)显著高于未添加纤维素酶处理(P<0.05)(表6)；其中MCL2处理NDF、ADF、纤维素72 h瘤胃降解率均最高。纤维素酶添加量1 g/3 kg处理组(CE1、MCL2、MCL6、MCL7)纤维素72 h瘤胃降解率显著高于其他处理(CE2、MCL3、MCL8、MCL9)(P<0.05)。半纤维素72 h瘤胃降解率在各混贮饲料组间差异均不显著(P>0.05)。漆酶添加组(CE3、CE4、MCL4、MCL5、MCL6、MCL7、MCL8、MCL9)青贮饲料酸性洗涤木质素72 h瘤胃降解率均显著高于其他未添加漆酶处理组(P<0.05)，漆酶添加量为2 g/3 kg的处理(CE4、MCL5、MCL7、MCL9)酸性洗涤木质素72 h瘤胃降解与漆酶添加量为1 g/3 kg的处理组(CE3、MCL4、MCL6、MCL8)差异不显著(P>0.05)。

表6 原料及各组混贮饲料营养物质的72 h瘤胃降解率

3 讨 论

3.1 玉米秸秆与马铃薯渣混贮饲料发酵品质

氨态氮与总氮比值是评判青贮饲料CP保存或分解的重要指标之一，数值越大，则CP分解越多[19]。有研究认为优质青贮饲料氨态氮与总氮比值应<10%[20-21]，本试验中，与对照相比，添加外源生物制剂处理玉米秸秆与马铃薯渣，氨态氮占总氮的比例显著下降，pH迅速降低，说明生物制剂在一定程度上可以提高混贮饲料发酵品质。同时，各生物制剂处理组氨态氮与总氮比值在6.88～7.81，且均未检出丁酸，说明玉米秸秆与马铃薯渣可以作为混贮原料调制优质青贮饲料。Souza等[22]研究表明，添加酶处理玉米秸秆青贮发酵后，原料与青贮料DM含量差异不显著，本试验结果与其相符，说明玉米秸秆和马铃薯渣混贮饲料经酶处理后，青贮原料的营养物质较大程度保留了下来。本研究还发现，不同生物制剂处理玉米秸秆和马铃薯渣混贮饲料样品乳酸含量>乙酸>丙酸，说明玉米秸秆与马铃薯渣混合青贮为乳酸发酵类型。本试验中，酶处理组和酶菌处理组混贮饲料乳酸、乙酸含量显著高于菌处理组及对照，说明酶处理组和酶菌处理组有机酸含量显著提高，发酵效果好，DM最大程度得以保存，提高青贮发酵品质，这与任海伟等[23]研究结果一致。试验还发现，酶菌复合处理对玉米秸秆与马铃薯渣混贮发酵促进作用比酶制剂处理更大。

3.2 外源生物制剂降解混贮饲料中纤维性物质

玉米秸秆细胞壁紧实致密，其中纤维素、半纤维素和木质素含量较高，很大程度上制约了家畜对玉米秸秆的饲料化利用[24]。在玉米秸秆与马铃薯渣混贮中添加外源生物制剂，一方面为了利用马铃薯渣非结构性碳水化合物含量高的优点，为玉米秸秆青贮发酵提供充足底物[25]；另外，外源生物制剂补充家畜消化系统内源酶含量，并使其活性增强，促进玉米秸秆青贮乳酸发酵，尤其是纤维素、半纤维素和木质素的消化吸收，进而提高玉米秸秆的利用率[26]。本试验中，与对照相比，玉米秸秆与薯渣混贮饲料纤维素、NDF及ADF含量显著降低，其中MCL2处理最低，说明酶处理组和酶菌处理有效降低了青贮原料的结构性碳水化合物含量，促进乳酸菌发酵，提高了玉米秸秆的发酵品质和营养品质，这与吕文龙等[27]和申瑞瑞等[28]的研究结果一致。

3.3 酶制剂及其添加量

目前，饲用生物制剂成本较高，确定最佳添加量尤为重要[29]。有研究认为，添加量不足，营养水平及饲喂效果不明显；过剩添加酶制剂，可能降低反刍家畜瘤胃对青贮饲料的消化吸收[30]。本试验用到的木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶和纤维素酶以及漆酶，分别起到了降解半纤维素、纤维素和木质素的效果，在提高玉米秸秆青贮饲料营养品质的同时，提高家畜对玉米秸秆消化吸收效率。本试验考虑青贮成本，纤维素酶和漆酶选定1和2 g/3 kg两个添加量处理，结果表明，纤维素酶添加量为1 g/3 kg的处理组(CE1、MCL2、MCL6、MCL7)纤维素、NDF、ADF 72 h瘤胃降解率均高于2 g/3 kg处理组(CE2、MCL3、MCL8、MCL9)，结合玉米秸秆与马铃薯渣混贮饲料营养物质，得出1 g/3 kg纤维素酶添加量为宜。

3.4 外源酶制剂提高混贮饲料营养物质瘤胃降解率

半纤维素与木质素通过共价键结合在一起，纤维素分子被其包裹，形成屏障，将纤维素分子与消化酶隔绝，降低家畜瘤胃纤维素分子消化吸收，严重制约了农作物秸秆的饲料化利用[31]。有研究表明，由于纤维类物质结构复杂，并且木质素在反刍动物瘤胃中很难降解，所以DM和CP在反刍动物瘤胃中降解高于纤维素降解率[32]。本试验中，玉米秸秆与马铃薯渣混贮饲料DM和CP 72 h瘤胃降解率高于中性洗涤纤维降解率，这与上述观点相符。Gado等[33]和Titi等[34]报道，外源酶制剂显著提高了玉米秸秆青贮原料的DM消化率，特别是中性洗涤纤维消化率。本试验中，与对照相比，玉米秸秆与马铃薯渣混贮饲料中性洗涤纤维72 h瘤胃降解率显著提高。何长芳等[35]研究证实，青海半细毛羔羊饲喂经纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶、糖化酶、菌体蛋白、维生素和矿物质的复合酶处理的小麦秸秆90 d，较对照增重1.71 kg，增重幅度达19.95%，说明秸秆添加纤维素酶、木聚糖酶等外源酶制剂青贮发酵后，可以提高秸秆纤维组分的瘤胃降解率。

有研究报道，酶制剂和乳酸菌制剂混合使用，青贮料的NDF、ADF、半纤维素和纤维素含量降低[36-37]。本试验中，酶菌处理组和酶处理组乳酸、乙酸含量显著高于菌处理组，酶菌处理组NDF、ADF含量低于酶处理组和菌处理组；酶菌处理组中性洗涤纤维瘤胃降解率显著高于酶处理组和菌处理组，与前人研究结果相似。说明酶菌复合处理提高混贮饲料青贮品质效果好于酶、菌单一作用。原因可能是纤维素酶的协同作用能够使纤维素链间及链内氢键打开，形成无序的非结晶的纤维素，纤维成分更容易被降解。

4 结 论

综合玉米秸秆与马铃薯渣混贮饲料发酵品质、营养成分及养分瘤胃降解率，酶菌复合处理效果>酶处理>菌处理，其中MCL2处理(木聚糖酶1 g/3 kg、果胶酶1 g/3 kg、β-葡聚糖酶1 g/3 kg、乳杆菌3 g/3 kg、纤维素酶1 g/3 kg)效果最佳；纤维素酶降低玉米秸秆混贮饲料纤维素、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量，最适纤维素酶添加量为1 g/3 kg。