基于Meta分析的全株玉米青贮营养成分含量及其影响因素
2022-03-10王里彦李金辉陈佳欣杨彩虹段春辉刘月琴纪守坤张英杰
王里彦 严 慧 李金辉 陈佳欣 杨彩虹 段春辉 刘月琴 纪守坤 张英杰
(河北农业大学动物科技学院，保定071000)
青贮是保证常年均衡供应反刍动物饲料的有效措施[1]。全株玉米青贮是将带穗的整株玉米收割切碎后，在密闭的环境条件下，经厌氧发酵制成的一种营养价值与原料相似、消化率高、适口性好、气味芳香的饲料[2]。由于全株玉米青贮的品质直接关系到反刍动物的健康、生产性能以及养殖场的经济效益，因此优质全株玉米青贮生产成为养殖业普遍关注的问题[3]。Salvati等[4]、Wang等[5]、Liu等[6]和王旭哲[7]的研究表明，玉米的青贮天数、品种、种植地区、种植条件和收获期均可影响全株玉米品质，其中玉米的青贮天数、种植地区和收获期是影响全株玉米青贮饲料品质的主要因素。由于影响因素众多，前人研究的全株玉米青贮营养成分含量差异较大，人们对全株玉米青贮营养成分含量的一般性规律仍认识有限。
Meta分析又称荟萃分析，是对具有同质性的多个研究进行综合分析的方法，目的在于增大样本含量，减少随机误差，增大检验效能，获得评估指标的一般性规律[8]。本研究拟采用Meta分析方法，解析全株玉米青贮营养成分含量的预测值和变异范围，并探索其影响因素，为全株玉米青贮饲料品质的定量判定和品质提升提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 文献检索
以表1中的文献检索词，分别检索Web of Science平台、PubMed平台、超星期刊资源、CNKI和万方数据库，检索时间为建库至2021年4月，获取包含全株玉米青贮营养成分含量的试验性文献。
1.2 文献纳入与排除标准
文献纳入标准为：1)研究对象为全株玉米青贮；2)包含干物质(DM)、淀粉(Starch)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)等主要结局指标并给出标准差(SD)或标准误(SE)值；3)试验性研究报道；4)明确了青贮天数、收获期和种植地区等主要影响因素。文献排除标准为：1)非试验性研究；2)非全株玉米青贮，全株玉米与其他牧草混贮；3)非中文或英文文献；4)青贮过程中出现异常发酵的文献；5)数据不完整或难以提取结局指标的文献。
表1 文献检索策略
1.3 数据提取整理
提取所纳入文献中的第一作者、发表时间、样本量(n)、DM、Starch、NDF和ADF含量及其SD、SE等数据。通过公式SD=SE×SQRT(N)将缺失的SD或SE值补全。
1.4 产出指标
本研究Meta分析所关注的统计指标分别为DM、Starch、NDF和ADF含量以及影响因素中的青贮天数、种植地区和收获期。根据种植地区分为3组，即中国、美国和欧盟；根据收获期分为4组，即“小于等于1/3乳线期”、“1/2乳线期”、“2/3乳线期”和“大于等于3/4乳线期”。
1.5 统计分析
采用R-4.1.0软件进行方差倒数Meta分析，合并效应值为全株玉米青贮中DM、Starch、NDF和ADF含量，计算其95%置信区间(CI)。统计学异质性采用I2检验进行判断：当I2<25%时，认为无异质性；当25%
2 结果与分析
2.1 文献检索结果
本研究共获得相关文献1 649篇，通过阅读题目和摘要，剔除重复文献和与全株青贮玉米品质无关的文献990篇，通过阅读文章内容排除文献621篇(包括非试验性文献466篇、数据非全株玉米青贮及混贮文献83篇、非中文或英文文献6篇、青贮过程中出现异常发酵的文献13篇以及未给出SD、SE或均值标准误(SEM)值等数据不完整文献53篇)，获得38篇文献(包括10篇中文文献和28篇英文文献)，建立文献数据库，提取全株玉米青贮营养成分含量数据，其描述统计见表2。
表2 全株玉米青贮营养成分含量描述统计
2.2 全株玉米青贮营养成分含量
全株玉米青贮营养成分含量的Meta分析结果见表3。本研究中，各研究间DM、Starch、NDF和ADF含量预测值均存在显著异质性(I2>50%，P<0.05)，采用随机效应模型合并效应值，结果表明DM含量预测值为31.33%，Starch含量预测值为25.51%，NDF含量预测值为44.18%，ADF含量预测值为25.15%。Egger检验结果表明DM含量预测值存在显著发表偏倚(P<0.05)，Starch、NDF和ADF含量预测值均无发表偏倚(P>0.05)。敏感性分析表明，DM、Starch、NDF和ADF含量预测值在排除任一项研究之后,合并结果无显著变化(<5%)，表明统计结果具有稳健性。
表3 全株玉米青贮评估指标方差倒数Meta分析结果
2.3 青贮天数对全株玉米青贮营养成分含量的影响
青贮天数和全株玉米青贮营养成分含量的相关性见图1。本研究表明，青贮天数与DM、Starch、NDF和ADF含量间均无显著相关性(P>0.05)；全株玉米青贮中DM含量与Starch和NDF含量间均无显著相关性(P>0.05)，而与ADF含量呈负相关(r=-0.420，P<0.01)；Starch含量与NDF(r=-0.433，P<0.01)和ADF(r=-0.649，P<0.01)含量均呈负相关，NDF含量和ADF含量呈正相关(r=0.667，P<0.01)。
2.4 种植地区对全株玉米青贮营养成分含量的影响
种植地区对全株玉米青贮营养成分含量的影响结果见表4。中国、美国和欧盟全株玉米青贮营养成分含量预测值均存在显著异质性(I2>50%，P<0.05)，采用随机效应模型进行Meta分析。Egger检验结果表明，中国全株玉米青贮中DM含量预测值存在显著发表偏倚(P<0.05)，Starch、NDF和ADF含量预测值均无显著发表偏倚(P>0.05)；美国全株玉米青贮中的Starch、NDF和ADF含量预测值均存在显著发表偏倚(P<0.05)，DM含量预测值无显著发表偏倚(P>0.05)；欧盟全株玉米青贮中的NDF和ADF含量预测值均存在显著发表偏倚(P<0.05)，DM和Starch含量预测值均无发表偏倚(P>0.05)。敏感性分析表明，中国、美国和欧盟的DM、Starch、NDF和ADF含量预测值在排除任一项研究之后，合并效应量无显著变化(<5%)，表明统计结果具有稳健性。通过比较3个地区全株玉米青贮营养成分含量，中国全株玉米青贮中DM和Starch含量预测值显著低于美国(分别为5.51%和19.09%；P<0.05)和欧盟(分别为8.54%和24.41%；P<0.05)；NDF和ADF含量预测值高于美国(分别为1.03%和0.36%；P>0.05)，但显著高于欧盟(分别为5.77%和16.21%；P<0.05)。
下三角为指标间相关性散点图；上三角为相关性系数(r)；反对角线为数据分布曲线；Days为青贮天数，DM为干物质含量，Starch为淀粉含量，NDF为中性洗涤纤维含量，ADF为酸性洗涤纤维含量；***表示相关性P值<0.01。
表4 中国、美国与欧盟全株玉米青贮营养成分含量比较
续表4分析指标 Analysis indicators地区 Area文献数 Literature No.处理数 TreatmentNo.异质性检验 Heterogeneity testI2/%P值P-valueMeta分析结果Meta-analysis results/%预测值 Predictive value95%置信区间95%CIEgger 检验Egger testP值P-value敏感性 Sensitivity/%淀粉 Starch中国684100023.44b22.41～24.470.974<5美国63498028.97a27.17～30.780.025<5欧盟41599031.01a29.05～32.970.159<5中性洗涤纤维 NDF中国16181100044.15a43.35～44.950.411<5美国125199043.12ab42.60～43.630.001<5欧盟4598<0.0141.74b40.33～43.150.001<5酸性洗涤纤维 ADF中国16178100025.23a24.71～25.740.747<5美国145898024.87a24.18～25.560.007<5欧盟41598<0.0121.71b20.66～22.760.045<5
2.5 收获期对全株玉米青贮营养成分含量的影响
收获期对全株玉米青贮营养成分含量的影响结果见表5。全株玉米青贮收获期为“小于等于1/3乳线期”、“1/2乳线期”、“2/3乳线期”和“大于等于3/4乳线期”的评估指标DM、Starch、NDF和ADF含量预测值均存在显著的统计学异质性(I2>50%，P<0.01)，采用随机效应模型进行Meta分析。Egger检验结果表明，全株玉米青贮收获期为“小于等于1/3乳线期”的DM和ADF含量预测值存在显著发表偏倚(P<0.05)，NDF含量预测值无显著发表偏倚(P>0.05)；“1/2乳线期”的DM含量预测值存在显著发表偏倚(P<0.05)，Starch、NDF和ADF含量预测值均无显著发表偏倚(P>0.05)；“2/3乳线期”的DM和ADF含量预测值均存在显著发表偏倚(P<0.05)，Starch和NDF含量预测值均无显著发表偏倚(P>0.05)；“大于等于3/4乳线期”的DM含量预测值存在显著发表偏倚(P<0.05)，Starch、NDF和ADF含量预测值均无显著发表偏倚(P>0.05)。敏感性分析表明，“小于等于1/3乳线期”、“1/2乳线期”、“2/3乳线期”和“大于等于3/4乳线期”的DM、Starch、NDF和ADF含量预测值在排除任一项研究之后,合并效应量无显著变化(<5%)，表明统计结果具有稳健性。本研究表明，随收获期推迟，全株玉米青贮中DM和Starch含量预测值逐渐升高(P<0.05)；NDF和ADF含量预测值逐步降低(P<0.05)，但在大于3/4乳线期时全株玉米青贮中ADF含量预测值显著高于2/3乳线期(P<0.05)。
3 讨 论
3.1 全株玉米青贮评估指标
粗饲料是反刍动物饲粮的重要组成部分，全株玉米作为优质粗饲料在生产中大量使用[9]。在全株玉米青贮品质评价中，DM、Starch、NDF和ADF含量是最常用评估指标[10]。DM含量反映了全株玉米青贮的营养价值和发酵质量，其含量决定了青贮的经济效益[11]，Starch是反刍动物代谢过程中提供葡萄糖的主要物质，也是反刍动物瘤胃微生物的主要碳源，其含量决定了青贮的饲用价值[12]；NDF和ADF含量与反刍动物的消化率呈负相关，其含量决定了青贮的可消化率[13]。青贮饲料的质量评定标准指出优质的全株玉米青贮DM含量为30%～35%，Starch含量大于28%，NDF含量为45%～55%[14]。本研究采用方差倒数法Meta分析获得了全株玉米青贮DM、Starch、NDF和ADF含量预测值和变异范围预测，并探索了全株玉米青贮中营养成分含量变化的主要影响因素。
表5 全株玉米青贮收获期对营养成分含量的影响
3.2 青贮天数对全株玉米青贮营养成分含量的影响
全株玉米青贮过程可分为4个阶段：有氧呼吸期、厌氧微生物竞争期、乳酸积累期和相对稳定期[15]。有氧呼吸期由于植物细胞呼吸和好氧腐败菌作用消耗DM和Starch，造成全株玉米青贮营养损失；厌氧微生物竞争期乳酸菌和厌氧腐败菌竞争，乳酸菌逐渐占优；乳酸积累期由于优势菌群乳酸菌的作用消耗可溶性糖，促使pH下降；相对稳定期由于低pH抑制乳酸菌生长，青贮进入稳定阶段，营养成分不再损失。全株玉米青贮过程中仅有氧呼吸期会造成DM和Starch损失，但该阶段时间较短，装填压实时严密封埋也可以减少该阶段的不利影响[16]，因此一般全株玉米青贮过程中营养成分变化较小，这与本研究结果一致，即青贮天数对饲料的DM、Starch、NDF和ADF含量无显著影响，王英楠[17]通过比较全株玉米青贮后较青贮前营养成分含量也表明青贮过程中全株玉米营养成分含量变化不大。这一结果提示，青贮天数对全株玉米青贮营养成分含量影响有限，青贮能保持全株玉米营养成分，保证长期可用。
3.3 种植地区对全株玉米青贮营养成分含量的影响
不同种植地区的玉米品种和生长环境不同，这些均会影响全株玉米的收获品质。与青贮饲料的合理调制与质量评定标准[14]比较，我国青贮中DM含量为30.72%，Starch含量为23.44%，NDF含量为44.15%，ADF含量为25.23%，其品质可以达到第2等级，但我国全株玉米青贮中DM和Starch含量预测值显著低于美国和欧盟，NDF和ADF含量预测值高于美国和欧盟，尤其是Starch含量预测值与美国和欧盟的差距最为明显，低于美国和欧盟20%左右。这一结果表明提高我国全株玉米青贮品质要优先从提高Starch含量入手，与张成华等[18]的研究结果一致。
3.4 收获期对全株玉米青贮营养成分含量的影响
收获期也是影响全株玉米营养成分含量的重要因素，前人研究中和生产上常使用玉米籽实乳线位置划分收获期，Zhang等[19]研究表明应在1/3乳线期收获，Borreani等[20]研究表明应在1/2乳线期收获，姜富贵等[21]研究表明应在3/4乳线期收获。本研究表明，适当推迟收获期可降低含水量，提高DM含量预测值，3/4乳线期以前NDF和ADF含量预测值升高的速率较慢，3/4乳线期以后全株玉米的木质化进程加快[19,22]，NDF和ADF含量预测值升高，与王旭哲[7]的研究结果一致。由此可见，2/3乳线期收获的全株玉米DM和Starch含量预测值较高(32.79%，27.96%)，NDF和ADF含量预测值最低(42.77%，22.95%)，严格按照2/3乳线期收获制作青贮可提高我国全株玉米青贮品质。
3.5 本研究的局限性
本研究中全株玉米青贮各成分含量的分析结果存在异质性和发表偏移，可能源于玉米品种、生长环境、采样时间和种植密度各有所异，但各项影响因素均相同的文献数量有限，进一步细分亚组难以满足Meta分析要求，因此未对这些影响因素进行进一步剖分；敏感分析表明，去除单项研究后，结果改变量均低于5%，表明本研究结果稳定可靠。本研究结果为认识全株玉米青贮营养成分含量的普遍规律和影响因素提供了数据支撑。
4 结 论
本研究通过对全株玉米青贮的4个评估指标进行Meta分析，得到具有较高可信度的效应值和变异范围；青贮天数对全株玉米青贮中DM、Starch、NDF和ADF含量无显著影响；我国全株玉米青贮中DM和Starch含量预测值低于美国和欧盟，NDF和ADF含量预测值高于欧盟；制作青贮的全株玉米最佳收获期为2/3乳线期。
