海拔和品种对燕麦营养品质及表面附着微生物的影响

赵桂琴，琚泽亮，柴继宽

（甘肃农业大学草业学院，草业生态系统教育部重点实验室，中-美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃兰州 730000）

燕麦（Avena sativa）是青藏高原及周边地区重要的饲草来源之一，广泛分布于气候冷凉的青海、西藏、四川西北部以及甘肃南部和祁连山区，种植面积超过20万hm2［1-3］。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［4］。目前这些地区饲草加工机械化程度较低，调制干草多采用自然晾晒的方式，受天气影响较大，晾晒过程中经常遇降水，很难获得优质干草［5］。青贮通过乳酸菌发酵产生乳酸以长期保存青绿饲料，可有效降低营养损失，提高利用效率。制作青贮受气候环境影响较小，产品的适口性更好，最大限度保留了燕麦的营养物质，非常适宜在青藏高原及其周边海拔较高、收获季节多降水的地区推广应用。前人对燕麦青贮的研究主要集中在原料含水量、收获时期、混合青贮、添加剂及饲喂试验方面［6-12］，对青贮原料特性的研究较少，仅琚泽亮等［3］在甘肃省定西市通渭县华家岭乡研究了同一地块生长的不同燕麦品种青贮前的营养成分和微生物组成，发现品种间不仅粗蛋白、水溶性碳水化合物等营养成分含量差异显著，而且不同品种植株上附着的微生物组成差异也极显著（P＜0.01）。海拔如何影响青藏高原燕麦营养品质和附着微生物，目前尚缺乏研究报道。

海拔高度变化会引起温度、降水、光照、紫外线辐射等发生变化，这些因素都会直接影响燕麦的生长发育，从而引起产量和品质的变化，最终导致动物采食和消化吸收的差异［13-15］。宫玉霞等［16］研究了海拔对不同燕麦品种产量及品质的影响，发现青海444在甘南州不同海拔地区表现出良好的适应性，林纳和加燕2号在低海拔区产量较高，但在高海拔地区的产量不及本地燕麦。张红梅［17］比较了青藏高原不同海拔（2965～4752 m）地区垂穗披碱草（Elymus nutans）的发酵特性，结果表明，垂穗披碱草的粗蛋白、粗纤维含量、附着乳酸菌数量和霉菌数量均随海拔升高呈增加趋势，可溶性糖含量则随海拔升高而降低。另外，品种也是不容忽视的因素，不同品种在同一生产环境、同一生育时期的产量和品质也有显著差异［18］。在同一青贮条件下，原料本身的差异是造成青贮品质变化的根本原因之一。Zhao等［19］研究发现，陇燕1号比陇燕3号的水溶性碳水化合物含量更高（19.9% vs.18.9%）、NDF（53.7% vs.56.0%）和ADF（30.9% vs.32.8%）含量更低、乳酸菌数量（4.45 vs.4.27 lg cfu·g-1FM）更高、酵母菌数量（4.34 vs.5.00 lg cfu·g-1FM）更低，经过60 d的青贮发酵，其上述指标仍显著优于陇燕3号。杨云贵等［5］的研究表明，不同品种适宜青贮的收获时期也不尽相同，白燕8号在乳熟期收获青贮发酵品质最好。琚泽亮等［3］研究发现，供试7个燕麦品种中，定莜7号的粗蛋白和水溶性碳水化合物含量最高、表面附着乳酸菌最多、好气性细菌、酵母菌和霉菌数量最低，最适宜制作青贮。

综上所述，海拔和品种通过影响青贮原料的营养品质及附着微生物种类和数量而影响青贮饲料的发酵及其品质，目前对同一地点燕麦品种影响青贮发酵的研究已有报道，但在不同海拔地区燕麦品种的营养成分和附着微生物如何变化尚不清楚。因此，本研究拟在青藏高原不同海拔地区对4个燕麦品种进行营养品质评价并分析其附着微生物组成，探讨海拔和品种对燕麦青贮原料的影响，为该地区燕麦青贮生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

试验点设在青海省西宁市湟中县、海北州海晏县、果洛州玛沁县、玉树州称多县、甘肃省山丹县、天祝县、甘南州合作市和玛曲县，各点海拔及3-10月平均气温、降水量等信息见表1，土壤养分概况见表2。

表1 试验点海拔及气候信息Table 1 Altitude and climate of each study area

表2 各试验点土壤养分概况Table 2 Soil nutrients of each test site

1.2 供试材料

皮燕麦陇燕3号（L3）、陇燕5号（L5）和裸燕麦白燕2号（B2）和坝莜3号（B3），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15 m2（3 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。于2017年4-5月根据海拔高度从低到高依次播种，海拔较低的湟中、天祝、合作分别在4月15日、4月17日和4月20日播种；海晏点4月22日播种，玛曲点4月29日播种，玛沁和称多分别于5月7日和5月16日播种。各试验点的播种量均为180 kg·hm-2。生育期除草2次，均无灌溉。各品种均在8-9月于灌浆期全区收获测产，然后取样进行营养品质及附着微生物分析。用于微生物分析的样品装于提前灭菌的样袋，置于装有冰袋的保温箱内，迅速带回实验室，采用稀释涂布法进行微生物分离培养和计数。

1.4 测定指标与方法

每个小区齐地刈割3个1 m样段，现场称重，计算鲜草产量。采用烘箱干燥法测定干物质（dry matter，DM）含量，称取200 g鲜样置于105℃烘箱15 min，再于65℃烘干60 h至恒重，烘干样粉碎后过0.425 mm筛，用于营养指标测定。测定方法参考《饲料分析及饲料质量检测技术》［20］。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水溶性碳水化合物（water soluble carbohydrate，WSC）含量［21］。中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）与酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）采用Van soest法测定［22］。

利用梯度稀释涂布法，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80 1 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）］培养并计数乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）、好气性细菌（aerobic bacteria）、霉菌（mold）和酵母菌（yeast）［10］，每份样品3个平行。

1.5 数据分析

采用Excel 2019对数据进行初步整理，以SPSS 21.0软件对不同海拔燕麦品种的测定指标进行双因子ANOVA模型分析，结合Duncan法进行多重比较（P＜0.05）。试验误差以平均值的标准误（standard error of mean，SEM）表示；回归分析也在SPSS 21.0软件中进行。

2 结果与分析

2.1 海拔和品种对燕麦鲜草产量和营养成分的影响

从表3可以看出，海拔对燕麦鲜草产量、营养成分及主要附着微生物数量均具有极显著影响（P＜0.001）。品种对燕麦鲜草产量、DM、WSC、CP、NDF含量及附着LAB、好气性细菌、酵母菌数量的影响也达到极显著水平（P＜0.001），对ADF含量及附着霉菌数量的影响显著（P＜0.05）。二者交互作用对燕麦鲜草产量、CP、ADF含量及附着LAB数量的影响极显著（P＜0.01），对酵母菌数量影响显著（P＜0.05），但对燕麦DM、WSC、NDF含量及附着好气性细菌和霉菌数量无明显影响（P＞0.05）。

表3 海拔和品种交互作用下各指标的P值Table 3 P value of each factor under different altitudes and varieties

从表4可知，皮燕麦品种L3和L5的鲜草产量高于裸燕麦品种B2和B3。各试验点均以L5的鲜草产量为最高，在称多达75605 kg·hm-2，比在湟中高出3.8倍。两个裸燕麦品种中，B2鲜草产量在湟中、天祝、合作、海晏和玛曲均高于B3，而在更高海拔地区（玛沁和称多）则低于B3。皮燕麦在称多（4217 m）平均产量最高，达73893 kg·hm-2，裸燕麦鲜草产量在山丹（2860 m）最高，平均为65440 kg·hm-2。

8个试验点中，供试燕麦品种在灌浆期的DM含量为289.5～362.4 g·kg-1FM（表4）。L5在各试验点DM含量均高于L3；除合作外，B3在各试验点的DM含量均高于B2。随着海拔升高，DM含量总体呈下降趋势，湟中燕麦DM平均值为355.4 g·kg-1FM，比称多（299.7 g·kg-1FM）高18.59%。WSC含量的变化则与DM相反，随着海拔高度的上升，燕麦的WSC含量总体呈增加趋势。称多WSC平均含量为195.3 g·kg-1DM，较湟中（169.1 g·kg-1DM）高15.49%。品种间大部分差异不显著，B2的WSC含量在山丹最高（201.2 g·kg-1DM），B3在玛曲的WSC含量最低，为155.8 g·kg-1DM。

表4 海拔和品种对燕麦鲜草产量和营养成分的影响Table 4 Effects of altitudes and varieties on fresh yield and nutrient composition of oat

随着海拔高度的上升，CP含量总体呈下降趋势。湟中燕麦的CP含量均值为115.8 g·kg-1DM，较称多（73.8 g·kg-1DM）高56.91%。品种对CP含量影响也较大，B2在湟中的CP含量最高，为119.7 g·kg-1DM，B3在称多CP含量最低，仅为71.3 g·kg-1DM，二者相差67.88%。NDF和ADF含量在不同海拔试验点也表现出较大的变化，但规律性不明显。4个燕麦品种在灌浆期的NDF含量为494.6～604.2 g·kg-1DM，ADF为289.7～342.3 g·kg-1DM。其中L5的NDF含量较高，在8个试验点均值为562.2 g·kg-1DM，其次为L3（552.2 g·kg-1DM）。B2的ADF含量较低，平均为316.8 g·kg-1DM。

2.2 海拔和品种对燕麦附着微生物的影响

尽管生长在同一环境，各品种植株上附着的微生物组成差异却非常明显（表5）。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。燕麦附着LAB数量为3.90～4.73 lg cfu·g-1FM，并随海拔上升整体呈增加趋势。海拔最高的称多LAB平均数量（4.52 lg cfu·g-1FM）较湟中（4.05 lg cfu·g-1FM）增加了11.60%（P＜0.05）。裸燕麦品种附着LAB数量总体高于皮燕麦，B3在8个试验点的LAB数量均值为4.50 lg cfu·g-1FM，比L3（4.21 lg cfu·g-1FM）高6.89%。好气性细菌是燕麦附着微生物的主要类群，各品种在8个试验点附着好气性细菌均超过6.00 lg cfu·g-1FM，且随海拔上升稍有降低，但幅度不大（6.09～6.74 lg cfu·g-1FM）。

燕麦植株表面附着霉菌数量随海拔上升总体呈下降趋势（表5）。玛曲试验点霉菌数量最低，平均为3.66 lg cfu·g-1FM；湟中最高，平均为4.00 lg cfu·g-1FM。不同品种在8个试验点的植株表面附着霉菌数量差异显著（P＜0.05），L5在海晏县霉菌数量最低，为3.60 lg cfu·g-1FM，B2在湟中霉菌数量最多（4.12 lg cfu·g-1FM）。酵母菌数量变化与霉菌类似，随海拔上升呈下降趋势，且不同海拔间变幅较大（3.72～5.24 lg cfu·g-1FM）。与称多（3.90 lg cfu·g-1FM）相比，湟中试验点燕麦附着酵母菌平均数量为5.10 lg cfu·g-1FM，增加了30.77%。就品种而言，B3在除合作外的其他7个试验点酵母菌数量均为最多，B2在海拔较高的海晏、玛曲、玛沁和称多试验点酵母菌数量均为4个品种中最低。

表5 海拔和品种对燕麦附着微生物数量的影响Table 5 Effects of altitudes and varieties on epiphytic microorganisms of oat（lg cfu·g-1 FM）

2.3 燕麦鲜草产量、营养成分及附着微生物与海拔的关系

将每个品种的产量、营养成分和附着微生物数量与海拔进行回归分析，线性回归方程为y=a+bx。从图1可知，燕麦鲜草产量、DM、CP、NDF、ADF含量与海拔极显著相关（P＜0.01），WSC含量与海拔显著（P＜0.05）相关，DM和CP含量的决定系数（R2）较高，分别为0.4268和0.5685，说明二者受海拔高度的影响较大；燕麦灌浆期DM含量随海拔高度的增加显著下降，CP和ADF含量也是如此。但鲜草产量和NDF含量则随海拔高度的升高而增加。

图1 燕麦鲜草产量及营养成分与海拔的关系Fig.1 Relationships of oat fresh grass yield and nutrient composition to the altitude

就燕麦植株表面附着微生物数量来看（图2），LAB、霉菌和酵母菌均与海拔高度呈极显著相关（P＜0.001），其中酵母菌随海拔高度的上升显著下降（R2=0.7170），LAB数量则随海拔升高明显增加。但好气性细菌数量受海拔的影响较小，波动不大（P=0.823）。

图2 燕麦附着微生物数量与海拔的关系Fig.2 Relationships of oat epiphytic microorganisms to the altitude

3 讨论

了解饲草本身的营养价值及其表面附着微生物对青贮发酵具有重要意义。制作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；WSC是乳酸菌生长繁殖的底物［23］。研究表明，新鲜原料含水量55%～65%、WSC含量25～35 g·kg-1DM，是青贮成功的最低条件［24］，而优质青贮的获得则需要60%～70%的原料含水量［25］、40 g·kg-1DM以上的WSC含量［26］。本试验中，4个燕麦品种在8个不同海拔试验区灌浆期收获时，干物质含量为289.5～362.4 g·kg-1FM，WSC含量均超过150 g·kg-1DM，是优质的青贮原料。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，含量越低，饲草的消化率越高，饲用价值越高［27］。琚泽亮等［3］对不同燕麦品种在甘肃中部的营养价值及青贮发酵品质进行了综合评价，发现品种间青贮发酵品质有显著差异。本研究中，B2的ADF含量较低，饲用价值相对较高。

饲草产量及营养物质含量受基因型和环境的综合影响［28］，这在本研究中得到了很好的体现。品种和海拔及其交互作用对燕麦鲜草产量、营养成分含量及表面附着微生物组成均有显著影响。一般情况下，海拔高度每升高100 m，温度降低0.5～0.6℃，光照增加4%～5%，紫外线辐射增加3%～4%［17］。这些因素会影响植物的生长发育过程，并反映在生长速度、产量和质量上。温度主要通过影响植物生长发育速度及叶和茎的相对比例来影响饲草产量和质量。饲草在高于适宜温度下生长时，生育期会缩短，茎叶比增加，草产量下降，青贮性能降低［29］。紫花苜蓿（Medicago sativa）在34℃昼/26℃夜条件下的茎叶比明显高于26℃昼/18℃夜下的［30］。饲草在低于适宜温度下生长，生育期会延长，碳水化合物积累会增加［31］。本研究中，随着海拔升高，气温降低，昼夜温差加大，燕麦生育期延长，灌浆期鲜草产量显著增加，在湟中（2295 m）平均鲜草产量为17853.5 kg·hm-2，在海晏（3052 m）平均为49433.8 kg·hm-2，到称多（4217 m）则增至平均68557.8 kg·hm-2；WSC含量也随海拔高度的升高而增加。但干物质含量则呈相反的趋势，随海拔升高而明显降低。另外，营养成分也有变化，较长的日照时间及夜间低温导致呼吸损耗减少，使得糖分积累增加，WSC和NDF含量增加，CP和ADF含量降低［32］。品种间也存在差异，皮燕麦品种L3和L5的NDF含量在高海拔下相对较高，鲜草产量也高于两个裸燕麦品种。

植物株体表面附着有大量的微生物，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差异，不同植物、同一植物不同品种和生育阶段都具有独特的微生物群落［33］。牧草附着微生物受很多因素影响，由于其本身及环境因素的变化，微生物种类和数量都存在很大差异，且在青贮过程中不断演替变化，进而影响青贮发酵品质［34］。施清平等［35］在增城研究了10个玉米（Zea mays）品种的青贮潜力，发现不同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），对青贮效果影响很大。本研究中，品种间附着乳酸菌数量差异显著，且随海拔上升而明显增加。张红梅［17］在垂穗披碱草上也得到了类似的结果，青藏高原垂穗披碱草附着乳酸菌数量也随海拔升高而呈上升趋势。Moran等［36］研究发现，在温带海洋气候条件下生长的冷季禾草上附着的乳酸菌数量平均为6.4 log10cfu·g-1FM，其中花序、上部茎、下部茎、叶片和枯叶上附着乳酸菌数量分别为4.8、5.3、6.5、6.6和7.4 log10cfu·g-1FM。基部和衰老组织上乳酸菌数量相对较高，可能是由于它们和植株上部相比，处于相对更稳定、湿润和较低紫外辐射环境，从而降低了不利环境的影响。本研究中，燕麦附着乳酸菌数量随海拔高度的上升而增加、好气性细菌数量变化不明显，可能是在更高海拔地区随着燕麦鲜草产量增加和生育期延长，繁茂的上部茎叶遮挡了大量紫外线辐射，提供了保护作用。Muck等［37］也报道了类似的研究结果，在产量更高的苜蓿植株上附着乳酸菌的数量更多，归因于其更大的太阳辐射保护作用。

4 结论

海拔和品种对燕麦营养成分含量及附着微生物数量有显著影响。不同品种在同一生长环境、同一品种在不同环境的产量、品质及附着微生物数量均存在显著差异。燕麦灌浆期鲜草产量、WSC含量及附着LAB数量随海拔上升呈增加趋势，而DM、CP含量、酵母菌和霉菌数量随海拔上升逐渐下降。陇燕3号和陇燕5号在海拔3000 m以上地区表现更优，在3000 m以下地区4个品种均可用于青贮生产。