基于模糊相似优先比法评价规模化牧场全株玉米青贮饲料品质

2023-04-06张凡凡杨光维陈卫国马春晖

新疆农业科学 2023年1期

王挺，张凡凡，黄华，杨光维，陈卫国，张力，马春晖

(1.石河子大学动物科技学院，新疆石河子 832000；2.新疆生产建设兵团第七师农业农村局，新疆胡杨河 834034；3.伊犁哈萨克自治州畜牧科学研究所，新疆伊宁 835000；4.塔城地区畜牧科技研究推广中心，新疆塔城 834700；5.新疆农垦科学院作物研究所，新疆石河子 832000)

0 引言

【研究意义】目前我国青贮玉米种植面积146.67×104hm2(2 200×104亩)以上(占玉米总面积4%)[1]，德国青贮玉米种植面积213.73×104hm2(3 206×104亩)(占玉米总面积85%以上)，法国青贮玉米种植面积151×104hm2(2 265×104亩)(占玉米总面积50%以上)[2]，研究青贮玉米的青贮饲料品质对推动我国青贮饲料高效生产有重要意义。【前人研究进展】青贮玉米栽培中，气候特征是影响其生产性能的主要因素之一[3]，青贮玉米产量与纬度呈正相关，我国西北地区、内蒙古、东北地区的青贮玉米产量高于南方各地区；干物质含量与气温呈负相关，东北地区青贮玉米的干物质含量高于其它地区；西北地区及内蒙古地区的青贮玉米淀粉含量高于其它地区；华南地区的青贮玉米酸性洗涤纤维含量低于其它地区。全株玉米青贮品质受品种特性的影响，不同品种青贮玉米营养沉积及对各类外源养分的吸收能力有所区别，导致其经青贮发酵后营养品质含量存在显著差异[4]，不同地区应选择适宜本地区栽培的品种。全株玉米青贮品质与加工调制方式密切相关，选择合适的收获期[5]、切割长度[6]、压实密度[7]、发酵时间[8]、添加剂[9]等均可有效调控全株玉米青贮的发酵品质，降低有害微生物数量及霉菌毒素含量。【本研究切入点】2019年末牲畜存栏已达4 946×104头[10]，需要掌握本地区青贮加工的基础水平，以应对畜牧业对高品质饲草日益增长的需求。其中，北疆地区作为新疆奶产业核心区域尤为重要，青贮玉米的种植及青贮饲料的生产呈现区域性差异，青贮品种、品质良莠不齐，很大程度上限制了北疆地区畜牧业发展。青贮玉米的营养品质很大程度上决定了牧场的经济效益[11]，劣质青贮饲料不仅会降低采食量，更会导致牲畜代谢紊乱，萎靡不振，优质青贮饲料是提升牲畜采食量及生产性能的关键因素[12-14]。需研究采集北疆地区18个规模化牧场青贮窖中全株玉米青贮饲料，分析发酵品质及饲料安全情况。【拟解决的关键问题】采集新疆北疆地区18个不同规模牧场中窖贮全株玉米青贮饲料，分析新疆北疆地区规模化牧场青贮饲料整体生产水平，研究青贮饲料品质差异，为新疆地区青贮饲料的高效生产、合理利用提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

材料分别采集于北疆奎屯、克拉玛依、博州、塔城、伊犁地区规模化牧场青贮窖中全株玉米青贮饲料共18份，其中存栏规模大于1 000头的牧场有9家，存栏规模在500～1 000头的有4家，存栏规模小于500头的有5家。以青贮窖截面中心为基点，九点法采集各牧场全株玉米青贮饲料[15]，1.5 kg/袋，每个牧场5袋，共计90袋，采集结束立刻存放至4℃车载冰箱中，带回实验室-80℃超低温冰箱中保存待测。表1

表1 新疆北疆地区各规模化牧场及材料Table 1 Details of various pastures and test materials in large-scale pastures in northern Xinjiang region

1.2 方法

营养指标的测定包含，干物质(dry matter，DM)、淀粉(Starch)、粗蛋白(crude protein，CP)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)、水溶性碳水化合物(water-soluble carbohydrates，WSC)，均使用国标法测定[15-18]。采用烘干法测定DM含量，采用酶水解法测定Starch含量，采用凯氏定氮法测定CP含量，采用范式纤维洗涤法(Van Soest)测定NDF含量及ADF含量，采用蒽酮-硫酸比色法测定WSC含量。

发酵品质的测定包含：pH值、氨态氮(NH3·N)含量、乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)、丁酸(butyric acid，BA)含量。采用酸度计测定pH值，采用苯酚-次氯酸钠比色法[19]测定NH3·N含量，采用高效液相色谱法[20](赛默飞世尔科技中国有限公司)测定LA、AA、PA、BA的含量。

使用PriboFast霉菌毒素酶联免疫试剂盒(青岛普瑞邦生物工程有限公司)对全株玉米青贮中的黄曲霉毒素B1(aflatoxinB1，AFB1)、呕吐毒素(deoxynivalenol，DON)、T2毒素及玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)含量进行测定。依据饲料卫生标准(GB 13078-2017)对全株玉米青贮中AFB1、DON、ZEN、T-2毒素的含量评定[21]。

1.3 数据处理

使用Excel 2019对所得数据进行整理，使用SPSS 22.0软件进行单因素ANOVA检验，多重比较使用Duncan法，使用origin 8.0软件绘制箱形图，以18个规模化牧场全株玉米青贮饲料营养指标、发酵指标、霉菌毒素含量为数据来源绘制箱形图，箱形图中上/下边缘表示最大/小观测值，箱体上边缘表示上四分位数，箱体下边缘表示下四分位数，箱体中间的横线表示中位数，上/下四分位数构成的箱体表示数据整体离散程度(箱体越长，离散程度越大)。采用模糊相似优先比法对各规模化牧场全株玉米青贮饲料品质进行综合价值评定[22]，使用DPS V9.01软件将全株玉米青贮饲料的12项核心指标分析计算，对其设定识别标识为1，固定样本为理想青贮(各指标理论最优)，识别标识为0，执行“模糊相似优先比分析”，计算结果中待测青贮与理想青贮的相似程度大小即反映各牧场全株玉米青贮品质的优劣，相似程度越小则与理想青贮饲料的相似程度越高。(绘制箱形图及模糊相似优先比法所参考标准均引自青贮玉米品质分级[23]，青贮饲料全株玉米[24]，青贮玉米评价标准[25])。表2

表2 理想青贮各指标数值及权重选取Table 2 Selection of values and weights of various indexes of ideal silage

2 结果与分析

2.1 各规模化牧场全株玉米青贮营养品质、发酵品质及霉菌毒素含量

研究表明，M和G牧场DM含量(35.32%～35.64%)显著高于其他牧场(P<0.05)；B、M和Q牧场Starch含量(31.94%～32.54%)显著高于其他牧场(P<0.05)；G、P牧场CP含量(9.22%～9.47%)显著高于其他牧场(P<0.05)；O牧场NDF含量(39.27%)显著低于其他牧场(P<0.05)；E牧场ADF含量(23.57%)显著低于其他牧场(P<0.05)；I牧场pH(3.60)显著低于其他牧场(P<0.05)；I、R牧场LA含量(6.31%～6.39%)显著高于其他牧场(P<0.05)；J牧场AA含量(1.28%)显著低于其他牧场(P<0.05)；I、D牧场PA含量(0.88%～0.89%)显著低于其他牧场(P<0.05)；J、R牧场BA含量(1.41%～1.47%)显著低于其他牧场(P<0.05)；B牧场NH3·N/TN(6.41)显著低于其他牧场(P<0.05)；E、K、R和M牧场的AFB1含量(1.52～1.66)显著低于其他牧场(P<0.05)；K、R牧场的DON含量(14.69～16.47)显著低于其他牧场(P<0.05)；E牧场的T2毒素含量(10.37)显著低于其他牧场(P<0.05)；C、D、I、Q和R牧场的ZEN含量(2.11～2.24)显著低于其他牧场(P<0.05)。表3

2.2 各规模化牧场全株玉米青贮饲料品质整体水平

研究表明，营养品质中，DM含量整体分布于25.33%～31.58%，均达到国家二级标准(25%)，其中38.88%的牧场达到国家一级标准(30%)。Starch含量整体分布于23.93%～30.81%，均达到国家二级标准(16%)，50%的牧场达到国家一级标准(25%)。CP含量整体分布于5.55%～7.83%，44.44%的牧场达到国家一级标准(7%)。NDF含量整体分布于42%～46.53%，均达到国家二级标准(50%)，66.67%的牧场达到一级标准(45%)。ADF含量整体分布于26.36%～28.80%，均达到国家二级标准(34%)，55.56%的牧场达到国家一级标准(28%)。WSC含量整体分布于15.02%～19.33%(暂无明确标准用于定义WSC含量的等级)。发酵品质中，pH整体分布于3.76～4.32，均达到国家二级标准(4.4)，44.44%的牧场达到国家一级标准(4.0)。LA含量整体分布于3.76%～5.29%，均达到二级标准(3%)，44.44%的牧场达到一级标准(5%)。AA含量整体分布于1.83%～3.12%，均达到二级标准(3.2%)，22.22%的牧场达到一级标准(1.6%)。PA含量整体分布于1.05%～1.29%，均达到二级标准(0.47%)。BA含量整体分布于1.53%～3.68%，均达到二级标准(3.84%)，50%的牧场达到一级标准(1.6%)。NH3·N/TN整体分布于6.68～11.56，均达到二级标准(18)，72.22%的牧场达到一级标准(10)。霉菌毒素含量中，AFB1含量整体分布于2.13～6.34 μg/kg，符合国家限量标准(50 μg/kg)。DON含量整体分布于21.88～52.27 μg/kg，符合国家限量标准(5 000 μg/kg)。T2毒素含量整体分布于19.87～58.18 μg/kg，符合国家限量标准(500 μg/kg)。ZEN含量整体分布于2.21～2.53 μg/kg，符合国家限量标准(500 μg/kg)。图1

注:箱体右侧数据依次为上四分位数，中位数，下四分位数。箱体内的空心点表示平均数，箱体外的实心点表示离群值，分割箱形图的划线表示某一指标的国家一级标准，实线表示该指标的国家二级标准，点线表示该指标的国家限量标准

2.3 模糊相似优先比法评价各规模化牧场全株玉米青贮综合价值

研究表明，R牧场全株玉米青贮饲料综合价值最高；各牧场综合价值排序为：R>I>Q>B>G>O>P>M>J>F>E>A>D>C>K>N>L>H；综合价值排名前三位的牧场均为存栏量在1 000头以上的规模化牧场，排名后三位的牧场均为存栏量小于500头的规模化牧场。表4

3 讨论

3.1 各规模化牧场全株玉米青贮饲料营养品质整体水平及差异

青贮玉米营养成分是衡量全株玉米品质优劣的关键[26]。研究中，各规模化牧场全株玉米青贮各营养指标整体水平均能达到国家二级标准以上，其中存栏量在千头以上的牧场能达到国家一级标准，但由于使用的青贮玉米品种不同(共计14种)，致使各场青贮玉米DM、Starch、NDF、WSC整体水平的分布存在较大差距，与以往诸多研究结果一致[5、27]；与多数研究不同的是，ADF的含量整体差距较小，可能是由于ADF与气温、日照呈显著正相关[4]，而北疆地区气温及日照整体差异不大。研究中，先玉335和恩喜爱298的营养指标(除CP以外)含量在伊犁I牧场、奎屯N牧场表现出显著差异，进一步证实了全株玉米青贮品质存在的差异不仅与品种有关，还与地区气候特性有着紧密的联系[28]。此外，在青贮饲料的实际生产中很难形成单贮(青贮窖中仅存在一种青贮玉米)，窖中青贮饲料总体品质主要受何品种影响尚不明确，需要在以后的研究中探讨。研究发现奎屯地区不同规模化牧场(J、L、M、N、O)全株玉米青贮所用品种相同，但各营养指标的含量仍存在较大差异，综合价值前三的牧场均为存栏量在1 000头以上的大规模牧场，而综合价值排名后三位的牧场均为存栏量低于500头的小型牧场，其原因可能是不同规模牧场在青贮玉米调制关键节点的把控存在差距，存栏量在500头以下的牧场在原料收获中，未在最佳时期收获，导致青贮原料水分过高；青贮发酵时，上层营养物质随着水分下潜致使青贮窖内营养物质分布不均匀，下层青贮饲料淹没于浸出液中不利于取用及家畜采食，与以往研究结果一致[29-30]。此外，诸多牧场年均奶产量浮动较大，其中奎屯地区L牧场奶牛产奶量2019年较2018年下降平均500 kg，主要原因是青贮玉米籽粒破碎不完全阻碍奶牛瘤胃降解，致使奶牛营养物质摄入不足。籽粒破碎度与奶牛采食量及瘤胃消化率密切相关，一般要求籽粒加工为1～3 mm，占90%以上[31-32]，良好的籽粒破碎度是提升家畜生产性能的重要因素[33]。

3.2 各规模化牧场全株玉米青贮饲料发酵品质及霉菌毒素含量整体水平及差异

青贮饲料开窖后，pH、有机酸含量可直接反映青贮饲料发酵品质的好坏[34]。在研究中，各规模化牧场青贮饲料发酵品质均在国家二级标准以上，其中44.44%的牧场pH，LA含量能达到国家一级标准，22.22%的牧场AA含量能达到国家一级标准，北疆地区青贮饲料的整体发酵水平良好，而各牧场发酵水平存在一定差距，该差距不仅与品种有关[35]，主要还受制于青贮调制方法。伊犁地区I牧场(存栏量10 000头)的pH、PA含量最低，LA含量最高，是由于该牧场在青贮饲料中添加了外源乳酸菌添加剂，植物乳酸菌(Lactobacillusplantarum)、布氏乳杆菌(Lactobacillusbuchneri)等，大量的乳酸菌在青贮发酵过程中迅速成为主导菌群，分解WSC产生大量LA、AA[36-37]，LA可迅速降低pH，达到适宜乳酸菌繁殖的酸性环境，AA能够有效抑制丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)等腐败菌作用[38]，减少青贮饲料中的营养物质损失，且开窖后大量AA的存在可抑制好氧细菌的活动，提升有氧稳定性[39]。如青贮饲料密封不严，青贮发酵中空气的渗入激活好氧细菌大量繁殖，竞争性抑制乳酸菌的活动[40]，消耗青贮饲料中的碳水化合物、蛋白质，致使青贮饲料中检测出大量氨态氮(NH3·N)、BA等，从而增加家畜患病分险[41]。

霉菌毒素是真菌受到胁迫时产生的有毒代谢物[42]，青贮玉米在生长、收割、加工、贮藏的过程中均会受到一定程度的真菌污染[43-44]，家畜对霉菌毒素有一定耐受能力，但饲料中霉菌毒素含量超标将导致家畜共济失调[45]、瘤胃乳头溃烂[46-47]、乳腺肿大[48]等疾病的发生。在研究中，北疆地区青贮饲料中AFB1、DON、T2、ZEN的含量均未超过国家限量标准，整体水平优异，但不同规模牧场间AFB1、DON及T2毒素的含量整体分布存在差异，不同规模牧场在青贮饲料安全监管中存在一定差距，在今后青贮饲料生产中应加大监管力度，科学种植、适时灌溉、按时收获[21]，最大限度降低青贮饲料中霉菌毒素的产生，保障家畜健康养殖。