收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外消化特性的影响

2024-03-05何晓琳王胜男肖艺梅尹福泉卢艳丽

动物营养学报 2024年2期

何晓琳王胜男肖艺梅尹福泉卢艳丽

(广东海洋大学滨海农学院,湛江 524088)

玉米青贮饲料是一种高能量、低蛋白质的优质粗饲料,其含有丰富的脂肪、纤维和物理有效纤维等营养物质,具有较高的营养价值[1-2]。刈割期与留茬高度是影响青贮玉米的产量和质量的2个关键要素[3]。反刍动物的采食量、对饲料的消化率及其健康均受饲料处理和加工过程的影响,若处理和加工过程不当,会使饲料质量下降,严重时会导致饲料在青贮过程中腐烂霉变,影响经济效益。此外,青贮玉米的品种和种植地区也对玉米植株的营养品质及消化特性起关键作用。目前,相关研究主要集中在北方和中原地区的青贮玉米,而对南方地区青贮玉米的研究鲜少。近年来,由于对“粮改饲”发展战略的推进,探究南方地区的粗饲料资源并缓解我国南方地区粗饲料资源短缺的任务愈发重要[4]。Diepersloot等[2]研究发现,留茬高度的提高会增加玉米青贮中干物质(DM)和淀粉含量,从而改善全株玉米青贮饲料的营养价值。研究表明,在1/2乳线期刈割,留茬高度为24 cm时,全株玉米青贮饲料的营养品质和相对饲喂价值均较高,既保证了发酵品质,同时又最大限度地提高了青贮玉米的产量[5]。周文静等[4]研究表明,青贮玉米的品种显著影响着DM、中性洗涤纤维(NDF)和淀粉等营养成分的含量。鉴于刈割期、留茬高度、玉米品种及种植地区对玉米青贮饲料的消化特性均有一定程度的影响,本试验以桂青贮7号青贮玉米为试验材料,研究不同收获时间与留茬高度对其消化特性的影响,并确定桂青贮7号青贮玉米在粤西地区的最佳收获时间和留茬高度,旨在为青贮饲料的生产及草禽业的健康发展提供理论支持和科学依据。

1 材料与方法

1.1 饲料样品种植与采集

(1)种植区概况:试验于2021年3月至2021年6月在广东省湛江市广东海洋大学试验基地进行,此处地理位置为110°30′08″E、21°15′12″N。湛江市濒临南海,属亚热带季风气侯区,年均降水量为1 929.1 mm,年平均气温23.5 ℃,年平均日照时数1 875.0 h,土壤为砖红壤,肥力适中。

(2)种植品种及种植方式:本试验选用的青贮玉米品种为桂青贮7号,由(JH673×JH3372)×CML161杂交培育而来。种植密度为6.75万株/hm2。试验田种植3个小区,各小区距离80 cm,每个小区5行,采用条播的方式,行间距为40 cm,株间距为25 cm,播种深度为2 cm。期间按照大田管理模式,所施肥料为复合肥(含氮、磷、钾,总养分含量≥60%)。肥料作为底肥随播种一次性施入,每667 m2施入40 kg复合肥。

(3)样品采集:按照五点取样法,分别于1/4乳线期、1/2乳线期、3/4乳线期和蜡熟期进行随机取样,每个取样时期采取20、30、40、50、60 cm 5个留茬高度,不同收获时间的每个留茬高度分别取10株。

(4)样品青贮:样品采集后粉碎并充分搅拌,将揉丝分割为长度1 cm左右,装入聚乙烯真空包装袋,用真空机抽真空并封口后,于青贮罐中青贮发酵。青贮90 d后,拿出部分样品进行冷冻贮存;剩余样品烘干(先于105 ℃中烘2 h,再用65 ℃烘至恒重)后测定鲜样的水分和DM含量,常温回潮后装入干净自封袋中保存,用于测定其他指标。

1.2 试验动物

瘤胃液的供体:选择4头365日龄、体重(400±25) kg、健康状况良好的黄牛,其所采食的基础饲粮组成及营养水平见表1。

表1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

1.3 体外发酵试验

1.3.1 瘤胃液的收集

于晨饲前1 h取供体黄牛的瘤胃液,过滤后于39 ℃保存备用。

1.3.2 体外发酵缓冲液的配制

参考Mcdougall[6]的方法配制体外发酵缓冲液,配制方法见表2。

表2 缓冲液配制方法

1.3.3 试验过程设计与管理

将瘤胃液和缓冲液按照1∶4的体积比混匀成体外发酵培养液,通入二氧化碳(CO2),待培养液变无色透明后,放置于39 ℃水浴锅上备用。称取(0.25±0.02) g青贮样品于250 mL产气瓶中,量取50 mL培养液加入到产气瓶中,持续通入CO2,排出瓶中空气后迅速密封,保持厌氧环境,放置于保持(39.0±0.5) ℃的恒温培养箱中。每个处理设3个重复,并设置1个空白。设定5个体外发酵时间(3、6、12、24、48 h),发酵结束后,在4 ℃环境下终止产气瓶微生物活动,测定产气量(GP)、pH、挥发性脂肪酸(VFA)与氨态氮(NH3-N)浓度及干物质降解率(DMD)。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 常规营养成分

青贮饲料常规营养成分含量的测定方法见表3。

表3 青贮饲料常规营养成分含量的测定方法

1.4.2 GP、发酵参数与DMD

GP:采样针筒法测定,GP(mL)=某一发酵时间点GP累计值-此时空白管平均GP。

pH:由S220-K型酸度计测定。

VFA浓度:采用气相色谱法测定。

NH3-N浓度:采用苯酚-碱性次氯酸钠比色法测定。

DMD:DMD(%)=[(样品中DM含量-发酵后滤渣中DM含量)/样品中DM含量]×100。

1.5 数据统计与分析

试验数据先采用Excel 2010进行简单汇总,再使用SPSS 22.0软件中的one-way ANOVA模型对不同收获时间或留茬高度对消化特性指标的影响进行单因素方差分析,并使用two-way ANOVA模型进行双因素方差分析,采用Duncan氏法进行多重比较。试验数据用平均值±标准差表示,P<0.05表示有显著差异。

2 结果与分析

2.1 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米常规营养成分含量的影响

表4中的双因素方差分析显示,收获时间与留茬高度对粗脂肪(EE)、钙(Ca)和磷(P)含量均无显著影响(P>0.05),收获时间对DM含量有显著影响(P<0.05),而收获时间与留茬高度对粗蛋白质(CP)、NDF、酸性洗涤纤维(ADF)、粗灰分(Ash)和总能(GE)含量均有显著影响(P<0.05),且在CP、NDF、ADF、Ash和GE含量上二者还存在显著的交互作用(P<0.05)。随着收获时间的延后,NDF与ADF含量先下降后回升,DM含量呈增加的趋势;随着留茬高度的升高,NDF含量逐渐下降,且在各收获时间下均以留茬高度为20 cm时NDF含量最高。

表4 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米常规营养成分含量的影响

收获时间为1/4乳线期时,留茬高度为30 cm时CP含量显著高于其他留茬高度(P<0.05);留茬高度为40 cm时ADF含量显著高于其他留茬高度(P<0.05)。收获时间为1/2乳线期时,留茬高度为20 cm时NDF含量达到最高值,显著高于其他留茬高度(P<0.05);留茬高度为40 cm时CP含量显著高于留茬高度为20、50、60 cm时(P<0.05),EE含量显著高于留茬高度为20、50 cm时(P<0.05),Ash含量显著高于留茬高度为20、30、60 cm时(P<0.05);留茬高度为50 cm时ADF含量显著高于其他留茬高度(P<0.05)。收获时间为3/4乳线期时,留茬高度为30 cm时CP含量显著低于留茬高度为40、50、60 cm时(P<0.05),而GE含量则显著高于其他留茬高度(P<0.05);留茬高度为20、40 cm时ADF含量显著高于留茬高度为30、50、60 cm时(P<0.05)。收获时间为蜡熟期时,留茬高度为30 cm时DM含量显著高于留茬高度为20、40、50 cm时(P<0.05),GE含量显著高于其他留茬高度(P<0.05);留茬高度为40 cm时CP含量显著高于其他留茬高度(P<0.05),Ash含量显著高于留茬高度为30、50、60 cm时(P<0.05)。

在各留茬高度下,收获时间为1/4乳线期时CP和NDF含量均达到最高;收获时间为3/4乳线期时GE含量显著高于收获时间为1/4乳线期时(P<0.05)。

2.2 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵GP的影响

表5中的双因素方差分析显示,收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵3、6、12、24以及48 h的GP均未产生显著影响(P>0.05)。当收获时间为蜡熟期时,各留茬高度的GP均低于其他3个收获时间。随着产气时间的延长,GP呈升高的趋势,在12 h前呈平缓上升趋势,在12～24 h大幅度上升,在24 h后趋于稳定。

表5 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵GP的影响

2.3 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵DMD的影响

表6中的双因素方差分析显示,收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵3、6、12以及48 h的DMD均未产生显著影响(P>0.05),而收获时间对体外发酵12 h的DMD产生了显著影响(P<0.05),随着收获时间的延后 ,体外发酵12 h的DMD先增加后降低。随着体外发酵时间的延长,DMD逐渐上升,前6 h内稳定上升,在6～12 h迅速上升,在12 h后趋于稳定,但仍然呈上升趋势。

表6 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵DMD的影响

收获时间为1/2乳线期时,留茬高度为60 cm时体外发酵12 h的DMD显著高于留茬高度为20、50 cm时(P<0.05);收获时间为蜡熟期时,留茬高度为50 cm时体外发酵12 h的DMD显著高于其他留茬高度(P<0.05)。

留茬高度为20 cm时,在1/4和3/4乳线期收获时体外发酵12 h的DMD显著高于在1/2乳线期和蜡熟期收获(P<0.05);留茬高度为40 cm时,在3/4乳线期收获时体外发酵12 h的DMD显著高于其他收获时间(P<0.05);留茬高度为50 cm时,在1/2乳线期收获时体外发酵12 h的DMD显著低于其他收获时间(P<0.05)。

2.4 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵pH的影响

表7中的双因素方差分析显示,收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵3、6、12、24以及48 h的pH均未产生显著影响(P>0.05)。

表7 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵pH的影响

2.5 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵NH3-N浓度的影响

表8中的双因素方差分析显示,收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵3、6、12、24以及48 h的NH3-N浓度均无显著影响(P>0.05)。体外发酵24 h内,收获时间为3/4乳线期时,留茬高度为20 cm时的NH3-N浓度高于其他留茬高度。NH3-N浓度随着体外发酵时间的延长而增高,且在24～48 h内迅速增长。

2.6 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵VFA浓度的影响

由表9可知,收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵24及48 h的乙酸(AA)、丙酸(PA)和丁酸(BA)浓度均产生了显著影响(P<0.05),且二者在上述指标上还存在显著的交互作用(P<0.05)。

表9 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵VFA浓度的影响

收获时间为1/4乳线期时,留茬高度为20 cm时体外发酵24 h的AA、PA、BA浓度和体外发酵48 h的AA、PA浓度均显著高于其他留茬高度(P<0.05);留茬高度为50、60 cm时体外发酵48 h的BA浓度显著高于留茬高度为20、30、40 cm时(P<0.05)。收获时间为1/2乳线期时,留茬高度为40 cm时体外发酵24 h的AA、PA、BA浓度和体外发酵48 h的AA、PA浓度均显著高于其他留茬高度(P<0.05),留茬高度为50 cm时体外发酵48 h的BA浓度达到最高值,显著高于其他留茬高度(P<0.05)。收获时间为3/4乳线期时,留茬高度为20 cm时体外发酵48 h的AA、PA浓度均显著高于其他留茬高度(P<0.05);留茬高度为50 cm时体外发酵24 h的AA、PA浓度和体外发酵48 h的BA浓度达到最高值,显著高于其他留茬高度(P<0.05);留茬高度为60 cm时体外发酵24 h的BA浓度达到最高,显著高于其他留茬高度(P<0.05)。收获时间为蜡熟期时,留茬高度为30 cm时体外发酵48 h的BA浓度显著高于其他留茬高度(P<0.05);留茬高度为40 cm时体外发酵24 h的PA浓度和体外发酵48 h的AA浓度显著高于其他留茬高度(P<0.05);留茬高度为60 cm时体外发酵24 h的AA、BA浓度和体外发酵48 h的PA浓度显著高于其他留茬高度(P<0.05)。

留茬高度为20 cm时,在1/4乳线期和3/4乳线期收获时体外发酵24 h的AA、PA、BA浓度和体外发酵48 h的AA、PA浓度显著高于其他收获时间(P<0.05)。留茬高度30 cm时,在3/4乳线期收获时体外发酵24 h的PA、BA浓度显著高于其他收获时间(P<0.05);在蜡熟期收获时体外发酵48 h的AA、PA、BA浓度显著高于其他收获时间(P<0.05)。留茬高度为40 cm时,在1/2乳线期收获时体外发酵24 h的AA、PA、BA浓度显著高于其他收获时间(P<0.05);在蜡熟期收获时体外发酵48 h的AA、PA浓度显著高于其他收获时间(P<0.05)。留茬高度为50和60 cm时,在3/4乳线期收获时体外发酵24 h的AA、PA、BA浓度显著高于其他收获时间(P<0.05)。

3 讨论

3.1 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米常规营养成分含量的影响

青贮饲料营养成分的含量决定了动物对能量及养分的摄入程度和对饲料的利用率,进而影响着动物的健康生长、繁殖、行为、生产力及畜产品的产量和质量。ADF、NDF、EE和CP含量是常用的衡量饲料营养品质的重要指标[7]。作为反刍动物合成蛋白质的氮源,粗饲料的营养品质与CP含量成正比。王诚等[5]研究表明,全株玉米青贮的CP含量随收获期的推迟而下降。本研究中,桂青贮7号青贮玉米的CP含量随着收获时间的延后逐渐下降,且蜡熟期的含量低于其他收获时间,与范凯利等[8]、王诚等[5]的研究结果一致。CP含量的下降可能是由于随着收获时间的延后,植株光合效率和新陈代谢减缓,且呼吸作用过程中分解的蛋白质量上升,导致CP含量逐渐减少[9]。ADF和NDF对饲料的适口性、动物的采食量和消化率有较大影响,NDF含量与动物的消化率呈负相关,ADF含量与动物的采食量呈负相关,NDF和ADF含量越低,饲料的营养品质就越好[10-11]。徐灿等[12]的试验结果表明,随着收获期的延后,青贮玉米的ADF和NDF含量总体呈现先下降后上升的趋势。本试验中,随着收获时间的延后,桂青贮7号青贮玉米的ADF和NDF含量先下降后回升,与徐灿等[12]的研究结果一致。在收获前期,ADF和NDF含量的降低可能是由于木质化程度比可溶性碳水化合物沉淀的速度要慢,籽粒的数量逐渐增多,纤维含量下降[13],而随着青贮玉米收获时间的延后,玉米衰老,且纤维化程度加重,ADF和NDF含量回升。本试验发现,随着留茬高度的增高,NDF含量逐渐下降。邵春雷等[14]、王胜男等[15]均在不同留茬高度对青贮玉米的影响试验中发现NDF含量随着留茬高度的增高呈现降低趋势,与本试验结果一致。

DM含量是衡量青贮玉米营养价值的重要指标之一,DM主要是由玉米通过光合作用形成的有机物合成或是来自外界的矿物质被吸收转化所形成。邵春雷等[14]在探究不同刈割时间和高度对青贮玉米营养组成的影响时发现,收获时期越延后,植株中的DM含量就越高,与本试验结果一致。在本研究中,桂青贮7号青贮玉米的DM含量随收获时间的延后呈上升趋势。此外,有研究表明全株青贮玉米的DM含量随着留茬高度的增高而逐渐上升[5]。而在本试验中,不同的留茬高度对桂青贮7号青贮玉米的DM含量的影响无显著影响,与王诚等[5]的试验结果不一致,可能是由于不同青贮玉米品种的营养特性、种植密度或土壤的矿物质成分以及光合作用强度不同等原因导致的。

本试验中,随着留茬高度的增高和收获时间的延后,桂青贮7号青贮玉米的EE、Ca和P含量无显著差异。EE是提供热量的主要物质之一。研究表明,饲粮中的EE含量越高,动物的体重和平均日增重越大,青贮玉米的EE含量一般在2.0%～4.0%[16-17]。李文才等[18]的研究结果表明,不同留茬高度对于青贮玉米的EE含量影响较小。本试验中,桂青贮7号青贮玉米的EE含量在2.02%～4.00%,且其含量随着留茬高度的增高和收获时间的延后未产生显著差异,与郭江等[17]、李文才等[18]和张金霞等[19]的研究结果一致,说明留茬高度和收获时间对脂肪的累积速率无明显关联。熊积鹏等[20]研究表明,不同收获时间对青贮玉米的Ca和P含量无显著影响,与本试验结果一致。作为微量元素,Ca、P对于改善畜禽产品的品质,增强动物机体的免疫力和动物骨骼的健康发育都有重要作用。本研究中,留茬高度和收获时间对桂青贮7号青贮玉米的Ca、P含量的影响不显著,且Ca、P含量较低同时比例不均衡,Ca含量比P含量高,这可能是由于在种植玉米时添加了肥料的原因。GE作为饲料营养的重要指标,其含量对评价动物的采食量和生长性能指标占重要作用。王洋[21]对不同品种和生长期全株玉米营养变化的研究发现,随着生长期的推迟,各品种全株玉米的GE含量呈增加趋势,但变化范围不大。在本试验中,桂青贮7号青贮玉米的GE含量随着收获时间的延后有所上升并趋于稳定,与王洋[21]的试验结果一致。

3.2 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵GP、DMD的影响

GP与饲料在瘤胃中的可发酵程度密切相关,是反映饲料动态降解规律的重要参数[22]。其中,GP的多少由底物中的可发酵碳水化合物含量和瘤胃微生物活性决定。青贮玉米体外发酵时产生的气体成分为氢气(H2)、甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)[23],主要是由瘤胃内的微生物降解饲料中的碳水化合物后所形成。在本研究中,收获时间和留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵GP的影响不显著,与廖海艳等[22]、Macome等[24]的试验结果一致,这说明饲料中的可降解部分随着收获时间的延后和留茬高度的增加,变化程度较小。此外,已有研究表明,青贮玉米随着体外发酵时间的增加,GP也随之提高[25]。随着体外发酵时间的增加,产气速率在前24 h呈上升趋势,随后趋于稳定,这可能是因为发酵前中期玉米青贮中含有较高的CP和碳水化合物,为微生物的生长提供氮源,从而产生大量气体,而随着发酵的进行,CP含量逐渐下降,微生物主要是利用纤维物质来实现GP的积累。

DMD是衡量饲料体外发酵过程中有机物降解效果及动物干物质采食量(DMI)的一个重要指标,DMD越高,有机物降解效果越好,玉米青贮的营养价值越高。本试验结果表明,桂青贮7号青贮玉米仅体外发酵12 h的DMD随着收获时间的延后先增加后降低,其他发酵时间的DMD均未受到收获时间和留茬高度的显著影响,而范凯利等[8]的研究则显示全株青贮玉米的DMD随着收获期的延迟而降低,与本研究结果不一致,可能是由于2个试验的青贮玉米存在品种差异,故导致其有机物含量存在不同程度的差别。杜瑞平等[25]指出,体外发酵3～48 h时,牧草DMD含量逐渐增加。本研究发现,随着体外发酵时间的增加,桂青贮7号青贮玉米DMD总体呈上升趋势,与杜瑞平等[25]的研究结果一致。

3.3 收获时间与留茬高度对桂青贮7号青贮玉米体外发酵参数的影响

瘤胃是反刍动物代谢中最重要的组成部分之一。瘤胃内环境的稳定及瘤胃在反刍动物体内的发酵方式和程度受瘤胃内pH、NH3-N和VFA浓度的影响[26]。瘤胃内pH的正常范围在5.5～7.5,以适应瘤胃内微生物及酶类生长的环境来进行正常的发酵活动。户林其等[27]的试验表明,不同留茬高度对全株玉米青贮体外发酵pH无显著影响。Hatew等[28]在探讨不同收获时期对全株玉米的影响时也发现收获时期对瘤胃内pH无显著影响。在本试验中,不同留茬高度和收获时间对桂青贮7号青贮玉米体外发酵pH均无显著影响,且pH均处于正常范围之内,与户林其等[27]、Hatew等[28]的研究结果一致,说明留茬高度和收获时间对瘤胃内酶类及微生物的活动不存在抑制现象。

NH3-N提供了瘤胃微生物进行发酵活动所需要的主要氮源,也是微生物合成菌体蛋白的必要原料。玉米在青贮过程中可能会存在梭菌分解氨基酸、含氮盐类(硝酸盐和亚硝酸盐)、嘌呤和嘧啶来产生NH3-N,发酵初期植物酶的活动也会分解蛋白质而产生NH3-N,过量NH3-N的生成会导致青贮质量的下降[21]。李文才等[18]研究表明,不同留茬高度对青贮玉米的NH3-N浓度影响较小,与本试验结果一致。本试验中,各体外发酵时间节点测定的NH3-N浓度均在正常范围内,说明瘤胃微生物能进行正常的发酵活动。此外,随着发酵时间的增加,NH3-N浓度呈上升趋势,并且体外发酵48 h时NH3-N浓度有明显增加,这可能是因为随着发酵时间的延长,植物体内氨基酸、含氮盐类(硝酸盐和亚硝酸盐)、嘌呤和嘧啶数量逐渐增加,导致NH3-N浓度的升高,也可能是由于饲料在体外发酵过程中产生的发酵废料混于发酵液中,导致发酵液中的微生物死亡,造成NH3-N浓度的升高。

体外瘤胃VFA主要由AA、PA和BA组成,瘤胃发酵产生的VFA约占代谢碳流量的2/3,反刍动物体内总能量的70%～80%由VFA提供[29]。AA在动物体内可以通过一系列生物反应生成ATP为动物供能[27],PA是糖异生的前驱物质,在葡萄糖的转换与贮存中起着关键作用[25],BA是有害微生物降解蛋白质、葡萄糖和乳酸等物质时所产生的代谢产物,其还会造成营养物质的大量流失和蛋白质的降解,严重影响青贮饲料的营养价值。AA与PA浓度越高,BA的浓度越低,青贮玉米的品质就越高。研究表明,留茬高度过低会影响玉米青贮的效果[30]。本试验中,留茬高度为20 cm时桂青贮7号青贮玉米体外发酵24 h的BA浓度总体比其他留茬高度时高,尤其是1/4乳线期和3/4乳线期,这可能是因为留茬高度较低时,泥土中的丁酸杆菌等有害病菌大量生长繁殖,造成营养成分的流失,降低发酵品质;此外,体外发酵VFA浓度均随着留茬高度和收获时间的改变而有所变动,但总体无规律性变化;体外发酵48 h时VFA浓度明显高于体外发酵24 h时,可能是由于本试验采用体外发酵的方法,发酵前期产生的VFA无法通过瘤胃壁吸收或人工排出,导致后期的VFA浓度增加。