西藏青稞秸稈與多年生黑麥草混合青貯發(fā)酵品質(zhì)的研究

原現(xiàn)軍，余成群，李志華，下條雅敬，邵濤＊

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院飼草調(diào)制加工與貯藏研究所，江蘇 南京210095；2.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京100101；3.九州大學(xué)生物資源與環(huán)境學(xué)部動(dòng)物飼料生產(chǎn)與利用研究室，日本 福岡812－8581）

畜牧業(yè)是西藏農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，在其社會(huì)經(jīng)濟(jì)中有不可替代的作用［1］。但近年來過度利用、掠奪式的經(jīng)營(yíng)導(dǎo)致草地退化、沙化，草地生產(chǎn)水平極低，依賴天然草地的自然生產(chǎn)力已經(jīng)不能滿足家畜的需求，飼草缺乏已成為限制西藏畜牧業(yè)發(fā)展的瓶頸，因此畜牧業(yè)經(jīng)營(yíng)方式應(yīng)從天然草地放牧型向農(nóng)牧結(jié)合型過渡。西藏農(nóng)區(qū)有大量的農(nóng)作物秸稈，長(zhǎng)期以來作為冬季抗災(zāi)飼料被廣泛利用；但農(nóng)作物秸稈質(zhì)地粗硬、粗纖維含量高、可消化養(yǎng)分低、適口性差［2］，直接利用營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低，不能滿足家畜生長(zhǎng)發(fā)育及畜產(chǎn)品生產(chǎn)的需要。

農(nóng)作物秸稈青貯可以改善其適口性，提高消化率，節(jié)約牧草資源，解決高寒地區(qū)牧草產(chǎn)量低、飼草供應(yīng)季節(jié)性不平衡等問題。青稞秸稈由于其含糖量低單獨(dú)青貯難以成功，需要通過添加劑來改善發(fā)酵品質(zhì)［3］。Yang等［4］通過添加果糖改善了小麥（Triticum aestivum）秸稈青貯的發(fā)酵品質(zhì)。Yunus等［5］為改善含糖量較低的暖季型牧草象草（Pennisetum purpureum）的發(fā)酵品質(zhì)，將其與含糖量較高的豆科牧草PhaseyBean（Macroptilium lathyroides）混合青貯，顯著提高了乳酸含量，降低了pH值、丁酸和乙酸含量。通常禾本科牧草水溶性碳水化合物含量較高，將其與農(nóng)作物秸稈混合青貯，可以提高秸稈青貯發(fā)酵品質(zhì)，以期解決秸稈因發(fā)酵底物不足難以青貯的難題。

本研究旨在結(jié)合西藏地區(qū)實(shí)際，將青稞秸稈與不同比例的多年生黑麥草混合青貯，篩選出適宜的混合比例，為后序研究和生產(chǎn)實(shí)際提供理論依據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 青貯飼料制作

將種植于日喀則草原站試驗(yàn)地的青稞（Hordeum vulgare）和多年生黑麥草（Lolium perenne）于2009年8月17日刈割，青稞秸稈為去除籽粒后的莖稈；多年生黑麥草刈割時(shí)處于抽穗初期，青貯材料化學(xué)成分見表1。

試驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室青貯窖，容積為130mL的塑料容器。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為青稞秸稈單獨(dú)青貯（對(duì)照組）、80%青稞秸稈和20%多年生黑麥草混貯（L組）、60%青稞秸稈和40%多年生黑麥草混貯（M組）及40%青稞秸稈和60%多年生黑麥草混貯（H組），將青稞秸稈和多年生黑麥草切成2cm左右后，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)比例（鮮重）將青稞秸稈和黑麥草充分混合，裝填至實(shí)驗(yàn)室青貯窖中，壓實(shí)后密封，置于室溫保存。分別在青貯后第7，14和30天開窖取樣，每個(gè)處理各個(gè)時(shí)間點(diǎn)3個(gè)重復(fù)。

表1 青稞秸稈和多年生黑麥草化學(xué)成分Table 1 Chemical compositions of hulless barley straw and perennial ryegrass

1.2 化學(xué)成分分析

打開青貯窖后，取出全部青貯飼料并混勻，稱取35g放入100mL三角瓶中，加入70g去離子水，4℃浸提24 h，然后通過2層紗布和定性濾紙過濾，所得液體為青貯飼料浸提液，－20℃保存待測(cè)，用于測(cè)定pH值、乳酸、氨態(tài)氮和揮發(fā)性脂肪酸。將剩余部分青貯飼料收集烘干，測(cè)定干物質(zhì)、總氮以及水溶性碳水化合物。干物質(zhì)含量測(cè)定（dry matter，DM）在65℃烘箱中干燥60h；pH 值用 HANNA pH211型pH 計(jì)測(cè)定；乳酸含量（lactic acid，LA）用對(duì)－羥基聯(lián)苯比色法測(cè)定［6］；水溶性碳水化合物含量（water soluble carbohydrate，WSC）采用蒽酮－硫酸比色法測(cè)定［7］；氨態(tài)氮含量（ammonia nitrogen，AN）采用苯酚－次氯酸鈉比色法測(cè)定［8］；總氮含量（total nitrogen，TN）采用凱氏定氮法測(cè)定［9］；揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acids，VFAs）采用高效氣相色譜儀（日本島津GC－14B）測(cè)定［10］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SAS（8.2）軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子方差分析（ANOVA），并用鄧肯氏（Duncan）方法對(duì)處理間及青貯天數(shù)間平均數(shù)進(jìn)行多重比較（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

整個(gè)青貯過程中混貯組干物質(zhì)含量均顯著（P＜0.05）低于對(duì)照組（表2），且隨著黑麥草混合比例的增加顯著（P＜0.05）降低。隨著青貯的進(jìn)行各組乳酸含量逐漸增加，各混貯組乳酸含量始終顯著高于（P＜0.05）對(duì)照組，且隨著黑麥草混合比例的增加顯著（P＜0.05）提高。各混貯組乳酸含量在第14天達(dá)到最高，此后各組乳酸含量基本趨于穩(wěn)定，雖略有下降，但30d后乳酸含量仍顯著高于（P＜0.05）對(duì)照組。相應(yīng)地pH值隨著青貯的進(jìn)行逐漸下降，各混貯組pH值始終顯著低于（P＜0.05）對(duì)照組，且隨著黑麥草混合比例的增加呈下降趨勢(shì)。青貯第7天各混貯組pH值已顯著低于（P＜0.05）對(duì)照組，此后各組pH值繼續(xù)下降直至青貯第30天達(dá)到最低，此時(shí)對(duì)照組高達(dá)5.33，而混貯組pH值均降至4.73以下，其中H組pH值降至4.41。

青貯過程中各組乙酸（表3）含量隨著青貯的進(jìn)行呈上升趨勢(shì)（P＞0.05），M和H組乙酸含量始終顯著（P＜0.05）高于對(duì)照組和L組，各混貯組乳酸／乙酸均高于（P＞0.05）或顯著高于（P＜0.05）對(duì)照組。在整個(gè)青貯過程中，各組丙酸含量差異不顯著（P＞0.05），青貯第7天各組均未檢測(cè)到，此后各組丙酸含量均略有上升。各組丁酸含量隨著青貯時(shí)間延長(zhǎng)略有升高（P＞0.05），整個(gè)青貯過程中各混貯組丁酸含量始終低于對(duì)照組，且14d后隨著黑麥草混合比例的增加呈下降趨勢(shì)（P＞0.05）?？倱]發(fā)性脂肪酸呈現(xiàn)出與乙酸相似的變化趨勢(shì)，M和H組總揮發(fā)性脂肪酸含量始終高于（P＞0.05）或顯著（P＜0.05）高于對(duì)照組和L組。

青貯第7天各組AN／TN值已經(jīng)達(dá)到較高值（表4），在青貯第7和30天各混貯組AN／TN均低于（P＞0.05）對(duì)照組，其中 H 組顯著低于（P＜0.05）對(duì)照組，H 組在第30天顯示最低的 AN／TN 值（66.89g／kg TN）。青貯過程中混貯組水溶性碳水化合物含量始終顯著（P＜0.05）高于對(duì)照組，且隨著黑麥草混合比例增加顯著（P＜0.05）提高。對(duì)照組水溶性碳水化合物在青貯第7天已低于10g／kg DM，之后基本趨于穩(wěn)定，而混貯組水溶性碳水化合物含量從第7天開始顯著（P＜0.05）下降，直到第30天各混貯組碳水化合物含量仍顯著高于（P＜0.05）對(duì)照組。

表2 青稞秸稈與多年生黑麥草混合青貯過程中pH值、干物質(zhì)和乳酸含量的變化Table 2 Changes in pH，DM and LA contents of mixed silages of hulless barley straw and perennial ryegrass during ensiling

表3 青稞秸稈與多年生黑麥草混合青貯過程中揮發(fā)性脂肪酸含量的變化Table 3 Changes in volatile fatty acid contents of mixed silages of hulless barley straw and perennial ryegrass during ensiling

表4 青稞秸稈與多年生黑麥草混合青貯過程中氨態(tài)氮／總氮和水溶性碳水化合物含量的變化Table 4 Changes in WSC content and AN／TN of mixed silages of hulless barley straw and perennial ryegrass during ensiling

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)中各混貯組干物質(zhì)含量均顯著低于對(duì)照組，這是由于多年生黑麥草水分含量遠(yuǎn)高于青稞秸稈致使各混貯組隨著黑麥草混合比例增加干物質(zhì)含量顯著下降。

從青貯過程中pH值和乳酸含量變化可知，與不同比例黑麥草混合青貯均一定程度改善了青稞秸稈發(fā)酵品質(zhì)。在整個(gè)青貯過程中，隨著黑麥草混合比例的增加乳酸含量顯著提高，相應(yīng)地pH值始終低于青稞秸稈單獨(dú)青貯組。各混貯組pH值雖然都沒有降至常規(guī)成功青貯要求的pH值［10］（4.2以下），但有研究表明，干物質(zhì)含量較高的材料青貯時(shí)pH值不必降到4.2以下也可使青貯飼料保存良好，Meeske等［11］對(duì)干物質(zhì)含量為317和328 g／kg的燕麥（Avena sativa）青貯時(shí)pH值分別達(dá)到4.56和4.52也能很好地保存，本試驗(yàn)中對(duì)照組、L組、M組和H 組青貯時(shí)干物質(zhì)含量分別為562.78，511.97，461.16和410.36g／kg FW，青貯30d后各混貯組pH 值均顯著低于對(duì)照組的5.33，其中M組和H組pH值降至4.50左右。青貯原料的水溶性碳水化合物含量和可有效利用程度是決定青貯成功與否的關(guān)鍵因素之一［12］，青稞秸稈水溶性碳水化合物含量低，難以滿足乳酸菌活動(dòng)的需要，而黑麥草水溶性碳水化合物含量較高，可以為乳酸菌提供較多的發(fā)酵底物，促進(jìn)乳酸生成和pH值下降，使青貯飼料快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。各組碳水化合物含量變化也印證了這一點(diǎn)，在青貯早期各組水溶性碳水化合物含量快速下降，到第7天對(duì)照組已降至8.93g／kg DM，而混貯組分別依次為19.23，32.32，43.87g／kg DM，此后對(duì)照組碳水化合物含量保持基本不變，而混貯組繼續(xù)下降，直至青貯結(jié)束，表明隨著青貯時(shí)間延長(zhǎng)各混貯組乳酸發(fā)酵仍在進(jìn)行，而對(duì)照組在7d后乳酸發(fā)酵基本停止，這是由于在青貯過程中各混貯組黑麥草為青貯發(fā)酵提供了較多的發(fā)酵底物，促進(jìn)了乳酸發(fā)酵，一定程度上彌補(bǔ)了青稞秸稈含糖量低的缺陷。

青貯過程中乙酸生成的主要途徑有2個(gè)：一是異型乳酸發(fā)酵在產(chǎn)生一分子乳酸的同時(shí)，產(chǎn)生一分子乙酸；另一方面乙酸可以由乳酸異化產(chǎn)生。本試驗(yàn)前14d乳酸和乙酸均呈上升趨勢(shì)，乙酸可能由部分異型乳酸發(fā)酵產(chǎn)生，乳酸產(chǎn)生的同時(shí)伴隨著乙酸的生成，導(dǎo)致各混貯組乙酸含量均高于對(duì)照組，且隨著黑麥草比例增加呈上升趨勢(shì)。而14d后乳酸含量基本趨于穩(wěn)定，乙酸含量繼續(xù)呈上升趨勢(shì)，表明青貯后期乙酸可能來自乳酸的異化作用。乳酸／乙酸變化趨勢(shì)表明，在整個(gè)青貯過程中同型乳酸發(fā)酵占主導(dǎo)地位，在青貯7d后各混貯組乳酸／乙酸略有下降，可能是由于后期乙酸生成速度快于乳酸生成速度所致。

丁酸和氨態(tài)氮／總氮是衡量青貯飼料優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)，一般認(rèn)為［13］優(yōu)質(zhì)青貯飼料的丁酸含量和氨態(tài)氮／總氮值應(yīng)低于10g／kg DM和100g／kg TN，本試驗(yàn)中，雖然各組丁酸含量和氨態(tài)氮／總氮均低于這一標(biāo)準(zhǔn)，且各混貯組丁酸含量和氨態(tài)氮／總氮值始終低于對(duì)照組，但各組均有較高氨態(tài)氮／總氮值，且在青貯發(fā)酵的第7天已經(jīng)顯示較高值，表明青貯早期較多的蛋白質(zhì)可能被好氧性微生物降解為氨態(tài)氮［14］，并伴隨著少量丁酸的產(chǎn)生，本試驗(yàn)中由于青稞秸稈物理結(jié)構(gòu)粗糙，莖桿中空，難以壓實(shí)，青貯早期青貯窖中有較多的空氣殘留，導(dǎo)致好氧性微生物活躍與乳酸菌競(jìng)爭(zhēng)發(fā)酵底物，使本來發(fā)酵底物不足的青貯原料發(fā)酵底物更少，無法產(chǎn)生較多的乳酸，降低pH值，進(jìn)而不能有效地抑制有害微生物的活性。

綜上所述，青稞秸稈與多年生黑麥草混合青貯顯著提高了乳酸含量，降低了pH值，但各組并未能完全抑制丁酸和氨態(tài)氮的生成，說明青稞秸稈與黑麥草混合青貯一定程度上改善了青貯發(fā)酵品質(zhì)，要進(jìn)一步提高發(fā)酵品質(zhì)，需添加糖蜜、酶制劑等發(fā)酵促進(jìn)劑，增加發(fā)酵底物，促進(jìn)乳酸發(fā)酵。從秸稈利用最大化的角度出發(fā)，建議以60%青稞秸稈和40%多年生黑麥草混合青貯作為下一步研究的基礎(chǔ)較為適宜。

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