緊實(shí)度對(duì)青貯玉米有氧穩(wěn)定期發(fā)酵品質(zhì)、微生物數(shù)量的效應(yīng)研究

王旭哲，賈舒安，張凡凡，魯為華，張前兵，馬春暉*

(1.石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，新疆 石河子 832003；2.新疆維吾爾自治區(qū)動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，新疆 烏魯木齊 830011)

緊實(shí)度對(duì)青貯玉米有氧穩(wěn)定期發(fā)酵品質(zhì)、微生物數(shù)量的效應(yīng)研究

王旭哲1，賈舒安2，張凡凡1，魯為華1，張前兵1，馬春暉1*

(1.石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，新疆 石河子 832003；2.新疆維吾爾自治區(qū)動(dòng)物衛(wèi)生監(jiān)督所，新疆 烏魯木齊 830011)

本研究旨在分析不同緊實(shí)度對(duì)全株玉米青貯有氧暴露期間發(fā)酵品質(zhì)和微生物變化的影響，為生產(chǎn)實(shí)踐選擇適宜的青貯緊實(shí)度提供參考。以新飼玉10號(hào)青貯玉米為材料，發(fā)酵裝料密度設(shè)計(jì)為5個(gè)梯度(350，400，500，600，700 kg/m3)，發(fā)酵期為50 d，檢測(cè)開窖后各緊實(shí)度處理第12，24，36，60，108 h青貯發(fā)酵品質(zhì)和主要微生物的變化，并用多通道溫度記錄儀監(jiān)測(cè)溫度變化。結(jié)果表明，有氧暴露時(shí)間與緊實(shí)度的交互作用對(duì)pH、乳酸、乙酸和氨態(tài)氮含量以及乳酸菌、霉菌、酵母菌和好氧細(xì)菌數(shù)量產(chǎn)生極顯著影響(P<0.01)。開窖108 h后，緊實(shí)度為600 kg/m3青貯飼料的乳酸菌數(shù)量最多，達(dá)到8.17 lg cfu/g FW，其pH值和氨態(tài)氮含量最低，霉菌和酵母菌數(shù)量最少，分別為5.38和7.72 lg cfu/g FW；且緊實(shí)度600 kg/m3有氧暴露后穩(wěn)定的時(shí)間顯著高于其他處理(P<0.05)，達(dá)到100 h。通過綜合評(píng)價(jià)，在有氧暴露后緊實(shí)度為600 kg/m3的全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)及有氧穩(wěn)定性最好，建議600 kg/m3為全株玉米最佳青貯緊實(shí)度。

青貯玉米；有氧穩(wěn)定期；發(fā)酵品質(zhì)；微生物數(shù)量；緊實(shí)度

青飼料在厭氧條件下經(jīng)乳酸菌發(fā)酵并得以保存稱為青貯飼料，是奶牛日糧中必不可少的組成部分[1]。調(diào)制青貯飼料的目的就是最大限度地保持青貯原料原有的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值并將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失降至最低。用于調(diào)制青貯的牧草或飼料作物表面附著有多種微生物，它們?cè)谇噘A過程的某一階段或全過程都有繁殖活動(dòng)，或多或少的影響青貯的發(fā)酵品質(zhì)[2]。青貯容器開封的同時(shí)青貯飼料的好氧變質(zhì)便啟動(dòng)，大量好氧微生物的活動(dòng)變得活躍，腐敗進(jìn)程開始[3]。好氧微生物大量繁殖，利用有機(jī)酸、水溶性碳水化合物和蛋白質(zhì)，導(dǎo)致乳酸、水溶性碳水化合物等含量下降，pH值和氨態(tài)氮含量升高，同時(shí)產(chǎn)生熱量導(dǎo)致溫度上升[4]。青貯飼料在青貯容器開封后的穩(wěn)定程度稱為青貯飼料有氧穩(wěn)定性，即青貯飼料暴露于空氣中溫度超過室溫2 ℃的時(shí)候所記錄的時(shí)間(h)即為有氧穩(wěn)定時(shí)間[5-7]。因此，控制空氣的流入和空氣的接觸面積是控制好氧變質(zhì)的關(guān)鍵。

優(yōu)質(zhì)的青貯與緊實(shí)度有關(guān)，在實(shí)踐中，青貯的壓實(shí)不足可能會(huì)導(dǎo)致有氧腐敗，填壓緊實(shí)的青貯窖有助于pH的降低以及厭氧條件的形成[8-9]。無論在青貯發(fā)酵過程中還是在開窖后，高緊實(shí)度的青貯可以減少氧氣的滲入，進(jìn)而降低空氣中以及飼料作物表面附著的好氧微生物的活性，對(duì)青貯微生物群落組成和有氧穩(wěn)定性均有重要影響[10]。通過控制適當(dāng)?shù)那噘A緊實(shí)度進(jìn)而改善青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)[11-13]，因?yàn)槠鋵?duì)有機(jī)物的氧化具有一定影響，是影響其干物質(zhì)保存的關(guān)鍵參數(shù)[14]。高密度青貯窖可有效降低干物質(zhì)損失[15]。所以緊實(shí)度的控制對(duì)青貯品質(zhì)尤為重要[16]。但目前，有關(guān)全株玉米青貯緊實(shí)度系統(tǒng)研究報(bào)道較少。由于重型壓實(shí)設(shè)備的需求以及壓實(shí)時(shí)間的延長(zhǎng)，導(dǎo)致較高的青貯緊實(shí)度在一定程度上增加制作成本。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中很少量化控制青貯的緊實(shí)度，缺乏可供參考的適宜范圍。

由于緊實(shí)度大小對(duì)青貯開窖后發(fā)酵品質(zhì)產(chǎn)生較大影響。因此，本研究設(shè)置不同緊實(shí)度的青貯處理，探究緊實(shí)度對(duì)有氧暴露后全株玉米青貯品質(zhì)、微生物變化規(guī)律以及有氧穩(wěn)定性的影響，同時(shí)結(jié)合有氧穩(wěn)定性綜合比較有氧暴露后，各緊實(shí)度下的全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)和微生物的變化，旨在選出合適的青貯緊實(shí)度，為生產(chǎn)實(shí)踐提供參考。

1 材料與方法

1.1材料和樣地

青貯原料：以玉米品種新飼玉10號(hào)(新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物所選育的早中熟品種)為青貯材料。試驗(yàn)地位于新疆石河子大學(xué)牧草試驗(yàn)站(44°20′ N， 88°30′ E，海拔420 m)。生長(zhǎng)期為2015年4月10日-7月20日(生長(zhǎng)期101 d)，乳熟末期至蠟熟初期刈割，當(dāng)場(chǎng)切碎為1～2 cm 長(zhǎng)的物料，待貯。發(fā)酵罐規(guī)格：直筒，直徑19.4 cm，高102 cm，壁厚0.6 cm，容積為30.2 L，采用PVC管制作。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將發(fā)酵裝料密度設(shè)計(jì)為5個(gè)梯度，分別為 350，400，500，600，700 kg/m3，每個(gè)梯度3次重復(fù)，分別在青貯裝罐完成后50 d時(shí)開窖，同時(shí)檢測(cè)發(fā)酵罐開窖后第12，24，36，60，108 h青貯的變化。全程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)各處理青貯溫度變化。對(duì)青貯pH值、乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)、氨態(tài)氮(NH3-N)、水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrates，WSC)含量和乳酸菌、霉菌、酵母菌以及好氧細(xì)菌數(shù)量進(jìn)行分析。應(yīng)用隸屬函數(shù)法對(duì)青貯發(fā)酵品質(zhì)以及微生物數(shù)量進(jìn)行綜合評(píng)判。

1.3測(cè)定方法

干物質(zhì)(dry matter，DM)采用105 ℃烘干法測(cè)定[17]；總氮(total nitrogen，TN)根據(jù)凱氏定氮法利用全自動(dòng)凱氏定氮儀(KT8400，F(xiàn)OSS)測(cè)定[17]；水溶性碳水化合物(WSC)采用蒽酮比色法測(cè)定[18]；pH值利用酸度計(jì)(PHS-25，上海雷磁)測(cè)定；氨態(tài)氮含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定[3]；有機(jī)酸(乳酸、乙酸、丙酸、丁酸)含量用液相色譜法測(cè)定[7]，微生物數(shù)量采用平板計(jì)數(shù)法[2]進(jìn)行計(jì)數(shù)，乳酸菌、霉菌、酵母菌以及好氧細(xì)菌分別用MRS(de man rogosa sharpe，MRS)培養(yǎng)基、高鹽察氏培養(yǎng)基、麥芽糖浸粉瓊脂培養(yǎng)基和營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基(nutrient agar)進(jìn)行培養(yǎng)。有氧穩(wěn)定性測(cè)定在發(fā)酵50 d后打開全部實(shí)驗(yàn)室青貯發(fā)窖罐，罐口用雙層紗布包裹，防比果蠅等其他雜質(zhì)污染和水分散失，空氣可自由進(jìn)入發(fā)酵罐中，置于室溫條件下保存。將多點(diǎn)式溫度記錄儀(i500-E3TW，玉環(huán)智拓儀器科技有限公司)的多個(gè)探頭分別放置于發(fā)酵罐的幾何中心，同時(shí)在環(huán)境中放置3個(gè)探頭，用于測(cè)定環(huán)境溫度，溫度記錄儀測(cè)量時(shí)間間隔設(shè)置為5 min，每個(gè)處理放置3個(gè)溫度探頭。如果樣品溫度高于環(huán)境溫度2 ℃，說明青貯開始腐敗變質(zhì)。

1.4數(shù)據(jù)處理

在Excel中作數(shù)據(jù)的基本處理，用SPSS 17.0對(duì)各處理的DM、WSC、pH值、氨態(tài)氮、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸含量和乳酸菌、霉菌、酵母菌、好氧細(xì)菌數(shù)量以及有氧穩(wěn)定時(shí)間進(jìn)行方差分析，通過Duncan法對(duì)各處理間的差異進(jìn)行比較。采用Origin 8.0進(jìn)行繪圖。應(yīng)用Fzuuy數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)法進(jìn)行青貯發(fā)酵品質(zhì)以及微生物數(shù)量的綜合評(píng)判。其中，與發(fā)酵品質(zhì)呈正相關(guān)的指標(biāo)(WSC、乳酸、乙酸、乳酸菌、有氧穩(wěn)定性)采用公式Fij+=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)計(jì)算，與發(fā)酵品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo)(pH、NH3-N、霉菌、酵母菌和好氧細(xì)菌)采用公式Fij-=1-Fij+計(jì)算，式中：Fij為第i個(gè)處理第j個(gè)指標(biāo)的隸屬度;Xij為第i個(gè)處理第j個(gè)指標(biāo)測(cè)定值;Xmax、Xmin為所有參試材料中第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。

2 結(jié)果與分析

2.1不同緊實(shí)度下全株玉米青貯前后發(fā)酵特性及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)對(duì)比分析

對(duì)不同緊實(shí)度下全株玉米青貯前后發(fā)酵特性和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)對(duì)比分析(表1)，發(fā)現(xiàn)在青貯開窖后各處理與青貯原料在DM、pH值、乳酸、乙酸、氨態(tài)氮、水溶性碳水化合物、乳酸菌、霉菌和酵母菌數(shù)量上均有顯著差異(P<0.05)，但在好氧細(xì)菌數(shù)量上差異不顯著(P>0.05)。且各處理DM、pH值、WSC以及霉菌和酵母菌數(shù)量均降低，乳酸、乙酸、氨態(tài)氮以及乳酸菌和好氧細(xì)菌數(shù)量逐步上升。處理600 kg/m3的乳酸菌數(shù)量最高；處理700 kg/m3的乳酸和WSC含量顯著高于其余處理(P<0.05)，霉菌數(shù)量顯著低于其預(yù)處理(P<0.05)。

表1 不同緊實(shí)度下全株玉米青貯前后發(fā)酵品質(zhì)及微生物數(shù)量對(duì)比分析Table 1 Analysis of fermentation characteristics and microbial quantity of whole-plant corn silage at different compaction around ensilage

注：各處理間不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note：The different letters mean significant differences atP<0.05 among the groups.

2.2不同緊實(shí)度對(duì)全株玉米青貯有氧穩(wěn)定性的影響

圖1 不同緊實(shí)度玉米青貯的有氧穩(wěn)定性 Fig.1 Aerobic stability of different compaction corn silage 各處理間不同字母表示差異顯著(P<0.05)。The different letters mean significant differences at P<0.05 among the groups.

各處理玉米青貯的有氧穩(wěn)定性如圖1所示。隨著緊實(shí)度的增加，有氧穩(wěn)定時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，處理350～700 kg/m3有氧暴露后穩(wěn)定的時(shí)間分別為15，49，62，100和73 h。各處理間均存在顯著差異(P<0.05),其中600 kg/m3有氧穩(wěn)定時(shí)間最長(zhǎng)，達(dá)到100 h。

2.3不同緊實(shí)度全株玉米青貯在有氧穩(wěn)定期發(fā)酵品質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化

pH值在有氧穩(wěn)定期變化明顯(表2)。開窖后，處理350 kg/m3的pH值始終高于其他處理。有氧暴露60 h后處理350和400 kg/m3的pH值均超過劣質(zhì)青貯的規(guī)定值4.80，之后繼續(xù)上升，在有氧暴露108 h時(shí)，處理350和400 kg/m3的pH值顯著高于其余處理(P<0.05)，處理600和700 kg/m3的pH值均屬于青貯品質(zhì)一般的pH值范圍且差異不顯著(P>0.05)。玉米青貯各組WSC含量都明顯下降(表2)，直至開窖108 h后各處理間的WSC含量均差異不顯著(P>0.05)，但是處理700 kg/m3的WSC含量在有氧暴露過程中始終高于其余處理，處理350 kg/m3WSC含量開窖108 h后最低，只有2.262%。

開窖后各處理乳酸含量均呈逐漸下降趨勢(shì)(表2)，開窖12 h處理700 kg/m3的乳酸含量最高，與其余處理差異顯著(P<0.05)，直至開窖108 h其乳酸含量仍然顯著高于其余處理(P<0.05)，此時(shí)處理500 kg/m3的乳酸含量最低，與其余處理差異顯著(P<0.05)。自開窖后，各處理乙酸含量同樣逐漸減少(表2)，開窖12 h處理700 kg/m3的乙酸含量高于其他處理，隨后開始迅速下降。處理400和600 kg/m3均在開窖24 h后乙酸含量緩慢上升，且處理600 kg/m3在開窖36 h開始緩慢下降。直至開窖108 h處理400 kg/m3的乙酸含量較高，且與處理700 kg/m3差異不顯著(P>0.05)，但顯著高于其余處理，此時(shí)處理500 kg/m3的乙酸含量最低，與其余處理差異顯著(P<0.05)。對(duì)有氧穩(wěn)定階段的各處理全株玉米青貯進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，丙酸和丁酸的含量均低于最低檢出限(表2)。

有氧暴露24 h后處理350 kg/m3的NH3-N含量顯著高于其他處理組(P<0.05)(表2)。隨后各處理的NH3-N含量均呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，直至有氧暴露108 h各處理的NH3-N含量均達(dá)到最大值，且處理350 kg/m3顯著高于其余處理(P<0.05)，處理500，600和700 kg/m3的NH3-N含量差異不顯著(P>0.05)，但顯著低于處理350和400 kg/m3(P<0.05)。由圖3可知，隨著有氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理NH3-N/TN值逐步增加，但自有氧暴露開始至12 h期間，除處理350 kg/m3外，其余處理NH3-N/TN值出現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，隨后逐步升高，開窖24 h后處理350 kg/m3的NH3-N/TN值均高于其余處理，之后隨著有氧暴露時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，NH3-N/TN值迅速上升，其余處理均緩慢上升。直至開窖36 h后，除了處理350，400 kg/m3外，其余處理NH3-N/TN值增速減慢，尤其處理700 kg/m3的NH3-N/TN值增長(zhǎng)較其余處理更為平緩，并在開窖60 h時(shí)開始緩慢下降。持續(xù)至開窖108 h，處理350 kg/m3的NH3-N/TN值最大，處理600 kg/m3的NH3-N/TN值最小。

2.4不同緊實(shí)度全株玉米青貯在有氧穩(wěn)定期微生物的動(dòng)態(tài)變化

全株玉米青貯開窖后，各處理乳酸菌的變化如表3所列，開窖后24 h各處理乳酸菌數(shù)量均出現(xiàn)短暫的上升，此時(shí)處理700 kg/m3的乳酸菌數(shù)量顯著高于其余處理(P<0.05)。但隨后各處理乳酸菌數(shù)量均開始下降，隨著緊實(shí)度的降低乳酸菌數(shù)量逐漸減少。處理350 kg/m3的乳酸菌數(shù)量在開窖后36 h迅速下降，此時(shí)顯著低于其余處理(P<0.05)。直至開窖108 h后各處理乳酸菌數(shù)量出現(xiàn)差異，處理600 kg/m3的乳酸菌數(shù)量顯著高于其余處理(P<0.05)。

表2 有氧暴露過程中不同緊實(shí)度下全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)變化及雙因素方差分析Table 2 Change of the fermentation characteristics of whole-plant corn silage at different compaction and two-way analysis of variance in the oxygen exposure process

注：同一小時(shí)各處理間不同字母表示差異顯著(P<0.05)；*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)，NS表示無顯著差異。SE為標(biāo)準(zhǔn)誤差?！啊北硎镜陀跈z出限。

Note：The different letters mean significant differences atP<0.05 among the groups on the same hour. *and** stand for significant differences at the level ofP<0.05 andP<0.01, respectively. NS means no significant. SE means standard error. “—”express less than detection limit.

圖2 不同緊實(shí)度下全株玉米青貯NH3-N/TN值變化Fig.2 Change of the NH3-N/TN of whole-plant corn silage at different compaction 同一小時(shí)各處理間不同字母表示差異顯著(P<0.05)。The different letters mean significant differences at P<0.05 among the groups on the same hour.

各處理開窖12 h后霉菌數(shù)量均出現(xiàn)不同程度的增加(表3)，此時(shí)各處理間均出現(xiàn)顯著差異(P<0.05)，處理700 kg/m3的霉菌數(shù)量顯著低于其余處理(P<0.05)，隨著有氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，各處理的霉菌數(shù)量均逐步升高，但隨著緊實(shí)度的提高，霉菌數(shù)量的增速逐漸減慢，處理500，600和700 kg/m3的霉菌數(shù)量進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，直至開窖后108 h，隨著緊實(shí)度增大霉菌數(shù)量明顯降低，處理600和700 kg/m3的霉菌數(shù)量顯著低于其余處理(P<0.05)。

酵母菌在玉米青貯有氧暴露過程中變化較為明顯(表3)，自有氧暴露后各處理酵母菌數(shù)量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，第12 h時(shí)處理350 kg/m3的酵母菌數(shù)量顯著高于其余處理(P<0.05)。隨后各處理逐步上升，但處理600 kg/m3的酵母菌數(shù)量上升較為緩慢，且顯著低于其余處理，至開窖第36 h處理600 kg/m3的酵母菌數(shù)量上升至最大值后開始緩慢下降，此時(shí)處理600 kg/m3的酵母菌數(shù)量顯著低于其余處理(P<0.05)。隨著緊實(shí)度的增大，酵母菌數(shù)量逐漸減少，直至有氧暴露108 h后，處理350 kg/m3的酵母菌數(shù)量顯著高于其余處理(P<0.05)。

自開窖后，各處理好氧細(xì)菌數(shù)量均緩慢上升(表3)，開窖12 h時(shí)處理600 kg/m3的好氧細(xì)菌數(shù)量顯著低于其余處理(P<0.05)。隨后各處理好氧細(xì)菌數(shù)均緩慢上升，直至開窖24 h處理600 kg/m3顯著低于處理350和400 kg/m3(P<0.05)。但之后各處理的好氧細(xì)菌數(shù)均出現(xiàn)不同程度的下降，至開窖后60 h各處理好氧細(xì)菌數(shù)開始緩慢增加，隨著緊實(shí)度的增大，好氧細(xì)菌數(shù)逐漸降低，直至開窖后108 h處理700 kg/m3顯著低于其余處理(P<0.05)。

2.5緊實(shí)度及有氧暴露時(shí)間對(duì)全株玉米青貯發(fā)酵特性以及微生物數(shù)量的交互作用

有氧暴露時(shí)間對(duì)于WSC、pH、有機(jī)酸和NH3-N含量以及乳酸菌、霉菌、酵母菌和好氧細(xì)菌數(shù)量的變化有極顯著影響(P<0.01)(表2、3)，同時(shí)設(shè)置的不同處理對(duì)于上述各指標(biāo)均產(chǎn)生極顯著影響(P<0.01)。從表中可知有氧暴露時(shí)間與處理的交互作用對(duì)pH、乳酸、乙酸和NH3-N含量以及乳酸菌、霉菌、酵母菌和好氧細(xì)菌數(shù)量產(chǎn)生極顯著影響(P<0.01)，但對(duì)WSC含量的變化無顯著影響(P>0.05)。

2.6有氧穩(wěn)定期不同緊實(shí)度全株玉米青貯發(fā)酵特性以及微生物數(shù)量的綜合評(píng)價(jià)

采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)值法，以pH 值、WSC、乳酸、乙酸、NH3-N、有氧穩(wěn)定性、乳酸菌、霉菌、酵母菌和好氧細(xì)菌數(shù)量10個(gè)指標(biāo)，對(duì)不同緊實(shí)度下全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)及微生物數(shù)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(表4)。綜合評(píng)價(jià)分值越高，則青貯品質(zhì)越好，反之越差。因此，在有氧暴露108 h后，不同緊實(shí)度的全株玉米青貯發(fā)酵特性以及微生物數(shù)量的綜合指標(biāo)大小排序?yàn)椋禾幚?00 kg/m3>處理700 kg/m3>處理500 kg/m3>處理400 kg/m3>處理350 kg/m3。

3 討論

3.1不同緊實(shí)度對(duì)玉米青貯飼料有氧穩(wěn)定性的影響

本試驗(yàn)中不同緊實(shí)度玉米青貯飼料的有氧穩(wěn)定性存在顯著差異(P<0.05)。隨著青貯緊實(shí)度的增大，玉米青貯飼料的有氧穩(wěn)定時(shí)間逐漸延長(zhǎng)。較高的青貯密度可提供較為穩(wěn)定的pH環(huán)境，可抑制好氧微生物的生長(zhǎng)[19]。因此處理350 kg/m3有氧暴露后穩(wěn)定的時(shí)間僅有15 h，而處理600 kg/m3達(dá)到100 h，顯著高于其他處理(P<0.05)。但在處理700 kg/m3的WSC含量較高，相對(duì)于處理600 kg/m3為好氧微生物創(chuàng)造了更有利的生存條件， 因此600 kg/m3的有氧穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)于700 kg/m3。 直至最后一組處理暴露于空氣中高于室溫2 ℃時(shí)開窖結(jié)束。與Santos等[20]研究結(jié)果相似，正是由于開窖后隨時(shí)間延長(zhǎng)，好氧微生物的活動(dòng)增強(qiáng)，其利用發(fā)酵底物產(chǎn)生水、二氧化碳和熱量[5]。因此，溫度隨有氧暴露時(shí)間延長(zhǎng)而上升。

表3 有氧暴露過程中不同緊實(shí)度下全株玉米青貯微生物數(shù)量變化及雙因素方差分析Table 3 Change of the microbial quantity of whole-plant corn silage at different compaction and two-way analysis of variance in the oxygen exposure process

注：同一小時(shí)各處理間不同字母表示差異顯著(P<0.05)；*表示差異顯著(P<0.05)，**表示差異極顯著(P<0.01)，NS表示無顯著差異。SE為標(biāo)準(zhǔn)誤差。

Note：The different letters mean significant differences atP<0.05 among the groups on the same hour. *and** stand for significant differences at the level ofP<0.05 andP<0.01, respectively. NS means no significant. SE means standard error.

表4 有氧暴露后不同緊實(shí)度下全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)及微生物數(shù)量的隸屬函數(shù)分析Table 4 Analysis of the membership function of fermentation characteristics and microbial quantity of whole-plant corn silage at different compaction after exposure to oxygen

3.2不同緊實(shí)度對(duì)玉米青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響

pH可反映青貯飼料是否保存較好以及其被腐敗菌分解的程度，品質(zhì)優(yōu)良的青貯飼料pH為3.8～4.5[21]。開窖后各處理的pH值均出現(xiàn)回升，與Shi[22]的研究結(jié)果一致，空氣的大量供給促進(jìn)好氧微生物利用WSC、乳酸、乙酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量繁殖，大量WSC、乳酸、乙酸被好氧微生物代謝，致使pH值逐漸上升，乳酸和乙酸含量逐漸減少[23-24]。填裝緊實(shí)度的增加，在一定程度上削弱了氧氣的穿透能力，降低了氧氣的深入，減緩了好氧微生物的大量繁殖，因此緊實(shí)度較高的處理pH上升較慢且顯著低于緊實(shí)度低的處理。乳酸是促進(jìn)青貯發(fā)酵的有益酸，雖然乳酸是青貯飼料的主要發(fā)酵產(chǎn)物，但也有適量的乙酸存在[25]，主要來源于異型乳酸菌和腸內(nèi)細(xì)菌對(duì)糖類的分解發(fā)酵[5]。發(fā)酵結(jié)束時(shí)高緊實(shí)度的處理乳酸含量較高，開窖后短期內(nèi)仍然有抑制好氧微生物生長(zhǎng)的作用，但是較低的緊實(shí)度處理在發(fā)酵結(jié)束時(shí)所剩余的乳酸含量相對(duì)較低，因此在有氧暴露后其中的好氧微生物大量生長(zhǎng)繁殖，其中的乳酸、乙酸被大量消耗[26]，這也正是造成緊實(shí)度較高的全株玉米青貯中乳酸和乙酸含量高于緊實(shí)度較低的處理的原因。

NH3-N含量是青貯飼料品質(zhì)評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，從動(dòng)物利用的角度，氨基酸與蛋白質(zhì)的價(jià)值變化不大，而NH3-N的利用價(jià)值較低，所以說青貯飼料中NH3-N含量越高，青貯飼料的品質(zhì)越差[27]。試驗(yàn)中NH3-N含量逐步增加，與Schmidt等[28]的試驗(yàn)結(jié)果相似。隨著有氧暴露的進(jìn)行，各處理的NH3-N含量均緩慢上升。且低緊實(shí)度處理上升較快，主要是由于隨著有氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，低緊實(shí)度處理的pH上升較快，當(dāng)pH>4.2時(shí)，由于不良微生物的活動(dòng)，氨基酸被分解成氨、硫化氫和胺類，氨基酸的降解率增大[5]，即NH3-N的含量升高。而青貯緊實(shí)度較高，可在開窖后降低氧氣進(jìn)入量，減少乳酸損失，使pH 值在短期內(nèi)維持一個(gè)穩(wěn)定的水平，可有效降低一些不耐酸的腐敗菌的活力，從而將NH3-N被限制在很低的水平，同時(shí)也保留了原料中相對(duì)較多的粗蛋白[29]。然而評(píng)定蛋白質(zhì)在青貯飼料中的降解程度有時(shí)考慮NH3-N/TN值，這也是衡量青貯發(fā)酵品質(zhì)的關(guān)鍵因素[30]。青貯干物質(zhì)的采食量與NH3-N/TN值呈顯著負(fù)相關(guān)，NH3-N的比例增加，將會(huì)間接減少動(dòng)物采食量，對(duì)青貯的有效營(yíng)養(yǎng)價(jià)值造成嚴(yán)重影響[5]。因此較低的緊實(shí)度處理NH3-N/TN值較高，正是由于其NH3-N含量較高的原因。因此，開窖后NH3-N/TN值逐步升高，且高緊實(shí)度處理的NH3-N/TN值較低。

3.3不同緊實(shí)度處理對(duì)玉米青貯飼料微生物數(shù)量的影響

乳酸菌是指發(fā)酵可以用碳水化合物主要產(chǎn)物為乳酸的細(xì)菌的總稱。是青貯飼料進(jìn)行乳酸發(fā)酵的驅(qū)動(dòng)者[31]。有氧暴露后各處理乳酸菌數(shù)量在開窖后24 h內(nèi)出現(xiàn)短暫上升趨勢(shì)，之后逐漸下降，且隨著緊實(shí)度的降低，乳酸菌數(shù)量逐漸減少。是由于在開窖后接觸到氧氣，好氧微生物開始大量繁殖，與乳酸菌爭(zhēng)奪利用青貯中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，短時(shí)間內(nèi)刺激乳酸菌的繁殖，但隨著氧氣的進(jìn)一步滲入，其有氧環(huán)境不適于乳酸菌繼續(xù)生長(zhǎng)，致使乳酸菌數(shù)量開始緩慢下降。又因?yàn)榫o實(shí)度提高，減緩了氧氣滲入的速度，一定程度上延緩了乳酸菌的生長(zhǎng)。因此緊實(shí)度較高的處理乳酸菌數(shù)量多。

Cavallarin等[32]在實(shí)驗(yàn)室和農(nóng)場(chǎng)的青貯試驗(yàn)中進(jìn)行有氧暴露，據(jù)統(tǒng)計(jì)，集約化養(yǎng)殖場(chǎng)青貯開窖15 d，會(huì)有霉菌生長(zhǎng)并出現(xiàn)黃曲霉毒素。霉菌分布在青貯窖的不同部分：上半部分通常更容易受到真菌污染，中段是保存最完好的部分，其次是下半部分，每個(gè)部分的污染程度明顯不同[33-34]。開窖后各處理的霉菌數(shù)量均有不同程度的增加，與Shi[22]和Spadaro等[35]的研究結(jié)果相似，且緊實(shí)度低的處理，霉菌數(shù)量較高。這是開窖后的有氧環(huán)境造成的，霉菌對(duì)于生境要求比較簡(jiǎn)單，只要有水、氧和基本生長(zhǎng)底物存在，增殖就可實(shí)現(xiàn)。開窖后暴露在有氧環(huán)境中，霉菌通過呼吸作用糖、乳酸、纖維素及其他細(xì)胞壁物質(zhì)大量增殖，同時(shí)部分可產(chǎn)生霉菌毒素。隨著乳酸被分解，青貯中pH逐步升高利于霉菌生長(zhǎng)導(dǎo)致數(shù)量增多。緊實(shí)度高的處理由于青貯料間隙較小，氧氣滲入能力較弱，可有效的延緩這一過程的發(fā)生，但隨著有氧暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，氧氣的不斷滲入，緊實(shí)度較高的處理霉菌數(shù)量依然會(huì)增加。

Borreani等[36]研究表明，開窖時(shí)酵母菌數(shù)量與有氧穩(wěn)定性具有相關(guān)性，且酵母菌數(shù)量的降低促進(jìn)有氧穩(wěn)定性的增強(qiáng)。參與好氧變質(zhì)的酵母菌按照生理特性差異可分為兩類:在有氧暴露過程中酵母菌是主要導(dǎo)致青貯飼料變質(zhì)的微生物之一，在此過程中酵母菌迅速增殖[22]。試驗(yàn)中各處理酵母菌在開窖后36 h內(nèi)迅速增殖，之后趨于穩(wěn)定，隨著緊實(shí)度的增加酵母菌數(shù)量有所減少。這是由于開窖后氧氣的進(jìn)入刺激了酵母菌的生長(zhǎng)，同時(shí)充足的糖類為酵母菌生長(zhǎng)提供能量[37]。并且大多數(shù)酵母菌在有氧的條件下生長(zhǎng)的pH范圍為3～8，外界有利的條件促進(jìn)酵母菌的繁殖[35]，并伴隨著霉菌引起溫度的上升，處理緊實(shí)度的增加在一定程度上降低了氧氣的滲入量，因此低緊實(shí)度的青貯中酵母菌較多。

試驗(yàn)過程中各處理在開窖后好氧細(xì)菌均有不同程度的增加，與Tabacco等[26]的研究結(jié)果一致，但與有氧暴露時(shí)間沒有顯著相關(guān)(P>0.05)。隨著緊實(shí)度的增加，其數(shù)量降低。由于開窖后青貯飼料接觸到氧氣，好氧細(xì)菌利用WSC快速繁殖。同時(shí)利用乳酸產(chǎn)生CO2，使溫度上升進(jìn)一步加劇好氧變質(zhì)，隨著pH的逐漸升高好氧細(xì)菌數(shù)量增加。因此緊實(shí)度較低處理好氧細(xì)菌數(shù)多且有氧穩(wěn)定性較低。

4 結(jié)論

綜上所述，本試驗(yàn)在有氧穩(wěn)定期內(nèi)設(shè)置的不同緊實(shí)度對(duì)青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)、有氧穩(wěn)定性、微生物數(shù)量影響顯著。隨著緊實(shí)度的增大，青貯飼料的品質(zhì)增加，有氧穩(wěn)定性提高，但緊實(shí)度過大，品質(zhì)變化不顯著，有氧穩(wěn)定性降低；通過綜合評(píng)價(jià)，開窖后緊實(shí)度600 kg/m3的全株玉米青貯品質(zhì)及有氧穩(wěn)定性最好，建議600 kg/m3為最佳緊實(shí)度。

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Fermentationqualityandmicrobialquantityduringaerobicstorageofcornsilage

WANG Xu-Zhe1, JIA Shu-An2, ZHANG Fan-Fan1, LU Wei-Hua1, ZHANG Qian-Bing1, MA Chun-Hui1*

1.CollegeofAnimalSciencesandTechnology,ShiheziUniversity,Shihezi832003,China； 2.InstituteofAnimalHealthSupervisionofXinjiangUygurAutonomousRegion,Urumqi830011,China

The objective of this study was to analyze the effect of density on the fermentation quality and microbial content of whole plant corn (Zeamays) silage, to provide a reference for selecting the appropriate density for silage in practice. The silage material was Xinsiyu 10, which was compacted to varying densities (350, 400, 500, 600, and 700 kg/m3) and then fermented for 50 days. The fermentation quality, microbial content, and aerobic stability of silage samples after 12, 24, 36, 60 and 108 h exposure to air were evaluated using an online multi-channel data logger temperature recorder. The results indicated that the pH value, lactic acid content, acetic acid content, NH3-N content, and amounts of lactic acid bacteria, molds, yeasts, and aerobic bacteria significantly decreased during ensilage (P<0.05). Oxygen exposure time had a significant effect on the above indicators (P<0.01) during aerobic exposure. At 108 h after opening silos, the 600 kg/m3treatment had the highest lactic acid bacteria content (up to 8.17 lg cfu/g FW) and the lowest pH value, NH3-N content, fungi content (5.38 lg cfu/g FW) and yeasts content (7.72 lg cfu/g FW). The 600 kg/m3treatment also showed the highest stability among the treatments (100 h in air;P<0.05). In summary, these results indicate that 600 kg/m3is the best density for producing corn silage with high fermentation quality and aerobic stability.

corn silage; aerobic stability; fermentation characteristics; microbial quantity; compaction

10.11686/cyxb2016450

http://cyxb.lzu.edu.cn

王旭哲, 賈舒安, 張凡凡, 魯為華, 張前兵, 馬春暉. 緊實(shí)度對(duì)青貯玉米有氧穩(wěn)定期發(fā)酵品質(zhì)、微生物數(shù)量的效應(yīng)研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 26(9): 156-166.

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2016-11-29；改回日期：2017-02-10

國(guó)家自然科學(xué)

基金項(xiàng)目(31460637)，國(guó)家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS35)和新疆研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目(XJGRI2015037)資助。

王旭哲(1991-)，男，吉林九臺(tái)人，在讀博士。E-mail:690953197@qq.com*通信作者Corresponding author. E-mail: chunhuima@126.com