高寒牧區(qū)不同菊芋品種莖葉青貯的飼用價(jià)值

閆 琦，張世挺，趙長明，劉培培，張嬌嬌，王躍華， 魏海燕，王憲舉，呂世奇，丁路明

(1.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

青藏高原地勢(shì)高，空氣稀薄，冬季寒冷漫長，有“世界屋脊”和“第三極”之稱，是我國主要牧區(qū)之一。較其他牧區(qū)相比，青藏高原牧草生長期短，產(chǎn)量低，天然草地牧草供應(yīng)存在明顯的季節(jié)不平衡[1]。因此，鼓勵(lì)牧民種植耐寒抗旱的飼草作物用作冬季補(bǔ)飼，是緩解天然草地壓力，保障當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)發(fā)展的有效手段之一。

菊芋(Helianthustuberosus)，又名鬼子姜、洋姜，多年宿根性草本植物，具有塊狀地下莖及纖維狀根，原產(chǎn)于北美溫帶地區(qū)，17世紀(jì)傳入歐洲，之后傳入中國。菊芋適應(yīng)性強(qiáng)，具有耐寒抗旱，耐貧瘠、耐病、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)，是一種能利用多年的粗放型植物[2-3]。菊芋因其地上莖和葉片產(chǎn)量高，營養(yǎng)價(jià)值豐富，適口性好，被視為一種優(yōu)質(zhì)粗飼料[4]。目前，菊芋在高寒地區(qū)被廣泛種植，青海省的種植面積已經(jīng)超過1 333 hm2[5]。菊芋作為動(dòng)物飼料的傳統(tǒng)使用方法是將其莖葉通過晾曬或風(fēng)干制作干草來使用，但這種方法使菊芋莖葉中粗蛋白含量、適口性和消化率下降，降低了飼料的利用率[6]。青貯作為飼料的另一種貯藏方式，通過微生物發(fā)酵作用產(chǎn)生有機(jī)酸，能更大程度地保存菊芋莖葉的鮮嫩及其營養(yǎng)價(jià)值，且青貯后產(chǎn)生的芳香味道，能刺激家畜的食欲，增加采食量，提高菊芋的利用價(jià)值。

關(guān)于菊芋青貯，薛艷林等[2]從生物添加劑和填裝密度對(duì)菊芋青貯品質(zhì)的影響進(jìn)行研究，Bing?l等[7]分析了糖蜜和甲酸添加劑對(duì)菊芋青貯品質(zhì)的影響。但目前關(guān)于青藏高原不同菊芋品種青貯飼料飼用價(jià)值的評(píng)價(jià)鮮見報(bào)道。因此，本研究利用青藏高原菊芋自身附著的乳酸菌，研究高寒地區(qū)常見菊芋品種青貯的品質(zhì)，以期為高寒地區(qū)選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的菊芋品種提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在甘肅省甘南藏族自治州合作市，蘭州大學(xué)高寒草地與濕地生態(tài)系統(tǒng)野外定位研究站(102°53′ E、34°55′ N)。平均海拔2 900 m，年均降水量550 mm，主要集中在6-9月，年平均氣溫-8.9～11.5 ℃，屬大陸性季風(fēng)氣候，植被類型為亞高山草甸。

1.2　試驗(yàn)材料與青貯調(diào)制

試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。供試品種選用地上生物量較高的菊芋17號(hào)(丹麥引進(jìn))，菊芋47號(hào)(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)選育)和119號(hào)(蘭州大學(xué)選育)，種子由蘭州大學(xué)菊芋研究中心提供。2016年5月12日播種，每個(gè)品種重復(fù)種植3個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)3 m×6 m，行距50 cm，株距40 cm，種植期間覆膜但不施肥。2016年8月1日，將處于孕蕾前期的菊芋齊地刈割，刈割后，剪成2～3 cm小段，分兩份。其中一份采用微波爐快速測(cè)定水分的方法測(cè)定每個(gè)品種的含水量[8]；另一份晾曬至水分含量80%左右時(shí)，將不同品種菊芋鮮草按每袋200 g裝入30 cm×23 cm聚乙烯青貯袋中，每個(gè)品種重復(fù)3次，用真空包裝機(jī)抽真空并封口，置于常溫條件下(25～37 ℃)貯藏發(fā)酵，于60 d后，開封取樣測(cè)定發(fā)酵品質(zhì)和營養(yǎng)成分。菊芋原樣化學(xué)成分如表1所列。

1.3　測(cè)定項(xiàng)目及其方法

1.3.1菊芋株高及產(chǎn)量測(cè)定株高：收獲前，各小區(qū)隨機(jī)取10株測(cè)株高，株高為地面到植株最高處高度。產(chǎn)量：孕蕾前期，采用隨機(jī)取樣法，各小區(qū)分別刈割1m2，帶回實(shí)驗(yàn)室在65 ℃鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)烘干至恒重，測(cè)其水分含量并計(jì)算干物質(zhì)產(chǎn)量[9]。

表1　菊芋原樣的化學(xué)成分Table 1　Chemical composition of Jerusalem artichoke stems after harvesting

1.3.2感官鑒定按照德國農(nóng)業(yè)協(xié)會(huì)(DLG)青貯評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及等級(jí)評(píng)定方法，從色澤、氣味、質(zhì)地等方面對(duì)菊芋青貯進(jìn)行綜合評(píng)定[10]。

1.3.3發(fā)酵品質(zhì)及營養(yǎng)成分的測(cè)定取青貯后樣品各20 g，加入180 mL去離子水，用組織攪碎機(jī)攪碎1 min，然后用4層紗布過濾，之后用pH儀測(cè)濾液的pH[11-12]；將濾液3 500 r·min-1離心15 min，經(jīng)0.22 μm濾膜過濾，用高效液相色譜儀(SHI-MADZE-10A)分析乳酸、乙酸和丙酸含量，色譜柱為ShodexRspak KC-811S-DVB gel Column 300 mm×8 mm，流動(dòng)相為3 mmol·L-1高氯酸，流速為1 mL·min-1，進(jìn)樣量為5 μL，柱溫50 ℃，檢測(cè)波長210 nm[1-2]將各品種青貯樣品置于65 ℃烘箱中至恒重，測(cè)定干物質(zhì)(DM)含量。烘干樣品用微型植物粉碎機(jī)粉碎后過0.42 mm篩用于常規(guī)養(yǎng)分的測(cè)定。粗灰分(Ash)測(cè)定參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)》(第三版)[11]進(jìn)行測(cè)定；粗蛋白(CP)含量使用凱氏定氮儀(JK-9830)測(cè)定；中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)使用纖維分析儀(ANKOM-2000i)進(jìn)行測(cè)定。

相對(duì)飼料相對(duì)值(RFV)=DMI×DDM/1.29;

DMI=120/NDF;

DDM=88.9-0.779ADF。

式中:DMI(drymatteritake)為粗飼料干物質(zhì)的隨意采食量,單位為占體重的百分比;DDM(digestibledrymatter)為可消化的干物質(zhì),單位為占干物質(zhì)的百分比[13]。

1.4　數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016做基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理，用SPSS19.0軟件的單因素方差分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。

2　結(jié)果與分析

2.1　菊芋青貯的感官評(píng)價(jià)

發(fā)酵60 d后，所有處理的青貯飼料樣品均呈現(xiàn)黃綠色，色澤上無明顯差別；質(zhì)地較好，莖葉間沒有發(fā)生霉變，無粘手現(xiàn)象產(chǎn)生；均有芳香味或面包香味。各處理后的樣品均達(dá)到了優(yōu)良等級(jí)。

2.2　不同菊芋品種株高、干物質(zhì)產(chǎn)量

不同菊芋品種株高、干物質(zhì)產(chǎn)量不同(表2)。品種之間株高差異極顯著(P<0.01)，菊芋119號(hào)株高最高為165.67 cm，17號(hào)次之，47號(hào)最低，為114.00 cm。孕蕾期，品種間干物質(zhì)產(chǎn)量差異極顯著(P<0.01)，119號(hào)參試品種干物質(zhì)產(chǎn)量為26.10 t·hm-2，較品種17號(hào)和47號(hào)分別高出20.83%、57.23%。

表2　不同菊芋品種株高及干物質(zhì)產(chǎn)量Table 2　Plant height and dry matter yield of different Jerusalem artichoke variety

同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Different lowercase letters with in the same column indicate significant differences at the 0.05 level; similarly for the following tables.

2.3　菊芋青貯發(fā)酵品質(zhì)分析

菊芋品種17號(hào)pH為5.54，顯著高于其他2個(gè)品種(P<0.05)(表3)，而47和119號(hào)間的pH差異性不顯著(P>0.05)，整體上，各品種青貯料均達(dá)到青貯發(fā)酵所需的微酸環(huán)境；17號(hào)乳酸含量最低，47號(hào)和119號(hào)之間差異不顯著(P>0.05)；菊芋47號(hào)乙酸含量顯著低于菊芋17號(hào)和119號(hào)(P<0.05)，17號(hào)和119號(hào)的乙酸含量無顯著差異(P>0.05)；3個(gè)品種的丙酸含量差異顯著，菊芋47號(hào)含量最低，119號(hào)含量最高?？傮w看，孕蕾前期菊芋119號(hào)的青貯效果最好。

2.4　菊芋青貯營養(yǎng)成分分析

各品種間菊芋青貯飼料的干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和粗灰分含量差異顯著(P<0.05)(表4)。菊芋119號(hào)青貯飼料的干物質(zhì)含量為19.80%，顯著高于其他兩個(gè)品種(P<0.05)，而中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量顯著低于品種17和47(P<0.05)；菊芋47號(hào)粗蛋白含量顯著低于其他兩個(gè)品種(P<0.05)，僅為9.52%，而119號(hào)與17號(hào)間差異不顯著(P>0.05)；47號(hào)粗灰分含量最低(15.27%)，其他兩品種間差異不顯著(P>0.05)。菊芋119號(hào)相對(duì)飼用價(jià)值最高(177.63)，17號(hào)和47號(hào)間無顯著差異(P>0.05)。由此可見，119號(hào)青貯后具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。

3　討論

株高和干物質(zhì)產(chǎn)量是直接衡量植物自然生長或不同農(nóng)藝措施下生長趨勢(shì)的基本指標(biāo)[14-15]。菊芋作為飼草使用一般是將其地上莖、葉直接刈割后進(jìn)行青貯，因此篩選地上生物量高的品種可以獲得較高的飼料產(chǎn)量。影響作物產(chǎn)量的因素有很多，包括種植密度、環(huán)境光溫、品種、水分管理、施肥量等[16]。本研究結(jié)果顯示，菊芋119號(hào)地上干物質(zhì)產(chǎn)量達(dá)到26.1 t·hm-2，顯著高于其他兩個(gè)品種，這主要是由于119號(hào)為甘肅本土培育品種，較其他兩個(gè)引進(jìn)品種更能適應(yīng)青藏高原的氣候條件。

表3　菊芋青貯的發(fā)酵品質(zhì)Table 3　Fermentation characteristics of Jerusalem artichoke silage

表4　菊芋青貯的營養(yǎng)品質(zhì)Table 4　Nuteitive characteristics of Jerusalem artichoke silage

有機(jī)酸是青貯過程中微生物的代謝產(chǎn)物，乳酸是該過程產(chǎn)生的主要有機(jī)酸，如果青貯發(fā)酵較差則會(huì)產(chǎn)生較多的丁酸[17]，pH和有機(jī)酸含量是青貯品質(zhì)的關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo)[18-19]，發(fā)酵后，乳酸含量越高，丁酸含量越低表明青貯較好容易保存，發(fā)酵品質(zhì)高[20]。馬春暉等[21]指出，pH在3.9～4.2時(shí)，發(fā)酵質(zhì)量良好；pH在4.4～4.7時(shí)，發(fā)酵質(zhì)量一般；pH在4.7以上質(zhì)量劣等。本研究中所有青貯pH都位于4.6以上，說明菊芋莖稈直接青貯產(chǎn)酸效果不佳，需要與含糖量較高的青貯玉米混合青貯，或青貯時(shí)添加乳酸菌劑以提高青貯效果。

粗蛋白是飼草的重要營養(yǎng)指標(biāo)?？诐萚22]對(duì)阜新5種菊芋品種成熟期莖葉營養(yǎng)成分分析發(fā)現(xiàn)，5種菊芋品種莖葉粗蛋白含量為3.34%～6.65%，而本研究中，3種菊芋粗蛋白含量為9.52%～12.93%，這主要是因?yàn)楸狙芯烤沼笫崭顣r(shí)期在孕蕾期，較成熟期菊芋莖稈粗蛋白含量高。所以采用菊芋莖稈做飼草料，為了提高其營養(yǎng)價(jià)值，建議在成熟期之前進(jìn)行收獲。菊芋47號(hào)品種莖稈青貯粗蛋白含量最低，主要是因?yàn)樵撈贩N葉片量較其他兩個(gè)品種少。中性洗滌纖維是目前反映纖維質(zhì)量好壞最有效的指標(biāo)，其含量與動(dòng)物采食量有關(guān)[1]。酸性洗滌纖維與動(dòng)物消化率有關(guān)，酸性洗滌纖維含量越高，消化率越低[2]。本研究中，119號(hào)NDF、ADF含量最低，證明119號(hào)較其他兩品種能增加動(dòng)物采食量，提高動(dòng)物消化率，更有利于畜牧產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。關(guān)于青貯中性洗滌纖維含量的研究，張金霞等[23]認(rèn)為，中性洗滌纖維含量在38%～48%時(shí)，即可滿足不同階段奶牛纖維需要，本研究中所有品種NDF含量均達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)。

4　結(jié)論

綜合參試菊芋品種的地上生物量、相對(duì)飼用價(jià)值、營養(yǎng)成分和青貯發(fā)酵品質(zhì)，119號(hào)菊芋與其他兩品種相比，具有較好的發(fā)酵品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)，最適宜作為優(yōu)質(zhì)飼草在高寒牧區(qū)廣泛種植。