呼倫貝爾地區(qū)不同添加劑對燕麥青貯品質(zhì)的影響

肖燕子，辛?xí)云?，徐麗君，孫 林，王 偉，周天榮，烏仁其其格

（1. 呼倫貝爾學(xué)院農(nóng)林學(xué)院, 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 / 呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站, 北京 100081；3. 內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院, 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031）

燕麥(Avena sativa)為一年生禾本科飼草作物[1]，具有耐寒性強、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、適口性好、營養(yǎng)豐富、易調(diào)制、易收獲等特點[2-3]，適宜在高緯度、高海拔地區(qū)種植，主要解決冬季缺草和草畜矛盾突出時補飼家畜的問題[4]。燕麥作為高寒地區(qū)優(yōu)良的飼用牧草，已成為農(nóng)牧區(qū)建立栽培草地和冬春補飼的優(yōu)選飼草作物[5]。

寒冷地區(qū)燕麥晚春播種，秋季收獲，一般作為干草飼喂家畜[6]。然而，夏末和整個秋季頻繁的小雨往往使生產(chǎn)高質(zhì)量燕麥干草變得非常困難[7]。與制作干草相比，青貯調(diào)制可減少營養(yǎng)成分損失，免受外界環(huán)境的影響[8]，并且可提高牧草的適口性、消化率，同時可有效保全牧草的營養(yǎng)成分和延長保質(zhì)期。有研究表明，牧草原料直接青貯(無添加劑)，原料上附著的有害微生物在發(fā)酵過程中起主導(dǎo)作用，常引起青貯飼料的干物質(zhì)損失及蛋白質(zhì)水解[9]。相反，添加添加劑可以有效改善青貯品質(zhì)，添加乳酸菌制劑能夠降低pH，加快發(fā)酵速度，提高乳酸菌數(shù)量，抑制有害微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的分解，提高青貯飼料適口性，增加消化率[10]；纖維素酶能夠分解植物細(xì)胞壁中的結(jié)構(gòu)性多糖，增加乳酸菌發(fā)酵底物含量[11]。大量研究表明，添加乳酸菌 + 纖維素酶復(fù)合添加劑可有效提高青貯飼料的飼用品質(zhì)[12-14]。

目前，國內(nèi)外有關(guān)青貯飼料中添加乳酸菌和纖維素酶的研究已經(jīng)十分廣泛，但對于呼倫貝爾高寒地區(qū)燕麥進(jìn)行添加劑青貯的試驗研究較少，未見關(guān)于當(dāng)?shù)刂髟匝帑溒贩N青貯添加劑篩選的相關(guān)報道。因此，選用乳酸菌和纖維素酶添加后對燕麥青貯品質(zhì)進(jìn)行研究，篩選出最佳青貯添加劑，以期為呼倫貝爾地區(qū)燕麥青貯飼料調(diào)制提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站(49°23'13″ N、120°02'47″ E)，海拔627～635 m。氣候?qū)儆谥袦貛О敫珊荡箨懠撅L(fēng)氣候，最高氣溫為36.17 ℃，最低氣溫為?48.5 ℃，年平均氣溫?2.4 ℃。年積溫1 580～1 800 ℃·d，無霜期常為110 d 左右，降水常集中在7 月-9 月，年平均降水量350～400 mm。該地區(qū)土壤類型為暗栗鈣土，全氮含量2.5%，全磷含量0.06%，全鉀含量2.6%，有機(jī)質(zhì)含量2.4%，pH 為7.58。

1.2 試驗材料

試驗選用青貯燕麥品種為林納，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃所提供。試驗使用的乳酸菌(lactic acid bacteria, LAB，主 要 成 分 為 植 物 乳 桿菌，≥ 1.0 × 1010cfu·g?1)為江蘇綠科生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)，纖維素酶(cellulase, CE，≥ 1.0 × 105cfu·g?1)為南寧維瑞生物科技有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗設(shè)計

2020 年6 月7 日在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站以條播的方式種植林納燕麥品種，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積10 m2(2 m × 5 m)，設(shè)置小區(qū)重復(fù)3 個，播種行距為40 cm (播種前未進(jìn)行施加任何底肥，播種后進(jìn)行鎮(zhèn)壓)。乳熟期收割后攤曬3 h，切短至3 cm 左右，進(jìn)行充分混勻。對混合均勻的燕麥原料進(jìn)行添加劑處理，試驗共設(shè)為4 個處理，分別為對照(CK，無添加)、乳酸菌處理(0.03 g·kg?1LAB)、纖維素酶處理(0.05 g·kg?1CE)、乳酸菌 + 纖維素酶混合添加處理(0.03 g·kg?1LAB + 0.05 g·kg?1CE)，攪拌均勻后裝入聚乙烯真空包裝袋，每個袋中添加250 g 燕麥原料，每處理3 個重復(fù)，室溫條件下(25 ℃)青貯60 d 后開袋分析。

1.4 試驗方法

1.4.1營養(yǎng)成分分析

用烘箱干燥法將樣品65 ℃烘至48 h，測定干重并計算干物質(zhì)(dry matter, DM)含量[15]。酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)含 量 采 用Van Soest 纖 維 法 測定[16]。粗蛋白質(zhì)(crude protein, CP)含量采用凱氏定氮法測定[17]。粗脂肪(ether extraction, EE)含量采用索氏脂肪提取法測定[18]。水溶性碳水化合物(water soluble carbo-hydrate, WSC)含量采用硫酸-蒽酮比色法測定[19]。淀粉(starch, ST)含量采用高氯酸水解-蒽酮比色法測定[20]。木質(zhì)素(lignin, ADL)含量參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》測定[21]。

1.4.2 發(fā)酵品質(zhì)分析

有機(jī)酸(乳酸、乙酸、丙酸和丁酸)含量用液相色譜法測定，色譜條件為色譜柱Agilent ZOR-BAX SB-C18 (5 μm，4.6 × 250 mm)，流 動 相0.01 mol·L?1(NH4)2HPO4，用1 mol·L?1HPO 調(diào)至pH 為2.70，臨用前用超聲波脫氣，流速1.0 mL·min?1，進(jìn)樣20 μL，紫外檢測器波長214 nm[22]。氨態(tài)氮(NH3-N)含量采用苯酚-次氯酸比色法測定[23]。使用酸度計(OHAUSTARTER 100/B 型，杭州微米派科技有限公司)測定pH。

1.4.3 微生物組成測定

乳酸菌、酵母菌、霉菌數(shù)量的測定：取燕麥原料或青貯飼料樣20 g，加入180 mL 滅菌生理鹽水，將濃度從1 × 10?1連續(xù)梯度稀釋到1 × 10?7，采用MRS(Lactobacilli de Man, Rogosa, Sharpe)培養(yǎng)基30 ℃厭氧培養(yǎng)乳酸菌，72 h 后計數(shù)；采用孟加拉紅培養(yǎng)基28 ℃下培養(yǎng)酵母菌和霉菌，72 h 后計數(shù)[24]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用SAS 9.0 進(jìn)行單因素方差分析，采用DPS 7.05進(jìn)行基于與理想解相似排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution, TOPSIS)分析，結(jié)果用“平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥原料營養(yǎng)指標(biāo)分析

燕麥原料的營養(yǎng)成分和微生物數(shù)量(表1)顯示，DM 含量為42.69%，CP 含量為12.46%，WSC 含量為16.30%，ADF 和NDF 含量分別為34.05%和53.33%。原料的乳酸菌數(shù)為4.57 lg cfu·g?1，酵母菌數(shù)為4.67 lg cfu·g?1，霉菌數(shù)為4.13 lg cfu·g?1。

表1 燕麥原料的營養(yǎng)成分和微生物組成Table 1 Nutritional and microbial compositions of oatmeal raw materials

2.2 不同添加劑對燕麥青貯飼料營養(yǎng)品質(zhì)的影響

不同添加劑對燕麥青貯營養(yǎng)成分分析(表2)顯示，DM 含量為31.24%～36.87%，LAB + CE 處理的DM 含量(31.24%)顯著低于其他處理(P＜ 0.05)。LAB 處理的CP 含量最高，為12.81%，顯著高于CK(P＜ 0.05)。不同添加劑處理下NDF 含量為45.68%～50.03%，CK 最高，顯著高于其他處理(P＜ 0.05)；添加劑對ADF 含量有顯著影響(P＜ 0.05)，CK 的ADF含量最高(31.97%)，顯著高于其他3 組處理(P＜0.05)；LAB 處理的WSC 含量最高(4.19%)，顯著高于其他3 組處理(P＜ 0.05)。不同添加劑處理間的EE 含量無顯著差異(P＞ 0.05)；不同添加劑處理對燕麥青貯飼料的ST 含量影響顯著(P＜ 0.05)，CE 處理的ST 含量最高，為18.00%，顯著高于其他處理(P＜0.05)；CK 的ADL 含量最高，為6.49%，顯著高于其他3 組處理(P＜ 0.05)。

表2 不同添加劑處理對燕麥青貯營養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 2 Effects of different additives on the nutritional quality of oat silage

2.3 不同添加劑對燕麥青貯飼料微生物數(shù)量的影響

不同添加劑處理對乳酸菌數(shù)量有一定的影響。LAB 處理的乳酸菌數(shù)量最高，為7.28 lg cfu·g?1，CK的乳酸菌數(shù)量最低(5.15 lg cfu·g?1)，顯著低于其他3 組添加劑處理(P＜ 0.05)；不同添加劑處理對酵母菌數(shù)量無顯著差異(P＞ 0.05)，CK 未檢測到酵母菌；LAB、CE 和LAB + CE 處理均未檢測到霉菌，CK 的霉菌數(shù)量為1.76 lg cfu·g?1(表3)。

表3 不同添加劑處理對燕麥青貯飼料微生物組成的影響Table 3 Effects of different additives on the microbial composition of oat silage

2.4 不同添加劑對燕麥青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響

如表4 所列，不同添加劑處理對pH 有一定影響，添加LAB 處理的pH 最低，為3.67；CK 的pH 最高(4.22)，顯著高于除LAB + CE 外的另外兩組處理(P＜ 0.05)。乳酸含量為4.52%～6.78%，LAB 處理含量最高，CK 最低，兩個處理間差異顯著(P＜ 0.05)；CK 的乙酸含量最高，為2.58%，顯著高于其他3 組處理(P＜ 0.05)；3 個不同添加劑處理對青貯燕麥飼料的丙酸含量無顯著影響(P＞ 0.05)；氨態(tài)氮/總氮則是LAB 處理的最低，為2.38%，顯著低于CK (P＜0.05)；添加LAB 和CE顯著提高了燕麥青貯中乳酸/乙酸的比值(P＜ 0.05)，分別為4.99 和5.61，顯著高于CK (P＜ 0.05)。

表4 不同添加劑處理對燕麥青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 4 Effects of different additives on the fermentation quality of oat silage

2.5 不同添加劑對燕麥青貯發(fā)酵品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)的綜合評價

采用TOPSIS 分析將發(fā)酵品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)結(jié)合來綜合評價發(fā)酵品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)，將CP 含量、氨態(tài)氮/總氮、WSC 含量、pH 和乳酸含量作為主要評價指標(biāo)，其中pH 和氨態(tài)氮/總氮為低優(yōu)質(zhì)指標(biāo)外，其他3 個均是高優(yōu)指標(biāo)。綜合評價的結(jié)果表明：4 個處理的綜合表現(xiàn)為LAB ＞ CE ＞ LAB + CE ＞ CK (表5)。LAB 處理的理想值最大，明顯高于其他3 個處理，因此添加LAB 為最佳添加劑處理。

表5 不同添加劑處理對燕麥青貯品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)的TOPSIS 評價Table 5 TOPSIS evaluation of different additive treatments on oat silage quality and nutritional quality

3 討論

本研究中添加乳酸菌添加劑對燕麥青貯發(fā)酵有積極作用，表現(xiàn)為青貯飼料中pH、氨態(tài)氮/總氮值較低，乳酸含量較高，說明添加乳酸菌添加劑對燕麥發(fā)酵有一定的促進(jìn)作用。青貯60 d 后，由于WSC轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸，乳酸菌處理的WSC 含量顯著高于其他處理，乳酸菌 + 纖維素酶處理和纖維素酶處理之間的WSC 含量差異不顯著，但是高于對照。這可能是因為乳酸菌添加劑在發(fā)酵初期降低了pH，從而抑制了不良微生物對WSC 的消耗。青貯pH 的高低直接關(guān)系到青貯飼料中乳酸菌的數(shù)量[25]。本研究中，對燕麥原料分別添加乳酸菌、纖維素酶和乳酸菌 + 纖維素酶混合添加劑，經(jīng)過發(fā)酵后pH 均下降，添加乳酸菌的燕麥青貯pH 為3.67，乳酸/乙酸的比值較大，氨態(tài)氮/總氮值最低，無丁酸存在，乳酸菌數(shù)為7.28 lg cfu·g?1，達(dá)到優(yōu)質(zhì)青貯質(zhì)量。這與賈婷婷等[9]和云穎等[26]的試驗結(jié)果一致，說明燕麥青貯原料表面附著的乳酸菌數(shù)量足夠起到主導(dǎo)作用，有利于發(fā)酵，并且乳酸菌添加劑能夠有效降低pH，改善燕麥青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)。

纖維素酶可降解動物不消化的物質(zhì)，包括木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等，并且能水解植物細(xì)胞壁，釋放出能增加乳酸菌的發(fā)酵底物，提高有機(jī)物消化率，改善飼草青貯品質(zhì)[27]。鐘書等[13]研究表明，不同含水量紫花苜蓿青貯中添加纖維素酶可有效降低其ADF 含量，增加ADF 的可消化性。魏曉斌等[8]研究結(jié)果表明，苜蓿中的ADF 含量在纖維素酶處理下最低，顯著低于乳酸菌處理和對照。本研究中，添加纖維素酶處理下燕麥青貯飼料的ADF 和ADL含量最低，分別為28.50%和4.46%，顯著低于對照。說明纖維素酶降低了牧草中的ADF 和NDF 含量，將結(jié)構(gòu)性碳水化合物降解為WSC，為乳酸菌的發(fā)酵提供足夠的底物。本研究中，乳酸菌、纖維素酶及乳酸菌 + 纖維素酶處理的CP 含量均高于對照，同時纖維成分含量降低。這與李茂等[28]在王草(Pennisetum purpureum×P. glaucum)青貯中添加乳酸菌和纖維素酶的研究結(jié)果一致，說明添加乳酸菌能在一定程度上減少牧草的營養(yǎng)物質(zhì)損失，有效保存牧草青貯中的營養(yǎng)成分。

為了對不同添加劑和青貯指標(biāo)進(jìn)行綜合評價篩選，本研究采用TOPSIS 統(tǒng)計分析法，利用多種目標(biāo)值進(jìn)行決策分析的理想值和負(fù)理想值對評價目標(biāo)排序，評價研究對象的優(yōu)劣。理想解在研究中是指設(shè)想的最優(yōu)處理，是篩選處理的最優(yōu)指標(biāo)的集合，而負(fù)理想解則完全相反。謝景梅[29]應(yīng)用TOPSIS法對油菜(Brassica campestris)品系進(jìn)行綜合分析，其接近理想值的程度(Ci值)最高，為0.91，磷高效品系為最佳。本研究評價不同添加劑處理的CP 含量、WSC 含量、pH、氨態(tài)氮/總氮值和LA含量，其接近理想值的程度(Ci值)最高，為1，添加乳酸菌為最佳添加劑處理。因此，將各處理的綜合評價值與理想解和負(fù)理想解進(jìn)行比較，若某一處理最接近理想解，同時又遠(yuǎn)離負(fù)理想解，則該處理為最佳處理。

4 結(jié)論

添加纖維素酶和乳酸菌添加劑可改善燕麥青貯飼料的青貯品質(zhì)。綜合分析燕麥青貯的各項指標(biāo)，乳酸菌處理降低了燕麥青貯飼料的pH、乙酸、丙酸和氨態(tài)氮含量，增加了乳酸含量和乳酸菌數(shù)量，有效改善了青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)；同時增加了CP 含量，降低了NDF 和ADF 含量，提高了燕麥青貯飼料的營養(yǎng)價值，因此在呼倫貝爾地區(qū)改善燕麥青貯品質(zhì)的最佳添加劑為乳酸菌添加劑。