西藏不同飼草全混合日糧發(fā)酵品質和有氧穩(wěn)定性的研究

王勇，原現軍，郭剛，2，聞愛友，王堅，肖慎華，余成群，巴桑，邵濤＊

（1．南京農業(yè)大學動物科學技術學院飼草調制加工與貯藏研究所，江蘇 南京210095；2．山西農業(yè)大學動物科學技術學院，山西 太谷0308012；3．中國科學院地理科學與資源研究所，北京100101；4．西藏日喀則地區(qū)草原工作站，西藏 日喀則857000）

畜牧業(yè)是西藏農牧業(yè)的重要組成部分，在農業(yè)經濟中占有重要地位［1］。近年來，過度放牧導致天然草地退化和沙化，加劇了草畜矛盾，進而嚴重影響了高寒草地的生態(tài)平衡以及畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。由于西藏特殊的高寒氣候條件，植物生長周期短，產量低，飼料資源相對匱乏，導致西藏家畜尤其是西藏改良奶牛生產性能低，營養(yǎng)不均衡［2］，因此充分利用西藏飼草及秸稈資源是維持畜牧業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展的重要途徑。小麥（Triticumaestivum）和青稞（Hordeumvulgare）均是西藏主要糧食作物，種植面積廣，分別約占糧食總產量的30%和65%，其秸稈資源相對豐富，但因農作物秸稈粗纖維含量高，適口性差，營養(yǎng)價值低，單獨飼喂不能滿足家畜的營養(yǎng)需要。全株玉米（Zeamays）因鮮嫩多汁，適口性好，營養(yǎng)價值高，是內地規(guī)模化牧場奶牛的主要優(yōu)質粗飼料，西藏也有種植用于改良奶牛的青綠飼料。近年來，燕麥（Avenasativa）在西藏地區(qū)快速推廣，已成為西藏農牧區(qū)冬季主要抗災飼草。紫花苜蓿因粗蛋白含量較高，可為家畜提供優(yōu)質蛋白質。

全混合日糧（total mixed ration，TMR）是根據奶牛不同生長發(fā)育階段的營養(yǎng)需求，將粗料、精料、礦物質和維生素等按適當比例配制成營養(yǎng)均衡的全價飼料，TMR具有改善適口性，提高干物質采食量，促使奶牛均衡采食，維護瘤胃健康，減少奶牛發(fā)病率，提高產奶量等特點［3］。但TMR因營養(yǎng)成分含量高，好氧性微生物活躍易腐敗變質，不利于長期貯存和商品化運輸。而發(fā)酵TMR（fermentation TMR，FTMR）通過發(fā)酵方式不僅延長了TMR保存時間，還可將飼料中的抗營養(yǎng)因子降解轉化，從而提高飼料安全性，同時可以改變原料理化性狀，提高飼料利用率。20世紀90年代日本率先開發(fā)出發(fā)酵TMR技術并應用到生產實踐中，有效地解決了TMR飼料不宜長期保存的難題。目前，許多研究者［4－5］將啤酒糟、咖啡渣、蘑菇渣、綠茶渣等食品副產物用于FTMR生產中，獲得了發(fā)酵品質優(yōu)、有氧穩(wěn)定性好、營養(yǎng)價值均衡的全價飼料。Weinberg等［6］將含有玉米酒糟的發(fā)酵TMR保存140d后，其發(fā)酵品質和有氧穩(wěn)定性均良好。Sepp l 等［7］將啤酒糟添加到飼草型TMR中，并分別添加2，4和6g／kg的丙酸（銨）和甲酸（銨）組合，有效提高了發(fā)酵TMR有氧穩(wěn)定性，并發(fā)現有氧穩(wěn)定性與添加量呈線性相關。

西藏地區(qū)酥油和奶酪需求量大，且隨著生活水平的不斷提高對牛奶的需求不斷擴大。目前西藏地區(qū)廣泛地開展改良奶牛的推廣工作，但因飼料營養(yǎng)成分不均衡限制了改良奶牛的生長發(fā)育與生產性能的發(fā)揮，因此在西藏地區(qū)因地制宜地將農作物秸稈、全株玉米、栽培牧草和精料合理設計配制成全混合日糧，實現營養(yǎng)均衡供給，提高改良奶牛的生產性能勢在必行。

本試驗在當地奶牛場采用的全株玉米和青稞秸稈為主要粗飼料的TMR配方基礎上，用苜蓿（Medicagosativa）、全株燕麥和小麥秸稈逐步替代TMR中的全株玉米，研究不同替代水平對TMR發(fā)酵品質、營養(yǎng)品質和有氧穩(wěn)定性的影響，從而為西藏地區(qū)優(yōu)質發(fā)酵TMR飼料的生產提供技術支撐，促進當地奶牛業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1．1 試驗原料

全株玉米、紫花苜蓿、全株燕麥、青稞秸稈和小麥秸稈均來自于西藏日喀則地區(qū)草原工作站。2012年9月25日刈割時，全株玉米處于乳熟期，紫花苜蓿處于第2茬初花期，全株燕麥處于乳熟期，青稞秸稈和小麥秸稈均為去除籽實的秸稈部分；精料由玉米、全棉籽、菜籽粕、玉米酒糟、維生素和礦物質等組成的預混料，由南京農業(yè)大學飼草調制加工與貯藏研究所和日喀則奶牛場配制（表1）。

表1 試驗原料營養(yǎng)成分和緩沖能Table 1 Nutritional composition and buffering capacity of experimental materials

1．2 發(fā)酵TMR調制

將粗料切成2cm左右，與精料按設計比例混合均勻，裝入15L的實驗室青貯窖中，壓實密封，每個處理各個時間點5個重復，共計80個實驗室青貯窖，室溫下保存45d。TMR根據中國奶牛飼養(yǎng)標準，結合西藏改良奶牛生產實際配制而成的，其組成見表2。

1．3 TMR材料營養(yǎng)成分和微生物成分分析

樣品在65℃烘干至恒重測定干物質（dry matter，DM），粗蛋白（crude protein，CP）含量采用全自動凱氏定氮儀（FOSS 2300）測定，粗脂肪（ether extract，EE）含量采用殘余法測定［8］，粗灰分（ash）含量采用灼燒法測定，可溶性碳水化合物（water soluble carbohydrates，WSC）含量采用蒽酮－硫酸法測定，酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）、中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）采用范氏（van Soost）方法測定［8］，緩沖能（buffering capacity）采用鹽酸、氫氧化鈉滴定法測定［9］。乳酸菌、酵母菌和霉菌數量分別采用 MRS（de－Man Rogosa Sharpe）瓊脂培養(yǎng)基、馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基（南京壽德生物科技有限公司）計數。乳酸菌在37℃恒溫培養(yǎng)箱厭氧培養(yǎng)3d；酵母菌和霉菌在30℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)3d。

表2 TMR的組成、營養(yǎng)成分和緩沖能Table 2 Ingredients and nutritional compositions and buffering capacity of TMR before fermentation

1．4 測定項目及分析方法

45d后開窖，取出全部樣品，按四分法取出350g樣品，放入1L的燒杯里，加入700mL水后，置于冰箱內浸提24h。用2層紗布和濾紙過濾，收集濾液于塑料瓶中，并置于－20℃冰箱中冷凍保存待測。濾液用來測定pH值（pH value）、乳酸（lactic acid，LA）、氨態(tài)氮（ammonia nitrogen，NH3－N）、乙酸（acetic acid，AA）、丙酸（propionic acid，PA）與丁酸（butyric acid，BA），總揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acids，VFAs）含量為乙酸、丙酸和丁酸含量總和。pH值用pH211型精密pH計測定；乳酸采用對羥基聯(lián)苯法測定［10］；氨態(tài)氮采用苯酚－次氯酸鈉比色法測定［11］；乙酸、丙酸、丁酸采用高效氣相色譜儀（日本島津GC－14B）測定，測定條件：柱溫140℃，氣化室溫度180℃，氫氣檢測器溫度220℃。

1．5 有氧穩(wěn)定性分析

開窖后，松動實驗室青貯窖使FTMR充分與空氣接觸，蓋上1層紗布，并放置于室溫下，有氧暴露3，6，9d后檢測FTMR的pH值、有機酸和WSC含量的變化，評價FTMR飼料的有氧穩(wěn)定性。

1．6 數據統(tǒng)計

采用SAS統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析（ANOVA），并用Fisher’s（LSD）進行多重比較。

2 結果與分析

2．1 TMR營養(yǎng)成分、緩沖能和微生物數量

發(fā)酵前不同TMR組營養(yǎng)成分、緩沖能和微生物數量如表2和表3所示，隨著全株玉米比例的下降，各組干物質含量顯著（P＜0．05）上升，水溶性碳水化合物含量逐漸下降，但各組水溶性碳水化合物含量均高于120g／kg DM。各組粗蛋白含量界于120～150g／kg DM 之間，從大到小的順序依次是：TMR－3＞TMR－2＞TMR－4＞TMR－1（P＜0．05）。各組粗灰分含量隨著替代水平的增加呈上升趨勢。各組乳酸菌和酵母菌數量均超過5．0 log cfu／g FW，各組霉菌數量為4．0～5．0log cfu／g FW，且差異不顯著（P＞0．05）（表3）。

表3 TMR的微生物數量Table 3 Microbial counts of TMR before fermentation

2．2 TMR的發(fā)酵品質

發(fā)酵45d后各組TMR發(fā)酵品質如表4所示。隨替代水平的增加，pH值呈上升趨勢，其中TMR－4組pH值顯著高于 TMR－1和 TMR－2組（P＜0．05），TMR－3組pH 值與 TMR－2組差異不顯著（P＞0．05），TMR－1組pH 值最低（4．10）。TMR－3組乳酸含量顯示最低值，顯著（P＜0．05）低于 TMR－1組，而 TMR－2和 TMR－4組乳酸含量與TMR－1組差異不顯著（P＞0．05）。各組乙酸含量和乳酸／乙酸分別為6．01～7．05g／kg DM 和5．15～6．80，且各組間差異均不顯著（P＞0．05）。各替代組丙酸、丁酸和揮發(fā)性脂肪酸含量均顯著低于TMR－1組（P＜0．05）。各組的氨態(tài)氮／總氮均低于60g／kg TN，其中各替代組氨態(tài)氮／總氮均顯著高于TMR－1組（P＜0．05），TMR－3和 TMR－4組氨態(tài)氮／總氮又顯著高于TMR－2組（P＜0．05）。

各組乳酸菌數量范圍在6．2～7．4log cfu／g FW之間，且差異不顯著（P＞0．05）。各組酵母菌和霉菌數量均較少，其中 TMR－2和 TMR－3組酵母菌數量顯著低于 TMR－1和 TMR－4組（P＜0．05）；TMR－2、TMR－3和TMR－4組均未檢測到霉菌。

2．3 發(fā)酵TMR的營養(yǎng)品質

發(fā)酵45d后各組TMR營養(yǎng)品質如表5。各組干物質含量和酸性洗滌纖維含量差異性均顯著（P＜0．05），其中干物質含量大小順序為：TMR－4＞TMR－3＞TMR－2＞TMR－1，酸性洗滌纖維順序則為：TMR－4＞TMR－1＞TMR－2＞TMR－3；各組間粗蛋白含量在137～155g／kg DM 之間，無顯著差異（P＞0．05）；TMR－1組中性洗滌纖維含量顯著（P＜0．05）高于其他3組，TMR－2與TMR－3中性洗滌纖維含量較低；TMR－1和TMR－2組水溶性碳水化合物含量顯著高于 TMR－4組（P＜0．05）；TMR－1粗脂肪含量顯著（P＜0．05）高于 TMR－2和 TMR－4組；TMR－1和 TMR－3粗灰分含量顯著高于 TMR－2和TMR－4組（P＜0．05）。

2．4 發(fā)酵TMR的有氧穩(wěn)定性

發(fā)酵45d后，打開實驗室青貯窖，將各組發(fā)酵TMR暴露于空氣中。隨著暴露時間的延長，各組pH值均呈上升趨勢，TMR－1有氧暴露第9天pH 值為5．61，增幅達36．8%，其上升幅度最大，而TMR－2、TMR－3和TMR－4的組pH值上升幅度較小，第9天pH值分別升至5．15，5．05和5．32，增幅分別僅為20．6%，17．2%和21．2%。在有氧暴露9d中，各組乳酸、乙酸和水溶性碳水化合物含量急劇下降，其中TMR－1、TMR－2、TMR－3和TMR－4的乳酸含量下降幅度分別為59．6%，56．3%，41．0%和43．1%，乙酸含量下降幅度分別為76．9%，86．4%，58．5%和76．7%，水溶性碳水化合物含量下降幅度分別為56．8%，47．6%，57．5%和52．9%。各組丙酸和丁酸含量變化在有氧暴露3d中，丙酸和丁酸含量略有增加，其中TMR－1組丙酸和丁酸含量均顯著（P＜0．05）高于其他各組，之后均逐漸下降，直至暴露第9天各組均未被檢出（圖1）。

表4 45d后TMR的發(fā)酵品質Table 4 Fermentation quality of TMR after 45days of fermentation

表5 發(fā)酵45d后TMR營養(yǎng)成分Table 5 Nutritional compositions of TMR after 45days of fermentation

3 討論

3．1 不同替代水平對TMR發(fā)酵品質的影響

本試驗中TMR－1組水溶性碳水化合物含量較高（＞70g／kg DM），緩沖能較低（＜200mE／kg DM）及乳酸菌數量較高，致使該組發(fā)酵45d后pH值最低，且低于常規(guī)成功青貯要求的pH值4．2［2，8］，乳酸含量和乳酸／乙酸較高，氨態(tài)氮和丁酸含量較低，發(fā)酵品質良好。Porter和Murray［12］將干物質含量分別為175，241和339g／kg FM的紫花苜蓿進行青貯，發(fā)現各組pH值分別降至3．80，3．90和4．23，表明青貯飼料pH值隨干物質含量增加而呈升高趨勢。本試驗中各替代組pH值均高于4．20，且隨著替代水平的增加呈上升趨勢，可能是由于較高的干物質含量一定程度上抑制了乳酸菌的活性。Meeshe等［13］研究表明，青貯材料干物質含量較高時，pH值不必降至4．20也可良好保存，其對干物質含量為317和328g／kg FW的全株燕麥進行青貯，發(fā)現pH值分別達到4．56和4．52均能良好保存。各替代組氨態(tài)氮／總氮均略高于TMR－1組，這可能是由于干物質含量高，抑制了乳酸菌的活性，未能產生足夠的乳酸，并降低pH值，因而不能完全抑制有害微生物對蛋白質、肽及氨基酸的降解。但各組氨態(tài)氮／總氮均遠低于優(yōu)質青貯飼料要求的臨界值（100g／kg TN）［14］，且各組僅檢測到微量丙酸和丁酸含量，由此表明各替代組發(fā)酵品質雖不及TMR－1組，但發(fā)酵品質仍屬于良好。

圖1 有氧暴露階段發(fā)酵TMR飼料pH值、有機酸和WSC含量的變化Fig．1 Changes in pH value，volatile organic acids and WSC contents of fermentation TMR during the aerobic period

3．2 不同替代水平對發(fā)酵TMR營養(yǎng)品質的影響

與發(fā)酵前相比，各組水溶性碳水化合物均呈大幅下降趨勢，分別下降49．9%，48．1%，48．4%和51．7%，這是由于發(fā)酵過程中乳酸菌以水溶性碳水化合物為底物［15－16］，將其代謝為以乳酸為主的有機酸，降低pH值，從而達到長期保存飼料的目的［17］，這一點與各組均有大量有機酸生成相一致。另外粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗脂肪等營養(yǎng)物質含量均高于發(fā)酵前，這可能是由于發(fā)酵45d后水溶性碳水化合物被降解利用，導致其他各組分相對比例均有一定程度升高。除TMR－1組干物質含量下降了5．97%，其他3組干物質含量變化均較?。ǎ?．83%），可忽略不計，這可能歸因于TMR－1組水溶性碳水化合物較充足，包括乳酸菌在內的微生物活動旺盛，較多的水溶性碳水化合物被消耗，導致干物質含量下降。

經過發(fā)酵45d水溶性碳水化合物大幅度下降，同時各組間干物質、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗脂肪等營養(yǎng)物質含量均呈不同程度上升或下降，但變化幅度較小，因此各組間營養(yǎng)成分的差異與發(fā)酵前基本一致。發(fā)酵45d后除TMR－4組外，其他組粗蛋白含量均在15%左右，其中TMR－2和TMR－3組均高于15%，能夠滿足改良奶牛的蛋白營養(yǎng)需要；各組中性洗滌纖維含量均在500g／kg DM以上，滿足奶牛對纖維的需求。

3．3 不同替代水平對發(fā)酵TMR開窖后有氧穩(wěn)定性的影響

發(fā)酵TMR有氧腐敗變質主要是由酵母和霉菌等有害微生物增殖引起，發(fā)酵TMR開窖后，厭氧環(huán)境被破壞，好氧性微生物開始活躍，它們可以分解代謝乳酸、氨基酸、蛋白質和糖類等有機物，釋放熱量、二氧化碳和氨態(tài)氮，導致pH值上升，TMR腐敗變質，嚴重時營養(yǎng)損失可達30%。Johnson等［18］研究表明，青貯飼料有氧穩(wěn)定性與其乳酸和水溶性碳水化合物含量呈負相關，這是由于乳酸和水溶性碳水化合物可以做為好氧性微生物生長繁殖的底物，促進酵母和霉菌的生長繁殖，造成營養(yǎng)成分損失，加劇了青貯飼料的腐敗變質。揮發(fā)性脂肪酸（乙酸、丙酸等）有較強的抗真菌能力，能夠抑制真菌生長繁殖，對維持有氧穩(wěn)定起著重要作用［19－21］。本試驗結果顯示各組乳酸含量均呈不同程度的下降，pH值上升，其中TMR－1組變化最大，這是由于該組發(fā)酵品質最好，乳酸和水溶性碳水化合物含量最高，為有害微生物提供較充足的底物，同時在有氧暴露第3天其乙酸含量下降較快，低于其他3組，不能有效地抑制酵母和霉菌的生長繁殖，導致有氧穩(wěn)定性最差。而TMR－3組pH值上升幅度最小，其有氧穩(wěn)定性最好，可能歸因于該組乙酸含量在有氧暴露過程中下降幅度較小，尤其是在第6天后，其含量高于其他3組。本試驗在有氧暴露3d中各組丙酸和丁酸含量有增加趨勢，且含量較少，之后逐漸下降，直至未能檢測到，這可能是由于產丁酸和丙酸的微生物在開窖初期大量繁殖，導致丁酸和丙酸含量增加，但隨著暴露時間的延長，丁酸和丙酸等均揮發(fā)殆盡。

4 結論

綜上所述，苜蓿、全株燕麥和小麥秸稈以不同比例替代全株玉米后，pH有所升高，乳酸含量降低，但各替代組氨態(tài)氮／總氮低于100g／kg DM，僅檢測到微量丙酸和丁酸，因此各組發(fā)酵品質仍屬良好。在有氧暴露9d后，TMR－3組pH值上升幅度最小，其有氧穩(wěn)定性最好，且該組有較高的粗蛋白含量，因此，TMR－3組可應用于西藏優(yōu)質發(fā)酵TMR的實際生產中。

［1］原現軍，邵濤，余成群，等．西藏青稞秸稈與多年生黑麥草混合青貯發(fā)酵品質的研究［J］．草業(yè)學報，2012，21（4）：325－330．

［2］原現軍，王奇，邵濤，等．添加糖蜜對青稞秸稈和多年生黑麥草混合青貯發(fā)酵品質及營養(yǎng)價值的影響［J］．草業(yè)學報，2013，22（3）：116－123．

［3］Kolver E S，Muller L D．Performance and nutrient intake of high producing holstein cows consuming pasture or a total mixed ration［J］．Journal of Dairy Science，1998，81（5）：1404－1411．

［4］Nishino N，Wang F J．Resistance to aerobic deterioration of total mixed ration silage：effect of ration formulation，air infiltration and storage period on fermentation characteristics and aerobic stability［J］．Journal of the Science of Food and Agriculture，2008，88（1）：133－140．

［5］Wang F，Nishino N．Ensiling of soybean curd residue and wet brewers grains with or without other feeds as a total mixed ration［J］．Journal of Dairy Science，2008，91（6）：2380－2387．

［6］Weinberg Z G，Chen Y，Miron D，etal．Preservation of total mixed rations for dairy cows in bales wrapped with polyethylene stretch film－A commercial scale experiment［J］．Animal Feed Science and Technology，2011，164（1）：125－129．

［7］Sepp l A，Heikkil T，M ki M，etal．Controlling aerobic stability of grass silage－based total mixed rations［J］．Animal Feed Science and Technology，2013，179（3）：54－60．

［8］榮輝，邵濤，余成群，等．添加綠汁發(fā)酵液、乳酸菌制劑和葡萄糖對象草青貯發(fā)酵品質的影響［J］．草業(yè)學報，2013，22（3）：108－115．

［9］McDonald P，Playne M J．The buffering constituents of herbage and of silage［J］．Journal of the Science of Food and Agriculture，1966，17（6）：264－265．

［10］Barker S B，Summerson W H．The colorimetric determination of lactic acid in biological material［J］．Journal of Biological Chemistry，1941，138：535－554．

［11］Broderica G A，Kang J H．Automated simultaneous determination of ammonia and amino acids in ruminal fluid and in vitro media［J］．Journal of Dairy Science，1980，33（1）：64－75．

［12］Porter M G，Murray R S．The volatility of components of grass silage on oven drying and the inter－relationship between drymatter content estimated by different analytical methods［J］．Grass and Forage Science，2001，56（4）：405－411．

［13］Meeshe R，Merwe G D，Grayling J F，etal．The effect of adding an enzyme containing lactic acid bacterial inoculant to big round bale oat silage on silage，milk production and milk composition of jersey cows［J］．Animal Feed Science and Technology，2002，97（3）：159－167．

［14］Shao T，Shimojo M，Masuda Y，etal．Effect of adding glucose，sorbic acid and pre－fermented juices on the fermentation quality of guineagrass［J］．Asian－Australasian Journal of Animal Sciences，2005，18（9）：1273－1278．

［15］Shao T，Noriko O H B A，Masuda Y，etal．Fermentation quality of forage oat silages treated with pre－fermented juices，sorbic acid，glucose and encapsulated－glucose［J］．Journal of Faculty of Agriculture，2003，47（2）：341－349．

［16］于杰，鄭琛，李發(fā)弟，等．向日葵秸稈與全株玉米混合青貯飼料品質評定［J］．草業(yè)學報，2013，22（5）：198－204．

［17］McDonald P．The Biochemistry of Silage［M］．University of Wisconsin：Chalcombe Publications，1991：1－10．

［18］Johnson L M，Harrison J H，Davidson D，etal．Corn silage management：effect of maturity，inoculation，and mechanical processing on pack density and aerobic stability［J］．Journal of Dairy Science，2002，85（2）：434－444．

［19］Danner H，Holzer M，Mayrhuber E，etal．Acetic acid increases stability of silage under aerobic conditions［J］．Applied and Environmental Microbiology，2003，69（1）：562－567．

［20］Kung L，Sheperd A C，Smagala A M，etal．The Effect of preservatives based on propionic acid on the fermentation and aerobic stability of corn silage and a total mixed ration［J］．Journal of Dairy Science，1998，81（5）：1322－1330．

［21］Nishino N，Wada H，Yoshida M，etal．Microbial counts，fermentation products，and aerobic stability of whole crop corn and a total mixed ration ensiled with and without inoculation ofLactobacilluscaseiorLactobacillusbuchneri［J］．Journal of Dairy Science，2004，87（8）：2563－2570．