不同種類有機(jī)肥對全株玉米青貯營養(yǎng)品質(zhì)的影響

黃榮才，郭子泰，高勝濤，卜登攀,2,3

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所 / 動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院與世界農(nóng)用林業(yè)中心農(nóng)用林業(yè)與可持續(xù)畜牧業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；3. 湖南畜產(chǎn)品質(zhì)量安全協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128）

2004-2016年間我國糧食產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)連續(xù)12年增產(chǎn)，化肥的施用在其中發(fā)揮了重要作用。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種植業(yè)管理司2015年發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，我國化肥的施用對增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率在40%以上。2004-2013年間，我國化肥施用量快速增加，從2004 年的301.96 kg·hm-2到2013 年的359.11 kg·hm-2，平均年增長率為1.94%[1]。但是一味地通過增加化肥施用量來提高糧食產(chǎn)量并不可行。對農(nóng)作物施用大量氮肥(500～1 900 kg·hm-2)后，農(nóng)作物對氮的吸收率低于40%[2]，并且會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬污染、酸化、板結(jié)、鹽化、營養(yǎng)素失衡及水體富營養(yǎng)化等問題[3]。目前，我國的化肥施用量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出發(fā)達(dá)國家設(shè)置的225 kg·hm-2安全上線[4]，研究減少化肥施用量已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要課題。

有機(jī)肥主要由動(dòng)物糞便和植物殘?bào)w加工而成，具有營養(yǎng)全面、肥效持久等特點(diǎn)。施用有機(jī)肥還可以促進(jìn)土壤微生物繁殖，增加和更新土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤理化性質(zhì)和生物活性。我國是養(yǎng)殖業(yè)大國，每年都會(huì)產(chǎn)生大量的動(dòng)物糞便，有機(jī)肥資源豐富。因此，可以探索用有機(jī)肥替代或部分替代化肥的方案。M?der等[5]認(rèn)為，利用牧場自身產(chǎn)生的動(dòng)物糞便種植農(nóng)作物相對傳統(tǒng)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)是一種有效的可行方案。合理利用牧場產(chǎn)生的動(dòng)物糞便來種植青貯玉米(Zea mays)可實(shí)現(xiàn)糞污就地轉(zhuǎn)化，并能給牧場提供優(yōu)質(zhì)青貯飼料原料，從而實(shí)現(xiàn)高效、綠色的發(fā)展目標(biāo)。本研究探究不同種類有機(jī)肥對全株玉米青貯營養(yǎng)品質(zhì)及青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響，以期為牧場制定施肥方案提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究材料

1.1.1 糞便

新鮮豬糞、雞糞和牛糞分別購自北京某豬場、某雞場和某牛場。

1.1.2 玉米品種

玉米品種為中單106，購自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，按照地形分為4個(gè)區(qū)組，每個(gè)區(qū)組4個(gè)施肥處理，分別為不施肥的對照組(CK組)，施以干物質(zhì)為基礎(chǔ)的牛糞組500 g·m-2(Cow組)，施以干物質(zhì)為基礎(chǔ)的雞糞組500 g·m-2(Fowl組)，施以干物質(zhì)為基礎(chǔ)的豬糞組500 g·m-2(Hog組)。玉米種植試驗(yàn)在面積為40 m2的溫室大棚內(nèi)完成，每個(gè)處理寬1 m、長2.5 m，兩處理之間的間隔為0.5 m。在播種前將動(dòng)物糞便與土壤混合均勻，其后不再施肥。每周定時(shí)除草，視情況澆水。

在玉米籽粒達(dá)到2/3乳線期時(shí)收割玉米[6]。用“Z”字采樣法采集6株完整玉米，留茬高度為15 cm[7]，然后用鍘刀鍘成長度為19 mm的碎片[8]。將鍘碎后的玉米混合均勻，用四分法取800 g樣品。并用四分法在800 g樣品中取300 g樣品烘干，粉碎，用于常規(guī)營養(yǎng)成分分析。將剩下的500 g樣品裝入真空袋并抽真空，密封，調(diào)制玉米青貯飼料。青貯120 d后取約10 g青貯飼料樣品浸提，浸提液用于發(fā)酵參數(shù)的檢測。烘干其余青貯飼料樣品并粉碎，用于常規(guī)營養(yǎng)成分分析。

1.3 項(xiàng)目測定

1.3.1 青貯原樣及玉米青貯飼料常規(guī)營養(yǎng)測定

常規(guī)營養(yǎng)測定包括干物質(zhì)、粗灰分、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和粗脂肪。干物質(zhì)、粗灰分、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗蛋白和粗脂肪參考張麗英[9]的方法測定。粗蛋白和粗脂肪分別用全自動(dòng)凱氏定氮儀(K1100, 海龍科技)和脂肪測定儀(Soxtec 2050, FOSS)測定。

1.3.2 玉米青貯飼料浸提液提取方法

依照張曉娜[10]的方法浸提玉米青貯飼料樣品。取10 g樣品(打碎后)放到100 mL錐形瓶中，加入90 mL蒸餾水，攪拌混合均勻，用封口膜封口。在4 ℃冰箱中靜置24 h，之后用四層紗布過濾，取濾液測定發(fā)酵參數(shù)。

1.3.3 發(fā)酵參數(shù)測定

參照張曉娜[10]的方法使用pH計(jì)(PB-10,Sartorius)測定青貯飼料浸提液的pH。使用氣相色譜儀(6890N, Agilent)測定揮發(fā)性脂肪酸。取青貯飼料浸提液1.5 mL于2 mL離心管中，加入0.15 mL 25%偏磷酸，旋渦1 min，靜置10 min，10 000 r·min-1離心15 min，然后取1 mL上清液上機(jī)[11]。使用苯酚-次氯酸鈉比色法測定玉米青貯飼料的氨態(tài)氮含量[12]。使用液相色譜儀(Nexera UHPLC LC-30A, Shimadzu)測定玉米青貯飼料的乳酸含量[13]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用平均值 ±標(biāo)準(zhǔn)誤表示測定結(jié)果。對不同處理進(jìn)行雙因素方差分析，并用Duncan法對各測定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 糞便及土壤理化性質(zhì)

本研究所用豬糞、雞糞、牛糞及土壤的理化性質(zhì)如表1所列。大棚土壤沙土比例為72.57%，壤土比例為16.03%，粘土比例為11.40%。

2.2 青貯玉米常規(guī)營養(yǎng)成分分析

Fowl組粗蛋白含量分別比CK與Cow組顯著(P ＜ 0.05)高出20.57%與18.60%，F(xiàn)owl組的中性洗滌纖維顯著(P ＜ 0.05)高出CK組18.64%，F(xiàn)owl組粗灰分含量分別比Cow與Hog組顯著(P ＜ 0.05)高出 58.40% 和 39.59%(表 2)。

2.3 玉米青貯飼料常規(guī)營養(yǎng)成分及發(fā)酵品質(zhì)分析

青貯發(fā)酵后，Cow組的中性洗滌纖維顯著(P ＜0.05)高于CK組和Hog組，其他3組間無顯著差異(P ＞ 0.05)。Fowl組的酸性洗滌纖維顯著 (P ＜ 0.05)低于其他3組，比CK組低13.27% (表3)。

從發(fā)酵品質(zhì)來看，各處理組的pH、氨態(tài)氮比總氮、乳酸、乙酸、丙酸及丁酸均無顯著差異(P ＞0.05) (表 4)。

3 討論

3.1 不同種類有機(jī)肥對青貯玉米常規(guī)營養(yǎng)的影響

植物靠吸收和利用氮元素來合成自身蛋白質(zhì)，氮元素對作物的產(chǎn)量至關(guān)重要[14]。研究發(fā)現(xiàn)，新鮮雞糞的含氮量一般比豬糞和牛糞都高[15]。Fowl組粗蛋白含量顯著(P ＜ 0.05)高于CK組與Cow組，與Hog組無顯著差異(P ＞ 0.05)，可能是因?yàn)殡u糞與豬糞的氮含量高，促進(jìn)了玉米對氮的吸收和沉淀。高的含氮量能促進(jìn)植物根部細(xì)胞表達(dá)銨態(tài)氮和硝態(tài)氮轉(zhuǎn)運(yùn)載體，從而增加植物對氮的吸收和利用[16]。Shahid等[16]研究發(fā)現(xiàn)，添加雞糞能顯著(P ＜ 0.05)提高小麥(Triticum aestivum)的粗蛋白含量。Oyedeji等[17]研究發(fā)現(xiàn)，給綠穗莧(Amaranthus hybridus)和繁穗莧(Amaranthus cruentus)添加雞糞后，其粗蛋白含量均顯著(P ＜ 0.05)高于不添加雞糞的對照組。本研究得出類似結(jié)論。

表 1 糞便與土壤的理化性質(zhì)Table 1 Properties of manure and soil

表 2 不同種類有機(jī)肥對青貯玉米常規(guī)營養(yǎng)成分的影響Table 2 Effect of different manure on the nutrient content of fresh corn

表 3 不同種類有機(jī)肥對玉米青貯飼料常規(guī)營養(yǎng)的影響Table 3 Effect of different manures on the nutrient content of corn silage

表 4 不同種類有機(jī)肥對玉米青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 4 Effect of different manures on the fermentation quality of corn silage

中性洗滌纖維具有促進(jìn)瘤網(wǎng)胃發(fā)育、穩(wěn)定瘤胃pH、維持反芻動(dòng)物正常消化功能、提高乳脂率等功能，是反芻動(dòng)物必不可少的營養(yǎng)物之一[18]。Hawkesford[14]給綠穗莧和繁穗莧添加雞糞后，其粗纖維含量均顯著(P ＜ 0.05)高于不添加雞糞的對照組，本研究結(jié)果與其基本一致。Fowl組的中性洗滌纖維顯著(P ＜ 0.05)高于CK組，Cow與Hog組的中性洗滌纖維也分別比CK組高出了13.41%與10.45%。中性洗滌纖維以纖維素和半纖維素為主，還有少量的酸性洗滌木質(zhì)素及酸不溶灰分；酸性洗滌纖維主要以纖維素為主，還有少量的酸性洗滌木質(zhì)素及酸不溶灰分[19]。Fowl組的中性洗滌纖維比CK組平均高出8.2%，但其酸性洗滌纖維平均只比CK組高出2.1%，這提示Fowl組的半纖維素平均含量比CK組高。Fowl組粗灰分含量顯著高于(P ＜ 0.05)其他各組。新鮮雞糞的鉀、鈣等礦物質(zhì)含量比新鮮牛糞和新鮮豬糞都高[15]，這可能促進(jìn)了玉米對礦物質(zhì)的吸收與積累。

3.2 不同種類有機(jī)肥對玉米青貯飼料常規(guī)營養(yǎng)成分及發(fā)酵品質(zhì)的影響

青貯發(fā)酵后，各組粗蛋白含量都有升高的趨勢，這與申愛華等[20]的研究結(jié)果一致，但各組間不存在顯著差異(P ＞ 0.05)。粗蛋白含量升高可能是由于青貯過程產(chǎn)生了大量的微生物蛋白。Fowl組的中性洗滌纖維與CK組相比有升高趨勢，其酸性洗滌纖維含量顯著低于CK組(P ＜ 0.05)。

pH、有機(jī)酸和氨態(tài)氮是評價(jià)青貯發(fā)酵品質(zhì)的重要指標(biāo)[21]。許多研究表明，隨著pH的降低，有害發(fā)酵被抑制[22-23]。玉米青貯的pH一般要求在3.6～4.2，理想范圍為3.8～3.9。本研究各處理組的pH都低于4.2，各處理組之間無顯著差異(P ＞ 0.05)。氨態(tài)氮與總氮的百分比反映了飼料中的蛋白質(zhì)被分解的程度[24]，本研究的氨態(tài)氮與總氮的百分比在3.45%～3.85%，與前人的研究結(jié)論一致[25-26]。Schmidt等[27]研究表明，乙酸有助于提高青貯有氧穩(wěn)定性，丁酸是梭菌發(fā)酵產(chǎn)物，其濃度越低越好。本研究4個(gè)處理組的乳酸、乙酸和丁酸都沒有顯著差異 (P ＞ 0.05)。

4 結(jié)論

施以干物質(zhì)基礎(chǔ)為500 g·m-2的雞糞能顯著提高青貯玉米粗蛋白和中性洗滌纖維含量，但對其發(fā)酵品質(zhì)沒有影響，施以干物質(zhì)基礎(chǔ)為500 g·m-2的豬糞或牛糞對青貯玉米常規(guī)營養(yǎng)含量和發(fā)酵品質(zhì)均沒有影響。綜合考慮青貯玉米的常規(guī)營養(yǎng)含量和發(fā)酵品質(zhì)，施以干物質(zhì)基礎(chǔ)為500 g·m-2的雞糞是最佳的施肥方案。