氯化銨對(duì)全株玉米青貯營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和發(fā)酵品質(zhì)的影響

施巧婷 姜富貴 成海建 魏 晨 王欣明 宋恩亮 徐照學(xué)*

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，鄭州 2450008；2.河南省畜禽繁育與營(yíng)養(yǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 2450002；3.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，山東省畜禽疫病防治與繁育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 2250100；4.陽(yáng)信縣鑫源清真肉類有限公司，濱州 2251800)

全株玉米青貯作為反芻動(dòng)物的主要粗飼料來(lái)源，其制作質(zhì)量直接關(guān)系到動(dòng)物的健康和生產(chǎn)性能以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，如何生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)全株玉米青貯是生產(chǎn)者普遍關(guān)注的問(wèn)題[1]。由于青貯發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，易受青貯原料自身屬性(乳酸菌數(shù)量、可溶性碳水化合物含量和緩沖力等)、環(huán)境條件(溫度和濕度等)和制作環(huán)節(jié)(收獲期、切割長(zhǎng)度、壓實(shí)密度和密封性等)等因素的影響[2-4]。為提升青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，青貯添加劑在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用，按照其功能通常分為發(fā)酵促進(jìn)劑、發(fā)酵抑制劑、腐敗菌抑制劑和營(yíng)養(yǎng)性添加劑[5]。

盡管青貯添加劑的種類繁多，但在全株玉米青貯上應(yīng)用最為廣泛的是乳酸菌制劑，而有關(guān)營(yíng)養(yǎng)添加劑的作用研究相對(duì)較少[6]。隨著我國(guó)畜牧業(yè)的不斷發(fā)展，飼料需求量不斷增加，蛋白質(zhì)飼料資源短缺的問(wèn)題日益突出，我國(guó)蛋白質(zhì)飼料的對(duì)外依賴度超過(guò)70%[7]。在反芻動(dòng)物上，非蛋白氮類飼料添加劑(氯化銨和尿素等)一方面可部分替代飼料中天然蛋白質(zhì)，以緩解蛋白質(zhì)飼料不足的問(wèn)題，另一方面可作為青貯添加劑改善其發(fā)酵品質(zhì)，同時(shí)彌補(bǔ)青貯飼料中蛋白質(zhì)含量不足的問(wèn)題。但非蛋白氮在提升玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)的作用上存在分歧，和立文[8]在玉米青貯中添加氯化銨后顯著提升了乳酸含量并降低了pH，臧艷運(yùn)等[9]在玉米青貯中添加尿素后顯著提升了乳酸含量，但pH和氨態(tài)氮(NH3-N)含量也顯著增加，而王建福等[10]在玉米青貯中添加尿素后對(duì)乳酸含量無(wú)顯著影響，pH和NH3-N含量則顯著增加。以上研究結(jié)果存在分歧的原因除與非蛋白氮種類不同有關(guān)，還可能與非蛋白氮的添加量有關(guān)。然而，有關(guān)非蛋白氮對(duì)玉米青貯品質(zhì)影響劑量效應(yīng)的研究較少。

氯化銨作為青貯添加劑，除提升青貯飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和發(fā)酵品質(zhì)外，反芻動(dòng)物食入后，一方面可為瘤胃微生物合成蛋白質(zhì)提供所需的氮源，從而起到補(bǔ)充蛋白質(zhì)的作用；另一方面作為酸度調(diào)節(jié)劑，具有酸化體液和尿液的作用，可作為奶牛產(chǎn)前的陰離子平衡劑，防止奶牛產(chǎn)后癱瘓[7]。但氯化銨在青貯飼料中的添加量不宜過(guò)多，否則會(huì)造成動(dòng)物氨中毒和體液酸堿平衡紊亂。然而有關(guān)氯化銨添加量對(duì)青貯品質(zhì)影響的研究尚未有報(bào)道。因此，本研究通過(guò)探究不同氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和發(fā)酵品質(zhì)的影響，以期為非蛋白氮在青貯上的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

青貯原料為全株玉米，品種為“登海605”，2018年6月播種于山東省陽(yáng)信縣河流鎮(zhèn)，于蠟熟期2/3乳線時(shí)進(jìn)行刈割，青貯原料的干物質(zhì)(DM)、粗蛋白質(zhì)(CP)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)和水溶性碳水化合物(WSC)含量分別為37.31%、8.28%、38.31%、21.18%和10.26%。試驗(yàn)用氯化銨為分析純，購(gòu)自上海國(guó)藥集團(tuán)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)不添加氯化銨的對(duì)照組以及氯化銨添加量分別為3、6、9 g/kg(鮮重基礎(chǔ))的3個(gè)試驗(yàn)組。全株玉米收獲后切短至1～2 cm，混合均勻后作為青貯原料，將各組的青貯原料與氯化銨在容器中混合均勻后，稱取約1 000 g樣品于聚乙烯厭氧袋中，每組裝8袋，真空密封，于室溫(25 ℃)避光條件下貯藏，分別于發(fā)酵45和90 d時(shí)開(kāi)袋取樣，每組各時(shí)間點(diǎn)取4袋作為重復(fù)，隨后開(kāi)展相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 常規(guī)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)

DM、CP、粗脂肪(EE)和粗灰分(Ash)含量參照AOAC(2005)[11]中方法測(cè)定，其中DM含量采用重量法測(cè)定，CP含量采用凱氏定氮法測(cè)定，EE含量采用索氏浸提法測(cè)定，Ash含量采用灰化法測(cè)定。NDF、ADF和酸性洗滌木質(zhì)素(ADL)含量參考Van Soest等[12]的方法，使用Ringbio纖維分析儀(R2000，英國(guó))測(cè)定；WSC含量采用蒽酮-硫酸比色法[13]測(cè)定；淀粉(Starch)含量采用高氯酸水解-蒽酮比色法[14]測(cè)定。

1.3.2 碳水化合物組分

碳水化合物組分剖分和計(jì)算公式如下：

非中性洗滌纖維性碳水化合物(Non-NDF)=
100-CP-NDF-EE-Ash[15]；
有機(jī)酸(OA)=乳酸+乙酸+丙酸+
丁酸+其他有機(jī)酸[15]；
快速降解碳水化合物(CA)=WSC[15]；
中速降解碳水化合物(CB1)=Starch[15]；
中性洗滌可溶纖維(CB2)=Non-NDF-
OA-CA-CB1[15]；
不可利用中性洗滌纖維(CC)=2.4×ADL[16]；
可利用中性洗滌纖維(CB3)=NDF-CC[15]。

以上公式中單位均為%DM。

1.3.3 能量指標(biāo)

總可消化養(yǎng)分(TDN)含量依據(jù)下列公式估算：

TDN(%DM)=96.447-0.110CP(%DM)+
0.988EE(%DM)-0.799Ash(%DM)-0.361NDF

(%DM)-0.161ADF(%DM)-0.811ADL

(%DM)-0.083Starch(%DM)[17]。

依據(jù)NRC(2016)[15]提供的公式計(jì)算消化能(DE)、代謝能(ME)、維持凈能(NEm)和增重凈能(NEg)：

DE(MJ/kg DM)=0.044 09TDN×4.184；
ME(MJ/kg DM)=0.82×DE；
NEm(MJ/kg DM)=1.37ME-0.138ME2+
0.010 5ME3-1.12；
NEg(MJ/kg DM)=1.42ME-0.174ME2+
0.012 2ME3-1.65。

依據(jù)Undersander等[18]提供的公式計(jì)算泌乳凈能(NEL)：

NEL(MJ/kg DM)=[(0.926 5-0.007 93ADF)/
0.453 6]×4.184。

1.3.4 發(fā)酵參數(shù)

稱取25 g全株玉米青貯樣品和250 mL無(wú)菌蒸餾水于榨汁機(jī)中，間歇榨汁攪拌制備濾液，用4層紗布過(guò)濾上清液至250 mL滅菌三角瓶中，混勻。使用pH計(jì)(HANNA HI 9125，意大利)測(cè)定pH。有機(jī)酸(乳酸、乙酸、丙酸和丁酸)含量采用高效液相色譜儀(SHIMADZE-10A，色譜柱為Shodex Rspak KC-811S-DVB 300 mm×8 mm，柱溫為50 ℃，流動(dòng)相為3 mmol/L HClO4，流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣量為5 mL，檢測(cè)器為SPD-M10AVP，檢測(cè)波長(zhǎng)為210 nm)測(cè)定[10]。NH3-N含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定[19]。參照Wang等[20]提出的方法計(jì)算費(fèi)氏評(píng)分(FS)：

FS=220+[2×DM(%)-15]-(40×pH)。

1.3.5 綜合營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)

全株玉米青貯的綜合營(yíng)養(yǎng)價(jià)值采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法[21]評(píng)定，如果測(cè)定的指標(biāo)與全株玉米青貯的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值呈正相關(guān)，公式如下：

如果二者呈負(fù)相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)計(jì)算，公式如下：

式中：Xi為某一指標(biāo)的測(cè)定值；Xmax和Xmin為各組中該指標(biāo)的最大值和最小值。

計(jì)算各組中所有指標(biāo)隸屬函數(shù)值的均值，數(shù)值越大則綜合營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)使用Excel 2013進(jìn)行匯總和整理，使用SAS 9.1軟件中的GLM過(guò)程進(jìn)行方差分析和Duncan氏法進(jìn)行多重比較，結(jié)果以最小二乘均值表示。各指標(biāo)隨氯化銨添加量的線性和二次曲線反應(yīng)使用CONTRAST語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。P<0.05為差異顯著。

2 結(jié) 果

2.1 氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯營(yíng)養(yǎng)成分含量的影響

由表1可知，隨氯化銨添加量的增加，發(fā)酵45 d時(shí)DM含量顯著線性增加(P=0.050)；發(fā)酵45和90 d時(shí)NDF、EE和Ash含量顯著線性降低(P<0.05)，而CP含量顯著線性增加(P<0.05)。隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，EE和Ash含量顯著增加(P<0.05)。ADF和ADL含量受氯化銨添加量和發(fā)酵時(shí)間的影響較小，差異不顯著(P>0.05)。

表1 氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯營(yíng)養(yǎng)成分含量的影響

2.2 氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯碳水化合物組分的影響

由表2可知，隨氯化銨添加量的增加，發(fā)酵45 d時(shí)OA和CA含量顯著線性增加(P<0.05)，發(fā)酵45 d時(shí)CB2顯著線性降低(P<0.05)，發(fā)酵45和90 d時(shí)CB3含量顯著線性降低(P<0.05)。CB1和CC含量受氯化銨添加量和發(fā)酵時(shí)間的影響較小，差異不顯著(P>0.05)。氯化銨添加量和發(fā)酵時(shí)間對(duì)CB2含量有顯著的交互作用(P<0.05)，隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)照組和3 g/kg氯化銨組的CB2含量顯著降低(P<0.05)，而6和9 g/kg氯化銨組的CB2含量顯著增加(P<0.05)。

表2 氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯碳水化合物組分的影響

2.3 氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯預(yù)測(cè)能值的影響

由表3可知，隨氯化銨添加量的增加，發(fā)酵45 d時(shí)TDN含量無(wú)顯著變化(P>0.05)，而發(fā)酵90 d時(shí)TDN含量和NEL顯著線性增加(P<0.05)。DE、ME、NEm和NEg與TDN含量有相同的變化趨勢(shì)。TDN和各能值指標(biāo)受發(fā)酵時(shí)間的影響較小，差異不顯著(P>0.05)。

表3 氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯預(yù)測(cè)能值的影響(干物質(zhì)基礎(chǔ))

2.4 氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯發(fā)酵參數(shù)的影響

由表4可知，隨氯化銨添加量的增加，發(fā)酵45 d時(shí)pH和發(fā)酵90 d時(shí)丁酸含量顯著線性降低(P<0.05)，而發(fā)酵90 d時(shí)pH和發(fā)酵45 d時(shí)乳酸含量顯著線性增加(P<0.05)，發(fā)酵45和90 d時(shí)NH3-N/TN和FS顯著線性增加(P<0.05)。隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，NH3-N/TN顯著增加(P<0.05)。氯化銨添加量和發(fā)酵時(shí)間對(duì)pH和FS存在顯著的交互作用(P<0.05)，隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)照組的pH和FS分別顯著降低和增加(P<0.05)，而3個(gè)氯化銨添加組的變化與之相反。乙酸和丙酸含量受氯化銨添加量和發(fā)酵時(shí)間的影響較小，差異不顯著(P>0.05)。

表4 氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯發(fā)酵參數(shù)的影響(干物質(zhì)基礎(chǔ))

2.5 氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯綜合營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響

將各組發(fā)酵45 d時(shí)有顯著差異的11個(gè)指標(biāo)和發(fā)酵90 d時(shí)有顯著差異的8個(gè)指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)分析，其中DM、CP、EE、WSC、有機(jī)酸、乳酸含量和FS為正相關(guān)指標(biāo)，NDF、Ash含量和pH、NH3-N/TN為負(fù)相關(guān)指標(biāo)。依據(jù)平均隸屬函數(shù)值進(jìn)行排序，數(shù)值越大則營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。由表5可知，隨氯化銨添加量的增加，發(fā)酵45和90 d時(shí)全株玉米青貯的綜合營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不斷增加。

表5 氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯綜合營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響

3 討 論

氯化銨在畜牧生產(chǎn)上既可作為反芻動(dòng)物非蛋白氮類和酸度調(diào)節(jié)劑類飼料添加劑，又可作為青貯營(yíng)養(yǎng)性添加劑來(lái)改善發(fā)酵品質(zhì)和提升營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[22]。在非蛋白氮作為青貯添加劑的研究中，有關(guān)尿素及其衍生物的研究較多，而針對(duì)氯化銨的研究較少。本研究中，隨氯化銨添加量的增加，發(fā)酵45 d時(shí)DM含量顯著增加，與譚樹(shù)義等[23]和臧艷運(yùn)等[9]的研究結(jié)果一致；而CP含量顯著線性增加，主要與氯化銨較高的含氮量(26.2%)有關(guān)。本研究中，隨氯化銨添加量的增加，NDF含量顯著線性增加，而ADF含量無(wú)顯著變化，因此NDF含量的降低主要由半纖維素引起，其原因可能為氯化銨和水電離出的氫氧根離子能夠打破纖維素和木質(zhì)素之間的醇鍵和鑲嵌結(jié)構(gòu)，致使部分半纖維素發(fā)生溶解[24]，楊曉莉等[25]和玉柱等[26]分別在葡萄渣和玉米秸稈青貯中添加0.8%和0.6%的尿素也得到類似的結(jié)果。本研究中，隨氯化銨添加量的增加以及發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，EE含量顯著線性降低，而朱欣等[27]在甘蔗葉梢青貯中添加0.6%的尿素提高了EE含量，王建福等[10]在全株玉米青貯中添加0.5%的尿素對(duì)EE含量無(wú)顯著影響，不同研究所得結(jié)果間存在分歧的原因有待進(jìn)一步研究。TDN含量作為反映有效能值的重要指標(biāo)，比較全面地綜合了青貯飼料的CP、NDF、EE、ADL和Ash含量等指標(biāo)，其數(shù)值越高則青貯飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。本研究中，隨氯化銨添加量的增加，發(fā)酵90 d時(shí)TDN含量顯著線性增加。因此，添加氯化銨可作為提升全株玉米青貯營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的有效手段。

pH和乳酸含量常作為衡量青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，pH越低而乳酸含量越高則青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)越高。青貯飼料的pH主要受有機(jī)酸產(chǎn)生量和自身緩沖力的影響，一方面是由于氯化銨和尿素為堿性物質(zhì)，和水電離出的氫氧根離子增加了青貯的緩沖力；另一方面是由于氫氧根離子可以破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，致使半纖維素發(fā)生降解而為乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)酸提供更多的底物。目前有關(guān)非蛋白氮對(duì)青貯飼料pH影響的研究結(jié)果存在較大分歧，朱欣等[27]和王建福等[10]分別在甘蔗葉梢和玉米青貯中添加0.6%和0.5%的尿素后顯著增加pH。張一為等[28]和和立文[8]分別在草莓渣和花生秧混合青貯和玉米青貯中添加0.2%～0.8%的尿素和0.5%的氯化銨后顯著降低了pH。而田漢晨等[29]和王雨瓊等[30]分別在皇竹草和玉米秸稈青貯中添加0.6%和4%的尿素后對(duì)pH無(wú)顯著影響。究其原因，除與研究間采用的青貯原料和非蛋白氮種類不同外，還可能與非蛋白氮添加量和發(fā)酵時(shí)間有關(guān)。本研究中，隨氯化銨添加量的增加，發(fā)酵45 d時(shí)pH顯著線性降低，與琚澤亮等[31]的結(jié)果一致。此外，氯化銨添加量和發(fā)酵時(shí)間對(duì)pH的影響存在顯著的交互作用，隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)照組的pH顯著降低，而3個(gè)氯化銨添加組的pH顯著增加，其原因可能是發(fā)酵前期氯化銨作為氮源，促進(jìn)了青貯中發(fā)酵菌的生長(zhǎng)[10]，而發(fā)酵后期主要受氯化銨和水電離產(chǎn)生的氫氧根離子的影響[27]。目前有關(guān)非蛋白氮對(duì)青貯飼料乳酸含量影響的研究結(jié)果[26-27，30]較為一致，添加非蛋白氮可顯著提升青貯飼料的乳酸含量并且受非蛋白氮種類、添加量和青貯原料的影響較小。NH3-N/TN通常作為反映青貯飼料中蛋白質(zhì)和氨基酸降解程度的重要指標(biāo)。本研究中，隨氯化銨添加量的增加，NH3-N/TN顯著線性增加，與其他研究結(jié)果[30-32]類似，主要與氯化銨和水電離出的銨離子有關(guān)。此外，Der Bedrosian等[33]發(fā)現(xiàn)，隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，全株玉米青貯的NH3-N含量不斷增加，并且不受青貯原料水分含量和玉米品種的影響，與本研究結(jié)果一致。其原因是青貯過(guò)程中蛋白質(zhì)的降解是不可避免的，梭菌等有害菌和微生物分泌的蛋白酶均可降解蛋白質(zhì)[34]。

4 結(jié) 論

氯化銨添加量對(duì)全株玉米青貯的營(yíng)養(yǎng)成分、碳水化合物組分、能值和發(fā)酵品質(zhì)均有顯著影響，采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)，隨氯化銨添加量的增加，發(fā)酵45和90 d時(shí)全株玉米青貯的綜合營(yíng)養(yǎng)價(jià)值均不斷提高，氯化銨的推薦添加量為9 g/kg(鮮重基礎(chǔ))。