不同處理對青貯高粱發(fā)酵品質(zhì)、體外消化及甲烷排放的影響

孫 永

（南京江寧高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇南京 211122）

在發(fā)展中國家，本地牧草、飼料秸稈和食物副產(chǎn)品是反芻動物的主要飼料資源，但我國西北地區(qū)反芻動物生產(chǎn)最重要的制約因素是飼料資源不足，特別是在旱季。當(dāng)反芻動物不能采食高質(zhì)量的粗飼料時，奶產(chǎn)量和肉產(chǎn)量會下降。近年來，我國開發(fā)出了許多具有耐熱、耐旱能力的飼料作物品種，并對其各種栽培條件的適應(yīng)性、營養(yǎng)價值和生產(chǎn)力進(jìn)行研究。通常，牧草作物在雨季生長良好，干物質(zhì)產(chǎn)量高。因此，牧草作物應(yīng)在雨季保存，在旱季為反芻動物提供飼料。青貯被認(rèn)為是最有效的保存牧草飼料的方式之一，以彌補(bǔ)旱季的飼料資源短缺（蔡義民和杜珠梅，2019）。高粱是一種熱帶草本植物，能很好地適應(yīng)多種土壤類型，通常比玉米等其他飼料作物需要更少的水，較熱的地區(qū)產(chǎn)量更高，同時也是世界上一種重要的飼料作物，廣泛用于青貯生產(chǎn)（李俊等，2016）。高粱生長速度快、耐旱，水溶性碳水化合物含量高，但其纖維含量也很高，降低了動物對營養(yǎng)物質(zhì)的利用（葳力斯等，2009）。青貯飼料添加劑（如菌種和纖維素酶）在提高青貯品質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)消化率方面發(fā)揮了重要作用，既往研究表明，接種乳酸菌可促進(jìn)水溶性碳水化合物向乳酸轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)青貯過程（Kozelov等，2008）。在青貯原料中添加纖維素酶可改善纖維降解，增加水溶性碳水化物產(chǎn)生乳酸，同時經(jīng)纖維素酶處理的高粱秸稈、玉米和羊草青貯也顯示出體外中性洗滌纖維消化率的提高（Tian等，2014）。大氣中包括甲烷在內(nèi)的溫室氣體濃度增加會導(dǎo)致全球變暖，特別是反芻動物排放的甲烷是造成這一問題的重要原因。甲烷是一種比二氧化碳強(qiáng)23倍的溫室氣體，反芻動物腸道發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷主要是由于兼性厭氧條件對細(xì)菌、原生動物和真菌的生長有利（孫福昱等，2018）。乳酸菌和纖維素酶的添加可導(dǎo)致青貯發(fā)酵過程中乳酸含量高、pH低，說明飼喂這種優(yōu)質(zhì)青貯飼料可能會降低反芻動物的甲烷產(chǎn)量。但關(guān)于用微生物添加劑和纖維素酶處理高粱青貯發(fā)酵和體外產(chǎn)甲烷的資料非常有限。因此，本文旨在評估不同處理方法對青貯高粱發(fā)酵品質(zhì)、體外消化及甲烷排放的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計試驗將收割的全珠高粱切割成2 cm，隨機(jī)分為4處理，高粱樣品放入塑料桶中，在常溫下密閉。對照組高粱青貯過程中不添加任何添加劑，T1～T3組高粱在青貯過程中分別加入0.1 mg/g纖維素酶，105CFU/g植物乳桿菌及0.1 mg/kg纖維素酶+105CFU/g植物乳桿菌，在發(fā)酵30 d后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定。

1.2 青貯料品質(zhì)分析取新鮮青貯飼料50 g，加入200 mL無菌雙蒸餾水，置于攪拌器中均質(zhì)30 s，然后用2層粗紗布過濾。提取后立即進(jìn)行微生物計數(shù)，然后-20℃保存，用于分析青貯發(fā)酵產(chǎn)物氨氮和揮發(fā)性脂肪酸、乳酸濃度和養(yǎng)分，試驗方法參考Kim等（2016）報道的方法。

1.3 體外消化及甲烷排放參考Makkar等（1995）的方法進(jìn)行體外甲烷排放的測定，干物質(zhì)和有機(jī)物的體外消化率評估參考Blummel等（1999）的方法。

1.4 數(shù)據(jù)分析試驗數(shù)據(jù)采用SAS軟件多因素方差分析模型，在試驗1中采用多項式檢驗酶濃度對指標(biāo)的線性效應(yīng)，組間采用Tukey法進(jìn)行多重比較，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對青貯高粱微生物含量的影響由表1可知，對照組與處理組對青貯高粱中酵母菌、好氧菌和霉菌數(shù)量的影響均無顯著差異（P＞0.05）。與對照組相比，T2和T3組青貯高粱中乳酸菌數(shù)量分別顯著提高8.96%和9.70%（P＜0.05），但T1～T3組青貯高粱中大腸桿菌數(shù)量較對照組分別顯著降低77.78%、72.22%和77.78%（P＜0.05）。

表1 不同處理對青貯高粱微生物含量的影響 CFU/g

2.2 不同處理對青貯高粱發(fā)酵品質(zhì)的影響由表2可知，對照組與處理組對有機(jī)物、粗脂肪、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、丙酸、丁酸和氨氮含量的影響均無顯著差異（P＞0.05）。T3組青貯高粱中干物質(zhì)含量較對照組顯著提高8.33%（P＜0.05），而T2和T3組青貯高粱中粗蛋白質(zhì)含量較對照組顯著提高17.12%和18.04%（P＜0.05）。T2和T3組青貯高粱的pH值顯著低于對照組和T1組（P＜0.05），而T2組青貯高粱乳酸含量較對照組和T1組分別顯著提高9.71%和15.06%（P＜0.05）。T2和T3組青貯高粱乙酸含量較T1組分別顯著提高64.16%和72.60%（P＜0.05）。

表2 不同處理對青貯高粱發(fā)酵品質(zhì)的影響

2.3 不同處理對青貯高粱體外消化及甲烷排放的影響由表3可知，不同處理對青貯高粱干物質(zhì)和有機(jī)物體外消化率及甲烷排放量（mL/L和L/kg有機(jī)物體外消化）的影響均無顯著差異（P＞0.05）。甲烷排放量以L/kg干物質(zhì)表示時，對照組和T1組顯著高于T2和T3組（P＜0.05），而當(dāng)以L/kg有機(jī)物表示時，對照組顯著高于T2和T3組（P＜0.05）。當(dāng)以L/kg干物質(zhì)體外消化和%總能表示時，對照組甲烷排放量顯著高于T3組（P＜0.05）。

表3 不同處理對青貯高粱體外消化及甲烷排放的影響

3 討論

青貯飼料現(xiàn)在已成為旱季和雨季越來越重要的動物飼料來源。有研究報道，乳酸菌是飼料作物中促進(jìn)青貯發(fā)酵的優(yōu)勢微生物種群，當(dāng)附生乳酸菌達(dá)到至少105cfu/g的優(yōu)勢種群時，青貯飼料通常保存良好（Cai等，2004）。在本研究中，高粱發(fā)酵30 d后乳酸菌計數(shù)增加，大腸菌群下降。高粱青貯品質(zhì)良好，pH值較低，乳酸含量較高。

Xing等 和Ebrahimi等（2014）報 道，添 加纖維素酶酶和乳酸菌可導(dǎo)致高粱秸稈和油棕櫚葉的pH降低，乳酸含量和干物質(zhì)體外消化率均增加。在本研究中，纖維素酶加乳酸菌促進(jìn)了高粱青貯和纖維降解，這可能歸因于纖維降解酶的活性取決于溫度和pH條件，因為Chung等（2012）報道，纖維素酶活性的最佳溫度和pH分別為39～50℃和5.0～6.5。但在本研究中我們不認(rèn)為溫度會影響酶活性，因為筒倉保存在室溫（25℃～37℃）下。

Filya等（2007）報道，乳酸菌接種劑會影響小麥、玉米和苜蓿青貯48 h后的體外消化率。在本研究中，不同處理青貯高粱對干物質(zhì)和有機(jī)物體外消化率的影響均無顯著差異，但植物乳桿菌及混合處理組每千克干物質(zhì)和有機(jī)物甲烷排放量顯著降低，目前我們得到的數(shù)據(jù)還不能解釋這些作用機(jī)制，但已知的機(jī)制報道，乳酸或丙酮酸會轉(zhuǎn)化為丙酸，當(dāng)乳酸在瘤胃中通過乳酸菌的二次發(fā)酵后通常會產(chǎn)生丙酸，這可以減少甲烷的生成，因為在丙酸形成過程中使用了電子（Moss等，2000）。如果在瘤胃中利用氫氣將乳酸轉(zhuǎn)化為丙酸，則氫氣會減少，從而抑制氫氣和二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲烷。

4 結(jié)論

在本試驗條件下添加0.1 mg/kg纖維素酶+105CFU/g植物乳桿菌可以改善青貯高粱的發(fā)酵品質(zhì)，降低體外甲烷排放量。