基于Meta分析的全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量及其影響因素

王里彥 嚴 慧 李金輝 陳佳欣 楊彩虹 段春輝 劉月琴 紀守坤 張英杰

(河北農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，保定071000)

青貯是保證常年均衡供應(yīng)反芻動物飼料的有效措施[1]。全株玉米青貯是將帶穗的整株玉米收割切碎后，在密閉的環(huán)境條件下，經(jīng)厭氧發(fā)酵制成的一種營養(yǎng)價值與原料相似、消化率高、適口性好、氣味芳香的飼料[2]。由于全株玉米青貯的品質(zhì)直接關(guān)系到反芻動物的健康、生產(chǎn)性能以及養(yǎng)殖場的經(jīng)濟效益，因此優(yōu)質(zhì)全株玉米青貯生產(chǎn)成為養(yǎng)殖業(yè)普遍關(guān)注的問題[3]。Salvati等[4]、Wang等[5]、Liu等[6]和王旭哲[7]的研究表明，玉米的青貯天數(shù)、品種、種植地區(qū)、種植條件和收獲期均可影響全株玉米品質(zhì)，其中玉米的青貯天數(shù)、種植地區(qū)和收獲期是影響全株玉米青貯飼料品質(zhì)的主要因素。由于影響因素眾多，前人研究的全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量差異較大，人們對全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的一般性規(guī)律仍認識有限。

Meta分析又稱薈萃分析，是對具有同質(zhì)性的多個研究進行綜合分析的方法，目的在于增大樣本含量，減少隨機誤差，增大檢驗效能，獲得評估指標的一般性規(guī)律[8]。本研究擬采用Meta分析方法，解析全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的預(yù)測值和變異范圍，并探索其影響因素，為全株玉米青貯飼料品質(zhì)的定量判定和品質(zhì)提升提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 文獻檢索

以表1中的文獻檢索詞，分別檢索Web of Science平臺、PubMed平臺、超星期刊資源、CNKI和萬方數(shù)據(jù)庫，檢索時間為建庫至2021年4月，獲取包含全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的試驗性文獻。

1.2 文獻納入與排除標準

文獻納入標準為：1)研究對象為全株玉米青貯；2)包含干物質(zhì)(DM)、淀粉(Starch)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)等主要結(jié)局指標并給出標準差(SD)或標準誤(SE)值；3)試驗性研究報道；4)明確了青貯天數(shù)、收獲期和種植地區(qū)等主要影響因素。文獻排除標準為：1)非試驗性研究；2)非全株玉米青貯，全株玉米與其他牧草混貯；3)非中文或英文文獻；4)青貯過程中出現(xiàn)異常發(fā)酵的文獻；5)數(shù)據(jù)不完整或難以提取結(jié)局指標的文獻。

表1 文獻檢索策略

1.3 數(shù)據(jù)提取整理

提取所納入文獻中的第一作者、發(fā)表時間、樣本量(n)、DM、Starch、NDF和ADF含量及其SD、SE等數(shù)據(jù)。通過公式SD=SE×SQRT(N)將缺失的SD或SE值補全。

1.4 產(chǎn)出指標

本研究Meta分析所關(guān)注的統(tǒng)計指標分別為DM、Starch、NDF和ADF含量以及影響因素中的青貯天數(shù)、種植地區(qū)和收獲期。根據(jù)種植地區(qū)分為3組，即中國、美國和歐盟；根據(jù)收獲期分為4組，即“小于等于1/3乳線期”、“1/2乳線期”、“2/3乳線期”和“大于等于3/4乳線期”。

1.5 統(tǒng)計分析

采用R-4.1.0軟件進行方差倒數(shù)Meta分析，合并效應(yīng)值為全株玉米青貯中DM、Starch、NDF和ADF含量，計算其95%置信區(qū)間(CI)。統(tǒng)計學異質(zhì)性采用I2檢驗進行判斷：當I2<25%時，認為無異質(zhì)性；當25%50%時，認為存在顯著異質(zhì)性。各研究間無異質(zhì)性時，用固定效應(yīng)模型進行分析；各研究間存在中等程度或顯著異質(zhì)性時，用隨機效應(yīng)模型進行分析。采用Egger檢驗評估發(fā)表偏倚，P<0.05認為存在發(fā)表偏倚。采用單項研究逐項剔除方法進行敏感性分析，即單項研究結(jié)果剔除后合并效應(yīng)量的改變量均小于5%，認為敏感性低，合并效應(yīng)量結(jié)果具有穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)以合并值和95% CI展示，以P<0.05判定組間差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 文獻檢索結(jié)果

本研究共獲得相關(guān)文獻1 649篇，通過閱讀題目和摘要，剔除重復(fù)文獻和與全株青貯玉米品質(zhì)無關(guān)的文獻990篇，通過閱讀文章內(nèi)容排除文獻621篇(包括非試驗性文獻466篇、數(shù)據(jù)非全株玉米青貯及混貯文獻83篇、非中文或英文文獻6篇、青貯過程中出現(xiàn)異常發(fā)酵的文獻13篇以及未給出SD、SE或均值標準誤(SEM)值等數(shù)據(jù)不完整文獻53篇)，獲得38篇文獻(包括10篇中文文獻和28篇英文文獻)，建立文獻數(shù)據(jù)庫，提取全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量數(shù)據(jù)，其描述統(tǒng)計見表2。

表2 全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量描述統(tǒng)計

2.2 全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量

全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的Meta分析結(jié)果見表3。本研究中，各研究間DM、Starch、NDF和ADF含量預(yù)測值均存在顯著異質(zhì)性(I2>50%，P<0.05)，采用隨機效應(yīng)模型合并效應(yīng)值，結(jié)果表明DM含量預(yù)測值為31.33%，Starch含量預(yù)測值為25.51%，NDF含量預(yù)測值為44.18%，ADF含量預(yù)測值為25.15%。Egger檢驗結(jié)果表明DM含量預(yù)測值存在顯著發(fā)表偏倚(P<0.05)，Starch、NDF和ADF含量預(yù)測值均無發(fā)表偏倚(P>0.05)。敏感性分析表明，DM、Starch、NDF和ADF含量預(yù)測值在排除任一項研究之后,合并結(jié)果無顯著變化(<5%)，表明統(tǒng)計結(jié)果具有穩(wěn)健性。

表3 全株玉米青貯評估指標方差倒數(shù)Meta分析結(jié)果

2.3 青貯天數(shù)對全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的影響

青貯天數(shù)和全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的相關(guān)性見圖1。本研究表明，青貯天數(shù)與DM、Starch、NDF和ADF含量間均無顯著相關(guān)性(P>0.05)；全株玉米青貯中DM含量與Starch和NDF含量間均無顯著相關(guān)性(P>0.05)，而與ADF含量呈負相關(guān)(r=-0.420，P<0.01)；Starch含量與NDF(r=-0.433，P<0.01)和ADF(r=-0.649，P<0.01)含量均呈負相關(guān)，NDF含量和ADF含量呈正相關(guān)(r=0.667，P<0.01)。

2.4 種植地區(qū)對全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的影響

種植地區(qū)對全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的影響結(jié)果見表4。中國、美國和歐盟全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量預(yù)測值均存在顯著異質(zhì)性(I2>50%，P<0.05)，采用隨機效應(yīng)模型進行Meta分析。Egger檢驗結(jié)果表明，中國全株玉米青貯中DM含量預(yù)測值存在顯著發(fā)表偏倚(P<0.05)，Starch、NDF和ADF含量預(yù)測值均無顯著發(fā)表偏倚(P>0.05)；美國全株玉米青貯中的Starch、NDF和ADF含量預(yù)測值均存在顯著發(fā)表偏倚(P<0.05)，DM含量預(yù)測值無顯著發(fā)表偏倚(P>0.05)；歐盟全株玉米青貯中的NDF和ADF含量預(yù)測值均存在顯著發(fā)表偏倚(P<0.05)，DM和Starch含量預(yù)測值均無發(fā)表偏倚(P>0.05)。敏感性分析表明，中國、美國和歐盟的DM、Starch、NDF和ADF含量預(yù)測值在排除任一項研究之后，合并效應(yīng)量無顯著變化(<5%)，表明統(tǒng)計結(jié)果具有穩(wěn)健性。通過比較3個地區(qū)全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量，中國全株玉米青貯中DM和Starch含量預(yù)測值顯著低于美國(分別為5.51%和19.09%；P<0.05)和歐盟(分別為8.54%和24.41%；P<0.05)；NDF和ADF含量預(yù)測值高于美國(分別為1.03%和0.36%；P>0.05)，但顯著高于歐盟(分別為5.77%和16.21%；P<0.05)。

下三角為指標間相關(guān)性散點圖；上三角為相關(guān)性系數(shù)(r)；反對角線為數(shù)據(jù)分布曲線；Days為青貯天數(shù)，DM為干物質(zhì)含量，Starch為淀粉含量，NDF為中性洗滌纖維含量，ADF為酸性洗滌纖維含量；***表示相關(guān)性P值<0.01。

表4 中國、美國與歐盟全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量比較

續(xù)表4分析指標 Analysis indicators地區(qū) Area文獻數(shù) Literature No.處理數(shù) TreatmentNo.異質(zhì)性檢驗 Heterogeneity testI2/%P值P-valueMeta分析結(jié)果Meta-analysis results/%預(yù)測值 Predictive value95%置信區(qū)間95%CIEgger 檢驗Egger testP值P-value敏感性 Sensitivity/%淀粉 Starch中國684100023.44b22.41～24.470.974<5美國63498028.97a27.17～30.780.025<5歐盟41599031.01a29.05～32.970.159<5中性洗滌纖維 NDF中國16181100044.15a43.35～44.950.411<5美國125199043.12ab42.60～43.630.001<5歐盟4598<0.0141.74b40.33～43.150.001<5酸性洗滌纖維 ADF中國16178100025.23a24.71～25.740.747<5美國145898024.87a24.18～25.560.007<5歐盟41598<0.0121.71b20.66～22.760.045<5

2.5 收獲期對全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的影響

收獲期對全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的影響結(jié)果見表5。全株玉米青貯收獲期為“小于等于1/3乳線期”、“1/2乳線期”、“2/3乳線期”和“大于等于3/4乳線期”的評估指標DM、Starch、NDF和ADF含量預(yù)測值均存在顯著的統(tǒng)計學異質(zhì)性(I2>50%，P<0.01)，采用隨機效應(yīng)模型進行Meta分析。Egger檢驗結(jié)果表明，全株玉米青貯收獲期為“小于等于1/3乳線期”的DM和ADF含量預(yù)測值存在顯著發(fā)表偏倚(P<0.05)，NDF含量預(yù)測值無顯著發(fā)表偏倚(P>0.05)；“1/2乳線期”的DM含量預(yù)測值存在顯著發(fā)表偏倚(P<0.05)，Starch、NDF和ADF含量預(yù)測值均無顯著發(fā)表偏倚(P>0.05)；“2/3乳線期”的DM和ADF含量預(yù)測值均存在顯著發(fā)表偏倚(P<0.05)，Starch和NDF含量預(yù)測值均無顯著發(fā)表偏倚(P>0.05)；“大于等于3/4乳線期”的DM含量預(yù)測值存在顯著發(fā)表偏倚(P<0.05)，Starch、NDF和ADF含量預(yù)測值均無顯著發(fā)表偏倚(P>0.05)。敏感性分析表明，“小于等于1/3乳線期”、“1/2乳線期”、“2/3乳線期”和“大于等于3/4乳線期”的DM、Starch、NDF和ADF含量預(yù)測值在排除任一項研究之后,合并效應(yīng)量無顯著變化(<5%)，表明統(tǒng)計結(jié)果具有穩(wěn)健性。本研究表明，隨收獲期推遲，全株玉米青貯中DM和Starch含量預(yù)測值逐漸升高(P<0.05)；NDF和ADF含量預(yù)測值逐步降低(P<0.05)，但在大于3/4乳線期時全株玉米青貯中ADF含量預(yù)測值顯著高于2/3乳線期(P<0.05)。

3 討 論

3.1 全株玉米青貯評估指標

粗飼料是反芻動物飼糧的重要組成部分，全株玉米作為優(yōu)質(zhì)粗飼料在生產(chǎn)中大量使用[9]。在全株玉米青貯品質(zhì)評價中，DM、Starch、NDF和ADF含量是最常用評估指標[10]。DM含量反映了全株玉米青貯的營養(yǎng)價值和發(fā)酵質(zhì)量，其含量決定了青貯的經(jīng)濟效益[11]，Starch是反芻動物代謝過程中提供葡萄糖的主要物質(zhì)，也是反芻動物瘤胃微生物的主要碳源，其含量決定了青貯的飼用價值[12]；NDF和ADF含量與反芻動物的消化率呈負相關(guān)，其含量決定了青貯的可消化率[13]。青貯飼料的質(zhì)量評定標準指出優(yōu)質(zhì)的全株玉米青貯DM含量為30%～35%，Starch含量大于28%，NDF含量為45%～55%[14]。本研究采用方差倒數(shù)法Meta分析獲得了全株玉米青貯DM、Starch、NDF和ADF含量預(yù)測值和變異范圍預(yù)測，并探索了全株玉米青貯中營養(yǎng)成分含量變化的主要影響因素。

表5 全株玉米青貯收獲期對營養(yǎng)成分含量的影響

3.2 青貯天數(shù)對全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的影響

全株玉米青貯過程可分為4個階段：有氧呼吸期、厭氧微生物競爭期、乳酸積累期和相對穩(wěn)定期[15]。有氧呼吸期由于植物細胞呼吸和好氧腐敗菌作用消耗DM和Starch，造成全株玉米青貯營養(yǎng)損失；厭氧微生物競爭期乳酸菌和厭氧腐敗菌競爭，乳酸菌逐漸占優(yōu)；乳酸積累期由于優(yōu)勢菌群乳酸菌的作用消耗可溶性糖，促使pH下降；相對穩(wěn)定期由于低pH抑制乳酸菌生長，青貯進入穩(wěn)定階段，營養(yǎng)成分不再損失。全株玉米青貯過程中僅有氧呼吸期會造成DM和Starch損失，但該階段時間較短，裝填壓實時嚴密封埋也可以減少該階段的不利影響[16]，因此一般全株玉米青貯過程中營養(yǎng)成分變化較小，這與本研究結(jié)果一致，即青貯天數(shù)對飼料的DM、Starch、NDF和ADF含量無顯著影響，王英楠[17]通過比較全株玉米青貯后較青貯前營養(yǎng)成分含量也表明青貯過程中全株玉米營養(yǎng)成分含量變化不大。這一結(jié)果提示，青貯天數(shù)對全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量影響有限，青貯能保持全株玉米營養(yǎng)成分，保證長期可用。

3.3 種植地區(qū)對全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的影響

不同種植地區(qū)的玉米品種和生長環(huán)境不同，這些均會影響全株玉米的收獲品質(zhì)。與青貯飼料的合理調(diào)制與質(zhì)量評定標準[14]比較，我國青貯中DM含量為30.72%，Starch含量為23.44%，NDF含量為44.15%，ADF含量為25.23%，其品質(zhì)可以達到第2等級，但我國全株玉米青貯中DM和Starch含量預(yù)測值顯著低于美國和歐盟，NDF和ADF含量預(yù)測值高于美國和歐盟，尤其是Starch含量預(yù)測值與美國和歐盟的差距最為明顯，低于美國和歐盟20%左右。這一結(jié)果表明提高我國全株玉米青貯品質(zhì)要優(yōu)先從提高Starch含量入手，與張成華等[18]的研究結(jié)果一致。

3.4 收獲期對全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的影響

收獲期也是影響全株玉米營養(yǎng)成分含量的重要因素，前人研究中和生產(chǎn)上常使用玉米籽實乳線位置劃分收獲期，Zhang等[19]研究表明應(yīng)在1/3乳線期收獲，Borreani等[20]研究表明應(yīng)在1/2乳線期收獲，姜富貴等[21]研究表明應(yīng)在3/4乳線期收獲。本研究表明，適當推遲收獲期可降低含水量，提高DM含量預(yù)測值，3/4乳線期以前NDF和ADF含量預(yù)測值升高的速率較慢，3/4乳線期以后全株玉米的木質(zhì)化進程加快[19,22]，NDF和ADF含量預(yù)測值升高，與王旭哲[7]的研究結(jié)果一致。由此可見，2/3乳線期收獲的全株玉米DM和Starch含量預(yù)測值較高(32.79%，27.96%)，NDF和ADF含量預(yù)測值最低(42.77%，22.95%)，嚴格按照2/3乳線期收獲制作青貯可提高我國全株玉米青貯品質(zhì)。

3.5 本研究的局限性

本研究中全株玉米青貯各成分含量的分析結(jié)果存在異質(zhì)性和發(fā)表偏移，可能源于玉米品種、生長環(huán)境、采樣時間和種植密度各有所異，但各項影響因素均相同的文獻數(shù)量有限，進一步細分亞組難以滿足Meta分析要求，因此未對這些影響因素進行進一步剖分；敏感分析表明，去除單項研究后，結(jié)果改變量均低于5%，表明本研究結(jié)果穩(wěn)定可靠。本研究結(jié)果為認識全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量的普遍規(guī)律和影響因素提供了數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié) 論

本研究通過對全株玉米青貯的4個評估指標進行Meta分析，得到具有較高可信度的效應(yīng)值和變異范圍；青貯天數(shù)對全株玉米青貯中DM、Starch、NDF和ADF含量無顯著影響；我國全株玉米青貯中DM和Starch含量預(yù)測值低于美國和歐盟，NDF和ADF含量預(yù)測值高于歐盟；制作青貯的全株玉米最佳收獲期為2/3乳線期。