青貯密度和青貯時間對紫花苜蓿發(fā)酵品質(zhì)及營養(yǎng)成分的影響

郝俊峰， 于浩然， 賈玉山， 王志軍， 格根圖*， 李宇宇， 孫 林

(1. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院， 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019； 2. 內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031)

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)富含蛋白質(zhì)和多種礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，栽培歷史悠久，適口性好，有“牧草之王”[1-2]之稱。苜蓿加工方式有很多，干草調(diào)制是最為常見的方式，但這種方式因苜蓿二、三茬收獲時恰逢雨季和莖葉干燥速度不一致等原因?qū)е聽I養(yǎng)成分損失較大[3]。因此，為了避免減少苜蓿調(diào)制過程中營養(yǎng)成分損失，經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者多年的研究發(fā)現(xiàn)，制作青貯飼料是解決以上問題的理想措施[3-6]。與調(diào)制苜蓿干草相比，制作青貯飼料不僅不易受天氣條件影響，而且可以有效地降低營養(yǎng)物質(zhì)的損耗。研究發(fā)現(xiàn)制成青貯后的苜蓿蛋白質(zhì)含量豐富，適口性良好，消化率極高，且易受家畜采食[3-4]。影響苜蓿青貯效果的因素較多，其中一個重要的因素是青貯密度。青貯密度過低導(dǎo)致青貯飼料的容量小，影響好氧微生物的生命活動和呼吸作用，導(dǎo)致乳酸菌發(fā)酵底物損失，從而加速青貯飼料中蛋白質(zhì)的降解，進(jìn)而影響青貯品質(zhì)[7]。而密度太大會使得青貯料的溫度過高，導(dǎo)致青貯料發(fā)霉腐爛，致使青貯料中營養(yǎng)物質(zhì)流失，影響發(fā)酵品質(zhì)[8]。青貯發(fā)酵品質(zhì)除了受青貯密度的影響外，青貯時間的長短對青貯品質(zhì)也有一定的影響。適宜的青貯時間可促進(jìn)有益微生物在厭氧條件下更好的發(fā)酵，對改善青貯飼料的品質(zhì)和提高飼料穩(wěn)定性具有積極的影響[9-10]。目前，國內(nèi)關(guān)于苜蓿青貯的研究多集中于添加劑種類或青貯密度對青貯品質(zhì)的影響，而青貯密度和青貯時間交互作用的研究尚少見報道。因此，本試驗選擇青貯密度和青貯時間兩個因素，旨在研究兩因素及其交互作用對苜蓿青貯品質(zhì)的影響，以期為苜蓿青貯的生產(chǎn)實踐提供理論依據(jù)和參考價值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以內(nèi)蒙古鑫泰農(nóng)業(yè)科技有限公司種植基地種植的第二茬紫花苜蓿(苜蓿處于初花期)為供試原料，品種為‘WL232HQ’紫花苜蓿。供試原料干物質(zhì)為33.9%，粗蛋白含量為24.71%DM，中性洗滌纖維為42.00%DM，酸性洗滌纖維為35.54%DM，可溶性碳水化合物為4.87%DM。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗采用雙因素試驗設(shè)計，分別為青貯密度和青貯時間。青貯密度設(shè)3個處理，分別為550，600和650 kg·m-3，用A1，A2，A3表示；青貯時間設(shè)3個處理，分別為30，60和120 d，用B1，B2，B3表示。將初花期的‘WL232HQ’紫花苜蓿刈割，留茬高度為8 cm，待含水量達(dá)到65%～70%時，切碎至2～3 cm，混合均勻，按照不同青貯密度稱取紫花苜蓿原料，分別按3個密度稱取275，300和325 g裝入體積為500 mL聚乙烯青貯罐中，每個處理重復(fù)3次。于青貯第30，60和120 d進(jìn)行開罐取樣，分析其發(fā)酵品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)。

1.3 測定項目及方法

1.3.1營養(yǎng)成分指標(biāo) 青貯開罐后稱取120 g左右的樣品于105℃殺青20 min后，于65℃烘48 h達(dá)到恒重。將烘干的青貯料分別經(jīng)40目和100目過篩，裝于自封袋保存，用于后續(xù)指標(biāo)的測定。參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[11]對苜蓿的干物質(zhì)(Dry matter，DM)、粗蛋白(Crude protein，CP)、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)、可溶性碳水化合物(Water soluble carbohydrate，WSC)和粗脂肪(Ether extract，EE)進(jìn)行測定。

1.3.2發(fā)酵品質(zhì)的測定 青貯開罐后取10 g左右青貯樣品，加入蒸餾水90 mL，充分?jǐn)嚢?，隨后置于拍打式無菌均質(zhì)器(JX-0.5，上海)中，拍打1 min，用4層紗布過濾后，中速定性濾紙過濾至離心管中，得青貯提取液，-20℃保存，用于下一步發(fā)酵品質(zhì)的測定。取其中一部分提取液用HANNA pH 211型精密pH計測定pH值，氨態(tài)氮采用苯酚次氯酸鈉比色法測定[12]；另取一部分提取液經(jīng)0.45 μm微孔濾膜濾過，上機檢測。采用Waters Alliance e2695型高效液相色譜儀測定乳酸(Lactic acid，LA)、乙酸(Acetic acid，AA)、丙酸(Propionic acid，PA)及丁酸(Butyric acid，BA)，其中色譜柱為PSpak KC-811(8.0 mmID×300 mmL)，流動相為3 mmol·L-1高氯酸溶液，流速為1 mL·min-1，進(jìn)樣量為5 μL，檢測波長為210 nm[10]。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

采用SPSS 24軟件中的一般線性模型進(jìn)行Two-way ANOVA方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同青貯密度和時間對紫花苜蓿發(fā)酵品質(zhì)的影響

由表1可知，除乙酸和丁酸含量外，密度和時間的互作效應(yīng)對苜蓿青貯的其他發(fā)酵指標(biāo)有顯著影響(P<0.05)。對pH值而言，在A1和A3密度下，B3處理的pH值顯著高于B1和B2的樣品(P<0.05)。而在A2密度下，B1的樣品pH值最高；不同密度下的乳酸含量均隨著青貯時間的延長呈先增加后減少的趨勢，其中以A2B2處理組乳酸含量最高，且與其他處理差異顯著(P<0.05)；A3密度處理的樣品，乙酸含量顯著高于A2處理(P<0.05)，其余處理間差異不顯著；丙酸含量以A1B1處理組最高；丁酸含量只有A2B1，A2B2以及A3B2處理組中未被檢測到，其余處理組均被檢測到；在A2和A3密度下，氨態(tài)氮/總氮隨著青貯時間延長呈先降低后升高的趨勢。其中A2B2組樣品氨態(tài)氮/總氮最低，顯著低于其他處理組(P<0.05)。

表1 青貯密度和時間對苜蓿青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 1 The effect of ensiling density and time on fermentation quality of alfalfa silage

2.2 不同青貯密度和青貯時間對紫花苜蓿營養(yǎng)品質(zhì)的影響

由表2可知，各處理組的營養(yǎng)成分變化不一致。除CP含量外，密度和時間的互作效應(yīng)對苜蓿青貯后的營養(yǎng)成分影響顯著(P<0.05)。對DM含量而言，在A1和A2密度下，B2處理的DM含量高于B1和B3的樣品，而在A3密度下，B1處理的樣品DM含量最高；A1和A2密度處理的CP含量隨著青貯時間的延長呈增加趨勢，其中以A2B3處理組樣品CP含量最高；NDF和ADF含量以A1B1處理組最低；不同密度處理下，WSC含量隨著青貯時間的延長呈上升趨勢。而B3處理的WSC含量隨著青貯密度的增加呈下降趨勢；在A2和A3密度下，EE含量隨著青貯時間延長呈上升趨勢，而A1密度則呈下降趨勢。

3 討論

3.1 青貯密度和青貯時間對苜蓿發(fā)酵品質(zhì)的影響

在調(diào)制青貯飼料過程中，裝填密度是決定青貯飼料加工成功是否的關(guān)鍵因素[13]。合理的青貯密度有利于罐中空氣的排出，營造一個良好的厭氧環(huán)境，抑制有害微生物的生長，促進(jìn)乳酸菌更好的發(fā)酵。青貯飼料發(fā)酵過程中，乳酸產(chǎn)生、pH值下降速度加快是抑制梭狀芽胞桿菌的生命活動、減少發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)分解的主要因素[12]。本試驗各密度處理組均以青貯60 d時，pH值最低，同時乳酸含量較其他處理組最高，發(fā)酵效果較好，說明較低的pH值對提高苜蓿發(fā)酵品質(zhì)起到了積極促進(jìn)作用[14]。此外，氨態(tài)氮與總氮的比值在青貯過程中也起著不可或缺的作用，一方面體現(xiàn)了青貯發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)的降解程度，另一方面還是影響青貯飼料氮在反芻動物瘤胃中利用效率的重要因素之一[15-16]。青貯密度為600 kg·m-3時，青貯30，120 d處理氨態(tài)氮/總氮較高，表明蛋白質(zhì)的分解程度較高，這與王木川等[3]、Braman等[14]研究結(jié)果相同。

表2 青貯密度和時間對苜蓿青貯飼料營養(yǎng)品質(zhì)的影響Table 2 The effect of ensiling density and time on nutritional quality of alfalfa silage

青貯的本質(zhì)是原料通過乳酸菌發(fā)酵分解糖類，產(chǎn)生了乳酸以及部分乙酸，使得pH值降低，抑制微生物的生命活動來達(dá)到長期保存青飼料的目的[16]。因此，發(fā)酵品質(zhì)的好壞直接反映了青貯品質(zhì)，而發(fā)酵品質(zhì)中乳酸含量、pH值及丙酸含量是決定發(fā)酵品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。本研究中，隨著青貯時間的延長，乳酸含量先增加后減少，乙酸含量略顯增加，丙酸含量呈下降趨勢，其中青貯60 d時，乳酸含量最高，發(fā)酵效果較好，這一結(jié)果與鄒詩雨等[17]研究相一致，說明乳酸含量越高發(fā)酵越有效，同時丙酸含量和pH值越低，則越有益于抑制青貯過程中有害微生物的生命活動，進(jìn)而保證了青貯品質(zhì)。

3.2 青貯密度和青貯時間對苜蓿營養(yǎng)品質(zhì)的影響

充足的WSC是飼料青貯的關(guān)鍵因素，同時為乳酸菌的繁殖提供了足夠的營養(yǎng)底物[18]。本研究中，紫花苜蓿的WSC含量為4.87%DM，低于青貯玉米的WSC含量[19]，其原因為本研究試驗材料為紫花苜蓿，WSC含量低為豆科牧草苜蓿的本身屬性。同時，本研究所在區(qū)域為河套平原鹽堿地，土壤中的鹽脅迫也會對苜蓿中的WSC積累起著抑制作用[10,20-21]。在青貯過程中，青貯容器內(nèi)的空氣存量會影響微生物的活動和呼吸作用，從而造成青貯料中的營養(yǎng)成分和這乳酸發(fā)酵底物的損失[3]。本試驗發(fā)現(xiàn)紫花苜蓿青貯時間60 d的處理組中，隨著青貯密度的增加，WSC含量呈先迅速降低后逐漸上升趨勢，即WSC含量減少量逐漸降低，其原因為青貯早期苜蓿中WSC含量較高，為乳酸菌的發(fā)酵提供了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)[22]，使得乳酸菌活躍產(chǎn)生大量乳酸，伴隨青貯密度的增加，pH值逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，從而減少了對WSC的消耗量[23]。

在密閉條件下，青貯料中的乳酸菌逐漸占領(lǐng)優(yōu)勢，使得青貯發(fā)酵進(jìn)入乳酸發(fā)酵過程，這一過程時間越短、乳酸發(fā)酵越有效，青貯品質(zhì)也越好[16]。Zhang等[24]研究發(fā)現(xiàn)羊草青貯30 d后，由于乳酸菌發(fā)酵，CP和WSC含量下降。本試驗發(fā)現(xiàn)密度為650 kg·m3、青貯60 d的樣品CP和EE含量較青貯30 d有所增加，DM含量有所減少。CP含量增加可能是因為乳酸菌在青貯發(fā)酵過程中消耗了WSC等營養(yǎng)物質(zhì)，DM含量逐漸減少，表現(xiàn)出苜蓿青貯隨著時間延長，CP含量相對增加。此外，微生物蛋白含量相對較高，達(dá)50%～60%，在發(fā)酵過程中乳酸菌等微生物不斷繁殖，也有提高青貯CP含量的作用[17,25]。

本試驗中，隨著青貯時間的延長，各密度處理下的CP含量較供試原料(24.71%DM)都有所降低，其原因為青貯過程中腐敗微生物梭菌分解了青貯原料中硝酸鹽、亞硝酸鹽以及氨基酸，產(chǎn)生了氨態(tài)氮，這些生物活動都會消耗青貯蛋白的含量[23,26]。本試驗中，密度為550和600 kg·m-3、青貯120 d的樣品DM含量較青貯原料(33.9%)下降最為明顯，與Schmidt等[27]研究結(jié)果相一致。伴隨著發(fā)酵過程中微生物的生長和繁殖，DM消耗量也隨發(fā)酵時間增加而增大。由于發(fā)酵早期微生物的生命活動，通過消耗營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生纖維素酶[28]，使得ADF和NDF下降較快，到發(fā)酵中期趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)論

本研究中，青貯密度和時間的交互作用對乙酸和CP含量無顯著影響，對其他所有成分有顯著影響。綜合比較，密度為600 kg·m-3、青貯60 d時，‘WL232HQ’紫花苜蓿青貯料中保留了較好的營養(yǎng)價值。測定指標(biāo)pH值、丙酸和氨態(tài)氮/總氮值較低，乳酸含量較高，DM和CP含量較高，青貯效果最佳。因而，此組合也為最優(yōu)組合。