混貯原料對全株玉米青貯粗蛋白質(zhì)含量及發(fā)酵品質(zhì)的影響

任紅陽,鄭林峰,王自立,王紅亮*

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 國家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究院 植物-土壤相互作用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193; 2.杭錦后旗農(nóng)牧業(yè)綜合保障中心,巴彥淖爾 015400)

我國畜禽養(yǎng)殖存欄量逐年上升,對優(yōu)質(zhì)飼草的需求也與日俱增,全株青貯玉米已經(jīng)成為反芻動物養(yǎng)殖業(yè)中主要的飼草之一[1-2],其作為一種質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的粗飼料被廣泛應(yīng)用。全株玉米由于含有豐富的糖類和纖維素等養(yǎng)分,更容易青貯成功,保存時(shí)間長,可作為春、冬季牛、羊的優(yōu)質(zhì)飼料來源,但其粗蛋白質(zhì)(crude protein, CP)含量相對較低[3]。此外,我國尚有大量的農(nóng)業(yè)或加工業(yè)副產(chǎn)物如秸稈、糟渣等非常規(guī)飼料資源正在低值化使用[4]。混合青貯能夠促進(jìn)不同原料的營養(yǎng)成分互補(bǔ)以及種間微生物互作以實(shí)現(xiàn)青貯飼料營養(yǎng)均衡與適口性提升,尤其能夠解決副產(chǎn)物原料難以單獨(dú)青貯或青貯飼料CP含量不高等問題,既緩解了我國飼草資源緊缺的壓力,又減少了農(nóng)業(yè)廢棄物的環(huán)境污染[5]。目前,關(guān)于全株玉米與其它飼草或副產(chǎn)物混合青貯的研究較多,但不同混貯原料的組合以及混貯比例對青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響效果并不一致[6-7]。因此,本文系統(tǒng)總結(jié)了全株青貯玉米與豆科牧草、禾本科牧草以及副產(chǎn)物的最佳混合比例及其對青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響,為我國青貯飼料資源的開發(fā)和合理應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 青貯飼料質(zhì)量分級

表1總結(jié)了不同青貯飼料質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn),質(zhì)量等級大致分為3～5級,主要包括pH、氨態(tài)氮/總氮(ammonia nitrogen/total nitrogen, NH3-N/TN)、乳酸/總酸(lactic acid/total acid, LA/TA)、乙酸(acetic acid/total acid, AA/TA)、丁酸/總酸(butyric acid/total acid,BA/TA)等指標(biāo)。pH直接反映全株玉米青貯過程中產(chǎn)生的總酸含量,是青貯飼料是否發(fā)酵良好的重要指標(biāo)。NH3-N/TN的比值反映全株玉米青貯過程中氨基酸和蛋白質(zhì)的分解程度,比值越小,說明全株玉米青貯中蛋白質(zhì)分解越少,青貯品質(zhì)越高,當(dāng)NH3-N/TN≤10%時(shí)表明發(fā)酵過程良好[8]。LA是青貯飼料中含量最高、酸性最強(qiáng)的有機(jī)酸,也是pH快速下降、抑制微生物生命活動的主要因素,主要由同型乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生[9]。AA能夠非常明顯抑制有害微生物的生長繁殖,提高全株玉米的有氧穩(wěn)定性[10]。BA是由梭菌等不良微生物將青貯飼料中的乳酸或原料中的糖分解產(chǎn)生,同時(shí)伴隨著能量的損失和蛋白質(zhì)的降解,生成的胺或氨使青貯飼料具有惡臭氣味,其含量越高則青貯飼料品質(zhì)越低;但是梭菌不耐酸,pH降至4.2以下即可被抑制[11-12]。當(dāng)青貯飼料pH低于4.2時(shí),乳酸菌自身的繁殖活動也受到抑制,同樣也不能生長或繁殖,此時(shí),各種微生物活動進(jìn)入相對穩(wěn)定的時(shí)期,形成了一個(gè)微生物平衡循環(huán),進(jìn)而達(dá)到青貯飼料的穩(wěn)定儲藏。

2 混貯對全株玉米蛋白質(zhì)含量及發(fā)酵品質(zhì)的影響

本文依據(jù)混貯原料所屬類別,將國內(nèi)外研究中常見的混貯原料劃分為豆科作物、禾本科作物、副產(chǎn)物三類,全面綜述了與全株玉米單貯相比,不同類型混貯原料對全株玉米的干物質(zhì)(dry matter, DM)含量、CP、pH、NH3-N/TN、有機(jī)酸(organic acid, OA)等主要營養(yǎng)及發(fā)酵組分的影響。

2.1 與豆科作物混貯

我國飼料存在巨大缺口,尤其是蛋白飼料資源國內(nèi)供應(yīng)嚴(yán)重不足。2021年蛋白飼用原料(大豆等)累計(jì)進(jìn)口9.9 ×107噸,其中大豆進(jìn)口9.7×107噸,飼用大豆基本全部依賴進(jìn)口。此外,我國優(yōu)質(zhì)牧草如苜蓿等也嚴(yán)重短缺,未來幾年缺口至少120萬噸[14]。全株玉米是一種常見的飼草作物,含有豐富的糖類和纖維素等養(yǎng)分,易于制作青貯飼料,但其CP含量較低。豆科作物如苜蓿、大豆和豌豆等CP含量普遍較高,一般在10%～23%[15-17],但是豆科牧草具有可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrates, WSC)和DM含量低、緩沖能力高等特性,導(dǎo)致其單獨(dú)青貯時(shí)的NH3-N/TN和BA含量均較高,易發(fā)生腐敗[18-19]。將全株玉米與豆科作物二者混合青貯,既可解決豆科作物青貯難的問題,又可提高青貯飼料的營養(yǎng)價(jià)值,改善發(fā)酵品質(zhì)(表2)[19-37],從而緩解我國優(yōu)質(zhì)牧草的進(jìn)口壓力。全株玉米與豆科作物混貯的CP含量與全株玉米單貯相比明顯增加,但由于作物種類、混貯比例、混貯時(shí)間等因素導(dǎo)致其變化幅度較大(9.4%～135.6%)。研究顯示,全株玉米與苜?；熨A對CP含量有較大提升,但NH3-N/TN含量也相應(yīng)升高[29],這表明混貯增加了蛋白質(zhì)的降解量。然而,將全株玉米與大豆、秣食豆和扁豆等混貯,結(jié)果顯示NH3-N/TN含量僅略微升高,甚至部分低于全株玉米單貯[15,28-29]。研究表明,混貯飼料中LA和AA含量與青貯原料的DM有關(guān),當(dāng)DM處于25%～35%之間最為適宜[38-39]。全株玉米與豆科作物混貯基本檢測不到BA含量(表2),因?yàn)榛熨A增加了青貯原料的WSC,為乳酸菌發(fā)酵提供了充足底物,利于LA生成,促使pH快速下降,有效抑制了梭菌等腐敗菌繁殖[25]。進(jìn)一步分析可知,高比例苜蓿與全株玉米混貯LA產(chǎn)生較少,pH下降較慢,不能有效抑制有害微生物活性,進(jìn)而導(dǎo)致CP損失增加[40],但是隨著全株玉米比例的增加,混貯飼料LA含量增加,pH降低,品質(zhì)也更好。通常來講,在鮮物質(zhì)基礎(chǔ)上使用≥20%全株玉米與苜蓿混貯,總體發(fā)酵品質(zhì)更好[20-22]。如表2所示,混貯飼料的pH在3.7～4.7之間,相比全株玉米單貯略有升高。因?yàn)槎箍谱魑锉旧韕H較高,全株玉米與豆科作物混合青貯pH≤4.7范圍內(nèi)也都是理想的[41]。研究顯示,全株玉米與大豆以25/75比例混貯,pH(4.7)遠(yuǎn)高于我國優(yōu)質(zhì)青貯玉米的標(biāo)準(zhǔn),但CP、DM以及LA含量更高,發(fā)酵質(zhì)量整體表現(xiàn)更好[27]?？傮w來講,全株玉米與豆科作物混貯能夠?qū)崿F(xiàn)養(yǎng)分的互補(bǔ),增加青貯飼料的CP含量,同時(shí)增加LA和 AA含量,改善了青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)。

表1 青貯玉米發(fā)酵指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)比較Table 1 Comparison of different standard fermentation indicator classifications for silage corn

表2 全株玉米與豆科作物混貯對其發(fā)酵品質(zhì)的影響

2.2 與禾本科作物混貯

禾本科作物是農(nóng)區(qū)和半農(nóng)牧區(qū)冬、春季青貯飼料和優(yōu)質(zhì)干草的主要來源,對畜牧業(yè)的發(fā)展有十分重要的作用,但是近年來面臨著供需缺口和進(jìn)口壓力加大等問題。2015年,燕麥和高粱等產(chǎn)品總進(jìn)口量達(dá)到2 158.6萬噸,是2010年的8.8倍[42]。2021年,高粱等飼用谷物原料累計(jì)進(jìn)口6.033 3×107噸,較上年增長84.2%[43]。高粱具有含糖量高、抗逆性強(qiáng)、可在缺乏水資源的地區(qū)種植等優(yōu)勢,但其淀粉含量偏低[44];燕麥具有豐富的CP和WSC,但其水分含量高導(dǎo)致單獨(dú)青貯不易成功,傳統(tǒng)的加工方式中常將燕麥制成青干草,在晾曬過程中易造成養(yǎng)分損失,如遇雨雪等特殊天氣時(shí)更易造成嚴(yán)重?fù)p失和浪費(fèi)[45]。而全株玉米具備生物產(chǎn)量高、纖維含量較低、淀粉及能值高等特點(diǎn),且水分適中、自然附著乳酸菌較多,因此青貯較容易成功[46],但在實(shí)際生產(chǎn)中也面臨生產(chǎn)成本高、需水量大、對自然條件要求較高等問題。所以全株玉米與禾本科作物混播、混貯,在一定程度上可以解決部分禾本科牧草單獨(dú)青貯的缺陷,從而改善其青貯品質(zhì),但不同類型禾本科作物混貯對全株玉米發(fā)酵品質(zhì)的影響卻不盡相同(表3)。郭婷等[47]將不同品種的燕麥與全株玉米按不同比例混貯,結(jié)果發(fā)現(xiàn)品種對青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)影響較大;其中,白燕8號與玉米最優(yōu)混合比例為3∶7,此時(shí)青貯飼料的pH(3.26)、NH3-N/TN和BA含量均較低,發(fā)酵品質(zhì)最優(yōu)。此外,有研究顯示糯玉米與普通玉米相比,蛋白質(zhì)、賴氨酸和色氨酸等含量較高[48];但因具有較高的水分和較低的WSC含量,導(dǎo)致青貯時(shí)缺乏供乳酸菌發(fā)酵的底物,容易青貯失敗,而與普通玉米按3∶7的混貯提升了CP含量15.3%,NH3-N/TN降低15.5%,說明混貯有效抑制了蛋白質(zhì)降解,提高了青貯品質(zhì)[49]。柳茜等[50]研究發(fā)現(xiàn),玉米與高粱按照1∶1和7∶3混貯青貯發(fā)酵品質(zhì)均較好,但1∶1混貯會導(dǎo)致CP含量下降(高粱CP含量較低)。胡遠(yuǎn)彬等[51]研究顯示,象草和全株玉米以2∶8比例混貯效果最佳,青貯飼料品質(zhì)與全株玉米單貯接近;盡管混貯飼料CP含量與全株玉米單貯相比降低7.7%,但與象草單貯相比各指標(biāo)含量均顯著降低,其中pH降低5.9%、NH3-N/TN降低70.9%、BA和LA含量也分別降低50%和46%。綜上所述,全株玉米與禾本科作物混貯能夠彌補(bǔ)某些禾本科作物單貯的不足,但應(yīng)注意選擇適當(dāng)?shù)幕熨A比例及飼草品種以確保在彌補(bǔ)其他飼草單貯不足的同時(shí)保障較佳的青貯飼料品質(zhì)。

2.3 與副產(chǎn)物混貯

我國每年大約產(chǎn)生7億噸秸稈和5.8億噸加工副產(chǎn)物,因不易加工處理、流通成本高、季節(jié)性強(qiáng)和地理范圍局限性等問題導(dǎo)致副產(chǎn)物的合理利用率平均不到40%,隨意丟棄腐爛變質(zhì)或直接燃燒污染環(huán)境的約占60%,不僅造成了農(nóng)民收入和企業(yè)效益大大降低,而且造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[53-55]。食品副產(chǎn)品如濕酒糟等含有較為豐富的蛋白質(zhì)、維生素和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì),具有較高的飼喂價(jià)值,但因其水分含量較高,高溫時(shí)易腐敗,難以長期保存。農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物諸如花生秧、向日葵秸稈等大多加工制成干草、草粉等飼喂畜禽,若將其調(diào)制成青貯飼料能更好地保存養(yǎng)分,同時(shí)還能降低干草貯存過程中霉變的風(fēng)險(xiǎn)。全株玉米中豐富的糖類養(yǎng)分可以為微生物活動提供能量,能夠促進(jìn)副產(chǎn)物(如秸稈)中纖維素和蛋白質(zhì)等養(yǎng)分的降解,在一定程度上改善粗飼料的營養(yǎng)品質(zhì)[56]。因此,將副產(chǎn)物與全株玉米混貯制成青貯飼料,不但能夠提高農(nóng)副產(chǎn)品循環(huán)利用效率,降低飼料成本,也能使青貯飼料營養(yǎng)更加均衡、風(fēng)味口感更加豐富。不同類型副產(chǎn)物混貯對全株玉米發(fā)酵品質(zhì)的影響如表4所示。Mjoun等[56]將玉米與濕酒糟混貯,LA產(chǎn)量隨著濕酒糟添加量的增加而降低,可能是混貯改變了發(fā)酵模式,導(dǎo)致乳酸發(fā)酵轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜岬牧吭黾?這與Moyo等[57]的研究發(fā)現(xiàn)一致。此外,濕酒糟與全株玉米混貯還可以解決濕酒糟冬季單貯結(jié)冰的問題[58]。蔣金娟等[59]將全株玉米和甘蔗梢以7∶3的比例混貯發(fā)現(xiàn),NH3-N/TN降低11.9%、LA增加12.7%;但隨著甘蔗梢比例增加,同型乳酸菌發(fā)酵逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楫愋腿樗峋l(fā)酵,導(dǎo)致乳酸分解為乙酸,使得飼料中WSC含量下降。中藥渣中含有大量的CP和微量元素等營養(yǎng)物質(zhì),且價(jià)格低廉,將其應(yīng)用于全株玉米青貯中能夠改善青貯飼料的營養(yǎng)品質(zhì)或促進(jìn)動物健康[60-61]。研究顯示,單一及混合中藥渣與全株玉米混貯均能提升青貯飼料發(fā)酵品質(zhì),但不同藥渣的最佳添加比例和改善效果并不相同。例如,添加5%的黨參藥渣對青貯飼料品質(zhì)改善效果較好;牛蒡藥渣及川芎藥渣的添加均能改善青貯品質(zhì),但牛蒡藥渣對青貯品質(zhì)的改善效果優(yōu)于川芎藥渣[62]。綜上所述,青貯玉米與副產(chǎn)物混貯能夠提高青貯成功率和資源化利用效率,但可能降低青貯飼料的營養(yǎng)品質(zhì)。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中要根據(jù)青貯原料特性(DM、pH等)選取適宜的混貯比例或青貯方式以最大程度提升青貯飼料品質(zhì)。

表3 全株玉米與禾本科作物混貯對其發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 3 Effects of whole corn mixed ensiling with grasses on silage fermentation quality %

3 小結(jié)

青貯飼料是我國反芻動物生產(chǎn)重要的飼草資源,其青貯品質(zhì)的高低直接關(guān)系到畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。利用青貯玉米進(jìn)行混貯能夠充分發(fā)揮各青貯原料的優(yōu)點(diǎn),既解決了某些原料單獨(dú)青貯飼料品質(zhì)不佳的問題,又提高了非常規(guī)飼料資源的利用率,但在實(shí)際生產(chǎn)中需要根據(jù)原料的特性進(jìn)行適宜混合比例的研究以確保不影響青貯飼料的品質(zhì)。此外,青貯玉米與其他飼草混播混貯的方式制作青貯飼料操作簡便、可行性高,且具有低成本和高營養(yǎng)價(jià)值的優(yōu)點(diǎn),可考慮推廣應(yīng)用,但需考慮品種、地區(qū)、收獲期等種植模式的差異。

表4 全株玉米與副產(chǎn)物混貯對其發(fā)酵品質(zhì)的影響