通遼地區(qū)種植密度和添加劑對4個品種全株玉米青貯后發(fā)酵品質、營養(yǎng)成分和體外消化率的影響

陳 雪 張洪瑞 王一凡 吉方財 王 磊 包錦澤 卓興良 賈婷婷 玉 柱

(中國農業(yè)大學草業(yè)科學與技術學院,北京 100193)

青貯玉米一直是反芻動物飼料中重要的粗飼料來源[1],已成為全球使用最廣泛的青貯原料[2]。全株玉米生物產量高,具有可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate,WSC)含量高、營養(yǎng)豐富、適口性好、易加工以及耐貯藏等優(yōu)點[3],其青貯質量受品種、收獲期和添加劑等因素的影響[4]。青貯玉米品種本身的遺傳特性是影響青貯品質的主要因素[5],不同品種的全株玉米適宜的栽培密度也不同,其青貯效果的差異也較大。由于光熱條件不同,同一青貯玉米品種在不同地區(qū)的生長表現(xiàn)也不同[6]。通遼地區(qū)用于青貯調制的全株玉米品種多,但品質差別較大。由于品種的多樣性,養(yǎng)殖業(yè)和小型農戶選擇青貯用玉米品種一般是依據經驗或他人推薦,所以農民選擇品種具有盲目性,進而嚴重影響種植青貯玉米的收益。因此,選擇適應當地的優(yōu)質青貯玉米品種和合理的種植密度,能夠幫助養(yǎng)殖企業(yè)和農牧民選擇青貯玉米品種。

此外,玉米青貯時使用添加劑可以提高青貯飼料的營養(yǎng)價值,降低干物質(dry matter,DM)損失,提高青貯飼料消化率[7]。近年來,隨著青貯飼料添加劑的研究和應用越來越多,青貯飼料的發(fā)酵品質和營養(yǎng)價值逐步提升[8]。玉米在自然生長的狀態(tài)下附著的乳酸菌數量較少,但酵母菌和霉菌等不利于青貯發(fā)酵的有害微生物較多,利用布氏乳桿菌(Lentilactobacillusbuchneri,LB)制作的微生物添加劑可以在青貯發(fā)酵過程發(fā)揮作用,將產生的乳酸(lactic acid,LA)降解為具有抗真菌特性的乙酸(acetic acid,AA),使pH下降[9],抑制有害微生物增殖,從而提高青貯飼料發(fā)酵品質[10]。因此,選擇適宜青貯玉米的品種、種植密度和青貯添加劑可以在生產和加工層面促進農民增收和企業(yè)增效。

本研究以通遼地區(qū)4個玉米品種為研究對象,在不同種植密度下進行播種,收獲后添加微生物菌劑青貯,測定青貯前后發(fā)酵品質、營養(yǎng)成分和體外消化率,并運用相關性分析和主成分分析方法對全株玉米青貯進行綜合評價,旨在篩選出通遼地區(qū)適栽的青貯玉米品種、種植密度和添加劑,以期為該地區(qū)全株玉米種植提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗地位于內蒙古通遼市科爾沁左翼中旗國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)園區(qū),海拔178 m。供試青貯玉米品種有4個,分別是:“大康205”、“高油958”、“中玉335”和“中農787”。種植期間設置2個種植密度,分別是低密度和高密度(低密度為6.75×104株/hm2,采用大壟寬0.8 m,小壟寬0.4 m,株距25 cm;高密度為8.25×104株/hm2,采用大壟寬0.8 m,小壟寬0.4 m,株距20 cm。滴灌帶淺埋于小壟中間2～4 cm。田間南北設有過道,相鄰品種間空1壟)。種植玉米于乳熟中期至蠟熟期收獲,進行青貯調制。

1.2 青貯調制方法

青貯玉米于2021年5月31日播種,種植112 d,在2021年9月20日刈割,收獲時“中玉335”和“中農787”處于乳熟期、“大康205”和“高油958”處于蠟熟期,當地氣溫1～13 ℃。將收獲后的玉米原材料粉碎切短至2～3 cm,然后進行添加劑處理:1)添加布氏乳桿菌,添加量為1×106CFU/g FM,由中國農業(yè)大學牧草生產與加工利用實驗室提供;2)無添加劑(CK)作為對照,添加等量蒸餾水。每個青貯桶裝入原料2 400 g(每個青貯桶容積為3 L),將原料與添加劑混合均勻后裝入青貯桶中,青貯密度=2 400 g/3 L=800 kg/m3,每個處理3個重復,室溫下發(fā)酵200 d。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 發(fā)酵品質

開罐后取樣品20 g進行分析,倒入180 mL蒸餾水均勻攪拌,于4 ℃下浸提24 h后過濾得浸提液,立即用pH計(pHS-3C)測定浸提液pH,置于-20 ℃條件下保存?zhèn)溆?。采用高效液相色譜法(HPLC)測定LA、AA、丙酸(propionic acid,PA)和丁酸(butyric acid,BA)含量,采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定氨態(tài)氮(ammonia nitrogen,NH3-N)含量,利用粗蛋白質(crude protein,CP)測定的全氮來計算氨態(tài)氮/總氮(total nitrogen,TN)[11]。

1.3.2 營養(yǎng)成分

將全株玉米青貯料烘干粉碎,過40目篩,用于測定營養(yǎng)成分含量,結果以DM計。采用楊勝[12]的方法測定DM含量;采用AOAC(2003)測定WSC含量[13];采用范氏洗滌纖維法[14]測定中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)含量;采用高氯酸水解-蒽酮比色法[15]測定淀粉(starch,ST)含量。

1.3.3 體外消化率

試驗瘤胃液供體取自北京中地畜牧科技有限公司的3頭荷斯坦奶牛。晨飼前取瘤胃液于保溫瓶中,迅速帶回實驗室,經過4層紗布過濾放入39 ℃預熱過的收集瓶,通入二氧化碳(CO2)。參照McDougll’s法[16]配制pH為6.80的緩沖液,按照緩沖液∶瘤胃液體積比為4∶1混合成培養(yǎng)液,取50 mL培養(yǎng)液注入含0.5 g樣品的培養(yǎng)瓶內,通入CO2,立即蓋上膠塞和鋁蓋,使用專用封口鉗壓緊,39 ℃恒溫振蕩(100 r/min)培養(yǎng)48 h后,測定體外干物質消化率(invitrodry matter digestibility,IVDMD)和體外中性洗滌纖維消化率(invitroneutral detergent fiber digestibility,IVNDFD)。

1.4 數據統(tǒng)計分析

試驗數據經Excel 2019整理后,采用SPSS 22.0軟件的雙因素方差分析(two-way ANOVA)過程分析品種、種植密度和添加劑處理及其交互作用對全株玉米青貯飼用品質的影響,P<0.05表示差異顯著。全株玉米青貯發(fā)酵品質和營養(yǎng)成分含量的相關性選擇Pearson相關性分析,采用Hit Plot軟件進行相關性繪圖。

2 結果與分析

2.1 品種、種植密度和添加劑對全株玉米青貯發(fā)酵品質的影響

由表1可知,品種對全株玉米青貯發(fā)酵品質各指標均有顯著影響(P<0.05)?！按罂?05”青貯的pH顯著低于“高油958”和“中農787”青貯(P<0.05),所有品種的全株玉米青貯后pH都在4.0以下;“中玉335”青貯的LA和AA含量最高,其中LA含量顯著高于“大康205”和“高油958”青貯,AA含量顯著高于“大康205”青貯(P<0.05);“高油958”青貯的NH3-N含量顯著低于其他品種(P<0.05),PA含量顯著高于“大康205”和“中玉335”青貯(P<0.05);“中玉335”青貯的BA含量最高,顯著高于其他品種(P<0.05)?？傮w來看,“大康205”和“高油958”在6.75×104株/hm2種植密度以及添加布氏乳桿菌時全株玉米青貯發(fā)酵品質優(yōu)于其他處理。從種植密度平均值來看,8.25×104株/hm2種植密度全株玉米青貯發(fā)酵品質優(yōu)于6.75×104株/hm2種植密度。從添加劑平均值來看,添加布氏乳桿菌的全株玉米青貯LA和AA含量高于無添加劑(P>0.05)。此外,品種和種植密度對全株玉米青貯的pH以及NH3-N、AA、LA和PA含量有顯著交互作用(P<0.05),品種、種植密度和添加劑對PA和BA含量有顯著交互作用(P<0.05)。

表1 品種、種植密度和添加劑對全株玉米青貯發(fā)酵品質的影響

2.2 品種、種植密度和添加劑對全株玉米青貯營養(yǎng)成分和體外消化率的影響

由表2可知,品種對全株玉米青貯營養(yǎng)成分含量均有顯著影響(P<0.05)?！按罂?05”青貯的DM(“高油958”除外)和ST含量顯著高于其他品種(P<0.05),NDF和ADF含量最低,顯著低于“中玉335”青貯(P<0.05);“高油958”的營養(yǎng)品質次于“大康205”,“中玉335”的營養(yǎng)品質較差。從種植密度平均值來看,8.25×104株/hm2種植密度全株玉米青貯營養(yǎng)品質優(yōu)于6.75×104株/hm2種植密度。從添加劑平均值來看,與無添加劑相比,添加布氏乳桿菌的全株玉米青貯DM和ST含量較高,NDF和ADF含量較低,表明添加布氏乳桿菌后青貯營養(yǎng)品質得到提升。此外,品種和種植密度對全株玉米青貯的DM、NDF和ADF含量有顯著交互作用(P<0.05),品種和添加劑對ST含量有顯著交互作用(P<0.05),品種、種植密度和添加劑對DM含量有顯著交互作用(P<0.05)。

表2 品種、種植密度和添加劑全株玉米青貯的營養(yǎng)成分和體外消化率的影響

品種對全株玉米青貯體外消化率有顯著影響(P<0.05)?！案哂?58”青貯的IVDMD最高,顯著高于“大康205”和“中玉335”(P<0.05);“大康205”的IVDMD最低,顯著低于其他品種(P<0.05)?！爸杏?35”的IVNDFD顯著高于“高油958”和“中農787”(P<0.05)。品種、種植密度和添加劑相互之間對全株玉米青貯體外消化率均無顯著交互作用(P>0.05)。

2.3 全株玉米青貯發(fā)酵品質與營養(yǎng)成分的相關性分析

如圖1所示,全株玉米青貯NDF和ADF含量與LA、AA、WSC和BA含量呈顯著正相關(P<0.05);NH3-N含量與pH和IVDMD呈顯著負相關(P<0.05),IVDMD與IVNDFD和ST含量呈顯著負相關(P<0.05),IVDMD與pH呈顯著正相關(P<0.05),LA含量與AA含量呈顯著正相關(P<0.05)。

IVNDFD:體外中性洗滌纖維消化率 in vitro neutral detergent fiber digestibility;NH3-N:氨態(tài)氮 ammonia nitrogen;ST:淀粉 starch;PA:丙酸 propionic acid;IVDMD:體外干物質消化率 in vitro dry matter digestibility;LA:乳酸 lactic acid;AA:乙酸 acetic acid;WSC:可溶性碳水化合物 water soluble carbohydrate;BA:丁酸 butyric acid;NDF:中性洗滌纖維 neutral detergent fiber;ADF:酸性洗滌纖維 acid detergent fiber。

3 討 論

3.1 全株玉米青貯發(fā)酵品質

玉米青貯的發(fā)酵參數,如pH、揮發(fā)性脂肪酸含量和氨水平,會影響奶牛的能量攝入[17]。本研究中,各品種的全株玉米青貯pH都低于4.0,表明全株玉米都得到充分的發(fā)酵[4]。Kung等[18]研究發(fā)現(xiàn),玉米青貯的pH在3.7～4.0,這與本研究一致。青貯期間蛋白質降解是不可避免的[1],NH3-N是比較準確的蛋白質水解指標,反映了氨基酸或肽的脫氨作用[19]。本研究中,“高油958”青貯的NH3-N含量顯著低于其他品種,說明該品種玉米蛋白質降解較少;同時,“高油958”青貯AA含量顯著高于“大康205”。在優(yōu)質的青貯中丁酸含量一般都處于低濃度或者不會檢出[5],本研究中各處理青貯丁酸含量較低。

3.2 全株玉米青貯營養(yǎng)成分和體外消化率以及相關性分析

全株玉米青貯擁有玉米籽粒,可有效保存全株玉米營養(yǎng)成分,并提高經濟效益[20]。DM含量反映了全株玉米青貯的營養(yǎng)價值,也決定了青貯飼料的經濟效益[21]。本試驗的“大康205”青貯DM含量最高(33.58%),其次是“高油958”(33.14%)。有研究表明,玉米青貯的DM含量在30%～35%時可以改善奶牛的產奶量[22],說明本研究的玉米青貯DM含量在合理范圍內。本研究中4個品種玉米青貯的ST含量存在顯著差異,其中添加布氏乳桿菌的“大康205”品種在6.75×104株/hm2的種植密度下ST含量最高,可達35.18%。造成這種差異的原因可能是不同品種玉米的籽粒占全株比重不同,導致玉米全株的ST含量不同[23]。IVDMD會隨著木質化和細胞壁厚度的增加而降低[24],本研究中“高油958”青貯的IVDMD最高,這是由于“高油958”品種玉米籽粒中的CP和ST含量較高[25],所以其木質化程度較低。有研究表明,玉米青貯的營養(yǎng)價值與NDF和ADF含量呈負相關,與CP、粗脂肪、鈣和磷含量呈正相關[26]。本研究中,全株玉米青貯ST含量與NDF和ADF含量呈負相關,NDF含量與ADF含量呈顯著正相關,這與王瑛等[27]的研究結果一致,說明ST含量越高,NDF和ADF含量越低。同時,全株玉米青貯WSC含量與LA和PA含量呈負相關,這可能是由于WSC作為青貯發(fā)酵過程中被乳酸菌直接利用的發(fā)酵底物[28],消耗的WSC越多,產生的LA和PA就越多。

3.3 種植密度對全株玉米青貯營養(yǎng)價值的影響

本研究中,高種植密度(8.25×104株/hm2)全株玉米青貯的營養(yǎng)品質優(yōu)于低種植密度(6.75×104株/hm2),且種植密度對青貯NDF、ADF和ST含量有顯著影響。研究表明,高種植密度可以顯著提高玉米的營養(yǎng)品質[29]。本研究中,高種植密度全株玉米青貯后的NDF和ADF含量顯著低于低種植密度。王瑛等[27]在甘肅慶陽研究同一品種不同種植密度玉米青貯營養(yǎng)品質發(fā)現(xiàn),高種植密度(6.00×104和6.75×104株/hm2)玉米青貯的NDF和ADF含量顯著低于低種植密度(4.50×104和5.25×104株/hm2),這與本研究結果一致。但也有研究表明,高種植密度導致籽粒和秸稈中纖維含量提高,CP含量降低,從而引起全株玉米中的可消化組分含量降低,飼用價值下降[30]。

3.4 收獲時間對全株玉米青貯營養(yǎng)價值的影響

受通遼地區(qū)當年收獲時間天氣的影響,本研究中“大康205”和“高油958”品種玉米都于蠟熟期收獲,而“中玉335”和“中農787”品種玉米由于其生育周期長收獲時處于乳熟期。乳熟期全株玉米DM含量較低,青貯時易產生梭菌,從而降低青貯后的營養(yǎng)品質。而蠟熟期青貯的全株玉米飼料營養(yǎng)價值較高,奶牛在飼喂蠟熟期玉米青貯后其乳蛋白含量提高[31]。所以本研究中蠟熟期收獲的“大康205”和“高油958”品種玉米的青貯品質優(yōu)于乳熟期收獲的“中玉335”和“中農787”品種玉米。張曉馳等[32]認為,不同生育時期全株玉米青貯的NDF和ADF含量為乳熟期>完熟期>蠟熟期,且蠟熟期瘤胃降解率最高,與本研究結果一致。

4 結 論

本研究中,各玉米品種在青貯后適應性差異較大,“大康205”和“高油958”品種玉米的青貯品質較好,高種植密度(8.25×104株/hm2)的全株玉米青貯營養(yǎng)成分更高,添加布氏乳桿菌可提高全株玉米青貯發(fā)酵品質;綜合評價得出,“高油958”適宜在通遼地區(qū)作為青貯玉米推廣種植。