混貯模式對高丹草青貯發酵品質及體外產氣動力學特性的影響

梁歡,劉貴波,吳佳海,曾兵,李源,游永亮,趙海明

(1.西南大學榮昌校區動物科學系，重慶402460；2.河北省農林科學院旱作農業研究所，河北 衡水 053000；

3.貴州省草業研究所，貴州 貴陽 550006)

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混貯模式對高丹草青貯發酵品質及體外產氣動力學特性的影響

梁歡1,2,劉貴波2,吳佳海3,曾兵1*,李源2,游永亮2,趙海明2

(1.西南大學榮昌校區動物科學系，重慶402460；2.河北省農林科學院旱作農業研究所，河北 衡水 053000；

3.貴州省草業研究所，貴州 貴陽 550006)

摘要：為了解決高丹草因水分高造成青貯發酵品質不佳的問題，通過添加不同種類干草(玉米秸稈、小麥秸稈和苜蓿干草)及干草添加量(12.5，25.0，37.5和50.0 kg/t)對混貯高丹草營養價值、青貯發酵品質及體外產氣動力學特性進行了研究。結果表明，單獨青貯高丹草的丁酸含量較高，弗氏評分等級僅為“可”， 添加干草混貯可顯著提高青貯高丹草的發酵品質，從添加干草的種類來看，添加小麥秸稈組青貯發酵品質最高，添加苜蓿干草組營養價值最高，苜蓿干草組的體外72 h干物質消失率(IVDMD)、產氣速率(c)和達到最大產氣量1/2時的產氣速率(AGPR)均為最高，3種干草在72 h累積產氣量、理論最大產氣量以及產氣延滯時期方面差異不顯著(P>0.05)；從干草的添加量來看，添加25.0 kg/t干草的青貯發酵品質最優，達到產氣量1/2所需要時間也最長，添加50.0 kg/t干草的營養價值和IVDMD最高，添加37.5 kg/t干草的產氣速率和AGPR最大，添加不同重量干草對混貯高丹草的72 h累積產氣量、理論最大產氣量以及產氣延滯時期無顯著影響(P>0.05)。綜合考慮青貯發酵品質和飼料營養價值，得出最佳的混貯模式為在高丹草中添加37.5 kg/t小麥秸稈，添加50.0 kg/t苜蓿干草混貯高丹草的體外干物質消失率最高，添加37.5 kg/t苜蓿干草組產氣速率最快，添加50.0 kg/t小麥秸稈組的72 h累積產氣量和理論最大產氣量最高。

關鍵詞：高丹草；混合青貯；營養價值；青貯發酵品質；體外產氣動力學特性

高丹草(Sorghumbicolor×S.sudanense)是高粱(Sorghumbicolor)與蘇丹草(Sorghumsudanense)自然雜交，以蘇丹草為父本，高粱不育系為母本的遠緣雜交種，是禾本科C4作物，它集合了雙親的優點，是目前世界上栽培最普遍的一年生暖季禾本科牧草之一[1-4]。高丹草產草主要集中在6-10月，7-9月為高峰期，這段時間的供草量遠遠超出家畜生產的需求量，而在其他季節的供草量卻因為生長緩慢而使得家畜得不到足夠的草料，作為高丹草生產的延續，夏季高丹草的加工貯存對調節飼草的余缺十分重要。目前，高丹草在我國南北方均有種植，其中南方地區種植面積較大，而南方地區夏季普遍陰雨多濕，高丹草鮮草的含水量又很高，植株莖部皮厚，不易調制成優質干草，加之高丹草體內可溶性碳水化合物含量較高，是一種較易青貯的原料[5]，因此，高丹草的青貯加工受到了國內外眾多研究者的重視。

目前，國內外有關高丹草青貯技術的研究主要集中在青貯原料的調控及添加劑青貯方面。Akdeniz等[6]和Wedig等[7]對不同品種高丹草的青貯發酵效果進行了比較研究，Gul等[8]研究了在不同生長時期(中花期、乳熟期和蠟熟期)收獲對高丹草青貯效果的影響，姜義寶等[9]研究了高丹草不同刈割高度(1.0，1.4，1.8，2.2 m)與青貯品質的關系，鄧衛東等[10]、Dole?al等[11]、張樹攀等[12]、朱愛民和時玉梅[13]及冀旋等[14]分別研究了添加甲酸、混合酸制劑、甲醛、纖維素酶制劑和乳酸菌制劑對高丹草青貯發酵品質的影響，結果表明，通過調控原料特性和添加劑處理可改善高丹草的青貯發酵品質。然而，國內外關于高丹草混合青貯的研究鮮有報道，本試驗從混貯原料營養特性的角度出發，分析了高丹草與不同比例、不同種類干草混貯模式下的營養價值、青貯發酵品質、瘤胃體外發酵72 h干物質消失率及產氣動力學特性，以期為生產優質高丹草青貯飼料提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

本試驗的材料為抽穗期高丹草、玉米(Zeamays)秸稈、小麥(Triticumaestivum)秸稈和苜蓿(Medicagosativa)干草，所有原料均由河北農林科學院旱作農業研究所提供，其中高丹草品種為冀草2號高丹草，于2013年9月10日刈割，各原料的營養成分含量見表1。

1.2試驗設計與青貯方法

本試驗采用兩因素交叉試驗設計(表2)，A因素為添加不同種類的干草(玉米秸稈、小麥秸稈、苜蓿干草)，分別標記為GY、GX和GM；B因素為添加干草的比例(12.5，25.0，37.5和50.0 kg/t)，分別標記1，2，3和4，同時，以單獨青貯高丹草為對照，試驗共設13個處理，每個處理3個重復。青貯方法為塑料桶青貯法，所用的塑料桶于市場購買，規格為直徑26 cm，高43 cm，容積22.82 L，混貯前對高丹草進行揉切，干草用人工鍘刀切短，為確保每個重復的青貯密度一致，經預試驗后確定每個桶均填裝20 kg，即青貯密度為876.42 kg/m3，于青貯42 d打開青貯桶取樣。

表1　混貯原料營養成分

1.3分析指標及測定方法

采用烘干法測定干物質(dry matter, DM)含量[15]，凱氏定氮法測定粗蛋白(crude protein, CP)含量[16]，范氏法測定中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)含量[17-18]，蒽酮-硫酸比色法測定可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate, WSC)含量[19]，苯酚-次氯酸鈉比色法測定氨態氮含量[20]，pH 測定儀(雷磁S-3C精密計，上海精密科學儀器有限公司)測定青貯料浸出液的pH值；乳酸(lactic acid, LA)、乙酸(acetic acid, AA)、丙酸(propionate acid, PA)、丁酸(butyric acid, BA)含量在中國農業大學牧草生產與加工實驗室采用高效液相色譜儀(SHIMADZE-10A)進行測定，采用弗氏評分法對青貯發酵品質等級進行評定[21]；在中國農業大學動物營養學國家重點實驗室采用中國農業大學自主開發和設計的64通路AGRS-Ⅲ型體外發酵產氣自動記錄裝置和軟件系統[22]實時測定累積產氣量，在39℃下連續培養72 h。試驗結束時，關閉記錄儀，將瓶內容物倒入經烘干稱重后的尼龍袋(孔徑48 μm)中過濾，并用蒸餾水漂洗后，在65℃下烘干不少于48 h直至恒重，根據發酵前飼料樣中的干物質含量，利用差減法計算待測飼料體外發酵干物質消失率(invitrodry matter digestibility, IVDMD)。

表2　高丹草混貯兩因素交叉試驗設計

根據AGRS-Ⅲ裝置自動記錄到的各發酵瓶的產氣時間和對應的累積產氣量，參照?rskov和McDonald[23]提出的指數函數模型，對不同混貯高丹草累積產氣量數據進行非線性擬合，得出：

GPt=[1-e-c×(t-lag)]×A

式中,GPt為累積產氣量(mL/g，DM)，c為產氣速率(mL/h)，t為產氣時間(h)，lag為產氣延滯時間(h)，A為發酵底物在該產氣速率下的理論最大產氣量(mL)。

達到最大產氣量1/2時的產氣速率：AGPR(mL/h)=A×c/(log2+c×lag)。

1.4數據處理

采用SPSS 20.0軟件進行多因素方差分析，LSD法進行多重比較，結果以平均值±標準差表示。

2結果與分析

2.1混貯高丹草營養成分

由表3可知，從添加干草的種類來看，添加3種干草的DM和WSC含量沒有顯著差異(P>0.05)；CP含量為苜蓿干草顯著高于玉米秸稈和小麥秸稈(P<0.05)；NDF含量為玉米秸稈顯著高于小麥秸稈和苜蓿干草(P<0.05)；ADF含量為小麥秸稈顯著高于苜蓿干草(P<0.05)。由此可知，添加苜蓿干草的營養成分要略高于小麥秸稈，而添加小麥秸稈的營養成分高于玉米秸稈。

從添加量上來看，DM、CP含量隨著干草添加量的增加而增加，NDF和ADF含量隨著干草添加量的增加而降低，WSC含量沒有顯著變化；DM含量以12.5 kg/t處理組最低，顯著低于其他3個處理(P<0.05)；50.0 kg/t處理組的CP含量顯著高于12.5和25.0 kg/t(P<0.05)；NDF和ADF含量均以50.0 kg/t處理最低，顯著低于12.5和25.0 kg/t(P<0.05)；WSC含量各組之間無顯著差異。由此可知，添加37.5和50.0 kg/t處理的營養成分顯著高于12.5和25.0 kg/t(P<0.05)，37.5和50.0 kg/t處理之間差異不顯著(P>0.05)。

綜合考慮添加干草的種類和干草添加量，高丹草中添加小麥秸稈37.5 kg/t進行混貯具有最高的營養價值。

表3　混貯高丹草營養成分主效應分析

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: The different small letters in the same column mean significant differences (P<0.05), the same below.

2.2混貯高丹草青貯發酵品質

由表4可知，從添加干草的種類來看，3種干草的丙酸和丁酸含量之間沒有顯著差異(P>0.05)；pH值為小麥秸稈最低，顯著低于玉米秸稈(P<0.05)；氨態氮為玉米秸稈最高，顯著高于小麥秸稈和苜蓿干草(P<0.05)；乳酸含量為小麥秸稈最高，顯著高于玉米秸稈(P<0.05)；乙酸含量為小麥秸稈最低，顯著低于玉米秸稈(P<0.05)。由此可知，添加小麥秸稈的青貯發酵品質最高，苜蓿干草其次，而添加玉米秸稈最差。

表4　影響混貯高丹草青貯發酵品質主效應分析

從添加量上來看，AA含量隨著干草添加量的增加而降低，LA含量隨著干草添加量的增加表現出先增加后降低的趨勢，BA含量沒有顯著變化。pH值以12.5 kg/t處理最高，顯著高于其他3個處理(P<0.05)；各組之間氨態氮含量無顯著差異(P>0.05)；25.0 kg/t處理的LA含量最高，達到8.08%，顯著高于12.5 kg/t(P<0.05)；AA含量以12.5 kg/t處理最高，顯著高于37.5和50.0 kg/t(P<0.05)；各組之間PA和BA含量無顯著差異(P>0.05)，但25.0和37.5 kg/t組未出現丁酸，表現較優。由此可知，添加25.0 kg/t干草的青貯發酵品質最優，37.5 kg/t其次，12.5 kg/t效果最差。

2.3混貯高丹草綜合評分

由表5可知，單獨青貯高丹草組的評分等級僅為“可”，效果較差，而所有試驗組的綜合評分等級均為“良”或“優”，其中綜合評分等級為優的組別為GY4、GX2、GX3、GX4、GM2、GM3和GM4組。

2.4混貯高丹草體外發酵72 h干物質消失率、產氣量及動力學參數

表5　青貯飼料Flieg評分

由表6可知，從添加干草的種類來看，苜蓿干草組的IVDMD、產氣速率和平均產氣速率均為最高，顯著高于其他兩種干草(P<0.05)；3種干草在72 h累積產氣量、理論最大產氣量以及產氣延滯時間方面差異不顯著(P>0.05)；苜蓿干草組達到產氣量1/2所需要時間最短，顯著低于其他兩種干草(P<0.05)。

從干草添加量的角度來看，添加50.0 kg/t干草進行混貯具有最高的IVDMD，顯著高于12.5 kg/t組(P<0.05)；添加37.5 kg/t干草具有最高的產氣速率和AGPR，顯著高于25.0 kg/t組(P<0.05)；添加25.0 kg/t干草達到產氣量1/2所需要時間最長，顯著高于12.5和37.5 kg/t組(P<0.05)；添加不同比例干草對混貯高丹草的72 h累積產氣量、理論最大產氣量以及產氣延滯時間無顯著影響(P>0.05)。

表6　影響混貯高丹草體外發酵干物質消失率、產氣量及發酵動力學參數主效應

GP72h: Accumulative gas production in 72 h;A: Ideal maximum gas production;c: Gas production speed;lag: Lag time of gas production; AGPR: 達到最大產氣量1/2時的產氣速率Speed when gas production was 1/2 of the maximum； Half time: 達到產氣量1/2所需時間.

3討論

3.1高丹草單獨青貯效果

高丹草原料的含水量很高，達到83.96%，青貯飼料中最主要的有害微生物梭菌在高水分條件下活性很強[24]，產生較高濃度的丁酸，丁酸具有難聞的臭味，青貯飼料中丁酸含量達到萬分之幾時便會影響飼料品質[25]，這也導致單貯高丹草的弗氏評分等級僅為可，說明高丹草可以進行單獨青貯，但調制的青貯飼料品質達不到優良的等級，這與冀旋等[14]的研究結果相一致。混貯高丹草各組的評分等級均為優良，改善青貯發酵品質作用明顯。

3.2不同混合模式對混貯高丹草營養價值的影響

在本試驗中，3種添加干草的混貯高丹草之間DM和WSC含量差異不顯著，這可能是因為3種干草的DM含量相差不大，而WSC含量又遠低于高丹草原料。苜蓿干草組混貯高丹草營養價值要高于玉米秸稈組和小麥秸稈組，這是因為苜蓿干草原料的營養價值遠高于玉米秸稈和小麥秸稈。混貯高丹草整體DM和CP含量隨著干草添加量的增加而增加，NDF和ADF含量隨著干草添加量的增加而降低，原因可能是干草原料DM含量均遠高于高丹草，且苜蓿干草的營養價值遠高于玉米秸稈和小麥秸稈，導致添加干草整體的營養價值高于高丹草，這與薛祝林等[26]的研究結果相一致。

3.3不同混合模式對混貯高丹草青貯發酵品質的影響

氨態氮含量、LA含量和揮發性脂肪酸的含量(AA、PA和BA)是評價青貯質量好壞的重要指標[27]。氨態氮含量被廣泛用于衡量青貯飼料發酵品質的好壞，其比值越大，說明被分解的氨基酸和蛋白質越多，青貯質量就越差[28]。本試驗中，苜蓿干草組的氨態氮含量最低，僅為2.74%，小麥秸稈組其次，二者均顯著低于玉米秸稈組(P<0.05)，原因可能是因為本試驗的混貯高丹草pH值非常低，Fairbairn等[29]研究證明，低pH值可以有效地抑制蛋白酶活性，從而減少蛋白質降解為氨態氮。隨著干草添加量的增加，混貯高丹草氨態氮、AA和PA含量逐漸降低，原因可能是添加干草可以顯著提高混貯飼料的DM含量和營養價值，加之較低的pH值抑制了蛋白質酶和有害微生物的繁殖。LA含量隨著干草添加量的增加表現出先增加再降低的趨勢，其中25 kg/t處理組最高，具體原因尚不清楚，有待進一步研究。

3.4不同混合模式對混貯高丹草體外發酵干物質消失率及產氣動力學特性的影響

飼料瘤胃降解是飼料中碳水化合物、CP等營養物質被瘤胃微生物分解利用的結果[30]。瘤胃干物質降解率可以反映瘤胃微生物對飼料分解利用程度的強弱，本試驗采用短期人工瘤胃發酵試驗結合動態產氣實時記錄技術，以分別添加不同重量玉米秸稈、小麥秸稈和苜蓿干草的混貯高丹草為發酵底物，研究發現添加3種干草的混貯高丹草瘤胃體外發酵72 h干物質消失率表現為：苜蓿干草組>小麥秸稈組>玉米秸稈組，且苜蓿干草組顯著高于其余兩種干草(P<0.05)；添加量對IVDMD的影響表現為：50.0 kg/t>37.5 kg/t>25.0 kg/t>12.5 kg/t，且添加50 kg/t干草組顯著高于12.5 kg/t組。苜蓿干草屬于豆科牧草，小麥秸稈和玉米秸稈屬于禾本科牧草，從營養成分構成的角度來看，禾本科牧草和豆科牧草組合搭配的營養組成要比單一牧草或秸稈更為合理[31]。飼草料組合之后，其營養物質的供給可能更為平衡，更有利于提高瘤胃微生物的活力，促進瘤胃微生物的生長，從而使飼草中可發酵蛋白質與非結構性碳水化合物的體外發酵發揮更大潛力[32]，提高飼草的干物質消失率，這與崔占鴻等[33]的研究結果相一致。此外，苜蓿干草ADF含量較低也是其IVDMD較高的原因。

碳水化合物是牧草體外發酵時產氣的主要來源，蛋白質在發酵時也會產生氣體，但蛋白質對產氣的貢獻量不如碳水化合物大[34]。本試驗中，添加3種不同重量不同種類干草的混貯高丹草72 h累積產氣量和理論最大產氣量均無顯著差異(P>0.05)，但添加小麥秸稈組的72 h累積產氣量和理論最大產氣量最高，可能是因為粗蛋白對發酵產氣的貢獻量不如WSC。產氣速率和AGPR均以添加苜蓿干草組最高，顯著高于添加其他兩種干草(P<0.05)，原因可能是小麥秸稈和玉米秸稈的纖維素、半纖維素及木質素含量較高，降低了底物發酵的產氣速率；添加37.5 kg/t干草組具有最高的產氣速率和AGPR，顯著高于添加25.0 kg/t組(P<0.05)，原因可能是添加苜蓿干草能促進體外發酵底物能量與蛋白質的平衡，促進瘤胃微生物的繁殖，進而提高瘤胃的產氣速率[35]，從本試驗的結果來看，添加37.5 kg/t苜蓿干草與高丹草進行混貯是能量與蛋白質的最佳比例。

產氣延滯時間與NDF和ADF呈顯著或極顯著正相關關系，而與CP和NDS呈顯著或極顯著負相關關系[31,36]。本試驗中，各組產氣延滯時間都為0，原因可能是混貯高丹草中極高的WSC含量為瘤胃微生物提供了大量快速降解養分。

4結論

高丹草可以進行單獨青貯，但青貯后丁酸含量較高，青貯發酵品質較差；添加不同種類和不同重量的干草均可提高青貯高丹草的飼料品質，綜合考慮青貯發酵品質和飼料營養價值，得出最佳的混貯模式為在高丹草中添加小麥秸稈37.5 kg/t；添加50.0 kg/t苜蓿干草混貯高丹草的體外干物質消失率最高，添加37.5 kg/t苜蓿干草組產氣速率最快，添加50.0 kg/t小麥秸稈組的72 h累積產氣量最高。

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Effects of mixed silage modes on the fermentation quality andinvitrogas dynamics of a sorghum-sudangrass hybrid (Sorghumbicolor×Sorghumsudanense)

LIANG Huan1,2, LIU Gui-Bo2, WU Jia-Hai3, ZENG Bing1*, LI Yuan2, YOU Yong-Liang2, ZHAO Hai-Ming2

1.DepartmentofAnimalScience,RongchangCampusofSouthwestUniversity,Chongqing402460,China; 2.DrylandFarmingInstitute,HebeiAcademyofAgriculturalandForestrySciences,Hengshui053000,China; 3.GuizhouInstituteofPrataculture,Guiyang550006,China

Abstract:The fermentation quality of sorghum-sudangrass hybrids (Sorghum bicolor×Sorghum sudanense) is poor because of their high moisture contents. In this study, we analyzed the effects of different storage modes on the fermentation quality of a sorghum-sudangrass hybrid. A sorghum-sudangrass hybrid was mixed different types of hay (corn stalk, wheat straw, and alfalfa hay) at different proportions (12.5, 25.0, 37.5 and 50.0 kg/t). Then, the nutritive value, fermentation quality, 72 h dry matter digestibility, and gas dynamics were measured using an in vitro system that simulated rumen fermentation. The results showed that the silage produced from the sorghum-sudangrass hybrid had a high butyric acid content, and a poor Flieg evaluation ranking. The addition of all types of hay significantly improved the fermentation quality of stored silage. The addition of wheat straw resulted in the best fermentation quality, while the addition of alfalfa hay resulted in the best nutritive value. The addition of alfalfa hay resulted in the highest values for IVDMD (in vitro dry matter digestibility), c (gas production speed), and AGPR (speed when gas production was one-half of the maximum). There was no significant difference in GP(72h) (accumulated gas production in 72 h), A (ideal maximum gas production), and lag (lag time of gas production) among silages produced with the three types of hay. In terms of the amount of hay added, the addition of 25.0 kg/t resulted in the best fermentation quality and the highest half-time content, and the addition of 50.0 kg/t resulted in the best nutritive value and the highest IVDMD. The addition of 37.5 kg/t hay resulted in the highest c and AGPR values. The amount of hay added did not significantly affect GP(72h), A, or lag. Considering the nutritive value and fermentation quality, the best mixed silage was produced by adding 37.5 kg/t wheat straw. The addition of 50.0 kg/t alfalfa hay gave the highest IVDMD content, the addition of 37.5 kg/t alfalfa hay gave the highest gas production rate, and the addition of 50.0 kg/t wheat straw resulted in the highest GP(72h) and A.

Key words:sorghum-sudangrass hybrids; mixed silage; nutritive value; fermentation quality; in vitro ruminal fermentation

*通信作者

Corresponding author. E-mail:zbin78@163.com

作者簡介：梁歡(1990-)，男，江西遂川人，在讀博士。E-mail:lianghuan22@163.com

基金項目：西南大學榮昌校區青年基金項目(20700431),現代農業產業技術體系建設項目(CARS-35-24)，貴州山區牧草產業化生產技術研究集成與應用[黔科合重大專項字(2014)6017號]和重慶市山羊產業技術體系優質牧草種植研究室建設項目資助。

*收稿日期：2015-05-28；改回日期：2015-08-24

DOI：10.11686/cyxb2015271

http://cyxb.lzu.edu.cn

梁歡, 劉貴波, 吳佳海, 曾兵, 李源, 游永亮, 趙海明. 混貯模式對高丹草青貯發酵品質及體外產氣動力學特性的影響.草業學報, 2016, 25(4): 188-196.

LIANG Huan, Liu Gui-Bo, WU Jia-Hai, ZENG Bing, LI Yuan, YOU Yong-Liang, ZHAO Hai-Ming. Effects of mixed silage modes on the fermentation quality andinvitrogas dynamics of a sorghum-sudangrass hybrid (Sorghumbicolor×Sorghumsudanense). Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(4): 188-196.