不同生育期對‘118’飼草谷子青貯品質的影響

趙牧其爾，王志軍，賈玉山，張永虎，溫 蕊，包 健，格根圖

（1.內蒙古農業大學草原與資源環境學院 / 農業部飼草栽培、加工與高效利用重點實驗室 / 草地資源教育部重點實驗室，內蒙古 呼和浩特 010019；2.內蒙古自治區農牧業科學院, 內蒙古 呼和浩特 010031）

谷子（Setaria italica)為禾本科（Gramineae)狗尾草屬（Seataria)一年生草本植物，是重要的糧食作物和飼料作物[1]。近年來，隨著谷子種植面積的擴大，其產物除了作為人類的食物外，還可以應用于畜禽養殖。谷子（或小米)除了作為豬雞的能量飼料和牛羊的精料補充料外，谷子生物體產草量比例更大的植株部分還可作為草食動物的飼草使用。谷子的莖稈是牛、馬、羊等家畜的優質粗飼料，其具有質地柔軟、營養豐富、適口性好、和消化率高等特點，同時也是我國歷史上重要的軍草[2-3]。

優質飼草產品是連接草產業與畜牧業的紐帶，草產業的健康健全發展可彌補國內畜牧業發展快速而草業發展緩慢帶來的草、畜鏈條脫節問題，從而更好地保障和促進草牧業的健康發展。但我國草產品分布不均、飼草資源開發不夠、秸稈利用率低、企業產能不足等問題導致國內草畜供需失衡，內循環動力嚴重不足。近年來，飼草谷子在我國農牧結合區和牧區發展迅速，使得飼草谷子的研究成為了熱點[4-5]。有研究表明，在抽穗期至開花期刈割的新鮮谷子中，粗蛋白質含量較高，可直接青飼，也可調制干草、青貯飼料或加工成顆粒飼料等草產品[6]。李林等[7]探索不同切碎長度和發酵方式對全株飼用青貯谷子質量的影響，結果表明不同切碎長度和發酵方式對于全株飼用谷子青貯質量均有顯著影響，降低切碎長度和使用復合菌劑發酵均有助于促進纖維分解，減少丁酸產量，改善青貯感官評分。薄玉琨等[8]探索全株飼用谷子青貯對育肥期陽原驢生長性能的影響及飼喂后肉驢血清抗氧化能力變化，對照組肉驢以花生（Arachis hypogaea)秧干草 + 玉米（Zea mays)秸稈飼喂，試驗組以全株飼用谷子青貯按干物質（dry matter, DM)比例1 ∶ 1 替代花生秧干草，試驗結果表明育肥期陽原驢日糧中添加全株飼用谷子青貯能夠增加肉驢的采食量，提高育肥期日增重，增強肉驢機體抗氧化能力。劉婷婷[9]對‘張雜谷’飼草開展了谷草氨化、全株谷子青貯和收獲籽實后谷秸黃貯3 種加工調制技術探究，通過營養成分含量變化和體外產氣法評定其對‘張雜谷’飼草營養價值的影響，以確立‘張雜谷’飼草適宜的加工調制技術。結果表明，‘張雜谷’谷草氨化的適宜尿素用量為5%，水用量為50% ；‘張雜谷’全株青貯以添加4% 的糖蜜為宜；‘張雜谷’谷草黃貯以添加1‰ 菌劑效果最佳。確立了‘張雜谷’飼草的適宜氨化、青貯和黃貯加工調制技術。相比較成熟的禾本科和豆科牧草的青貯技術，飼草谷子的適時收獲期、青貯技術和青貯品質等問題均有待研究。基于此，本研究分析飼草谷子不同生育期的營養價值，探究其青貯過程中的營養成分、發酵品質以及微生物數量的變化規律，旨在為調制優質飼草谷子青貯飼料、科學利用飼草谷子提供數據參考，以期為飼草谷子的加工利用技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于內蒙古烏蘭察布四子王旗吉生太鎮老圈灘村，地處 111°21′-111°34′ E，41°34′-41°54′ N。平均海拔1 400 m，屬丘陵地區。氣候屬溫帶大陸性氣候。歷年平均降水量在110～350 mm。

1.2 試驗材料

供試品種‘118’于2018 年5 月17 日種植，由內蒙古自治區農業科學院提供，播種面積為0.067 hm2，播深3 cm，播量為2 kg·hm-2。‘118’品種是內蒙古清水河縣的農家品種，發芽率為80%。在呼和浩特市生育期為127 d 左右，苗色綠色，植株半上沖，株高平均173.70 cm，抗倒伏能力強。‘118’品種灌漿期收獲時間為2018 年8 月26 日，乳熟期為9 月4 日，蠟熟期為9 月19 日，上述生育期的產量分別為30.783、37.770 和25.747 t·hm-2（表1)。

表1 谷子收獲時間及產量Table 1 Harvest time and yield of millet

1.3 試驗設計

在供試品種‘118’進入灌漿期、乳熟期、蠟熟期時，隨機選取3 個1 m2（1 m × 1 m)樣方進行刈割收獲，利用鍘草機將谷子切短至2 cm，混合均勻后裝入聚乙烯袋，每袋裝入300 g，用真空封口機抽真空并密封，室溫條件下貯存。在厭氧發酵60 d 后開袋，測定其營養成分（干物質、有機質、粗蛋白質、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、可溶性糖、粗脂肪)、發酵品質（pH、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸)和微生物數量，從而確定調制谷子青貯飼料的最適生育期。

1.4 測定指標

樣品制備：將采集的樣品進行鮮重的測定，然后置于烘箱中，先在105 ℃殺青30 min，再將烘箱溫度設定為65 ℃烘干48 h 后，進行其風干重的測定。用粉碎機分別粉碎制備0.850 和0.425 mm 分析樣品，用于營養成分的測定。采用烘干法[10]進行干物質含量的測定；采用GB6439-92 燃燒法測定有機質（organic matter, OM)的含量[10]；利用全自動杜馬斯定氮儀進行測定粗蛋白質（crude protein, CP)含量[11]；采用 GB 6433-94 索氏脂肪提取法測定粗脂肪（ether extract, EE)含 量[12]；利 用ANKOM A220 全 自動纖維儀分析品的中性洗滌纖維（neutral detergent fiber, NDF) 與酸性洗滌纖維（acid detergent fiber,ADF)含量[13]；利用蒽酮—硫酸比色法進行可溶性碳水化合物（water soluble carbohydrate, WSC)含量的測定[14]。

將青貯飼料開袋后，稱取10 g 左右的樣品，利用剪刀將其剪碎，再向袋內加入90 mL 蒸餾水，靜置1 min，然后放在拍打儀中拍打2 min。拍打完成后，首先利用4 層紗布進行初濾，將殘渣與液體分離，然后利用濾紙進行過濾，制得青貯浸提液。用雷磁PHS-3C 精密pH 計（北京東南儀誠實驗室設備有限公司)測定浸提液的pH[15]；將青貯浸提液倒至離心管中，然后將其放置在離心機中離心15 min （轉速為4 000 r·min-1)，利用0.22 μm 的微孔濾膜對上清液進行過濾，備用進行有機酸的檢測。所用設備為高效液相色譜儀（HPLC)，其系統Waters 2695-2489（紫外)，從而分析濾液中的有機酸的含量[16]，有機酸分離采用的色譜柱：Rspak 系列，KC811 柱，8 mm ×300 mm；流動相：3 mmol·L-1優級純高氯酸，流速1 mL·min-1，柱溫40 ℃；檢測波長210 nm，進樣量5 μL。

取10 g 青貯樣品置于青貯袋中，加入90 mL 無菌水，用拍打儀拍打2 min 使其均勻混合，用8.50 g· L-1無菌生理鹽水稀釋10-1、10-3、10-5。乳酸菌數量采用MRS （Difco)固體培養基，霉菌和酵母菌采用 PDA（Potato Dextrose Agar.Nissui Ltd.Tokyo.Japan)培養基，大腸桿菌采用BLB （Blue Light Broth，Nissui Ltd.Tokyo.Japan)培養基，一般好氧細菌采用營養瓊脂（Nutrient Agar Nissui Ltd.Tokyo.Japan)培養基，乳酸菌30 ℃厭氧培養箱中培養48 h 后計數，酵母菌、霉菌、一般好氧細菌、大腸桿菌置于30 ℃恒溫培養箱中培養48 h 后計數，所有微生物數據采用cfu· g-1表示。

1.5 青貯品質綜合評價

采用模糊函數的隸屬函數法對不同生育期的青貯品質進行綜合性評價[17-19]。

隸屬函數值計算公式：

反隸屬函數值計算公式：

式中： μ（Xj)表示隸屬函數值，Xj表示第j個指標測定值，Xmax和Xmin表示第j個指標的最大值和最小值，若其中某一指標與青貯品質負相關，則利用反隸屬函數轉換計算其抗性隸屬函數值。

式中：Xj表示各生育期第j個指標平均值；Xij表示i生育期j指標的隸屬函數值；Vj表示第j個指標標準差系數。

式中：Wj表示第j個指標的權重。

式中：D表示不同生育期的青貯品質綜合評價值，D值越大表明品質越好。

1.6 數據處理與分析

采用Excel 2007 對數據進行預處理，應用SAS 9.0 軟件對試驗所得數據進行方差分析，并用 Duncan法對不同生育期營養指標的均值進行多重比較，數據以平均值 ± 標準差（Mean ± SD)表示。

2 結果與分析

2.1 青貯前后營養成分的變化

不同生育期飼草谷子各營養物質含量呈現出明顯的規律變化（表2)，DM 含量隨著生育期的推進逐漸增加，到蠟熟期時，干物質含量在50%以上。隨著籽粒成熟度的提高，CP 和EE 含量呈現降低趨勢，而WSC 含量的變化則與之相反，隨著生育期的推進而逐漸增加。NDF 含量在灌漿期達到最高，顯著高于乳熟期和蠟熟期（P＜ 0.05)，呈現先降低后增加的趨勢。

表2 谷子青貯前后營養成分分析Table 2 Analysis of nutrient composition of millet before and after ensiling

青貯60 d 的CP 含量較原料有所降低，其中乳熟期和蠟熟期青貯前后的CP 含量有顯著差異（P＜0.05)。草谷子在調制青貯后，NDF 和ADF 含量均有所降低，其中蠟熟期青貯前后的NDF 存在顯著差異（P＜ 0.05)，從不同生育期青貯飼料中的NDF 和ADF 含量可知，乳熟期的NDF 含量顯著低于灌漿期（P＜ 0.05)。乳熟期的WSC 含量高于灌漿期和蠟熟期，但不同生育期之間無顯著差異（P＞ 0.05)。

2.2 不同生育期發酵品質的變化

青貯60 d 后，蠟熟期的pH 最高，其次為灌漿期、乳熟期，蠟熟期的pH 顯著高于乳熟期（P＜ 0.05)（表3)。不同生育期的乳酸、乙酸、丙酸均無顯著差異（P＞ 0.05)，其中灌漿期的乳酸、丙酸含量最高。不同生育期的青貯飼料中均未檢測到丁酸。

表3 谷子青貯飼料發酵品質分析Table 3 Analysis on fermentation quality of millet silage

2.3 不同生育期微生物的變化

原料和青貯60 d 的乳酸菌數量隨著生育期的推進呈先增加后降低趨勢（表4)。乳熟期原料附著的乳酸菌數量最多，與灌漿期和蠟熟期的乳酸菌數量存在顯著差異（P＜ 0.05)。青貯后，乳酸菌的數量有所增加，不同生育期的乳酸菌數量無顯著差異（P＞0.05)。與原料相比，乳熟期和蠟熟期的乳酸菌數量顯著增加（P＜ 0.05)。原料的一般好氧性細菌和大腸桿菌的數量隨著生育期的推進逐漸增加，青貯60 d后均未檢測到大腸桿菌。青貯前后，不同生育期的酵母菌和霉菌的數量無顯著差異（P＞ 0.05)。厭氧發酵60 d 后，灌漿期、蠟熟期的霉菌和酵母菌的數量減少，但無顯著差異（P＞ 0.05)。與原料相比，青貯飼料中的一般好氧性細菌的數量有所減少。

表4 青貯前后微生物數量的變化Table 4 Changes in microbial quantity before and after silage

2.4 隸屬函數綜合評價

利用隸屬函數值法對飼用谷子不同生育期的青貯品質進行綜合評價（表5)。不同生育期的青貯品質對比結果依次為乳熟期 ＞ 蠟熟期 ＞ 灌漿期。

表5 飼用谷子不同生育期的青貯品質綜合評價Table 5 Comprehensive evaluation of silage quality of forage millet at different growth stages

3 討論

干物質含量是青貯成敗的關鍵。青貯飼料水分含量的高低決定著青貯發酵過程和青貯飼料的發酵品質且影響細菌總數和發酵速率[21]。由于谷子開花至成熟后水分流失，隨生育期的延遲水分含量逐漸減少，干物質積累逐漸增多，導致蠟熟期干物質含量過高[22-23]。過高的干物質含量會抑制微生物的生長，減緩或者停止青貯進程，而過低的干物質含量會導致梭菌的大量生長，產生大量丁酸，不僅使青貯飼料營養成分損失還會產生臭氣從而影響采食量。由于在青貯飼料早期發酵階段存在一些產纖維素酶的微生物[24]，青貯中的營養物質被其消耗產生纖維素酶導致酸性洗滌纖維下降較快且伴隨有中性洗滌纖維的降低，下降到發酵中期基本穩定。隨著籽粒成熟度的提高，‘118’品種的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量逐漸降低。研究表明, 隨著植株的成熟，牧草中細胞壁成分增加, 纖維素類物質含量也會增加[25]。纖維素類物質含量先增加后減少，開花期之后，乳熟期、蠟熟期有更低的纖維類物質含量，這可能是谷子籽粒形成后，在灌漿過程中，籽粒中淀粉不斷沉積使纖維素含量相對下降，這與Crovetto 等[26]研究的全株小麥的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量在抽穗期至乳熟期相對穩定, 在蠟熟期減少的結果相近。

Nordkvist 和Aman[27]的研究表明，牧草的生長時期對牧草積累的粗蛋白質含量有一定的影響，生長階段與粗蛋白質含量兩者有較高的關聯性。‘118’品種的粗蛋白質含量隨著生育期的延長逐漸降低，在青貯發酵過程中蛋白質有所降解，乳熟期的蛋白損失率比灌漿期和蠟熟期低。由于牧草自身的特性，不同品種的谷子其粗蛋白質、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和可溶性糖含量也不相同。青貯發酵時微生物需要能量來源以保證自身生長，可溶性糖作為乳酸菌生長碳源攝取的主要底物，在青貯過程中被乳酸菌代謝消化，其含量可以間接反映乳酸菌生長情況。隨著生育期的推進，供試品種的可溶性糖含量逐漸增加。青貯60 d 后，不同生育期的可溶性糖含量呈先增加后降低趨勢，這與Wang 等[28]以馬鞭草（Verbena officinalis)作為青貯原料，厭氧發酵過程中可溶性糖含量有所降低的研究結果相同。這是因為在青貯飼料發酵過程中需要消耗可溶性糖，以便為乳酸菌提供良好的生長環境和營養[29]，從而導致消耗量增加和乳酸產量增加。

青貯發酵主要在厭氧條件下進行，而厭氧環境有利于有機酸的產生，青貯發酵中主要以乳酸為主。發酵過程中乳酸的含量越高則青貯品質越好，因此在一定程度上可以通過增加青貯飼料的乳酸含量來提高青貯品質。乙酸主要來源于醋酸菌、異型乳酸菌和腸內細菌對糖類的分解發酵[30]，‘118’品種乳熟期的乳酸含量高于乙酸，表明青貯飼料中同型發酵乳酸菌較多，能夠更充分地利用營養成分，減少營養物質損失。

青貯發酵程度的增加伴隨著酸性產物的蔓延，其他微生物活動受到抑制，乳酸菌逐漸抑制其他微生物的活動[31]，從而占據主導地位，產生大量乳酸，‘118’品種不同生育期的乳酸菌數量均有所增加。酵母菌和霉菌是青貯飼料中主要存在的真菌，在發酵底物充足且pH 降低的條件下，乳酸菌快速繁殖后自身被抑制，進而導致乳熟期的酵母菌大量繁殖，而酵母菌通過分解糖和乳酸，造成干物質的損失和pH 上升，引起其他雜菌的生長。pH 是反映青貯飼料品質優劣的一個重要指標， 常規成功青貯要求的pH 應低于4.2[32]。‘118’飼草谷子3 個處理組的pH 較高，可能是由于青貯飼料中附著的酵母菌和霉菌較多，與乳酸菌競爭發酵底物，消耗了部分可溶性糖，無法產生大量的乳酸，抑制有害微生物的生長繁殖。張慧杰[33]指出，植物原料上的微生物數量很少，不良微生物占據絕大部分，植物表面上乳酸菌數量在105cfu·g-1以上，才能達到青貯標準。在不同種類的作物表面上附著的微生物種類和數量也有很大的差異。其中，乳酸菌的數量對飼料的青貯發酵品質和飼料的保存有重要的影響等[34]。‘118’飼草谷子單獨青貯時，不同生育期的青貯品質存在差異，但由于原料附著的乳酸菌數量均不足105cfu·g-1，pH 偏高，乳酸含量較低，無法抑制青貯飼料中的有害微生物的生長繁殖，導致青貯飼料品質較低。青貯中使用青貯添加劑，可以有效抑制不良微生物的繁殖，增加乳酸菌的數量，提高青貯的發酵品質[35]。因此‘118’飼草谷子在調制青貯飼料時，可通過添加青貯添加劑抑制有害微生物的生長繁殖，減少營養物質的流失，提高其青貯品質。

4 結論

不同生育期處理的谷子青貯60 d 后，其青貯品質和微生物數量均發生了變化。乳熟期的pH 和中性洗滌纖維含量最低，且乳酸菌數量、乳酸、可溶性糖和粗脂肪含量最高，是‘118’飼草谷子調制青貯飼料的最適生育期。