青貯技術研究與應用現狀及問題分析

馬雪亭， 廖結安 ， 趙勁飛， 王得偉

（1.塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆阿拉爾 843300；2.新疆維吾爾自治區普通高等學校現代農業工程重點實驗室，新疆阿拉爾 843300；3.中國農業大學工學院，北京 100000）

2020 年，國務院辦公廳發布了關于促進畜牧業高質量發展的意見（國辦發[2020]31 號），2021年，國家林草局退耕辦印發《退耕還林還草信息管理辦法》，繼續做出退耕還林還草相關通知，推動了畜牧業高質量發展。 飼料是畜牧業重要生產資料，其產量、質量直接影響到動物產能情況。當前，我國飼料行業進入產業調整階段， 飼料市場由數量型向質量型轉變，由“散兵游勇”到“集團化”轉變（Zhang 等，2021）。 追求高品質、耐存儲的飼料產品成為畜牧業追求的目標之一。 青貯飼料是將原料切碎后裝入密閉環境，經乳酸菌發酵制成。因其具有營養損失少、受氣候影響小、適口性佳、能長期儲存等優勢，在飼料中脫穎而出（表1），青貯技術也逐漸受到重視（Chen 等，2021）。 我國青貯按原料主要分為玉米高粱秸稈青貯、 禾本科與豆科類牧草青貯、混合青貯等，多以玉米或高粱原料為主（尤其是“糧改飼”政策提出后），至今約占青貯原料75%，其次為禾本科與豆科類牧草，約占青貯原料25%（Ma 等，2017）。

本文結合當前青貯技術發展情況， 較為系統客觀地對青貯技術的作用原理、 研究與應用現狀進行闡述，指出現階段該技術存在問題與原因，為其進一步發展提供一定參考。

1 青貯原理

青貯原料切碎后， 附在上面的乳酸菌在厭氧環境下對原料中碳水化合物等進行發酵， 產生大量乳酸， 使發酵環境pH 不斷下降， 形成酸性環境。該環境可抑制其他有害雜菌活動，利于繼續發酵。 隨著乳酸不斷累積，酸度越來越強，直至乳酸菌本身活動也被酸性環境抑制， 發酵活動基本停止（Yang，2021）。 具體青貯過程可分為五個階段（Vaiiulien 等，2020；Holguín，2020；Liang 等，2019；Marques，2019）：

1.1 好氧呼吸階段 （干物質與營養損失階段）封窖后微生物（霉菌、腐敗菌為主）與植物細胞呼吸（切碎不久的青綠植株中細胞并未死亡）利用青貯中殘存空氣進行生化反應， 消耗可溶性糖與蛋白質，產生大量熱、CO2、H2O、NH3等，導致青貯的干物質、蛋白質與能量損失，并產生霉菌毒素，影響動物生產性能與健康，故該階段時間越短越好。可通過控制青貯密度、 快速排除空氣并密封或噴灑發酵劑等手段縮短好氧呼吸時間， 一般控制在1 ～3 d。

1.2 厭氧微生物競爭期階段 （乳酸發酵階段）經前一階段，青貯內氧氣耗盡，好氧微生物停止活動，進入厭氧發酵階段。此時乳酸菌與丁酸菌兩種厭氧菌逐漸成為優勢菌群并互相競爭， 競爭結果直接決定發酵成敗。 丁酸菌是青貯過程中的有害菌，其適宜生長在水分較高的青貯飼料中，是一種能夠將蛋白質分解成NH3或胺類物等腐敗惡臭氣味物質的一類梭狀桿菌，若該菌成為優勢菌群，則青貯將形成丁酸發酵，導致營養損失、異味，甚至造成孕畜流產和奶產品抗生素假陽性等安全隱患。 丁酸菌不耐酸，若乳酸菌快速生長，將pH 迅速降低至4.7 以下即可抑制丁酸菌生長， 使乳酸菌逐漸成為優勢菌群，順利進入乳酸積累期。

1.3 乳酸積累階段 乳酸菌迅速繁殖成為青貯飼料中優勢菌群，將可溶性糖轉化成大量乳酸、少量乙酸，促使pH 下降。 隨著乳酸繼續積累，青貯飼料的pH 降低到3.8 左右，乳酸含量達到青貯飼料鮮重的1.5% ～2.0%時， 乳酸菌本身活動也受到抑制，而進入穩定階段。

1.4 穩定階段 乳酸菌繁殖生長基本停止后，青貯飼料pH 達到終端， 進入穩定階段。 如青貯窖（或其他密封結構）密封理想，微生物幾乎不再活動，養分不再損失。

1.5 開窖好氧階段 空氣在開窖后進入青貯中，青貯殘留與外界侵入的霉菌、 腐敗菌再次繁殖活動，造成二次發酵，導致青貯干物質、蛋白質和能量再次損失，并產生霉菌毒素。

由青貯原理可知， 制出高品質青貯飼料須具備三要素：厭氧環境、足夠乳酸菌、可溶性碳水化合物。 故青貯過程需對原料壓實、密封，以抑制好氧菌生長，而利于乳酸菌繁殖發酵。為給乳酸菌創造更好環境，須保證充足的可溶性糖與氮源，以滿足乳酸菌繁殖與活動需求，促使其產生大量乳酸。

2 青貯技術研究與應用

2.1 青貯原料研究 目前，我國青貯原料以玉米秸稈與高粱秸稈為主， 其余主要為豆科和禾本科牧草。隨著退耕還林還草政策持續實施，牧草種植面積逐年增加（王建強，2019；張霞，2019）。青貯按原料組成可大致劃分為牧草青貯、 玉米青貯與混合青貯。

2.1.1 牧草青貯 青貯用牧草常為禾本科或豆科植被。 牧草在收獲后其含水量達到70%以上，明顯高于青貯要求水平，若直接青貯，會導致營養物質滲出流失，適口性變差。 研究表明，牧草在收獲后直接青貯與經晾曬后青貯相比， 牲畜對其干物質采食量降低，生產性能下降（柯文燦，2021；張心釗，2021；馮驍騁，2014），故需適當干燥。

為提高晾曬質量， 牧草在收獲時應選擇合適的成熟期刈割， 禾本科與豆科類牧草分別在抽穗期、孕蕾及初花期刈割青貯較好，此時營養成分相對較高。同時避免露水期或雨后收獲。收獲時應切短，多數青貯用禾本科/豆科牧草在青貯前經過適當干燥，可在收割后田間晾曬（必要時配套專用攤曬機）， 將含水量降至約65%（邵新慶，2021；Araújo 等，2020）。

2.1.2 玉米青貯 玉米青貯是在玉米乳熟后期收割，將莖葉與玉米穗整株切碎青貯，可最大程度貯存蛋白、 碳水化合物與維生素等。 玉米秸稈青貯后，其干物質中含粗蛋白質約8%，碳水化合物約13%。為避免養分流失，收獲后玉米秸稈應盡快青貯，超過3/4 的葉片干枯視為青黃秸稈，含水量低于青貯所需水平，青貯時每100 kg 需加5 ～15 kg水（范玥，2021；董世界，2021；唐貴，2021）。

秸稈在收獲后含水量一般低于30%（徐田軍等，2020；田宜水等，2011），密閉青貯窖要求的含水量為40% ～45%，故制作玉米秸稈青貯一般不需干燥， 有時需額外添水， 以保證乳酸正常發酵（沈東珍，2018）。用于青貯的原料要求含糖不得低于2.0%，否則不能滿足乳酸菌生長繁殖需要。 青貯玉米糖分在4%以上， 無需額外添加含糖物質（鄭洪梅，2015），但有時為增加青貯制作成功率與品質，在秸稈中添加適量粉狀谷物（通常為1 t 添加約25 kg 玉米粉），避免用于發酵的碳水化合物含量不足（劉東華，2013）。

玉米青貯與禾本科/豆科牧草青貯各有不同特點。 玉米青貯單位面積產量、 適口性優于后者（Gomes 等，2021；滕道明等，2020）；牧草青貯TDN含量是玉米秸稈青貯的90%， 在每噸添加約70 kg 谷物后TDN 含量基本與玉米秸稈青貯相等；牧草青貯蛋白質與胡蘿卜素含量更高， 故飼喂牧草青貯時額外的蛋白質補充量需求較低或不需補充。 此外，在寒冷與要求生長期較短的地區，禾本科/豆科牧草青貯更為合適（寇江濤等，2021；毛翠等，2020；劉月等，2019；Krüger 等，2020）。

2.1.3 混合青貯 青貯原料種類繁多，干物質、水分、碳水化合物等含量各異，結合具體情況，將兩種或兩種以上青貯原料進行混合青貯，取長補短，使原料水分含量盡快合理，減少使用添加劑，一定程度可縮短青貯工藝過程，均衡營養，提高青貯質量（王芬等，2021；張磊等，2021）。通常可將玉米秸稈為代表的高糖類青貯原料與以禾本科/豆科牧草為代表的低糖類青貯原料搭配制作青貯飼料，或將豆科牧草與禾本科牧草混合青貯， 也有將干草與牧草或秸稈進行混合青貯， 提高青貯成功率（王嘯林等，2021； 謝 華德等，2021；Santana 等，2020）。 郭暉（2021）以高丹草、紫花苜蓿單一青貯為對照組，設置高丹草與紫花苜蓿比例分別為6：4、5：5、4：6 三種，對其感官、營養與發酵品質進行評定。 結果表明混合青貯可解決紫花苜蓿草不易青貯和高丹草青貯蛋白質含量低、酸度大的問題，營養更均衡，60%高丹草+40%紫花苜蓿混合青貯品質最優。 Zeng 等（2020）研究了玉米與大豆混合青貯后的發酵質量與微生物群落特性， 表明混合青貯與單一大豆青貯相比，乳酸含量更高，與單一玉米青貯相比，氨氮含量降低，整體發酵質量得以提高。 盧月等（2020）研究了稻草與尾菜混合青貯對羊肉品質的影響， 表明混貯飼喂的羊肌纖維直徑顯著低于對照組，肌纖維密度高于對照組，肌肉組織更細致， 稻草與尾菜混貯可提高育肥湖羊的細嫩度。

另有研究者將可混合青貯作物直接種植在一起（趙繼麗等，2019）。如玉米和大豆、粟和蘇丹草。然而， 這種混合種植的最大困難是不同作物不能同步達到最佳青貯收割時間、 最大的生物總產量和營養物質產量。

綜上所述，此篇文章分析小麥高產技術要點，伴隨著城鎮化進程的加快，耕地面積逐漸減少，但小麥需求量在不斷上升，這就需要使用先進種植技術，在穩定小麥種植面積的情況上，要不斷提升小麥質量和產量，希望可以對小麥質量和產量提供學習作用。

2.2 青貯制備技術研究 當前，青貯工藝主要分為三大類，分別是窖（塔）貯、包貯、堆貯（閔令強等，2018；杜珠梅等，2017），其中以窖（塔）貯居多，包貯是近幾年逐漸興起的青貯工藝， 堆貯因其制備過程穩定性差，應用較少。 青貯時，需將青貯原料粉碎，粉碎長度一般為1.5 ～2 cm，便于壓緊壓實，確保厭氧環境的形成，同時利于提高發酵效率（Rodríguez 等，2020；王云洲等，2020）。

2.2.1 窖（塔）貯技術 窖貯是現階段最常見、技術相對成熟的青貯方式（趙雪嬌等，2019；韓淑敏等，2018）。 將收割并粉碎的青貯原料控制到適宜含水量后裝窖，壓實、密封，進行厭氧發酵。 其中，壓實與密封是青貯工藝的關鍵， 確保發酵期間處在良好厭氧環境（吳景剛等，2006）。不同原料的青貯時間有所不同，通常在21 ～30 d。取用時，從上到下分層取用，不可掏洞取草，取后及時密封，以免二次發酵。 青貯窖一次性投資較大， 但經久耐用， 可用來長期制作青貯飼料。 據其所處位置分地下式、半地下式與地上式，據其形狀又分長方形窖和圓形窖，大中型企業以長方形窖居多。在地下水位較低處可建地下式青貯窖， 在地下水位較高處可建半地下式或地上式青貯窖（塔）。 青貯窖具體尺寸尚無統一標準，可根據所養牲畜數量、飼喂期等靈活設計（Jia，2017）。 青貯窖壁須平整光滑，底面與側壁用水泥抹面或用塑料薄膜鋪面， 以免滲水漏氣，且利于飼草裝填壓實。 裝窖時，青貯原料裝滿后，繼續裝至高出青貯窖邊沿50 ～80 cm，用塑料薄膜封蓋， 再蓋1 ～2 層草包片、 草席等物，最后用泥土壓實，泥土厚度30 ～40 cm，并拍打密實，整個窖頂隆起呈饅頭狀。 窖貯時，隨乳酸菌發酵進展，部分水分流失，原料間隙減小，致使原料連同壓制原料的土層下沉， 土層可能出現裂縫，應及時覆土處理，否則會破壞厭氧環境，如遇雨天，雨水還會從縫隙滲入，導致青貯失敗（王美芝等，2007）。

2.2.2 包貯技術 包貯通常是利用打捆、 包膜等機械設備完成青貯工藝的方法， 是在傳統青貯技術基礎上研發的一種新型青貯技術。 先將粉碎好的青貯原料用打捆機進行高密度壓實打捆， 后經裹包機將其包裹，從而創造出厭氧發酵環境（劉玥含等，2021）。該青貯方式被歐洲各國、美國和日本等發達國家廣泛使用， 在我國部分地區也已嘗試使用（付東青等，2021；Niyigena 等，2021；Han 等，2020）。與窖貯類似，包貯具有干物質損失小、可長期保存、適口性好等優點（范金星等，2019）。

此外，包貯方式不受時間地點限制，在室內發酵不受天氣限制。制備成功使用時，可整包拆開飼喂，基本不存在二次發酵的現象。但包貯也存在自身不足：包裝易損壞，一旦包裝受損，其他有害雜菌就會大量繁殖， 使青貯料變質發霉 （Deng 等，2019）；所制草捆密度控制技術不成熟，密度過低會出現發酵不良甚至失敗情況（周天榮等，2020）；缺乏相關一體機設備，效率有待提高。

2.2.3 堆貯技術 堆貯即直接將處理好的碎青貯原料堆在地面上，鋪上薄膜、草苫子等覆蓋物，壓實發酵。該青貯方式適用于養殖規模較小的農戶，其特點是使用期較短，成本低，一次性勞動量投入較小，但可靠性較差，易受鼠蟲等損害，且壓實密度較難控制，使用相對較少（孫文博等，2017）。

3 青貯技術存在問題與對策

然而， 現有鏟抱式撿拾機械僅適用于圓形草捆，且不具備碼垛功能，加之草捆尺寸未形成統一標準（表2），進行全面推廣仍存在較大難度。 受限于青貯撿拾機多為鏟抱式， 青貯包膜機多針對圓捆，相對其他農機種類研究較少，尤其在草捆密度控制方面鮮見細致研究（段珍等，2018）。張海濱等（2019）設計了一款懸掛式青貯圓捆包膜機，主要由懸掛架、夾抱機構、工作臺、拉伸膜供膜機構、夾膜切膜機構、液壓系統和電控系統等組成，可為青貯原料的圓草捆進行纏膜打包， 但不具備控制草捆密度功能。

為確保青貯順利進行， 在該工藝中需獲取相關品質參數，眾多學者對此做了一定研究。王彥平等（2021）應用高效液相色譜法對青貯中乳酸、乙酸和丙酸含量測定進行了研究。通過對色譜柱、流動相、流速及樣品處理條件進行優化，建立了一種應用HPLC 法同時測定青貯飼料桑中乳酸、 乙酸和丙酸含量的方法，表明乳酸、乙酸和丙酸在一定濃度下具有良好的線性關系，且相關系數R2均大于0.999，加標回收率為98.35% ～104.24%，標準品中回收率和精密度試驗相對標準偏差（RSD）為0.01% ～0.58%，表明該方法準確性較好。 王帥等（2021） 采用RTX-5 和wondacap-1 色譜柱分離，建立了青貯玉米中4 類農藥殘留的氣相色譜檢測方法，該方法適用于青貯玉米中殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、殺螨劑4 類農藥殘留的檢測。但多數通過理化檢測手段在實驗室完成，效率低下，不適合現場批量快速檢測（李宇宇等，2021）。

近幾年，也有研究者嘗試用光譜成像技術對青貯檢測，并獲得一定成果。 Zhang 等（2019）結合烘箱加熱法，基于高光譜成像技術對青貯玉米原料含水率進行檢測研究，提出基于改進型離散粒子群算法的特征波段優選方法， 并利用相關系數分析法、DBPSO 和MDBPSO 法提取原料含水率高光譜特征變量，基于全波段反射光譜和特征波段反射光譜建立青貯玉米原料含水率預測模型。以光譜技術為代表的無損檢測雖然便捷、快速，但準確度仍有待提高，特征波段提取、模型建立等相關理論技術需繼續深入研究。另外，現有光譜設備價格昂貴，專用于青貯飼料檢測的便攜光譜設備亟待研制。

3.2 青貯工藝條件方面 根據青貯技術相關理論，青貯原料應清潔無雜質、溫度與含水量均符合青貯要求。 但實際實施過程中，由于設備本身局限性，較難以理想條件貫穿整個青貯過程。 如收割粉碎過程中難免混入灰塵、土壤，導致有害雜菌增多，產生霉變等不良現象，影響青貯效果與適口性。 現有解決方式主要為控制留茬高度，收獲時留茬不可過低，一般為15~20 cm。如遇土壤混入明顯，可適當添加乳酸菌改善（孫娟娟等，2021）（表3）。

表3 青貯49 d 苜蓿青貯飼料干物質含量和營養成分

青貯技術較其他飼料制備技術對人的要求高，需經系統培訓學習方可制備，制備過程存在一定風險（如腐敗變霉、丁酸發酵等）。 此外，青貯飼料含有較多有機酸，有輕瀉作用，長期大量飼喂可造成牲畜瘤胃酸過多甚至瘤胃酸中毒， 進而影響牲畜消化與健康（Wang 等，2020；Zhao 等，2019）。尤其是懷孕牲畜大量采食后，可能出現流產、早產及產弱犢等現象（郭文等，2017；冀鳳杰等，2015）。同時， 酸度過大也會影響種畜精液品質（呂宗浩等，2021；陳斌璽等，2012）。

目前有效解決辦法是在青貯飼料中根據實際情況添加適量緩沖劑（付薇等，2021； 琚澤亮等，2016；許萬祥，1997）。不同發酵乳酸菌劑及組合添加劑均可不同程度改善青貯發酵品質， 要針對實際情況確定最佳乳酸菌劑及組合添加劑。 當前青貯過程各條件（包括添加劑配置）影響機理仍不成熟， 需進一步探究， 最終需達到根據不同青貯原料、環境及用途確定最佳青貯條件，并配合相關機械裝備與在線實時監測系統， 力求在整個青貯過程中持續最佳狀態，生產出高品質青貯飼料。

3.3 青貯品質評價 青貯飼料品質評價體系缺乏，檢測手段落后。目前對青貯效果的綜合評價主要以發酵指標、營養價值指標、飼用指標或采用隸屬函數法進行評價， 未形成針對青貯工藝本身的綜合評價指標（王亞芳等，2020；王旭哲等，2018），在實踐中多為酸度、氣味、顏色相結合的檢測方法（張養東等，2016），由于缺乏便攜式定量或定性檢測設備，氣味、顏色主要靠人的感官評價，可靠性差，誤差較大。而理化指標檢測多用于實驗室科學研究，檢測繁瑣，效率低下。 同時各地方或企業評價細化標準不統一，增加了品質互認難度。表4 為部分地區常用的青貯飼料品質綜合評價標準。

表4 青貯飼料品質綜合評定標準

4 結論

青貯技術是一種發展潛力較大的制備飼料技術，在我國逐漸穩步成熟與推廣。該技術制備的青貯飼料具有營養損失少、適口性佳、易消化吸收、耐儲存等特點，增加了農民綜合效益，受到養殖業廣泛認可。該技術既提高了畜牧業綜合效益，同時也帶動了其他相關行業（如青貯配套機械、檢測設備等）發展。 然而該技術在我國尚處起步階段，在發展過程中暴露出諸多問題尚待解決：（1）青貯配套機械匱乏，效率低下，尤其是新興的包貯技術，現有機械存在壓實密度較難控制、包膜易損壞、一體機缺乏等不足， 一定程度上影響了該技術的推廣應用；（2）青貯發酵機理、添加劑配制依據與方法等理論較粗糙， 加上當前原料潔凈度不高而混入雜菌影響青貯，造成失敗率提高；（3）評價系統不完善，青貯過程中基本靠感官判斷，可靠性差，應研制便攜式、高效、精準檢測設備，實時監測青貯過程關鍵參數，確保青貯成功。