基于模糊相似優(yōu)先比法評價規(guī)模化牧場全株玉米青貯飼料品質(zhì)

王 挺，張凡凡，黃 華，楊光維，陳衛(wèi)國，張 力，馬春暉

(1.石河子大學(xué)動物科技學(xué)院，新疆石河子 832000；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第七師農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，新疆胡楊河 834034；3.伊犁哈薩克自治州畜牧科學(xué)研究所，新疆伊寧 835000；4.塔城地區(qū)畜牧科技研究推廣中心，新疆塔城 834700；5.新疆農(nóng)墾科學(xué)院作物研究所，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】目前我國青貯玉米種植面積146.67×104hm2(2 200×104畝)以上(占玉米總面積4%)[1]，德國青貯玉米種植面積213.73×104hm2(3 206×104畝)(占玉米總面積85%以上)，法國青貯玉米種植面積151×104hm2(2 265×104畝)(占玉米總面積50%以上)[2]，研究青貯玉米的青貯飼料品質(zhì)對推動我國青貯飼料高效生產(chǎn)有重要意義。【前人研究進(jìn)展】青貯玉米栽培中，氣候特征是影響其生產(chǎn)性能的主要因素之一[3]，青貯玉米產(chǎn)量與緯度呈正相關(guān)，我國西北地區(qū)、內(nèi)蒙古、東北地區(qū)的青貯玉米產(chǎn)量高于南方各地區(qū)；干物質(zhì)含量與氣溫呈負(fù)相關(guān)，東北地區(qū)青貯玉米的干物質(zhì)含量高于其它地區(qū)；西北地區(qū)及內(nèi)蒙古地區(qū)的青貯玉米淀粉含量高于其它地區(qū)；華南地區(qū)的青貯玉米酸性洗滌纖維含量低于其它地區(qū)。全株玉米青貯品質(zhì)受品種特性的影響，不同品種青貯玉米營養(yǎng)沉積及對各類外源養(yǎng)分的吸收能力有所區(qū)別，導(dǎo)致其經(jīng)青貯發(fā)酵后營養(yǎng)品質(zhì)含量存在顯著差異[4]，不同地區(qū)應(yīng)選擇適宜本地區(qū)栽培的品種。全株玉米青貯品質(zhì)與加工調(diào)制方式密切相關(guān)，選擇合適的收獲期[5]、切割長度[6]、壓實(shí)密度[7]、發(fā)酵時間[8]、添加劑[9]等均可有效調(diào)控全株玉米青貯的發(fā)酵品質(zhì)，降低有害微生物數(shù)量及霉菌毒素含量。【本研究切入點(diǎn)】2019年末牲畜存欄已達(dá)4 946×104頭[10]，需要掌握本地區(qū)青貯加工的基礎(chǔ)水平，以應(yīng)對畜牧業(yè)對高品質(zhì)飼草日益增長的需求。其中，北疆地區(qū)作為新疆奶產(chǎn)業(yè)核心區(qū)域尤為重要，青貯玉米的種植及青貯飼料的生產(chǎn)呈現(xiàn)區(qū)域性差異，青貯品種、品質(zhì)良莠不齊，很大程度上限制了北疆地區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展。青貯玉米的營養(yǎng)品質(zhì)很大程度上決定了牧場的經(jīng)濟(jì)效益[11]，劣質(zhì)青貯飼料不僅會降低采食量，更會導(dǎo)致牲畜代謝紊亂，萎靡不振，優(yōu)質(zhì)青貯飼料是提升牲畜采食量及生產(chǎn)性能的關(guān)鍵因素[12-14]。需研究采集北疆地區(qū)18個規(guī)模化牧場青貯窖中全株玉米青貯飼料，分析發(fā)酵品質(zhì)及飼料安全情況。【擬解決的關(guān)鍵問題】采集新疆北疆地區(qū)18個不同規(guī)模牧場中窖貯全株玉米青貯飼料，分析新疆北疆地區(qū)規(guī)模化牧場青貯飼料整體生產(chǎn)水平，研究青貯飼料品質(zhì)差異，為新疆地區(qū)青貯飼料的高效生產(chǎn)、合理利用提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料分別采集于北疆奎屯、克拉瑪依、博州、塔城、伊犁地區(qū)規(guī)模化牧場青貯窖中全株玉米青貯飼料共18份，其中存欄規(guī)模大于1 000頭的牧場有9家，存欄規(guī)模在500～1 000頭的有4家，存欄規(guī)模小于500頭的有5家。以青貯窖截面中心為基點(diǎn)，九點(diǎn)法采集各牧場全株玉米青貯飼料[15]，1.5 kg/袋，每個牧場5袋，共計90袋，采集結(jié)束立刻存放至4℃車載冰箱中，帶回實(shí)驗(yàn)室-80℃超低溫冰箱中保存待測。表1

表1 新疆北疆地區(qū)各規(guī)模化牧場及材料Table 1 Details of various pastures and test materials in large-scale pastures in northern Xinjiang region

1.2 方 法

營養(yǎng)指標(biāo)的測定包含，干物質(zhì)(dry matter，DM)、淀粉(Starch)、粗蛋白(crude protein，CP)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)、水溶性碳水化合物(water-soluble carbohydrates，WSC)，均使用國標(biāo)法測定[15-18]。采用烘干法測定DM含量，采用酶水解法測定Starch含量，采用凱氏定氮法測定CP含量，采用范式纖維洗滌法(Van Soest)測定NDF含量及ADF含量，采用蒽酮-硫酸比色法測定WSC含量。

發(fā)酵品質(zhì)的測定包含：pH值、氨態(tài)氮(NH3·N)含量、乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)、丁酸(butyric acid，BA)含量。采用酸度計測定pH值，采用苯酚-次氯酸鈉比色法[19]測定NH3·N含量，采用高效液相色譜法[20](賽默飛世爾科技中國有限公司)測定LA、AA、PA、BA的含量。

使用PriboFast霉菌毒素酶聯(lián)免疫試劑盒(青島普瑞邦生物工程有限公司)對全株玉米青貯中的黃曲霉毒素B1(aflatoxinB1，AFB1)、嘔吐毒素(deoxynivalenol，DON)、T2毒素及玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)含量進(jìn)行測定。依據(jù)飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 13078-2017)對全株玉米青貯中AFB1、DON、ZEN、T-2毒素的含量評定[21]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2019對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行單因素ANOVA檢驗(yàn)，多重比較使用Duncan法，使用origin 8.0軟件繪制箱形圖，以18個規(guī)模化牧場全株玉米青貯飼料營養(yǎng)指標(biāo)、發(fā)酵指標(biāo)、霉菌毒素含量為數(shù)據(jù)來源繪制箱形圖，箱形圖中上/下邊緣表示最大/小觀測值，箱體上邊緣表示上四分位數(shù)，箱體下邊緣表示下四分位數(shù)，箱體中間的橫線表示中位數(shù)，上/下四分位數(shù)構(gòu)成的箱體表示數(shù)據(jù)整體離散程度(箱體越長，離散程度越大)。采用模糊相似優(yōu)先比法對各規(guī)模化牧場全株玉米青貯飼料品質(zhì)進(jìn)行綜合價值評定[22]，使用DPS V9.01軟件將全株玉米青貯飼料的12項(xiàng)核心指標(biāo)分析計算，對其設(shè)定識別標(biāo)識為1，固定樣本為理想青貯(各指標(biāo)理論最優(yōu))，識別標(biāo)識為0，執(zhí)行“模糊相似優(yōu)先比分析”，計算結(jié)果中待測青貯與理想青貯的相似程度大小即反映各牧場全株玉米青貯品質(zhì)的優(yōu)劣，相似程度越小則與理想青貯飼料的相似程度越高。(繪制箱形圖及模糊相似優(yōu)先比法所參考標(biāo)準(zhǔn)均引自青貯玉米品質(zhì)分級[23]，青貯飼料全株玉米[24]，青貯玉米評價標(biāo)準(zhǔn)[25])。表2

表2 理想青貯各指標(biāo)數(shù)值及權(quán)重選取Table 2 Selection of values and weights of various indexes of ideal silage

2 結(jié)果與分析

2.1 各規(guī)模化牧場全株玉米青貯營養(yǎng)品質(zhì)、發(fā)酵品質(zhì)及霉菌毒素含量

研究表明，M和G牧場DM含量(35.32%～35.64%)顯著高于其他牧場(P<0.05)；B、M和Q牧場Starch含量(31.94%～32.54%)顯著高于其他牧場(P<0.05)；G、P牧場CP含量(9.22%～9.47%)顯著高于其他牧場(P<0.05)；O牧場NDF含量(39.27%)顯著低于其他牧場(P<0.05)；E牧場ADF含量(23.57%)顯著低于其他牧場(P<0.05)；I牧場pH(3.60)顯著低于其他牧場(P<0.05)；I、R牧場LA含量(6.31%～6.39%)顯著高于其他牧場(P<0.05)；J牧場AA含量(1.28%)顯著低于其他牧場(P<0.05)；I、D牧場PA含量(0.88%～0.89%)顯著低于其他牧場(P<0.05)；J、R牧場BA含量(1.41%～1.47%)顯著低于其他牧場(P<0.05)；B牧場NH3·N/TN(6.41)顯著低于其他牧場(P<0.05)；E、K、R和M牧場的AFB1含量(1.52～1.66)顯著低于其他牧場(P<0.05)；K、R牧場的DON含量(14.69～16.47)顯著低于其他牧場(P<0.05)；E牧場的T2毒素含量(10.37)顯著低于其他牧場(P<0.05)；C、D、I、Q和R牧場的ZEN含量(2.11～2.24)顯著低于其他牧場(P<0.05)。表3

2.2 各規(guī)模化牧場全株玉米青貯飼料品質(zhì)整體水平

研究表明，營養(yǎng)品質(zhì)中，DM含量整體分布于25.33%～31.58%，均達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)(25%)，其中38.88%的牧場達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)(30%)。Starch含量整體分布于23.93%～30.81%，均達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)(16%)，50%的牧場達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)(25%)。CP含量整體分布于5.55%～7.83%，44.44%的牧場達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)(7%)。NDF含量整體分布于42%～46.53%，均達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)(50%)，66.67%的牧場達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)(45%)。ADF含量整體分布于26.36%～28.80%，均達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)(34%)，55.56%的牧場達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)(28%)。WSC含量整體分布于15.02%～19.33%(暫無明確標(biāo)準(zhǔn)用于定義WSC含量的等級)。發(fā)酵品質(zhì)中，pH整體分布于3.76～4.32，均達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)(4.4)，44.44%的牧場達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)(4.0)。LA含量整體分布于3.76%～5.29%，均達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)(3%)，44.44%的牧場達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)(5%)。AA含量整體分布于1.83%～3.12%，均達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)(3.2%)，22.22%的牧場達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)(1.6%)。PA含量整體分布于1.05%～1.29%，均達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)(0.47%)。BA含量整體分布于1.53%～3.68%，均達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)(3.84%)，50%的牧場達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)(1.6%)。NH3·N/TN整體分布于6.68～11.56，均達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)(18)，72.22%的牧場達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)(10)。霉菌毒素含量中，AFB1含量整體分布于2.13～6.34 μg/kg，符合國家限量標(biāo)準(zhǔn)(50 μg/kg)。DON含量整體分布于21.88～52.27 μg/kg，符合國家限量標(biāo)準(zhǔn)(5 000 μg/kg)。T2毒素含量整體分布于19.87～58.18 μg/kg，符合國家限量標(biāo)準(zhǔn)(500 μg/kg)。ZEN含量整體分布于2.21～2.53 μg/kg，符合國家限量標(biāo)準(zhǔn)(500 μg/kg)。圖1

注:箱體右側(cè)數(shù)據(jù)依次為上四分位數(shù)，中位數(shù)，下四分位數(shù)。箱體內(nèi)的空心點(diǎn)表示平均數(shù)，箱體外的實(shí)心點(diǎn)表示離群值，分割箱形圖的劃線表示某一指標(biāo)的國家一級標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)線表示該指標(biāo)的國家二級標(biāo)準(zhǔn)，點(diǎn)線表示該指標(biāo)的國家限量標(biāo)準(zhǔn)

2.3 模糊相似優(yōu)先比法評價各規(guī)模化牧場全株玉米青貯綜合價值

研究表明，R牧場全株玉米青貯飼料綜合價值最高；各牧場綜合價值排序?yàn)椋篟>I>Q>B>G>O>P>M>J>F>E>A>D>C>K>N>L>H；綜合價值排名前三位的牧場均為存欄量在1 000頭以上的規(guī)模化牧場，排名后三位的牧場均為存欄量小于500頭的規(guī)模化牧場。表4

3 討 論

3.1 各規(guī)模化牧場全株玉米青貯飼料營養(yǎng)品質(zhì)整體水平及差異

青貯玉米營養(yǎng)成分是衡量全株玉米品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵[26]。研究中，各規(guī)模化牧場全株玉米青貯各營養(yǎng)指標(biāo)整體水平均能達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)以上，其中存欄量在千頭以上的牧場能達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，但由于使用的青貯玉米品種不同(共計14種)，致使各場青貯玉米DM、Starch、NDF、WSC整體水平的分布存在較大差距，與以往諸多研究結(jié)果一致[5、27]；與多數(shù)研究不同的是，ADF的含量整體差距較小，可能是由于ADF與氣溫、日照呈顯著正相關(guān)[4]，而北疆地區(qū)氣溫及日照整體差異不大。研究中，先玉335和恩喜愛298的營養(yǎng)指標(biāo)(除CP以外)含量在伊犁I牧場、奎屯N牧場表現(xiàn)出顯著差異，進(jìn)一步證實(shí)了全株玉米青貯品質(zhì)存在的差異不僅與品種有關(guān)，還與地區(qū)氣候特性有著緊密的聯(lián)系[28]。此外，在青貯飼料的實(shí)際生產(chǎn)中很難形成單貯(青貯窖中僅存在一種青貯玉米)，窖中青貯飼料總體品質(zhì)主要受何品種影響尚不明確，需要在以后的研究中探討。研究發(fā)現(xiàn)奎屯地區(qū)不同規(guī)模化牧場(J、L、M、N、O)全株玉米青貯所用品種相同，但各營養(yǎng)指標(biāo)的含量仍存在較大差異，綜合價值前三的牧場均為存欄量在1 000頭以上的大規(guī)模牧場，而綜合價值排名后三位的牧場均為存欄量低于500頭的小型牧場，其原因可能是不同規(guī)模牧場在青貯玉米調(diào)制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的把控存在差距，存欄量在500頭以下的牧場在原料收獲中，未在最佳時期收獲，導(dǎo)致青貯原料水分過高；青貯發(fā)酵時，上層營養(yǎng)物質(zhì)隨著水分下潛致使青貯窖內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)分布不均勻，下層青貯飼料淹沒于浸出液中不利于取用及家畜采食，與以往研究結(jié)果一致[29-30]。此外，諸多牧場年均奶產(chǎn)量浮動較大，其中奎屯地區(qū)L牧場奶牛產(chǎn)奶量2019年較2018年下降平均500 kg，主要原因是青貯玉米籽粒破碎不完全阻礙奶牛瘤胃降解，致使奶牛營養(yǎng)物質(zhì)攝入不足。籽粒破碎度與奶牛采食量及瘤胃消化率密切相關(guān)，一般要求籽粒加工為1～3 mm，占90%以上[31-32]，良好的籽粒破碎度是提升家畜生產(chǎn)性能的重要因素[33]。

3.2 各規(guī)模化牧場全株玉米青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)及霉菌毒素含量整體水平及差異

青貯飼料開窖后，pH、有機(jī)酸含量可直接反映青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的好壞[34]。在研究中，各規(guī)模化牧場青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)均在國家二級標(biāo)準(zhǔn)以上，其中44.44%的牧場pH，LA含量能達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，22.22%的牧場AA含量能達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，北疆地區(qū)青貯飼料的整體發(fā)酵水平良好，而各牧場發(fā)酵水平存在一定差距，該差距不僅與品種有關(guān)[35]，主要還受制于青貯調(diào)制方法。伊犁地區(qū)I牧場(存欄量10 000頭)的pH、PA含量最低，LA含量最高，是由于該牧場在青貯飼料中添加了外源乳酸菌添加劑，植物乳酸菌(Lactobacillusplantarum)、布氏乳桿菌(Lactobacillusbuchneri)等，大量的乳酸菌在青貯發(fā)酵過程中迅速成為主導(dǎo)菌群，分解WSC產(chǎn)生大量LA、AA[36-37]，LA可迅速降低pH，達(dá)到適宜乳酸菌繁殖的酸性環(huán)境，AA能夠有效抑制丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)等腐敗菌作用[38]，減少青貯飼料中的營養(yǎng)物質(zhì)損失，且開窖后大量AA的存在可抑制好氧細(xì)菌的活動，提升有氧穩(wěn)定性[39]。如青貯飼料密封不嚴(yán)，青貯發(fā)酵中空氣的滲入激活好氧細(xì)菌大量繁殖，競爭性抑制乳酸菌的活動[40]，消耗青貯飼料中的碳水化合物、蛋白質(zhì)，致使青貯飼料中檢測出大量氨態(tài)氮(NH3·N)、BA等，從而增加家畜患病分險[41]。

霉菌毒素是真菌受到脅迫時產(chǎn)生的有毒代謝物[42]，青貯玉米在生長、收割、加工、貯藏的過程中均會受到一定程度的真菌污染[43-44]，家畜對霉菌毒素有一定耐受能力，但飼料中霉菌毒素含量超標(biāo)將導(dǎo)致家畜共濟(jì)失調(diào)[45]、瘤胃乳頭潰爛[46-47]、乳腺腫大[48]等疾病的發(fā)生。在研究中，北疆地區(qū)青貯飼料中AFB1、DON、T2、ZEN的含量均未超過國家限量標(biāo)準(zhǔn)，整體水平優(yōu)異，但不同規(guī)模牧場間AFB1、DON及T2毒素的含量整體分布存在差異，不同規(guī)模牧場在青貯飼料安全監(jiān)管中存在一定差距，在今后青貯飼料生產(chǎn)中應(yīng)加大監(jiān)管力度，科學(xué)種植、適時灌溉、按時收獲[21]，最大限度降低青貯飼料中霉菌毒素的產(chǎn)生，保障家畜健康養(yǎng)殖。

4 結(jié) 論

4.1各規(guī)模化牧場全株玉米青貯營養(yǎng)品質(zhì)及發(fā)酵品質(zhì)均達(dá)到國家二級標(biāo)準(zhǔn)，霉菌毒素含量均符合國家限量標(biāo)準(zhǔn)。

4.2綜合價值排名前三位的牧場為R>I>Q(存欄量在1 000頭以上的牧場)，排名后三位的牧場為N>L>H(存欄量在500頭以下的牧場)。

4.3新疆北疆地區(qū)規(guī)模化牧場全株玉米青貯品質(zhì)整體水平良好，但不同規(guī)模牧場之間存在差距，存欄量在1 000頭以上的牧場整體水平優(yōu)于存欄量在500頭以下的牧場；各規(guī)模化牧場全株玉米青貯品質(zhì)主要受青貯玉米品種、地區(qū)氣候特性、牧場規(guī)模的影響。