混貯原料對全株玉米青貯粗蛋白質含量及發酵品質的影響

任紅陽,鄭林峰,王自立,王紅亮*

(1.中國農業大學資源與環境學院 國家農業綠色發展研究院 植物-土壤相互作用教育部重點實驗室,北京 100193; 2.杭錦后旗農牧業綜合保障中心,巴彥淖爾 015400)

我國畜禽養殖存欄量逐年上升,對優質飼草的需求也與日俱增,全株青貯玉米已經成為反芻動物養殖業中主要的飼草之一[1-2],其作為一種質優價廉的粗飼料被廣泛應用。全株玉米由于含有豐富的糖類和纖維素等養分,更容易青貯成功,保存時間長,可作為春、冬季牛、羊的優質飼料來源,但其粗蛋白質(crude protein, CP)含量相對較低[3]。此外,我國尚有大量的農業或加工業副產物如秸稈、糟渣等非常規飼料資源正在低值化使用[4]。混合青貯能夠促進不同原料的營養成分互補以及種間微生物互作以實現青貯飼料營養均衡與適口性提升,尤其能夠解決副產物原料難以單獨青貯或青貯飼料CP含量不高等問題,既緩解了我國飼草資源緊缺的壓力,又減少了農業廢棄物的環境污染[5]。目前,關于全株玉米與其它飼草或副產物混合青貯的研究較多,但不同混貯原料的組合以及混貯比例對青貯飼料發酵品質的影響效果并不一致[6-7]。因此,本文系統總結了全株青貯玉米與豆科牧草、禾本科牧草以及副產物的最佳混合比例及其對青貯飼料發酵品質的影響,為我國青貯飼料資源的開發和合理應用提供科學依據。

1 青貯飼料質量分級

表1總結了不同青貯飼料質量分級標準,質量等級大致分為3～5級,主要包括pH、氨態氮/總氮(ammonia nitrogen/total nitrogen, NH3-N/TN)、乳酸/總酸(lactic acid/total acid, LA/TA)、乙酸(acetic acid/total acid, AA/TA)、丁酸/總酸(butyric acid/total acid,BA/TA)等指標。pH直接反映全株玉米青貯過程中產生的總酸含量,是青貯飼料是否發酵良好的重要指標。NH3-N/TN的比值反映全株玉米青貯過程中氨基酸和蛋白質的分解程度,比值越小,說明全株玉米青貯中蛋白質分解越少,青貯品質越高,當NH3-N/TN≤10%時表明發酵過程良好[8]。LA是青貯飼料中含量最高、酸性最強的有機酸,也是pH快速下降、抑制微生物生命活動的主要因素,主要由同型乳酸菌發酵產生[9]。AA能夠非常明顯抑制有害微生物的生長繁殖,提高全株玉米的有氧穩定性[10]。BA是由梭菌等不良微生物將青貯飼料中的乳酸或原料中的糖分解產生,同時伴隨著能量的損失和蛋白質的降解,生成的胺或氨使青貯飼料具有惡臭氣味,其含量越高則青貯飼料品質越低;但是梭菌不耐酸,pH降至4.2以下即可被抑制[11-12]。當青貯飼料pH低于4.2時,乳酸菌自身的繁殖活動也受到抑制,同樣也不能生長或繁殖,此時,各種微生物活動進入相對穩定的時期,形成了一個微生物平衡循環,進而達到青貯飼料的穩定儲藏。

2 混貯對全株玉米蛋白質含量及發酵品質的影響

本文依據混貯原料所屬類別,將國內外研究中常見的混貯原料劃分為豆科作物、禾本科作物、副產物三類,全面綜述了與全株玉米單貯相比,不同類型混貯原料對全株玉米的干物質(dry matter, DM)含量、CP、pH、NH3-N/TN、有機酸(organic acid, OA)等主要營養及發酵組分的影響。

2.1 與豆科作物混貯

我國飼料存在巨大缺口,尤其是蛋白飼料資源國內供應嚴重不足。2021年蛋白飼用原料(大豆等)累計進口9.9 ×107噸,其中大豆進口9.7×107噸,飼用大豆基本全部依賴進口。此外,我國優質牧草如苜蓿等也嚴重短缺,未來幾年缺口至少120萬噸[14]。全株玉米是一種常見的飼草作物,含有豐富的糖類和纖維素等養分,易于制作青貯飼料,但其CP含量較低。豆科作物如苜蓿、大豆和豌豆等CP含量普遍較高,一般在10%～23%[15-17],但是豆科牧草具有可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrates, WSC)和DM含量低、緩沖能力高等特性,導致其單獨青貯時的NH3-N/TN和BA含量均較高,易發生腐敗[18-19]。將全株玉米與豆科作物二者混合青貯,既可解決豆科作物青貯難的問題,又可提高青貯飼料的營養價值,改善發酵品質(表2)[19-37],從而緩解我國優質牧草的進口壓力。全株玉米與豆科作物混貯的CP含量與全株玉米單貯相比明顯增加,但由于作物種類、混貯比例、混貯時間等因素導致其變化幅度較大(9.4%～135.6%)。研究顯示,全株玉米與苜蓿混貯對CP含量有較大提升,但NH3-N/TN含量也相應升高[29],這表明混貯增加了蛋白質的降解量。然而,將全株玉米與大豆、秣食豆和扁豆等混貯,結果顯示NH3-N/TN含量僅略微升高,甚至部分低于全株玉米單貯[15,28-29]。研究表明,混貯飼料中LA和AA含量與青貯原料的DM有關,當DM處于25%～35%之間最為適宜[38-39]。全株玉米與豆科作物混貯基本檢測不到BA含量(表2),因為混貯增加了青貯原料的WSC,為乳酸菌發酵提供了充足底物,利于LA生成,促使pH快速下降,有效抑制了梭菌等腐敗菌繁殖[25]。進一步分析可知,高比例苜蓿與全株玉米混貯LA產生較少,pH下降較慢,不能有效抑制有害微生物活性,進而導致CP損失增加[40],但是隨著全株玉米比例的增加,混貯飼料LA含量增加,pH降低,品質也更好。通常來講,在鮮物質基礎上使用≥20%全株玉米與苜蓿混貯,總體發酵品質更好[20-22]。如表2所示,混貯飼料的pH在3.7～4.7之間,相比全株玉米單貯略有升高。因為豆科作物本身pH較高,全株玉米與豆科作物混合青貯pH≤4.7范圍內也都是理想的[41]。研究顯示,全株玉米與大豆以25/75比例混貯,pH(4.7)遠高于我國優質青貯玉米的標準,但CP、DM以及LA含量更高,發酵質量整體表現更好[27]。總體來講,全株玉米與豆科作物混貯能夠實現養分的互補,增加青貯飼料的CP含量,同時增加LA和 AA含量,改善了青貯飼料的發酵品質。

表1 青貯玉米發酵指標分級標準比較Table 1 Comparison of different standard fermentation indicator classifications for silage corn

表2 全株玉米與豆科作物混貯對其發酵品質的影響

2.2 與禾本科作物混貯

禾本科作物是農區和半農牧區冬、春季青貯飼料和優質干草的主要來源,對畜牧業的發展有十分重要的作用,但是近年來面臨著供需缺口和進口壓力加大等問題。2015年,燕麥和高粱等產品總進口量達到2 158.6萬噸,是2010年的8.8倍[42]。2021年,高粱等飼用谷物原料累計進口6.033 3×107噸,較上年增長84.2%[43]。高粱具有含糖量高、抗逆性強、可在缺乏水資源的地區種植等優勢,但其淀粉含量偏低[44];燕麥具有豐富的CP和WSC,但其水分含量高導致單獨青貯不易成功,傳統的加工方式中常將燕麥制成青干草,在晾曬過程中易造成養分損失,如遇雨雪等特殊天氣時更易造成嚴重損失和浪費[45]。而全株玉米具備生物產量高、纖維含量較低、淀粉及能值高等特點,且水分適中、自然附著乳酸菌較多,因此青貯較容易成功[46],但在實際生產中也面臨生產成本高、需水量大、對自然條件要求較高等問題。所以全株玉米與禾本科作物混播、混貯,在一定程度上可以解決部分禾本科牧草單獨青貯的缺陷,從而改善其青貯品質,但不同類型禾本科作物混貯對全株玉米發酵品質的影響卻不盡相同(表3)。郭婷等[47]將不同品種的燕麥與全株玉米按不同比例混貯,結果發現品種對青貯飼料發酵品質影響較大;其中,白燕8號與玉米最優混合比例為3∶7,此時青貯飼料的pH(3.26)、NH3-N/TN和BA含量均較低,發酵品質最優。此外,有研究顯示糯玉米與普通玉米相比,蛋白質、賴氨酸和色氨酸等含量較高[48];但因具有較高的水分和較低的WSC含量,導致青貯時缺乏供乳酸菌發酵的底物,容易青貯失敗,而與普通玉米按3∶7的混貯提升了CP含量15.3%,NH3-N/TN降低15.5%,說明混貯有效抑制了蛋白質降解,提高了青貯品質[49]。柳茜等[50]研究發現,玉米與高粱按照1∶1和7∶3混貯青貯發酵品質均較好,但1∶1混貯會導致CP含量下降(高粱CP含量較低)。胡遠彬等[51]研究顯示,象草和全株玉米以2∶8比例混貯效果最佳,青貯飼料品質與全株玉米單貯接近;盡管混貯飼料CP含量與全株玉米單貯相比降低7.7%,但與象草單貯相比各指標含量均顯著降低,其中pH降低5.9%、NH3-N/TN降低70.9%、BA和LA含量也分別降低50%和46%。綜上所述,全株玉米與禾本科作物混貯能夠彌補某些禾本科作物單貯的不足,但應注意選擇適當的混貯比例及飼草品種以確保在彌補其他飼草單貯不足的同時保障較佳的青貯飼料品質。

2.3 與副產物混貯

我國每年大約產生7億噸秸稈和5.8億噸加工副產物,因不易加工處理、流通成本高、季節性強和地理范圍局限性等問題導致副產物的合理利用率平均不到40%,隨意丟棄腐爛變質或直接燃燒污染環境的約占60%,不僅造成了農民收入和企業效益大大降低,而且造成資源浪費和環境污染[53-55]。食品副產品如濕酒糟等含有較為豐富的蛋白質、維生素和氨基酸等營養物質,具有較高的飼喂價值,但因其水分含量較高,高溫時易腐敗,難以長期保存。農業副產物諸如花生秧、向日葵秸稈等大多加工制成干草、草粉等飼喂畜禽,若將其調制成青貯飼料能更好地保存養分,同時還能降低干草貯存過程中霉變的風險。全株玉米中豐富的糖類養分可以為微生物活動提供能量,能夠促進副產物(如秸稈)中纖維素和蛋白質等養分的降解,在一定程度上改善粗飼料的營養品質[56]。因此,將副產物與全株玉米混貯制成青貯飼料,不但能夠提高農副產品循環利用效率,降低飼料成本,也能使青貯飼料營養更加均衡、風味口感更加豐富。不同類型副產物混貯對全株玉米發酵品質的影響如表4所示。Mjoun等[56]將玉米與濕酒糟混貯,LA產量隨著濕酒糟添加量的增加而降低,可能是混貯改變了發酵模式,導致乳酸發酵轉變為乙酸的量增加,這與Moyo等[57]的研究發現一致。此外,濕酒糟與全株玉米混貯還可以解決濕酒糟冬季單貯結冰的問題[58]。蔣金娟等[59]將全株玉米和甘蔗梢以7∶3的比例混貯發現,NH3-N/TN降低11.9%、LA增加12.7%;但隨著甘蔗梢比例增加,同型乳酸菌發酵逐漸轉變為異型乳酸菌發酵,導致乳酸分解為乙酸,使得飼料中WSC含量下降。中藥渣中含有大量的CP和微量元素等營養物質,且價格低廉,將其應用于全株玉米青貯中能夠改善青貯飼料的營養品質或促進動物健康[60-61]。研究顯示,單一及混合中藥渣與全株玉米混貯均能提升青貯飼料發酵品質,但不同藥渣的最佳添加比例和改善效果并不相同。例如,添加5%的黨參藥渣對青貯飼料品質改善效果較好;牛蒡藥渣及川芎藥渣的添加均能改善青貯品質,但牛蒡藥渣對青貯品質的改善效果優于川芎藥渣[62]。綜上所述,青貯玉米與副產物混貯能夠提高青貯成功率和資源化利用效率,但可能降低青貯飼料的營養品質。因此,在實際生產中要根據青貯原料特性(DM、pH等)選取適宜的混貯比例或青貯方式以最大程度提升青貯飼料品質。

表3 全株玉米與禾本科作物混貯對其發酵品質的影響Table 3 Effects of whole corn mixed ensiling with grasses on silage fermentation quality %

3 小結

青貯飼料是我國反芻動物生產重要的飼草資源,其青貯品質的高低直接關系到畜牧業的可持續發展。利用青貯玉米進行混貯能夠充分發揮各青貯原料的優點,既解決了某些原料單獨青貯飼料品質不佳的問題,又提高了非常規飼料資源的利用率,但在實際生產中需要根據原料的特性進行適宜混合比例的研究以確保不影響青貯飼料的品質。此外,青貯玉米與其他飼草混播混貯的方式制作青貯飼料操作簡便、可行性高,且具有低成本和高營養價值的優點,可考慮推廣應用,但需考慮品種、地區、收獲期等種植模式的差異。

表4 全株玉米與副產物混貯對其發酵品質的影響