川西北高原全株玉米與不同豆科牧草混貯品質研究

摘要：為發揮全株玉米與豆科牧草在家畜生產中的互補效應，提高川西北高原飼草利用率。本研究以全株玉米、全株大豆和全株箭筈豌豆為試驗材料，設置三種飼草單獨青貯及70%全株玉米和30%全株大豆混貯、70%全株玉米和30%全株箭筈豌豆混貯5個處理，采用聚乙烯袋密封保存30，60，90，120 d后開袋分析。結果表明：全株玉米與豆科牧草混貯可以顯著提高全株玉米的粗蛋白含量和豆科牧草的可溶性碳水化合物及乳酸含量，顯著降低豆科牧草的pH值、氨態氮及丁酸含量（Plt;0.05）。混貯處理中，全株玉米與全株箭筈豌豆混貯組的可溶性碳水化合物及乳酸含量增幅更大，pH值、丙酸、丁酸含量均值最低，分別為4.03，2.6和0.38 g·kg-1DM。因此，全株玉米與全株大豆、全株箭筈豌豆混貯，可以均衡三種飼草的營養品質，獲得更優質的青貯飼料，但在川西北高原地區以全株玉米和全株箭筈豌豆混貯效果更佳。

關鍵詞：川西北高原；混合青貯；發酵時間；發酵品質

中圖分類號：S152.6""" 文獻標識碼：A""""" 文章編號：1007-0435（2024）09-2999-07

收稿日期：2024-02-28；修回日期：2024-04-13

基金項目：國家自然科學基金面上項目（32271766）資助

作者簡介：

麻天麗（1997-），女，漢族，甘肅天水人，碩士研究生，主要從事牧草栽培加工利用研究，E-mail：1968673490@qq.com；*通信作者Author for correspondence，E-mail：yanyanhong3588284@126.com

doi：10.11733/j.issn.1007-0435.2024.09.034

引用格式：

麻天麗， 李小梅， 鐘怡豪，等.川西北高原全株玉米與不同豆科牧草混貯品質研究［J］.草地學報，2024，32（9）：2999-3005

MA Tian-li， LI Xiao-mei， ZHONG Yi-hao，et al.Study on the Silage Quality of Mixed Whole Plant Maize and Different Legume Forage in the Northwest Plateau Area of Sichuan Region［J］.Acta Agrestia Sinica，2024，32（9）：2999-3005

Study on the Silage Quality of Mixed Whole Plant Maize and Different Legume

Forage in the Northwest Plateau Area of Sichuan Region

MA Tian-li1， LI Xiao-mei1， ZHONG Yi-hao1， LUO Hong-jie1， DU Zhao-chang1， XIAO Qi-yin2，

LIU Wei-guo3， YAN Yan-hong1*

（1.College of Grassland Science and Technology， Sichuan Agricultural Universily， Chengdu， Sichuan Province 611130， China;

2.Agricultural Science Research Institute of Ganzi District， Kangding， Sichuan Province， 626099， China;3.College of Agronomy， Sichuan

Agricultural University， Chengdu， Sichuan Province 611130， China）

Abstract：In order to exert the complementary effect of whole plant maize and leguminous grass on livestock production and improve the utilization rate of forage grass in northwest Sichuan，whole plant maize，whole plant soybean and whole plant vicia sativa were used as experimental materials in this study，and a total of 5 treatments were set up：three forage grasses single silage，70% whole plant maize and 30% whole plant soybean，and 70% whole plant maize and 30% whole plant vicia sativa. Samples were taken for analysis after 30，60，90，and 120 days. The results showed that the whole plant maize mixed with legume grass significantly improved the crude protein content of corn and soluble carbohydrate and lactic acid content of leguminous grass，significantly decreased pH，AT/NT and butyrate in legume grasses （Plt;0.05）. In the two mixed forage treatments，the content of soluble carbohydrates and lactic acid in the whole plant maize and whole plant Vicia sativa mixed silage group increased more，and the mean content of pH，propionic acid and butyric acid was the lowest，4.03，2.6 and 0.38 g·kg-1DM，respectively. In conclusion，the mixed silage of whole plant maize，whole plant soybean and whole plant vicia sativa could better balance the nutritional quality of the two forages and obtain better silage，and the combination of whole plant maize and whole plant vicia sativa was better in the Northwest Plateau Area of Sichuan region.

Key words：the Northwest Plateau Area of Sichuan;Mixed silage;Fermentation time;Fermentation quality

畜牧業是川西北高原地區農牧民增收的支柱產業，也是該區基礎性和支撐性產業［1］。但受高海拔、強輻射、干旱寒冷極端氣候的影響，川西北高原地區牧草的產量低且季節性生長明顯，難以滿足牲畜冬春季的飼料需求［2］，極大影響了該地區畜牧業的發展，因此，尋求良策緩解飼草供需不平衡迫在眉睫。全株玉米（Zea mays）作為川西北高原地區種植的主要作物［3］，具有產量高、營養豐富等優良特性［4］；大豆（Glycine max）和箭筈豌豆（Vicia sativa）是川西北高原主要栽培的豆科牧草［5，6］，具有蛋白質含量高、適口性好、耐寒、抗旱等優點［7，8］。川西北高原地區溫差大，降雨多及牧草收獲期短，將其作為青綠刈割后，難以進行晾曬且曬制過程中易造成營養損失。因此，將飼草作為青貯保存是目前川西北高原地區保存飼草營養成分，緩解草畜矛盾及促進畜牧業發展的主要方式［9］。

青貯是基于厭氧發酵原理，將新鮮的青綠飼草進行密封保存，經乳酸發酵調制飼料的一種技術［10］。飼草自身特性和外界環境因素是影響青貯品質的關鍵因素［11，12］。全株玉米作為廣泛使用的青貯原料，具有營養價值高，適口性好等優點，其富含較多的可溶性碳水化合物，易于青貯，但蛋白質含量較低，不能滿足家畜生長發育的需求。豆科牧草富含蛋白質和維生素，但由于緩沖能較高，青貯發酵不穩定，容易導致蛋白氮降解為非蛋白氮，營養物質流失，產生較高的丁酸［13，14］。研究表明，禾本科牧草中添加一定比例的豆科牧草，可將二者的營養優勢互補，有效改善了飼料營養品質、提高了其有氧穩定性及飼用價值［15-17］。但現有研究主要研究均集中在氣候溫暖濕潤且溫差較小的平原地區，川西北高原地區氣候與之差異較大，全株玉米和不同豆科牧草在川西北高原干旱寒冷的極端氣候條件下混合青貯后是否也具有同樣的效果，混貯后飼料品質對不同貯藏期有何響應等問題均尚不清楚，因此本試驗基于課題組前期研究［1，18］，將全株玉米與全株大豆、全株箭筈豌豆以7∶3的比例混合，發酵不同時間后開袋分析飼料品質，以期探明川西北高原地區適合的豆禾混貯組合及適宜發酵時間，為川西北高原地區全株玉米與全株大豆、全株箭筈豌豆混合青貯飼料生產實踐提供理論支撐和參考價值。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料

供試全株玉米品種為‘德美亞1號’（Zea mays L.‘DemeiaNo1’，生育期110 d）；全株大豆品種為吉育259（Glycine max. ‘Jiyu 259’，生育期132 d）；全株箭筈豌豆品種為西牧324（Vicia sativa L. ‘Ximu 324’，生育期150 d）。

1.2" 試驗設計

本試驗采用雙因素完全隨機設計，一個因素是青貯組合，共5個水平，分別為全株玉米、全株大豆、全株箭筈豌豆單獨青貯，以及全株玉米+全株大豆、全株玉米+全株箭筈豌豆混合青貯。另一個因素是青貯時間，共4個水平，分別為發酵30 d、60 d、90 d和120 d。

本試驗地點設在四川省康定市道孚縣（101°11′E，32°21′N），海拔3245 m。該地區屬于高原寒溫帶氣候，日照充足、雨量集中、日溫差大、無霜期短。全株玉米、全株大豆、全株箭筈豌豆于2020年4月種植，10月收獲，此時全株玉米處于乳熟期，全株大豆、全株箭筈豌豆處于結莢期。收獲后將材料切割成1～2 cm，全株玉米（M）、全株大豆（S）、全株箭筈豌豆（V）單獨青貯，全株玉米分別與全株大豆（MS）、全株箭筈豌豆（MV）以7∶3的新鮮重量（Fresh matter，FM）比混合青貯。稱取300 g樣品立即真空密封在聚乙烯塑料袋中，共計60袋（5個處理× 4個天數× 3個重復），保存在當地室外環境中，發酵30 d、60 d、90 d和120 d后開袋測其品質。稱取約200 g新鮮材料和青貯樣品在105℃時殺青30 min，然后在65℃下干燥至恒定重量，以確定干物質（Dry matter，DM）含量。干燥完的材料在研磨和用1.0 mm篩網過濾后儲存于自封袋，用于隨后的營養品質分析。取20 g青貯樣品于180 mL純水中均勻混合，用4層紗布過濾后分裝成2管置于-20℃冰箱用于發酵品質分析［19］。

1.3" 測定項目與方法

1.3.1" 營養品質分析" 干物質含量采用常規烘干法測定；通過蒽酮-硫酸比色法分析可溶性碳水化合物（Water soluble carbohydrate，WSC）含量［20］；使用Dumas燃燒法檢測粗蛋白（Crude protein，CP）和總氮（Total nitrogen，TN）含量［21］；中性洗滌纖維（Neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗滌纖維（Acid detergent fiber，ADF）根據Van Soest等［22］方法進行測定。

1.3.2" 發酵品質分析" 使用玻璃電極pH計測定pH；氨氮（NH3-N）含量采用苯酚-次氯酸鈉法進行分析［23］。通過高效液相色譜法（HPLC，KC-811，Shimadzu Co，Kyoto，Japan）分析有機酸含量。

1.3.3" 微生物計數" 微生物菌落計數方法參考辛亞芬［5］的研究。具體做法為：將20 g樣品混合到180 mL無菌鹽水（0.85%NaCl）中。從10-1連續稀釋至10-7。大腸桿菌在結晶紫中性紅膽鹽瓊脂培養基（Difco，Hopebil，Qingdao，China）上培養，并在37℃有氧生長24 h后計數。乳酸菌在De ManRogosaSharpe瓊脂（Difco，Hopebil，Qingdao，China）上培養，并在37℃厭氧生長48 h后計數。霉菌和酵母菌通過馬鈴薯葡萄糖瓊脂（Difco，Hopebil，Qingdao，China）測定，并在28℃有氧生長72 h后計數。以菌落外觀和細胞形態觀察來區分酵母和霉菌。

1.4" 數據分析

采用SPSS 27.0軟件對數據進行單/多因素方差分析和Duncan多重比較，Plt;0.05表示數據差異顯著。

2" 結果與分析

2.1" 原料營養品質及微生物種群數量

青貯原料營養品質和微生物種群數量見表1。所有青貯原料干物質含量介于166.09～326.24 g·kg-1 FM，其中全株大豆干物質含量最高，為326.24 g·kg-1 FM（Plt;0.05）。粗蛋白含量全株箭筈豌豆最高，全株大豆次之，全株玉米最低，分別為241.00 g·kg-1 DM，116.76 g·kg-1 DM和83.97 g·kg-1 DM（Plt;0.05）。所有處理的中性洗滌纖維含量介于340.04～491.98 g·kg-1 DM，酸性洗滌纖維含量介于180.93～248.68 g·kg-1 DM之間。全株玉米原料附著的乳酸菌數量均顯著高于全株大豆和全株箭筈豌豆（Plt;0.05），而全株大豆的大腸桿菌數量均高于其他材料。全株箭筈豌豆原料上附著的酵母菌數量顯著低于其他兩個材料（Plt;0.05），霉菌僅在全株箭筈豌豆中被檢測出。

2.2" 青貯發酵品質

由表2可知，發酵時間、青貯材料及其交互作用顯著影響青貯飼料的發酵品質（Plt;0.05）。隨著青貯發酵時間的延長，混貯處理pH趨于穩定，而單貯處理pH增幅較大，為1.43%～4.71%。整個發酵過程中全株大豆單貯pH最高，全株玉米單貯pH最低（4.57～4.32 vs 3.84～4.03）。混貯均顯著降低了豆科牧草的pH，且MV處理組pH最低（4.01～4.07）（Plt;0.05）。除MV處理組外，所有青貯的AT/TN隨青貯時間延長均顯著增加（Plt;0.05），但均低于100 g·kg-1 TN，其中單貯處理的AT/TN增幅較混貯大（32.49%～55.68% vs 1.67%～24.39%）。與單貯相比，發酵90 d后，混合青貯MS和MV處理的AT/TN組間無顯著差異，但均顯著低于豆科牧草單貯處理。隨青貯時間延長，所有處理組乳酸含量均呈增加趨勢，其中豆科牧草單貯處理的乳酸含量最低（Plt;0.05）。與豆科單貯相比，混合青貯顯著增加了乳酸含量（Plt;0.05，12.03%～40.91%）；發酵60 d和120 d，MV混貯組的乳酸含量顯著高于MS混貯組，且發酵120 d時MV混貯組乳酸含量達最大值36.54 g·kg-1 DM，顯著高于其它處理（Plt;0.05）。隨青貯時間延長，所有豆科單貯處理組乙酸含量保持穩定，且均低于4.08 g·kg-1 DM。然而，全株玉米單貯及其與豆科牧草混合青貯在青貯前30 d顯著增加乙酸含量，且隨青貯時間延長，乙酸含量顯著增加；其中全株玉米單貯的乙酸含量隨增幅最大達52.25%，且發酵90～120 d其乙酸含量顯著高于其他處理（Plt;0.05）。全株大豆單貯的丙酸含量總是顯著高于其他處理（Plt;0.05）。全株玉米與全株箭筈豌豆混貯處理的丁酸含量均值最小，為0.38 g·kg-1 DM（Plt;0.05）。

2.3" 青貯營養品質

由表3可知，發酵時間、青貯材料及其交互作用顯著影響青貯飼料營養品質（Plt;0.05）。所有處理干物質含量介于172.73～304.65 g·kg-1 FM。整個發酵過程中，全株大豆單貯的干物質含量最高，全株箭筈豌豆單貯的干物質含量最低，MV處理組的干物質含量顯著低于MS處理組（Plt;0.05）。所有單貯處理的粗蛋白含量隨發酵時間延長呈下降趨勢，其中全株玉米單貯粗蛋白含量降幅最大，為61.78%。發酵30～120 d，全株箭筈豌豆單貯粗蛋白含量顯著高于其他處理，全株玉米單貯粗蛋白含量顯著低于其他處理（Plt;0.05）。混貯使全株玉米單貯粗蛋白降解率降低了0.43%～58%，除發酵120 d，其余天數MV處理組粗蛋白含量均高于MS處理組。所有處理可溶性碳水化合物含量隨著天數增加而降低，全株玉米單貯可溶性碳水化合物含量總是顯著高于其他處理（Plt;0.05）。兩種混貯處理中，MV處理組可溶性碳水化合物含量更高，增幅更大，最大增幅達56.15%（Plt;0.05）。全株玉米單貯的中性洗滌纖維含量總是顯著高于豆科牧草單貯（Plt;0.05）。發酵30～60 d，兩個混貯處理均顯著降低了全株玉米的中性洗滌纖維含量，降幅為5.06%～15.73%，其中全株大豆單貯及MS處理組中性洗滌纖維含量更低（Plt;0.05）。除全株大豆單貯，其余處理的酸性洗滌纖維含量隨發酵天數的增加總體呈現下降趨勢。

3" 討論

3.1" 全株玉米與全株大豆、全株箭筈豌豆混合青貯對發酵品質的影響

pH是評價青貯飼料品質的重要指標，一般認為pH小于4.2可有效抑制發酵過程中有害微生物的繁殖［24］。本研究中，豆科牧草單貯及全株玉米與全株大豆混貯處理的pH大于4.2，但總體上，豆禾混貯組的pH較豆科牧草單貯處理低。這是因為豆科牧草緩沖能高，單獨青貯時其pH值難以小于4.2［1］，但豆科牧草與全株玉米混貯后，飼料中可溶性碳水化合物含量增加，為乳酸菌的繁殖提供了營養底物，促進乳酸菌的發酵，飼料乳酸含量增加，故pH下降。此外，全株箭筈豌豆和全株大豆的牧草特性和緩沖能力不同，且全株箭筈豌豆和全株玉米混貯組的干物質含量更低，可溶性碳水化合物含量更高［25，26］，故全株箭筈豌豆與全株玉米混貯組的pH較全株大豆與全株玉米混貯組低。發酵90～120 d，青貯飼料中有限的可溶性碳水化合物逐漸被消耗，最終抑制乳酸菌的活動，pH降低速率逐漸變慢，最終保持不變，青貯進入穩定階段［27］。各種有機酸含量及比值可以反映青貯發酵過程的好壞，通常青貯飼料中乳酸含量越高，丁酸含量越低，青貯發酵越好［28］，此外，乳酸與乙酸含量之比至少為2∶1時，認為飼料同型發酵強且青貯發酵良好［29］。混貯飼料中豆科牧草的比例越高，飼料乳酸和乙酸產生量就越少，但隨著全株玉米比例的增加，飼料乳酸和乙酸含量增加，pH值降低，飼料品質也更好［1，30］。本研究中，全株玉米與豆科牧草混貯組的乳酸含量顯著高于豆科牧草單貯處理，且隨著貯藏天數增加，所有處理的乳酸含量總體呈上升趨勢，與pH變化相呼應，進一步驗證了添加全株玉米可以有效提升豆科牧草的青貯品質。乙酸可抑制發酵過程中雜菌的活動，提高飼料有氧穩定性［31］。本試驗中，全株玉米單貯及其與豆科牧草混貯組的乙酸含量均高于豆科牧草單貯處理，與Bai等［32］的研究結果一致，向苜蓿青貯中添加了布氏乳桿菌，使乳酸異化為乙酸來提高有氧穩定性。此外，乳酸菌以富含可溶性碳水化合物的全株玉米為底物進行異型發酵時，也可產生乙酸，因此推測本研究出現上述結果的原因是全株玉米單貯及其與豆科牧草混貯后，飼料中異型乳酸菌增加，使部分乳酸異化為乙酸，提高了飼料的有氧穩定性。雖然本研究發現全株玉米與豆科牧草混貯可使飼料乳酸、乙酸含量增加，改善飼料發酵品質，但其改善效果因豆科牧草不同而有所差異。全株箭筈豌豆與全株玉米混貯組的乳酸生成總量高于全株大豆與全株玉米混貯組，但乙酸含量較低，且其乳酸與乙酸之比接近3∶1，因此，可以推測出全株箭筈豌豆和全株玉米混貯組進行的是同型乳酸菌主導的發酵。丙酸和丁酸均反映了青貯飼料的營養損失［5］。本研究中，混貯處理的丙酸和丁酸含量分別低于其對應的豆科牧草單貯處理，其中全株玉米和全株箭筈豌豆混貯組的丙酸及丁酸含量低于全株玉米與全株大豆混貯組。可見，豆禾混貯可有效改善混貯飼料的發酵品質，但可能大豆上附著的丙酸桿菌及梭菌活動強烈［33］，故其和全株玉米混貯后，產生的丙酸和丁酸含量較全株玉米和全株箭筈豌豆混貯組高，具體原因尚不清晰，有待進一步研究。

3.2" 全株玉米與全株大豆、全株箭筈豌豆混合青貯對營養品質的影響

粗蛋白是衡量牧草飼用價值高低的主要指標，其含量越高飼料品質越好。氨態氮/總氮是反映有害微生物對青貯飼料中真蛋白的分解水平，比值越高，青貯品質越差。通常優質青貯飼料氨態氮/總氮應小于100 g·kg-1［33］。本研究中，所有處理的氨態氮/總氮均低于 100 g·kg-1，滿足優質青貯飼料要求。隨著發酵天數延長，所有處理的粗蛋白含量總體呈顯著下降趨勢，但較禾豆混貯組，單貯處理的粗蛋白含量下降幅度更大，飼料氨態氮/總氮增幅變化與粗蛋白含量降幅變化一致，這與前人研究結果相似［30，34］，說明豆禾混貯降低了蛋白質降解速度，提升了飼料品質。混貯后蛋白質含量較單貯降低緩慢的原因可能是全株玉米與全株大豆、全株箭筈豌豆混合平衡了飼料的微生物群落，抑制了梭菌等不良菌的繁殖，有效減緩了蛋白質的分解速度［14］。此外，有研究指出，pH會影響植物蛋白酶和梭菌的活性，進而影響氨態氮/總氮［35］。故推測本研究中發酵90 d后，混合青貯處理的氨態氮/總氮無明顯變化是由于其pH在90 d后趨于穩定。兩個混貯處理中，全株箭筈豌豆與全株玉米混貯組的粗蛋白含量總體上高于全株大豆與全株玉米混貯組，且其氨態氮/總氮變幅較小，這是兩種豆科牧草自身的特性所致，全株箭筈豌豆自身所含粗蛋白含量顯著高于其他兩種牧草的粗蛋白含量，而且全株箭筈豌豆與全株玉米混貯以后，其pH也顯著低于全株大豆與全株玉米混貯處理，酸性環境抑制了有害微生物的活動，從而減緩了蛋白質的降解，故全株箭筈豌豆和全株玉米混貯可有效保存飼料營養成分。纖維及其組分是常規評價青貯飼料品質的重要指標［36］，研究發現適宜的中性洗滌纖維含量能提高家畜唾液分泌量，對維持家畜消化道健康起著重要作用［37］。酸性洗滌纖維含量是指示飼草能量的關鍵，與家畜消化率呈負相關，酸性洗滌纖維含量越低，動物擇食消化吸收越好，飼草料的喂養價值相對越高［38，39］。本研究中，混貯組的中性洗滌纖維含量均高于豆科牧草單貯，除全株大豆單貯處理的酸性洗滌纖維含量保持穩定外，其余處理酸性洗滌纖維含量隨著發酵天數的增加總體呈現下降趨勢，且較添加全株大豆，添加全株箭筈豌豆混貯處理的酸性洗滌纖維含量下降顯著，這與王鳳欣等［40］的研究結果類似。全株玉米與豆科牧草混貯后，因為全株玉米自身中性洗滌纖維含量高，故混貯飼料的中性洗滌纖維含量較豆科牧草單貯時增高。酸性洗滌纖維是中性洗滌纖維減去半纖維素的成分［41］，本研究中酸性洗滌纖維含量隨青貯天數增加呈下降趨勢原因可能是半纖維素含量增高導致。此外，全株大豆單貯時酸性洗滌纖維含量穩定，故其與全株玉米混貯時，酸性洗滌纖維含量降幅也小于全株箭筈豌豆與全株玉米混貯組。

4" 結論

本研究通過對比川西北高原地區全株玉米、全株大豆和全株箭筈豌豆單貯及混貯后飼草品質變化趨勢發現，豆禾混貯較其單獨青貯，可顯著增加飼料的粗蛋白及可溶碳水化合物含量，實現二者的養分互補，提升青貯飼料品質。整個發酵過程中，全株玉米和全株箭筈豌豆混貯組較全株玉米與全株大豆混貯組的可溶性碳水化合物及乳酸含量增幅更大，分別為16.09%～40.53%和46.02%～56.48%，且其pH、丙酸、丁酸含量均值最低。全株玉米和全株箭筈豌豆混貯飼料的營養品質及發酵品質均優于全株玉米和全株大豆混貯處理，因此，在川西北高原地區推薦全株玉米與全株箭筈豌豆混貯組合，效果更佳。

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（責任編輯" 彭露茜）