Chinese Journal of Animal Nutrition >

2023 , Vol. 35 >Issue 4: 2677 - 2689

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2023.250

RESEARCH PAPER

Effects of Harvest Time and Silage on Forage Quality of Sweet Corn Straw Based on Principal Component Analysis and Membership Function Analysis

  • BAO Junjie , 1 ,
  • GUO Guangzhen 2, * ,
  • FAN Chaojie 2 ,
  • YANG Weiguang 2 ,
  • LU Yanli 2 ,
  • YIN Fuquan , 2, **
Expand
  • 1 Langfang Animal Husbandry Station, Langfang 065000, China
  • 2 College of Coastal Agricultural Sciences, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China
** associate professor, E-mail:

*Contributed equally

Received date: 2022-08-31

  Online published: 2023-04-12

Fold

Abstract

This study examined the effects of harvest time and silage on forage quality of sweet corn straw (SCS). The test material, “Huamei sweet No. 8” SCS after ear plucking (milk ripening time), was gathered on days 0 (the same day), 5, 10 and 15, respectively. For each harvest time, two treatments of un-silage and silage were set, and each with 4 duplicates. Conventional nutrient contents in all samples were determined. The results showed as follows: 1) The interaction between harvest time and silage had a significant effect on neutral detergent fiber (NDF) and starch contents of SCS (P<0.05). 2) The harvest on day 15 after ear plucking significantly increased the contents of dry matter (DM) (ensilage), NDF, acid detergent fiber (ADF), acid detergent lignin (ADL) and neutral detergent insoluble protein (NDIP) (ensilage) of SCS (P<0.05), while significantly decreased the relative feeding value (RFV) and energy value compared with the harvest on day 0 after ear plucking (P<0.05). However, silage significantly decreased the contents of NDF, ADF, starch, crude protein (CP), soluble protein (SP) and NDIP (P<0.05), while significantly increased the contents of organic matter (OM), ether extract (EE), ash (Ash), calcium (Ca), RFV and energy value (P<0.05). 3) Comprehensive principal component analysis, correlation analysis and membership function analysis, the mean values of the total membership function of fresh sample of the SCS harvest on day 0 after ear plucking and the ensilage of the SCS harvest on days 0 and 15 were more than 0.5. In conclusion, different harvest time and silage or not have an effect on the nutrient contents and energy value of SCS. With the onset of harvest, the SCS carbohydrate content rises, lowering its RFV and energy value. After silage treatment, the reverse is true. Under the experimental conditions, the feeding quality of SCS can be effectively improved by either harvesting them for feeding or silage on the day of harvest or by delaying harvesting until the 15th day following harvest.

Key words： sweet corn straw; harvest time; silage; forage quality; principal component analysis; correlation analysis; membership function analysis

Cite this article

BAO Junjie , GUO Guangzhen , FAN Chaojie , YANG Weiguang , LU Yanli , YIN Fuquan . Effects of Harvest Time and Silage on Forage Quality of Sweet Corn Straw Based on Principal Component Analysis and Membership Function Analysis[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2023 , 35(4) : 2677 -2689 . DOI: 10.12418/CJAN2023.250

甜玉米(sweet corn)具有丰富的营养物质和适宜的口感,随着市场需求的增加和显著的经济效益,其种植面积不断扩大。2018年我国甜玉米种植面积约31万hm2,占世界甜玉米总种植面积的25%左右[1],其中广东省是我国重要的甜玉米生产基地[2,3]。2020年广东省旱粮中的玉米总产量达58.15万t,较2018年增长了6.62%[4],其中湛江、茂名等地是鲜食玉米(主要包括甜玉米和糯玉米)优势产业带[3]。我国每年农作物秸秆产量多达7亿t[5],其玉米秸秆资源量高达2.7亿t,是一种数量巨大的饲草资源[6-7]。因此,如何充分利用玉米秸秆将有效缓解草食动物粗饲料短缺,以及改善秸秆燃烧污染环境等问题,对畜牧业高质量发展具有重要意义。
已有研究报道,不同收获期会对秸秆营养物质含量及青贮品质产生影响[8⇓-10]。玉米果穗未完全成熟,收获期过早,易导致经济效益降低,且秸秆水分含量过高也不利于青贮[8,10];一般在乳熟期收获时,甜玉米籽粒和秸秆的糖含量较高,其中秸秆糖含量是普通玉米的1.5~3.0倍,且营养物质丰富[11-12],饲喂效果显著[13-14];而随收获期推移,果穗逐渐成熟,秸秆中的粗蛋白质和可溶性碳水化合物等营养物质含量有所下降[8-9,15]。另外,因植物自身营养结构特性,青贮处理将有效提高饲料营养价值[16-17]。因此,适宜的收获期及青贮处理是提高优质玉米秸秆饲用价值的关键。
目前,甜玉米研究多集中于品种的选育与改良等方面[7,18-19],关于甜玉米秸秆饲用价值的报道较少。鉴于此,本研究从营养物质、能量价值等方面综合评价不同收获期及青贮处理对甜玉米秸秆饲用价值的影响,以期为南方农牧交错带综合利用甜玉米秸秆资源,发展草食畜牧业提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料、时间与地点

本试验于2019年9月在广东海洋大学滨海农业学院试验田进行。试验地块平整均匀,土壤为砖红壤,有水浇条件。试验材料为鲜食甜玉米品种华美甜8号。试验田采用人工等距摆籽,播种密度为52 500株/hm2。甜玉米全生育期按照当地一般大田管理,于乳熟期收获果穗。

1.2 试验设计

试验采用2×4双因素完全随机设计,一个因素是青贮,设2个处理,即未青贮与青贮;另一个因素为收获期,设4个收获期,即甜玉米种植至2019年12月4日统一摘掉果穗,此后每间隔5 d收获,即摘穗的第0(当天)、5、10、15天收获,分别记为HT0、HT1、HT2和HT3,每个收获期设8个重复,分别随机选取4个重复进行鲜样品质或青贮品质分析。

1.3 试验方法

1.3.1 试验材料处理

甜玉米秸秆鲜样(留茬高度15 cm)经人工切短至2~3 cm,混匀后将部分秸秆装入35 cm×25 cm的聚乙烯青贮袋,每袋500 g,用ZG-06型真空保鲜机(真空度60 kPa)抽真空、热封,置于室温[(19.66±2.83) ℃]、避光条件下储藏60 d后开封。剩余鲜样甜玉米秸秆称重后,置于65 ℃烘箱中,烘48 h,计算干物质含量,并装于自封袋中保存备用。

1.3.2 相关指标测定及计算

试验原料及发酵产物参照AOAC(1990)[20]常规方法测定干物质(dry matter,DM)、粗灰分(Ash)、粗蛋白质(crude protein,CP)、粗脂肪(ether extract,EE)、钙(calcium,Ca)、磷(phosphorus,P)含量;采用纤维滤袋法(Ankom Ⅱ00i)测定中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)含量;酸性洗涤木质素(acid detergent lignin,ADL)含量按照《饲料中酸性洗涤木质素(ADL)的测定》(GB/T 20805—2006)方法测定;采用高氯酸水解-蒽酮比色法测定淀粉含量;中性洗涤不溶蛋白质(neutral detergent insoluble protein,NDIP)和酸性洗涤不溶蛋白质(acid detergent insoluble protein,ADIP)含量测定过程及计算方法参照AOAC(1990)[20]与Van Soest等[21]的方法测定;可溶性蛋白质(soluble protein,SP)采用Licitra等[22]的方法测定;有机物(organic matter,OM)含量=1-Ash[23]。
甜玉米秸秆相对饲用价值(relative feeding value,RFV)[24]按照如下公式计算:
RFV=DMI×DDM/1.29;
DMI=120/NDF;
DDM=88.9-0.779/ADF。
式中:DMI为甜玉米秸秆DM的随意采食量(% BW);DDM为可消化DM含量(% DM);除以1.29旨在使盛花期苜蓿的RFV为100。
总可消化养分(total digestible nutrient,TDN)根据营养成分含量,采用Weiss等[25]的方法进行计算,计算公式如下:
TDN(%)=0.98×(100-NDFn-CP-Ash-EE)+
0.93×CP+2.25×(EE-1)+0.75×(NDFn-ADL)×
[1-(ADL/NDFn)0.667]-7。
式中:NDFn为无氮中性洗涤纤维(NDFn=NDF-NDIP);式中各组分的单位为DM基础的百分含量(%DM)。
在TDN基础上,依据NRC(2016)[26]与Undersander等[27]的方法,计算消化能(digestible energy,DE)、代谢能(metabolic energy,ME)、维持净能(net energy for maintenance,NEm)、泌乳净能(net energy for lactation,NEL)和增重净能(net energy for gain,NEg),按照如下公式计算:
DE=0.044 09×TDN;
ME=0.82×DE;
NEm=1.37×ME-0.138×ME2+0.105×ME3-1.12;
NEg=1.42×ME-0.174×ME2+0.012 2×ME3-1.65;
NEL=[0.926 5-(0.007 93×ADF)]/0.453 6。

1.4 数据统计与分析

试验数据经Excel 2019整理后,采用SPSS 23.0软件双因素方差分析(two-way ANOVA)模型分析收获期、青贮处理及其交互作用对甜玉米秸秆饲用品质的影响。青贮前后不同收获期秸秆的营养品质、能量价值等指标采用Duncan氏法进行多重比较,结果以“平均值±标准差”表示,P<0.05表示差异显著;同一收获期青贮前后显著性差异选择配对t检验。采用SPSS 23.0软件进行主成分分析,降维、简化评价指标数量。不同收获期的甜玉米秸秆的营养品质和能量价值的相关性选择Pearson相关性分析,采用Origin 2021软件Correlation Plot程序进行相关性绘图。进一步应用Fzuuy数学中隶属函数法进行饲用品质的综合评判。按照如下公式计算隶属函数值:
U ( x ) +=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin);
U ( x ) -=1- U ( x ) +。
式中:X为甜玉米秸秆营养指标测定值; U ( x ) +为与秸秆营养价值呈正相关隶属函数值; U ( x ) -为与秸秆营养价值呈负相关隶属函数值;U(x)为第i个处理第j个指标的隶属度;Xij第i个处理第j个指标的测定值;Xjmin、Xjmax分别为所有试验对象中第j项指标的最小值、最大值。

2 结果与分析

2.1 收获期与青贮对甜玉米秸秆营养物质含量的影响

由表1可知,收获期对甜玉米秸秆的DM含量有显著影响(P<0.05),对OM、EE、Ash、Ca和P含量无显著影响(P>0.05)。青贮显著提高了甜玉米秸秆的OM、EE、Ash和Ca含量(P<0.05),对DM和P含量无显著影响(P>0.05)。收获期与青贮的交互作用对甜玉米秸秆的OM、DM、EE、Ash、Ca和P含量无显著影响(P>0.05)。
表1 收获期与青贮对甜玉米秸秆营养物质含量的影响(干物质基础)

Table 1 Effects of harvest time and silage on nutrient contents of SCS (DM basis) %

项目
Items		 处理
Treatments		 收获期Harvest time P值P-value
HT0 HT1 HT2 HT3 HT S HT×S
有机物 未青贮Un-silage 90.51±0.24B 91.07±0.31B 90.57±0.27B 90.81±0.87B 0.060 <0.001 0.069
OM 青贮Silage 92.75±0.60A 92.55±0.11A 91.83±0.61A 91.68±0.51A
干物质 未青贮Un-silage 20.58±2.42b 22.47±1.97ab 23.58±1.98a 24.00±2.30a 0.001 0.073 0.869
DM 青贮Silage 19.33±1.39b 20.77±0.79bc 22.13±1.65ab 23.70±0.93a
粗脂肪 未青贮Un-silage 1.79±0.10B 2.32±0.27B 1.78±0.12B 2.13±0.59B 0.053 <0.001 0.788
EE 青贮Silage 2.73±0.28A 3.19±0.13A 3.01±0.12A 3.08±0.77A
粗灰分 未青贮Un-silage 7.25±0.60B 7.45±0.11B 8.17±0.61B 8.32±0.51B 0.092 <0.001 0.068
Ash 青贮Silage 9.49±0.24A 8.93±0.31A 9.43±0.27A 9.19±0.87A
钙 未青贮Un-silage 0.33±0.02B 0.31±0.01B 0.34±0.06B 0.34±0.03B 0.053 <0.001 0.438
Ca 青贮Silage 0.41±0.02A 0.41±0.01A 0.48±0.02A 0.46±0.08A
磷 未青贮Un-silage 0.31±0.06 0.31±0.04 0.32±0.04 0.32±0.02 0.964 0.652 0.990
P 青贮Silage 0.32±0.06 0.33±0.06 0.31±0.02 0.33±0.04

同行数据肩标不同小写字母表示不同收获期间差异显著(P<0.05),同列数据肩标不同大写字母表示同一收获期青贮前后差异显著(P<0.05)。HT和S分别表示收获期和青贮。表2、表3和表4同。

Values with different lowercase letter superscripts in the same row indicated significant difference between different harvest time (P<0.05), and values with difference capital letter superscripts in the same column indicated significant difference before and after silage of the same harvest time (P<0.05). HT and S represented harvest time and silage, respectively. The same as Table 2, Table 3 and Table 4.

未青贮时,HT1、HT2、HT3组的DM含量差异不显著(P>0.05),但HT2和HT3组显著高于HT0组(P<0.05),HT0和HT1组的DM含量差异不显著(P>0.05)。青贮后,HT0、HT1和HT2组的DM含量差异不显著(P>0.05),HT2和HT3组的DM含量差异不显著(P>0.05),但HT3组的DM含量显著高于HT0和HT1组(P<0.05)。

2.2 收获期与青贮对甜玉米秸秆碳水化合物含量和RFV的影响

由表2可知,收获期对甜玉米秸秆的NDF、ADF、ADL含量和RFV产生了显著影响(P<0.05)。青贮显著降低了甜玉米秸秆的NDF、ADF和淀粉含量(P<0.05),显著提高了RFV(P<0.05),对ADL含量无显著影响(P>0.05)。收获期与青贮的交互作用对甜玉米秸秆的NDF和淀粉含量产生了显著影响(P<0.05),对ADF、ADL含量和RFV无显著影响(P>0.05)。
表2 收获期与青贮对甜玉米秸秆碳水化合物含量及相对饲喂价值的影响(干物质基础)

Table 2 Effects of harvest time and silage on carbohydrate content and RFV of SCS (DM basis) %

项目
Items		 处理
Treatments		 收获期Harvest time P值P-value
HT0 HT1 HT2 HT3 HT S HT×S
中性洗涤纤维 未青贮Un-silage 53.77±1.00cA 53.23±1.51cA 56.10±1.28bA 58.30±1.31aA <0.001 <0.001 0.041
NDF 青贮Silage 48.00±1.30bB 48.95±1.27bB 48.20±1.06bB 51.73±0.61aB
酸性洗涤纤维 未青贮Un-silage 32.35±0.87bA 33.30±1.39abA 35.00±1.82aA 35.13±1.43aA 0.001 <0.001 0.582
ADF 青贮Silage 28.80±1.47bB 29.80±1.56bB 30.55±1.84abB 32.85±1.89aB
酸性洗涤木质 未青贮Un-silage 12.03±0.09b 12.83±0.83ab 12.96±0.17a 13.27±0.62a 0.001 0.530 0.638
ADL 青贮Silage 12.28±0.27b 12.48±0.74b 13.26±1.03ab 13.61±0.35a
淀粉 未青贮Un-silage 4.00±0.17A 4.30±0.22A 4.40±0.24A 4.44±0.39A 0.051 <0.001 0.027
Starch 青贮Silage 3.43±0.21B 3.68±0.16B 3.66±0.12B 3.13±0.29B
相对饲用价值 未青贮Un-silage 153.82±2.83aB 155.43±4.41aB 147.45±3.40bB 141.88±3.18cB <0.001 <0.001 0.061
RFV 青贮Silage 172.36±4.58aA 169.01±4.37aA 171.61±3.78aA 159.83±1.89bA
无论甜玉米秸秆是否进行青贮处理,NDF含量均以HT3组最高,显著高于HT0、HT1和HT2组(P<0.05),同时HT0和HT1组之间差异不显著(P>0.05)。未青贮时,HT2组NDF含量显著高于HT0和HT1组(P<0.05);青贮后,HT2组NDF含量与HT0和HT1组差异不显著(P>0.05)。
未青贮时,HT1、HT2和HT3组之间ADF含量差异不显著(P>0.05);HT0组ADF含量显著低于HT2和HT3组(P<0.05),与HT1组差异不显著(P>0.05)。青贮后,HT0、HT1和HT2组之间ADF含量差异不显著(P>0.05),但HT0、HT1组显著低于HT3组(P<0.05)。
未青贮时,HT1、HT2和HT3组之间ADL含量差异不显著(P>0.05);HT0组ADL含量显著低于HT2和HT3组(P<0.05),与HT1组差异不显著(P>0.05)。青贮后,HT0、HT1和HT2组之间ADL含量差异不显著(P>0.05);HT3组ADL含量显著高于HT0和HT1组(P<0.05),与HT2组差异不显著(P>0.05)。
未青贮时,HT0与HT1组之间RFV差异不显著(P>0.05);延长收获期(即HT1、HT2、HT3),RFV显著增大(P<0.05)。青贮后,HT0、HT1和HT2组之间RFV差异不显著(P>0.05),但均显著高于HT3组(P<0.05)。

2.3 收获期与青贮对甜玉米秸秆蛋白质组分的影响

由表3可知,收获期对甜玉米秸秆的CP、SP和ADIP含量无显著影响(P>0.05)。青贮显著降低了甜玉米秸秆的CP、SP和NDIP含量(P<0.05),对ADIP含量无显著影响(P>0.05)。收获期与青贮的交互作用对甜玉米秸秆各蛋白质组分含量均无显著影响(P>0.05)。青贮后,HT3组NDIP含量显著高于HT0组(P<0.05),其他组之间差异不显著(P>0.05)。
表3 收获期与青贮对甜玉米秸秆蛋白质组分的影响(干物质基础)

Table 3 Effects of harvest time and silage on protein components of SCS (DM basis) %

项目
Items		 处理
Treatments		 收获期Harvest time P值P-value
HT0 HT1 HT2 HT3 HT S HT×S
粗蛋白质 未青贮Un-silage 11.50±0.51A 11.80±0.41A 11.90±0.90A 12.23±0.21A 0.121 <0.001 0.140
CP 青贮Silage 9.35±0.29B 10.15±0.15B 9.35±0.47B 9.55±0.35B
可溶性蛋白质 未青贮Un-silage 8.30±0.22A 8.10±0.24A 7.53±0.62A 7.77±0.37A 0.104 <0.001 0.067
SP 青贮Silage 4.00±0.14B 4.23±0.05B 4.13±0.19B 3.93±0.34B
中性洗涤
不溶蛋白质		 未青贮Un-silage 1.65±0.04A 1.67±0.06A 1.70±0.03A 1.71±0.08A 0.043 <0.001 0.675
NDIP 青贮Silage 1.51±0.07bB 1.57±0.04abB 1.56±0.04abB 1.61±0.03aB
酸性洗涤
不溶蛋白质		 未青贮Un-silage 1.08±0.07 0.99±0.04 0.95±0.04 1.04±0.03 0.629 0.488 0.120
ADIP 青贮Silage 0.97±0.09 0.98±0.08 1.03±0.12 1.01±0.06

2.4 收获期与青贮对甜玉米秸秆能量价值的影响

由表4可知,收获期对甜玉米秸秆的TDN、ME、NEm、NEL和NEg均有显著影响(P<0.05)。青贮显著提高了甜玉米秸秆的TDN、ME、NEm、NEL和NEg(P<0.05)。收获期与青贮的交互作用对甜玉米秸秆的能量价值无显著影响(P>0.05)。
表4 收获期与青贮对甜玉米秸秆能量价值的影响(干物质基础)

Table 4 Effects of harvest time and silage on energy value of SCS (DM basis)

项目
Items		 处理
Treatments		 收获期Harvest time P值P-value
HT0 HT1 HT2 HT3 HT S HT×S
总可消化养分 未青贮Un-silage 49.13±0.36aB 49.40±0.79aB 47.01±0.45bB 47.54±1.45bB <0.001 <0.001 0.651
TDN/% 青贮Silage 54.20±0.66aA 53.99±1.13aA 52.63±1.51abA 50.82±1.69bA
代谢能 未青贮Un-silage 7.44±0.05aB 7.48±0.12aB 7.11±0.07bB 7.04±0.22bB <0.001 <0.001 0.651
ME/(MJ/kg) 青贮Silage 8.20±0.10aA 8.17±0.17aA 7.97±0.23abA 7.69±0.26bA
维持净能 未青贮Un-silage 6.14±0.10aB 6.22±0.23aB 5.55±0.12bB 5.42±0.39bB <0.001 <0.001 0.624
NEm/(MJ/kg) 青贮Silage 7.64±0.20aA 7.58±0.35aA 7.17±0.45abA 6.63±0.49bA
泌乳净能 未青贮Un-silage 6.18±0.06aB 6.11±0.10abB 5.99±0.13bB 5.98±0.10b 0.001 <0.001 0.582
NEL/(MJ/kg) 青贮Silage 6.44±0.11aA 6.37±0.11aA 6.32±0.13abA 6.15±0.14b
增重净能 未青贮Un-silage 1.64±0.05aB 1.68±0.11aB 1.34±0.06bB 1.27±0.20bB <0.001 <0.001 0.657
NEg/(MJ/kg) 青贮Silage 2.33±0.09aA 2.30±0.15aA 2.12±0.20abA 1.87±0.23bA
未青贮时,HT0与HT1组、HT2与HT3组的能量价值差异不显著(P>0.05),但HT2与HT3组的能量价值(除NEL)显著高于HT0与HT1组(P<0.05)。青贮后,HT0、HT1和HT2组的能量价值差异不显著(P>0.05);HT3与HT2组的能量价值差异不显著(P>0.05),但显著低于HT0与HT1组(P<0.05)。

2.5 不同处理的甜玉米秸秆的主成分分析

对甜玉米秸秆青贮前后的各指标进行主成分分析,结果见表5。未青贮时,不同收获期甜玉米秸秆基于特征值>1的标准选出5个主成分:第1~5主成分的特征值分别为5.338、2.786、2.239、1.484和1.445,其贡献率分别为35.588%、18.574%、14.928%、9.895%和9.631%,其对应特征向量中绝对值较大的指标分别为ADL、NDIP、TDN、ME、NEm、NEg,ADF,Ca、P,淀粉,SP。这5个主成分的累积贡献率达到了88.617%,即保留了原有指标88.617%的信息。青贮后,不同收获期甜玉米秸秆基于特征值>1的标准选出4个主成分:第1~4主成分的特征值分别为7.569、2.140、1.871、1.565,其贡献率分别为50.457%、14.269%、12.470%、10.433%,其对应特征向量中绝对值较大的指标分别为Ca、ADF、ADL、TDN、ME、NEm、NEL、NEg,EE、淀粉,SP、NDIP,P、ADIP。这4个主成分的累积贡献率达到了86.613%,即保留了原有指标86.613%的信息。
表5 不同处理的甜玉米秸秆的主成分分析

Table 5 Principal component analysis of SCS with different treatments

项目
Items		 主成分Principal components
未青贮Un-silage 青贮Silage
1 2 3 4 5 1 2 3 4
粗脂肪EE 0.298 -0.297 -0.562 -0.015 -0.367 0.234 0.714 0.566 0.045
钙Ca -0.231 -0.027 0.845 -0.388 -0.103 -0.728 -0.638 0.159 0.073
磷P -0.004 -0.406 0.707 0.197 0.242 -0.045 0.369 -0.068 0.763
中性洗涤纤维NDF -0.582 -0.618 -0.047 -0.048 -0.401 -0.553 0.543 0.224 0.381
酸性洗涤纤维ADF -0.258 -0.912 0.056 -0.042 -0.091 -0.919 0.068 0.191 -0.094
酸性洗涤木质素ADL -0.822 -0.070 -0.136 -0.278 -0.005 -0.884 0.100 0.035 -0.029
淀粉Starch -0.369 -0.032 0.099 -0.885 -0.055 0.323 -0.808 0.000 -0.082
可溶性蛋白质SP -0.019 0.154 0.107 0.036 0.923 0.003 0.006 -0.856 -0.276
中性洗涤不溶蛋白质NDIP -0.882 -0.075 -0.163 0.230 0.179 -0.503 0.250 0.702 -0.200
酸性洗涤不溶蛋白质ADIP 0.012 0.468 0.514 0.455 -0.416 -0.124 -0.226 0.414 0.764
总可消化养分TDN 0.886 0.242 -0.304 0.205 0.023 0.979 -0.041 0.003 -0.161
代谢能ME 0.886 0.242 -0.304 0.205 0.023 0.979 -0.041 0.003 -0.161
维持净能NEm 0.887 0.242 -0.300 0.203 0.028 0.978 -0.050 -0.001 -0.166
泌乳净能NEL 0.258 0.912 -0.056 0.042 0.091 0.919 -0.068 -0.191 0.094
增重净能NEg 0.885 0.242 -0.306 0.205 0.021 0.980 -0.036 0.005 -0.159
特征值Eigen value 5.338 2.786 2.239 1.484 1.445 7.569 2.140 1.871 1.565
贡献率Contribution rate/% 35.588 18.574 14.928 9.895 9.631 50.457 14.269 12.470 10.433
累积贡献率
Cumulative contribution rate/%		 35.588 54.163 69.091 78.986 88.617 50.457 64.727 77.197 87.631

2.6 甜玉米秸秆青贮前后指标间的相关性分析

由图1可知,青贮前、后:OM与Ash呈极显著负相关(P<0.01);DM与能量价值(除NEL)呈显著负相关(P<0.05);EE与Ca呈显著负相关(P<0.05);NDF与RFV呈极显著负相关(P<0.01);TDN、ME、NEm、NEL(除青贮前)、NEg间呈极显著正相关(P<0.01)。
图1 甜玉米秸秆青贮前后指标间的相关性分析

A:甜玉米秸秆青贮前指标间相关性分析;B:甜玉米秸秆青贮后指标间相关性分析。“*”为显著相关(P<0.05);“**”为极显著相关(P<0.01)。

Fig.1 Correlation analysis of indexes on SCS before and after silage

A: correlation analysis of indexes of SCS before silage. B: correlation analysis of indexes of SCS after silage. “*” mean significant correlation (P<0.05); “**” mean extremely significant correlation (P<0.01).

青贮前:OM与EE、ADF、ADL呈极显著正相关(P<0.01),与Ca呈显著负相关(P<0.05);DM与CP、NDIP呈极显著正相关(P<0.01),与ADL呈显著正相关(P<0.05),与RFV呈显著负相关(P<0.05);EE与Ash呈极显著正相关(P<0.01);Ash、淀粉与Ca呈显著正相关(P<0.05);Ca、淀粉与能量价值(除NEL)呈显著负相关(P<0.05);NDF与能量价值呈极显著正相关(P<0.01);ADF与NEL、RFV呈极显著负相关(P<0.01);RFV与能量价值呈极显著正相关(P<0.01);能量价值(除NEL)与淀粉呈显著负相关(P<0.05),与NDIP呈极显著负相关(P<0.01)。
青贮后:OM与能量价值呈极显著正相关(P<0.01),与Ca呈极显著正相关(P<0.01);DM与NDF呈极显著正相关(P<0.01),与RFV呈极显著负相关(P<0.01);Ash、Ca与能量价值呈极显著负相关(P<0.01),Ash与Ca、ADF、ADL呈极显著正相关(P<0.01);Ca与ADF呈极显著负相关(P<0.01),与ADL呈显著正相关(P<0.05);NDF与ADF呈显著正相关(P<0.05),与能量价值呈显著负相关(P<0.05);ADF、ADL与能量价值呈极显著负相关(P<0.01),NDF、ADF、ADL与NDIP呈显著正相关(P<0.05),ADF与RFV呈显著负相关(P<0.05),与ADL呈极显著正相关(P<0.01);RFV与淀粉呈极显著正相关(P<0.01),与能量价值呈显著正相关(P<0.05);NDIP与NEL呈显著负相关(P<0.05)。

2.7 收获期对甜玉米秸秆饲用品质的综合评价

综合主成分分析与相关性分析结果,采用模糊函数隶属函数值法,以OM、DM、EE、NDF、Ash、淀粉含量等为评价指标,对甜玉米秸秆的饲用品质进行综合评价。综合评价分值越高则饲用品质越好,反之越差。由表6可知,不同收获期与是否青贮的甜玉米秸秆隶属函数值中,HT0组总隶属函数均值均大于0.5。青贮前,仅HT0组的总隶属函数均值大于0.5,而青贮后,HT0和HT3组的总隶属函数均值大于0.5。同时,青贮处理的甜玉米秸秆总隶属函数均值大于未青贮处理(除HT2组)。
表6 不同处理甜玉米秸秆饲用品质隶属函数分析

Table 6 Membership function analysis of forage quality of SCS with different treatments

项目
Items		 收获期Harvest time
HT0 HT1 HT2 HT3
未青贮
Un-silage		 青贮
Silage		 未青贮
Un-silage		 青贮
Silage		 未青贮
Un-silage		 青贮
Silage		 未青贮
Un-silage		 青贮
Silage
有机物OM 0.55 0.43 0.45 0.67 0.39 0.44 0.66 0.56
干物质DM 0.55 0.52 0.47 0.44 0.46 0.54 0.54 0.62
粗脂肪EE 0.65 0.67 0.45 0.37 0.43 0.46 0.43 0.51
粗灰分Ash 0.55 0.43 0.46 0.67 0.39 0.44 0.66 0.56
钙Ca 0.40 0.50 0.67 0.56 0.50 0.50 0.43 0.53
淀粉Starch 0.51 0.54 0.40 0.52 0.40 0.44 0.50 0.45
中性洗涤纤维NDF 0.34 0.60 0.50 0.50 0.36 0.50 0.53 0.51
酸性洗涤纤维ADF 0.59 0.50 0.50 0.65 0.45 0.50 0.51 0.47
酸性洗涤木质素ADL 0.58 0.66 0.58 0.39 0.41 0.39 0.44 0.60
可溶性蛋白质SP 0.67 0.60 0.33 0.50 0.33 0.38 0.42 0.52
项目
Items		 收获期Harvest time
HT0 HT1 HT2 HT3
未青贮
Un-silage		 青贮
Silage		 未青贮
Un-silage		 青贮
Silage		 未青贮
Un-silage		 青贮
Silage		 未青贮
Un-silage		 青贮
Silage
中性洗涤不溶蛋白质NDIP 0.52 0.53 0.38 0.44 0.67 0.48 0.44 0.38
总可消化养分TDN 0.42 0.55 0.44 0.28 0.60 0.47 0.13 0.66
代谢能ME 0.42 0.55 0.43 0.38 0.58 0.47 0.46 0.67
维持净能NEm 0.42 0.55 0.44 0.37 0.60 0.47 0.45 0.66
增重净能NEg 0.42 0.56 0.44 0.38 0.60 0.48 0.45 0.66
平均值Mean value 0.51 0.55 0.46 0.47 0.48 0.46 0.47 0.56

3 讨论

3.1 收获期与青贮对甜玉米秸秆营养物质含量的影响

优质饲草料的匮乏,是制约我国畜牧业高质量发展的重要因素之一。目前,我国现代化饲草生产体系中以全株青贮玉米、苜蓿等为主导品种,但无法充分满足各地畜牧业发展所需用量。广东省是我国重要的甜玉米生产基地,拥有丰富的甜玉米秸秆资源[2]。因收获期、高温高湿等因素的影响,甜玉米秸秆的饲用价值与保存受到限制,而未及时利用的秸秆通过焚烧还田,一方面污染环境,另一方面造成饲草资源的浪费[28-29]。因此,统筹兼顾、因地制宜地开发利用当地饲草资源对畜牧业高质量发展至关重要。
有研究表明,DM含量是决定玉米秸秆适时刈割的重要因素,影响其饲用价值与青贮发酵品质[28,8⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-17]。而粗纤维含量是衡量植物饲料营养品质的重要指标,其反映了动物对饲料的消化降解能力,其中NDF、ADF和ADL含量越高,饲草消化率越低,饲用价值越低[30-31]。淀粉则是植物光合作用合成的天然多糖,以半结晶颗粒贮存在植物的各个部位,是动物饲粮的主要供能物质[32]。本研究结果显示,早期(即摘穗后第0~5天)收获对甜玉米植株的DM、碳水化合物(NDF、ADF、ADL、淀粉)含量无显著影响;延长收获期,其DM和碳水化合物含量呈上升趋势,其中摘穗后第15天所收获甜玉米秸秆的NDF、ADF、ADL含量增长显著。这与周文静等[33]、王红等[8]、董臣飞等[34]的研究结果相似。这可能是由于摘除甜玉米营养物质贮藏器官后,光合作用后的养分仅能有限地贮存在茎、叶中;而秸秆木质纤维化程度逐渐增加,使得秸秆饲用价值降低。因此,青贮处理是保存青绿饲料营养价值与缓解季节性饲草匮乏的重要手段[8,10,16-17]。CP含量是衡量饲料含氮物质的重要营养指标,部分含氮蛋白附着于粗纤维中,形成不可溶蛋白质[35],其中NDIP降解缓慢,而ADIP是饲料中不可降解氮,不易被机体利用[36]。本研究结果显示,青贮提高了甜玉米秸秆中EE、Ash、Ca含量,降低了NDF、ADF和NDIP含量,从而提高了甜玉米秸秆的RFV;但同时也降低了CP和SP的含量,这可能与未添加青贮发酵剂有关[37-38]。在青贮料(全株青贮玉米或藜麦秸秆)中添加青贮发酵剂,可快速启动乳酸菌发酵并产生大量乳酸,有效降低青贮料的pH,抑制有害菌增殖,从而减少饲料中营养成分的损耗[37-38]。另外,收获期与青贮的交互作用对甜玉米秸秆中NDF和淀粉含量产生了显著影响,这可能与甜玉米不同植株部位的营养物质含量有关[34],具体原因还需进一步研究。

3.2 收获期与青贮对甜玉米秸秆能量价值的影响

能量是衡量饲料饲用价值的另一重要指标,对机体生长发育至关重要。充分摄入能量有助于提高畜禽的生产性能,提高养殖户的经济效益。本试验采纳Weiss等[25]基于饲料化学成分所建立的回归方程来估算饲料TDN。TDN是评定饲料价值的国际通用方法之一,其数值越高则饲料品质越好[39]。在TDN基础上,依据NRC(2016)[26]与Undersander等[27]的方法,计算DE、ME、NEm、NEL和NEg。本试验结果显示,随着收获期的推移,甜玉米秸秆的能量价值呈下降趋势;而青贮则提高了甜玉米秸秆的能量价值,其中摘穗后第10天(即HT2组)的能量价值增长率最高,这与范凯利等[37]的研究结果一致;而收获期与青贮并未对甜玉米秸秆的能量价值产生交互作用,这可能与甜玉米不同植株部位的营养物质含量有关[34]。李影正等[40]在比较研究不同玉米品种(系)的全株青贮、果穗与秸秆青贮特性时发现,果穗青贮的能量价值显著高于全株青贮与秸秆青贮,其RFV是全株青贮的2.05倍、秸秆青贮的3.37倍。另外,添加青贮剂发酵改善了秸秆养分消化率和能量价值,这可能与青贮剂促进了秸秆中粗纤维降解有关[41-42]。青贮剂对甜玉米秸秆结构特性与能量价值的影响有待进一步研究。

3.3 主成分分析与隶属函数分析综合评价甜玉米秸秆的饲用品质

随着研究对象的多样性与复杂性,传统形式上的常规养分测定结果无法全面、客观地评价其饲用品质。目前,国内外学者对饲料营养品质建立了多种评价分析模型,比如不同饲料组合效应[43]、隶属函数分析法[44]、主成分分析法[45]、相关性分析法[44-45]和灰色关联度分析[44]等单一评价方法。然而,在实际应用中,由于不同评价模型的局限性,单一评价模型难以得出客观的评价分析结果。因此,需将多个单一评价模型进行组合应用,使得评价结果更为客观。本试验将主成分分析、相关性分析及隶属函数分析相结合,综合分析收获期与青贮对甜玉米秸秆饲用品质的影响。结果显示,将所有试验组的15个指标综合为5(青贮前)和4个(青贮后)独立因子,分别保留了88.617%和86.613%的原始变量信息,能够较为全面评价甜玉米秸秆的饲用品质。其中第1主成分贡献率最高(青贮前:35.588%;青贮后:50.457%),其对应特征向量中绝对值较大的指标为NDF和ADF等粗纤维成分,以及TDN、ME、NEm、NEL和NEg等能量价值指标,说明粗纤维含量与能量价值是评价甜玉米秸秆饲用品质的重要指标。同时,综合主成分分析与相关性分析结果,选取OM、EE、SP、TDN、ME、NEm和NEg为正相关隶属函数值,DM、Ash、Ca、NDF、ADF、ADL、淀粉、NDIP为负相关隶属函数值,共15个指标进行隶属函数评价。结果显示,随收获期的推移,青贮前的甜玉米秸秆总隶属函数均值呈下降趋势,其中仅摘穗当天(即HT0组)收获的甜玉米秸秆的总隶属函数均值大于0.5;而经过青贮处理的甜玉米秸秆的总隶属函数均值随收获期推移呈先降后升趋势,其中摘穗当天和第15天的青贮甜玉米秸秆总隶属函数均值均大于0.5;相比于未青贮的甜玉米秸秆,其进行青贮处理后均提高了总隶属函数均值(除HT2组)。这说明摘穗当天收获的鲜样甜玉米秸秆的饲用品质最高,而青贮处理则进一步提高了甜玉米秸秆的利用价值,其中在摘穗后第15天(即HT3组)收获甜玉米秸秆的总隶属函数均值增长率最高,提高了19.15%,是HT0组的2.44倍。因此,适当延长甜玉米秸秆的收获期,可提高其青贮料的饲用品质,缓解饲喂过剩与粗饲料短缺等问题。

4 结论

① 收获期或青贮对甜玉米秸秆的营养物质含量与能量价值均产生了影响。摘穗后,甜玉米秸秆的碳水化合物(NDF、ADF、ADL)含量随收获期的推移而增加,则RFV和能量价值(TDN、ME、NEm、NEL、NEg)降低;而青贮则有效降低了甜玉米秸秆的碳水化合物含量,提高了其RFV和能量价值。
② 综合主成分分析、相关性分析和隶属函数分析,摘穗当天收获的鲜样甜玉米秸秆以及摘穗当天和摘穗后第15天的甜玉米秸秆经青贮后的总隶属函数均值较大。因此,在本试验条件下,甜玉米秸秆可在摘穗当天收获并饲喂或青贮,或者是延长至摘穗后第15天收获并青贮,将有效改善甜玉米秸秆的饲用品质。

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