Whole-Plant Corn Silage Quality in Different Scale Dairy Farms was Evaluated Based on Principal Component, Subordinate Function and Whole-Plant Corn Silage Quality Score Index

CHEN Yakun; YANG Pengbiao; YAN Weiming; YANG Jiayu; ZHANG Jianyong; HU De; ZHAO Liansheng; BU Dengpan

doi:10.12418/CJAN2023.735

2023 , Vol. 35 >Issue 12: 8122 - 8132

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2023.735

RESEARCH PAPER

Whole-Plant Corn Silage Quality in Different Scale Dairy Farms was Evaluated Based on Principal Component, Subordinate Function and Whole-Plant Corn Silage Quality Score Index

CHEN Yakun ^,¹ ,
YANG Pengbiao ² ,
YAN Weiming ¹^,³ ,
YANG Jiayu ¹ ,
ZHANG Jianyong ⁴ ,
HU De ¹ ,
ZHAO Liansheng ^,¹^,^* ,
BU Dengpan ^,¹^,^*

Expand

¹ State Key Laboratory of Animal Nutrition and Feeding, Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China
² Shanghai Mogao Biotechnology Co., Ltd., Shanghai 201306, China
³ College of Animal Science and Technology, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471000, China
⁴ Ningxia Hui Autonomous Region Husbandry Station, Yinchuan 750004, China

^* ZHAO Liansheng, senior engineer, E-mail: aaronann@163.com; BU Dengpan, professor, E-mail: budengpan@163.com

Received date: 2023-06-30

Online published: 2023-12-11

Fold

Abstract

The aim of this study was to investigate the quality of whole-plant corn silage on dairy farms of different scales in China, compare three comprehensive evaluation methods for silage quality and to provide a theoretical basis for its use in silage quality evaluation and preparation of high-quality silage. Four hundred and seventy-four whole-plant corn silage samples were collected from different scale dairy farms in 17 provinces and regions in China, the relevant indicators of whole-plant corn silage quality were detected, and a comprehensive analysis of whole-plant corn silage quality in different scale dairy farms was carried out using principal component analysis, subordinate function analysis and whole-plant corn silage quality score index (CSQS) analysis methods, respectively. The results showed as follows: 1) there were significant differences in the contents of dry matter, crude protein, neutral detergent fiber, starch, ether extract and lactic acid in whole-plant corn silage from different scale dairy farms (P<0.05); 2) the principal component analysis extracted five principal components, with a cumulative contribution rate of 85.01%, reflecting most of the information of the original index; 3) the results of principal component analysis, subordinate function analysis and CSQS analysis, the quality of whole-plant corn silage in different scale dairy farms was more than 5 000 cows, 3 000 to 5 000 cows, 1 000 to 2 999 cows, 500 to 999 cows, and less than 500 cows in order from high to low. In conclusion, the larger the dairy farm, the better the quality of whole-plant corn silage. The results of the three comprehensive evaluation methods are consistent, but the CSQS method is easier to popularize because it involves fewer indexes.

Key words： whole-plant corn silage; principal component; subordinate function; whole-plant corn silage quality score index; silage quality; comprehensive evaluation

Cite this article

CHEN Yakun , YANG Pengbiao , YAN Weiming , YANG Jiayu , ZHANG Jianyong , HU De , ZHAO Liansheng , BU Dengpan . Whole-Plant Corn Silage Quality in Different Scale Dairy Farms was Evaluated Based on Principal Component, Subordinate Function and Whole-Plant Corn Silage Quality Score Index[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2023 , 35(12) : 8122 -8132 . DOI: 10.12418/CJAN2023.735

近年来,随着粮改饲政策的实施,青贮玉米种植面积逐年扩大,有力促进了青贮饲料的发展。粮改饲项目是以推广青贮玉米种植与养殖业高效利用为核心,减少优质粗饲料供需缺口^[1]。优质全株玉米青贮具有粗蛋白质、淀粉含量高,适口性好,纤维消化率高等特点,成为反刍动物生产中不可或缺的粗饲料来源^[2-3]。通过比较不同粮改饲项目区域、规模的全株玉米青贮质量及其影响因素,对带动提升我国青贮饲料品质及制定青贮饲料调制技术与质量评定等国家和行业标准制定具有重要的作用。甄玉国等^[4]通过多重比较和单因素方差分析方法对2015和2016年全株玉米青贮质量进行了质量评定,结果表明2016年全株玉米青贮质量高于2015年。任丽娟等^[5]通过对我国不同区域全株玉米青贮品质进行研究发现,黄淮海和西北地区全株玉米青贮品质好于华南和西南地区。但关于我国不同规模奶牛场全株玉米青贮质量状况尚未见报道。

全株玉米青贮质量直接关系到反刍动物的生产性能、健康以及企业经济效益,因此,全株玉米青贮质量评价是养殖业普遍关注的问题^[6-7]。然而,全株玉米青贮质量评价中各项指标中表达的侧重点各有不同,传统单一指标评价已无法系统地、全面地描述青贮饲料综合质量。近年来,模糊数学理论和降维思想等方法逐步应用到青贮饲料质量评价的研究中^[1,8-9]。李剑等^[8]运用主成分分析和隶属函数分析对不同青贮玉米品种生产性能及营养成分进行了评价;任丽娟等^[5]运用主成分分析和灰色关联度分析对不同种植区域全株玉米的品质进行了综合评价,结果显示2种分析方法结果基本一致;Tharangani等^[10]利用主成分和相关性等分析方法构建了最小数据集,建立了以粗蛋白质、粗脂肪、淀粉、氨、乳酸含量和30 h中性洗涤纤维降解率为核心的全株玉米青贮质量评分指数(CSQS),该指数能够很好反映全株玉米青贮品质;赵和平等^[11]运用CSQS综合评价了添加不同水平葡萄糖氧化酶的全株玉米青贮品质,结果显示添加40 mg/kg葡萄糖氧化酶时品质最好。目前,运用多元统计学方法对我国不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的综合分析还未见报道。本试验以我国不同规模奶牛场的全株玉米青贮质量为研究对象,采用主成分分析、隶属函数分析和CSQS分析3种综合评价方法对全株玉米青贮质量进行综合分析,为其在调制优质青贮和质量评价中的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品来源

试验材料来自于2021年我国17个粮改饲试点省区收贮主体奶牛场,共采集了474份全株玉米青贮样品,其中500头以下规模110家,500~999头规模117家,1 000~2 999头规模156家,3 000~5 000头规模37家,5 000头以上规模54家,具体见表1。

表1 样品采集情况

Table 1 Sample collection status

省份 Provinces	500头以下 Less than 500 cows	500~999头 500 to 999 cows	1 000~2 999头 1 000 to 2 999 cows	3 000~5 000头 3 000 to 5 000 cows	5 000头以上 More than 5 000 cows
安徽Anhui	2	2	2	0	0
甘肃Gansu	2	0	5	1	2
广西Guangxi	0	0	1	0	0
贵州Guizhou	0	2	0	1	0
河北Hebei	10	36	32	5	9
河南Henan	21	20	13	5	5
黑龙江Heilongjiang	8	8	15	6	8
吉林Jilin	2	4	0	0	2
辽宁Liaoning	3	7	6	0	1
内蒙古Inner Mongolia	5	3	14	2	1
宁夏Ningxia	1	1	33	9	7
青海Qinghai	2	0	3	0	0
山东Shandong	21	13	14	1	13
山西Shanxi	7	4	4	2	1
陕西Shaanxi	5	12	4	2	4
新疆Xinjiang	12	4	8	1	1
云南Yunnan	9	1	2	2	0
合计Total	110	117	156	37	54

1.2 样品采集方法

参照GB/T 14699.1—2005《饲料采样》^[12]方法进行采样,采集的全株玉米青贮样品使用真空袋抽真空密封,-18 ℃冰箱保存备用。

1.3 检测指标与方法

1.3.1 营养指标测定

采集的全株玉米青贮样品解冻后使用恒温鼓风干燥箱(DGG-9203A型,上海森信实验仪器有限公司)60 ℃烘48 h至恒重,回潮4 h。使用样品粉碎磨(SM200,德国Retsch公司)进行粉碎,过40目筛,装自封袋备用。干物质、粗蛋白质、粗脂肪、粗灰分含量参照AOAC(2005)^[13]的方法测定;中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量参照Van Soest等^[14]方法,使用全自动纤维分析仪(Ankom A2000i Fiber Analyzer,美国ANKOM公司)进行测定;淀粉含量采用高氯酸水解-蒽酮比色法测定;30 h中性洗涤纤维降解率(NDFD30)参照GB/T 40835—2021《畜禽饲料安全评价反刍动物饲料瘤胃降解率测定牛饲养试验技术规程》^[15]中的方法测定。

1.3.2 发酵指标测定

将新鲜的青贮饲料切成0.2~0.5 cm,准确称取20.0 g样品置于250 mL具塞三角瓶中,加入180 mL蒸馏水后摇匀,置于4 ℃冰箱浸提24 h,用滤纸过滤,得到试样浸提液。采用Sartorius PB-10型pH计测定pH,采用苯酚-次氯酸盐显色法^[16]测定氨态氮含量,参照文献[7]采用气相色谱仪(Agilent-6890N型,安捷伦科技有限公司)测定乳酸和乙酸含量。

1.4 综合评价

1.4.1 主成分分析

采用主成分分析法计算方差矩阵中的特征值及其贡献率,通过特征向量和各项原始指标的标准化数据构建各个主成分方程式,然后根据各主成分的权重系数求出主成分的综合得分^[1]。

1.4.2 隶属函数分析

采用隶属函数法计算各规模奶牛场全株玉米青贮各项指标的隶属函数值,然后将隶属函数值求和后取算术平均值,以其值大小进行综合排名,其值越大,排名越高^[17],质量也就越好。

干物质、粗蛋白质、粗脂肪、淀粉、乳酸含量及30 h中性洗涤纤维降解率与青贮质量呈正相关,隶属函数值计算公式如下:

U(X_j)=

X j - X m i n X m a x - X m i n

;

pH及中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗灰分、氨态氮和乙酸含量与青贮质量呈负相关,隶属函数值计算公式如下:

U(X_j)=1-

X j - X m i n X m a x - X m i n

。

式中:U(X_j)表示某测定指标的隶属函数值;X_j表示该项指标的测定值;X_max表示该项指标的最大值;X_min表示该项指标的最小值。

1.4.3 CSQS分析

CSQS的计算公式^[10,18]如下:

CSQI=

∑ i = 1 n

(Wi×Si);

CSQS=

C S Q I - 0.09 0.84

×100。

式中:CSQI表示全株玉米青贮质量指数;Si表示4个营养指标(粗蛋白质、淀粉、粗脂肪含量与30 h中性洗涤纤维降解率)和2个发酵指标(氨态氮和乳酸含量)的标准化值;Wi表示各个指标的权重。

1.5 数据统计与分析

试验数据用Excel 2016进行初步整理后,采用SPSS 17.0统计软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和主成分分析,并用Duncan氏法进行多重比较,结果以算术平均值和均值标准差(SEM)表示,P<0.05表示差异显著,0.05≤P<0.10表示差异有显著趋势。

2 结果与分析

2.1 不同规模奶牛场全株玉米青贮质量比较

由表2可知,不同规模奶牛场全株玉米青贮中干物质、粗蛋白质、中性洗涤纤维、淀粉、粗脂肪、乳酸含量均存在显著差异(P<0.05),酸性洗涤纤维含量、粗灰分含量和pH存在差异显著的趋势(0.05≤P<0.10),氨态氮、乙酸含量和30 h中性洗涤纤维降解率差异不显著(P>0.05)。其中,500头以上规模奶牛场全株玉米青贮中干物质和淀粉含量显著高于500头以下奶牛场(P<0.05),5 000头以上规模奶牛场全株玉米青贮中乳酸含量显著高于5 000头以下奶牛场(P<0.05)。

表2 不同规模奶牛场全株玉米青贮质量比较

Table 2 Comparison of whole-plant corn silage quality in different scale dairy farms

项目 Items	500头以下 Less than 500 cows	500~ 999头 500 to 999 cows	1 000~ 2 999头 1 000 to 2 999 cows	3 000~ 5 000头 3 000 to 5 000 cows	5 000头以上 More than 5 000 cows	SEM	P值 P-value
营养指标Nutrient indexes
干物质DM/%	28.85^b	31.08^a	31.05^a	30.70^a	31.05^a	0.170	<0.01
粗蛋白质CP/%DM	8.93^a	8.81^ab	8.71^ab	8.86^a	8.63^b	0.030	0.02
中性洗涤纤维NDF/%DM	39.16^a	37.70^b	37.94^ab	38.19^ab	37.35^b	0.190	0.04
30 h中性洗涤纤维降解率 NDFD30/%	60.10	60.74	60.54	60.55	60.97	0.101	0.14
酸性洗涤纤维ADF/%DM	24.13	23.12	23.39	23.35	23.06	0.131	0.07
淀粉Starch/%DM	27.72^b	29.78^a	29.71^a	29.94^a	30.73^a	0.250	<0.01
粗脂肪EE/%DM	4.12^c	4.18^bc	4.26^ab	4.34^a	4.22^bc	0.015	<0.01
粗灰分Ash/%DM	6.53	6.31	6.34	6.28^b	6.29	0.032	0.09
发酵指标Fermentation indexes
pH	3.87	3.84	3.82	3.80	3.80	0.008	0.07
氨态氮NH₃-N/%DM	0.94	0.94	0.96	0.96	0.95	0.006	0.50
乳酸LA/%DM	4.46^b	4.52^b	4.67^b	4.53^b	5.04^a	0.040	<0.01
乙酸AA/%DM	2.71	2.62	2.61	2.81	2.56	0.029	0.23

	同行数据肩标不同字母表示差异显著(P<0.05),相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。
	In the same row, values with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05), while with the same or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05).

2.2 基于主成分对不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的综合分析

2.2.1 主成分的载荷值和贡献率

对不同规模奶牛场全株玉米青贮各项指标的主成分分析结果见表3,基于特征值>1提取了5个主成分,累计贡献率已经达到了85.01%,说明这5个主成分保留了原有指标85.01%的信息。第1主成分中干物质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、淀粉、粗灰分载荷值较大,分别为-0.69、0.92、0.93、-0.94和0.85,第1主成分中主要反映粗纤维和淀粉含量的基本信息,其指标可以作为第1主成分代表性的评价指标;第2主成分中粗脂肪、氨态氮和乙酸载荷值较大,分别为0.62、0.88和0.73,第3主成分中pH和乳酸载荷值较大,分别为-0.80和0.89,第2和第3主成分反映了发酵指标的基本信息,其指标可以作为第2和第3主成分代表性的评价指标;第4主成分中30 h中性洗涤纤维降解率载荷值为-0.61,可以作为第4主成分代表性的评价指标;第5主成分中粗蛋白质载荷值为-0.51,可以作为第5主成分代表性的评价指标。

表3 不同规模奶牛场全株玉米青贮主成分分析

Table 3 Principal component analysis of whole-plant corn silage in different scale dairy farms

项目 Items	主成分Principal components
项目 Items	1	2	3	4	5
干物质DM	-0.69	-0.16	-0.11	0.23	-0.01
粗蛋白质CP	0.51	0.48	0.05	0.02	-0.51
中性洗涤纤维NDF	0.92	-0.19	0.09	-0.21	0.09
30 h中性洗涤纤维降解率NDFD30	-0.47	0.01	0.29	-0.61	0.35
酸性洗涤纤维ADF	0.93	-0.14	0.16	-0.08	0.16
淀粉Starch	-0.94	0.10	-0.19	0.04	-0.05
粗脂肪EE	-0.43	0.62	0.38	0.09	0.41
粗灰分Ash	0.85	0.02	0.11	0.27	0.33
pH	0.26	0.18	-0.80	0.30	0.30
氨态氮NH₃-N	0.05	0.88	0.19	0.22	-0.01
乳酸LA	-0.03	-0.16	0.89	0.31	-0.08
乙酸AA	0.26	0.73	-0.14	-0.40	-0.05
特征值Eigen value	4.76	2.09	1.80	0.80	0.76
贡献率Contribution rate/%	39.63	17.42	15.01	6.62	6.34
累计贡献率Cumulative contribution rate/%	39.63	57.05	72.06	78.68	85.01

2.2.2 全株玉米青贮综合评价模型的建立及综合分析

根据方差矩阵中的特征值及其贡献率和各项原始指标的标准化数据构建主成分得分方程式(表4),式中X1~X12分别代表干物质、粗蛋白质、中性洗涤纤维、30 h中性洗涤纤维降解率、酸性洗涤纤维、淀粉、粗脂肪、粗灰分、pH、氨态氮、乳酸和乙酸。通过表3公式计算5个不同规模奶牛场全株玉米青贮主成分得分并进行排序(表5)。第1主成分中,500头以下和500~999头规模的奶牛场得分较高,说明该规模的奶牛场全株玉米青贮中粗纤维含量较高,淀粉含量较低;第2主成分中,得分靠前的是3 000~5 000头规模奶牛场,说明该规模的奶牛场全株玉米青贮中粗脂肪和乙酸含量较高;第3主成分中,得分靠前的是3 000~5 000头、5 000头以上规模奶牛场,说明该规模的奶牛场全株玉米青贮中乳酸含量较高,pH较低;第4主成分中,得分靠前的是5 000头以上规模奶牛场,说明该规模的奶牛场全株玉米青贮的30 h中性洗涤纤维降解率相对较高;第5主成分中,得分靠前的是3 000~5 000头规模奶牛场,说明该规模的奶牛场全株玉米青贮中粗蛋白质含量相对较高。根据主成分综合得分,不同规模奶牛场全株玉米青贮质量由高到低依次是5 000头以上、3 000~5 000头、1 000~2 999头、500~999头、500头以下。

表4 主成分方程式

Table 4 Principal component equation

名称Names	方程式Equation
F1	F1=-0.144X1+0.108X2+0.193X3-0.128X4+0.196X5-0.199X6- 0.091X7+0.178X8+0.055X9+0.011X10-0.005X11+0.056X12
F2	F2=-0.075X1+0.242X2-0.088X3+0.003X4-0.069X5+0.049X6+ 0.297X7+0.01X8+0.085X9+0.421X10-0.078X11+0.348X12
F3	F3=-0.059X1+0.029X2+0.05X3+0.159X4+0.087X5-0.105X6+ 0.213X7+0.059X8-0.443X9+0.103X10+0.493X11-0.078X12
F4	F4=0.286X1+0.022X2-0.267X3-0.586X4-0.096X5+0.048X6+ 0.118X7+0.341X8+0.378X9+0.281X10+0.387X11-0.498X12
F5	F5=-0.016X1-0.63X2+0.124X3+0.46X4+0.21X5-0.062X6+ 0.534X7+0.43X8+0.398X9-0.016X10-0.107X11-0.059X12
主成分综合得分 Principal component comprehensive score	F=(39.629F1+17.42F2+15.006F3+6.624F4+ 6.335F5)/85.013

表5 不同规模奶牛场全株玉米青贮主成分得分、综合得分及排序

Table 5 Principal component score, comprehensive score and ranking of whole-plant corn silage in different scale dairy farms

养殖规模 Breeding scales	主成分得分 Principal component score					综合得分 Comprehensive score	排序 Ranking
养殖规模 Breeding scales	F1	F2	F3	F4	F5	综合得分 Comprehensive score	排序 Ranking
500头以下Less than 500 cows	0.35	-0.03	-0.17	-0.14	-0.08	0.11	5
500~999头500 to 999 cows	0.01	-0.05	0.06	0.02	0.01	0.01	4
1 000~2 999头 1 000 to 2 999 cows	-0.11	-0.01	0.07	0.11	0.11	-0.02	3
3 000~5 000头 3 000 to 5 000 cows	-0.24	0.23	0.16	-0.24	0.11	-0.05	2
5 000头以上 More than 5 000 cows	-0.21	-0.12	0.28	0.23	-0.06	-0.06	1

2.3 基于隶属函数对不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的综合分析

将全株玉米青贮的12项核心指标进行隶属函数分析,结果如表6所示。平均隶属函数值越大,说明综合表现越好,全株玉米青贮质量越好。对平均隶属函数值进行排序,结果显示,5 000头以上规模奶牛场排名第一,平均隶属函数值为0.561;其次是3 000~5 000头规模奶牛场,第三是1 000~2 999头和500~999头规模奶牛场;500头以下规模奶牛场较差,平均隶属函数值为0.519。

表6 不同规模奶牛场全株玉米青贮隶属函数值及排序

Table 6 Subordinate function value and ranking of whole-plant corn silage in different scale dairy farms

项目 Items	500头以下 Less than 500 cows	500~ 999头 500 to 999 cows	1 000~ 2 999头 1 000 to 2 999 cows	3 000~ 5 000头 3 000 to 5 000 cows	5 000头以上 More than 5 000 cows
干物质DM	0.333	0.404	0.403	0.393	0.404
粗蛋白质CP	0.510	0.483	0.457	0.495	0.439
中性洗涤纤维NDF	0.601	0.646	0.639	0.631	0.657
30 h中性洗涤纤维降解率NDFD30	0.509	0.559	0.543	0.574	0.549
酸性洗涤纤维ADF	0.613	0.657	0.645	0.647	0.659
淀粉Starch	0.601	0.657	0.655	0.662	0.683
粗脂肪EE	0.466	0.499	0.537	0.578	0.516
粗灰分Ash	0.658	0.695	0.690	0.701	0.699
pH	0.488	0.511	0.529	0.552	0.554
氨态氮NH₃-N	0.456	0.451	0.425	0.420	0.437
乳酸LA	0.521	0.532	0.559	0.534	0.624
乙酸AA	0.473	0.494	0.498	0.448	0.510
平均值Mean	0.519	0.549	0.549	0.553	0.561
排序Ranking	4	3	3	2	1

2.4 基于CSQS对不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的综合分析

根据全株玉米青贮质量的6项核心指标进行CSQS分析,结果如表7所示。CSQS越大,全株玉米青贮质量越好。5 000头以上规模奶牛场全株玉米青贮质量最好,CSQS是71.60分;500头以下规模奶牛场全株玉米青贮质量最差,CSQS是66.61分。根据CSQS排序可知,不同规模奶牛场全株玉米青贮质量由好到差顺序为5 000头以上、3 000~5 000头、1 000~2 999头、500~999头、500头以下。

表7 不同规模奶牛场全株玉米青贮CSQS及排序

CSQS and ranking of whole-plant corn silage in different scale dairy farms

养殖规模 Breeding scales	全株玉米青贮质量评分指数 CSQS/分	排序 Ranking
500头以下Less than 500 cows	66.61	5
500~999头500 to 999 cows	69.91	4
1 000~2 999头1 000 to 2 999 cows	69.92	3
3 000~5 000头3 000 to 5 000 cows	71.06	2
5 000头以上More than 5 000 cows	71.60	1

3 讨论

3.1 不同规模奶牛场全株玉米青贮的营养成分和发酵指标

营养成分和发酵指标是衡量全株玉米质量优劣的关键指标,其中营养成分主要包括干物质、粗蛋白、中性洗涤纤维、30 h中性洗涤纤维降解率、酸性洗涤纤维、淀粉、粗脂肪、粗灰分8项指标,发酵指标主要包括pH、氨态氮、乳酸、乙酸4项指标^[1]。在本试验中,不同规模的全株玉米青贮的干物质、粗蛋白质、中性洗涤纤维、淀粉、粗脂肪、乳酸含量存在显著差异,这与王挺等^[19]的结果类似。一方面,这可能与各规模奶牛场玉米青贮调制技术差异密切相关。不同收获时期^[20]、切割长度^[21]、青贮添加剂^[22-23]、压实密度^[24]和发酵时间^[25]等因素均会造成青贮饲料质量的差异,而奶牛场规模越大,其收获时对水分和淀粉含量等指标的控制越严格,调制技术也越好^[18]。Khan等^[26]指出,玉米青贮饲料的营养成分含量变化大,这种变化大多是由收获时成熟度的巨大差异引起的,在干物质含量为30%~35%时,玉米青贮饲料的营养价值达到最佳水平。米筱^[24]研究发现,随着压实密度升高,全株玉米青贮中粗蛋白质、中性洗涤纤维、淀粉、粗脂肪和乳酸含量升高。另一方面,这可能与使用设施设备有关。奶牛场的养殖规模的越大,其大型收割机械和压窖设备使用率越高,500头以下规模牧场进口大型收获机械使用率达到33.3%,而3 000头以上规模牧场大型收获机械使用率达到95%以上^[18]。此外,还可能与玉米品种有关,由于各地区种植玉米品种复杂,各规模奶牛场无法统一玉米品种采集,所以进行了混合品种采样分析。Opsi等^[27]研究表明,玉米品种与青贮调制的互作会显著影响玉米青贮饲料的营养成分含量及其消化率。

3.2 不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的主成分分析

主成分分析是将多个指标通过降维转化为涵盖80%以上所有信息且彼此独立的几个主成分,再对主成分进行分析的一种统计方法^[1,28]。本试验利用主成分分析,将不同规模奶牛场的474份全株玉米青贮样品的12个指标综合为5个主成分,这5个主成分主要反映了原有信息的85.01%。第1主成分主要反映了粗纤维和淀粉的相关信息,其累计贡献率达到了39.63%,500头以下和500~999头规模奶牛场在第1主成分得分较高,说明其全株玉米青贮整体粗纤维含量较高,淀粉含量较低;第2主成分主要反映了粗脂肪、氨态氮的相关信息,3 000~5 000头规模牧场在第2主成分得分较高,说明其全株玉米青贮整体粗脂肪和氨态氮含量较高;第3主成分主要反映了乳酸含量,5 000头以上规模牧场在第3主成分得分较高,说明该规模奶牛场全株玉米青贮整体乳酸含量较高;第4主成分主要反映了30 h中性洗涤纤维降解率,5 000头以上规模奶牛场在第4主成分得分较高,说明该规模奶牛场全株玉米青贮整体30 h中性洗涤纤维降解率较高;第5主成分主要反映了粗蛋白质含量,1 000~2 999头和3 000~5 000头规模奶牛场在第5主成分得分较高,说明该规模奶牛场全株玉米青贮整体粗蛋白质含量较高。本试验通过主成分分析确定了全株玉米青贮质量的评价模型,筛选出了粗纤维、淀粉、乳酸、氨态氮、粗脂肪、30 h中性洗涤纤维降解率、粗蛋白质为评价指标,它们构成了全株玉米青贮质量评价的体系基础,这与任丽娟等^[5]和Tharangani等^[10]研究结果一致。综合原观测值各项指标及各主成分的权重系数,计算主成分综合得分,其值越高,全株玉米青贮质量越差^[5]。因此,依据主成分分析结果,不同规模奶牛场全株玉米青贮质量由高到低依次是5 000头以上、3 000~5 000头、1 000~2 999头、500~2 999头、500头以下。

3.3 不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的隶属函数分析

隶属函数分析是运用模糊数学原理,通过测定、分析多项指标,再对材料特性综合评价^[29],是一种简单、快捷、准确度较高综合评估方法。目前,该方法已逐步开始用于饲草品种筛选和质量评价^[8]。花梅等^[30]利用隶属函数对不同品种全株玉米青贮质量进行综合评价,结果发现不同品种隶属函数值与青贮后的相对饲喂价值结果相近,指出主成分分析和隶属函数分析在综合评定方面的准确性;张志恒等^[17]通过隶属函数分析评价不同添加剂处理玉米秸秆青贮的品质,结果发现添加0.02%纤维素酶组得分最高,不仅说明了纤维素酶对木质纤维组分具有较高的降解能力,还侧面反映了该方法在综合评定玉米秸秆青贮时的准确性,避免了单一指标评定玉米秸秆青贮的片面性。在本试验中,依据隶属函数分析结果,5 000头以上规模奶牛场全株玉米青贮质量最好,其次是3 000~5 000头规模奶牛场,第三是1 000~2 999头和500~2 999头规模奶牛场;500头以下规模奶牛场较差,平均隶属函数值为0.519,这与主成分分析结果一致。

3.4 不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的CSQS分析

营养成分和发酵指标是评定全株玉米青贮质量优劣的关键指标,如何选择具有代表性的指标是全株玉米青贮质量评价的重要环节^[31-32]。有研究表明,利用主成分分析筛选的最小数据集(MDS)可以使数据更有代表性,解决数据冗余的问题^[31,33]。Tharangani等^[10]以全株玉米青贮为研究对象,利用相关性分析和主成分分析确定了MDS,主要包括粗蛋白质、中性洗涤纤维降解率、淀粉、粗脂肪4项营养指标和氨态氮、乳酸2项发酵指标,通过数学模型构建而成的全株玉米青贮质量综合指数能够较全面地评价全株玉米青贮质量,该指数模型应用于全国畜牧总站和中国农业科学院北京畜牧兽医研究所主编的《中国全株玉米青贮质量安全报告》系列丛书中,不仅能够反映全株玉米青贮质量的好坏,而且在生产中操作便捷。本试验中,依据CSQS分析结果,不同规模奶牛场全株玉米青贮质量由好到差顺序为5 000头以上、3 000~5 000头、1 000~2 999头、500~999头、500头以下,奶牛养殖规模越大,全株玉米青贮质量越好,这与主成分分析和隶属函数分析结果一致,说明CSQS分析方法能够准确评价全株玉米青贮质量,由于其涉及指标较少,更简便易行,便于推广使用。

4 结论

在本试验中,不同规模奶牛场全株玉米青贮的营养成分和发酵品质存在差异,且养殖规模越大,其全株玉米青贮质量越好。CSQS分析、主成分分析、隶属函数分析这3种综合评价方法所得结果一致,均能够准确评价全株玉米青贮质量,但CSQS分析方法涉及指标较少,更易于推广使用。

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Abstract

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1 材料与方法

1.1 样品来源

表1 样品采集情况

1.2 样品采集方法

1.3 检测指标与方法

1.3.1 营养指标测定

1.3.2 发酵指标测定

1.4 综合评价

1.4.1 主成分分析

1.4.2 隶属函数分析

1.4.3 CSQS分析

1.5 数据统计与分析

2 结果与分析

2.1 不同规模奶牛场全株玉米青贮质量比较

表2 不同规模奶牛场全株玉米青贮质量比较

2.2 基于主成分对不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的综合分析

2.2.1 主成分的载荷值和贡献率

表3 不同规模奶牛场全株玉米青贮主成分分析

2.2.2 全株玉米青贮综合评价模型的建立及综合分析

表4 主成分方程式

表5 不同规模奶牛场全株玉米青贮主成分得分、综合得分及排序

2.3 基于隶属函数对不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的综合分析

表6 不同规模奶牛场全株玉米青贮隶属函数值及排序

2.4 基于CSQS对不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的综合分析

表7 不同规模奶牛场全株玉米青贮CSQS及排序

3 讨论

3.1 不同规模奶牛场全株玉米青贮的营养成分和发酵指标

3.2 不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的主成分分析

3.3 不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的隶属函数分析

3.4 不同规模奶牛场全株玉米青贮质量的CSQS分析

4 结论

References