Chinese Journal of Animal Nutrition >

2024 , Vol. 36 >Issue 5: 3373 - 3385

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.289

RESEARCH PAPER

Effects of Different Harvest Periods and Additive Treatments on Quality and in Vitro Digestibility of Sweet Sorghum Silage

  • JI Fangcai , 1, 2 ,
  • LI Yujia 1 ,
  • ZHANG Hongrui 1 ,
  • WANG Yifan 1 ,
  • WANG Lei 1 ,
  • ZHUO Xingliang 1 ,
  • SUN Zhiqiang 3 ,
  • KOU Qifang 4 ,
  • YU Zhu , 1, *
Expand
  • 1 College of Grassland Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China
  • 2 National Center of Pratacultural Technology Innovation (Preparatory), Hohhot 010070, China
  • 3 College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China
  • 4 Hongsibu District Tianyuan Well-Bred Sheep Breeding Co., Ltd., Wuzhong 751900, China
* professor, E-mail:

Received date: 2023-11-27

  Online published: 2024-05-15

Fold

Abstract

The aim of this experiment was to study the effects of different harvest periods and additive treatments on the quality and in vitro digestibility of sweet sorghum silage. Sweet sorghum was harvested at heading stage, milk stage and dough stage, and a total of 12 treatments were set up, including control treatment (CK), Lactobacillus buchneri treatment (LB), cellulase treatment (CE) and bacterial-enzyme combined treatment (LB+CE) in each harvested stage, with 3 replicates per treatment. The sorghum was packed in a 3 L fermentation barrel and stored at room temperature for 120 days. The fermentation quality and nutrient contents were determined, and the principal component analysis and subordinate function analysis were used to evaluate the quality of sweet sorghum silage at different harvest stages and additive treatments. The results showed that there were significant interactions between harvest period and additive on pH, ammonia nitrogen/total nitrogen and contents of lactic acid, acetic acid, dry matter and neutral detergent fiber of sweet sorghum silage (P<0.05). Compared with CK, CE and LB+CE significantly increased the lactic acid content of sweet sorghum silage at heading stage and milk stage (P<0.05), LB and LB+CE significantly increased the acetic acid content at each harvest stage (P<0.05), different additive treatments significantly increased the soluble carbohydrate content at milk stage (P<0.05), and CE significantly decreased the neutral detergent fiber content at milk stage (P<0.05). The in vitro dry matter digestibility of sweet sorghum silage was significantly affected by different harvest periods (P<0.05), and the in vitro dry matter digestibility of sweet sorghum silage harvested at dough stage was the highest. The results of principal component analysis and subordinate function analysis showed that the overall score of sweet sorghum was ranked as dough stage>milk stage>heading stage, and the subordinate function mean of LB+CE was the highest at dough stage. In conclusion, the dough stage is a timely harvest stage for sweet sorghum silage, and it is suggested that bacteria and enzymes should be used together.

Key words： sweet sorghum; silage; harvest periods; additives; in vitro digestibility; subordinate function evaluation

Cite this article

JI Fangcai , LI Yujia , ZHANG Hongrui , WANG Yifan , WANG Lei , ZHUO Xingliang , SUN Zhiqiang , KOU Qifang , YU Zhu . Effects of Different Harvest Periods and Additive Treatments on Quality and in Vitro Digestibility of Sweet Sorghum Silage[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(5) : 3373 -3385 . DOI: 10.12418/CJAN2024.289

甜高粱(Sorghum bicolor)具有抗逆性强、产量高和营养丰富等特点,挖掘其饲用潜力有助于缓解我国干旱、半干旱及盐碱化地区草畜矛盾[1-2]。甜高粱茎秆粗厚,水分散失慢,干草利用较为困难,调制青贮饲料是甜高粱的主要加工利用方式[3]。甜高粱调制青贮饲料时,其发酵品质主要由收获时的化学因素驱动[4]。甜高粱过早收获,产量和干物质(dry matter,DM)含量低,易造成梭菌大量繁殖,青贮过程中养分损失较多;而过晚收获,DM虽然会积累增加,但木质化程度也相应增加[5],相对饲喂价值降低[6],不利于家畜利用。研究发现,延迟甜高粱收获期对干草产量和发酵品质有促进作用,对其饲草品质[代谢能以及中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)含量]没有影响[7]。Zhao等[8]研究发现,蜡熟期收获的甜高粱比在抽穗期收获的甜高粱更适合调制青贮饲料。
添加剂已被广泛用于调制青贮饲料中,青贮接种添加剂有助于营养的保存,促进乳酸菌发酵而抑制有害细菌和霉菌的生长[9]。目前青贮添加剂主要分为乳酸菌制剂、化学添加剂、营养添加剂和酶制剂等,其中添加乳酸菌制剂可以提高乳酸菌的相对丰度,抑制好氧微生物的生长,提高青贮品质;化学添加剂可通过创造酸性环境,抑制有害微生物的生长繁殖,减少营养损失;营养添加剂可以直接为乳酸菌提供发酵底物,促进乳酸发酵;酶制剂可在青贮中促进细胞壁降解,间接为乳酸菌发酵提供底物,提升青贮品质[10]。甜高粱茎秆粗壮,纤维含量高,接种添加剂主要是为了促进纤维的降解,提高青贮品质及消化率。研究发现,在甜高粱青贮饲料中接种纤维素酶可以有效降解纤维,提高体外干物质消化率(in vitro dry matter digestibility,IVDMD)和体外中性洗涤纤维消化率(in vitro neutral detergent fiber digestibility,IVNDFD)[11]。此外,乳酸菌与纤维素酶之间存在协同作用,有助于提升青贮品质,改善青贮饲料消化率[12]。因此,本文旨在探讨不同收获期与添加剂处理对甜高粱青贮品质及体外消化率的影响,并采用主成分分析和隶属函数法综合评价不同收获期与添加剂处理的甜高粱青贮品质,为调制甜高粱青贮饲料选择适宜的收获期和添加剂提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用甜高粱品种为F438,于2022年5月15日种植于宁夏回族自治区吴忠市红寺堡区(105°43'~106°42' E,37°28'~37°37'N),行距30 cm,株距20 cm,期间实施常规田间管理;分别于甜高粱抽穗期(2022年9月13日)、乳熟期(2022年9月27日)和蜡熟期(2022年10月11日)留茬15 cm收获,并粉碎至1~2 cm后混匀。青贮添加剂为中国农业大学饲草加工团队筛选的布氏乳杆菌(Lactobacillus buchneri)和市售的纤维素酶(活性为50 U/mg)。

1.2 试验设计

每个收获期甜高粱设计4个青贮发酵处理,每个处理3个重复。4个处理分别为:1)对照处理(CK),添加蒸馏水;2)布氏乳杆菌处理(LB),添加1×106 CFU/g布氏乳杆菌;3)纤维素酶处理(CE),添加5 000 U/kg纤维素酶;4)菌酶联用处理(LB+CE),添加1×106 CFU/g布氏乳杆菌和5 000 U/kg纤维素酶。将蒸馏水和各添加剂按照20 mL/kg均匀喷洒在甜高粱材料上,并装填于3 L发酵罐中,青贮密度为800 kg/m3,室温贮藏120 d后,测定青贮发酵品质和营养成分含量。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 发酵品质测定

青贮开罐后去除上下层10 cm,选取具有代表性的20 g甜高粱青贮饲料样品与180 mL蒸馏水混合后榨汁,并通过4层医用纱布过滤汁液[13]。采用pH仪测定pH;采用高效液相色谱法[14]测定乳酸、乙酸、丙酸和丁酸含量;采用苯酚-次氯酸钠法[15]测定氨态氮(ammonia-nitrogen,NH3-N)含量,并计算氨态氮/总氮(ammonia-nitrogen/total nitrogen,NH3-N/TN)。

1.3.2 营养成分含量测定

取青贮原料及青贮后样品约300 g于65 ℃烘48 h后测定DM含量;样品粉碎后过40目筛,通过凯氏定氮法[16]测定粗蛋白质(crude protein,CP)含量;采用脂肪分析仪(Ankom XT1 Ankom Company,美国)通过索氏提取法[16]测定粗脂肪(ether extract,EE)含量;采用蒽酮-硫酸比色法[17]测定可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate,WSC)和淀粉(starch)含量;采用范氏洗涤纤维法[16]测定NDF、ADF和酸性洗涤木质素(acid detergent lignin,ADL)含量。

1.3.3 体外消化率测定

采用王莹[18]的方法测定体外消化率。称取0.5 g青贮饲料样品于纤维袋中(重复3次),放入DAISY Ⅱ体外模拟培养箱消化罐中,加入1 330 mL A缓冲液、266 mL B缓冲液和400 mL于晨饲前采集的配备有永久瘤胃瘘管的安格斯牛瘤胃液,往消化罐中持续通入二氧化碳(CO2)至厌氧条件,盖好盖子后放入体外模拟培养箱,在39 ℃下培养48 h,取出样品并用蒸馏水将纤维袋冲洗干净后烘干,称取残渣DM含量,后测定残渣NDF含量,计算IVDMD和IVNDFD,计算公式为:
IVDMD(%)=100×(样品DM含量-
残渣DM含量)/样品DM含量;
IVNDFD(%)=100×(样品NDF含量-
残渣NDF含量)/样品NDF含量。

1.4 青贮品质综合评价

采用相关性分析和主成分分析将12个不同处理下的13个指标降维,简化评价指标,利用模糊数学隶属函数法计算各处理选择指标的隶属函数值,之后求平均值并进行综合排名,平均值越大,排名越靠前。隶属函数计算公式[19]如下:
R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin);
R(Xi)=1-(Xi-Xmin)/ (Xmax-Xmin)。
式中:R(Xi)表示某指标的隶属函数值;Xi表示该指标的测定值;Xmax表示该指标的最大值;Xmin表示该指标的最小值。
若测定指标与青贮品质呈正相关关系,则选择公式①计算;若呈负相关关系,则选择公式②计算。

1.5 数据统计分析

采用Excel 2016进行数据整理及隶属函数计算,然后利用SPSS 27.0软件进行主体间效应检验及主成分分析,并利用Duncan氏法进行多重比较,结果数据采用平均值和均值标准误(SEM)表示,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同收获期甜高粱青贮原料营养特性

由表1可知,除NDF、EE和ADL含量外,不同收获期之间甜高粱原料营养成分含量均存在显著差异(P<0.05),其中甜高粱青贮原料CP和ADF含量随收获期延长显著降低(P<0.05),DM、WSC和淀粉含量随收获期延长显著提高(P<0.05)。不同收获期之间甜高粱青贮原料IVDMD和IVNDFD差异均不显著(P>0.05)。
表1 不同收获期甜高粱青贮原料营养特性(风干基础)

Table 1 Nutritional characteristics of sweet sorghum silage materials in different harvest periods (air-dry basis) %

项目
Items		 干物质
DM		 粗蛋白质
CP		 可溶性碳
水化合物
WSC		 淀粉
Starch		 粗脂肪
EE		 中性洗
涤纤维
NDF		 酸性洗
涤纤维
ADF		 酸性洗
涤木质素
ADL		 体外干物
质消化率
IVDMD		 体外中性洗涤
纤维消化率
IVNDFD
抽穗期Heading stage 26.70c 4.76a 6.31c 6.16c 1.87 66.17 40.95a 6.54 47.35 33.17
乳熟期Milk stage 31.28b 3.72b 12.57b 8.87b 1.45 63.06 38.29b 6.62 49.66 32.94
蜡熟期Dough stage 38.36a 3.43b 15.11a 10.40a 2.29 60.47 36.88b 6.12 50.72 30.29
均值标准误SEM 1.18 0.15 1.35 0.64 0.18 1.10 0.69 0.12 0.77 1.44
P值P-value <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 0.151 0.083 0.015 0.182 0.194 0.720

同列数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著(P>0.05),不同字母表示差异显著(P<0.05)。

In the same column, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05).

2.2 不同收获期与添加剂处理对甜高粱青贮发酵品质的影响

由表2可知,不同收获期显著影响甜高粱青贮饲料pH、NH3-N/TN以及乳酸和乙酸含量(P<0.05),不同添加剂处理显著影响甜高粱青贮饲料NH3-N/TN以及乳酸、乙酸和丙酸含量(P<0.05),收获期与添加剂对甜高粱青贮饲料pH、NH3-N/TN以及乳酸和乙酸含量具有显著交互作用(P<0.05)。其中,与CK相比,CE和LB+CE显著提高了抽穗期和乳熟期甜高粱青贮饲料中乳酸含量(P<0.05),LB和LB+CE显著提高了抽穗期NH3-N/TN以及各收获期乙酸含量(P<0.05)。所有处理均未检出丁酸。
表2 不同收获期与添加剂处理对甜高粱青贮发酵品质的影响

Table 2 Effects of different harvest periods and additive treatments on fermentation quality of sweet sorghum silage

项目
Items		 添加剂
Additives		 收获期Harvest periods 均值标准误
SEM		 P值P-value
抽穗期
Heading stage		 乳熟期
Milk stage		 蜡熟期
Dough stage		 收获期
Harvest period		 添加剂
Additive		 收获期×添加剂
Harvest period ×additive
pH CK 3.94aAB 3.76B 4.10A 0.03 <0.001 0.112 0.006
LB 3.83abB 3.77B 4.14A
CE 3.66bC 3.79B 4.11A
LB+CE 3.64bC 3.83B 4.11A
氨态氮/总氮NH3-N/TN/% CK 4.72cA 3.43B 2.54C 0.34 <0.001 <0.001 <0.001
LB 6.06bA 3.64B 2.49C
CE 5.35bcA 4.62B 2.30C
LB+CE 8.21aA 3.83B 2.49C
乳酸Lactic acid/% DM CK 4.59cA 4.87cA 3.52B 0.24 <0.001 <0.001 0.002
LB 5.55bcA 5.03bcA 3.33B
CE 6.16bA 6.43aA 3.30B
LB+CE 7.73aA 5.46bB 3.49C
乙酸Acetic acid/% DM CK 0.81bB 0.85bB 1.01bA 0.13 <0.001 <0.001 <0.001
LB 1.87aB 1.88aB 2.95aA
CE 1.00b 0.87b 1.07b
LB+CE 1.64aB 1.78aB 3.04aA
丙酸Propionic acid/% DM CK 0.23 0.27b 0.18b 0.02 0.052 0.002 0.297
LB 0.31 0.31ab 0.32a
CE 0.32 0.31ab 0.16b
LB+CE 0.37 0.36a 0.35a

CK:对照,添加蒸馏水;LB:添加1×106 CFU/g布氏乳杆菌;CE:添加5 000 U/kg纤维素酶;LB+CE:添加1×106 CFU/g布氏乳杆菌和5 000 U/kg纤维素酶。同列数据肩标无字母或相同小写字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05);同行数据肩标无字母或相同大写字母表示差异不显著(P>0.05),不同大写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

CK: control, adding distilled water; LB: adding 1×106 CFU/g Lactobacillus buchneri; CE: adding 5 000 U/kg cellulase; LB+CE: adding 1×106 CFU/g Lactobacillus buchneri and 5 000 U/kg cellulase. In the same column, values with no letter or the same small letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05); in the same row, values with no letter or the same capital letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different capital letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

2.3 不同收获期与添加剂处理对甜高粱青贮饲料营养成分含量的影响

由表3可知,不同收获期对甜高粱青贮饲料的DM、CP、WSC、淀粉、NDF、ADF和ADL含量均有显著影响(P<0.05),不同添加剂处理对WSC含量有显著影响(P<0.05),收获期与添加剂对DM和NDF含量有显著交互作用(P<0.05)。与CK相比,CE显著提高了抽穗期甜高粱青贮饲料中WSC含量(P<0.05),各添加剂处理均显著提高了乳熟期WSC含量(P<0.05);CE显著降低了乳熟期NDF含量(P<0.05),LB+CE显著降低了蜡熟期NDF含量(P<0.05)。
表3 不同收获期与添加剂处理对甜高粱青贮饲料营养成分含量的影响

Table 3 Effects of different harvest periods and additive treatments on nutrient contents of sweet sorghum silage

项目
Items		 添加剂
Additives		 收获期Harvest periods 均值标准误
SEM		 P值P-value
抽穗期
Heading stage		 乳熟期
Milk stage		 蜡熟期
Dough stage		 收获期
Harvest period		 添加剂
Additive		 收获期×添加剂
Harvest period ×additive
干物质DM/% CK 27.04C 31.00bB 36.09A 0.59 <0.001 0.272 0.037
LB 27.46C 31.78aB 35.98A
CE 28.09C 30.29cB 35.99A
LB+CE 27.51C 30.79bcB 35.41A
粗蛋白质CP/% DM CK 4.41A 3.95B 3.46C 0.08 <0.001 0.890 0.316
LB 4.50A 3.81B 3.53C
CE 4.46A 3.71B 3.46B
LB+CE 4.73A 3.56B 3.56B
可溶性碳水化合物WSC/% DM CK 0.30bC 1.94cB 4.59A 0.32 <0.001 0.019 0.177
LB 0.23bC 2.73bB 4.83A
CE 0.56aB 2.89bA 4.75A
LB+CE 0.31bC 3.41aB 5.17A
淀粉Starch/% DM CK 3.85C 7.99B 11.83A 0.48 <0.001 0.324 0.106
LB 3.97C 7.84B 9.32A
CE 3.86C 7.65B 10.37A
LB+CE 3.99B 8.87A 9.49A
粗脂肪EE/% DM CK 2.36 2.32 2.35 0.13 0.109 0.502 0.413
LB 2.14 2.40 1.90
CE 2.73 2.64 2.12
LB+CE 2.18 3.68 2.08
中性洗涤纤维NDF/% DM CK 63.79 61.48a 59.72b 0.58 <0.001 0.880 0.025
LB 64.15 60.22ab 60.58ab
CE 65.02A 55.60bB 62.46aA
LB+CE 63.84A 61.81aA 57.07cB
酸性洗涤纤维ADF/% DM CK 39.96A 38.60AB 35.09B 0.39 <0.001 0.586 0.053
LB 39.91 37.64 37.92
CE 41.19A 35.36B 38.58AB
LB+CE 40.47 39.51 37.17
酸性洗涤木质素ADL/% DM CK 5.63A 4.11AB 2.67B 0.24 <0.001 0.348 0.454
LB 5.23A 2.83B 3.49AB
CE 5.63A 2.67B 3.71AB
LB+CE 5.66 4.23 4.22

2.4 不同收获期与添加剂处理对甜高粱青贮饲料体外消化率的影响

由表4可知,不同收获期对甜高粱青贮饲料IVDMD有显著影响(P<0.05),但对IVNDFD无显著影响(P>0.05);不同添加剂处理对甜高粱青贮饲料IVDMD和IVNDFD均无显著影响(P>0.05);此外,收获期与添加剂对甜高粱青贮饲料IVDMD和IVNDFD也均无显著交互作用(P>0.05)。
表4 不同收获期与添加剂处理对甜高粱青贮饲料体外消化率的影响

Table 4 Effects of different harvest periods and additive treatments on in vitro digestibility of sweet sorghum silage %

项目
Items		 添加剂
Additives		 收获期Harvest periods 均值标准误
SEM		 P值P-value
抽穗期
Heading stage		 乳熟期
Milk stage		 蜡熟期
Dough stage		 收获期
Harvest period		 添加剂
Additive		 收获期×添加剂
Harvest period ×additive
体外干物质消化率IVDMD CK 44.47B 48.77A 50.04A 0.54 <0.001 0.588 0.670
LB 42.82B 49.67A 47.04AB
CE 43.90B 48.28A 48.35A
LB+CE 43.74B 48.22AB 50.04A
体外中性洗涤纤维消化率IVNDFD CK 27.06 28.68 29.35 0.52 0.898 0.371 0.621
LB 28.32 27.48 25.37
CE 26.42 25.18 28.22
LB+CE 24.66 27.67 24.83

2.5 不同收获期与添加剂处理甜高粱青贮饲料的主成分分析

由表5可知,基于特征值>1的标准挑选出3个主成分。其中,第1主成分特征值为7.917,贡献率为60.900%,其对应特征向量中绝对值较大的指标为pH、NH3-N/TN以及乳酸、DM、CP、WSC、淀粉、NDF、ADF和ADL含量;第2主成分特征值为1.815,贡献率为13.962%,第3主成分特征值为1.624,贡献率为12.496%,其对应特征向量中绝对值较大的指标为乙酸含量。这3个主成分累积贡献率达到了87.358%,保留了原有指标87.358%的信息。
表5 不同收获期与添加剂处理甜高粱青贮饲料的主成分分析

Table 5 Principal component analysis of sweet sorghum forage silage with different harvest periods and additive treatments

项目
Items		 主成分Principal components
1 2 3
pH -0.829 -0.418 0.201
氨态氮/总氮NH3-N/TN 0.925 0.161 0.024
乳酸Lactic acid 0.824 0.489 -0.111
乙酸Acetic acid -0.305 0.130 0.932
丙酸Propionic acid 0.419 0.641 0.631
干物质DM -0.950 -0.098 0.130
粗蛋白质CP 0.949 -0.182 0.073
可溶性碳水化合物WSC -0.956 0.097 0.143
淀粉Starch -0.949 0.101 -0.105
粗脂肪EE 0.195 0.549 -0.343
中性洗涤纤维NDF 0.686 -0.576 -0.003
酸性洗涤纤维ADF 0.796 -0.337 0.241
酸性洗涤木质素ADL 0.816 -0.371 0.274
特征值Eigen value 7.917 1.815 1.624
贡献率Contribution rate/% 60.900 13.962 12.496
累计贡献率Cumulative contribution rate/% 60.900 74.862 87.358

2.6 各指标综合得分及其排名

综合主成分分析的结果,在3个主成分中分别选择pH、NH3-N/TN以及乳酸、乙酸、DM、CP、WSC、淀粉、NDF、ADF和ADL含量来代替其余指标进行模糊隶属函数分析并进行排名,结果如表6所示。
表6 各指标综合得分及其排名

Table 6 Comprehensive score and ranking of each indicators

项目
Items		 抽穗期Heading stage 乳熟期Milk stage 蜡熟期Dough stage
CK LB CE LB+CE CK LB CE LB+CE CK LB CE LB+CE
pH 0.40 0.62 0.96 1.00 0.76 0.74 0.70 0.62 0.08 0.00 0.06 0.06
氨态氮/总氮NH3-N/TN 0.59 0.48 0.36 0.00 0.81 0.77 0.61 0.74 0.96 0.97 1.00 0.97
乳酸Lactic acid 0.29 0.51 0.65 1.00 0.44 0.39 0.71 0.49 0.05 0.01 0.00 0.04
乙酸Acetic acid 0.00 0.48 0.09 0.37 0.02 0.48 0.03 0.43 0.09 0.96 0.12 1.00
干物质DM 0.00 0.05 0.12 0.05 0.44 0.52 0.36 0.41 1.00 0.99 0.99 0.93
粗蛋白质CP 0.75 0.82 0.79 1.00 0.39 0.28 0.20 0.08 0.00 0.06 0.00 0.08
可溶性碳水化合物WSC 0.01 0.00 0.07 0.02 0.35 0.51 0.54 0.64 0.88 0.93 0.92 1.00
淀粉Starch 0.00 0.02 0.00 0.02 0.52 0.50 0.48 0.63 1.00 0.69 0.82 0.71
中性洗涤纤维NDF 0.13 0.09 0.00 0.13 0.38 0.51 1.00 0.34 0.56 0.47 0.27 0.84
酸性洗涤纤维ADF 0.20 0.21 0.00 0.12 0.42 0.58 0.96 0.28 1.00 0.54 0.43 0.66
酸性洗涤木质素ADL 0.01 0.14 0.01 0.00 0.52 0.95 1.00 0.48 1.00 0.73 0.65 0.48
隶属函数平均值
Subordinate function mean		 0.22 0.31 0.28 0.34 0.46 0.57 0.60 0.47 0.60 0.58 0.48 0.62
得分排序Score ranking 12 10 11 9 8 5 2 7 2 4 6 1
收获期平均值
Harvest period mean		 0.29 0.52 0.57
甜高粱各收获期综合得分排名为蜡熟期>乳熟期>抽穗期,其中蜡熟期LB+CE得分排名第1,隶属函数平均值为0.62;抽穗期CK得分最低。在抽穗期和蜡熟期,LB+CE隶属函数平均值高于LB和CE;而在乳熟期,LB+CE隶属函数平均值低于LB和CE。

3 讨论

3.1 不同收获期与添加剂处理对甜高粱青贮发酵品质的影响

本研究中,甜高粱青贮饲料pH均小于4.2,具有较好的发酵品质。本研究中,不同添加剂处理甜高粱青贮饲料NH3-N/TN均随收获期延长而显著降低,这可能是青贮中水分的降低不利于梭状芽胞杆菌的生长,从而抑制了NH3-N的产生[20]。研究发现,延迟收获使青贮中水分降低,微生物活动减弱,促使乳酸含量降低[20],本研究结果与之相同。本研究中,甜高粱青贮饲料乙酸含量随收获期延长呈提高趋势,可能是收获期引起营养和微生物差异导致。Van Niekerk等[21]报道,几内亚草随收获期延长,青贮发酵类型由乳酸型发酵转变为乙酸型发酵。Tang等[22]研究发现,蜡质的存在降低了高粱青贮品质,表现为乳酸含量降低而乙酸和丁酸含量提高。高粱属植物蜡质总量与地上生物量呈极显著正相关[23],随着甜高粱蜡质的增加,也可能导致甜高粱青贮饲料乳酸含量随收获期延长而下降,而使乙酸含量提高。本研究发现,与CK相比,CE和LB+CE提高了抽穗期和乳熟期甜高粱青贮饲料乳酸含量,表明纤维素酶通过破坏细胞壁结构促进了纤维降解,从而提高了WSC含量以产生更多乳酸;而CE和LB+CE对蜡熟期乳酸含量无显著影响,可能是甜高粱蜡质的增加抑制了乳酸的产生[22]。此外,LB和LB+CE均能促进高粱青贮饲料乙酸产生,这与Nkosi等[24]的研究结果相同,这是因为布氏乳杆菌在青贮中进行了异型发酵。

3.2 不同收获期与添加剂处理对甜高粱青贮饲料营养成分含量的影响

本研究发现,乳熟期甜高粱青贮接种布氏乳杆菌利于DM的保存,可能是由于布氏乳杆菌进行异型发酵,加快了青贮内乙酸等挥发性脂肪酸的生成,从而抑制了有害微生物,降低了DM损失[25]。本研究中,CE和LB+CE促进了乳熟期甜高粱青贮饲料WSC的保留,这与陶莲等[26]的研究结果一致,这可能与纤维素酶的纤维降解作用有关。有研究表明,纤维素酶单独添加或与乳酸菌联用可以有效降低青贮饲料NDF和ADF含量[11]。而Khota等[27]研究认为,纤维素酶或纤维素酶与乳酸菌联用不会促进青贮发酵和纤维降解。本研究中,抽穗期甜高粱青贮饲料pH较低,可能导致纤维素酶活性受到抑制,对青贮饲料中纤维的降解作用不显著,这与Khota等[27]的结果一致。本试验中,甜高粱青贮饲料中添加纤维素酶促进了乳熟期NDF的降解,LB+CE在蜡熟期发挥了协同作用促进了NDF的降解,这与Xing等[11]的观点相同;而在蜡熟期甜高粱青贮饲料中单独添加纤维素酶对纤维降解的促进作用不显著,可能是蜡熟期甜高粱表面蜡质含量过多,对纤维素酶与纤维素接触产生阻碍作用,且蜡质能竞争性吸附纤维素酶[28],使纤维素酶在青贮中的作用受到抑制,而与布氏乳杆菌联用可能有助于消除这一影响。因此,甜高粱收获期对CE和LB+CE发挥降解纤维的作用较为重要。

3.3 不同收获期与添加剂处理对甜高粱青贮饲料体外消化率的影响

IVDMD和IVNDFD是反映青贮饲料饲用价值的重要指标。本研究中,与原料相比,甜高粱青贮后IVDMD和IVNDFD均降低,这可能与青贮过程中易消化养分有所损失有关[29]。Comino等[30]研究发现,收获期对玉米青贮饲料48 h的IVNDFD有显著影响。本研究结果与之相同,随着收获期的延长,甜高粱青贮饲料IVDMD显著提高,但这与范凯利等[20]的研究结果相反,可能是本试验中甜高粱青贮饲料WSC和淀粉含量随着收获期的延长而逐渐升高且NDF含量逐渐降低导致。纤维素酶对细胞壁结构的改变可以促进瘤胃微生物的进入或增强纤维素瘤胃细菌的共生效应[31]。有研究发现,用酶或酶与乳酸菌联用处理的青贮饲料IVDMD和IVNDFD更高[11]。而Varel等[32]认为,纤维降解酶仅会增加瘤胃微生物消化纤维的速率,但不会提高IVNDFD。Lynch等[29]研究发现,外源添加纤维降解酶和乳酸菌制剂对苜蓿青贮饲料的IVDMD和IVNDFD没有积极影响。本研究发现,乳酸菌、纤维素酶和菌酶联用对甜高粱青贮饲料IVDMD和IVNDFD无显著影响,推测添加剂仅能促进易被家畜消化NDF部分的降解,而残留不易消化的细胞壁组分[33],导致添加剂不会提高甜高粱青贮饲料IVDMD和IVNDFD。

3.4 主成分分析和隶属函数分析综合评定甜高粱青贮品质

在以往的研究中,通过部分营养指标的高低对甜高粱调制青贮饲料的适时收获期进行判断[34],这种评价方法较为片面。许多研究者运用组合效应[35]、隶属函数分析[28]、主成分分析[36]及灰色关联度分析[37]评价青贮饲料的品质,规避了少数指标评定青贮饲料品质的片面性。近年来,主成分分析和隶属函数分析已综合应用于青贮饲料品质的评定,单一评价模型的组合应用可以进一步加强评价结果的客观性[19,38]。本试验将12个处理的14个指标转化为3个主成分,保留了原有指标87.358%的信息,可以较好地对原有测定指标进行归纳。本试验对降维后的11个指标进行模糊隶属函数分析,结果表明,蜡熟期收获调制的甜高粱青贮饲料隶属函数平均值高于抽穗期和乳熟期,且在蜡熟期LB+CE得分最高,说明蜡熟期是甜高粱调制青贮饲料的适时收获期,同时LB+CE的青贮效果最好,这与甜高粱青贮饲料品质的结果总体一致,表明主成分分析和隶属函数分析综合评价甜高粱青贮饲料品质的准确性较强。本研究还发现,在抽穗期和蜡熟期甜高粱青贮饲料中LB+CE的隶属函数平均值均高于LB和CE,而在乳熟期LB+CE没有出现这一结果,这进一步表明甜高粱收获期可能会对布氏乳杆菌和纤维素酶的协同作用产生一定影响。

4 结论

甜高粱在蜡熟期收获调制青贮饲料的IVDMD最高。主成分分析和隶属函数分析结果表明,蜡熟期收获调制的甜高粱青贮饲料隶属函数平均值高于抽穗期和乳熟期,且在蜡熟期采用布氏乳杆菌和纤维素酶联用得分最高,说明甜高粱在蜡熟期收获调制青贮饲料并添加布氏乳杆菌和纤维素酶的青贮效果最好。综上所述,蜡熟期是调制甜高粱青贮饲料的适时收获期,并建议菌酶联用。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
张丹, 王楠, 李超, 等. 甜高粱——一种优质的饲料作物[J]. 生物技术通报, 2019, 35(5):1-8.

ZHANG D, WANG N, LI C, et al. Sweet sorghum—a high efficient and quality forage crop[J]. Biotechnology Bulletin, 2019, 35(5):1-8. (in Chinese)

[2]
孙志强, 罗撄宁, 熊乙, 等. 甜高粱作为优质饲草在我国草牧业发展中的潜力分析[J]. 中国草地学报, 2021, 43(3):104-112.

SUN Z Q, LUO Y N, XIONG Y, et al. Evaluation of sweet sorghum as a high-quality forage in pasture-livestock industry development[J]. Chinese Journal of Grassland, 2021, 43(3):104-112. (in Chinese)

[3]
张苏江, 董志国, 杨金宝. 饲用甜高梁的栽培与利用[J]. 畜牧兽医杂志, 2000, 19(2):31-33.

ZHANG S J, DONG Z G, YANG J B. Cultivation and utilization of sweet sorghum for feed[J]. Journal of Animal Science and Veterinary Medicine, 2000, 19(2):31-33. (in Chinese)

[4]
ZHAO J, JING Z D, YIN X J, et al. Insight into the key limiting factors affecting anaerobic fermentation quality and bacterial community of sweet sorghum by irradiation sterilization and microbiota transplant[J]. Chemical and Biological Technologies in Agriculture, 2023, 10(1):1-13.

[5]
岳丽, 山其米克, 再吐尼古丽·库尔班, 等. 刈割期及添加剂对甜高粱青贮发酵品质的影响[J]. 新疆农业科学, 2018, 55(8):1428-1435.

DOI

YUE L, SHAN Q M K, ZAITUNIGULI·K E B, et al. Effects of cutting time and additives on fermentation quality of sweet sorghum silage[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2018, 55(8):1428-1435. (in Chinese)

DOI

[6]
王海莲, 王润丰, 刘宾, 等. 不同生长时期收获对甜高粱农艺性状及营养品质的影响[J]. 中国农业科学, 2020, 53(14):2804-2813.

DOI

WANG H L, WANG R F, LIU B, et al. Effects of harvesting at different growth stage on agronomic and nutritional quality related traits of sweet sorghum[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(14):2804-2813. (in Chinese)

DOI

[7]
GEREN H, KIR B, KAVUT Y T. Effect of different harvest stages on the yield and some forage quality components of sweet sorghum (Sorghum bicolor var. saccharatum) cultivars[J]. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 2019, 56(2):249-255.

[8]
ZHAO J, YIN X J, LI J F, et al. Effects of developmental stage and store time on the microbial community and fermentation quality of sweet sorghum silage[J]. Italian Journal of Animal Science, 2022, 21(1):1543-1557.

[9]
MUCK R E, NADEAU E M G, MCALLISTER T A, et al. Silage review:recent advances and future uses of silage additives[J]. Journal of Dairy Science, 2018, 101(5):3980-4000.

[10]
任海伟, 孙一帆, 任雨薇, 等. 基于文献计量的青贮添加剂研究进展[J]. 生物技术通报, 2022, 38(8):261-274.

DOI

REN H W, SUN Y F, REN Y W, et al. Research progress of silage additives based on bibliometrics[J]. Biotechnology Bulletin, 2022, 38(8):261-274. (in Chinese)

[11]
XING L, CHEN L J, HAN L J. The effect of an inoculant and enzymes on fermentation and nutritive value of sorghum straw silages[J]. Bioresource Technology, 2009, 100(1):488-491.

DOI PMID

[12]
刘瑞玲, 苏希孟. 复合酶制剂-秸秆分解剂的应用研究[J]. 畜牧兽医杂志, 2012, 31(1):12-14.

LIU R L, SU X M. Application study on complex enzyme-straw decomposition agent[J]. Journal of Animal Science and Veterinary Medicine, 2012, 31(1):12-14. (in Chinese)

[13]
HAN K J, COLLINS M, VANZANT E S, et al. Bale density and moisture effects on alfalfa round bale silage[J]. Crop Science, 2004, 44(3):914-919.

[14]
许庆方, 玉柱, 韩建国, 等. 高效液相色谱法测定紫花苜蓿青贮中的有机酸[J]. 草原与草坪, 2007(2):63-65,67.

XU Q F, YU Z, HAN J G, et al. Determining organic acid in alfalfa silage by HPLC[J]. Grassland and Turf, 2007(2):63-65,67. (in Chinese)

[15]
BRODERICK G A, KANG J H. Automated simultaneous determination of ammonia and total amino acids in ruminal fluid and in vitro media[J]. Journal of Dairy Science, 1980, 63(1):64-75.

[16]
张丽英. 饲料分析及饲料质量检测技术[M]. 北京: 中国农业大学出版社, 2007.

ZHANG L Y. Forge analyzing and quality evaluation technique[M]. Beijing: China Agricultural University Press, 2007. (in Chinese)

[17]
OWENS V N, ALBRECHT K A, MUCK R E, et al. Protein degradation and fermentation characteristics of red clover and alfalfa silage harvested with varying levels of total nonstructural carbohydrates[J]. Crop Science, 1999, 39(6):1873-1880.

[18]
王莹. 内蒙古荒漠草原主要植物养分含量、体外消化及产气特征研究[D].硕士学位论文. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2019.

WANG Y. In study on nutrient content,in vitro digestion and gas production characteristics of main plants in Inner Mongolia desert steppe[D].Master’s Thesis. Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2019. (in Chinese)

[19]
卓兴良, 王磊, 玉柱. 基于主成分分析和隶属函数法评价乳酸菌添加剂和收获时期对天然牧草青贮质量的影响[J]. 动物营养学报, 2023, 35(7):4719-4729.

DOI

ZHUO X L, WANG L, YU Z. Effects of lactic acid bacteria additives and harvest periods on quality of natural forage silage based on principal component analysis and membership function analysis[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2023, 35(7):4719-4729. (in Chinese)

DOI

[20]
范凯利, 苏亚军, 吴建平, 等. 青贮发酵促进剂和收获期对全株青贮玉米营养品质的影响[J]. 草业科学, 2022, 39(3):586-596.

FAN K L, SU Y J, WU J P, et al. Effects of silage fermentation promoter and harvest stage on nutrient quality of whole silage maize[J]. Pratacultural Science, 2022, 39(3):586-596. (in Chinese)

[21]
VAN NIEKERK W V, HASSEN A, BECHAZ F. Influence of growth stage at harvest on fermentative characteristics of Panicum maximum silage[J]. South African Journal of Animal Science, 2011, 40:334-341.

[22]
TANG W, LIAO L X, XIAO Y, et al. Epicuticular wax of sweet sorghum influenced the microbial community and fermentation quality of silage[J]. Frontiers in Microbiology, 2022, 13:960857.

[23]
李晓婷. 高粱属植物叶角质层蜡质特征及其与生长发育指标的关系研究[D]. 硕士学位论文. 重庆: 西南大学, 2019.

LI X T. Study on the characteristics of cuticular wax in leaves of sorghum species and its relationship with growth and development indexes[D]. Master’s Thesis. Chongqing: Southwest University, 2019. (in Chinese)

[24]
NKOSI B D, VADLANI P V, BRIJWANI K, et al. Effects of bacterial inoculants and an enzyme on the fermentation quality and aerobic stability of ensiled whole-crop sweet sorghum[J]. South African Journal of Animal Science, 2012, 42(3):232-240.

[25]
张凡凡, 张玉琳, 王旭哲, 等. 纤维素分解菌与布氏乳杆菌联合接种对青贮玉米发酵品质、有氧稳定性和瘤胃降解参数的影响[J]. 动物营养学报, 2021, 33(3):1735-1746.

DOI

ZHANG F F, ZHANG Y L, WANG X Z, et al. Effects of cellulose decomposing bacteria and Lactobacillus buchneri combined culture on fermentation quality,aerobic stability and rumen degradation parameters of corn silage[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2021, 33(3):1735-1746. (in Chinese)

[26]
陶莲, 冯文晓, 王玉荣, 等. 微生态制剂对玉米秸秆青贮发酵品质、营养成分及瘤胃降解率的影响[J]. 草业学报, 2016, 25(9):152-160.

DOI

TAO L, FENG W X, WANG Y R, et al. Effects of microecological agents on the fermentation quality,nutrition composition and in situ ruminal degradability of corn stalk silage[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(9):152-160. (in Chinese)

[27]
KHOTA W, PHOLSEN S, HIGGS D, et al. Fermentation quality and in vitro methane production of sorghum silage prepared with cellulase and lactic acid bacteria[J]. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2017, 30(11):1568-1574.

[28]
任海伟, 李仲琦, 赵亚宁, 等. 异常毕赤酵母和纤维素酶对青贮甜高粱产甲烷潜力的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2023, 31(11):1804-1820.

REN H W, LI Z Q, ZHAO Y N, et al. Effects of Pichia anomala and cellulase on methane production potential of sweet sorghum silage[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2023, 31(11):1804-1820. (in Chinese)

[29]
LYNCH J P, JIN L, LARA E C, et al. The effect of exogenous fibrolytic enzymes and a ferulic acid esterase-producing inoculant on the fibre degradability,chemical composition and conservation characteristics of alfalfa silage[J]. Animal Feed Science and Technology, 2014, 193:21-31.

[30]
COMINO L, TABACCO E, RIGHI F, et al. Effects of an inoculant containing a Lactobacillus buchneri that produces ferulate-esterase on fermentation products,aerobic stability,and fibre digestibility of maize silage harvested at different stages of maturity[J]. Animal Feed Science and Technology, 2014, 198:94-106.

[31]
NSEREKO V L, MORGAVI D P, RODE L M, et al. Effects of fungal enzyme preparations on hydrolysis and subsequent degradation of alfalfa hay fiber by mixed rumen microorganisms in vitro[J]. Animal Feed Science and Technology, 2000, 88(3/4):153-170.

[32]
VAREL V H, KREIKEMEIER K K, JUNG H J, et al. In vitro stimulation of forage fiber degradation by ruminal microorganisms with Aspergillus oryzae fermentation extract[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1993, 59(10):3171-3176.

[33]
NADEAU E M, BUXTON D R, RUSSELL J R, et al. Enzyme,bacterial inoculant,and formic acid effects on silage composition of orchardgrass and alfalfa[J]. Journal of Dairy Science, 2000, 83(7):1487-1502.

[34]
王楠, 陈诚轩, 谢鹏, 等. 甜高粱作为反刍动物饲料的最佳收获期的研究[J]. 生物技术通报, 2018, 34(10):100-107.

DOI

WANG N, CHEN C X, XIE P, et al. The best harvest time of sweet sorghum for forge based on biomass and nutritional quality[J]. Biotechnology Bulletin, 2018, 34(10):100-107. (in Chinese)

DOI

[35]
吴征敏, 王志敬, 吴浩浩, 等. 象草与皇竹草组合效应的研究[J]. 草业学报, 2018, 27(2):135-145.

DOI

WU Z M, WANG Z J, WU H H, et al. Study on the combination effect of Pennisetum purpureum and Pennisetum sinese[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2018, 27(2):135-145. (in Chinese)

[36]
李玉萌, 张志恒, 朱亦朴, 等. 没食子酸对全株玉米青贮品质的影响[J]. 动物营养学报, 2023, 35(5):3390-3400.

DOI

LI Y M, ZHANG Z H, ZHU Y P, et al. Effects of Gallic acid on silage quality of whole-plant corn silage[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2023, 35(5):3390-3400. (in Chinese)

DOI

[37]
代友超, 马越, 徐美玲, 等. 玉米品种和发酵剂对全株玉米青贮营养品质的影响[J]. 动物营养学报, 2024, 36(1):658-671.

DOI

DAI Y C, MA Y, XU M L, et al. Effects of maize variety and starter culture on nutritional quality of whole maize silage[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024, 36(1):658-671. (in Chinese)

DOI

[38]
张志恒, 王玉琴, 任国艳, 等. 基于主成分分析和隶属函数分析评价不同添加剂处理的玉米秸秆青贮的发酵品质[J]. 动物营养学报, 2022, 34(4):2677-2688.

DOI

ZHANG Z H, WANG Y Q, REN G Y, et al. Evaluation of fermentation quality of corn straw silage treated with different additives based on principal component analysis and membership function analysis[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2022, 34(4):2677-2688. (in Chinese)

Options
Outlines

/

〈 〉

京ICP备17050989号-2
Copyright © Chinese Journal of Animal Nutrition, All Rights Reserved.
Tel: 010－62817823　E-mail: cjan@vip.163.com
Powered by Beijing Magtech Co., Ltd.