RESEARCH PAPER

Effects of Urea and Glucose Addition Ratios on Miscanthus lutarioriparius-Phragmites australis Mixed Silage Quality

  • SHI Xueyun , 1, 2, 3 ,
  • XU Gui 1, 2, 3 ,
  • KUANG Zongyang 1, 2, 3 ,
  • WANG Yating 1, 2, 3 ,
  • MU Lin 1, 2, 3 ,
  • LIU Zhengjun 3, 4 ,
  • ZHANG Zhifei , 1, 2, 3, *
Expand
  • 1 College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China
  • 2 Yuelu Mountain Laboratory, Changsha 410128, China
  • 3 Hunan Yueyang Forage Science and Technology Backyard, Yueyang 414104, China
  • 4 Hunan Xiangcao Agriculture and Animal Husbandry Technology Co., Ltd., Yueyang 414104, China
* professor, E-mail:

Received date: 2025-05-16

  Online published: 2025-12-13

Abstract

This experiment was conducted to investigate the effects of different urea and glucose addition ratios on Miscanthus lutarioriparius-Phragmites australis mixed silage quality. Whole-plant Miscanthus lutarioriparius and Phragmites australis at the leaf-expansion stage from the east Dongting lake area were used as silage raw materials. A 5×4 two-factor experimental design was adopted, with 5 urea addition ratios [0 (U0), 0.5% (U0.5), 1.0% (U1), 1.5% (U1.5), 2.0% (U2.0)] and 4 glucose addition ratios [0 (G0), 2% (G2), 4% (G4), 6% (G6)], all calculated based on the fresh weight of the silage raw materials. A total of 20 treatments were set up, with 3 replicates per treatment. After 45 days of silage fermentation, the fermentation quality, nutrient quality and aerobic stability were determined. Based on the grey relational analysis to rank the comprehensive quality of silages from the 20 treatments, the top 2 optimal treatments were selected for further analysis, including Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS) fractionation, in vitro digestibility determination and roughage grading evaluation. The results showed as follows: 1) the addition ratios of urea and glucose had significant effects on all silage quality indices (P<0.05), and their interaction had significant effects on all indices except water-soluble carbohydrate (WSC) content (P<0.05). 2) At a glucose addition ratio of 0, with the urea addition ratio increasing, the acetic acid content showed an initial increase followed by a decrease, propionic acid content showed an increasing trend and butyric acid content showed a decreasing trend; crude protein (CP), ether extract (EE) and starch contents showed decreasing trends, while neutral detergent fiber (NDF) and acid detergent lignin (ADL) contents showed increasing trends. At glucose addition ratios of 2%, 4% and 6%, with the urea addition ratio increasing, the lactic acid content showed an increasing trend, while NDF, acid detergent fiber (ADF) and ADL contents showed decreasing trends. 3) Under the same urea addition ratio, with the glucose addition ratio increasing, lactic acid content showed an increasing trend, while pH, ammonia nitrogen (NH3-N) and propionic acid contents showed decreasing trends; NDF, ADF and ADL contents exhibited decreasing trends. 4) Grey relational analysis showed that the top two treatments in terms of comprehensive silage quality were U2.0G4 and U1.5G4. 5) CNCPS analysis revealed that compared with the U0G0 treatment, the U2.0G4 and U1.5G4 treatments significantly decreased the content of bound protein (PC) (P<0.05), and significantly increased the contents of non-protein nitrogen (PA), rapidly degradable carbohydrates (CA), undegradable carbohydrates (CC) and non-structural carbohydrates (NSC) (P<0.05); the contents of true protein (PB) and carbohydrates (CHO) in the U1.5G4 treatment were significantly higher than those in the U2.0G4 treatment (P<0.05). 6) Compared with the U0G0 treatment, the U2.0G4 and U1.5G4 treatments significantly increased the in vitro dry matter digestibility (IVDMD), in vitro crude protein digestibility (IVCPD), in vitro neutral detergent fiber digestibility (IVNDFD) and in vitro acid detergent fiber digestibility (IVADFD) (P<0.05); both the U1.5G4 and U2.0G4 treatments were graded as first-class silage. In conclusion, the U1.5G4 treatment (adding 1.5% urea and 4% glucose) can improve the quality of Miscanthus lutarioriparius-Phragmites australis mixed silage, contribute to preserving more digestible CNCPS fractions, and effectively enhance the in vitro digestibility of the silage.

Cite this article

SHI Xueyun , XU Gui , KUANG Zongyang , WANG Yating , MU Lin , LIU Zhengjun , ZHANG Zhifei . Effects of Urea and Glucose Addition Ratios on Miscanthus lutarioriparius-Phragmites australis Mixed Silage Quality[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2025 , 37(12) : 8734 -8747 . DOI: 10.12418/CJAN2025.711

南荻(Miscanthus lutarioriparius)和芦苇(Phragmites australis)均为禾本科多年生草本植物,在长江中下游流域常呈伴生分布[1-2]。湖南省洞庭湖区南荻和芦苇资源丰富,年产量可达100万t。然而,自2018年以来,以南荻和芦苇为工业原料的相关行业逐渐被取代,大量无人刈割的植株自然腐解后不仅造成资源浪费,还对周边水体环境产生严重污染。与此同时,随着湖南省草食畜牧业规模的不断扩大,优质饲草资源供应日趋紧张。因此,合理开发利用南荻和芦苇资源,通过青贮加工技术将其转化为优质粗饲料,既有助于减轻环境压力,又能拓宽饲料来源,缓解饲料资源短缺的现状。南荻富含纤维素,其嫩茎营养价值较高,含有多种氨基酸,可用于饲养黄牛等牲畜[1,3]。芦苇的粗蛋白质(crude protein,CP)含量可达17%,并含有黄酮类等活性物质,具有较高的饲用价值[2,4-5]。已有研究指出,芦苇在各个生育期均可用于青贮,青贮后其消化率与适口性显著提升,饲用价值进一步增加[4]。然而,南荻和芦苇的粗纤维含量较高,可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate,WSC)含量偏低,适口性较差,直接进行青贮难以达到理想发酵效果。
尿素作为常用的营养型青贮添加剂,具有成本低、操作简便等优点,能够将饲草中难以消化的木质纤维素降解为易消化物质,并可提高CP含量,但是其对青贮发酵品质的负面影响限制了实际应用效果[6-7]。葡萄糖作为单糖,可直接被乳酸菌利用进行发酵,相较于糖蜜和玉米粉等常见青贮糖原添加物,其成分简单,能更快速启动发酵过程并降低pH。同时,葡萄糖纯度高,更易于计算碳氮比,便于指导后续规模生产中糖蜜、玉米粉等替代物的添加量[8]。鉴于此,本试验以葡萄糖作为外源糖原供体,通过直接为乳酸菌提供发酵底物,缓解尿素在青贮过程中产生的负面效应。通过设置不同尿素和葡萄糖添加比例,系统研究二者复配添加对南荻-芦苇混合青贮品质的影响,并结合康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)分析蛋白质及碳水化合物(CHO)组分,进一步开展体外消化率测定与粗饲料分级评价,旨在揭示碳氮平衡在青贮发酵过程中的作用机制,为开发高纤维非常规饲草高效青贮技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用尿素(总氮含量>45.6%)与葡萄糖均购自国药集团化学试剂有限公司,执行标准分别为GB/T 696—2008和HG/T 3475—1999。
试验所用青贮原料为采自湖南省岳阳市中洲乡东洞庭湖区老港芦苇荡(112°94' E,29°08' N,海拔20.8 m)的展叶期全株南荻和芦苇,供试植株株高为(3.27±0.05) m,鲜草产量为(61.18±3.03) t/hm2,干草产量为(9.29±0.46) t/hm2。于2024年4月26日在上述南荻-芦苇天然草地内设置面积为27 m2(3 m×9 m)的试验小区,随机选取3个面积为2.25 m2(1.5 m×1.5 m)的样方,按20 cm留茬高度刈割。刈割后原料于室温下放置1.5 h,待表面水分晾干后,立即使用粉碎机粉碎至2~3 cm。随后从中准确称取200 g样品,经105 ℃杀青15 min、65 ℃烘至恒重后,粉碎并分别过18和40目分析筛,密封保存用于营养成分测定;剩余粉碎原料用于制作青贮饲料。

1.2 试验设计

采用5×4双因素试验设计,设置5个尿素添加比例[0(U0)、0.5%(U0.5)、1.0%(U1)、1.5%(U1.5)、2.0%(U2.0)]和4个葡萄糖添加比例[0(G0)、2%(G2)、4%(G4)、6%(G6)],均以青贮原料鲜重为基础计算,共计20个处理,每个处理3个重复。将切碎混匀的青贮原料与相应比例的尿素和葡萄糖完全混合后,装入聚丙乙烯袋(40 cm×60 cm)中,抽真空后密封,置于室温(25~30 ℃)下避光保存45 d后开袋,取样分析相关指标。

1.3 测定指标

1.3.1 营养成分含量

称取300 g青贮饲料样品,经105 ℃杀青15 min、65 ℃烘至恒重后,粉碎至0.45和1 mm,用于测定营养品质。青贮原料及青贮饲料样品的干物质(dry matter,DM)、CP、粗灰分(crude ash,Ash)和粗脂肪(ether extract,EE)含量参照AOAC(2012)[9]的方法测定;WSC和淀粉(Starch)含量参照Yoshida等[10]的蒽酮-硫酸比色法测定;中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)、酸性洗涤木质素(acid detergent lignin,ADL)、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)含量参照Van Soest等[11]的方法测定;非蛋白氮(non-protein nitrogen,NPN)和可溶性蛋白质(soluble protein,SOLP)含量参照Licitra等[12]的方法测定。

1.3.2 发酵品质

称取20 g青贮饲料样品,加入180 mL蒸馏水,于4 ℃冰箱中静置24 h,用4层纱布过滤后再用中速定性滤纸进行过滤,得到青贮饲料浸提液。使用pH计(雷磁PHS-3C型,上海仪电科学仪器股份有限公司)测定pH;采用苯酚-次氯酸钠比色法[13]测定氨态氮(ammonia nitrogen,NH3-N)含量;采用高效液相色谱法[14](LC-20A型高效液相色谱仪,美国安捷伦公司)测定乳酸、乙酸、丙酸和丁酸含量。

1.3.3 有氧稳定性

称取500 g青贮饲料样品置于聚乙烯桶中(青贮饲料体积占桶容积的3/4),以空聚乙烯桶作为对照,桶口覆盖干净纱布,以减少水分散失及环境对青贮饲料的影响。有氧稳定性测定在密闭、洁净的室温环境中进行,采用高精度温度记录仪(MDL-1048A型,上海天贺自动化仪表有限公司)监测并记录青贮饲料有氧暴露期间的内部温度变化,每1 h记录1次青贮饲料及环境温度,当青贮饲料温度高于环境温度2 ℃时,表明青贮开始腐败变质,此时记录的时间即为有氧稳定时长(h)[15]

1.3.4 CNCPS组分

参照Sniffen等[16]的公式计算非蛋白氮(PA)、快速降解蛋白质(PB1)、中速降解蛋白质(PB2)、慢速降解蛋白质(PB3)、结合蛋白质(PC)、CHO、非结构性碳水化合物(NSC)、快速降解碳水化合物(CA)、中速降解碳水化合物(CB1)、慢速降解碳水化合物(CB2)及不可降解碳水化合物(CC)等组分含量。

1.3.5 体外消化率

参照王莹[17]的方法测定原料及青贮饲料的体外消化率。准确称取0.5 g样品放入尼龙袋中密封,置于体外模拟培养箱的消化罐内;采集晨饲前2只湖羊的瘤胃液,装入保温瓶带回实验室,经4层纱布过滤后,将400 mL瘤胃液、1 330 mL A缓冲液(20 g KH2PO4、1 g MgSO4·7H2O、1 g NaCl、0.2 g CaCl2·2H2O、1 g尿素,用蒸馏水溶解并定容至 2 L)与266 mL B缓冲液(30 g Na2CO3、2 g Na2S·9H2O,用蒸馏水溶解并定容至 2 L)加入预热至39 ℃的消化罐中,通入二氧化碳并迅速盖紧盖子,置于体外模拟培养箱内39 ℃消化48 h。消化结束后,取出样品用蒸馏水冲洗干净,测定粗蛋白质体外消化率(in vitro crude protein digestibility,IVCPD)、干物质体外消化率(in vitro dry matter digestibility,IVDMD)、中性洗涤纤维体外消化率(in vitro neutral detergent fiber digestibility,IVNDFD)和酸性洗涤纤维体外消化率(in vitro acid detergent fiber digestibility,IVADFD)。所涉及的动物试验程序经湖南省畜牧兽医研究所伦理委员会批准,批准编号为HIAVS-IACUC-2025-03。

1.3.6 粗饲料分级

参照《奶牛粗饲料品质评定-GI2008法》(DB15/T 1172—2017)的方法计算原料及青贮饲料的粗饲料分级指数(GI2008)并进行等级评定。特级:GI2008>30,一级:19≤GI2008≤26,二级:9≤GI2008≤13,三级:4≤GI2008≤6,四级:2≤GI2008≤3,五级:GI2008<2。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2016对试验数据进行初步整理,然后利用SPSS 27.0软件对发酵品质和营养品质指标进行双因素方差分析和皮尔逊相关性分析,对CNCPS组分、体外消化率及GI2008指标进行单因素方差分析,并用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;采用灰色关联度分析对青贮品质进行综合评价。使用Origin 2021软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 青贮原料的营养品质

表1可知,青贮原料的DM含量为15.19%,CP含量为13.19%,WSC含量仅为2.01%,NDF和ADF含量较高,分别为70.67%和40.48%。
表1 青贮原料的营养品质

Table 1 Nutrient quality of silage raw materials

项目Items 含量Content
干物质DM/% FW 15.19±0.43
粗蛋白质CP/% DM 13.19±0.05
可溶性碳水化合物WSC/% DM 2.01±0.03
中性洗涤纤维NDF/% DM 70.67±0.32
酸性洗涤纤维ADF/% DM 40.48±0.49
酸性洗涤木质素ADL/% DM 3.48±0.05
淀粉Starch/% DM 1.12±0.07
粗脂肪EE/% DM 2.39±0.28
粗灰分Ash/% DM 8.12±0.21

2.2 尿素和葡萄糖添加比例对南荻-芦苇混合青贮品质的影响及相关性分析

表2中双因素方差分析结果可知,尿素和葡萄糖添加比例对各项青贮品质指标均有显著影响(P<0.05),二者的交互作用对除WSC含量外的其余指标均有显著影响(P<0.05)。由线性相关分析结果可知,尿素添加比例与pH、有氧稳定时长及NH3-N、CP、EE含量存在极显著正相关性(P<0.01),与NDF、ADF、ADL和Starch含量存在显著或极显著负相关性(P<0.05或P<0.01);葡萄糖添加比例与乳酸、DM、CP、WSC和EE含量存在极显著正相关性(P<0.01),与NH3-N、乙酸、丙酸、丁酸、NDF、ADF、ADL含量、pH及有氧稳定时长存在显著或极显著负相关性(P<0.05或P<0.01)。
表2 尿素和葡萄糖添加比例对南荻-芦苇混合青贮品质的影响及相关性分析

Table 2 Effects of urea and glucose addition ratios on Miscanthus lutarioriparius-Phragmites australis mixed silage quality and their correlation analysis

项目
Items
P值(双因素方差分析)
P-value (two-way ANOVA)
相关系数(线性相关分析)
r (linear correlation analysis)
尿素添加比例
Urea addition
ratio
葡萄糖添加比例
Glucose addition
ratio
交互作用
Interaction
尿素添加比例
Urea addition
ratio#
葡萄糖添加比例
Glucose addition
ratio
pH <0.001 <0.001 <0.001 0.643** -0.723**
氨态氮NH3-N/% FW <0.001 <0.001 <0.001 0.920** -0.629**
乳酸Lactic acid/% DM <0.001 <0.001 <0.001 0.412 0.861**
乙酸Acetic acid/% DM <0.001 <0.001 <0.001 0.136 -0.753*
丙酸Propionic acid/% DM <0.001 <0.001 <0.001 0.120 -0.579**
丁酸Butyric acid/% DM <0.001 <0.001 <0.001 -0.075 -0.572**
干物质DM/% FW <0.001 <0.001 <0.001 0.445 0.812**
粗蛋白质CP/% DM <0.001 <0.001 <0.001 0.921** 0.630**
可溶性碳水化合物WSC/% DM 0.025 <0.001 0.057 -0.502 0.676**
中性洗涤纤维NDF/% DM <0.001 <0.001 <0.001 -0.611** -0.845**
酸性洗涤纤维ADF/% DM <0.001 <0.001 <0.001 -0.641** -0.846**
酸性洗涤木质素ADL/% DM <0.001 <0.001 <0.001 -0.819** -0.782**
淀粉Starch/% DM <0.001 <0.001 <0.001 -0.627* 0.363
粗脂肪EE/% DM <0.001 <0.001 <0.001 0.564** 0.808**
有氧稳定时长
Aerobic stability time/h
<0.001 <0.001 <0.001 0.746** -0.630**

#相关性分析排除了葡萄糖添加比例为0的处理。Correlation analysis excluded treatments with a glucose addition ratio of 0.

*表示相关性显著(P<0.05),**表示相关性极显著(P<0.01)。* indicated significant correlation (P<0.05), and ** indicated extremely significant correlation (P<0.01).

2.3 尿素和葡萄糖添加比例对南荻-芦苇混合青贮发酵品质的影响

表3可知,在葡萄糖添加比例相同的条件下,添加尿素显著提高了pH和NH3-N含量(P<0.05),且随着尿素添加比例的提高,二者呈上升趋势。当葡萄糖添加比例为0时,添加尿素后未检测到乳酸,随着尿素添加比例的提高,乙酸含量呈先上升后下降趋势,丙酸含量呈上升趋势,丁酸含量呈下降趋势。当葡萄糖添加比例为2%、4%和6%时,随着尿素添加比例的提高,乳酸含量呈上升趋势,丁酸未被检测到。当葡萄糖添加比例为6%时,乙酸含量随尿素添加比例的提高呈先上升后下降趋势。在相同尿素添加比例下,随着葡萄糖添加比例的提高,乳酸含量呈上升趋势,pH及NH3-N、丙酸含量呈下降趋势。当尿素添加比例为0.5%、1.0%和1.5%时,乙酸含量随葡萄糖添加比例的提高呈先下降后上升趋势;当尿素添加比例为2.0%时,乙酸含量随葡萄糖添加比例的提高呈下降趋势。
表3 尿素和葡萄糖添加比例对南荻-芦苇混合青贮发酵品质的影响

Table 3 Effects of urea and glucose addition ratios on fermentation quality of Miscanthus lutarioriparius-Phragmites australis mixed silage

项目
Items
尿素添加比例
Urea addition
ratios/%
葡萄糖添加比例Glucose addition ratios/%
0 2 4 6

pH
0 4.17±0.02Ad 3.58±0.05Bc 3.56±0.02Bc 3.45±0.04Cb
0.5 6.85±0.33Ac 3.81±0.02Bb 3.70±0.01Bb 3.66±0.01Ba
1.0 7.68±0.01Ab 3.96±0.03Bb 3.74±0.04Cb 3.65±0.01Da
1.5 7.96±0.07Aab 3.96±0.01Bb 3.75±0.01Cb 3.65±0.03Da
2.0 8.12±0.01Aa 4.20±0.18Ba 3.84±0.02Ca 3.69±0.01Ca
氨态氮
NH3-N/% FW
0 2.32±0.06Ae 1.57±0.02Be 1.36±0.02Ce 1.34±0.03Ce
0.5 18.03±0.47Ad 4.56±0.19Bd 3.60±0.04Cd 3.43±0.04Cd
1.0 27.65±0.23Ac 6.12±0.14Bc 5.83±0.14Bc 4.70±0.00Cc
1.5 36.13±0.83Ab 7.54±0.10Bb 6.64±0.19Bb 4.99±0.14Cb
2.0 40.34±0.30Aa 9.35±0.13Ba 8.07±0.12Ca 6.10±0.14Da
乳酸
Lactic acid/% DM
0 5.69±0.06D 11.44±0.35Cb 12.06±0.03Bd 13.16±0.16Ac
0.5 ND 11.47±0.19Cb 12.46±0.43Bd 14.78±0.26Ab
1.0 ND 11.46±0.16Cb 13.37±0.21Bc 14.88±0.19Aab
1.5 ND 11.44±0.28Cb 13.99±0.37Bb 15.10±0.07Aab
2.0 ND 12.11±0.20Ca 14.78±0.10Ba 15.15±0.06Aa
乙酸
Acetic acid/% DM
0 3.84±0.06Ae 1.50±0.04Bb 1.37±0.09Cb 1.38±0.01Cc
0.5 5.41±0.15Ad 1.57±0.05Bb 1.32±0.09Cb 1.63±0.02Ba
1.0 7.42±0.17Aa 1.52±0.04Bb 1.28±0.06Cb 1.47±0.02Bb
1.5 6.20±0.09Ac 1.56±0.05Bb 1.38±0.03Cb 1.47±0.01BCb
2.0 6.57±0.10Ab 1.74±0.06Ba 1.53±0.02Ca 1.24±0.02Dd
丙酸
Propionic acid/% DM
0 0.46±0.01Ad 0.35±0.03Bc 0.37±0.01Ba 0.36±0.01Ba
0.5 0.74±0.00Ac 0.35±0.04Bc 0.37±0.01Ba 0.28±0.02Cd
1.0 0.76±0.03Ac 0.40±0.01Bab 0.35±0.01Ca 0.31±0.02Dc
1.5 1.54±0.02Ab 0.39±0.02Bb 0.32±0.01Cb 0.34±0.01Cab
2.0 2.11±0.07Aa 0.42±0.02Ba 0.36±0.02BCa 0.33±0.02Cbc
丁酸
Butyric acid/% DM
0 ND ND ND ND
0.5 4.54±0.25a ND ND ND
1.0 3.51±0.17b ND ND ND
1.5 1.28±0.07c ND ND ND
2.0 1.19±0.05c ND ND ND

同行数据肩标不同大写字母表示同一尿素添加比例下不同葡萄糖添加比例之间差异显著(P<0.05),同列数据肩标不同小写字母表示同一葡萄糖添加比例下不同尿素添加比例之间差异显著(P<0.05)。ND表示未检测出。表4同。

In the same row, values with different capital letter superscripts mean significant differences among different glucose addition ratios under the same urea addition ratio (P<0.05); in the same column, values with different small letter superscripts mean significant differences among different urea addition ratios under the same glucose addition ratio (P<0.05). ND mean not detected. The same as Table 4.

2.4 尿素和葡萄糖添加比例对南荻-芦苇混合青贮营养品质的影响

表4可知,当葡萄糖添加比例为0时,随着尿素添加比例的提高,CP、EE和Starch含量呈下降趋势,NDF和ADL含量呈上升趋势,DM含量呈先下降后上升趋势。当葡萄糖添加比例为2%、4%和6%时,随着尿素添加比例的提高,NDF、ADF和ADL含量呈下降趋势。当葡萄糖添加比例为2%时,CP含量随尿素添加比例的提高呈先上升后下降趋势;而当葡萄糖添加比例为4%和6%时,CP含量随尿素添加比例的提高呈上升趋势。在不同葡萄糖添加比例下,EE含量随尿素添加比例的提高变化趋势不同,但尿素与葡萄糖复配添加处理的EE含量高于单独添加尿素处理。在相同尿素添加比例下,随着葡萄糖添加比例的提高,NDF、ADF和ADL含量呈下降趋势。
表4 尿素和葡萄糖添加比例对南荻-芦苇混合青贮营养品质的影响

Table 4 Effects of urea and glucose addition ratios on nutrient quality of Miscanthus lutarioriparius-Phragmites australis mixed silage

项目
Items
尿素添加比例
Urea addition
ratios/%
葡萄糖添加比例Glucose addition ratios/%
0 2 4 6
干物质
DM/% FW
0 16.45±0.11Ca 18.30±0.08A 17.84±0.23Bb 17.67±0.25Bc
0.5 14.49±0.34Bc 17.84±0.55A 18.18±0.10Ab 18.32±0.10Ab
1.0 15.26±0.25Cb 17.96±0.21B 18.94±0.55Aa 19.09±0.31Aa
1.5 15.41±0.30Cb 17.87±0.03B 19.14±0.24Aa 18.91±0.28Aab
2.0 15.23±0.31Cb 17.69±0.35B 19.01±0.31Aa 18.87±0.28Aab
可溶性碳水化合物
WSC/% DM
0 0.61±0.01Ba 0.66±0.01Ba 0.68±0.05Ba 0.79±0.08Aa
0.5 0.54±0.02Bb 0.54±0.03Bc 0.57±0.02Bc 0.67±0.03Ac
1.0 0.62±0.01a 0.62±0.01b 0.66±0.06ab 0.70±0.07ab
1.5 0.53±0.01Cb 0.59±0.02Bb 0.62±0.01ABabc 0.65±0.04Ac
2.0 0.45±0.02Cc 0.47±0.01Cd 0.59±0.01Bbc 0.64±0.03Ac
粗蛋白质
CP/% DM
0 10.90±0.39Ba 12.10±0.10Ae 12.12±0.01Ae 12.12±0.07Ad
0.5 9.40±0.09Cb 15.00±0.14Bd 14.93±0.08Bd 15.76±0.09Ac
1.0 9.39±0.02Cb 17.71±0.03Bc 21.17±0.44Ac 20.86±0.04Ab
1.5 8.92±0.17Dbc 20.26±0.03Ca 22.22±0.03Ab 21.11±0.02Bb
2.0 8.74±0.18Dc 19.87±0.01Cb 24.24±0.08Aa 22.18±0.53Ba
中性洗涤纤维
NDF/% DM
0 67.01±0.42Ac 62.53±0.13Ba 61.86±0.72BCa 60.86±0.23Ca
0.5 69.61±0.37Ab 62.67±0.31Ba 60.23±0.20Cb 60.29±0.34Ca
1.0 70.76±0.46Aa 61.13±0.55Bb 58.28±0.69Cc 58.51±0.09Cb
1.5 70.97±0.41Aa 61.25±0.43Bb 58.49±0.47Cc 57.60±0.35Cc
2.0 71.43±0.15Aa 61.65±0.30Bb 55.96±0.15Cd 57.89±0.42Cbc
酸性洗涤纤维
ADF/% DM
0 42.96±0.27Ac 38.83±0.61Ba 37.64±0.37Ca 36.14±0.36Da
0.5 46.74±0.35Ab 38.56±0.23Bab 36.40±0.17Cb 36.57±0.64Ca
1.0 48.07±0.43Aa 37.91±0.12Bb 36.09±0.34Cb 34.47±0.42Db
1.5 46.85±0.49Ab 36.67±0.47Bc 35.56±0.51Cbc 34.66±0.55Cb
2.0 47.55±0.43Aab 36.17±0.09Bc 34.85±0.51Cc 34.73±0.02Cb
酸性洗涤木质素
ADL/% DM
0 3.23±0.02Ac 3.20±0.09ABa 3.15±0.03BCa 3.14±0.05Ca
0.5 3.54±0.03Ab 3.18±0.04Ba 3.09±0.04Cb 3.04±0.02Cb
1.0 3.65±0.01Aab 3.14±0.06Bb 3.04±0.04Cb 3.01±0.03Cb
1.5 3.74±0.04Aa 3.07±0.05Bc 2.95±0.01Cc 2.92±0.03Cc
2.0 3.78±0.14Aa 3.02±0.04Bd 2.90±0.01BCc 2.86±0.04Cd
淀粉
Starch/% DM
0 0.80±0.02Aa 0.77±0.02Ba 0.73±0.01Ca 0.68±0.01Da
0.5 0.44±0.01Db 0.64±0.01Ac 0.61±0.01Bc 0.57±0.01Cd
1.0 0.37±0.01Dc 0.69±0.02Ab 0.66±0.01Bb 0.63±0.01Cb
1.5 0.36±0.02Cc 0.66±0.03Ac 0.61±0.02Bc 0.60±0.03Bc
2.0 0.32±0.03Cd 0.63±0.01Ac 0.59±0.02Bd 0.57±0.01Bd
粗灰分
Ash/% DM
0 8.09±0.24 7.99±0.57 7.97±0.56 7.96±0.62
0.5 8.02±0.31 8.04±0.63 8.10±0.81 8.01±0.47
1.0 8.04±0.90 8.15±0.32 8.03±0.44 8.16±0.59
1.5 8.13±0.46 8.05±0.87 8.06±0.28 8.11±0.82
2.0 8.07±1.12 7.98±0.38 8.11±0.12 7.94±0.77
粗脂肪
EE/% DM
0 3.17±0.13Ca 4.38±0.03Bd 4.34±0.01Bd 4.56±0.10Ac
0.5 3.04±0.03Da 4.55±0.05Bc 4.37±0.14Cd 5.27±0.09Ab
1.0 3.04±0.06Da 5.08±0.03Ba 4.41±0.02Cc 5.31±0.16Aab
1.5 2.77±0.04Db 4.99±0.05Bb 4.57±0.03Cb 5.23±0.04Ab
2.0 2.82±0.04Db 5.00±0.01Bb 4.79±0.03Ca 5.46±0.03Aa

2.5 尿素和葡萄糖添加比例对南荻-芦苇混合青贮有氧稳定性的影响

图1可知,开袋后24 h内青贮饲料核心温度变化剧烈。当葡萄糖添加比例为0时,未添加尿素处理的有氧稳定时长最长,达104 h;当葡萄糖添加比例为2%、4%和6%时,添加尿素处理的有氧稳定时长均高于未添加尿素处理,且随着尿素添加比例的提高,青贮饲料有氧稳定时长呈增长趋势。添加尿素后,当葡萄糖添加比例为2%时,青贮饲料有氧稳定时长为64~91 h;而当葡萄糖添加比例为4%和6%时,各处理青贮饲料在有氧暴露65 h后核心温度与室温差值均超过2 ℃,发生有氧变质。
图1 青贮饲料有氧稳定时长

Fig.1 Aerobic stability time of silage

2.6 南荻-芦苇混合青贮品质的灰色关联度分析

对测定的各项青贮品质指标进行灰色关联度分析,结果(表5)显示:单独添加尿素处理的青贮品质较差,添加2%葡萄糖处理可在一定程度上改善青贮品质,但其效果与添加4%和6%葡萄糖处理相比仍存在差距;进一步比较发现,添加4%葡萄糖处理的青贮品质优于添加6%葡萄糖处理。综合品质排名前2位的处理为U2.0G4和U1.5G4。
表5 南荻-芦苇混合青贮品质的灰色关联度分析

Table 5 Grey relational analysis of Miscanthus lutarioriparius-Phragmites australis mixed silage quality

项目
Items
尿素添加比例
Urea addition
ratios/%
葡萄糖添加比例Glucose addition ratios/%
0 2 4 6
加权关联度
Weighted correlation
degree
0 0.633 0.717 0.717 0.719
0.5 0.429 0.674 0.720 0.715
1.0 0.428 0.665 0.770 0.776
1.5 0.406 0.689 0.790 0.782
2.0 0.378 0.675 0.813 0.787
加权排名
Weighted ranking
0 16 9 10 8
0.5 17 14 7 11
1.0 18 15 6 5
1.5 19 12 2 4
2.0 20 13 1 3

2.7 尿素和葡萄糖复配添加对南荻-芦苇混合青贮CNCPS组分、体外消化率及粗饲料分级的影响

根据灰色关联度分析结果,选取排名前2位的U1.5G4和U2.0G4处理,同时选取U0G0处理及青贮原料作为对照进行CNCPS组分与体外消化率分析。由表6可知,与U0G0处理相比,U1.5G4和U2.0G4处理的PC含量分别显著降低25.51%和30.71%(P<0.05),CA含量分别显著提高10.65%和12.49%(P<0.05),NSC含量分别显著提高9.58%和10.36%(P<0.05)。此外,U1.5G4和U2.0G4处理保留的真蛋白质(PB)含量分别为10.42%和8.70%,CHO含量分别为65.14%和62.80%。虽然U2.0G4处理在降低PC含量方面效果优于U1.5G4处理,但U1.5G4处理在维持更高PB与CHO含量方面表现更佳。
表6 南荻-芦苇原料与混合青贮饲料的蛋白质和CHO组分分析

Table 6 Protein and CHO components analysis of raw material and mixed silage of Miscanthus lutarioriparius and Phragmites australis

项目
Items
原料
Raw material
处理Treatments P
P-value
U0G0 U1.5G4 U2.0G4
非蛋白氮PA/% CP 20.78±0.05d 50.16±0.05c 73.11±0.01b 75.98±0.02a <0.001
快速降解蛋白质PB1/% CP 2.88±0.05a 0.42±0.05c 0.44±0.01c 1.04±0.02b <0.001
中速降解蛋白质PB2/% CP 31.97±0.08a 11.33±0.03b 7.70±0.01c 6.67±0.02d <0.001
慢速降解蛋白质PB3/% CP 19.19±0.06a 15.98±0.00b 2.28±0.28c 0.99±0.02d <0.001
结合蛋白质PC/% CP 25.18±0.01a 22.11±0.01b 16.47±0.27c 15.32±0.07d <0.001
碳水化合物CHO/% DM 76.33±0.06b 78.32±0.06a 65.14±0.04c 62.80±0.06d <0.001
快速降解碳水化合物CA/% CHO 10.82±0.04c 14.65±0.34b 16.21±0.21a 16.48±0.12a <0.001
中速降解碳水化合物CB1/% CHO 1.11±0.02a 0.80±0.02b 0.72±0.04c 0.59±0.02d <0.001
慢速降解碳水化合物CB2/% CHO 77.13±0.20a 74.66±0.27b 72.19±0.08c 71.88±0.14c <0.001
不可降解碳水化合物CC/% CHO 10.94±0.18ab 9.89±0.05c 10.88±0.02b 11.07±0.07a <0.001
非结构性碳水化合物NSC/% CHO 11.92±0.06d 15.45±0.22c 16.93±0.06b 17.05±0.13a <0.001

同行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)。表7表8同。

In the same row, 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). The same as Table 7 and Table 8.

表7可知,与U0G0处理相比,U1.5G4和U2.0G4处理的IVDMD、IVCPD、IVNDFD和IVADFD均显著提高(P<0.05);U1.5G4处理的IVNDFD和IVADFD显著高于U2.0G4处理(P<0.05),IVDMD和IVCPD与U2.0G4处理无显著差异(P>0.05)。由表8可知,与青贮原料相比,U0G0、U1.5G4和U2.0G4处理青贮饲料的GI2008均显著提高(P<0.05),青贮原料为四级,U0G0处理为三级,U1.5G4和U2.0G4处理均达到一级。综上所述,U1.5G4处理在CNCPS有效营养物质保存效率与体外消化率方面的表现优于U2.0G4处理。
表7 南荻-芦苇原料与混合青贮饲料的体外消化率

Table 7 In vitro digestibility of raw material and mixed silage of Miscanthus lutarioriparius-Phragmites australis %

项目
Items
原料
Raw material
处理Treatments P
P-value
U0G0 U1.5G4 U2.0G4
干物质体外消化率IVDMD 55.49±0.37b 52.30±0.39c 62.79±0.60a 63.16±0.65a <0.001
粗蛋白质体外消化率IVCPD 26.80±0.72c 62.91±0.46b 75.29±0.10a 76.77±0.34a <0.001
中性洗涤纤维体外消化率IVNDFD 40.82±0.36c 36.56±0.81d 44.42±0.27a 41.93±0.40b 0.017
酸性洗涤纤维体外消化率IVADFD 41.23±0.48c 37.70±0.57d 44.51±0.58a 42.33±0.23b 0.023
表8 南荻-芦苇原料与混合青贮饲料的GI2008分级比较

Table 8 Comparison of GI2008 grades of raw material and mixed silage of Miscanthus lutarioriparius-Phragmites australis

项目
Items
原料
Raw material
处理Treatments P
P-value
U0G0 U1.5G4 U2.0G4
粗饲料分级指数GI2008/(MJ/d) 2.64±0.07d 5.39±0.09c 21.07±0.65b 25.95±0.53a <0.001
等级Grade 四级 三级 一级 一级

3 讨论

3.1 尿素和葡萄糖添加比例对南荻-芦苇混合青贮发酵品质的影响

青贮饲料的发酵品质主要取决于牧草本身的DM和WSC含量以及缓冲能力。一般认为,青贮原料的适宜DM含量为30%~35%[18]。本研究中,青贮原料的DM含量仅为15.19%,属于高水分青贮,同时其WSC含量仅为2.01%,导致乳酸菌发酵效率较低,因此直接进行青贮效果较差。pH、有机酸和NH3-N含量是评价青贮发酵品质的重要指标。本研究结果表明,与未添加尿素和添加葡萄糖处理相比,单独添加尿素处理的pH较高,这可能源于尿素分解产生的NH3-N具有碱化作用,从而抑制pH的下降[19]。而添加尿素处理(尤其是单独添加尿素处理)的NH3-N含量较高,主要是因为尿素中NPN含量较高以及其在青贮饲料中的溶解性较强[20]。本研究中,单独添加尿素处理的pH>6,主要的发酵产物为乙酸、丙酸和丁酸,说明乳酸菌发酵受到了抑制,青贮饲料可能发生了梭菌发酵。梭菌可水解蛋白质,并利用WSC、乳酸和乙酸作为底物来生成丁酸,还可通过游离氨基酸脱羧作用产生胺类物质和氨气[21]。因此,为缓解尿素添加导致的负面效应,补充发酵底物是必要的。本研究结果表明,单独添加葡萄糖处理或葡萄糖与尿素复配添加处理的pH均低于4.2,这可能是因为添加葡萄糖为乳酸菌提供了充足的发酵底物,促进乳酸菌产生乳酸,从而降低了青贮饲料pH,并减少了丁酸和NH3-N的生成[22]。有机酸总量及其构成能够在一定程度上反映发酵品质及青贮饲料品质的优劣[18]。本研究结果表明,当葡萄糖添加比例为2%、4%和6%时,随着尿素添加比例的提高,青贮饲料的乳酸含量呈上升趋势,这与农丽容等[23]的研究结果相似,推测可能是由于在葡萄糖提供充足底物的前提下,尿素能够促进乳酸菌繁殖,进而增加乳酸生成。然而,Kazemi等[24]在芦苇青贮研究中发现,与单独添加2%或10%糖蜜处理相比,2%或10%糖蜜与2%尿素复配添加处理的乳酸含量显著降低。这种差异可能与原料特性(如含水量)及所添加糖原类型有关,本试验所用南荻-芦苇原料为4月份采收,水分含量较高,而Kazemi等[24]所用芦苇为8月份采收,且本试验添加的葡萄糖为单糖,可被乳酸菌快速利用,而糖蜜主要含双糖,其发酵效率相对较低。佘新友[25]在象草青贮中也发现,添加尿素可提高乙酸含量并增强青贮饲料的有氧稳定性,与本研究结果相符。从实际应用角度考虑,葡萄糖的市场价格(3 600~3 850元/t)高于糖蜜(1 650元/t)和玉米粉(2 850~3 100元/t),会导致饲料成本上升。但葡萄糖有效糖含量≥99%,高于糖蜜(45%)及玉米粉(淀粉≥99%,但需先糖化),发酵效率显著优于后两者,可通过“优质优价”机制回收增量成本。

3.2 尿素和葡萄糖添加比例对南荻-芦苇混合青贮营养品质的影响

本研究中,单独添加尿素处理青贮饲料的营养品质较差,DM、CP和EE等有机物严重损失,与荣辉等[22]和Kazemi等[24]的研究结果相似。推测可能是由于青贮原料的含水量较高,为梭菌、肠杆菌及其他腐败微生物的繁殖提供了适宜条件,而这些微生物的大量活动会加速有机物分解,导致营养物质流失。而单独添加葡萄糖或葡萄糖与尿素复配添加处理的各营养指标均得到改善,可能是由于发酵底物总量的增加促进了乳酸菌发酵并抑制梭菌腐败,有利于营养物质的保存[22,26]。CP含量的高低可以反映青贮饲料的饲用价值。已有研究表明,添加尿素可提高青贮饲料的CP含量[24-25]。本研究中,当葡萄糖添加比例为4%和6%时,随着尿素添加比例的提高,CP含量呈上升趋势。这与农丽容等[23]和吴兆鹏等[27]的研究结果不符,该差异可能源于青贮原料特性、尿素添加量等因素所导致的发酵体系碳氮比不同。NDF和ADF含量可准确青贮饲料纤维质量,其中ADF含量与动物消化率呈负相关。本研究中,单独添加尿素处理导致青贮饲料的NDF和ADF含量升高,这可能与有害微生物活动增强有关,导致易降解养分被大量消耗,结构性碳水化合物含量相对提高[26,28]。而当葡萄糖添加比例为2%、4%和6%时,随着尿素添加比例的提高,青贮饲料的NDF和ADF含量呈下降趋势,这与荣辉等[22]和佘新友[25]的研究结果相似。推测其原因在于,尿素在脲酶作用下分解为氨,进一步形成氨水,而氨水可促进细胞壁成分(尤其是半纤维素)的溶解,利于有机酸或微生物对结构性碳水化合物的降解[29]

3.3 尿素和葡萄糖添加比例对南荻-芦苇混合青贮有氧稳定性的影响

Pahlow等[30]研究指出,青贮饲料的好氧腐败主要与酵母、真菌及好氧细菌的繁殖有关。已有研究表明,尿素具有一定的抑菌作用,在青贮过程中添加尿素可提高青贮饲料的有氧稳定性[7,31]。本研究中,当葡萄糖添加比例为2%、4%和6%时,随着尿素添加比例的提高,青贮饲料有氧稳定时长呈增长趋势,这与乙酸含量升高的趋势一致。在尿素添加比例相同的条件下,随着葡萄糖添加比例的提高,青贮饲料的有氧稳定时长呈降低趋势,这可能是葡萄糖的添加使得开袋后青贮饲料中的乳酸和WSC含量较高,利于好氧细菌和酵母菌的大量繁殖,加速了有氧腐败[8,18]。值得注意的是,尽管单独添加尿素处理的发酵品质差,但其有氧稳定时长较长,这可能是由于该处理下青贮饲料的乙酸和丁酸含量较高,二者具有一定的抑菌活性[32]

3.4 尿素和葡萄糖添加比例对南荻-芦苇混合青贮CNCPS组分及体外消化率的影响

CNCPS可以动态反映蛋白质和CHO含量变化,科学评价饲料营养价值。在蛋白质组分中,PA可以被瘤胃中的微生物利用合成微生物蛋白,而PB2和PB3可部分进入小肠,形成过瘤胃蛋白质[33]。本研究中,与青贮原料相比,U0G0、U1.5G4和U2.0G4处理的PA含量均显著提高,PB含量则显著降低,这可能与青贮过程中部分PB被分解为PA有关[34]。此外,尿素的添加也提高了青贮饲料的PA含量。需注意的是,梁秀容等[35]在棉秆固态发酵研究中发现,与添加0.5%、1.0%、1.5%及2.5%尿素处理相比,添加2%尿素处理可提高PB含量(16.04%)。但在本研究中,与U0G0处理相比,U1.5G4和U2.0G4处理的PB含量分别降低63.25%和68.65%,这可能是由于原料特性及发酵条件不同所导致。U1.5G4与U2.0G4处理PB含量的差异也说明高添加比例尿素可能不利于PB组分的保存。PC是与细胞壁结构成分紧密结合的蛋白质,在瘤胃中不能被降解[33]。本研究中,与U0G0处理相比,U1.5G4和U2.0G4处理的PC含量显著降低,且U2.0G4处理的效果较U1.5G4更佳,可能是因为尿素促进微生物将大分子化合物降解成小分子物质,同时产生微生物蛋白[36]。CHO是反刍动物重要的能量来源,其营养价值主要取决于NSC含量。在CHO组分中,CA可在瘤胃中快速降解,CC为不可利用纤维,不能被反刍动物消化利用[33]。本研究中,与U0G0处理相比,U1.5G4和U2.0G4处理的CHO、CB1和CB2含量降低,但CA、NSC和CC含量提高,这可归因于尿素的添加改变了木质纤维素之间化学键,木质纤维素分解为易消化的养分,从而促进微生物的活动,加快对CHO的降解,间接导致CC含量提高[7,24]。进一步分析发现,U1.5G4处理的CHO和CB1含量显著高于U2.0G4处理,说明添加高比例尿素可能不利于青贮饲料CHO的保存。目前研究尿素对CNCPS组分影响的相关文献较少,后续应进一步探究尿素如何通过青贮微生物组分而对CNCPS组分产生影响的机制,以明晰尿素作为青贮营养型添加剂的作用机理。
IVDMD和IVNDFD是反映青贮饲料饲用价值的重要指标。已有研究表明,在青贮中添加尿素有助于提升体外消化率[7]。Saeed等[37]研究发现,在芦苇中添加3%尿素进行青贮,IVDMD提高了40.8%。另有研究指出,与未添加尿素相比,添加2%尿素处理提高了芦苇的IVDMD[24];用添加2%尿素处理的芦苇青贮饲喂绵羊,其DM和NDF消化率也得到提高[38]。在本研究中,与U0G0处理相比,U1.5G4和U2.0G4处理的IVDMD、IVNDFD和IVADFD均显著提高,最大增幅分别为20.76%、21.50%和18.06%,这可能与尿素水解产生的氨引起的细胞壁纤维结构变化有关[29],从而提高了消化率。同时,与U0G0处理相比,U1.5G4和U2.0G4处理的IVCPD亦有所提高,最大增幅为22.03%。推测其原因在于,尿素的添加使青贮饲料中NPN含量升高,而NPN更易被瘤胃微生物利用,因此提高了青贮饲料的降解效率[39]

4 结论

高水分南荻-芦苇原料不适宜单独添加尿素进行青贮,而尿素与葡萄糖复配添加可不同程度改善其青贮品质。综合来看,U2.0G4和U1.5G4处理的南荻-芦苇混合青贮品质最佳。与U2.0G4处理相比,U1.5G4处理在保留南荻-芦苇混合青贮中PB与CHO等营养组分方面更具优势,且其IVNDFD和IVADFD更高,表明该配比在营养保存与纤维降解效率方面表现更优。
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