羊草(Leymus chinensis),又名碱草,为禾本科赖草属多年生根茎型乡土草种,是一种广泛分布于我国北方草原的优质牧草,其生态适应性广、抗逆性强、耐寒耐旱,能够适应盐碱地生长。羊草茎叶细嫩、叶量丰富、适口性佳,富含纤维素和蛋白质等多种营养物质,被牧民誉为“抓膘草”[1],牧民形容说“羊草有油性,不喂料也上膘”。然而,羊草的生长具有明显的季节性,限制了其全年高效利用。羊草的传统利用方式为直接放牧或刈割后调制干草,但田间晾晒过程易造成营养损失,而人工机械烘干成本又较高,因此探索经济有效的羊草利用与保存方法至关重要[2]。青贮调制技术为这一问题提供了有效解决方案,该技术可借助微生物作用与适宜环境条件,实现羊草营养物质的保存与营养价值的提升。目前,羊草青贮的研究主要集中在调制技术、青贮添加剂应用和微生物群落结构动态变化等方面,这些因素共同影响青贮饲料的发酵品质和营养保存效率[3-4]。基于此,本文通过系统梳理相关研究文献,全面总结上述方面的研究进展,以期为羊草青贮饲料的研究与开发利用提供参考。
1 调制技术对羊草青贮品质的影响
青贮作为一种重要的牧草保存方式,可以通过厌氧发酵最大程度地保留饲料营养成分,同时改善其适口性和营养价值[2]。青贮调制技术是决定青贮饲料发酵效果的关键因素。切割长度、含水量和压实密度等因素显著影响青贮饲料发酵效果和品质。研究表明,较短的切割长度有助于提高压实密度,减少氧气残留,从而促进乳酸菌的增殖和乳酸的产生[5]。对于羊草而言,2~3 cm的切割长度相较于5~8 cm可以显著提高青贮饲料中的乳酸含量,同时显著降低丁酸含量[6]。文生萍等[7]研究发现,1.5 cm切割长度组羊草青贮饲料的乳酸含量显著高于3.0 cm切割长度组,而pH和氨态氮含量显著低于3.0 cm切割长度组;2组羊草青贮饲料的干物质、粗蛋白质和可溶性糖含量无显著差异,但1.5 cm切割长度组中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量较3.0 cm切割长度组显著降低。含水量是决定羊草青贮能否成功的核心因素之一。Liu等[8]在高水分牧草青贮的研究中发现,水分含量过高会导致青贮饲料的有氧稳定性下降。含水量低于50%可能导致发酵不充分,而过高的含水量则会增加渗液损失和营养流失[4,9]。压实密度同样对青贮品质具有重要影响。较高的压实密度可以减少青贮饲料中氧气的存在,抑制霉菌及其他有害微生物的生长,显著提高青贮饲料的有氧稳定性[10]。有研究证实,较高装填密度(700 kg/m3)处理的羊草青贮饲料干物质和乳酸含量高于低装填密度(500 kg/m3)处理[11]。刘逸超等[12]也发现,相比于600和700 kg/m3,在800 kg/m3装填密度下羊草青贮饲料的有氧稳定性最好。
不同收获期对饲草的产量、品质及干物质含量具有重要影响,在适宜时期收获并进行青贮,有助于提升其发酵品质与营养品质[13]。研究表明,羊草在抽穗期至开花期收获时,其干物质和粗蛋白质含量较高,中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维及木质素含量相对较低,钙磷比约为2.5∶1,有利于奶牛对钙和磷的吸收[14]。大量研究表明,与拔节期和开花期相比,羊草在抽穗期收获后制作青贮饲料的效果最佳[15-16]。王敏玲等[17]研究发现,收获期会影响羊草青贮饲料的消化率及营养保留效果:在7月18日收获的羊草,其青贮饲料消化率高于8月19日收获的羊草,且营养价值与原料差异不显著;而8月19日收获的羊草,青贮后营养价值较原料出现显著下降,营养损失明显。
2 添加剂对羊草青贮品质的影响
青贮是通过厌氧发酵保存牧草的过程,发酵品质是衡量青贮饲料质量的重要指标之一。良好的发酵品质可有效保留原料中的营养成分,提高饲料的适口性和消化率。在青贮发酵过程中,乳酸菌等有益微生物的生长会产生乳酸等有机酸,降低pH,抑制有害微生物的繁殖。青贮饲料的发酵品质主要由乳酸、乙酸及其他发酵代谢物的比例决定,其中高乳酸含量和低pH是优质青贮饲料的重要判定依据[20]。为提高发酵效率及改善饲料品质,乳酸菌、纤维素酶、化学添加剂等添加剂被广泛应用于青贮生产中。研究表明,添加乳酸菌、纤维素酶、有机酸等添加剂,能有效提升羊草青贮发酵效果并增强有氧稳定性[21]。其中,添加乳酸菌可快速降低羊草青贮饲料的pH,抑制有害菌的增殖[22];而复合添加纤维素酶与乳酸菌则能有效降低羊草青贮饲料的氨态氮含量,显著提高蛋白质保存率[21]。在羊草青贮过程中,添加植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)和鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)均能显著改善青贮品质,使发酵效果达到优良青贮的标准[7]。
然而,高龙等[23]认为接种同型乳酸菌会增加有氧暴露时的青贮劣变可能性,这可能与酵母菌利用乳酸进行代谢增殖有关。而异型乳酸菌除了在青贮过程中生产乳酸外,还会生成一定量的乙酸和1,2-丙二醇,能有效抑制有氧暴露时酵母菌的繁殖,也能够提高青贮的有氧稳定性[24]。有研究表明,添加糖类会导致有氧暴露后羊草青贮饲料的有氧稳定性显著降低,使得酵母菌、好气性细菌和霉菌数量显著上升,导致青贮严重劣变[25]。对多组分添加剂的研究表明,协同效应可以进一步优化发酵效率[4]。乳酸菌和纤维素酶的组合已被证明能显著提高青贮饲料的消化率,同时减少氨态氮等不良代谢物的积累[22]。徐生阳等[26]在探究不同添加剂对羊草青贮品质影响的研究中发现,添加孜然精油和富马酸单甲酯+陈皮后羊草青贮的营养品质和干物质消化率较好。
2.1 有机酸
孙娟娟等[18]研究发现,添加甲酸可显著降低羊草青贮饲料的pH和氨态氮含量,虽会使乳酸含量显著下降,但能显著提高干物质体外消化率。Zhang等[20]研究表明,添加乙酸和苯甲酸钠可以降低羊草青贮饲料的pH、丁酸和氨态氮含量,对有氧稳定性有一定的提高效果。王建等[27]在不同添加剂(80 g/kg大豆皮、1 g/kg亚硝酸钠、5 mL/kg甲酸)对羊草青贮品质影响的研究中发现,青贮过程中添加甲酸或亚硝酸钠可有效控制梭菌含量,减少发酵损失,提高青贮饲料营养价值及有氧稳定性。刘逸超等[28]研究表明,在青贮发酵和有氧暴露过程中,添加0.2% FM丙酸、苯甲酸钠或山梨酸钾均能有效提高羊草青贮的营养品质和发酵品质,抑制酵母菌和好气性细菌的生长,提高青贮饲料的有氧稳定性,各抑制剂的作用效果由高到低依次为丙酸>山梨酸钾>苯甲酸钠。
2.2 乳酸菌
乳酸菌作为常用的青贮添加剂,能够迅速启动乳酸发酵,抑制有害微生物生长。其中,植物乳杆菌和布氏乳杆菌(Lactobacillus buchneri)在提高发酵效率和延缓有氧劣变方面效果显著[4,9]。韩立英等[29]探究了3种商业乳酸菌制剂对羊草青贮的影响,结果表明,添加这3种乳酸菌制剂均能显著提高青贮饲料中的乳酸含量,同时显著降低丁酸含量,提高青贮品质。张庆等[30]在乳酸菌和晾晒时间对干燥过程中羊草淋雨后青贮品质影响的研究中发现,随着晾晒时间的推移,羊草青贮饲料中粗蛋白质含量显著降低,因此建议羊草淋雨后应及时调制青贮;而添加乳酸菌可以显著降低青贮饲料的pH,显著增加乳酸含量,改善青贮饲料的发酵品质。Zhang等[2,31]和周天荣等[32]研究发现,添加植物乳杆菌可显著降低羊草青贮饲料的pH,提高青贮品质。罗俊杰等[33]在紫花苜蓿与羊草混合青贮试验中,将二者按6∶4比例混合,并添加不同青贮添加剂[1×106 CFU/g粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、1×106 CFU/g植物乳杆菌、1×106 CFU/g粪肠球菌+1×106 CFU/g植物乳杆菌]进行对比,结果显示,单独添加植物乳杆菌的青贮饲料干物质、粗蛋白质、水溶性碳水化合物含量最高,酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量最低,营养品质最优。黄秋连等[34]研究发现,复合添加乳酸菌和糖蜜可显著提高羊草青贮品质。李雨航[35]在开展羊草与紫花苜蓿混播混收青贮调制研究中,发现含水量和不同添加剂处理均会影响青贮品质,在单独添加糖蜜或乳酸菌时,其pH未降低至优质青贮水平,但若二者同时添加,则可以调制成优质青贮饲料。大量研究表明,添加布氏乳杆菌可显著提高羊草青贮饲料的有氧稳定性[4,36-37]。
2.3 酶制剂
3 微生物群落结构动态变化对羊草青贮品质的影响
微生物群落结构的动态变化对青贮过程中的发酵效率起着至关重要的作用。不同种类的微生物在青贮发酵过程中扮演着不同的角色,如高通量测序技术揭示了乳杆菌属(Lactobacillus)等有益微生物在降低青贮饲料pH、稳定青贮品质方面发挥着主导作用[9]。此外,植物乳杆菌和布氏乳杆菌也被证明在改善青贮发酵品质、延缓有氧劣变方面表现突出[4]。乳酸菌接种剂的加入不仅可以提高乳酸产量,还可以维持微生物群落多样性,这对保障青贮饲料的长期稳定性至关重要[20]。而酵母菌和霉菌则可能产生不良代谢物,进而降低青贮品质。因此,系统研究青贮饲料中微生物群落结构的动态变化,对于优化青贮发酵条件、提高青贮品质具有重要意义。Zhang等[31]从羊草青贮中分离得到167株乳酸菌菌株,结合生理生化特征及16S rRNA基因序列分析,将分离菌株分为植物乳杆菌、短乳杆菌(Lactobacillus brevis)、干酪乳杆菌、希腊魏氏菌(Weissella hellenica)、屎肠球菌(Enterococcus faecium)、粪肠球菌、蒙氏肠球菌(Enterococcus mundtii)、耐久肠球菌(Enterococcus durans)、硫磺肠球菌(Enterococcus sulfureus)和格氏乳球菌(Lactococcus garvieae)等10个类群,其中植物乳杆菌和短乳杆菌是羊草青贮中的优势菌种。另有研究表明,接种乳酸菌和加水处理能改善羊草青贮长期贮存后的发酵品质及有氧稳定性;而在未处理的青贮中,有氧暴露期间大肠菌群和酵母菌的活动导致了羊草青贮的有氧恶化[10]。李雨航[35]在开展羊草与紫花苜蓿不同比例混贮试验中发现,厚壁菌门(Firmicutes)为各组青贮饲料中的优势菌群;其中,新鲜原料+糖蜜组中果乳杆菌属(Fructilactobacillus)和魏斯氏菌属(Weissella)占比最高,而萎蔫原料+糖蜜组中乳球菌属(Lactococcus)占比最高。Si等[22]探究了纤维素酶和植物乳杆菌对苜蓿和羊草混合青贮发酵特性及细菌群落的影响,结果表明,乳杆菌属的相对丰度随着植物乳杆菌和纤维素酶的添加而增加,进而改善青贮发酵品质。Wu等[4]研究发现,接种植物乳杆菌和布氏乳杆菌后,羊草青贮中醋杆菌属(Acetobacter)、芽孢杆菌属(Bacillus)和霉菌等不良微生物的生长可得到有效抑制,青贮品质得以提升。Liu等[8]在羊草青贮饲料有氧稳定性的研究中发现,放线菌属(Actinomyces)、鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)、青霉菌属(Penicillium)和红曲霉属(Monascus)丰度与青贮有氧恶化密切相关;魏斯氏菌属、片球菌属(Pediococcus)、葡萄球菌属(Botryosphaeria)和红曲霉属丰度与青贮中挥发性化学物质的生成相关。另有研究表明,乳杆菌属、隐球菌属(Cryptococcus)、青霉菌属和嗜热菌属(Thermoascus)丰度与脂肪酸含量变化密切相关,乳杆菌属、放线菌属(Actinomyces)、梭菌属(Clostridium)和青霉菌属丰度与氨基酸含量变化的相关性更强[36]。
4 小结与展望
青贮调制技术、添加剂应用及微生物群落结构变化是影响羊草青贮品质的关键因素。目前,相关研究已在上述领域取得了显著进展,但仍缺乏针对不同区域与气候条件下羊草青贮品质的优化方案。未来研究应重点关注以下几个方面:1)区域性优化青贮策略[20]:针对不同地区的气候和牧草特性,开发个性化青贮方案;2)多组分添加剂的协同作用:探索乳酸菌、酶制剂和化学添加剂的最佳组合[8,39],开发高效、环保、经济的添加剂产品,以进一步提高羊草青贮饲料的发酵效率和营养价值;3)利用高通量组学技术解析青贮过程中微生物的变化和代谢机制[9],优化发酵工艺[4],改善微生物群落结构,提高饲料的稳定性和安全性;4)青贮管理精细化:借助大数据、人工智能等技术推进青贮生产与管理过程的精准化与智能化,例如结合近红外光谱等实时监测技术,实现青贮品质的动态评估与工艺调控。