动物营养学报    2019, Vol. 31 Issue (4): 1725-1732    PDF    
多花黑麦草与紫花苜蓿混合青贮发酵品质和体外消化率的研究
张丁华1, 王艳丰1, 刘健2, 王书丽3, 陈付英4     
1. 河南农业职业学院牧业工程学院, 郑州 451450;
2. 河南牧业经济学院动物科技学院, 郑州 450046;
3. 河南省畜牧局, 郑州 450002;
4. 河南省农业科学院畜牧兽医研究所, 郑州 450002
摘要: 本试验旨在研究多花黑麦草与紫花苜蓿不同比例混合青贮对其发酵品质和体外消化率的影响,以期筛选出二者适宜的混合青贮比例。采用完全随机设计,试验分为4组,分别将多花黑麦草与紫花苜蓿的混合比例设定为100:0(对照组)、85:15(A1组)、70:30(A2组)、55:45(A3组)(鲜重基础),每组5个重复。青贮发酵42 d后全部开封取样,测定其发酵品质和体外消化率。结果表明:1)随着紫花苜蓿比例升高,干物质回收率逐渐升高,A3组显著高于对照组、A1组(P < 0.05);A2和A3组pH显著高于对照组和A1组(P < 0.05);随着紫花苜蓿比例的升高,乳酸含量逐渐降低,A3组显著低于对照组(P < 0.05);A2和A3组氨态氮/总氮显著低于对照组(P < 0.05);各组V-score评分较高(>90),具有优质的发酵品质。2)A1、A2和A3组粗蛋白质含量显著高于对照组(P < 0.05);A2和A3组粗灰分含量显著高于A1和对照组(P < 0.05)。与对照组相比,A3组粗蛋白质体外消化率、干物质体外消化率和中性洗涤纤维体外消化率显著提高(P < 0.05)。由此可见,提高多花黑麦草和紫花苜蓿混合青贮饲料中紫花苜蓿的比例不仅未影响发酵品质,而且还提高了青贮饲料的营养价值和体外消化率。从发酵品质和营养价值综合考虑,建议多花黑麦草和紫花苜蓿以55:45比例混合青贮较为适宜。
关键词: 多花黑麦草     紫花苜蓿     混合青贮     发酵品质     体外消化率    
Fermentation Quality and in Vitro Digestibility of Italian Ryegrass and Alfalfa Mixed Silage
ZHANG Dinghua1, WANG Yanfeng1, LIU Jian2, WANG Shuli3, CHEN Fuying4     
1. College of Animal Husbandry Engineering, Henan Vocational College of Agriculture, Zhengzhou 451450, China;
2. College of Animal Science and Technology, Henan Institute of Animal Husbandry and Economics, Zhengzhou 450046, China;
3. Henan Animal Husbandry Bureau, Zhengzhou 450002, China;
4. Animal Husbandry and Veterinary Institute, Henan Academy of Agricultural Sciences, Zhengzhou 450002, China
Abstract: The objective of this study was to evaluate the effects of ensiling different ratios of Italian ryegrass to alfalfa on the fermentation quality and in vitro digestibility of mixed silage, and to select more suitable mixed silage ratio. This experiment was conducted to 4 groups according to completely random design. The ratios of Italian ryegrass to alfalfa (fresh weight basis) were 100:0 (control group), 85:15 (A1 group), 70:30 (A2 group), 55:45 (A3 group), respectively. After 42 d formation, the fermentation quality and in vitro digestibility of mixed silage were detected. The results showed as follows:1) with the increasing ratio of alfalfa, dry matter recovery increased, A3 group was significantly higher than control group and A1 group (P < 0.05); pH in A2 and A3 groups was significantly higher than that in control group and A1 group (P < 0.05); with the increasing ratio of alfalfa, lactic acid content decreased, A3 group was significantly lower than control group (P < 0.05); ammoniacal nitrogen/total nitrogen in A2 and A3 groups was significantly lower than that in control group (P < 0.05); V-score of each group was higher (>90), the mixed silage had higher quality fermentation quality. 2) Crude protein content in A1, A2, A3 groups was significantly higher than that in control group (P < 0.05); ash content in A1, A2 groups was significantly higher than that A1 group and control group. Compared with control group, the in vitro digestibility of crude protein, dry matter and neutral detergent fiber in A3 group significantly increased (P < 0.05). Our findings suggest that replacement of Italian ryegrass with alfalfa had no unfavourable effects on the fermentation quality, and can improve nutrient values and in vitro digestibility. Comprehensive consideration, it is suggested that more suitable ratio of Italian ryegrass to alfalfa is 55:45.
Key words: Italian ryegrass     alfalfa     mixed silage     fermentation quality     in vitro digestibility    

近年来,随着我国畜牧业快速发展,规模化、集约化的现代化养殖方式日趋成熟。在饲养规模快速增长和人们对畜产品需求增加的同时,人畜争粮的矛盾日益突显。2016年农业部印发《全国草食畜牧业发展规划(2016—2020年)》中指出要重点推广优质饲草种植与加工、青贮饲料生产,又在《全国种植业结构调整规划(2016—2020年)》中明确指出我国北方地区重点发展优质苜蓿、青贮玉米、饲用燕麦等饲草。充分利用牧草、农副产品等非粮饲料资源,发展节粮型畜牧业,减少人畜争粮,缓解我国粮食供求矛盾,保障畜产品有效供给[1]。目前,我国饲草资源开发利用仍处于初级阶段,在大力提倡节粮型畜牧业发展的背景下,牧草产品具有广阔的利用空间和开发前景。

青贮是利用乳酸菌在厌氧条件下发酵可溶性糖生成以乳酸为主的有机酸,降低青贮窖内pH,从而形成酸性厌氧环境,抑制有害微生物活性,保存饲料作物及牧草收获后营养成分的一种常用方法[2]。多花黑麦草(Lolium multiflorum L.)水溶性碳水化合物含量高,粗蛋白质(CP)含量低,单独青贮易成功。紫花苜蓿(Medicago sativa L.)被誉为“牧草之王”,具有CP含量高、枝叶柔嫩、适口性好等优点,是发展草食畜牧业的重要饲草之一,但因其含糖量低、缓冲能高、青贮饲料pH较高、乳酸含量较低,故单独青贮较难成功[3]。此外,单独饲喂反刍动物豆科牧草易引起瘤胃臌气,还会造成氮的浪费。将多年生黑麦草和紫花苜蓿混合青贮可同时解决紫花苜蓿单独青贮难以成功及黑麦草青贮饲料营养价值低的难题。研究表明,豆科牧草与禾本科牧草混合青贮,既可降低青贮饲料pH,提高青贮原料糖分含量,又能弥补各自营养物质的不足,促进乳酸菌发酵,混合青贮更易于获得优质青贮饲料[4],与禾本科牧草单独青贮饲料相比,豆科牧草和禾本科牧草混合青贮饲料具有更高的营养价值,可以提高青贮饲料CP含量、反刍动物采食量以及瘤胃养分的消化率[5-6]。但目前关于多花黑麦草和紫花苜蓿混合青贮发酵品质和体外消化率的研究报道较少。将多花黑麦草与紫花苜蓿混合青贮,既可以从发酵品质上降低青贮饲料pH,提高青贮原料糖分含量,同时也能从营养物质含量上弥补各自的不足,促进乳酸菌发酵。本试验旨在探讨多花黑麦草与紫花苜蓿不同比例混合青贮对发酵品质和体外消化率的影响,以期筛选出二者适宜的混合青贮比例,为饲草资源开发与利用提供理论依据和科学指导。

1 材料与方法 1.1 试验材料

将种植于河南豫北地区牧草试验基地的多花黑麦草和紫花苜蓿于2017年5月12日刈割,多花黑麦草处于抽穗期(刈割后晾晒至含水量为60%~70%),紫花苜蓿处于初花期(刈割后晾晒至含水量为55%~60%),分别用铡刀铡成2~3 cm长的小段,并各自混合均匀,作为青贮原料待用。

1.2 试验设计

采用完全随机设计,试验分为4组,分别将多花黑麦草与紫花苜蓿的混合比例设定为100 : 0(对照组)、85 : 15(A1组)、70 : 30(A2组)、55 : 45(A3组)(鲜重基础),每组5个重复。按照上述比例将原料混合均匀后,装入1.5 L圆柱形塑料桶,压实后密封,置室温(15~27 ℃)下保存,装填密度为(700±10) g/L。青贮42 d开窖,去掉上、下各5 cm样品,将其余青贮饲料混匀,采用四分法取样分析化学成分及发酵品质。

1.3 测定项目及分析方法 1.3.1 发酵品质

称取青贮饲料20 g,放入250 mL广口三角瓶中,加入180 g去离子水,4 ℃浸提24 h,然后经4层纱布和定性滤纸过滤,并将浸提液置于-20 ℃冷冻保存待测。pH用PHS-3C精密pH计(成都世纪方舟科技有限公司)测定[7];缓冲能用盐酸、氢氧化钠滴定法测定[8];水溶性碳水化合物(WSC)含量采用蒽酮-硫酸比色法测定[9];氨态氮含量采用苯酚-次氯酸钠比色法测定[10];乳酸、乙酸、丙酸与丁酸含量采用高效液相色谱仪(日本岛津SHIMADZU-LC 20A)测定[11],测定条件:色谱柱为KC-811 column(Shimadzu,日本);检测器为SPD-M10AVP;流动相为3 mmol/L高氯酸溶液,流速1 mL/min,柱温50 ℃;检测波长210 nm,进样量5 μL。

乳酸菌和酵母菌数量分别采用MRS琼脂培养基和马铃薯葡萄糖琼脂培养基培养计数[12];乳酸菌用厌氧培养箱,37 ℃培养3 d;酵母菌用生化培养箱,25 ℃培养3 d。

1.3.2 化学成分分析

采用AOAC(1995)[13]法测定干物质(DM)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)、CP含量;干物质回收率(DMR)按饲料发酵前后重量和DM含量计算;中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量采用范氏纤维测定法[14]测定。

1.3.3 青贮饲料V-score评分

参照日本草地畜产协会(2001)[15]制定的青贮饲料发酵品质V-score评分标准,以氨态氮/总氮、乙酸、丙酸及丁酸含量作为评定指标。根据这一评分标准将青贮饲料品质分为优(100~80)、良好(80~60)、不良(<60)3个评分等级。

1.3.4 青贮饲料体外消化率分析

采用Tilley等[16]两步法测定青贮饲料体外消化率。按照Theodorou等[17]提供的方法配制缓冲溶液(氯化钾0.57 g/L、尿素1 g/L、氯化钙0.04 g/L、碳酸氢钠9.8 g/L、氯化钠0.47 g/L、氯化镁0.06 g/L和磷酸氢二钠9.3 g/L)。于晨饲前采集3头瘘管牛瘤胃内容物,装入提前预热至39 ℃并已通入CO2的保温瓶中,迅速带回实验室,4层纱布过滤,持续通入CO2,将缓冲液与瘤胃液按1 : 4比例混合,加入1 g样品后,放入39 ℃恒温振荡培养箱中培养48 h;然后加入酸性胃蛋白酶溶液(1 L的0.1 mol/L HCl中加入2 g胃蛋白酶),随后放入39 ℃的水浴恒温振荡器中培养48 h,终止发酵。将消化后物质烘干,测定DM、NDF、CP含量并计算体外消化率。计算公式如下:

式中:M1为放入发酵瓶底物的DM含量(g/kg);M2为发酵残渣的DM含量(g/kg);F1为放入发酵瓶底物的NDF含量(g/kg);F2为发酵残渣的NDF含量(g/kg);P1为放入发酵瓶底物的CP含量(g/kg);P2为放入发酵瓶底物的CP含量(g/kg)。

1.4 数据处理与统计

采用SAS 8.2软件对试验数据进行方差分析,混合青贮发酵品质和体外消化率的数据采用单因素方差分析,并用Tukey’s法对数据进行多重比较。P < 0.05为差异显著,P>0.05为差异不显著。

2 结果与分析 2.1 青贮原料化学成分

表 1可知,紫花苜蓿的ADF和NDF含量均低于多花黑麦草,WSC含量仅为多花黑麦草的38%。紫花苜蓿CP含量为212 g/kg DM,是多花黑麦草的2.06倍。紫花苜蓿DM、Ash含量稍高于多花黑麦草,EE含量及乳酸菌、酵母菌数量略低于多花黑麦草。

表 1 多花黑麦草和紫花苜蓿的化学成分 Table 1 Chemical composition of Italian ryegrass and alfalfa
2.2 青贮饲料化学成分变化及青贮饲料发酵品质

表 2可知,随着紫花苜蓿比例升高,混合青贮原料的CP和Ash含量逐渐升高,A1、A2、A3组CP含量显著高于对照组(P < 0.05),A2、A3组Ash含量显著高于对照组(P < 0.05);但NDF和ADF含量逐渐降低,A1、A2、A3组NDF含量显著低于对照组(P < 0.05),A2、A3组ADF含量显著低于对照组(P < 0.05);A1、A2、A3组缓冲能显著高于对照组(P < 0.05);A1、A2、A3组WSC含量显著低于对照组(P < 0.05);4组间DM和EE含量差异不显著(P>0.05);各组乳酸菌数量均大于1×105 CFU/g FM,酵母菌数量均大于1×104 CFU/g FM。

表 2 多花黑麦草和紫花苜蓿混合青贮原料的化学成分 Table 2 Chemical composition of mixed Italian ryegrass and alfalfa

表 3可知,随着紫花苜蓿比例升高,DMR逐渐升高,其中A3组显著高于对照组、A1组(P < 0.05);A2和A3组pH显著高于对照组和A1组(P < 0.05);随着紫花苜蓿比例升高,乳酸含量逐渐降低,A3组显著低于对照组(P < 0.05);与对照组相比,A2和A3组乙酸含量均显著增加(P < 0.05),A3组乙酸含量显著高于A2组(P < 0.05);A2和A3组乳酸/乙酸显著低于其他2组(P < 0.05);A2和A3组氨态氮/总氮显著低于对照组(P < 0.05),A3组显著低于A2组(P < 0.05);A3组WSC含量显著高于其他各组(P < 0.05);各组间丙酸和丁酸含量无显著差异(P>0.05);各组乳酸菌数量均高于1×106 CFU/g FM,且均有少量酵母菌检出(< 1×102 CFU/g FM)。用V-score评分体系对青贮42 d后各组青贮饲料的发酵品质进行打分,各组均具有优质的发酵品质(>90)。

表 3 多花黑麦草与紫花苜蓿混合青贮饲料的发酵品质及V-score评分 Table 3 Fermentation quality and V-score of Italian ryegrass and alfalfa mixed silage
2.3 青贮饲料营养成分和体外消化率

表 4可知,多花黑麦草与紫花苜蓿不同混合比例对青贮饲料的DM、EE、NDF和ADF含量无显著影响(P>0.05),但随着紫花苜蓿比例升高,CP和Ash含量提高,A1、A2和A3组CP含量显著高于对照组(P < 0.05);A2和A3组Ash含量显著高于A1和对照组(P < 0.05)。与对照组相比,A3组CPD、DMD和NDFD显著提高(P < 0.05)。

表 4 多花黑麦草与紫花苜蓿混合青贮饲料的营养成分及体外消化率 Table 4 Nutrient composition and in vitro digestibility of Italian ryegrass and alfalfa mixed silage
3 讨论 3.1 多花黑麦草与紫花苜蓿混合青贮对饲料发酵品质的影响

经过42 d发酵,各组青贮饲料均显示良好的发酵品质,可能与发酵前青贮原料DM含量在300~400 g/kg之间、附着乳酸菌数量超过1×105 CFU/g FM、WSC含量超过3%、发酵底物充足、缓冲能低等有关[18-20]

本试验中各组青贮饲料的DMR高达92%以上,表明DM损失较少。DMR是评价青贮饲料品质的重要指标,DMR越高,表明青贮发酵过程中碳水化合物等营养物质降解的越少,从而能更好的保存[21]。pH也是反映青贮饲料优劣的一个重要指标,较低的pH可以确保青贮饲料良好的保存[22]。本试验中,各组青贮饲料pH降到4.30以下,达到优质青贮饲料的标准。与混合青贮组相比,对照组具有较高的乳酸含量和较低的pH,可能由于对照组青贮原料具有较高的WSC含量且缓冲能较低,既可为乳酸菌提供更充足的发酵底物,促进乳酸发酵,又因较低的缓冲能抵抗pH降低的能力相对较弱,最终影响pH降低的程度[23]。Mcdonald等[24]研究表明良好青贮饲料的乳酸/乙酸应大于2 : 1。各组青贮饲料的乳酸/乙酸均大于4 : 1。青贮饲料的氨态氮含量与蛋白质等含氮物质降解紧密相关,反映了青贮饲料的蛋白质降解程度[20]。Mcdonald等[20]报道保存良好的青贮饲料氨态氮/总氮应小于100 g/kg。本试验中所有青贮饲料的氨态氮/总氮都小于95 g/kg,符合优质青贮饲料的标准。各组青贮饲料仅发现少量丙酸和丁酸,这可能是由于较低的pH抑制了有害微生物的生长,从而降低了丙酸和丁酸的含量[25]。试验中青贮饲料的氨态氮/总氮随着紫花苜蓿比例升高逐渐降低,这与Pursiainen等[25]和Jacobs等[26]的研究结果不一致。Pursiainen等[26]和Jacobs等[27]报道豆科牧草与禾谷类作物混合青贮过程中,随着豆科牧草比例的升高,氨态氮/总氮逐渐升高。此外,试验中混合青贮饲料剩余WSC含量随着紫花苜蓿比例升高而逐渐升高,并且乳酸含量逐渐降低,可能是由于较低的紫花苜蓿水分活度在一定程度上抑制了青贮发酵过程中梭菌和乳酸菌的活性,从而降低了氨态氮和乳酸的含量,这与Whiter等[28]研究结果相一致。

与青贮原料相比,青贮饲料Ash含量增加,可能是由于DM损失导致Ash含量相对升高。Garcia等[29]报道Ash是以DM的百分含量表示,当DM含量下降,Ash含量相对升高。试验中各组青贮饲料CP含量也有所增加,可能是由于CP含量也是以DM百分含量表示,因此CP含量增加,这与Moselhy等[25]研究结果一致。青贮饲料发酵后的NDF含量低于发酵前的NDF含量,但ADF含量几乎无变化,可能是由于青贮发酵过程中酶解和酸解细胞壁导致青贮饲料半纤维素、纤维素、木质素被部分降解[28]

3.2 多花黑麦草与紫花苜蓿混合青贮对体外消化率的影响

与对照组相比,A3组DMD显著提高,原因可能是紫花苜蓿替代黑麦草降低了青贮饲料发酵过程中的DM损失。此外,随着紫花苜蓿比例升高进一步提高和保存了青贮饲料CP和剩余WSC的含量,从而为瘤胃微生物发酵提供了充足的底物[30]。混合青贮饲料CPD优于黑麦草单独青贮,这与Bureenok等[31]研究一致,可能是由于豆科牧草CP表观消化率高于禾本科牧草。随着紫花苜蓿比例升高,混合青贮饲料NDFD逐渐升高,可能是由于紫花苜蓿和多花黑麦草NDF瘤胃降解率不同。Mustafa等[5]研究表明豆科牧草NDF相对于禾本科牧草NDF更易于被奶牛消化。

3.3 多花黑麦草与紫花苜蓿不同比例对青贮饲料品质的影响

本次试验中,多花黑麦草和紫花苜蓿以55 : 45的比例混合青贮效果最好。青贮饲料的DMR随着紫花苜蓿比例的增加而升高,显著降低了氨态氮/总氮。这与崔鑫等[32]的研究结果基本一致,但与刘秦华等[33]、蒋向军等[34]的研究结果存在一定差异,前者报道75%多花黑麦草+25%紫花苜蓿青贮效果最好,后者报道20%多花黑麦草+80%紫花苜蓿的发酵品质较优,但是作用并不理想。分析原因可能与牧草品种、成熟度、刈割时间、青贮方法等因素有关。

4 结论

综上所述,不同比例多花黑麦草和紫花苜蓿混合青贮对青贮饲料发酵品质无显著影响,V-score评分显示各组青贮饲料品质均为优等,而且高比例紫花苜蓿组显著提高了青贮饲料营养价值和体外消化率。从发酵品质和营养价值综合考虑,建议多花黑麦草和紫花苜蓿以55 : 45比例混合青贮效果最好。

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