不同種類有機肥對全株玉米青貯營養品質的影響

黃榮才，郭子泰，高勝濤，卜登攀,2,3

（1. 中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所 / 動物營養學國家重點實驗室，北京 100193；2. 中國農業科學院與世界農用林業中心農用林業與可持續畜牧業聯合實驗室，北京 100193；3. 湖南畜產品質量安全協同創新中心，湖南 長沙 410128）

2004-2016年間我國糧食產量實現連續12年增產，化肥的施用在其中發揮了重要作用。據農業農村部種植業管理司2015年發布的數據顯示，我國化肥的施用對增產的貢獻率在40%以上。2004-2013年間，我國化肥施用量快速增加，從2004 年的301.96 kg·hm-2到2013 年的359.11 kg·hm-2，平均年增長率為1.94%[1]。但是一味地通過增加化肥施用量來提高糧食產量并不可行。對農作物施用大量氮肥(500～1 900 kg·hm-2)后，農作物對氮的吸收率低于40%[2]，并且會導致土壤重金屬污染、酸化、板結、鹽化、營養素失衡及水體富營養化等問題[3]。目前，我國的化肥施用量已遠遠超出發達國家設置的225 kg·hm-2安全上線[4]，研究減少化肥施用量已成為農業生產的重要課題。

有機肥主要由動物糞便和植物殘體加工而成，具有營養全面、肥效持久等特點。施用有機肥還可以促進土壤微生物繁殖，增加和更新土壤有機質，改善土壤理化性質和生物活性。我國是養殖業大國，每年都會產生大量的動物糞便，有機肥資源豐富。因此，可以探索用有機肥替代或部分替代化肥的方案。M?der等[5]認為，利用牧場自身產生的動物糞便種植農作物相對傳統循環養殖系統是一種有效的可行方案。合理利用牧場產生的動物糞便來種植青貯玉米(Zea mays)可實現糞污就地轉化，并能給牧場提供優質青貯飼料原料，從而實現高效、綠色的發展目標。本研究探究不同種類有機肥對全株玉米青貯營養品質及青貯發酵品質的影響，以期為牧場制定施肥方案提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究材料

1.1.1 糞便

新鮮豬糞、雞糞和牛糞分別購自北京某豬場、某雞場和某牛場。

1.1.2 玉米品種

玉米品種為中單106，購自中國農業科學院作物科學研究所。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，按照地形分為4個區組，每個區組4個施肥處理，分別為不施肥的對照組(CK組)，施以干物質為基礎的牛糞組500 g·m-2(Cow組)，施以干物質為基礎的雞糞組500 g·m-2(Fowl組)，施以干物質為基礎的豬糞組500 g·m-2(Hog組)。玉米種植試驗在面積為40 m2的溫室大棚內完成，每個處理寬1 m、長2.5 m，兩處理之間的間隔為0.5 m。在播種前將動物糞便與土壤混合均勻，其后不再施肥。每周定時除草，視情況澆水。

在玉米籽粒達到2/3乳線期時收割玉米[6]。用“Z”字采樣法采集6株完整玉米，留茬高度為15 cm[7]，然后用鍘刀鍘成長度為19 mm的碎片[8]。將鍘碎后的玉米混合均勻，用四分法取800 g樣品。并用四分法在800 g樣品中取300 g樣品烘干，粉碎，用于常規營養成分分析。將剩下的500 g樣品裝入真空袋并抽真空，密封，調制玉米青貯飼料。青貯120 d后取約10 g青貯飼料樣品浸提，浸提液用于發酵參數的檢測。烘干其余青貯飼料樣品并粉碎，用于常規營養成分分析。

1.3 項目測定

1.3.1 青貯原樣及玉米青貯飼料常規營養測定

常規營養測定包括干物質、粗灰分、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和粗脂肪。干物質、粗灰分、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗蛋白和粗脂肪參考張麗英[9]的方法測定。粗蛋白和粗脂肪分別用全自動凱氏定氮儀(K1100, 海龍科技)和脂肪測定儀(Soxtec 2050, FOSS)測定。

1.3.2 玉米青貯飼料浸提液提取方法

依照張曉娜[10]的方法浸提玉米青貯飼料樣品。取10 g樣品(打碎后)放到100 mL錐形瓶中，加入90 mL蒸餾水，攪拌混合均勻，用封口膜封口。在4 ℃冰箱中靜置24 h，之后用四層紗布過濾，取濾液測定發酵參數。

1.3.3 發酵參數測定

參照張曉娜[10]的方法使用pH計(PB-10,Sartorius)測定青貯飼料浸提液的pH。使用氣相色譜儀(6890N, Agilent)測定揮發性脂肪酸。取青貯飼料浸提液1.5 mL于2 mL離心管中，加入0.15 mL 25%偏磷酸，旋渦1 min，靜置10 min，10 000 r·min-1離心15 min，然后取1 mL上清液上機[11]。使用苯酚-次氯酸鈉比色法測定玉米青貯飼料的氨態氮含量[12]。使用液相色譜儀(Nexera UHPLC LC-30A, Shimadzu)測定玉米青貯飼料的乳酸含量[13]。

1.4 數據分析

采用SPSS 22.0軟件進行統計分析，用平均值 ±標準誤表示測定結果。對不同處理進行雙因素方差分析，并用Duncan法對各測定數據進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 糞便及土壤理化性質

本研究所用豬糞、雞糞、牛糞及土壤的理化性質如表1所列。大棚土壤沙土比例為72.57%，壤土比例為16.03%，粘土比例為11.40%。

2.2 青貯玉米常規營養成分分析

Fowl組粗蛋白含量分別比CK與Cow組顯著(P ＜ 0.05)高出20.57%與18.60%，Fowl組的中性洗滌纖維顯著(P ＜ 0.05)高出CK組18.64%，Fowl組粗灰分含量分別比Cow與Hog組顯著(P ＜ 0.05)高出 58.40% 和 39.59%(表 2)。

2.3 玉米青貯飼料常規營養成分及發酵品質分析

青貯發酵后，Cow組的中性洗滌纖維顯著(P ＜0.05)高于CK組和Hog組，其他3組間無顯著差異(P ＞ 0.05)。Fowl組的酸性洗滌纖維顯著 (P ＜ 0.05)低于其他3組，比CK組低13.27% (表3)。

從發酵品質來看，各處理組的pH、氨態氮比總氮、乳酸、乙酸、丙酸及丁酸均無顯著差異(P ＞0.05) (表 4)。

3 討論

3.1 不同種類有機肥對青貯玉米常規營養的影響

植物靠吸收和利用氮元素來合成自身蛋白質，氮元素對作物的產量至關重要[14]。研究發現，新鮮雞糞的含氮量一般比豬糞和牛糞都高[15]。Fowl組粗蛋白含量顯著(P ＜ 0.05)高于CK組與Cow組，與Hog組無顯著差異(P ＞ 0.05)，可能是因為雞糞與豬糞的氮含量高，促進了玉米對氮的吸收和沉淀。高的含氮量能促進植物根部細胞表達銨態氮和硝態氮轉運載體，從而增加植物對氮的吸收和利用[16]。Shahid等[16]研究發現，添加雞糞能顯著(P ＜ 0.05)提高小麥(Triticum aestivum)的粗蛋白含量。Oyedeji等[17]研究發現，給綠穗莧(Amaranthus hybridus)和繁穗莧(Amaranthus cruentus)添加雞糞后，其粗蛋白含量均顯著(P ＜ 0.05)高于不添加雞糞的對照組。本研究得出類似結論。

表 1 糞便與土壤的理化性質Table 1 Properties of manure and soil

表 2 不同種類有機肥對青貯玉米常規營養成分的影響Table 2 Effect of different manure on the nutrient content of fresh corn

表 3 不同種類有機肥對玉米青貯飼料常規營養的影響Table 3 Effect of different manures on the nutrient content of corn silage

表 4 不同種類有機肥對玉米青貯飼料發酵品質的影響Table 4 Effect of different manures on the fermentation quality of corn silage

中性洗滌纖維具有促進瘤網胃發育、穩定瘤胃pH、維持反芻動物正常消化功能、提高乳脂率等功能，是反芻動物必不可少的營養物之一[18]。Hawkesford[14]給綠穗莧和繁穗莧添加雞糞后，其粗纖維含量均顯著(P ＜ 0.05)高于不添加雞糞的對照組，本研究結果與其基本一致。Fowl組的中性洗滌纖維顯著(P ＜ 0.05)高于CK組，Cow與Hog組的中性洗滌纖維也分別比CK組高出了13.41%與10.45%。中性洗滌纖維以纖維素和半纖維素為主，還有少量的酸性洗滌木質素及酸不溶灰分；酸性洗滌纖維主要以纖維素為主，還有少量的酸性洗滌木質素及酸不溶灰分[19]。Fowl組的中性洗滌纖維比CK組平均高出8.2%，但其酸性洗滌纖維平均只比CK組高出2.1%，這提示Fowl組的半纖維素平均含量比CK組高。Fowl組粗灰分含量顯著高于(P ＜ 0.05)其他各組。新鮮雞糞的鉀、鈣等礦物質含量比新鮮牛糞和新鮮豬糞都高[15]，這可能促進了玉米對礦物質的吸收與積累。

3.2 不同種類有機肥對玉米青貯飼料常規營養成分及發酵品質的影響

青貯發酵后，各組粗蛋白含量都有升高的趨勢，這與申愛華等[20]的研究結果一致，但各組間不存在顯著差異(P ＞ 0.05)。粗蛋白含量升高可能是由于青貯過程產生了大量的微生物蛋白。Fowl組的中性洗滌纖維與CK組相比有升高趨勢，其酸性洗滌纖維含量顯著低于CK組(P ＜ 0.05)。

pH、有機酸和氨態氮是評價青貯發酵品質的重要指標[21]。許多研究表明，隨著pH的降低，有害發酵被抑制[22-23]。玉米青貯的pH一般要求在3.6～4.2，理想范圍為3.8～3.9。本研究各處理組的pH都低于4.2，各處理組之間無顯著差異(P ＞ 0.05)。氨態氮與總氮的百分比反映了飼料中的蛋白質被分解的程度[24]，本研究的氨態氮與總氮的百分比在3.45%～3.85%，與前人的研究結論一致[25-26]。Schmidt等[27]研究表明，乙酸有助于提高青貯有氧穩定性，丁酸是梭菌發酵產物，其濃度越低越好。本研究4個處理組的乳酸、乙酸和丁酸都沒有顯著差異 (P ＞ 0.05)。

4 結論

施以干物質基礎為500 g·m-2的雞糞能顯著提高青貯玉米粗蛋白和中性洗滌纖維含量，但對其發酵品質沒有影響，施以干物質基礎為500 g·m-2的豬糞或牛糞對青貯玉米常規營養含量和發酵品質均沒有影響。綜合考慮青貯玉米的常規營養含量和發酵品質，施以干物質基礎為500 g·m-2的雞糞是最佳的施肥方案。