小麥青貯的營養價值及其在奶牛生產中的應用

蔡阿敏 范逸婷 李鵬濤 高騰云

(河南農業大學動物科技學院，鄭州 450046)

小麥(TriticumaestivumL.)是世界上種植最廣泛的禾本科植物，是三大谷物之一，也是人體所需碳水化合物的重要來源[1]。我國的小麥面積種植最廣，但幾乎全作食用，作為飼料使用的僅約占1/6[2]。隨著全球范圍內夏季雨水缺乏，冬季高溫持續，造成反芻動物飼料來源匱乏，小麥以干草、青貯飼料或秸稈的方式，成為反芻動物的主要飼料來源[1]。

隨著飼料資源的缺乏，人們對小麥的飼用價值逐漸關注。目前，麥類被作為一種非常規飼料原料，在單胃動物飼糧中作為能量飼料原料在世界各國被廣泛利用，如東歐、英國、北歐和北美等國家及地區普遍使用小麥作飼料，就連亞洲的日本，其進口小麥的1/4也用作飼料[3]。在以色列和世界許多地方，全作物小麥是制作青貯飼料的主要作物，因其適應性強、產量高、種植季節與玉米和大豆等其他重要作物不沖突，被廣泛種植[4]。冬季谷類作物被認為是亞熱帶和溫帶地區的良好飼料來源，與其他冬播作物相比，由于小麥干物質含量較高及其青貯制作技術方案的可行性，而被廣泛應用[5]。但小麥秸利用率低，難以處理，如果處理不當，易造成環境污染。因此，采用小麥青貯方式，既可解決飼料短缺問題，又可緩解麥秸帶來的環境壓力。另外，玉米價格持續上漲，而小麥價格較低，成為小麥青貯替代玉米青貯的另一推動力。

1 小麥青貯的營養價值

小麥主要以干草、青貯飼料或秸稈的形式喂給反芻動物[1]。與小麥干草相比，小麥青貯的非結構性碳水化合物(NSC)含量較高，中性洗滌纖維(NDF)含量較低，體外干物質消化率較高[6]，且淀粉利用率高[7-8]。小麥青貯可作為高產奶牛或肉牛的優質粗飼料，其營養價值接近玉米青貯[9]。與玉米青貯相比，小麥青貯的NDF、酸性洗滌纖維(ADF)以及酸性洗滌木質素(ADL)含量較高，干物質瘤胃有效降解率相似，但淀粉含量遠低于玉米青貯[10]。

小麥主要刈割期有開花期、乳熟期、蠟熟期，這3個時期均能制作成優良的青貯飼料。然而，不同時期刈割的小麥營養價值不同，其對應青貯飼料的營養成分也存在較大差異。從開花期到蠟熟期，隨著成熟度的增加，小麥的干物質含量和干物質產量增加，在蠟熟期達到最大值，這是由于蠟熟期小麥籽粒與生物量的比值增加[11-12]；伴隨著小麥的成熟，淀粉在小麥籽實中逐漸累積，水溶性碳水化合物(WSC)含量隨成熟度的增加而減少[9,13]；而小麥中粗蛋白質的含量逐漸下降，這是由于隨著小麥逐漸成熟，光合作用減弱，抑制了蛋白質的合成[14]。不同生育期全株小麥的營養特性[15-16]如表1所示。Ashbell等[17]的研究結果表明，從乳熟期到蠟熟期，小麥干物質產量的增幅約為40%。但也有研究表明[13]，小麥乳熟期和蠟熟期的干物質產量沒有顯著差異，這可能與氣候條件和小麥品種的差異有關。

表1 不同生育期小麥的營養特性

2 影響小麥青貯營養價值和發酵品質的因素

2.1 小麥的栽培模式

研究表明，小麥的播種量、施肥種類以及施肥時期，均會影響小麥青貯的營養價值與發酵品質[18]。pH、有機酸及氨態氮(NH3-N)含量等是評價青貯飼料發酵品質的主要指標，其中氨態氮與總氮的比值越低，表明青貯過程中蛋白質分解越少，發酵品質越高[19]，徐趙紅[18]研究表明，小麥播種量越高，小麥青貯中氨態氮比例越少，蛋白質分解較少，然而小麥青貯的有氧穩定性在中播種量時最高，且pH隨播種量的增加呈先上升后降低的趨勢，因此當播種量為385 kg/hm2時，小麥青貯的品質較好。拔節期是小麥干物質累積及養分利用的高效期[20]，在苗期和拔節期施用尿素+復合肥，全株小麥干物質產量、營養價值、發酵品質和飼用安全性為最佳。

2.2 小麥的收獲期

影響小麥青貯營養價值和發酵品質的主要因素有小麥植株的含水率以及WSC含量，而決定作物含水率及WSC含量的關鍵是作物的成熟期，一般適宜青貯發酵的含水率為60%～70%[13]。因此，小麥青貯的營養價值和發酵品質在很大程度上取決于小麥的成熟階段[21]。在成熟早期，干物質含量低，青貯發酵過程中易產生丁酸發酵，造成可消化養分的大量流失。但過高的干物質含量則可能會影響青貯過程中的壓實程度和發酵，易導致青貯物變質和養分流失[22]。青貯原料的WSC含量較低會限制乳酸菌的生長，從而抑制pH的迅速降低，而pH降低速度緩慢就會給其他雜菌(如梭菌等)足夠的生長時間，影響發酵品質[23]。秦夢臻等[15]的研究顯示，供試小麥植株乳熟期水分、WSC、粗蛋白質、粗灰分含量高于蠟熟期，淀粉含量、體外干物質消化率(IVDMI)低于蠟熟期，ADF含量略高于蠟熟期，NDF含量與蠟熟期接近，由于乳熟期小麥中WSC含量較高，導致乳熟期小麥青貯的發酵品質較高，但飼用價值低于蠟熟期小麥青貯。研究指出，雖然蠟熟期小麥中WSC含量較低，但其青貯中可以產生足夠的乳酸以保證其發酵品質，因為內源淀粉酶水解小麥籽粒中的淀粉可以作為蠟熟期青貯發酵的基質[7]。另有研究表明，在蠟熟早期及籽粒由軟變硬時收獲的小麥，其青貯品質總體較好，但氨態氮含量較高，分別為155、117 g/kg，高于一般青貯飼料推薦的最大值(100 g/kg)[9]，然而以4 L/t的甲酸+丙酸進行處理，其氨態氮含量明顯降低[11]，乙醇含量(14～20 g/kg DM)高于一般標準(8 g/kg DM)[9]，但是使用基于丙酸等化學物質的高劑量防腐劑(如亞硝酸鈉、烏洛托品、苯甲酸鹽等)處理可降低乙醇含量[24]。另外，相比于蠟熟早期，在籽粒由軟變硬的蠟熟期收獲的小麥，其青貯能夠提高奶牛的產奶量[12]，且隨著成熟度的增加，全株小麥青貯淀粉含量越高，奶牛乳蛋白含量隨之增高[25-26]。然而，Arieli等[27]通過對泌乳奶牛NDF消化率和產奶量進行研究發現，開花期收獲的小麥的青貯品質優于其他成熟期。Weinberg等[28]發現，從產量、營養成分和發酵品質來看，制作小麥青貯的最佳時間是乳熟期。也有研究表明，小麥的含水率隨收獲時間的推遲而降低，而植株高度差異不顯著，抽穗后40和45 d收獲的小麥干物質產量和總可消化養分(TDN)產量顯著高于抽穗后35 d收獲的小麥，不同收獲時間的小麥青貯pH相似，乳酸含量隨收獲時間的延長降低[29]。從小麥青貯的干物質含量和發酵品質考慮，小麥用來制作全株青貯飼料的最佳收獲時間為抽穗期后的40～45 d。不同生育期小麥青貯營養價值[13,21]如表2所示，發酵品質[4,13,15]如表3所示。

表2 不同生育期小麥青貯的營養價值(干物質基礎)

表3 不同生育期小麥青貯的發酵品質

2.3 乳酸菌

在影響飼料作物青貯品質的各種因素中，乳酸菌和WSC含量是2個關鍵因素，當它們不足時往往會限制理想發酵。然而，在大多數情況下，作物本身附著的乳酸菌不足，其中許多乳酸菌在青貯早期繁殖緩慢，導致發酵品質不佳。乳酸菌接種劑，主要是同型發酵乳酸桿菌，常被用作青貯添加劑，刺激乳酸發酵，降低pH，從而抑制有害微生物和青貯飼料的蛋白質水解[30]，當青貯窖開倉時，厭氧環境變為有氧環境，在無氧條件下保持休眠狀態的微生物大量繁殖，導致青貯物變質，特別是在適宜溫度下。Ashbell等[31]研究發現，好氧菌、酵母菌和霉菌利用殘留的WSC和乳酸大量繁殖，導致有氧變質，使得青貯飼料pH上升并損失能量，甚至產生有害物質[32]。因此，開倉后pH變化越小，說明青貯飼料的好氧穩定性越好。Xie等[13]在全株小麥青貯過程中添加同型乳酸菌菌劑后顯著降低了小麥青貯的pH和NH3-N含量，而添加異型乳酸菌菌劑則降低了乳酸含量，升高了乙酸含量，與對照小麥青貯相比pH無顯著差異，且提高了不同成熟階段小麥青貯的好氧穩定性。在小麥青貯過程中接種植物乳桿菌和乳酸片球菌后增加了干物質、有機物和總碳水化合物含量，但由于稀釋作用使得粗蛋白質含量降低。從發酵品質上看，接種乳酸菌降低了小麥青貯中乙酸和丁酸的含量，而提高了丙酸的含量[33]。與異型乳酸菌相比，同型乳酸菌具有更高的葡萄糖利用效率，同型乳酸菌發酵能促進乳酸的積累和pH的下降，從而更有效地抑制有害微生物的生長[34]。Addah等[35-36]研究發現，用同型乳酸菌接種會降低青貯飼料的丙酸含量，而用異型乳酸菌接種則丙酸含量不受影響。乳酸菌接種劑除了能夠提高青貯品質外，對提高動物生產性能同樣有著顯著影響[37]，Ben-Meir等[38]用不同接種菌制作裹包小麥青貯并飼喂奶牛，結果表明，使用不同接種菌均能提高奶牛的泌乳性能，其中布氏乳桿菌(Lacobacillusbuchneri)40788接種劑效果最佳，這可能與接種菌在胃腸道的存活及發揮作用有關[39]。

2.4 好氧穩定性

好氧穩定性是青貯飼料的一個重要特性，它決定了青貯飼料暴露在空氣中的安全性和質量[4]。小麥品種、收獲期、萎蔫和青貯時添加乳酸菌制劑對小麥青貯的好氧穩定性均有一定的影響。Weinberg等[4]研究了2個品種的小麥，在初花期和乳熟期收獲，直接切段或萎蔫后切段，并貯存在微型青貯窖中，貯存2～7個月后，對青貯飼料進行7 d有氧穩定性試驗，測定青貯飼料的干物質和NDF消化率、溫度，以及干物質損失量和二氧化碳(CO2)產生量，結果表明，小麥品種和乳酸菌接種對青貯飼料營養成分和好氧穩定性有影響，成熟期對好氧損失有影響，而萎蔫對好氧腐壞指標無影響。Chen等[5]研究表明，在有氧環境下，在乳熟期收獲的小麥制備的青貯飼料不穩定，而在初花期和蠟熟期收獲的小麥制備的青貯飼料較穩定。好氧穩定性通常與揮發性脂肪酸的存在有關，揮發性脂肪酸可以抑制酵母菌和霉菌腐敗，同型接種劑減少了揮發性脂肪酸的形成和發酵損失，但使貯藏在青貯倉內的小麥青貯的好氧穩定性下降[40]。

2.5 青貯添加劑

青貯添加劑往往被用于提高青貯品質，以提高青貯飼料的營養價值。青貯過程中添加甲酸能迅速降低青貯飼料的pH以及丁酸和氨態氮濃度[41]，丙酸能夠抑制好氣型腐敗菌的發酵、降低氨態氮的生成[42]，在全株小麥青貯中添加甲丙混合酸(13∶7)，不僅降低了小麥青貯中的乳酸、乙酸以及氨態氮的比例，還提高了WSC含量及小麥青貯的干物質、NDF體外消化率，其中以添加0.3%的甲丙混合酸效果最佳[43]。亞硝酸鹽及烏洛托品能夠抑制梭狀芽孢桿菌和梭狀芽孢桿菌孢子的生長，因此常被用作青貯添加劑。K?nig等[44]在青貯過程中添加亞硝酸鈉、烏洛托品亞硝酸鈉混合物及甲酸，結果表明，單獨添加亞硝酸鈉顯著降低了青貯飼料的NH3-N含量，而添加二者混合物對青貯品質并無明顯改善，且隨著混合物中烏洛托品添加量的增加，青貯飼料的pH呈線性上升，乳酸含量呈下降趨勢。亞硝酸鈉添加劑在預防丁酸生成方面比甲酸更有效。Arican等[45]在小麥-匈牙利野豌豆混合青貯中分別添加0、0.02%、0.04%、0.08%和0.16%的黑種草油(Nigellasativa)，結果表明，與對照組相比，添加黑種草油能顯著提高小麥-匈牙利野豌豆混合青貯的干物質和有機質含量，且添加0.16%時乳酸含量增加，但各組的粗蛋白質、粗脂肪、粗灰分、NDF、ADF含量以及pH、丙酸含量、代謝能(ME)、有機物體外消化率(IVOMD)、泌乳凈能(NEL)無顯著差異，即添加黑種草油能夠提高小麥-匈牙利野豌豆混合青貯的發酵品質，且以添加0.16%時效果更佳。

3 小麥青貯在奶牛生產中的應用

在美國東北部地區，小麥作為冬季生長的覆蓋作物，可以防止在玉米青貯收獲后裸地被侵蝕。覆蓋作物能夠有效利用秋季施用的肥料及減少硝酸鹽的浸出[46]，種植小麥需要較多勞動力、設備和其他投入，作為抵消種植成本、增加每畝每年飼料產量、從同一土地基地收獲更多飼料的一種方式，利用小麥替代玉米青貯等飼料的做法越來越受歡迎[47]。Turan[48]研究了土耳其野豌豆與小麥以不同比例混合青貯，結果表明，土耳其野豌豆與小麥以4∶1比例混合青貯的ADF、NDF、可消化干物質采食量、干物質采食量及相對飼喂價值(RFV)均顯著高于全小麥青貯，但干物質含量顯著低于全小麥青貯，且隨著混合青貯中小麥比例的減少，混合青貯的干物質含量降低，這主要與小麥的干物質含量顯著高于土耳其野豌豆有關。

Shaani等[6]分別以小麥青貯、小麥長干草(攪拌機中攪拌5 min)、小麥短干草(攪拌機中攪拌30 min)作為奶牛唯一粗飼料來源，研究了其對奶牛生產性能的影響，結果發現，與小麥干草相比，小麥青貯具有低NDF含量、高干物質體外消化率的特點，這主要是由于小麥青貯與小麥長干草的物理有效纖維(peNDF)相似，高于小麥短干草，但小麥青貯的非纖維性碳水化合物(NFC)含量較高，因此以小麥青貯為主的全混合日糧(TMR)的干物質體外消化率高于小麥干草；小麥青貯組TMR的干物質、粗蛋白質、粗脂肪及NSC表觀消化率高于小麥干草組，而NDF表觀消化率與小麥青貯組相似，最終體現在3組瘤胃pH相近；此外，小麥青貯組TMR中各營養物質的較高消化率，使得飼喂小麥青貯TMR的奶牛日均產奶量、4%乳脂校正乳(4%FCM)及能量校正乳(ECM)、乳脂含量和飼料轉化效率均顯著高于飼喂小麥干草TMR的奶牛。

Harper等[10]以小麥青貯替代飼糧中10%的玉米青貯，奶牛的干物質采食量無顯著差異，但產奶量降低，這可能是由于小麥青貯的纖維含量高于玉米青貯，而淀粉含量低于玉米青貯。另有研究指出，當小麥青貯等覆蓋作物替代玉米青貯作為奶牛粗飼料來源時，淀粉含量會降低，隨之降低奶牛飼糧中的可利用能量[49]，因此導致小麥青貯替代組奶牛雖具有相似的干物質采食量，但產奶量降低。Harper等[10]研究指出，當以小麥青貯替代玉米青貯時，奶牛日均乳蛋白產量降低，雖然小麥青貯的過瘤胃蛋白(RUP)含量高于玉米青貯，但用于瘤胃微生物蛋白合成的能量較少，所以小麥青貯組奶牛的乳蛋白產量低于玉米青貯組；另外，小麥青貯組牛奶中脂肪酸C4∶0和C6∶0含量增加，硬脂酸(C18∶0)含量也有增加趨勢，而t-10 C18∶1含量顯著降低，但總反式脂肪酸含量增加。乳脂中t-10 C18∶1是瘤胃中的微生物將脂肪酸氫化的一種中間產物，與乳脂合成抑制有關[50-51]。與玉米青貯相比，小麥青貯的纖維含量較高，淀粉含量較低，可能是造成瘤胃生物加氫的原因之一。由于小麥青貯低淀粉、高纖維、高木質素的營養特性，其體外干物質有效降解率較玉米青貯低，飼糧干物質和有機物的表觀消化率也較低。在Harper等[10]的試驗中，由于小麥青貯組飼糧的粗蛋白質含量高于玉米青貯組，導致飼糧蛋白質供應過量，其尿素氮排泄量較高，乳氮效率較低，這為減少小麥青貯組飼糧中蛋白質飼料添加量，降低飼料成本提供了可能。袁文煥等[52]以小麥青貯替代20%的玉米青貯，結果顯示，2組泌乳奶牛的干物質采食量、產奶量、乳成分、營養物質消化率均無顯著差異，表明在泌乳奶牛飼糧中小麥青貯可以替代部分玉米青貯而對其生產性能無顯著影響。

有研究表明，用玉米青貯或小麥青貯替代牧草青貯，奶牛干物質采食量增加，但對產奶量無顯著影響[53-54]。通常當奶牛飼喂高淀粉和高纖維飼糧時，干物質采食量的增加常常伴隨著產奶量的增加[55-56]，然而飼喂玉米青貯、小麥青貯或牧草青貯時，奶牛產奶量無顯著變化，可能是由于玉米青貯和小麥青貯中淀粉含量增加，可導致瘤胃pH降低，丙酸產量增加，不利于纖維分解菌生長，從而降低NDF和ADF的消化率[54,57]。與玉米青貯和牧草青貯相比，小麥青貯的單位干物質甲烷(CH4)排放量最低[54]。但也有研究表明，用玉米青貯或小麥青貯替代牧草青貯，奶牛的干物質采食量無顯著變化[58-59]。

在以小麥青貯替代小麥短干草時，易導致瘤胃pH下降，增加奶牛患亞急性瘤胃酸中毒(SARA)的風險；干物質采食量無顯著差異，干物質和NDF表觀消化率相似；小麥青貯組瘤胃液體外培養的甲烷產量低于小麥干草組，且飼喂前1 h的甲烷產量顯著高于飼喂后6 h[60]。也有研究表明，當奶牛飼喂小麥青貯TMR與小麥干草TMR時，奶牛瘤胃pH及NDF表觀消化率無顯著差異，但小麥青貯組奶牛的干物質消化率顯著高于小麥干草組，并且飼喂小麥青貯能夠顯著提高奶牛的產奶量、4%FCM和ECM[7]。另外，Bikel等[61]比較了小麥青貯與大麥青貯的營養價值，結果表明，相同條件下，小麥的干物質生物產量比大麥低19%，但二者營養成分含量及青貯TMR的體外消化率無顯著差異；飼喂小麥青貯TMR的奶牛干物質采食量高于飼喂大麥青貯TMR的奶牛，但小麥青貯組奶牛的采食時間較短，且體內消化率較低，這可能與大麥NDF含量較高致使瘤胃反芻時間增加有關，反芻時間越長，體內干物質消化率越高，生產效率越高；另外，小麥青貯組奶牛的泌乳性能以及乳脂量要低于大麥青貯組，這可能與小麥青貯組奶牛瘤胃pH較低有關，pH較低(低于6.0)會對瘤胃中的微生物活性產生負面影響[62]，瘤胃中乙酸的生成量會減少，隨之乳腺中的脂肪酸合成量也會降低[63]。因此，在今后生產中，采用小麥、大麥混合青貯方式是否會提高奶牛的干物質采食量，同時改善瘤胃發酵狀況，降低奶牛患SARA的風險，提高小麥青貯的飼料利用率，還有待進一步研究。

4 小 結

眾多研究表明，小麥青貯可替代部分玉米青貯用于奶牛生產中，其營養價值及發酵品質與生育期密切相關，不同生育期小麥青貯的養分消化率及可利用率不同，各有優劣。奶牛不同生理階段的營養需求不同，那么能否針對其營養需求特點，結合各生育期小麥青貯的營養特性，制作高利用率的TMR，還有待進一步研究。探究小麥青貯營養利用的限制性因子，以及尋找更適于青貯的小麥品種，提高小麥青貯單產，降低成本，是小麥青貯推廣應用亟待解決的問題。