玉米秸稈與番茄皮渣裹包混貯發酵品質及瘤胃降解特征研究

付東青，賈春英，連曉春，張力，張凡凡*，馬春暉

（1.石河子大學動物科技學院，新疆 石河子832000；2.新疆生產建設兵團第三師畜牧獸醫工作站，新疆 圖木舒克843806；3.新疆生產建設兵團畜牧獸醫工作總站，新疆 烏魯木齊830063；4.新疆農墾科學院，新疆 石河子832000）

新疆南疆地區畜牧養殖是當地農牧民賴以生存的重要依靠和經濟來源，對于經濟發展和社會穩定意義重大。全株玉米（Zea mays）青貯營養價值高，是目前最為重要的反芻家畜飼料之一［1］；而目前南疆地區多采用玉米秸稈黃貯，其營養價值較差，不能滿足家畜營養需求，所以選擇合適的原料與玉米秸稈進行混貯是解決這一問題的有效措施。番茄（Solanum lycopersicum）是新疆地區優勢資源，尤其阿克蘇地區已成為南疆番茄生產加工的主要區域，其生產加工后產生大量皮渣不能有效利用，不僅是對資源的浪費，且造成一定環境污染［2］。大量研究證實，番茄皮渣中含豐富的營養物質，將其進行飼用可節約養殖成本、提高資源利用效率［3-13］。肉牛和奶牛日糧中添加發酵番茄皮渣可顯著提高家畜體重和平均日增重［4-5］；且可顯著改善奶牛瘤胃內環境，奶產量、粗蛋白、粗纖維和干物質的消化率均顯著提高［6-7］。羊日糧中添加番茄皮渣也可顯著改善瘤胃環境，提高干物質采食量，改善肉品質［8-10］；且對羊的抗病性和毛品質均有改善作用［11］。此外，番茄皮渣對豬和禽類養殖也有一定增益效果［12-13］。但由于新鮮番茄皮渣含水率、含糖量較高，表面附著發酵微生物（乳酸菌）含量少，單獨進行青貯易造成腐敗變質［14-15］，進而破壞日糧品質。因此學者們針對其混貯效果開展了相關研究，研究表明，番茄皮渣和梨渣（1∶1）的混貯效果優于番茄皮渣單獨青貯［16］；番茄皮渣和玉米秸稈（6∶4）、小麥秸稈（9∶1）的混貯效果較好，其不僅可替代部分奶牛日糧中的全株玉米青貯，且可顯著提高牛奶產量和品質，降低生產成本，提高養殖效益［3］。對于番茄皮渣與玉米秸稈的混貯，其營養價值完全可等同于玉米秸稈青貯［17］。番茄皮渣和玉米秸稈混貯比例為4∶6 和3∶7 時，青貯效果和營養價值較好，其混貯含水量為50%和60%時，效果優于其他混貯含水量（比例）［18］。而也有報道稱，不同水分含量（40%～70%）對混貯品質無顯著影響［19］?？v觀以往研究發現，采用番茄皮渣與玉米秸稈混貯可彌補各自單獨發酵的缺陷，而針對混合比例和混貯體系含水量情況如何還存在一定爭議，且在實際生產中未能得到有效驗證。而往往把握混貯比例以控制發酵體系的含水量是確保發酵品質的關鍵。鑒于此，本研究選擇南疆地區玉米秸稈與番茄皮渣進行裹包混貯，通過對發酵特征物質、營養物質、瘤胃降解率等的詳細分析，明確最優混貯比例，為地區優勢飼料資源的高效利用提供保障。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗以新疆農墾科學院選育的新飼玉12 號（Z.mays‘Xingsiyu NO.12’）玉米為研究材料，試驗地位于新疆生產建設兵團第三師51 團2 連（N 39°52′37″；E 79°29′38″；海拔1094 m），當地屬溫帶極干旱荒漠氣候，日照時間長，晝夜溫差大，年平均氣溫11.6 ℃，最熱月（7月）平均氣溫25.0～26.7 ℃，最冷月（1月）平均氣溫-7.3～-6.6 ℃，年平均無霜期225 d，年降水量38.3 mm。青貯玉米種植時間為2019年5月10日-2019年8月26日（生長期為108 d），玉米種植為穴播，株距15 cm，密度按照寬窄行處理［（60+40）cm］，種植面積為1050 m2，灌水方式采用滴灌，按照一般青貯玉米種植管理模式進行管理。在青貯玉米完熟期收獲果穗后將玉米秸稈刈割（2019年9月2日），當場粉碎至2 cm 左右長度。

番茄皮渣收購自中糧屯河拜城番茄制品有限公司（新疆阿克蘇地區拜城縣米吉克鄉），收購回檢測黃曲霉毒素（6.27 μg·kg-1）和黃曲霉毒素B1（1.57 μg·kg-1）含量（均未超過國標GB/T 17480-2008“飼料中黃曲霉毒素B1的測定”），原料品質見表1。

表1 玉米秸稈與番茄皮渣原料營養品質概況Table 1 Material nutrition parameters of cornstalk and tomato pomace

1.2 試驗設計

試驗于2019年9月2日玉米秸稈收獲后立刻進行裹包青貯，由于實際生產按照含水量折算混貯比例效率較低不易實現，因此本研究完全貼近生產將玉米秸稈與新鮮番茄皮渣按比例進行混合，混合比例為，番茄皮渣∶玉米秸稈（質量比）=0∶10（T1處理）、3∶7（T2處理）、4∶6（T3處理）、5∶5（T4處理）、6∶4（T5處理）、7∶3（T6處理）、10∶0（T7處理），共計7 個處理（含水量依次為55.61%、64.33%、67.27%、70.14%、73.05%、75.96%和84.68%），每個處理3 次重復，共計裹包21 包，每包70 kg 左右。采用方盛全自動打捆包膜機（9QYG-0.5），裹包層數10 層。裹包結束后將其放于常溫環境下發酵90 d，90 d 時全部開包進行感官評定，同時測定營養指標、發酵指標和瘤胃半體外降解率，各項指標均測定3 次重復。

瘤胃消化采用瘤胃瘺管尼龍袋法（在塔里木大學動物科技學院開展）［20］。選用3 只體重體型相似［（52.0±2.50）kg］，生長狀況良好的哈薩克羊，安裝永久性瘤胃瘺管。安裝瘺管后正常飼喂一周（基礎日糧主要為苜蓿（Medicago sativa）和天康配合飼料），期間檢查安裝瘺管羊的適應情況。試驗前采用番茄皮渣和玉米秸稈混貯（1∶1）預飼1 周，每只羊每天定量飼喂200 g 精料（精料成分為玉米51%、麩皮24%、豆粕18%、尿素1.5%、食鹽1%、碳酸氫鈣2.5%、添加劑2%），混貯1.8 kg，自由飲水。試驗開始后將各處理樣品再次干燥（65 ℃）至恒定過篩（0.43 mm），準確稱取3.00 g 樣品放入尼龍袋中（孔徑40～50 μm，尺寸6 cm×9 cm），填裝后用尼龍線扎口綁在鐵鏈上，每只羊均做3 次重復。于晨飼前（8：00）進行投放，共設置5 個時間點（12、24、36、48、72 h），到相應時間后將尼龍袋取出迅速洗凈，待測。

1.3 各指標測定方法

感官評定方法參考文獻［21］，主要觀察色澤、氣味和質地。

營養品質主要測定干物質（dry matter，DM）、粗蛋白（crude protein，CP）、可溶性碳水化合物（water soluble carbohydrates，WSC）、中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）、酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）、粗脂肪（ether extract，EE）、粗灰分（crude ash，Ash）含量，均采用國標法測定［22］，其中采用重量法測定DM 含量，凱氏定氮法測定CP 含量，蒽酮比色法測定WSC 含量，范氏（Van Soest）洗滌纖維法測定NDF 和ADF 含量，索氏浸提法（石油醚浸出）測定EE 含量，灰化法測定Ash 含量。

發酵指標主要分析pH、氨態氮（ammoniacal nitrogen，NH3-N）、乳酸（lactic acid，LA）、乙酸（acetic acid，AA）、丙酸（propionic acid，PA）、丁酸（butyric acid，BA）。其中pH 使用酸度計測定，LA、AA、PA、BA 含量采用高效液相色譜法測定，NH3-N 含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定，同時折算NH3-N/總氮（total nitrogen，TN）［20］。

瘤胃降解率主要分析干物質降解率（dry matter degradability，DMD）、中性洗滌纖維降解率（neutral detergent fiber degradability，NDFD）、酸性洗滌纖維降解率（acid detergent fiber degradability，ADFD）、有機物降解率（organic matter degradability，OMD），各指標測定方法同DM、NDF、ADF、Ash（OM%=1-Ash%）。

1.4 數據分析

青貯玉米瘤胃降解率計算方法為（1）式［23］，降解特征參數計算方法為（2，3）式［24］。

式中：Dx為待測樣品某成分的瘤胃降解率（%）；MA為待測樣品某成分含量（g）；MB為過瘤胃殘留物中某成分含量（g）；DP為青貯玉米中某成分在瘤胃內停留t小時的瘤胃降解效率；a為快速降解部分（%）；b為慢速降解部分（%）；a+b為潛在降解部分（%）；c為慢速降解部分的降解速率（%·h-1）；ED為某成分在瘤胃內的有效降解率；k為粗飼料瘤胃外流速率常數（%·h-1），本研究k值取2.5%·h-1。采用matlab 軟件進行偏最小二乘計算，求得各相關參數。

全部數據采用Excel 2012 軟件進行初步整理，采用SPSS 22.0 軟件進行數據的F檢驗，通過F檢驗后進行單因素（One-way ANOVA）方差分析，多重比較均采用Duncan 法。采用模糊相似優先比法評價最佳處理［25］，運用DPS v7.05 軟件將樣品15 項指標進行分析計算，對其給予識別表示為1，固定樣本即參考品種（參考品種各指標均為理論情況最優值），表示為0。運行“模糊相似優先比分析”功能，權重選取見表2，計算結果中待測樣與參考品種相似程度大小即反映綜合價值。

表2 參考品種綜合品質及其權重Table 2 Reference variety comprehensive quality and its weight

2 結果與分析

2.1 玉米秸稈與番茄皮渣裹包混貯感官評定

各混貯處理氣味除T7處理有輕微丁酸氣味，其他處理均為乳酸氣味。T2、T3、T4處理酸味濃郁，T1、T5、T6處理酸味中等，僅T7處理有輕微酸味。T1、T2、T3處理質地松散不粘手，無霉變；T4、T5、T6處理輕微粘手，其中T6處理有輕微霉變；T7處理發黏結塊，有一定霉變。整體感官表現，T2和T3處理為優等（表3，圖1）。

圖1 玉米秸稈與番茄皮渣裹包混貯感官圖Fig.1 Photo of mixed silage with cornstalk and tomato pomace

表3 玉米秸稈與番茄皮渣裹包混貯感官評定Table 3 Comprehensive sensory evaluation of mixed silage with cornstalk and tomato pomace

2.2 玉米秸稈與番茄皮渣裹包混貯發酵品質分析

發酵第90 天，T2、T3處理DM 和LA 含量較高（表4）（P＜0.001）。T3處理CP 含量最高（P=0.035）。WSC 含量T3處理顯著高于除T2處理外的其他處理（P＜0.05）。NDF 含量僅T3和T4處理顯著低于T7處理（P＜0.05），其他處理間差異均不顯著（P＞0.05）。T3、T4處理ADF 含量顯著低于其他處理（P＜0.001）。T3、T4、T5處理Ash 含量較高（P=0.018）。T1、T3、T5、T6、T7之間EE 含量差異顯著（P＜0.05）。T2、T3、T4處理pH 值較低（P＜0.001）。AA 含量高低排序為T4、T5、T6處理＞T1、T3、T7處理＞T2處理（表4）（P＜0.001）。T1、T2、T3、T4處理PA 含量均較低（P＜0.05）。T1、T2、T3處理NH3-N 和BA 含量均較低（P＜0.001）。T2處理與T1和T3處理NH3-N/TN 差異不顯著（P＞0.05），T4和T5處理間差異不顯著（P＞0.05），其他各處理間差異均顯著（P＜0.05）。

2.3 玉米秸稈與番茄皮渣裹包混貯瘤胃消化特征分析

通過對不同處理混貯發酵90 d 時DM、NDF、ADF 和OM 瘤胃降解率的分析，結果表明（圖2），瘤胃中36、48、72 h 時的T1、T2、T3處理DMD 顯著高于其他處理（P＜0.05）。瘤胃中24、72 h 時T2處理NDFD 最高（P＜0.05），36 和48 h 時T2、T3處理NDFD 顯著高于其他處理（P＜0.05）。瘤胃中24 h 時T2處理ADFD 最高（P＜0.05），48 h時T1、T4處理ADFD 顯著低于其他處理（P＜0.05）。24、36、48 h 時T2和T3處理OMD 均顯著高于其他處理（P＜0.05）。4 項指標在其余時間點各處理間差異均不顯著（P＞0.05）。

圖2 玉米秸稈與番茄皮渣混貯營養物質瘤胃降解率Fig.2 The nutrients digestibility of mixed silage with cornstalk and tomato pomace in rumen

通過對各混貯處理DM、NDF、ADF、OM 在瘤胃中的降解模型特征參數分析，結果表明（表5），各營養成分基本含量同開窖90 d 時的情況（表4），其中DM 降解參數中，僅T5處理快速降解部分（a）與T3、T6和T7處理差異不顯著（P＞0.05），其他各處理間均差異顯著（P＜0.05）；各處理間慢速降解部分（b）差異均不顯著（P＞0.05）；T6處理潛在降解部分（a+b）僅與T2處理差異顯著（P＜0.05），其他各處理間差異不顯著（P＞0.05）；T3處理b的降解速率（c）最高（P=0.011）；T2和T3處理有效降解率顯著高于其他處理（P＜0.05）。NDF 降解參數中，T3、T4處理a顯著高于其他處理（P=0.014），T4處理b、a+b和EDNDF均最高（P＜0.05），c各處理間差異均不顯著（P＞0.05）。ADF 降解參數中，a除T1、T5、T6、T7處理間差異不顯著（P＞0.05），其余處理間均差異顯著（P＜0.05）；b、a+b和c各處理間差異均不顯著（P＞0.05）；EDADF最大的為T1、T7處理（P＜0.05）。OM 降解參數中，a的T3、T7處理顯著高于其他處理（P＜0.05）；T4處理b最高（P=0.022）；a+b的T3處理顯著高于除T4處理外的其他處理（P＜0.05）；T3、T7處理c和EDOM均最高（P＜0.05）。

表4 玉米秸稈與番茄皮渣裹包混貯發酵品質分析Table 4 Analysis of mixed silage with cornstalk and tomato pomace on fermentation quality

表5 玉米秸稈與番茄皮渣的瘤胃降解率特征參數Table 5 Characteristic parameters of mixed silage with cornstalk and tomato pomace in rumen degradation

2.4 玉米秸稈與番茄皮渣裹包混貯綜合品質評價

采用DPS v7.05 軟件求得各處理與參考樣本（表2）間各指標的相似序號之和，相似度越小，該處理與參考理想樣本的綜合價值越接近，綜合價值越好。結果表明（表6），各處理按優劣排序為T3（24）＞T2（44）＞T4（52）＞T1（62）＞T5（75）＞T6（78）＞T7（80）。

表6 各處理與參考品種相似程度及綜合價值排序Table 6 The rank of each treatment and its reference variety similarity degree

3 討論

3.1 玉米秸稈與番茄皮渣裹包混貯發酵品質規律

青貯過程合理的控制發酵體系含水量、能-氮平衡、產酸能力等，一直是研究和生產中關注的重點［26］。本研究混貯開包時DM 含量較混貯原料相比有一定升高，這與以往研究不同（DM 含量和發酵原料相比沒有很大的變化）［3，18］，主要原因為裹包混貯過程（持續90 d）水分的散失，造成混貯底物總質量下降，因此在今后混貯發酵過程中應補充DM 回收率，為更好地明確DM 變化規律。混貯發酵體系90 d 開包時，番茄皮渣添加量為30%和40%時DM 含量達到最高，且番茄皮渣添加量為40%時CP、WSC、EE 含量最優，說明合適的原料混合比例更有利于保持水分及原料發酵結束后營養物質的回收［27］。WSC 含量較高的處理（T2、T3處理）可為微生物尤其是乳酸菌的發酵創造良好的底物，進而使得發酵體系快速形成較低的酸性環境（較低的pH，較高的LA 含量），從而抑制有害微生物活動，減少不良發酵產物（AA、BA、PA、NH3-N）形成；而WSC 含量并未與番茄皮渣的添加量呈正相關關系，即當番茄皮渣添加量較多時，并未顯著提高混貯體系WSC 和LA 含量、降低pH 值，反而提高了不良發酵產物的生成。此外，NH3-N/TN 作為衡量青貯過程中蛋白質分解程度的重要指標，一般優質青貯NH3-N/TN≤10［1］，本研究僅番茄皮渣添加量為40%能夠達到這一標準，在此基礎上番茄皮渣添加量越高，蛋白和氨基酸分解越多，混貯品質越差。因此在混貯發酵體系中，控制合適的糖含量和水分含量是確保發酵品質的關鍵［1，6］，同時諸多關于高水分紫花苜蓿與不同農副產品混貯的研究中也表現出相似的規律［26，28］。雖然過多的AA 不利于青貯前期發酵體系維持較低的酸性環境，但發酵后期AA 可有效抑制腐敗微生物的生長，提高有氧穩定性，防止青貯飼料腐敗變質［1］；同時某些青貯中的丙酸菌（Propionibacteriumspp.）將青貯體系中的葡萄糖轉化成PA 和AA，雖在一定程度上也有利于提高青貯有氧穩定性，而過高濃度的PA（＞0.5%）更有可能由丙酸梭菌（Clostridium propionicum）產生，從而破壞青貯品質［29］。BA 是梭菌（Clostridiales）活動代謝的產物，可引起青貯營養物質損耗和青貯飼料腐敗變質。本研究中各處理AA 含量均維持在合適范圍；番茄皮渣添加量達到50%時（含水量70.14%），能達到優質青貯標準PA 含量標準；添加量達到60%時（73.05%），可滿足優質青貯BA 含量標準（＜1.6%），而當混貯發酵體系含水量超過75%時，青貯品質明顯變差，諸多研究也表現出相同結論［21，30］。青貯發酵過程中NDF 和ADF 含量下降可提高飼料的消化率，促進反芻家畜的生長，本研究中隨著番茄皮渣的添加量提高，NDF 和ADF 含量有不同程度的提高，主要由番茄皮渣自身特性所致。而雖然目前不同原料混貯的研究較多，但均僅僅是闡釋了表觀現象，對其混貯規律和機制尚不明確，也缺乏進一步驗證，需今后加強相關研究。

3.2 玉米秸稈與番茄皮渣裹包混貯發酵瘤胃降解特征

瘤胃半體外消化分析是理論上衡量飼料消化利用效率的主要方式，其主要反映出反芻家畜瘤胃中微生物對飼料的降解程度［1］。本研究DMD、NDFD、ADFD、OMD 均隨瘤胃停留時間延長逐漸提高，其中DMD 表示飼料被瘤胃微生物轉化的能力，是影響家畜干物質采食量的一個主要因素，而當番茄皮渣添加量達到50%以上時，DMD（過瘤胃36 h 后）和EDDM明顯下降，說明過高的番茄皮渣不利于反芻家畜的消化［2］。針對NDFD 的分析結果同樣也表明，番茄皮渣添加量為50%時，EDNDF即可達到最大（6.31%）；以往研究也證實［6］，番茄皮渣中較多的NDF 可刺激家畜咀嚼和反芻，促使動物唾液分泌，間接提高瘤胃緩沖能力，但含量不宜過高（NDF 含量≤45%）［21］，本研究得到相同結論（T4處理NDF 含量為39.15%）。而單獨青貯處理（T1和T7處理）EDADF較高（3.89%和4.06%），其可能的原因一方面是瘤胃中微生物對纖維素源和半纖維素源利用效率不同［1，6，9］；另一方面也說明選擇合適的原料進行混貯，控制發酵底物的含水量、營養成分比例、添加合適的發酵菌劑是促進家畜消化利用的關鍵［25，31］。EDOM并未隨著混貯比例表現出明顯的規律性。瘤胃內環境作為一個相對煩瑣的微生物系統，其中多種微生物和因素發揮著重要作用，需要繼續深入研究不同原料的混貯效應以更好地為反芻家畜提供營養來源［32］。目前，對于青貯質量的綜合評價往往以單純的發酵指標、飼用指標等進行評價；或采用隸屬函數法進行綜合評價［25-26］，采用這些評價方法評價較為片面且未考慮權重因素，因此本研究通過經驗和文獻法設定主要指標權重［21］，采用相似優先比分析，通過對標參考樣本（理論設定各指標均為最優）進行綜合評價，以此得到最優處理，為番茄皮渣和玉米秸稈質量比為4∶6，含水量為67.27%；然而由于目前尚無玉米秸稈和番茄皮渣的相關國標，且在指標選取中，選擇的指標不同造成了權重的不確定性，因此今后還需繼續深入研究，明確各指標在青貯中的重要程度，以此做出更為科學的評價。本研究的開展不僅為南疆地區玉米秸稈資源利用提供了保障，且為當地番茄皮渣資源的再利用提供了基礎，同時該成果可直接應用于生產實踐，具有廣泛的應用價值。

4 結論

本研究結合15 項核心指標綜合評價，最佳裹包混貯比例為番茄皮渣和玉米秸稈質量比為4∶6，含水量為67.27%。