青貯菌劑對甜高粱青貯品質影響及不同品種甜高粱青貯體外發酵特性研究

李茂春，任 傲，杜志艷，周傳社

（1.岳陽市農業科學研究院，湖南岳陽 414000；2.中國科學院亞熱帶農業生態研究所，湖南長沙 410125；3.湖南隆平高科耕地修復技術有限公司，湖南長沙 410001）

自2018年非洲豬瘟以來，2019—2020年豬肉價格居高不下，人們對肉類的消費結構產生變化，牛羊肉需求量出現上升，南方也開始重視草食動物的養殖，以奶牛、肉牛、山羊為重點的草食動物養殖迅速發展，但限制草食動物養殖規模進一步擴張的因素是飼草資源的短缺，南方可利用草地面積非常有限，因此需要人工種植高產牧草來解決飼草資源短缺的問題。

甜高粱是一種C4植物，起源于非洲，具有較高的光合效率，生物量生產力高，莖中糖積累迅速，含有大量的可溶性碳水化合物（Zhang等，2018；Barcelos等，2016），莖稈鮮嫩，葉片柔軟，作為草食動物飼草適口性好（秦立剛等，2010）；而且甜高粱的再生能力強，播種一次，一年可收割2～3次，單位面積產量是飼用玉米的3倍，最高產量可達16 t/畝（鄭玉琳，2018）；此外，甜高粱抗逆性強，具有耐旱、耐澇、耐貧瘠等特點（蔣濤等，2018）；理論上甜高粱適合在南方大規模種植以滿足飼草資源的需求。

由于南方以多濕天氣為主，不適合制備干草，所以牧草一般通過青貯的形式保存，而青貯菌劑可用于在青貯過程中調節青貯發酵，更好的保存青貯飼料的營養價值。本研究的目的是探究不同添加水平的青貯菌劑對青貯品質及營養價值的影響，并通過體外模擬瘤胃發酵探究不同品種甜高粱青貯的飼用價值。

1 材料與方法

1.1 試驗一：青貯試驗

1.1.1 試驗材料 制作青貯所用的甜高粱由湖南隆平高科耕地修復技術有限公司提供，品種分別為阿爾托16262、阿爾托LPBO、阿爾托N3J53；甜高粱營養成分見表1。青貯菌劑購買于河北良孚生物技術有限公司，成分為乳酸片球菌、植物乳桿菌、納豆芽孢桿菌、產朊假絲酵母菌等多種有益菌及其代謝產物，有效活菌數≥30億/g。

表1 不同品種甜高粱營養成分（干物質基礎）

1.1.2 試驗設計 三個品種的甜高粱同時播種，待甜高粱生長至乳熟期，采用5點取樣法，隨機刈割5個樣方里的甜高粱植株，留茬20 cm；將三個品種的甜高粱分別用鍘草機揉切至2～3 cm長，每個品種取500 g切碎的樣品裝入信封，65℃烘干至恒重，烘干后的樣品粉碎過18目篩，自封袋保 存 供 營 養 成 分（DM、GE、CP、EE、NDF、ADF、Ash）及WSC測定。

采用單因子試驗設計，設計0%、0.1%、0.2%共3個青貯菌劑添加水平，每個水平設置6個重復，取1 kg甜高粱樣品裝入自動壓縮袋，用真空封口機將壓縮袋封口，置于陰涼處進行青貯，青貯時間為30 d。

1.1.3 青貯品質測定 青貯pH和乳酸參考張蘇江（2014）提供的方法測定；營養成分測定方法參考 《飼料分析及飼料質量檢測技術》（張麗英，2007），水溶性碳水化合物（WSC）采用蒽酮-硫酸比色法（余汝華等，2003）測定。

1.2 試驗二：體外模擬瘤胃發酵試驗

1.2.1 體外發酵底物 發酵底物為試驗一青貯烘干粉碎后過1 mm篩獲得的樣品。

1.2.2 人工瘤胃液配制 選擇3只裝有永久性瘺管的湘東黑山羊作為瘤胃液供體動物，試驗羊每天飼喂500 g稻草和500 g精料，每天08：00和18：00分兩次飼喂，自由飲水；試驗當天晨飼前從3只瘺管羊各取400 mL瘤胃液，6層紗布過濾后迅速裝入保溫瓶，混合均勻帶回實驗室，量取600mL瘤胃液與2400 mL緩沖液按1：4比例混合均勻，整個過程保持39.5℃恒溫并持續通入CO2。

1.2.3 試驗設計 采用單因子試驗設計，分別將不同品種的甜高粱青貯作為發酵底物，每個底物設置3個重復，并設置空白組，只加人工瘤胃液，用于矯正數據。

1.2.4 體外發酵 稱取0.5 g底物加入發酵瓶，將所有發酵瓶預熱到39.5℃后，通入CO2排空瓶中的空氣，用移液器向每個發酵瓶中加入60 mL人工瘤胃液，用橡膠蓋密封后置于振蕩頻率為50 r/min、溫度39.5℃的恒溫培養箱中進行培養，48 h后結束發酵。

1.2.5 樣品采集與處理 發酵結束后，立即用pH計（RXE PHS-3C，上海儀器設備廠）測定pH，將發酵培養物用400目紗布過濾，收集濾渣65℃烘干至恒重，記錄重量m，DMD=（0.5-m）/0.5×100%；取2 mL濾液于15000 r/min條件下離心10 min，取1.5 mL上清液加入2 mL離心管，并加入0.15 mL 25%偏磷酸，-20℃保存供VFA與NH3-N測定，其中VFA測定參考Chen等（2016）的方法，NH3-N測定參考Wang等（2016）的方法；產氣量由體外發酵設備自動記錄。

1.3 數據處理與統計分析 所有數據均用Excel 2013進行整理，總產氣量、VFA、NH3-N含量均用空白處理矯正；數據差異顯著性分析采用SPSS 22.0軟件的單因素ANOVA程序，多重比較使用LSD語句，P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 青貯菌劑添加水平對甜高粱發酵品質的影響 如表2所示，添加0.1%或0.2%的青貯菌劑對各個品種的甜高粱青貯pH均沒有顯著影響（P＞0.05），且3個品種甜高粱青貯pH均小于4.0；與對照組相比，添加0.1%和0.2%青貯菌劑能顯著提高阿爾托16262甜高粱青貯的乳酸含量（P=0.01），并且添加0.1%和0.2%青貯菌劑后，阿爾托16262甜高粱青貯乳酸含量分別提高22.93%和19.97%，但對阿爾托LPBO與阿爾托N3J53這兩個品種的青貯乳酸含量均無顯著影響（P＞0.05）；所有青貯乳酸含量均在16 mg/g以上。

表2 青貯菌劑添加水平對甜高粱青貯發酵品質的影響

2.2 不同青貯菌劑添加水平對甜高粱青貯營養成分含量的影響 從表3可以看出，不同青貯菌劑 添 加 水 平 對 甜 高 粱 青 貯DM、GE、EE、NDF、ADF、Ash、WSC含量均沒有顯著影響（P＞0.05）。

表3 不同青貯菌劑添加水平對甜高粱青貯營養成分含量的影響

2.3 不同品種對甜高粱青貯體外模擬瘤胃48 h產氣量與干物質消失率的影響 如表4所示，阿爾托LPBO的體外干物質消失率分別比阿爾托16262與N3J53顯 著提高 （P=0.02）14.2%和26.06%；阿爾托LPBO體外產氣量極顯著高于（P＜0.01）阿爾托16262與阿爾托N3J53，從數值上看，阿爾托LPBO體外產氣量比阿爾托16262、N3J53體外產氣量分別提高38.84%、49.97%。

表4 不同品種甜高粱對體外模擬瘤胃48 h產氣量與干物質消失率的影響

2.4 不同品種甜高粱對體外發酵參數的影響如表5所示，阿爾托LPBO的pH極顯著低于阿爾托16262與阿爾托N3J53，阿爾托LPBO體外發酵pH相比與阿爾托16262與N3J53分別降低了3.48%和4.03%（P＜0.01）；阿爾托LPBO青貯體外發酵TVFA產量極顯著高于（P＜0.01）阿爾托16262與阿爾托N3J53；其中阿爾托LPBO比阿爾托16262體外TVFA產量高48.66%，比阿爾托N3J53高20.40%；阿爾托LPBO乙酸、丙酸、異丁酸、戊酸、異戊酸產量均極顯著高于（P＜0.01）阿爾托16262與阿爾托N3J53，并且均以阿爾托LPBO最高，阿爾托N3J53次之，阿爾托16262最低；而阿爾托N3J53的丁酸濃度極顯著高于（P＜0.01）阿爾托LPBO與阿爾托16262；各品種之間乙丙比沒有顯著差異（P＞0.05）；阿爾托N3J53NH3-N濃度顯著高于（P=0.02）LPBO與16262，分別高出19.84%和14.80%。

表5 不同品種甜高粱青貯對體外發酵參數的影響

3 討論

3.1 青貯菌劑添加水平對甜高粱發酵品質的影響 pH與有機酸含量是衡量青貯品質的主要理化指標，一般優質青貯pH都低于4.2，超過4.2時說明發酵過程中腐敗菌活動造成異常發酵。本研究中pH與有機酸含量都符合Kung等（2018）推薦的青貯保存條件，青貯過程中乳酸菌快速繁殖產生大量的乳酸（Sifeeldein等，2019；Arriola等，2011；Filya等，2000），優質青貯的乳酸含量要大于1.2%（郭勇慶等，2012）。本試驗中各青貯菌劑添加水平下青貯pH均小于3.7，乳酸含量均高于16 mg/g（1.6%）；pH與乳酸含量均高于優質青貯標準。Diepersloot等（2021）發現，添加青貯菌劑可以提高青貯中乳酸的含量，李蕎蕎等（2019）也發現了同樣的結果，阿爾托16262甜高粱添加菌劑的青貯中乳酸含量顯著高于未添加菌劑的青貯，而另外兩個品種的青貯乳酸含量沒有差異，可能是由于品種阿爾托16262含有更高的WSC含量（16262：20.75%、LPBO：12.55%、N3J53：12.53%），乳酸菌大量繁殖產生更多的乳酸。綜上所述，無論添加菌劑與否，從pH與乳酸兩個理化指標來看都能獲得優質青貯。

3.2 青貯菌劑添加水平對甜高粱營養成分的影響 研究表明 添加青貯菌劑可以改善甜高粱青貯的發酵品質、有氧穩定性能以及更好的保存營養價值（付薇等，2021）。李蕎蕎等（2019）發現，添加菌劑可以顯著提高青貯中粗蛋白質的含量，董妙音等（2016）的研究同樣發現，添加菌劑能顯著提高青貯CP含量，主要原因是發酵菌的菌體蛋白合成導致粗蛋白質含量提高。本研究中粗蛋白質的含量并沒有因添加菌劑而得到顯著改變，但添加青貯菌劑后甜高粱青貯CP含量得到了4.8%～17.8%的提高，這與前人研究結果趨勢一致；可能由于青貯時間僅30 d，各菌劑添加水平處理均沒有顯著改變甜高粱青貯營養成分含量。

3.3 不同品種甜高粱青貯對體外模擬瘤胃48 h產氣量與干物質消失率的影響 干物質消失率模擬了青貯飼料在瘤胃內降解48 h內的消化狀況，干物質消失率越高對應瘤胃內消化率也越高，本研究中阿爾托LPBO干物質消失率顯著高于16262與N3J53，蔣濤等（2018）研究指出，粗飼料中碳水化合物的結構會影響其在瘤胃內的降解速度，碳水化合物按照其組織結構可分為兩大類（Van Soest等，1991）：一類是非纖維類碳水化合物，包括蔗糖、果膠、淀粉及短鏈纖維素類似物；另一類是纖維碳水化合物，主要是植物細胞壁的組成成分，包括纖維素、半纖維素和木質素等；非纖維性碳水化合物易于消化且發酵徹底，具有很高的瘤胃降解率，而纖維性碳水化合物在瘤胃內不易降解。本試驗中，青貯之后NDF含量16262降低了0.02%，LPBO降低了4.36%，N3J53降低了2.64%，NDF減少量以LPBO最大，NDF可能被降解成容易發酵降解的非纖維性碳水化合物，并且LPBO的NDF含量本就比16262與N3J53低5%以上，從而導致LPBO干物質消失率顯著增加。模擬瘤胃產生的氣體是由微生物發酵降解底物產生的，底物消化程度越高產氣量越大（王榮等，2015）。因此本研究中LPBO干物質消失率與產氣量均顯著高于16262與N3J53。

3.4 不同品種甜高粱青貯對體外模擬瘤胃發酵參數的影響 VFA是瘤胃發酵日糧產生的重要產物，能提供反芻動物所需能量的70%～75%以上，因此，VFA的濃度以及組成可用于科學評價甜高粱青貯的飼喂價值，前文已介紹，被降解的青貯產生氣體的同時也生成大量的VFA，LPBO青貯具有更高的干物質消失率，產生更多氣體同時也生成更多的VFA，由于VFA具有酸性，其含量升高會導致pH降低，因此本研究中LPBOVFA產量顯著提高得同時pH顯著降低；三個品種的pH都在6.5～7.0，瘤胃液pH在5.5～7.5都可保證瘤胃的正常發酵（任傲等，2019），因此本研究中VFA產量增加不會引起pH異常，并且能提供更多的能量。綜上所述，LPBO相比16262與N3J53青貯后更適合作為反芻動物的粗飼料。

4 結論

本研究中3個品種的甜高粱添加菌劑對甜高粱青貯的品質沒有明顯的改善作用，因此在青貯過程中無需添加菌劑；體外模擬瘤胃發酵結果證明，LPBO品種的甜高粱青貯具有更高的瘤胃降解率，作為反芻動物粗飼料能產生更多的VFA為反芻動物提供能量，因此就本研究3個品種的甜高粱青貯而言，LPBO品種青貯更適合作為反芻動物的粗飼料。