基于模糊相似優先比法評價規模化牧場全株玉米青貯飼料品質

王 挺，張凡凡，黃 華，楊光維，陳衛國，張 力，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七師農業農村局，新疆胡楊河 834034；3.伊犁哈薩克自治州畜牧科學研究所，新疆伊寧 835000；4.塔城地區畜牧科技研究推廣中心，新疆塔城 834700；5.新疆農墾科學院作物研究所，新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】目前我國青貯玉米種植面積146.67×104hm2(2 200×104畝)以上(占玉米總面積4%)[1]，德國青貯玉米種植面積213.73×104hm2(3 206×104畝)(占玉米總面積85%以上)，法國青貯玉米種植面積151×104hm2(2 265×104畝)(占玉米總面積50%以上)[2]，研究青貯玉米的青貯飼料品質對推動我國青貯飼料高效生產有重要意義。【前人研究進展】青貯玉米栽培中，氣候特征是影響其生產性能的主要因素之一[3]，青貯玉米產量與緯度呈正相關，我國西北地區、內蒙古、東北地區的青貯玉米產量高于南方各地區；干物質含量與氣溫呈負相關，東北地區青貯玉米的干物質含量高于其它地區；西北地區及內蒙古地區的青貯玉米淀粉含量高于其它地區；華南地區的青貯玉米酸性洗滌纖維含量低于其它地區。全株玉米青貯品質受品種特性的影響，不同品種青貯玉米營養沉積及對各類外源養分的吸收能力有所區別，導致其經青貯發酵后營養品質含量存在顯著差異[4]，不同地區應選擇適宜本地區栽培的品種。全株玉米青貯品質與加工調制方式密切相關，選擇合適的收獲期[5]、切割長度[6]、壓實密度[7]、發酵時間[8]、添加劑[9]等均可有效調控全株玉米青貯的發酵品質，降低有害微生物數量及霉菌毒素含量。【本研究切入點】2019年末牲畜存欄已達4 946×104頭[10]，需要掌握本地區青貯加工的基礎水平，以應對畜牧業對高品質飼草日益增長的需求。其中，北疆地區作為新疆奶產業核心區域尤為重要，青貯玉米的種植及青貯飼料的生產呈現區域性差異，青貯品種、品質良莠不齊，很大程度上限制了北疆地區畜牧業發展。青貯玉米的營養品質很大程度上決定了牧場的經濟效益[11]，劣質青貯飼料不僅會降低采食量，更會導致牲畜代謝紊亂，萎靡不振，優質青貯飼料是提升牲畜采食量及生產性能的關鍵因素[12-14]。需研究采集北疆地區18個規模化牧場青貯窖中全株玉米青貯飼料，分析發酵品質及飼料安全情況。【擬解決的關鍵問題】采集新疆北疆地區18個不同規模牧場中窖貯全株玉米青貯飼料，分析新疆北疆地區規模化牧場青貯飼料整體生產水平，研究青貯飼料品質差異，為新疆地區青貯飼料的高效生產、合理利用提供一定理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料分別采集于北疆奎屯、克拉瑪依、博州、塔城、伊犁地區規模化牧場青貯窖中全株玉米青貯飼料共18份，其中存欄規模大于1 000頭的牧場有9家，存欄規模在500～1 000頭的有4家，存欄規模小于500頭的有5家。以青貯窖截面中心為基點，九點法采集各牧場全株玉米青貯飼料[15]，1.5 kg/袋，每個牧場5袋，共計90袋，采集結束立刻存放至4℃車載冰箱中，帶回實驗室-80℃超低溫冰箱中保存待測。表1

表1 新疆北疆地區各規模化牧場及材料Table 1 Details of various pastures and test materials in large-scale pastures in northern Xinjiang region

1.2 方 法

營養指標的測定包含，干物質(dry matter，DM)、淀粉(Starch)、粗蛋白(crude protein，CP)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)、水溶性碳水化合物(water-soluble carbohydrates，WSC)，均使用國標法測定[15-18]。采用烘干法測定DM含量，采用酶水解法測定Starch含量，采用凱氏定氮法測定CP含量，采用范式纖維洗滌法(Van Soest)測定NDF含量及ADF含量，采用蒽酮-硫酸比色法測定WSC含量。

發酵品質的測定包含：pH值、氨態氮(NH3·N)含量、乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)、丁酸(butyric acid，BA)含量。采用酸度計測定pH值，采用苯酚-次氯酸鈉比色法[19]測定NH3·N含量，采用高效液相色譜法[20](賽默飛世爾科技中國有限公司)測定LA、AA、PA、BA的含量。

使用PriboFast霉菌毒素酶聯免疫試劑盒(青島普瑞邦生物工程有限公司)對全株玉米青貯中的黃曲霉毒素B1(aflatoxinB1，AFB1)、嘔吐毒素(deoxynivalenol，DON)、T2毒素及玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)含量進行測定。依據飼料衛生標準(GB 13078-2017)對全株玉米青貯中AFB1、DON、ZEN、T-2毒素的含量評定[21]。

1.3 數據處理

使用Excel 2019對所得數據進行整理，使用SPSS 22.0軟件進行單因素ANOVA檢驗，多重比較使用Duncan法，使用origin 8.0軟件繪制箱形圖，以18個規模化牧場全株玉米青貯飼料營養指標、發酵指標、霉菌毒素含量為數據來源繪制箱形圖，箱形圖中上/下邊緣表示最大/小觀測值，箱體上邊緣表示上四分位數，箱體下邊緣表示下四分位數，箱體中間的橫線表示中位數，上/下四分位數構成的箱體表示數據整體離散程度(箱體越長，離散程度越大)。采用模糊相似優先比法對各規模化牧場全株玉米青貯飼料品質進行綜合價值評定[22]，使用DPS V9.01軟件將全株玉米青貯飼料的12項核心指標分析計算，對其設定識別標識為1，固定樣本為理想青貯(各指標理論最優)，識別標識為0，執行“模糊相似優先比分析”，計算結果中待測青貯與理想青貯的相似程度大小即反映各牧場全株玉米青貯品質的優劣，相似程度越小則與理想青貯飼料的相似程度越高。(繪制箱形圖及模糊相似優先比法所參考標準均引自青貯玉米品質分級[23]，青貯飼料全株玉米[24]，青貯玉米評價標準[25])。表2

表2 理想青貯各指標數值及權重選取Table 2 Selection of values and weights of various indexes of ideal silage

2 結果與分析

2.1 各規模化牧場全株玉米青貯營養品質、發酵品質及霉菌毒素含量

研究表明，M和G牧場DM含量(35.32%～35.64%)顯著高于其他牧場(P<0.05)；B、M和Q牧場Starch含量(31.94%～32.54%)顯著高于其他牧場(P<0.05)；G、P牧場CP含量(9.22%～9.47%)顯著高于其他牧場(P<0.05)；O牧場NDF含量(39.27%)顯著低于其他牧場(P<0.05)；E牧場ADF含量(23.57%)顯著低于其他牧場(P<0.05)；I牧場pH(3.60)顯著低于其他牧場(P<0.05)；I、R牧場LA含量(6.31%～6.39%)顯著高于其他牧場(P<0.05)；J牧場AA含量(1.28%)顯著低于其他牧場(P<0.05)；I、D牧場PA含量(0.88%～0.89%)顯著低于其他牧場(P<0.05)；J、R牧場BA含量(1.41%～1.47%)顯著低于其他牧場(P<0.05)；B牧場NH3·N/TN(6.41)顯著低于其他牧場(P<0.05)；E、K、R和M牧場的AFB1含量(1.52～1.66)顯著低于其他牧場(P<0.05)；K、R牧場的DON含量(14.69～16.47)顯著低于其他牧場(P<0.05)；E牧場的T2毒素含量(10.37)顯著低于其他牧場(P<0.05)；C、D、I、Q和R牧場的ZEN含量(2.11～2.24)顯著低于其他牧場(P<0.05)。表3

2.2 各規模化牧場全株玉米青貯飼料品質整體水平

研究表明，營養品質中，DM含量整體分布于25.33%～31.58%，均達到國家二級標準(25%)，其中38.88%的牧場達到國家一級標準(30%)。Starch含量整體分布于23.93%～30.81%，均達到國家二級標準(16%)，50%的牧場達到國家一級標準(25%)。CP含量整體分布于5.55%～7.83%，44.44%的牧場達到國家一級標準(7%)。NDF含量整體分布于42%～46.53%，均達到國家二級標準(50%)，66.67%的牧場達到一級標準(45%)。ADF含量整體分布于26.36%～28.80%，均達到國家二級標準(34%)，55.56%的牧場達到國家一級標準(28%)。WSC含量整體分布于15.02%～19.33%(暫無明確標準用于定義WSC含量的等級)。發酵品質中，pH整體分布于3.76～4.32，均達到國家二級標準(4.4)，44.44%的牧場達到國家一級標準(4.0)。LA含量整體分布于3.76%～5.29%，均達到二級標準(3%)，44.44%的牧場達到一級標準(5%)。AA含量整體分布于1.83%～3.12%，均達到二級標準(3.2%)，22.22%的牧場達到一級標準(1.6%)。PA含量整體分布于1.05%～1.29%，均達到二級標準(0.47%)。BA含量整體分布于1.53%～3.68%，均達到二級標準(3.84%)，50%的牧場達到一級標準(1.6%)。NH3·N/TN整體分布于6.68～11.56，均達到二級標準(18)，72.22%的牧場達到一級標準(10)。霉菌毒素含量中，AFB1含量整體分布于2.13～6.34 μg/kg，符合國家限量標準(50 μg/kg)。DON含量整體分布于21.88～52.27 μg/kg，符合國家限量標準(5 000 μg/kg)。T2毒素含量整體分布于19.87～58.18 μg/kg，符合國家限量標準(500 μg/kg)。ZEN含量整體分布于2.21～2.53 μg/kg，符合國家限量標準(500 μg/kg)。圖1

注:箱體右側數據依次為上四分位數，中位數，下四分位數。箱體內的空心點表示平均數，箱體外的實心點表示離群值，分割箱形圖的劃線表示某一指標的國家一級標準，實線表示該指標的國家二級標準，點線表示該指標的國家限量標準

2.3 模糊相似優先比法評價各規模化牧場全株玉米青貯綜合價值

研究表明，R牧場全株玉米青貯飼料綜合價值最高；各牧場綜合價值排序為：R>I>Q>B>G>O>P>M>J>F>E>A>D>C>K>N>L>H；綜合價值排名前三位的牧場均為存欄量在1 000頭以上的規模化牧場，排名后三位的牧場均為存欄量小于500頭的規模化牧場。表4

3 討 論

3.1 各規模化牧場全株玉米青貯飼料營養品質整體水平及差異

青貯玉米營養成分是衡量全株玉米品質優劣的關鍵[26]。研究中，各規模化牧場全株玉米青貯各營養指標整體水平均能達到國家二級標準以上，其中存欄量在千頭以上的牧場能達到國家一級標準，但由于使用的青貯玉米品種不同(共計14種)，致使各場青貯玉米DM、Starch、NDF、WSC整體水平的分布存在較大差距，與以往諸多研究結果一致[5、27]；與多數研究不同的是，ADF的含量整體差距較小，可能是由于ADF與氣溫、日照呈顯著正相關[4]，而北疆地區氣溫及日照整體差異不大。研究中，先玉335和恩喜愛298的營養指標(除CP以外)含量在伊犁I牧場、奎屯N牧場表現出顯著差異，進一步證實了全株玉米青貯品質存在的差異不僅與品種有關，還與地區氣候特性有著緊密的聯系[28]。此外，在青貯飼料的實際生產中很難形成單貯(青貯窖中僅存在一種青貯玉米)，窖中青貯飼料總體品質主要受何品種影響尚不明確，需要在以后的研究中探討。研究發現奎屯地區不同規模化牧場(J、L、M、N、O)全株玉米青貯所用品種相同，但各營養指標的含量仍存在較大差異，綜合價值前三的牧場均為存欄量在1 000頭以上的大規模牧場，而綜合價值排名后三位的牧場均為存欄量低于500頭的小型牧場，其原因可能是不同規模牧場在青貯玉米調制關鍵節點的把控存在差距，存欄量在500頭以下的牧場在原料收獲中，未在最佳時期收獲，導致青貯原料水分過高；青貯發酵時，上層營養物質隨著水分下潛致使青貯窖內營養物質分布不均勻，下層青貯飼料淹沒于浸出液中不利于取用及家畜采食，與以往研究結果一致[29-30]。此外，諸多牧場年均奶產量浮動較大，其中奎屯地區L牧場奶牛產奶量2019年較2018年下降平均500 kg，主要原因是青貯玉米籽粒破碎不完全阻礙奶牛瘤胃降解，致使奶牛營養物質攝入不足。籽粒破碎度與奶牛采食量及瘤胃消化率密切相關，一般要求籽粒加工為1～3 mm，占90%以上[31-32]，良好的籽粒破碎度是提升家畜生產性能的重要因素[33]。

3.2 各規模化牧場全株玉米青貯飼料發酵品質及霉菌毒素含量整體水平及差異

青貯飼料開窖后，pH、有機酸含量可直接反映青貯飼料發酵品質的好壞[34]。在研究中，各規模化牧場青貯飼料發酵品質均在國家二級標準以上，其中44.44%的牧場pH，LA含量能達到國家一級標準，22.22%的牧場AA含量能達到國家一級標準，北疆地區青貯飼料的整體發酵水平良好，而各牧場發酵水平存在一定差距，該差距不僅與品種有關[35]，主要還受制于青貯調制方法。伊犁地區I牧場(存欄量10 000頭)的pH、PA含量最低，LA含量最高，是由于該牧場在青貯飼料中添加了外源乳酸菌添加劑，植物乳酸菌(Lactobacillusplantarum)、布氏乳桿菌(Lactobacillusbuchneri)等，大量的乳酸菌在青貯發酵過程中迅速成為主導菌群，分解WSC產生大量LA、AA[36-37]，LA可迅速降低pH，達到適宜乳酸菌繁殖的酸性環境，AA能夠有效抑制丁酸梭菌(Clostridiumbutyricum)等腐敗菌作用[38]，減少青貯飼料中的營養物質損失，且開窖后大量AA的存在可抑制好氧細菌的活動，提升有氧穩定性[39]。如青貯飼料密封不嚴，青貯發酵中空氣的滲入激活好氧細菌大量繁殖，競爭性抑制乳酸菌的活動[40]，消耗青貯飼料中的碳水化合物、蛋白質，致使青貯飼料中檢測出大量氨態氮(NH3·N)、BA等，從而增加家畜患病分險[41]。

霉菌毒素是真菌受到脅迫時產生的有毒代謝物[42]，青貯玉米在生長、收割、加工、貯藏的過程中均會受到一定程度的真菌污染[43-44]，家畜對霉菌毒素有一定耐受能力，但飼料中霉菌毒素含量超標將導致家畜共濟失調[45]、瘤胃乳頭潰爛[46-47]、乳腺腫大[48]等疾病的發生。在研究中，北疆地區青貯飼料中AFB1、DON、T2、ZEN的含量均未超過國家限量標準，整體水平優異，但不同規模牧場間AFB1、DON及T2毒素的含量整體分布存在差異，不同規模牧場在青貯飼料安全監管中存在一定差距，在今后青貯飼料生產中應加大監管力度，科學種植、適時灌溉、按時收獲[21]，最大限度降低青貯飼料中霉菌毒素的產生，保障家畜健康養殖。

4 結 論

4.1各規模化牧場全株玉米青貯營養品質及發酵品質均達到國家二級標準，霉菌毒素含量均符合國家限量標準。

4.2綜合價值排名前三位的牧場為R>I>Q(存欄量在1 000頭以上的牧場)，排名后三位的牧場為N>L>H(存欄量在500頭以下的牧場)。

4.3新疆北疆地區規模化牧場全株玉米青貯品質整體水平良好，但不同規模牧場之間存在差距，存欄量在1 000頭以上的牧場整體水平優于存欄量在500頭以下的牧場；各規模化牧場全株玉米青貯品質主要受青貯玉米品種、地區氣候特性、牧場規模的影響。