南疆玉米和不同糖分甜高粱的青贮品质分析

张苏江，艾买尔江·吾斯曼，薛兴中，张晓，郭雪峰，陈立强

（1.塔里木畜牧科技兵团重点实验室，新疆 阿拉尔843300；2.塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔843300；3.纽卡斯尔大学农业、食品与农村发展学院，英国 纽卡斯尔市NE1 7RU；4.新疆生产建设兵团农一师五团奶牛养殖二场，新疆 新和843015）

南疆地域辽阔，面积约占新疆总面积的1／3，是新疆少数民族聚集最集中的区域。受塔里木沙漠干旱气候条件的限制，南疆天然牧草主要以沙生植物为主，牧草种类少、产量低、品质差；同时，受垦荒、种棉、造林、土壤盐碱化、水资源短缺以及草地利用与生态保护之间矛盾等因素的影响，天然牧场面积日益萎缩，载畜量锐减；在作物秸秆中，南疆的棉花秸秆数量最大，但其营养价值偏低、适口性较差，仅有少量被牛羊利用；受种植效益的影响，南疆人工栽培草地及饲料作物面积十分有限，不能满足牛羊养殖需要。可见，南疆地区优质粗饲料十分匮乏，这是限制本地牛羊养殖规模、推高牛羊肉市场价格的关键因素。

甜高粱（Sorghum bicolor）属C4作物，是粒用高粱的一个变种，起源于非洲。由于其光合效率高、生物产量高、含糖量高［1］，作为能源、饲料和糖源作物已受到世界各国的普遍重视。有研究表明，甜高粱生物产量是玉米的2～3倍，茎秆总含糖量幅度为17%～40%，比青贮玉米高2倍，可耐受的盐浓度为0.5%～0.9%（玉米为0.3%～0.7%），甜高粱的需水量是玉米需水量的1／2［2-3］。

甜高粱的品种数量很多，在《中国甜高粱品种目录》中收录的种质资料多达1500多份。甜高粱主要生物学性状随品种不同而差异很大，中国农业科学院和山西省农业科学院对甜高粱的品种资源调查表明［4］，甜高粱主要性状的波动范围为：生育期90～170 d，糖锤度为4%～20%，株高为200～435 cm，千粒重为15～35 g，穗粒重为20～70 g。甜高粱具有较强的抗逆性，具有耐盐碱、抗旱、耐涝、耐高温、耐贫瘠等特性［5-7］，可以在我国北方大部分区域种植［2］。有研究者发现［8］，海拔（1850～2500 m）与甜高粱的成熟度及糖锤度均有明显关系，海拔越高越不易成熟，糖分含量也随海拔增加而降低。在新疆地区对甜高粱的研究报道多集中于北疆地区［9-12］。也有一些学者对甜高粱在南疆的适应性进行了一些研究［13-16］，证实许多甜高粱品种可以在南疆自然条件下生长。实际上，从光热资源的角度来看，甜高粱在南疆种植更具有区位优势和市场前景［17-18］。

制作青贮是甜高粱作为粗饲料应用的主要形式。甜高粱是水资源缺乏地区制作青贮的首选作物之一［19］。在光热资源丰富、气候干旱少雨的南疆地区，对甜高粱青贮方面的研究目前尚未见报道。因此，本研究以筛选出的6个甜高粱品种为材料制作青贮，以玉米（Zea mays）青贮为对照，比较研究不同品种甜高粱青贮及玉米青贮的品质差异，以期为甜高粱青贮饲料在南疆地区的推广应用提供资料依据，为缓解南疆粗饲料资源不足提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 糖锤度测定与青贮材料选择

在测定16个不同品种的甜高粱和玉米糖锤度（brix）、株高及单株重的基础上，按照生育期相近（大力士除外）、糖分含量存在梯度差异的原则，从16个甜高粱品种中选择6个品种作为青贮原料，选择本地玉米青贮品种作为对照，制作青贮。16个品种的甜高粱与玉米于2011年4月23日播种，每个播种小区面积约为50 m2（10 m×5 m），每个品种重复播种2个小区。播种行距为60 cm，株距20 cm，人工播种，常规管理。所选出的6个甜高粱品种于2011年10月3日收割制作青贮。青贮甜高粱品种和玉米的主要性状见表1。

糖分测定：先去除植株茎秆上的叶片，用修枝剪在偶数茎节的中部截取适量的茎，再用手钳榨出汁液，使用PAL-1型手持糖度计（ATAGO，日本）现场进行测定。株高采用圈尺测定，单株重采用普通电子秤称量。每个品种测定10个植株。

表1 供试甜高粱品种及玉米的主要性状Table 1 The major traits of selected sweet sorghum varieties and corn

1.2 青贮制作

玉米及甜高粱均采用全株罐装青贮。选用容量规格为2.5 kg大口蜂蜜塑料瓶作为青贮容器，用普通粉草机将收割的玉米及甜高粱粉碎至2～3 cm左右，人工填装于青贮塑料罐中。每个品种甜高粱及玉米各制作10罐青贮。在填装过程中，不断用粗细适宜的短木棒用力捣压，最大限度确保罐内青贮原料被压实压紧。之后，在罐口上附密封垫、拧紧盖口、标记后于室温（15～25℃）避光保存。

1.3 青贮品质分析

1.3.1 感官评价 在青贮90 d时进行感观评价。在未开封的情况下，观察和记录所有各原料罐装青贮的色泽和霉变情况，色泽、青贮结构和是否霉变均可从透明的青贮塑料罐直接观察。罐中青贮材料霉变程度小于1／2者，判为成功青贮，霉变程度大于1／2者判为未成功青贮，根据成功青贮罐数量占该品种青贮罐总数的比例，即可得出该品种的青贮成功率。每组打开3罐青贮，一部分青贮按照德国农业协会（DLG）青贮感官评分标准及等级（表2）进行感观评定［20］；选择未霉变的青贮烘干，用于化学成分分析。

表2 青贮质量感官评分标准Table 2 Standard of silage sensory evaluation

1.3.2 青贮成分分析 p H值的测定：取青贮饲料样品20 g，加入180 m L蒸馏水，充分搅拌均匀，静置2 h，之后用纱布和滤纸过滤，用p H-HJ9OB酸度计测定青贮饲料浸出液p H值［21］。青贮饲料成分按常规方法［22］进行测定（水分采用烘干法测定；粗蛋白采用凯氏定氮法测定；粗脂肪采用乙醚浸提法测定；灰分采用灰化法测定；钙采用高锰酸钾法测定，磷采用钒－钼酸铵比色法测定；粗纤维采用酸碱洗涤法测定）。中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）和酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）采用Van Soest［22］分析方案测定；水溶性碳水化合物（water soluble carbohydrate，WSC）采用蒽酮－硫酸比色法［23］测定。

1.3.3 挥发性脂肪酸（volatile fatty acid，VFA）和乳酸的测定 样品浸提液制备：称取青贮鲜样10 g，加入100 m L蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌、振荡，在温度为4℃条件下浸提48 h；浸提液用滤纸过滤于100 m L烧杯中。取上清10 m L于100 m L容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度。再吸取10 m L于15 m L具塞离心管中，加入25%的偏磷酸溶液1 m L，3500 r／min离心15 min，取上清液上机分析。配制标准溶液的乳酸、乙酸、丙酸、丁酸标准品购自北京百灵威化学技术有限公司。

乙酸、丙酸和丁酸采用气相色谱仪测定（日本岛津GC-14B型气相色谱仪），色谱柱：PEG-20 m石英毛细管柱（柱长30 m，内径0.32 mm，膜厚度0.25μm）；程序升温：初始柱温为40℃，保持1 min，再以10℃／min升到100℃，保持3 min，再以6℃／min升至150℃，保持3 min。采用氢离子火焰检测器，进样口温度为210℃，检测器温度为180℃，载气氮气压力为100 k Pa，氢气压力为42 k Pa，空气压力35 k Pa；进样量为1μL。

乳酸使用高效液相色谱仪测定（Water-2695高效液相色谱仪），流动相为甲醇0.1 mol／L磷酸氢二铵，流速1 m L／min，检测波长210 nm，柱温30℃，进样量10μL。

1.4 数据处理

数据采用Microsoft Office办公软件包中的Excel进行整理，数据分析采用统计软件SPSS 17.0中的单因素方差分析进行（One-Way ANOVA），多重比较采用LSD法。显著性检验水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 青贮饲料感官评定

不同品种甜高粱青贮饲料及青贮玉米饲料的感官评价见表3。X096青贮成功率仅为20%（10罐中只有2罐成功），青贮色泽呈墨绿色，发生霉变，茎叶结构被破坏，有丁酸臭味，评分为3分，青贮发酵品质定级为4级腐败；大力士青贮成功率为40%，青贮色泽呈褐色，茎叶结构受轻微破坏，丁酸味浓，评分为7分，青贮发酵品质定级为3级中等；玉米和甜饲1号青贮饲料成功率均达到了80%，青贮颜色呈浅黄色，茎叶结构清晰，酸味浓、丁酸臭味淡，评分为15分，青贮发酵定级为2级尚好；新高粱2号、考利和丽欧3个甜高粱品种青贮成功率均达到了100%，青贮饲料颜色呈黄绿色，接近原料的色泽，高粱茎叶纹理结构清晰可见，芳香味浓，有酸味，评分为19～20分，青贮发酵品质定级为1级优等。

表3 玉米及不同甜高粱品种青贮感官评价Table 3 Sensory evaluation on silages of corn and several sweet sorghum varieties

2.2 化学成分

2.2.1 水分、粗脂肪、粗蛋白质及WSC 由表4可以看出，大力士青贮饲料水分含量达到76.21%，显著高于其他各青贮饲料的水分含量（P＜0.05）；X096甜高粱品种青贮饲料水分含量最低，只有65.50%，显著低于其他各青贮饲料的水分含量（P＜0.05）；甜饲1号、新高粱2号、考利和丽欧水分含量处于同一水平，为70%～71%。从粗蛋白质含量看，甜高粱丽欧、考利和玉米青贮饲料的粗蛋白含量在一个水平上，均达到了7%以上，显著高于其他各青贮样本（P＜0.05）；X096青贮饲料粗蛋白质含量显著低于其他各青贮饲料粗蛋白质含量（P＜0.05）。其他各青贮饲料蛋白质含量约为6.5%左右，居于中等水平。粗脂肪含量则以考利甜高粱青贮饲料最高，为3.30%，显著高于玉米（2.61%）、大力士（2.63%）和 X096（2.45%）青贮饲料 （P＜0.05）。丽欧和新高粱2号甜高粱青贮粗脂肪介于二者之间。考利和丽欧甜高粱青贮饲料WSC含量均超过了4.5%，显著高于其他各青贮饲料（P＜0.05）。青贮玉米饲料WSC含量介于X096和甜饲1号、新高粱2号之间。

表4 玉米及不同品种甜高粱青贮饲料水分、粗脂肪及粗蛋白含量分析Table 4 Analysis of water，crude fat and crude protein content in silages of corn and several sweet sorghum varieties

2.2.2 p H值及纤维含量分析 分析表5可见，玉米及不同品种甜高粱青贮饲料的p H值组间存在显著性差异（P＜0.05），其中X096和大力士甜高粱品种青贮饲料p H值均在5左右，显著高于其他各青贮饲料（P＜0.05）。玉米、甜饲1号及新高粱2号甜高粱青贮饲料间的p H值差异不显著（P＞0.05），平均为4.2左右。而丽欧和考利甜高粱品种青贮饲料p H值显著低于其他种类青贮饲料的p H值（P＜0.05），平均值在4.0左右。

X096甜高粱青贮饲料的粗纤维含量在各青贮饲料中最高，达到了33.36%，显著高于其他各青贮饲料（P＜0.05）。丽欧、考利、甜饲1号甜高粱品种和玉米青贮饲料粗纤维含量在同一水平，未达到显著性差异水平（P＞0.05）。大力士的粗纤维含量最低，显著低于除玉米青贮以外的其他青贮饲料组。

NDF和ADF在各青贮饲料间存在显著差异（P＜0.05），二者在不同种类的青贮饲料中的含量变化表现出了相似的波动趋势。X096甜高粱青贮饲料的NDF和ADF均最大，显著高于其他各青贮饲料（P＜0.05）。玉米与考利、丽欧甜高粱的NDF和ADF含量基本在同一水平，无显著性差异（P＞0.05）。

表5 玉米及不同品种甜高粱青贮饲料p H值及纤维含量分析Table 5 Analysis of p H，ADF，NDF and fiber in silages of corn and several sweet sorghum varieties

2.2.3 VFA及乳酸含量分析 不同种类青贮乳酸、乙酸、丙酸及丁酸的含量见表6。由表6可见，乳酸含量以丽欧青贮含量最高，显著高于甜饲1号、X096和大力士（P＜0.05）；大力士和X096青贮乳酸含量显著低于其他青贮材料（P＜0.05）；玉米、考利和新高粱2号青贮的乳酸含量处于同一水平（P＞0.05），其含量介于丽欧和甜饲1号之间。X096青贮的乙酸和丙酸在各青贮材料中最低，达到显著水平（P＜0.05），玉米青贮丙酸含量显著高于其他青贮丙酸含量（P＜0.05），其乙酸含量则是位于高糖青贮材料（丽欧、考利、新高粱2号）和低糖青贮材料（X096）之间。丁酸以X096青贮最高（P＜0.05），其次为大力士和新高粱2号。考利、丽欧、甜饲1号和玉米青贮丁酸含量较低，处于同一水平（P＞0.05）。

表6 玉米及不同品种甜高粱青贮饲料VFA及乳酸含量分析Table 6 Analysis of VFA and lactic acid content in silages of maize and several sweet sorghums μg／m L

2.2.4 灰分及钙、磷 总体看，玉米及几种甜高粱品种的青贮饲料粗灰分、钙、磷含量均差异不显著（P＞0.05）（表7）。但是，其中玉米青贮饲料及X096、大力士甜高粱青贮饲料钙的含量较其他品种青贮饲料有增加趋势，磷的含量在品种间无规律性变化。供试几个青贮饲料的粗灰分含量平均为6.7%左右。

表7 玉米及不同品种甜高粱青贮粗灰分、钙、磷含量Table 7 Content of ash，calcium and phosphorus in silages of corn and several sweet sorghum varieties %

3 讨论

本研究结果显示，不同品种的甜高粱和玉米青贮饲料，其青贮品质和营养价值均存在明显差异。从青贮成功率看，X096甜高粱品种仅为20%，大力士甜高粱品种也只有40%，二者均不易成功青贮。X096之所以不容易成功青贮主要是由于其糖锤度低（9.4%）、含水量较低（65.5%）造成的。有研究［24］表明，甜高粱的糖分主要由蔗糖组成（60.2 g／kg），其次是葡萄糖（23.4 g／kg），果糖含量较少（18.8 g／kg）。原现军等［25］研究了添加糖蜜对青稞秸秆和多年生黑麦草混合青贮发酵品质及营养价值的影响，结果发现，糖蜜添加组乳酸含量显著高于对照组，p H值、氨态氮／总氮值则显著低于对照组。糖蜜是制糖工业的副产品，WSC含量为40%～46%，主要成分为蔗糖，在青贮饲料调制过程中，能够为乳酸菌增殖提供发酵底物，进而可起到促进青贮发酵的作用［26］。由此可见，X096甜高粱较低的糖分含量使青贮乳酸发酵受到了影响［27］，进而使其青贮乳酸含量显著偏低，而丁酸含量显著偏高。这也是造成X096甜高粱青贮发酵后 WSC含量显著低于其他青贮饲料的重要原因（P＜0.05）。同时，X096含水量较低会造成在青贮压制过程中空气不容易排除，过多残留的空气也不利于厌氧乳酸菌的发酵和产酸，结果造成X096青贮饲料的p H值显著高于玉米和其他甜高粱品种（P＜0.05）。从粗纤维、ADF和NDF的含量来看，X096甜高粱品种青贮饲料也显著高于其他青贮饲料（P＜0.05），这是由该甜高粱的品种特性所决定的，也可能与其含水量有关。已有研究经证实［18，28］，不同品种甜高粱之间的纤维素含量存在较大差异。

大力士甜高粱品种属于晚熟品种，在南疆乃至新疆均不能成熟。在本试验制作青贮时大力士甜高粱仍处于灌浆期，这是导致大力士青贮饲料水分含量偏高的原因，也是导致其青贮不易成功的主要原因。研究［29-30］表明，原料水分含量高低是青贮成败的关键因素之一，水分偏高会导致青贮过程腐败菌替代乳酸菌而成为青贮的优势菌群，最终导致青贮饲料p H值和丁酸含量偏高，乳酸含量降低的结果。陈鹏飞等［31］的研究也证明，高水分会降低光叶紫花苕（Vicia villosa）的青贮品质，致使其青贮乳酸含量显著偏低，乙酸＋丙酸含量及氨态氮／总氮则显著增加。此外，大力士甜高粱青贮饲料的粗纤维、ADF和NDF含量相对较低，与玉米青贮的粗纤维、ADF和NDF含量相近，这是由于大力士甜高粱制作青贮时处于灌浆期，植株纤维化程度相对较低。本实验之所以选择生理期处于灌浆期的大力士作为青贮原料，是由于大力士在植株高度和单株重等性状方面表现十分突出。较高的植株和较大的单株重可提高鲜草产量和青贮产量，这对青贮生产具有重要意义。其含水量偏高可以通过推迟刈割期或割后晾晒的方式得以解决。

虽然青贮玉米原料糖锤度只有12.4%左右，较甜饲1号高粱品种17.7%的糖锤度有明显差异，但二者的青贮成功率均为80%，其他感观性状评分均为15分，二者青贮饲料的p H值也非常接近。这说明二者的青贮品质基本相当。这很有可能是青贮玉米籽实中丰富的淀粉含量弥补了其糖分含量不足的缺陷，研究表明，淀粉［32］及蔗糖、果糖等单糖［33-35］均可为青贮乳酸菌发酵提供碳水化合物，促进乳酸发酵，抑制丁酸发酵，最终导致降低青贮p H值和丁酸含量、增加乳酸含量，以使青贮得以成功长期贮存的结果。甜饲1号甜高粱品种青贮饲料的ADF和NDF显著高于玉米（P＜0.05），粗纤维含量也表现为甜饲1号青贮饲料大于玉米青贮饲料的趋势（虽然二者差异未达到显著水平）。

新高粱2号、考利和丽欧3个甜高粱品种的青贮饲料感观评价均达到了1级优等标准，青贮成功率为100%，青贮p H值均在4.1左右，WSC含量均显著高于玉米。这主要是因为这3个品种甜高粱糖分含量较高（新高粱2号、考利和丽欧的糖锤度均超过了18%，丽欧糖锤度高达22%），充足的糖分可为青贮乳酸菌增殖提供充足的基质，乳酸菌快速增殖，乳酸含量明显增加，致使青贮p H降到4.2以下，从而保证了青贮的成功率、感观质量和营养品质。新高粱2号、考利和丽欧甜高粱青贮饲料与玉米青贮饲料比较，粗蛋白、粗纤维、NDF和ADF含量接近玉米青贮，p H值低于玉米青贮，WSC则高于玉米青贮，这些结果说明，以这3种高糖甜高粱品种制作的青贮饲料与玉米青贮品质相当或优于玉米青贮，加之这3种甜高粱品种单株重和植株高度均大于玉米，因此，在实际生产中可以考虑替代玉米青贮。

此外，除X096和大力士外，其他品种甜高粱青贮饲料粗脂肪含量要高于玉米。这可能是由于甜高粱茎、叶表面含有较多的蜡质造成的。甜高粱植株表面丰富的蜡质对其抗旱作用具有积极作用。而且，不同品种的甜高粱，其蜡质含量往往存在明显差异。

4 结论

供试的几个甜高粱品种青贮饲料品质差异很大。总体来看，与玉米比较，新高粱2号、考利和丽欧3个甜高粱品种青贮质量要好于玉米；甜饲1号甜高粱与玉米青贮具有相似的品质；大力士和X096的青贮比玉米青贮质量差。可见，在南疆可以选择新高粱2号、考利、丽欧等甜高粱品种替代玉米来制作青贮饲料。由于大力士产量较高，因此也可选择大力士制作青贮，但应采取延迟收割或晾晒等方法，以降低青贮前水分偏高的问题。