冬闲田种植大麦不同生育期的营养价值和青贮品质

田 静，谢昭良，刘家杏，许留兴，唐国建，张建国(华南农业大学南方草业中心/广东省草业工程技术研究中心，广东 广州 510642)

冬闲田种植大麦不同生育期的营养价值和青贮品质

田 静，谢昭良，刘家杏，许留兴，唐国建，张建国
(华南农业大学南方草业中心/广东省草业工程技术研究中心，广东 广州 510642)

利用冬闲田种植一年生饲草或饲料作物，是解决南方粗饲料不足的有效途径。本研究利用冬闲田种植大麦(Hordeumvulgare)，分析其不同刈割期的产量、营养价值和青贮发酵品质。主要研究结果如下，1)大麦的干物质产量随生育期的推进逐渐提高，但乳熟期相对饲用价值和干物质消化率显著高于其它生育期(P<0.05)，分别为107.19和63.84%。2)随着生育期的推进，全株大麦青贮发酵品质显著提高(P<0.05)。3)添加乳酸菌LactobacillusplantarumCCZZ1可以显著增加各生育期大麦青贮饲料的乳酸含量，降低pH、丁酸和氨态氮含量(P<0.05)，显著提高青贮发酵品质(P<0.05)，但开窖后容易引起有氧变质；添加乳酸菌L.parafarraqinisZH1能有效改善各生育期大麦青贮饲料的有氧稳定性。因此，冬闲田种植大麦宜在乳熟期至蜡熟早期收割青贮，并有益南方畜牧业发展。

大麦；生育期；青贮品质；乳酸菌

随着我国经济快速发展，农业结构调整和农村劳动力的转移，冬季农业生产呈现下降趋势，导致冬闲田面积不断增加。据不完全统计，我国南方15个省(区)有冬闲水田2 000多万hm2，造成了资源和能量的严重浪费；另外，我国南方现有的草食家畜特别是奶牛的优质粗饲料严重缺乏[1]，而且优质饲草的严重不足已成为当前亟待解决的关键问题[2]。大麦(Hordeumvulgare)是世界上主要的谷类作物之一，以其适应性广、抗逆性强、用途广而在全世界广为种植。我国大麦资源丰富，随着畜牧业和啤酒工业的发展，种植面积逐年增加，几乎遍及全国，是重要的粮饲兼用作物之一[3]。大麦籽粒是畜禽的精饲料，除了淀粉含量和适口性比玉米(Zeamays)略低外，其蛋白质含量尤其是可消化蛋白含量以及烟酸含量均显著高于玉米[4]。在国外，大麦等麦类饲料作物已经成为一类重要的青贮原料[5]。

对于麦类饲料作物而言，生育期是影响其青贮发酵品质的一个重要因素。在不同生育时期，其水分、水溶性糖及营养物质等含量变化很大，不仅影响其营养价值，也影响其青贮发酵品质[6]。选择适宜的生育期收割大麦，对其产量、营养价值和青贮品质都十分重要。目前，我国对大麦的研究都集中在如何提高不同品种大麦的青贮品质[7]，尚未开展不同生育期大麦青贮品质的研究。因此，本研究分析各生育期大麦的干物质产量、营养价值和青贮发酵品质，旨在明确冬闲田种植大麦作为青贮原料的适宜收割期，为大麦的生产和青贮调制加工提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于华南农业大学教学实验基地，23°14′ N，113°38′ E，属亚热带季风气候。年平均气温21.6 ℃，温度最高为7月，月平均气温29.4 ℃；温度最低为1月，月平均气温13.3 ℃。年平均温度为21.6 ℃，≥10 ℃年积温7 910.9 ℃·d，年平均降水量为1 967.8 mm，年平均太阳辐射值为4 367.2～4 597.3 MJ·m-2，年平均日照时数为1 707.2 h。

1.2 大麦种植管理

大麦品种为西引2号饲用大麦，由河南省顺民意种业有限公司提供。于2011年12月10日种植，设3个种植小区，每个小区面积为3.0 m×4.0 m，大麦播种量为180 kg·hm-2。播种前每个小区施用肥料为复合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶6∶8)，其中施用N、P2O5和K2O分别为45.0、18.0和24.0 kg·hm-2。

1.3 产量测定

在抽穗期、开花期、乳熟期和蜡熟期，每个小区分别随机取1个1.0 m×1.0 m的样方刈割后测产。大麦材料于2012年4月20日早稻插秧前刈割完毕。

1.4 营养成分分析及相对饲用价值计算

将各收获期刈割后的大麦样品后带回实验室，切短至20～30 mm，取200 g左右样品装入信封袋，采用70 ℃烘箱干燥48 h后测定饲草干物质含量[8]，之后粉碎过0.45 mm筛备用。粗蛋白含量采用凯氏定氮法(定氮仪 KDN-103F，上海纤检仪器有限公司)测定；粗脂肪含量采用乙醚提取法测定(SLF-06，杭州托普仪器有限公司)；粗灰分含量采用灼烧法测定[8]；水溶性碳水化合物(water soluble-carbohydrates，WSC，%)含量采用蒽酮-硫酸法测定[9]；缓冲能采用盐酸、氢氧化钠滴定法测定[10]；粗纤维、中性洗涤纤维NDF，%)和酸性洗涤纤维(ADF，%)含量采用改进的滤袋分析法测定(ANKOM A-200i 北京)[11]；干物质消化率采用纤维素酶人工消化试验法测定[12]。

相对饲用价值(relative feed quality，RFQ)由以下公式计算得出[13]：

RFQ=DMI×DDM/1.29.

式中：DMI为单位体重家畜的粗饲料干物质随意采食量(%)；DDM为可消化的干物质占干物质总量的比例(%)。DMI与DDM的预测模型分别为：

DMI=120/NDF；

DDM=88.9-0.779×ADF.

1.5 原料微生物分析

乳酸菌、好氧细菌、酵母菌和霉菌数量分别采用MRS琼脂培养基(MRS agar medium，MRS)、营养琼脂培养基(nutrient agar，广东环凯微生物有限公司)和马铃薯葡萄糖琼脂培养基(potato dextrose agar，广东环凯微生物有限公司)计数[14]。乳酸菌在厌氧条件下(YQX Ⅱ型厌氧箱，上海新苗医疗器械制造有限公司)37 ℃培养2～3 d；好氧细菌、酵母菌和霉菌在有氧条件下37 ℃培养2～4 d。

1.6 青贮制作与品质分析

将不同刈割期的大麦切短为20～30 mm后分别混匀，充分混匀后添加不同的乳酸菌制剂，再次充分混匀后装入30 cm×20 cm的聚乙烯青贮袋中，每袋200 g，用真空打包机(SINBO Vacuum Sealer)抽真空后密封，置于暗处，室温贮藏60 d。青贮发酵品质分析、有氧稳定性分析均用此材料。试验设对照(CK)、添加乳酸菌L.plantarumCCZZ1和L.parafarraqinisZH1，添加量为1.0×105cfu·g-1鲜样，每个处理3次重复。

发酵品质分析：在青贮袋开封后，取20 g混匀的青贮饲料放入聚乙烯塑料封口袋中，加入80 mL蒸馏水，置于4 ℃冰箱里浸泡18 h后过滤，期间适当摇晃，用pH计(PHS-3C，上海鹏顺科学仪器有限公司)测定浸提液pH值。氨态氮(NH3-N)含量用凯氏定氮仪直接蒸馏测定。有机酸含量采用Agilent 1100型高效液相色谱仪测定(色谱柱RSpak KC-811昭和电气，流动相为3 mmol·L-1的高氯酸溶液，流速1 mL·min-1，柱温60 ℃，检测器为SPD-20A紫外检测器，检测波长210 nm)。

青贮饲料V-Score 评分：V-Score评分体系[15]是以青贮饲料中的NH3-N和挥发性脂肪酸(VFA)含量的多少来评定发酵品质的优劣，满分为100分。根据这个评分体系可以将青贮饲料品质分为良好(>80分)、尚可(60-80分)、不良(<60分)3个级别。

青贮饲料有氧稳定性分析：青贮袋开封后，无菌操作混匀样品，然后取出一部分进行发酵品质分析，剩下的样品不封口放置，进行有氧稳定性分析。分别于开封后48、96、144和192 h取出袋中已混匀样品20 g，测定pH。pH上升幅度越小则说明其有氧稳定性越好，反之则越差。

1.7 数据分析

采用Excel 2007和SPSS 17.0软件对数据进行统计分析。采用单因素方差分析评价生育期对大麦的产量和营养价值的影响，采用双因素方差分析评价生育期和乳酸菌对大麦的青贮发酵品质的影响，用Duncan法对发酵品质参数的均值进行多重比较，显著性检测水平为0.05。

2 结果

2.1 不同生育期大麦产量、干物质消化率及相对饲用价值

随着生育期的推进，大麦的干物质产量显著增加(P<0.05)，在蜡熟期达到最高，为6.58 t·hm-2(表1)。从抽穗期至乳熟期，大麦粗蛋白产量显著增加，在乳熟期达到最大值(0.64 t·hm-2)，之后显著下降(P<0.05)。大麦干物质消化率和相对饲用价值在乳熟期达到最大值，分别为63.84%和107.19，显著高于其它3个生育期(P<0.05)，之后显著降低(P<0.05)。

2.2 不同生育期大麦营养价值与微生物组成

随着生育期的推进，大麦植株的干物质和无氮浸出物含量显著增加(P<0.05)，而粗蛋白含量显著降低(表2)。从抽穗期至乳熟期，大麦水溶性碳水化合物含量显著提高(P<0.05)，乳熟期达到最大值(14.43%)，之后显著下降(P<0.05)。大麦中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量从抽穗期到乳熟期显著降低(P<0.05)，之后又增加。各个生育期大麦植株附着的乳酸菌数量没有显著差异(P>0.05)，均少于105cfu·g-1FM。抽穗期大麦植株水分含量高，且水溶性碳水化合物含量显著低于其它3个生育期(P<0.05)。蜡熟期大麦缓冲能较大(104.29 mE·kg-1DM)，酵母、霉菌数量较多。

表1 不同生育期大麦产量、消化率及饲用价值Table 1 Yields and relative feed quality (RFQ) of barley at various stages of maturity

注：同列不同小写字母表示不同生育期间差异显著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters within the same column indicate significant difference among different growth stage at the 0.05 level.

表2 不同生育期大麦营养成分与微生物组成Table 2 The chemical and microorganism composition of barley harvested at different stages

注：FM，鲜物质；cfu，菌落形成单位；lg，菌数取以10为底的对数；同行不同小写字母表示不同生育期间差异显著(P<0.05)。

Note: FM, Fresh matter; cfu, Colony-forming units; lg, Denary logarithm of the numbers. Different lowercase letters within the same row indicate significant difference among different growth stage at the 0.05 level.

2.3 不同生育期大麦青贮发酵品质与有氧稳定性

生育期对大麦青贮饲料各项青贮指标均有极显著影响(P<0.01)，添加乳酸菌对除了丙酸外的其它青贮指标均有极显著影响(P<0.01)，对丙酸无显著影响(P>0.05)；二者的互作对丙酸有显著影响(P<0.05)，对其它指标有极显著影响(P<0.01)(表3)。除了抽穗期外，其它3个生育期青贮大麦的pH均小于或等于4.2，且青贮饲料中没有检测到丁酸。随生育期的推进，大麦青贮饲料pH和NH3-N含量均显著降低(P<0.05)。与CK组相比，添加CCZZ1青贮饲料中乳酸含量显著增加(P<0.05)，NH3-N含量则显著降低(P<0.05)，同时显著降低抽穗期大麦青贮饲料中丁酸含量(P<0.05)。相对于CK组，添加ZH1对抽穗期和开花期大麦青贮饲料pH并无显著影响(P>0.05)，反而使乳熟期和蜡熟期青贮饲料pH显著上升(P<0.05)。除抽穗期外，其它3个生育期青贮饲料中添加ZH1后，乙酸含量显著增加(P<0.05)，NH3-N含量则显著降低(P<0.05)，但效果不及添加CCZZ1。随着生育期推进，大麦青贮饲料V-Score得分显著增加(P<0.05)。其中，乳熟期和蜡熟期大麦青贮饲料得分均超过80分，青贮品质良好，添加CCZZ1后大麦青贮品质更佳。

抽穗期和乳熟期CK组大麦青贮饲料暴露于空气144 h后pH开始急剧上升，开封192 h后pH均在6.0左右，而开花期青贮饲料在开封48 h后pH开始缓慢上升，好气变质开始；蜡熟期CK组青贮饲料在开封192 h内，pH没有显著变化，好氧稳定性较好(图1)。开花期至蜡熟期CCZZ1组青贮饲料pH在开封48 h后开始显著上升，其中乳熟期青贮饲料pH上升幅度最大。各个生育期CCZZ1组青贮饲料在暴露于空气192 h后，pH均接近甚至超过7.0，好气变质严重。添加ZH1的各生育期大麦青贮饲料在开封192 h内的有氧条件下，pH变化不大，有氧稳定性较好。

3 讨论

3.1 生育期对大麦产量和营养价值的影响

随着生育期的推进，大麦的干物质含量与干草产量逐渐增加，这是由于在成熟过程中，麦类饲料作物所含籽实比例不断增加；同时，由于干物质不断积累，其植株干物质产量逐渐提高。

不同生育期的全株大麦营养特性差别很大。本研究中，随着生育期的延长，大麦植株的粗蛋白和粗纤维含量降低，这可能与成熟过程中作物光合作用逐渐减弱密切相关[16]。大麦植株中大量的水溶性碳水化合物逐渐向籽实转移，并以淀粉的形式储存下来。因此，植株中水溶性碳水化合物在乳熟期达到最高值，之后快速下降，这与Filya[17]、Xie 等[18]对不同生育期全株小麦(Triticumaestivum)营养成分变化的研究结果一致。本研究中，乳熟期和蜡熟期全株大麦的RFQ值均超过100，且乳熟期作物RFQ值显著高于其它3个生育期。这是由于这两个成熟期的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量低，特别是乳熟期最低，因而依公式计算出的粗饲料干物质的随意采食量和可消化的干物质含量都高。

表3 不同生育期大麦青贮发酵品质Table 3 Effects of Lactic Acid Bacteria (LAB) on fermentation quality of barley silage in different growth stages

注：同列不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。*与**分别显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)影响，NS表示无显著影响(P>0.05)。

Note: Different lowercase letters within the same column indicate significant difference among different treatment at the 0.05 level.* and ** indicate significant effect at the 0.05 and 0.01 level, respectively; NS indicate no significant effect at the 0.05 level; CCZZ1,LactobacillusplantarumCCZZ1; ZH1,L.parafarraqinisZH1; TN, Total nitrogen.

目前，关于麦类饲料作物最佳收获时期存在不同的研究结果[19]。本研究表明，从抽穗期到乳熟期，大麦植株中粗蛋白、粗纤维、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量均呈下降趋势，说明乳熟期大麦相对饲用价值显著高于其它3个时期，但其干物质产量不及蜡熟期。因此，从产量和营养价值方面考虑，刈割冬闲田种植的大麦最佳时期为乳熟期至蜡熟早期。

3.2 刈割期和乳酸菌添加对青贮发酵品质的影响

本研究中，随着生育期推进，大麦青贮饲料pH和NH3-N含量显著降低，除抽穗期外，其它3个生育期青贮饲料中均没有检测到丁酸，发酵品质显著提高。从抽穗期至乳熟期，大麦青贮饲料中乳酸含量显著增加，之后显著降低，这主要是由于蜡熟期植株的水分含量和水溶性糖含量较低。因为适宜的含水量也是青贮饲料制作的关键因素[20]。尽管蜡熟期全株大麦水溶性糖含量较低，但仍然能够保持良好的青贮发酵品质，在对小麦青贮品质的研究中[6，17]也得到类似结果。一般来说，促进乳酸发酵是成功调制青贮饲料的关键。在厌氧条件下，当青贮原料水分、缓冲能和水溶性糖含量适宜时，植株本身附着的乳酸菌大量繁殖，使青贮饲料pH迅速下降，同时抑制有害微生物的生长[21]。接种乳酸菌特别是产酸能力强的同型发酵乳酸菌对于提高饲草的青贮发酵品质经济有效，添加同型乳酸菌的青贮饲料乳酸含量增加，pH和NH3-N含量显著降低[22-23]。本研究中，添加植物乳杆菌CCZZ1增加了各生育期乳酸含量、降低了pH和NH3-N含量，显著提高了青贮发酵品质。同时，乳酸菌的添加效果也受青贮原料特性的影响[24-25]。开花期、乳熟期和蜡熟期添加CCZZ1的青贮效果优于抽穗期，主要是开花期、乳熟期和蜡熟期大麦的干物质和水溶性糖等含量较高。添加类谷糠乳杆菌ZH1降低了抽穗期和开花期大麦青贮饲料的丁酸和NH3-N含量，提高了抽穗期和开花期大麦的青贮品质。添加ZH1未能提高乳熟期和蜡熟期大麦的青贮品质，这是由于乳熟期和蜡熟期大麦青贮饲料的pH低于4.0，丁酸和氨态氮含量较低，发酵品质较好；此外，ZH1是异型发酵乳酸菌，提高发酵品质的效果不及同型发酵乳酸菌CCZZ1。

图1 有氧条件下不同乳酸菌添加处理大麦青贮饲料pH变化Fig.1 pH changes in barley silages after exposure to air under different lactic acid bacteria addition treatments

3.3 添加乳酸菌对有氧稳定性的影响

本研究中，添加CCZZ1虽然促进了乳酸发酵，提高了大麦青贮品质，但却加速了各生育期大麦青贮饲料的好氧变质。特别是在开花期和乳熟期，添加CCZZ1的青贮饲料在开封后96 h内pH明显升高，好氧变质严重，这可能与大麦所处生育期植株原料中WSC含量和青贮饲料中乳酸含量较高、挥发性脂肪酸含量较低有关。刘秦华[26]研究了王草(Pennisetumpurpureum×P.glaucum)、玉米秸秆、小麦和燕麦(Avenasativa)等不同青贮材料特性与有氧稳定性之间的关系，结果表明，原料中WSC含量与青贮饲料的有氧稳定性显著负相关，WSC含量越高，青贮饲料越容易发生有氧变质；另外，Muck和Kung[27]指出添加同型发酵乳酸菌之所以会降低青贮饲料的有氧稳定性，是因为青贮过程中挥发性脂肪酸(乙酸、丙酸和丁酸)的含量较少；同时，当青贮饲料开封后，无氧环境变成了有氧环境，好氧细菌、霉菌和酵母菌等有害微生物利用乳酸和剩余的糖类大量繁殖，从而加快青贮饲料的有氧变质[28-29]。本研究中，各时期ZH1组青贮饲料在开封后192 h内pH相对稳定，有氧稳定性较好。添加ZH1也能有效提高玉米秸秆和燕麦等青贮饲料的有氧稳定性[26]。在青贮饲料中添加异型发酵乳酸菌ZH1可以有效抑制好氧细菌和酵母的生长，是因为青贮过程中产生的乳酸、乙酸和苯甲酸能够通过增加细菌细胞酸性、破坏细胞膜结构、增加渗透压等使好气性细菌受到抑制，同时，乙酸和苯甲酸能够使酵母细胞质酸化，破坏其包膜结构，另外，青贮过程中产生的十六烷酸可以通过与线粒体基质中Tim44蛋白结合，影响其蛋白传递功能，从而抑制酵母生长[26]。

4 结论

大麦的干物质产量随生育期的推进逐渐增加，乳熟期大麦的相对饲用价值高于其它生育期；随着生育期的推进，全株大麦青贮发酵品质显著提高，添加植物乳杆菌CCZZ1能显著提高青贮饲料发酵品质，但容易引起青贮饲料的好氧变质，在青贮开封后应采取必要措施提高其有氧稳定性。添加类谷糠乳杆菌ZH1提高了抽穗期和开花期大麦青贮饲料的发酵品质，对乳熟期和蜡熟期大麦青贮饲料的影响不明显且效果不及植物乳杆菌CCZZ1，但ZH1有效提高了各生育期大麦青贮饲料的有氧稳定性。

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(责任编辑 武艳培)

Nutritive value and silage quality of barley grown in winter fallow fields and harvested at different growth stages

Tian Jing, Xie Zhao-liang, Liu Jia-xing, Xu Liu-xing, Tang Guo-jian, Zhang Jian-guo
(South Pratacultural Center, South China Agricultural University/Guangdong Engineering Research Center for Grassland Science, Guangzhou 510642, China)

Planting annual forage crops in winter fallow fields is a main way to solve the problem of roughage shortage in southern China. In this study, the yields, nutritive value, and fermentation quality of barley (Hordeumvulgare) were determined. The main results were as follows: 1) Dry matter yield of barley increased with maturity. Relative feed value and dry matter digestibility of barley at the milk stage were 107.19 and 63.84%, respectively, and were significantly higher than those at other stages (P<0.05). 2) The fermentation quality of barley silage was increased with the maturity of barley. 3)LactobacillusplantarumCCZZ1 inoculation significantly reduced pH values and ammonia-nitrogen content of barley silages at all stages of maturity, and markedly increased lactic acid content (P<0.05), but was apt to aerobic deterioration after silo was opened. InoculatingL.parafarraqinisZH1 improved aerobic stability of silages at all maturity stages. From these results we can infer that barley grown in winter fallow fields should be harvested in the milk to early dough silage, which will be beneficial for the development of southern China.

barley; maturity stage; fermentation quality; lactic acid bacteria

Zhang Jian-guo E-mail:zhangjg@scau.edu.cn

2016-11-17 接受日期：2017-02-24

十二五国家科技支撑计划(2011BAD17B02-05)

田静(1994-)，女，安徽阜阳人，在读硕士生，主要从事牧草加工研究。E-mail:1803155313@qq.com

张建国(1968-)，男，内蒙古乌兰察布人，教授，博士，主要从事微生物发酵、草产品加工研究。E-mail:zhangjg@scau.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0579

S816.15;S816.5+3

A

1001-0629(2017)04-0753-08

田静，谢昭良，刘家杏，许留兴，唐国建，张建国.冬闲田种植大麦不同生育期的营养价值和青贮品质.草业科学,2017,34(4)：753-760.

Tian J,Xie Z L,Liu J X,Xu L X,Tang G J,Zhang J G.Nutritive value and silage quality of barley grown in winter fallow fields and harvested at different growth stages .Pratacultural Science，2017,34(4)：753-760.