添加丙酸钙和尿素对玉米秸秆黄贮发酵品质的影响

王雨琼， 王敏玲， 周道玮

(中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130000)

添加丙酸钙和尿素对玉米秸秆黄贮发酵品质的影响

王雨琼， 王敏玲， 周道玮

(中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130000)

设置5个处理组(4%尿素(4U)、0.2%丙酸钙(0.2CP)、0.4%丙酸钙(0.4CP)、4%尿素+0.2%丙酸钙(4U+0.2CP)和4%尿素+0.4% 丙酸钙(4U+0.4CP))和一个对照组(CK)，经过90 d发酵处理，测定黄贮饲料的营养成分、pH值、氨态氮及有机酸含量，评价丙酸钙和尿素对玉米秸秆黄贮发酵品质的影响。结果表明，各处理组干物质含量差异不显著；与CK相比，各处理组粗蛋白含量呈上升趋势，酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维均呈现下降趋势，4U组pH值显著增加，其他各组pH值显著降低；含尿素组氨态氮/总氮显著高于其他3组；对照组和4U+0.4CP组的乳酸含量显著低于其他组乳酸含量；含尿素的处理组中乙酸含量显著高于CK，CP中乙酸显著低于CK；各组丙酸含量与CK相比显著增加。综合评价，4U+0.2CP处理显著改善黄贮玉米秸秆发酵品质。

丙酸钙；尿素；玉米秸秆；发酵品质

中国农作物的秸秆资源十分丰富。据统计， 2005年中国农作物秸秆的产量已高达8.42×108t[1]，在产粮的东北地区，丰富的秸秆资源可用作反刍动物的粗饲料来源。目前青贮技术能够将青绿植物较好的储存下来并提高秸秆饲料的营养成分，使秸秆饲料质地优良，增加适口性和消化利用效率[2]。但是在实际的农业生产中，由于对作物果实的获取，黄玉米秸秆的产量巨大，但营养价值较低，用作反刍动物饲料适口性差、消化率较低。因此，在黄贮秸秆用作饲料的制作过程中添加不同功效的添加剂，可改善或增强黄贮饲料发酵品质和营养成分。丙酸钙(Calcium Propionate, CP)作为一种新型的动物饲料添加剂，已经被广泛应用在反刍动物的饲料领域中，并被世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)批准作为食品添加剂，并在饲料和医药方面广泛应用[3]。CP在不挥发、低腐蚀性、耐高温、酸化等方面具有很大的优越性，因此，在饲料添加剂中属于防腐剂的一种[4]，常应用在青贮饲料中。有研究表明，丙酸钙可有效抑制青贮饲料中的酵母菌和霉菌的活性，阻断好氧微生物对水溶性碳水化合物的同化作用[5]。尿素也属于一种饲料添加剂，即营养性饲料添加剂，可增加饲料中的粗蛋白含量，降低青贮物质的分解力并增加好氧稳定性。目前，对丙酸钙和尿素的研究主要在饲料防腐、青贮品质、预防畜禽疾病及动物生产性能等方面[6-8]。本试验研究了不同丙酸钙和尿素添加量及两两组合方式对玉米秸秆黄贮发酵品质的影响，旨在探求玉米秸秆黄贮时丙酸钙和尿素适宜添加量，为优质黄贮饲料的研究提供一些理论依据。

1 材料与方法

1.1试验材料

玉米秸秆来源于吉林省中国科学院长岭草地农牧生态研究站，玉米品种为长城799号。在蜡熟期除去雄穗、穗棒及苞叶，将玉米秸秆留置蜡黄期，采集时留茬30 cm，取上部茎秆并粉碎至2～3 cm后备用。

黄贮装置为5 L高密度聚乙烯塑料桶(口径为22 cm，主体直径为9 cm，高度为21 cm)，购于当地市场。添加剂丙酸钙和尿素均为分析纯。

1.2试验设计

试验共设置了6个处理，分别添加质量分数4%尿素(4U)，质量分数0.2%的丙酸钙(0.2CP)，0.4%丙酸钙(0.4CP)，4%尿素+0.2%丙酸钙(4U+0.2CP), 4%尿素+0.4%丙酸钙 (4U+0.4CP)和对照(CK)6个处理组。每个处理3次重复。各组丙酸钙或尿素的添加量均以黄秸秆鲜质量为基础。

1.3试验方法

1.3.1 黄贮饲料的制作 将粉碎的黄秸秆分层填装至5 L的高密度聚乙烯塑料桶容器内，每填装一层黄秸秆，即分别喷洒4%尿素，0.2%的丙酸钙，0.4%丙酸钙，4%尿素+0.2%丙酸钙，4%尿素+0.4%丙酸钙溶液，对照组喷洒等量的蒸馏水，适当搅拌并装满压实，用胶带密封，室温下放置90 d时开封取样分析，每个处理重复3次。

1.3.2 黄贮饲料感官评定 参照王富生等[8]研究中的评价标准，对黄贮玉米秸秆及对照组玉米秸秆进行现场的感官评价。本单位5人参与现场的感官评价，其中2名研究员，3名副研究员，主要评定指标为发霉情况、颜色、气味和质地。首先，观察是否有发霉情况；其次，观察黄贮玉米秸秆的颜色：黄绿色或黄褐色品质良好，暗绿色品质中等，褐色或者黑色品质低劣；再次，闻气味：弱酸或酒香味为良好，酸味较重次之，霉味或酸败味不可饲用；最后，观察质地：质地柔软湿润为良好，干燥粗硬为劣质。

1.3.3 营养成分测定 干物质含量：称取35 g黄贮饲料样品，放在65 ℃烘箱内45 h后，测定干物质(DM)含量。将烘干后的样品粉碎过40目筛，用于测定粗蛋白质、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维 (ADF)。

粗蛋白质：采用凯氏定氮法[9]。中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维参照GOERING等[10]方法进行测定。

1.3.4 pH值、氨态氮含量及有机酸测定 pH测定：称取35 g黄贮饲料样品，按照m(原料)∶m(蒸馏水)为1∶9的比例混匀后，在4 ℃环境下浸泡24 h，用滤纸过滤后，放置在-20 ℃条件下保存备用。

pH值用PHS-3C型pH计测定。

氨态氮含量测定：采用苯酚-次氯酸比色法[11]。

有机酸测定：1 mL浸提液与200 μL 25%偏磷酸溶液混合，充分震荡后，10 000 r·min-1高速离心机离心10 min，取上清液，应用岛津气相色谱仪(GC-14B型)测定，色谱柱为30 m×0.25 mm×0.25 μm毛细管柱，测定条件为柱温130 ℃，气化温度180 ℃，检测温度220 ℃。

1.4数据统计

采用SPSS 17.0软件对数据结果进行单因子方差分析(ANOVA)和LSD法多重比较。

2 结果与分析

2.1添加丙酸钙和尿素对黄贮玉米秸秆感官评定的影响

黄贮玉米秸秆经过90 d 的发酵后，各组的感官评价结果如表1所示。由表1可以看出，CK组出现轻微发霉现象，贮体呈暗黄色，并散发出酸味；而其他5个处理组均未出现发霉现象，贮体均呈现浅黄色，质地良好，其中0.2CP和0.4CP组只散发出酸香味，而4U+0.2CP和4U+0.4CP组除酸香味外，还散发出轻微的氨味。根据黄贮饲料感官评价标准，5个处理组的黄贮饲料均可评定为良好。

表1 添加丙酸钙和尿素对黄贮玉米秸秆感官评价的影响Table 1 Effects of adding calcium propionate and urea on sensory evaluation of yellow storage of corn stalk

2.2添加丙酸钙和尿素对黄贮玉米秸秆营养成分含量的影响

黄贮玉米秸秆营养成分的测定结果如表2所示。5个处理组黄贮玉米秸秆中干物质含量与CK组相比均无显著差异(P>0.05)；5个处理组黄贮玉米秸秆中粗蛋白含量与对照组相比均有所增加，除0.4CP组和0.2CP组外，其他各组粗蛋白含量均显著高于对照组(P<0.01)，其中以4U+0.4CP组最高，粗蛋白含量可达到15.34%。5个处理组黄贮玉米秸秆中酸性洗涤纤维含量与对照组相比均显著降低(P<0.01)，但5个处理组之间无明显差异(P>0.05)。5个处理组黄贮玉米秸秆中中性洗涤纤维含量与对照组相比略有降低，除4U+0.2CP组外，其他各组差异均不显著(P>0.05)。

表2 添加丙酸钙和尿素对黄贮玉米秸秆营养成分的影响(干物质基础)Table 2 Effects of adding calcium propionate and urea on nutrients of yellow storage of corn stalk (DM basis) g·kg-1

注：同列无字母或相同字母表示不同处理间差异不显著(P>0.05)，不同大写字母表示处理间差异极显著(P<0.01)。下同。

Note:The same or no letters show no significant differences among different treatment groups (P>0.05), different capital letters show a great signi-ficant differences (P<0.01). The same as below.

2.3添加丙酸钙和尿素对黄贮玉米秸秆pH值、氨态氮含量及有机酸的影响

黄贮玉米秸秆发酵品质的测定结果如表3所示。与CK组相比，4U组pH值有所增加，但差异不显著(P>0.05)，这说明单独添加尿素能够增加黄贮玉米秸秆的pH值；0.2CP 和0.4CP组 pH值极显著降低(P<0.01)，这说明单独添加丙酸钙能够降低黄贮玉米秸秆的pH值，且随着丙酸钙添加量的提高，降低幅度增大；尽管添加尿素能够增加黄贮玉米秸秆的pH值，但4U+0.2CP和4U+0.4CP组pH值仍显著低于CK组(P<0.05)，这说明在丙酸钙和尿素添加组中丙酸钙的降低pH值作用占据主导地位，且4U+0.4CP 组pH值更低，差异极显著(P<0.01)，也再次验证了高质量分数的丙酸钙对于降低pH值效果更明显。

与CK相比，0.2CP 和0.4CP组氨态氮/总氮无显著差异(P>0.05)，4U，4U+0.2CP和4U+0.4CP组氨态氮与总氮比例显著升高(P<0.01)，且4U+0.2CP和4U+0.4CP组又显著高于4U组(P<0.01)，这说明添加尿素可以有效提高黄贮玉米秸秆中的氨态氮/总氮比例，但在丙酸钙的协同作用下，效果更显著(P<0.01)。

与CK相比，4U+0.4CP组乳酸含量下降，但差异不显著(P>0.05)，而其他4组乳酸含量均显著升高(P<0.01)，其中4U组乳酸含量最高，这说明单独添加尿素和丙酸钙均能增加乳酸含量。但单独添加尿素时最好，单独添加丙酸钙次之，而尿素和丙酸钙同时添加时乳酸含量增加幅度最小，甚至出现降低趋势。

与CK相比，0.2CP 和0.4CP组乙酸含量显著降低(P<0.05)，这说明单独添加丙酸钙能够降低黄贮玉米秸秆的乙酸含量，且随着丙酸钙添加量的提高，降低幅度增大；4U，4U+0.2CP和4U+0.4CP组乙酸含量显著增高(P<0.05)，这说明添加尿素能够增加黄贮玉米秸秆的乙酸含量，且促进乙酸生成的正效应远远高于丙酸钙的负效应。

与CK相比，5个处理组丙酸含量均显著增高(P<0.05)，且4U+0.2CP，4U+0.4CP组丙酸含量最高，这说明单独添加尿素或者丙酸钙均能显著增加丙酸含量，且二者协同作用效果更佳。

表3 添加丙酸钙和尿素对黄贮玉米秸秆发酵品质的影响 (鲜质量基础)Table 3 Effects of adding calcium propionate and urea on fermentation quality of yellowstorage of corn stalk (Fresh weight basis)

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示处理间差异极显著(P<0.01)。

Note:The different lowercase letters within the same volume show significant differences among different treatment groups (P<0.05), different capital letters show a great significant differences (P<0.01).

3 结论与讨论

在本试验中，由于采用了密封性较好的黄贮容器，因此，各处理组之间黄贮饲料干物质含量变化较小。与对照组相比，其他处理组粗蛋白质含量显著增加，尿素与丙酸钙组合叠加效果显著，说明丙酸钙与尿素组合可以改善玉米秸秆黄贮品质，这与藏艳运等[12]在青贮玉米上研究结果相似。研究表明，黄贮饲料的粗蛋白含量随着添加尿素含量的增加呈现上升趋势[13]。目前，尿素和丙酸钙在青贮秸秆发酵中的应用较为广泛。SALEM等[14]在4种树叶添加尿素、蜜糖和尿素+蜜糖(质量比例为1∶1)进行青贮发酵，结果发现，树叶中粗蛋白含量相比对照组分别增加了28.2%，13.2%和15.5%。尿素对青贮秸秆粗蛋白的影响相似于黄贮秸秆。本试验将丙酸钙与尿素组合发现，4U+0.4CP处理组的粗蛋白含量显著增加，原因可能是丙酸钙能有效抑制细菌和霉菌繁殖，降低黄贮饲料中好氧菌对营养物质的损耗，降低氮的消耗量，进而提高了黄贮饲料的粗蛋白含量；另外，尿素可提高粗蛋白含量，同时使ADF (酸性洗涤纤维) 和NDF(中性洗涤纤维)也呈现下降趋势，本研究与刘建勇[15]、LESSARD等[16]和王莹等[17]在尿素对甘蔗梢和玉米秸秆青贮发酵品质影响的研究中得出了相似的结果。尿素在尿素酶的作用下，分解成氨，氨与黄贮饲料中的水反应后电离出氢氧根离子，氢氧根离子破坏了木质素与纤维素之间的结构，溶解半纤维素，降低ADF和NDF含量。由此说明，尿素与丙酸钙组合能够改善玉米黄贮饲料的营养成分。

在本试验中，添加尿素后pH值升高，尿素与丙酸钙组合，可有效降低黄贮饲料pH值，这可能是由于丙酸钙抑制霉菌、丁酸菌等有氧菌活性[18]，促进乳酸菌发酵,降低pH值[19-20]，抵消因添加尿素引起的pH值上升，对蛋白质起到一定的保护作用，因此，尿素与丙酸钙混合组pH值较单独添加尿素组低，但比单独添加丙酸钙pH值高。添加尿素可增加玉米黄贮饲料中的氨态氮含量，这与VATANDOOST等[21]使用尿素青贮大麦的研究结果相似。在有机酸含量测定中，乳酸含量高于其他有机酸，属于乳酸型发酵。向黄贮玉米秸秆中添加尿素，黄贮饲料中的乳酸含量则显著增加，但是尿素和丙酸钙同时添加，4U+0.2CP组乳酸含量显著高于对照组，而4U+0.4CP组乳酸含量与对照组相比，差异不显著，此组合对饲料中乳酸含量的变化没有起到叠加作用。添加丙酸钙降低饲料中的乙酸含量，提高丙酸含量。尿素与丙酸钙组合有效增加丙酸含量。

综上所述，尿素和丙酸钙在一定程度上改善玉米黄贮饲料的发酵品质，相比之下，4U与0.2CP的组合更有效提高黄贮饲料的营养成分及发酵品质，有望应用于实际生产中。此外，本试验中，添加丙酸钙和尿素处理玉米秸秆后，初步对黄贮秸秆发酵后的营养指标进行评价，后续将采用绵羊进行动物饲喂试验，进一步检验黄贮饲料的营养价值。

在本试验条件下，综合考虑，黄贮玉米秸秆中添加4%尿素和0.2%丙酸钙可提高黄贮饲料粗蛋白含量和乳酸含量，降低中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量，乙酸增加量最少，有效提高黄贮饲料发酵品质。

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(责任编辑：常思敏)

Effectsofaddingcalciumpropionateandureaonfermentationqualityofyellowstorageofcornstalk

WANG Yuqiong, WANG Mingling, ZHOU Daowei

(Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130000， China)

Five treatments of adding different concentration of calcium propionate (CP) and urea (U) (4%urea, 0.2%CP and 0.4%CP, 4%urea+0.2%CP, 4%urea+0.4%CP) and control treatment (CK) were set up to evaluate the effects of adding calcium propionate and urea on fermentation quality of yellow corn stalk silage. The silos were opened after 90 days of ensiling and the fermentation quality was analyzed. The results showed that there was no significant difference in dry matter among all treatments. Compared with the CK, crude protein of all group tended to increase, neutral detergent fiber and acid detergent fiber tended to decrease, pH value of 4U treatments was significantly increased and other treatments was reduced in comparison with the CK; NH3-H/TN of U and U+CP treatments were higher than that of other treatments; Lactic acid in CK was significantly lowered than that of other treatments except for 4U+0.4CP treatment; Acetic acid contents in the urea or U+CP treatments was significantly higher than that of the CK, and acetic acid contents in the CP treatment were significantly lower than that of the CK; Propanoic acid content in all treatments was significantly higher in comparison with the CK. These results suggested that adding 4%urea+0.2%CP to yellow corn stalks could effectively improve corn stalks fermentation quality.

calcium propionate; urea; corn stalks; fermentation quality

2016-12-27

国家重点研发计划项目(2016YFC0500606)

王雨琼(1987-)，女，吉林长春人，博士研究生，主要从事反刍动物营养研究。

周道玮(1963-)，男，吉林长春人，教授，博士。

1000-2340(2017)05-0662-05

S 816.5

A