呼伦贝尔地区不同添加剂对燕麦青贮品质的影响

肖燕子，辛晓平，徐丽君，孙 林，王 伟，周天荣，乌仁其其格

（1. 呼伦贝尔学院农林学院, 内蒙古 呼伦贝尔 021000；2. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 / 呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站, 北京 100081；3. 内蒙古自治区农牧业科学院, 内蒙古 呼和浩特 010031）

燕麦(Avena sativa)为一年生禾本科饲草作物[1]，具有耐寒性强、产量高、品质优、适口性好、营养丰富、易调制、易收获等特点[2-3]，适宜在高纬度、高海拔地区种植，主要解决冬季缺草和草畜矛盾突出时补饲家畜的问题[4]。燕麦作为高寒地区优良的饲用牧草，已成为农牧区建立栽培草地和冬春补饲的优选饲草作物[5]。

寒冷地区燕麦晚春播种，秋季收获，一般作为干草饲喂家畜[6]。然而，夏末和整个秋季频繁的小雨往往使生产高质量燕麦干草变得非常困难[7]。与制作干草相比，青贮调制可减少营养成分损失，免受外界环境的影响[8]，并且可提高牧草的适口性、消化率，同时可有效保全牧草的营养成分和延长保质期。有研究表明，牧草原料直接青贮(无添加剂)，原料上附着的有害微生物在发酵过程中起主导作用，常引起青贮饲料的干物质损失及蛋白质水解[9]。相反，添加添加剂可以有效改善青贮品质，添加乳酸菌制剂能够降低pH，加快发酵速度，提高乳酸菌数量，抑制有害微生物对营养物质的分解，提高青贮饲料适口性，增加消化率[10]；纤维素酶能够分解植物细胞壁中的结构性多糖，增加乳酸菌发酵底物含量[11]。大量研究表明，添加乳酸菌 + 纤维素酶复合添加剂可有效提高青贮饲料的饲用品质[12-14]。

目前，国内外有关青贮饲料中添加乳酸菌和纤维素酶的研究已经十分广泛，但对于呼伦贝尔高寒地区燕麦进行添加剂青贮的试验研究较少，未见关于当地主栽燕麦品种青贮添加剂筛选的相关报道。因此，选用乳酸菌和纤维素酶添加后对燕麦青贮品质进行研究，筛选出最佳青贮添加剂，以期为呼伦贝尔地区燕麦青贮饲料调制提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于中国农业科学院呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站(49°23'13″ N、120°02'47″ E)，海拔627～635 m。气候属于中温带半干旱大陆季风气候，最高气温为36.17 ℃，最低气温为−48.5 ℃，年平均气温−2.4 ℃。年积温1 580～1 800 ℃·d，无霜期常为110 d 左右，降水常集中在7 月-9 月，年平均降水量350～400 mm。该地区土壤类型为暗栗钙土，全氮含量2.5%，全磷含量0.06%，全钾含量2.6%，有机质含量2.4%，pH 为7.58。

1.2 试验材料

试验选用青贮燕麦品种为林纳，由中国农业科学院农业资源与农业区划所提供。试验使用的乳酸菌(lactic acid bacteria, LAB，主 要 成 分 为 植 物 乳 杆菌，≥ 1.0 × 1010cfu·g−1)为江苏绿科生物技术有限公司生产，纤维素酶(cellulase, CE，≥ 1.0 × 105cfu·g−1)为南宁维瑞生物科技有限公司生产。

1.3 试验设计

2020 年6 月7 日在中国农业科学院呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站以条播的方式种植林纳燕麦品种，采用随机区组设计，小区面积10 m2(2 m × 5 m)，设置小区重复3 个，播种行距为40 cm (播种前未进行施加任何底肥，播种后进行镇压)。乳熟期收割后摊晒3 h，切短至3 cm 左右，进行充分混匀。对混合均匀的燕麦原料进行添加剂处理，试验共设为4 个处理，分别为对照(CK，无添加)、乳酸菌处理(0.03 g·kg−1LAB)、纤维素酶处理(0.05 g·kg−1CE)、乳酸菌 + 纤维素酶混合添加处理(0.03 g·kg−1LAB + 0.05 g·kg−1CE)，搅拌均匀后装入聚乙烯真空包装袋，每个袋中添加250 g 燕麦原料，每处理3 个重复，室温条件下(25 ℃)青贮60 d 后开袋分析。

1.4 试验方法

1.4.1营养成分分析

用烘箱干燥法将样品65 ℃烘至48 h，测定干重并计算干物质(dry matter, DM)含量[15]。酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)含 量 采 用Van Soest 纤 维 法 测定[16]。粗蛋白质(crude protein, CP)含量采用凯氏定氮法测定[17]。粗脂肪(ether extraction, EE)含量采用索氏脂肪提取法测定[18]。水溶性碳水化合物(water soluble carbo-hydrate, WSC)含量采用硫酸-蒽酮比色法测定[19]。淀粉(starch, ST)含量采用高氯酸水解-蒽酮比色法测定[20]。木质素(lignin, ADL)含量参照《饲料分析及饲料质量检测技术》测定[21]。

1.4.2 发酵品质分析

有机酸(乳酸、乙酸、丙酸和丁酸)含量用液相色谱法测定，色谱条件为色谱柱Agilent ZOR-BAX SB-C18 (5 μm，4.6 × 250 mm)，流 动 相0.01 mol·L−1(NH4)2HPO4，用1 mol·L−1HPO 调至pH 为2.70，临用前用超声波脱气，流速1.0 mL·min−1，进样20 μL，紫外检测器波长214 nm[22]。氨态氮(NH3-N)含量采用苯酚-次氯酸比色法测定[23]。使用酸度计(OHAUSTARTER 100/B 型，杭州微米派科技有限公司)测定pH。

1.4.3 微生物组成测定

乳酸菌、酵母菌、霉菌数量的测定：取燕麦原料或青贮饲料样20 g，加入180 mL 灭菌生理盐水，将浓度从1 × 10−1连续梯度稀释到1 × 10−7，采用MRS(Lactobacilli de Man, Rogosa, Sharpe)培养基30 ℃厌氧培养乳酸菌，72 h 后计数；采用孟加拉红培养基28 ℃下培养酵母菌和霉菌，72 h 后计数[24]。

1.5 数据分析

利用SAS 9.0 进行单因素方差分析，采用DPS 7.05进行基于与理想解相似排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution, TOPSIS)分析，结果用“平均值 ± 标准误”表示。

2 结果与分析

2.1 燕麦原料营养指标分析

燕麦原料的营养成分和微生物数量(表1)显示，DM 含量为42.69%，CP 含量为12.46%，WSC 含量为16.30%，ADF 和NDF 含量分别为34.05%和53.33%。原料的乳酸菌数为4.57 lg cfu·g−1，酵母菌数为4.67 lg cfu·g−1，霉菌数为4.13 lg cfu·g−1。

表1 燕麦原料的营养成分和微生物组成Table 1 Nutritional and microbial compositions of oatmeal raw materials

2.2 不同添加剂对燕麦青贮饲料营养品质的影响

不同添加剂对燕麦青贮营养成分分析(表2)显示，DM 含量为31.24%～36.87%，LAB + CE 处理的DM 含量(31.24%)显著低于其他处理(P＜ 0.05)。LAB 处理的CP 含量最高，为12.81%，显著高于CK(P＜ 0.05)。不同添加剂处理下NDF 含量为45.68%～50.03%，CK 最高，显著高于其他处理(P＜ 0.05)；添加剂对ADF 含量有显著影响(P＜ 0.05)，CK 的ADF含量最高(31.97%)，显著高于其他3 组处理(P＜0.05)；LAB 处理的WSC 含量最高(4.19%)，显著高于其他3 组处理(P＜ 0.05)。不同添加剂处理间的EE 含量无显著差异(P＞ 0.05)；不同添加剂处理对燕麦青贮饲料的ST 含量影响显著(P＜ 0.05)，CE 处理的ST 含量最高，为18.00%，显著高于其他处理(P＜0.05)；CK 的ADL 含量最高，为6.49%，显著高于其他3 组处理(P＜ 0.05)。

表2 不同添加剂处理对燕麦青贮营养品质的影响Table 2 Effects of different additives on the nutritional quality of oat silage

2.3 不同添加剂对燕麦青贮饲料微生物数量的影响

不同添加剂处理对乳酸菌数量有一定的影响。LAB 处理的乳酸菌数量最高，为7.28 lg cfu·g−1，CK的乳酸菌数量最低(5.15 lg cfu·g−1)，显著低于其他3 组添加剂处理(P＜ 0.05)；不同添加剂处理对酵母菌数量无显著差异(P＞ 0.05)，CK 未检测到酵母菌；LAB、CE 和LAB + CE 处理均未检测到霉菌，CK 的霉菌数量为1.76 lg cfu·g−1(表3)。

表3 不同添加剂处理对燕麦青贮饲料微生物组成的影响Table 3 Effects of different additives on the microbial composition of oat silage

2.4 不同添加剂对燕麦青贮饲料发酵品质的影响

如表4 所列，不同添加剂处理对pH 有一定影响，添加LAB 处理的pH 最低，为3.67；CK 的pH 最高(4.22)，显著高于除LAB + CE 外的另外两组处理(P＜ 0.05)。乳酸含量为4.52%～6.78%，LAB 处理含量最高，CK 最低，两个处理间差异显著(P＜ 0.05)；CK 的乙酸含量最高，为2.58%，显著高于其他3 组处理(P＜ 0.05)；3 个不同添加剂处理对青贮燕麦饲料的丙酸含量无显著影响(P＞ 0.05)；氨态氮/总氮则是LAB 处理的最低，为2.38%，显著低于CK (P＜0.05)；添加LAB 和CE显著提高了燕麦青贮中乳酸/乙酸的比值(P＜ 0.05)，分别为4.99 和5.61，显著高于CK (P＜ 0.05)。

表4 不同添加剂处理对燕麦青贮发酵品质的影响Table 4 Effects of different additives on the fermentation quality of oat silage

2.5 不同添加剂对燕麦青贮发酵品质和营养品质的综合评价

采用TOPSIS 分析将发酵品质和营养品质结合来综合评价发酵品质和营养品质，将CP 含量、氨态氮/总氮、WSC 含量、pH 和乳酸含量作为主要评价指标，其中pH 和氨态氮/总氮为低优质指标外，其他3 个均是高优指标。综合评价的结果表明：4 个处理的综合表现为LAB ＞ CE ＞ LAB + CE ＞ CK (表5)。LAB 处理的理想值最大，明显高于其他3 个处理，因此添加LAB 为最佳添加剂处理。

表5 不同添加剂处理对燕麦青贮品质和营养品质的TOPSIS 评价Table 5 TOPSIS evaluation of different additive treatments on oat silage quality and nutritional quality

3 讨论

本研究中添加乳酸菌添加剂对燕麦青贮发酵有积极作用，表现为青贮饲料中pH、氨态氮/总氮值较低，乳酸含量较高，说明添加乳酸菌添加剂对燕麦发酵有一定的促进作用。青贮60 d 后，由于WSC转化成有机酸，乳酸菌处理的WSC 含量显著高于其他处理，乳酸菌 + 纤维素酶处理和纤维素酶处理之间的WSC 含量差异不显著，但是高于对照。这可能是因为乳酸菌添加剂在发酵初期降低了pH，从而抑制了不良微生物对WSC 的消耗。青贮pH 的高低直接关系到青贮饲料中乳酸菌的数量[25]。本研究中，对燕麦原料分别添加乳酸菌、纤维素酶和乳酸菌 + 纤维素酶混合添加剂，经过发酵后pH 均下降，添加乳酸菌的燕麦青贮pH 为3.67，乳酸/乙酸的比值较大，氨态氮/总氮值最低，无丁酸存在，乳酸菌数为7.28 lg cfu·g−1，达到优质青贮质量。这与贾婷婷等[9]和云颖等[26]的试验结果一致，说明燕麦青贮原料表面附着的乳酸菌数量足够起到主导作用，有利于发酵，并且乳酸菌添加剂能够有效降低pH，改善燕麦青贮饲料的发酵品质。

纤维素酶可降解动物不消化的物质，包括木质素、纤维素、半纤维素等，并且能水解植物细胞壁，释放出能增加乳酸菌的发酵底物，提高有机物消化率，改善饲草青贮品质[27]。钟书等[13]研究表明，不同含水量紫花苜蓿青贮中添加纤维素酶可有效降低其ADF 含量，增加ADF 的可消化性。魏晓斌等[8]研究结果表明，苜蓿中的ADF 含量在纤维素酶处理下最低，显著低于乳酸菌处理和对照。本研究中，添加纤维素酶处理下燕麦青贮饲料的ADF 和ADL含量最低，分别为28.50%和4.46%，显著低于对照。说明纤维素酶降低了牧草中的ADF 和NDF 含量，将结构性碳水化合物降解为WSC，为乳酸菌的发酵提供足够的底物。本研究中，乳酸菌、纤维素酶及乳酸菌 + 纤维素酶处理的CP 含量均高于对照，同时纤维成分含量降低。这与李茂等[28]在王草(Pennisetum purpureum×P. glaucum)青贮中添加乳酸菌和纤维素酶的研究结果一致，说明添加乳酸菌能在一定程度上减少牧草的营养物质损失，有效保存牧草青贮中的营养成分。

为了对不同添加剂和青贮指标进行综合评价筛选，本研究采用TOPSIS 统计分析法，利用多种目标值进行决策分析的理想值和负理想值对评价目标排序，评价研究对象的优劣。理想解在研究中是指设想的最优处理，是筛选处理的最优指标的集合，而负理想解则完全相反。谢景梅[29]应用TOPSIS法对油菜(Brassica campestris)品系进行综合分析，其接近理想值的程度(Ci值)最高，为0.91，磷高效品系为最佳。本研究评价不同添加剂处理的CP 含量、WSC 含量、pH、氨态氮/总氮值和LA含量，其接近理想值的程度(Ci值)最高，为1，添加乳酸菌为最佳添加剂处理。因此，将各处理的综合评价值与理想解和负理想解进行比较，若某一处理最接近理想解，同时又远离负理想解，则该处理为最佳处理。

4 结论

添加纤维素酶和乳酸菌添加剂可改善燕麦青贮饲料的青贮品质。综合分析燕麦青贮的各项指标，乳酸菌处理降低了燕麦青贮饲料的pH、乙酸、丙酸和氨态氮含量，增加了乳酸含量和乳酸菌数量，有效改善了青贮饲料发酵品质；同时增加了CP 含量，降低了NDF 和ADF 含量，提高了燕麦青贮饲料的营养价值，因此在呼伦贝尔地区改善燕麦青贮品质的最佳添加剂为乳酸菌添加剂。