青贮菌剂对甜高粱青贮品质影响及不同品种甜高粱青贮体外发酵特性研究

李茂春，任 傲，杜志艳，周传社

（1.岳阳市农业科学研究院，湖南岳阳 414000；2.中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南长沙 410125；3.湖南隆平高科耕地修复技术有限公司，湖南长沙 410001）

自2018年非洲猪瘟以来，2019—2020年猪肉价格居高不下，人们对肉类的消费结构产生变化，牛羊肉需求量出现上升，南方也开始重视草食动物的养殖，以奶牛、肉牛、山羊为重点的草食动物养殖迅速发展，但限制草食动物养殖规模进一步扩张的因素是饲草资源的短缺，南方可利用草地面积非常有限，因此需要人工种植高产牧草来解决饲草资源短缺的问题。

甜高粱是一种C4植物，起源于非洲，具有较高的光合效率，生物量生产力高，茎中糖积累迅速，含有大量的可溶性碳水化合物（Zhang等，2018；Barcelos等，2016），茎秆鲜嫩，叶片柔软，作为草食动物饲草适口性好（秦立刚等，2010）；而且甜高粱的再生能力强，播种一次，一年可收割2～3次，单位面积产量是饲用玉米的3倍，最高产量可达16 t/亩（郑玉琳，2018）；此外，甜高粱抗逆性强，具有耐旱、耐涝、耐贫瘠等特点（蒋涛等，2018）；理论上甜高粱适合在南方大规模种植以满足饲草资源的需求。

由于南方以多湿天气为主，不适合制备干草，所以牧草一般通过青贮的形式保存，而青贮菌剂可用于在青贮过程中调节青贮发酵，更好的保存青贮饲料的营养价值。本研究的目的是探究不同添加水平的青贮菌剂对青贮品质及营养价值的影响，并通过体外模拟瘤胃发酵探究不同品种甜高粱青贮的饲用价值。

1 材料与方法

1.1 试验一：青贮试验

1.1.1 试验材料 制作青贮所用的甜高粱由湖南隆平高科耕地修复技术有限公司提供，品种分别为阿尔托16262、阿尔托LPBO、阿尔托N3J53；甜高粱营养成分见表1。青贮菌剂购买于河北良孚生物技术有限公司，成分为乳酸片球菌、植物乳杆菌、纳豆芽孢杆菌、产朊假丝酵母菌等多种有益菌及其代谢产物，有效活菌数≥30亿/g。

表1 不同品种甜高粱营养成分（干物质基础）

1.1.2 试验设计 三个品种的甜高粱同时播种，待甜高粱生长至乳熟期，采用5点取样法，随机刈割5个样方里的甜高粱植株，留茬20 cm；将三个品种的甜高粱分别用铡草机揉切至2～3 cm长，每个品种取500 g切碎的样品装入信封，65℃烘干至恒重，烘干后的样品粉碎过18目筛，自封袋保 存 供 营 养 成 分（DM、GE、CP、EE、NDF、ADF、Ash）及WSC测定。

采用单因子试验设计，设计0%、0.1%、0.2%共3个青贮菌剂添加水平，每个水平设置6个重复，取1 kg甜高粱样品装入自动压缩袋，用真空封口机将压缩袋封口，置于阴凉处进行青贮，青贮时间为30 d。

1.1.3 青贮品质测定 青贮pH和乳酸参考张苏江（2014）提供的方法测定；营养成分测定方法参考 《饲料分析及饲料质量检测技术》（张丽英，2007），水溶性碳水化合物（WSC）采用蒽酮-硫酸比色法（余汝华等，2003）测定。

1.2 试验二：体外模拟瘤胃发酵试验

1.2.1 体外发酵底物 发酵底物为试验一青贮烘干粉碎后过1 mm筛获得的样品。

1.2.2 人工瘤胃液配制 选择3只装有永久性瘘管的湘东黑山羊作为瘤胃液供体动物，试验羊每天饲喂500 g稻草和500 g精料，每天08：00和18：00分两次饲喂，自由饮水；试验当天晨饲前从3只瘘管羊各取400 mL瘤胃液，6层纱布过滤后迅速装入保温瓶，混合均匀带回实验室，量取600mL瘤胃液与2400 mL缓冲液按1：4比例混合均匀，整个过程保持39.5℃恒温并持续通入CO2。

1.2.3 试验设计 采用单因子试验设计，分别将不同品种的甜高粱青贮作为发酵底物，每个底物设置3个重复，并设置空白组，只加人工瘤胃液，用于矫正数据。

1.2.4 体外发酵 称取0.5 g底物加入发酵瓶，将所有发酵瓶预热到39.5℃后，通入CO2排空瓶中的空气，用移液器向每个发酵瓶中加入60 mL人工瘤胃液，用橡胶盖密封后置于振荡频率为50 r/min、温度39.5℃的恒温培养箱中进行培养，48 h后结束发酵。

1.2.5 样品采集与处理 发酵结束后，立即用pH计（RXE PHS-3C，上海仪器设备厂）测定pH，将发酵培养物用400目纱布过滤，收集滤渣65℃烘干至恒重，记录重量m，DMD=（0.5-m）/0.5×100%；取2 mL滤液于15000 r/min条件下离心10 min，取1.5 mL上清液加入2 mL离心管，并加入0.15 mL 25%偏磷酸，-20℃保存供VFA与NH3-N测定，其中VFA测定参考Chen等（2016）的方法，NH3-N测定参考Wang等（2016）的方法；产气量由体外发酵设备自动记录。

1.3 数据处理与统计分析 所有数据均用Excel 2013进行整理，总产气量、VFA、NH3-N含量均用空白处理矫正；数据差异显著性分析采用SPSS 22.0软件的单因素ANOVA程序，多重比较使用LSD语句，P＜0.05表示差异显著，P＜0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 青贮菌剂添加水平对甜高粱发酵品质的影响 如表2所示，添加0.1%或0.2%的青贮菌剂对各个品种的甜高粱青贮pH均没有显著影响（P＞0.05），且3个品种甜高粱青贮pH均小于4.0；与对照组相比，添加0.1%和0.2%青贮菌剂能显著提高阿尔托16262甜高粱青贮的乳酸含量（P=0.01），并且添加0.1%和0.2%青贮菌剂后，阿尔托16262甜高粱青贮乳酸含量分别提高22.93%和19.97%，但对阿尔托LPBO与阿尔托N3J53这两个品种的青贮乳酸含量均无显著影响（P＞0.05）；所有青贮乳酸含量均在16 mg/g以上。

表2 青贮菌剂添加水平对甜高粱青贮发酵品质的影响

2.2 不同青贮菌剂添加水平对甜高粱青贮营养成分含量的影响 从表3可以看出，不同青贮菌剂 添 加 水 平 对 甜 高 粱 青 贮DM、GE、EE、NDF、ADF、Ash、WSC含量均没有显著影响（P＞0.05）。

表3 不同青贮菌剂添加水平对甜高粱青贮营养成分含量的影响

2.3 不同品种对甜高粱青贮体外模拟瘤胃48 h产气量与干物质消失率的影响 如表4所示，阿尔托LPBO的体外干物质消失率分别比阿尔托16262与N3J53显 著提高 （P=0.02）14.2%和26.06%；阿尔托LPBO体外产气量极显著高于（P＜0.01）阿尔托16262与阿尔托N3J53，从数值上看，阿尔托LPBO体外产气量比阿尔托16262、N3J53体外产气量分别提高38.84%、49.97%。

表4 不同品种甜高粱对体外模拟瘤胃48 h产气量与干物质消失率的影响

2.4 不同品种甜高粱对体外发酵参数的影响如表5所示，阿尔托LPBO的pH极显著低于阿尔托16262与阿尔托N3J53，阿尔托LPBO体外发酵pH相比与阿尔托16262与N3J53分别降低了3.48%和4.03%（P＜0.01）；阿尔托LPBO青贮体外发酵TVFA产量极显著高于（P＜0.01）阿尔托16262与阿尔托N3J53；其中阿尔托LPBO比阿尔托16262体外TVFA产量高48.66%，比阿尔托N3J53高20.40%；阿尔托LPBO乙酸、丙酸、异丁酸、戊酸、异戊酸产量均极显著高于（P＜0.01）阿尔托16262与阿尔托N3J53，并且均以阿尔托LPBO最高，阿尔托N3J53次之，阿尔托16262最低；而阿尔托N3J53的丁酸浓度极显著高于（P＜0.01）阿尔托LPBO与阿尔托16262；各品种之间乙丙比没有显著差异（P＞0.05）；阿尔托N3J53NH3-N浓度显著高于（P=0.02）LPBO与16262，分别高出19.84%和14.80%。

表5 不同品种甜高粱青贮对体外发酵参数的影响

3 讨论

3.1 青贮菌剂添加水平对甜高粱发酵品质的影响 pH与有机酸含量是衡量青贮品质的主要理化指标，一般优质青贮pH都低于4.2，超过4.2时说明发酵过程中腐败菌活动造成异常发酵。本研究中pH与有机酸含量都符合Kung等（2018）推荐的青贮保存条件，青贮过程中乳酸菌快速繁殖产生大量的乳酸（Sifeeldein等，2019；Arriola等，2011；Filya等，2000），优质青贮的乳酸含量要大于1.2%（郭勇庆等，2012）。本试验中各青贮菌剂添加水平下青贮pH均小于3.7，乳酸含量均高于16 mg/g（1.6%）；pH与乳酸含量均高于优质青贮标准。Diepersloot等（2021）发现，添加青贮菌剂可以提高青贮中乳酸的含量，李荞荞等（2019）也发现了同样的结果，阿尔托16262甜高粱添加菌剂的青贮中乳酸含量显著高于未添加菌剂的青贮，而另外两个品种的青贮乳酸含量没有差异，可能是由于品种阿尔托16262含有更高的WSC含量（16262：20.75%、LPBO：12.55%、N3J53：12.53%），乳酸菌大量繁殖产生更多的乳酸。综上所述，无论添加菌剂与否，从pH与乳酸两个理化指标来看都能获得优质青贮。

3.2 青贮菌剂添加水平对甜高粱营养成分的影响 研究表明 添加青贮菌剂可以改善甜高粱青贮的发酵品质、有氧稳定性能以及更好的保存营养价值（付薇等，2021）。李荞荞等（2019）发现，添加菌剂可以显著提高青贮中粗蛋白质的含量，董妙音等（2016）的研究同样发现，添加菌剂能显著提高青贮CP含量，主要原因是发酵菌的菌体蛋白合成导致粗蛋白质含量提高。本研究中粗蛋白质的含量并没有因添加菌剂而得到显著改变，但添加青贮菌剂后甜高粱青贮CP含量得到了4.8%～17.8%的提高，这与前人研究结果趋势一致；可能由于青贮时间仅30 d，各菌剂添加水平处理均没有显著改变甜高粱青贮营养成分含量。

3.3 不同品种甜高粱青贮对体外模拟瘤胃48 h产气量与干物质消失率的影响 干物质消失率模拟了青贮饲料在瘤胃内降解48 h内的消化状况，干物质消失率越高对应瘤胃内消化率也越高，本研究中阿尔托LPBO干物质消失率显著高于16262与N3J53，蒋涛等（2018）研究指出，粗饲料中碳水化合物的结构会影响其在瘤胃内的降解速度，碳水化合物按照其组织结构可分为两大类（Van Soest等，1991）：一类是非纤维类碳水化合物，包括蔗糖、果胶、淀粉及短链纤维素类似物；另一类是纤维碳水化合物，主要是植物细胞壁的组成成分，包括纤维素、半纤维素和木质素等；非纤维性碳水化合物易于消化且发酵彻底，具有很高的瘤胃降解率，而纤维性碳水化合物在瘤胃内不易降解。本试验中，青贮之后NDF含量16262降低了0.02%，LPBO降低了4.36%，N3J53降低了2.64%，NDF减少量以LPBO最大，NDF可能被降解成容易发酵降解的非纤维性碳水化合物，并且LPBO的NDF含量本就比16262与N3J53低5%以上，从而导致LPBO干物质消失率显著增加。模拟瘤胃产生的气体是由微生物发酵降解底物产生的，底物消化程度越高产气量越大（王荣等，2015）。因此本研究中LPBO干物质消失率与产气量均显著高于16262与N3J53。

3.4 不同品种甜高粱青贮对体外模拟瘤胃发酵参数的影响 VFA是瘤胃发酵日粮产生的重要产物，能提供反刍动物所需能量的70%～75%以上，因此，VFA的浓度以及组成可用于科学评价甜高粱青贮的饲喂价值，前文已介绍，被降解的青贮产生气体的同时也生成大量的VFA，LPBO青贮具有更高的干物质消失率，产生更多气体同时也生成更多的VFA，由于VFA具有酸性，其含量升高会导致pH降低，因此本研究中LPBOVFA产量显著提高得同时pH显著降低；三个品种的pH都在6.5～7.0，瘤胃液pH在5.5～7.5都可保证瘤胃的正常发酵（任傲等，2019），因此本研究中VFA产量增加不会引起pH异常，并且能提供更多的能量。综上所述，LPBO相比16262与N3J53青贮后更适合作为反刍动物的粗饲料。

4 结论

本研究中3个品种的甜高粱添加菌剂对甜高粱青贮的品质没有明显的改善作用，因此在青贮过程中无需添加菌剂；体外模拟瘤胃发酵结果证明，LPBO品种的甜高粱青贮具有更高的瘤胃降解率，作为反刍动物粗饲料能产生更多的VFA为反刍动物提供能量，因此就本研究3个品种的甜高粱青贮而言，LPBO品种青贮更适合作为反刍动物的粗饲料。