全 文 :30卷09期
Vol.30,No.09
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
1433-1438
09/2013
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后生物
生产层 温度对垂穗披碱草青贮品质的影响
秦丽萍1,2,柯文灿3,丁武蓉1,2,石 超3,郭旭生2,3
(1.兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州730020;2.兰州大学青藏高原生态系统管理国际中心,甘肃 兰州730000;
3.兰州大学生命科学学院,甘肃 兰州730000)
摘要:为探讨不同温度下青藏高原垂穗披碱草(Elymus nutans)贮藏过程中发酵品质的动态变化,本研究以采自
青海省果洛藏族自治州的垂穗披碱草为青贮原料,在当地完成塑料袋青贮后带回实验室分别置于15和25℃下
进行青贮,在贮藏2、4、6、8、12、14、30、60d后开袋,测定其相关指标。结果表明,15℃处理下,pH值缓慢下降至
5.68,乳酸含量1.44%,青贮效果不佳;25℃增加了乳酸含量(6.21%),使pH值显著降至4.27(P<0.05),取得
了良好的青贮效果。随着贮藏时间的延长,AN/TN值逐渐增加,乙酸含量在发酵初期(4d内)显著增加(P<
0.05),在发酵后期水溶性碳水化合物含量显著降低(P<0.05),之后保持稳定。温度和发酵时间对粗蛋白、中性
洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量没有显著影响(P>0.05)。
关键词:青藏高原;垂穗披碱草;青贮;温度
中图分类号:S816;S543+.9 文献标识码:A 文章编号:1001-0629(2013)09-1433-06
*
青藏高原被喻为“世界屋脊”和“地球第三极”,
大约占我国国土总面积的26%,它不仅是一个具有
全球意义的脆弱生态系统,也是我国主要的畜牧业
基地之一。与我国其它畜牧业地区相比,青藏高原
地势高亢,辐射强烈,且冷季漫长,暖季短暂,热量不
足[1-2]。干旱寒冷的气候导致草地结构不合理,牧草
生长期短,产草量低,青绿饲料的供应存在着明显的
季节不平衡性。为满足冬春季节家畜生长的需求,
农牧民多采用将牧草打捆,晾晒和风干的传统贮藏
方式,但传统贮藏方式易使牧草粗蛋白含量减少,适
口性和消化率下降[3]。青贮作为一种简单易行、成
本较低的牧草贮藏方式,能更多地保存牧草的营养
价值,可为解决高寒草地畜牧业冬春季节饲草料严
重不足作出巨大贡献。
青贮是通过乳酸发酵快速降低青贮料pH 值,
并且维持厌氧的青贮环境,从而达到使作物长期保
存的一种贮藏方式[4]。青贮温度过低或过高,都不
利于乳酸发酵。Liu 等[5]、Kim 和 Adesogan[6]、
Weinberg 等[7] 分 别 对 不 同 温 度 下 柱 花 草
(Stylosanthes guianensis)、玉米(Zea mays)和小麦
(Triticum aestivum)的青贮品质进行了测定,发现
温度过低乳酸菌活性通常不强,而温度过高则会减
少青贮饲料乳酸含量,增加pH值和干物质损失,降
低有氧稳定性,使青贮料的饲用价值降低[8]。而在
青藏高原地区,牧草收获季节气温已降至10~20
℃,且昼夜温差大[9],这会对牧草青贮时的发酵程度
及发酵品质产生重要影响,但目前尚未有学者对不
同温度下青藏高原地区牧草青贮品质进行评价。
垂穗披碱草(Elymus nutans)是青藏高原较常
见的一种多年生禾本科牧草,具有丰富的营养价值
和良好的适口性,是青藏高原可供家畜采食的典型
优良牧草之一[10]。本研究利用青藏高原垂穗披碱
草自身附着的乳酸菌,结合青藏高原气候条件,研究
垂穗披碱草在15和25℃下青贮品质的变化规律,
以期为高原地区的饲料青贮提供参考。
1 材料与方法
1.1青贮饲料的调制 青贮原料是青海省果洛
藏族自治州玛沁县大武镇大武滩青海畜牧兽医科学
院试验田(100°02′~100°13′E,34°27′~34°31′N,
海拔3 800m)种植的垂穗披碱草,于2012年7月19
日(抽穗期)收割。将采集的新鲜整株垂穗披碱草切
至2~3cm长,按每袋200g装入30cm×23cm聚
* 收稿日期:2013-03-15 接受日期:2013-06-18
基金项目:青藏高原牧草附着乳酸菌的遗传多样性及其饲料青贮应用的基础研究(0410D3)
作者简介:秦丽萍(1989-),女,甘肃临泽人,在读硕士生,主要从事动物营养与饲料学研究。E-mail:qinlp11@lzu.edu.cn
通信作者:郭旭生(1978-),男,宁夏海原人,副教授,博士,主要从事饲草加工贮藏与反刍动物营养研究。
E-mail:guoxsh07@lzu.edu.cn
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乙烯青贮袋中,用真空包装机抽真空并封口,置于放
有冰袋的泡沫盒中,于第2天早上带回实验室,分别
置于15和25℃恒温培养箱中进行青贮,在青贮前
和青贮2、4、6、8、12、14、30、60d后取样并置于-20
℃下,待进行相关指标的测定。
1.2青贮料和原料样品成分分析 取青贮原料
和样品各10g,加入90mL去离子水并搅拌均匀,
用组织捣碎机将其搅碎1min,然后用4层纱布过
滤,滤出草渣得到的浸出液放入-20℃条件下保
存,用于pH值、氨态氮、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸和水
溶性碳水化合物 (Water Soluble Carbohydrate,
WSC)含量的测定。用pH 计测定青贮料浸出液的
pH值[11];乳酸、乙酸、丙酸和丁酸含量用 SHI-
MADZE-10A型高效液相色谱仪分析,色谱柱为
ShodexRspak KC-811S-DVB gel Column 300mm×8
mm,检 测 器 为 SPD-M10AVP,流 动 相 为 3
mmol·L-1高氯酸,流速为1mL·min-1,进样量为
5μL,柱温50℃,检测波长210nm
[12];氨态氮含量
采用苯酚-次氯酸钠比色法测定[13];水溶性碳水化
合物含量用蒽酮-硫酸比色法测定[14]。剩余的青
贮样品各自混匀后置于65℃鼓风干燥箱中烘干48
h左右直至质量恒定,测定其水分含量。烘干样品
用微型植物样粉碎机粉碎后过0.42mm筛用于干
物质、粗蛋白、中性和酸性洗涤纤维含量的测定。干
物质含量用105℃烘干法测定[15];粗蛋白(Crude
Protein,CP)含量用Tecator 1030型凯氏定氮仪蒸
馏测定[16];中性洗涤纤维(Neutral Detergent Fi-
ber,NDF)和酸性洗涤纤维(Aacid Detergent Fiber,
ADF)含量用范氏洗涤纤维法测定[17]。
1.3数据统计 基础数据利用Excel软件处理并
制作图表,用SPSS软件的一般线性模型进行双因
素方差分析与Duncan多重比较。
2 结果
2.1垂穗披碱草原料化学成分 将抽穗期垂穗
披碱草收获后测定其营养成分可知,其干物质含量
为31.92%,水溶性碳水化合物含量为7.80%,粗蛋
表1 温度与贮藏时间对垂穗披碱草青贮品质的影响
Table 1 Effects of temperature and storage time on the fermentation quality of Elymus nutans silage
温度
Temperature/℃
贮藏时间
Storage time/d
pH值
pH value
乳酸
Lactic acid/%DM
乙酸
Acetic acid/%DM
氨态氮/总氮
AN/TN/%
15
0 6.41ab 0j 0.23g 0j
2 6.52ab 0j 0.75f 0j
4 6.49ab 0j 1.15def 0.28i
6 6.41ab 0.41i 1.17def 1.80h
8 6.37bc 0.43hi 1.19def 6.04cd
12 6.36bc 0.63gh 1.03def 5.36de
14 6.21cd 1.00f 1.14def 4.70ef
30 6.11de 0.75g 3.50c 7.27ab
60 5.68g 1.44e 4.92a 6.60bc
25
0 6.41ab 0j 0.23g 0j
2 6.58a 0j 1.00def 0.39hi
4 6.00ef 0.63gh 0.99def 2.35g
6 5.84fg 0.78g 0.75f 4.64ef
8 5.45h 2.35d 0.90ef 6.22c
12 4.96j 3.65b 0.76f 6.83bc
14 5.09ij 3.10c 1.33de 4.43f
30 5.18i 2.20d 4.38b 8.74a
60 4.27k 6.21a 1.43d 7.41ab
标准误SE 0.059 0.070 0.151 0.282
差异显著性
Significance
温度Temperature ** ** ** **
贮藏时间Storage time ** ** ** **
交互Interaction ** ** ** **
注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05);**表示差异极显著(P<0.01);DM为干物质;AN为氨态氮;TN为全氮。
Note:Different lower case letters in the same column show significant differences at 0.05level;**show significant differ-
ences at 0.01level;DM is dry matter;AN is ammonia nitrogen;TN is total nitrogen.
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白含量为8.88%,中性和酸性洗涤纤维含量分别为
66.50%和36.47%。
2.2 15℃和25℃下垂穗披碱草发酵品质动
态变化 温度和贮藏时间对青贮pH值、乳酸、乙
酸含量和AN/TN值影响极显著(P<0.01)(表1)。
发酵开始12d内,15℃处理组的pH值没有明
显变化,而25℃处理组pH 值下降趋势明显,12d
后pH值降为4.96;14~30d,所有处理组pH值变
化幅度均较小;60d时所有处理组pH值达最低,分
别为5.68和4.27。发酵2d后,15℃处理组所有
pH值均显著高于25℃处理组(P<0.05)。
乳酸含量在两种温度处理下呈现不同的变化趋
势。15℃处理组在发酵4d内未检测到乳酸,至30
d,其乳酸含量增加较缓慢,且均低于1%;在25℃
处理组中,发酵12d内,随着发酵时间的延长,乳酸
含量逐渐增加,在12d时乳酸含量达3.65%,30d
时又有所下降,60d时15和25℃处理组乳酸含量
均达到最高,分别为1.44%和6.21%(表1)。
在发酵开始14d内乙酸含量均较低,维持在1%
左右,15℃处理30d后,乙酸含量显著增加(P<
0.05),而25℃处理组却呈现相反的变化趋势。
在本试验的所有处理中,均没有检测到丙酸与
丁酸。
在两种温度处理下,AT/TN值有相似的变化
趋势。AT/TN值在发酵12d内呈现增加的趋势,
14d时有所下降,发酵后期基本保持稳定。
2.3 30和60d垂穗披碱草青贮料化学成分
变化 与青贮原料相比,所有处理中 WSC含量都
显著下降(P<0.05),在青贮30d后,基本保持稳
定。25℃处理下,青贮饲料中残余的 WSC含量低
于15 ℃,青贮60d后,25 ℃处理组青贮饲料中
WSC含量下降到青贮原料的31.45%,CP、NDF和
ADF含量在青贮前后没有显著变化(P>0.05)
(图1)。
图1 垂穗披碱草在15℃和25℃青贮下的化学成分动态
Fig.1Dynamic changes of Elymus nutans silages chemical composition at 15℃and 25℃
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
Note:Different lower case letters show significant difference at 0.05level.
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3 讨论
青贮饲料调制需要适宜的水分条件。一般情
况下,原料含水量在60%~70%范围内适宜青贮。
水分含量过低时不容易压实,导致青贮料发霉变
质。水分过高,水溶性营养物质易随渗出液流失
并且导致丁酸发酵[18]。足够的 WSC含量也是保
证乳酸发酵顺利进行的必要条件。在不使用任何
添加剂的情况下,8%~10%的 WSC含量是青贮
成功的最低要求[19]。垂穗披碱草原料干物质含量
为31.92%,WSC含量为7.80%,基本能满足成功
青贮的要求。
pH值和有机酸含量是反映青贮品质好坏的重
要指标。一般而言,pH 值为3.9~4.2时,乳酸含
量越高,丁酸含量越低,青贮质量越好[20-21]。青贮温
度及原料附生微生物的种类和数量是影响青贮质量
的重要因素[22]。温度主要通过加快或减缓青贮发
酵体系中微生物的活动对发酵品质产生影响。杨正
德等[23]发现,乳酸菌发酵的适宜温度为19~37℃,
但有研究报道,在4℃条件下,添加乳酸菌制剂后,
芦苇(Phragmites australis)青贮料自发酵第3周
起pH值一直保持在4.20以下[24]。在本研究中,
15℃虽能取得一定的青贮效果,在发酵的前30d
内,pH值一直维持下降趋势,但30d时仍未达到稳
定,且下降较缓慢,乳酸含量增加也较少。一方面可
能与15℃低于乳酸菌发酵的适宜温度,部分乳酸菌
的生长受到限制有关[25];另一方面,青贮原料自身
附着乳酸菌数量较少也是导致其发酵较缓慢的一个
很重要的因素。相比之下,25℃较适宜乳酸菌发
酵,在发酵的前2d,并没有乳酸发酵,主要是垂穗披
碱草表面附着的好氧微生物生长,其利用糖原产生
乙醇,进一步氧化成乙酸,此时青贮料pH 值未降
低,并产生少量乙酸。2~12d,随着发酵时间的延
长,氧气被耗尽,青贮袋内逐渐形成厌氧状态,乳酸
发酵开始占主导地位,pH值快速下降,乳酸含量逐
渐增加,但乙酸含量基本保持不变。14~30d内
pH值基本达到稳定,乳酸含量有所下降,乙酸却产
生相反的变化趋势,逐渐增加。这可能是由发酵不
同阶段占发酵主导地位的乳酸菌类群不同造成的。
发酵前期同型发酵乳酸菌占主导地位,碳水化合物
转化为乳酸的效率较高,而随着pH值逐渐降低,异
型发酵乳酸菌在更低的pH 值条件下活动,并在发
酵后期逐渐占主导地位,它们将碳水化合物转化为
乳酸的同时,也产生一定量的乙酸[26]。可能因为青
贮饲料表面乳酸菌数量相对较少,导致发酵较缓慢,
在15和25℃处理下,发酵30~60d,pH值仍有下
降趋势。25℃青贮60d时,pH 值为4.27,达到了
优质青贮饲料的要求。
AN/TN值被广泛用于衡量青贮品质的好坏。
在发酵前几天内,植物本身的蛋白分解酶将植物蛋
白氮水解成肽和游离氨基酸,氨基酸在丁酸菌和大
肠杆菌的作用下又分解生成氨态氮和其它非蛋白化
合物,从而使青贮饲料的营养价值降低[27]。本研究
中,在15和25℃温度下青贮,发酵的前12d内,产
氨细菌等都较活跃,并且随着青贮时间的延长,
AN/TN值逐渐增加,但随着pH 值的下降和氧气
的消耗,发酵30d以后其活性受到抑制,AN/TN
值基本保持稳定,这与张增欣和邵涛[27]的研究结果
相一致。本研究发现15℃处理下,虽然乳酸菌的生
长受到了限制,但是其它微生物并未受温度影响,仍
产生了一定量的氨态氮。一般认为,优质青贮饲料
的丁酸含量和AN/TN值应低于10%[28],在本研究
所有处理下,AN/TN值最高为8.7%,也未检测到
丁酸,符合优质青贮饲料的要求。
青贮过程主要是乳酸菌发酵青贮原料中的
WSC,WSC在青贮过程中的变化反映了乳酸菌对
其利用并产生乳酸的情况。由于15℃限制了部分
乳酸菌的活动,消耗了相对较少的 WSC,所以青贮
后保存有较多的 WSC。从营养成分来看,ADF是
指示饲草能量高低的关键指标,ADF含量越低,饲
草料的消化率越高,饲用价值就越大[29-30]。但由于
ADF的主要成分是木质素,其很难在短期内被微生
物分解[31],因此本研究中 ADF含量未受到温度和
发酵时间的显著影响。NDF能很好地反映纤维质
量好坏,其含量受青贮初期细胞呼吸作用和后期的
酶解作用的影响较大[22],在本研究中,15和25℃青
贮对NDF含量并无显著影响。CP含量在青贮前
后也并未产生显著变化,这与田瑞霞等[22]的研究结
果一致。
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4 结论
25℃青贮能够达到良好的青贮要求,使青贮饲
料pH 下降至4.27,产生了较多的乳酸,AN/TN
保持在10%以下。15℃条件下牧草青贮后虽然
pH值较高,乳酸含量较低,但未产生丁酸,而且氨
态氮含量低,WSC含量保存量高,所以在青藏高原
牧草收获季节的低温条件下也能调制优良品质的青
贮饲料。另外,在评价低温环境中调制的青贮饲料
时,青贮饲料的发酵品质不能以常温环境中调制的
青贮饲料发酵品质标准来衡量。青藏高原低温条件
下调制青贮饲料由于其中的有机酸含量较低,可能
会发生青贮饲料的冻结情况。因此,青贮时添加适
宜低温环境发酵的乳酸菌提高青贮饲料发酵程度,
可避免上述现象。
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Effects of temperature on fermentation quality of
Qinghai-Tibet Plateau Elymus nutans silage
QIN Li-ping1,2,KE Wen-can3,DING Wu-rong1,2,SHI Chao3,GUO Xu-sheng2,3
(1.Colege of Pastoral Agriculture Science and Technology,Lanzhou University,Lanzhou 730020,China;
2.International Centre for Tibetan Plateau Ecosystem Management,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China;
3.School of Life Science,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China)
Abstract:Effects of temperature on dynamics of Qinghai-Tibet plateau Elymus nutans fermentation quality
in the process of ensiling was investigated.The material was derived from Guoluo Tibetan Autonomous
Prefecture of Qinghai Province.Plastic bag silage was finished in local area and was put in 15℃and 25℃
in the laboratory.The bags of each treatment were opened 2,4,6,8,12,14,30and 60dafter ensilage.
The results showed that pH value decreased slowly to 5.68,the lactic acid content increased to 1.44%at
15℃,and the fermentation quality was ineffective.25℃lowered the pH value and increased lactic acid
content significantly(P<0.05).The pH value was reduced to 4.27and the lactic acid content was
increased to 6.21%,which achieved good effects of silage.AN/TN value gradualy increased with storage
time,the acetic acid content increased significantly during the first 4d(P<0.05).Water soluble carbohy-
drate content decreased at the end of the fermentation significantly(P<0.05)and remained stable.Tem-
perature had no significant effect on the contents of crude protein,neutral detergent fiber and acid deter-
gent fiber(P>0.05).
Key words:Qinghai-Tibet Plateau;Elymus nutans;silage;temperature
Corresponding author:GUO Xu-sheng E-mail:guoxsh07@lzu.edu.cn
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