不同处理对青贮高粱发酵品质、体外消化及甲烷排放的影响

孙 永

（南京江宁高等职业技术学校，江苏南京 211122）

在发展中国家，本地牧草、饲料秸秆和食物副产品是反刍动物的主要饲料资源，但我国西北地区反刍动物生产最重要的制约因素是饲料资源不足，特别是在旱季。当反刍动物不能采食高质量的粗饲料时，奶产量和肉产量会下降。近年来，我国开发出了许多具有耐热、耐旱能力的饲料作物品种，并对其各种栽培条件的适应性、营养价值和生产力进行研究。通常，牧草作物在雨季生长良好，干物质产量高。因此，牧草作物应在雨季保存，在旱季为反刍动物提供饲料。青贮被认为是最有效的保存牧草饲料的方式之一，以弥补旱季的饲料资源短缺（蔡义民和杜珠梅，2019）。高粱是一种热带草本植物，能很好地适应多种土壤类型，通常比玉米等其他饲料作物需要更少的水，较热的地区产量更高，同时也是世界上一种重要的饲料作物，广泛用于青贮生产（李俊等，2016）。高粱生长速度快、耐旱，水溶性碳水化合物含量高，但其纤维含量也很高，降低了动物对营养物质的利用（葳力斯等，2009）。青贮饲料添加剂（如菌种和纤维素酶）在提高青贮品质和营养物质消化率方面发挥了重要作用，既往研究表明，接种乳酸菌可促进水溶性碳水化合物向乳酸转化，从而促进青贮过程（Kozelov等，2008）。在青贮原料中添加纤维素酶可改善纤维降解，增加水溶性碳水化物产生乳酸，同时经纤维素酶处理的高粱秸秆、玉米和羊草青贮也显示出体外中性洗涤纤维消化率的提高（Tian等，2014）。大气中包括甲烷在内的温室气体浓度增加会导致全球变暖，特别是反刍动物排放的甲烷是造成这一问题的重要原因。甲烷是一种比二氧化碳强23倍的温室气体，反刍动物肠道发酵产生的甲烷主要是由于兼性厌氧条件对细菌、原生动物和真菌的生长有利（孙福昱等，2018）。乳酸菌和纤维素酶的添加可导致青贮发酵过程中乳酸含量高、pH低，说明饲喂这种优质青贮饲料可能会降低反刍动物的甲烷产量。但关于用微生物添加剂和纤维素酶处理高粱青贮发酵和体外产甲烷的资料非常有限。因此，本文旨在评估不同处理方法对青贮高粱发酵品质、体外消化及甲烷排放的影响。

1 材料与方法

1.1 试验设计试验将收割的全珠高粱切割成2 cm，随机分为4处理，高粱样品放入塑料桶中，在常温下密闭。对照组高粱青贮过程中不添加任何添加剂，T1～T3组高粱在青贮过程中分别加入0.1 mg/g纤维素酶，105CFU/g植物乳杆菌及0.1 mg/kg纤维素酶+105CFU/g植物乳杆菌，在发酵30 d后进行相关指标测定。

1.2 青贮料品质分析取新鲜青贮饲料50 g，加入200 mL无菌双蒸馏水，置于搅拌器中均质30 s，然后用2层粗纱布过滤。提取后立即进行微生物计数，然后-20℃保存，用于分析青贮发酵产物氨氮和挥发性脂肪酸、乳酸浓度和养分，试验方法参考Kim等（2016）报道的方法。

1.3 体外消化及甲烷排放参考Makkar等（1995）的方法进行体外甲烷排放的测定，干物质和有机物的体外消化率评估参考Blummel等（1999）的方法。

1.4 数据分析试验数据采用SAS软件多因素方差分析模型，在试验1中采用多项式检验酶浓度对指标的线性效应，组间采用Tukey法进行多重比较，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同处理对青贮高粱微生物含量的影响由表1可知，对照组与处理组对青贮高粱中酵母菌、好氧菌和霉菌数量的影响均无显著差异（P＞0.05）。与对照组相比，T2和T3组青贮高粱中乳酸菌数量分别显著提高8.96%和9.70%（P＜0.05），但T1～T3组青贮高粱中大肠杆菌数量较对照组分别显著降低77.78%、72.22%和77.78%（P＜0.05）。

表1 不同处理对青贮高粱微生物含量的影响 CFU/g

2.2 不同处理对青贮高粱发酵品质的影响由表2可知，对照组与处理组对有机物、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、丙酸、丁酸和氨氮含量的影响均无显著差异（P＞0.05）。T3组青贮高粱中干物质含量较对照组显著提高8.33%（P＜0.05），而T2和T3组青贮高粱中粗蛋白质含量较对照组显著提高17.12%和18.04%（P＜0.05）。T2和T3组青贮高粱的pH值显著低于对照组和T1组（P＜0.05），而T2组青贮高粱乳酸含量较对照组和T1组分别显著提高9.71%和15.06%（P＜0.05）。T2和T3组青贮高粱乙酸含量较T1组分别显著提高64.16%和72.60%（P＜0.05）。

表2 不同处理对青贮高粱发酵品质的影响

2.3 不同处理对青贮高粱体外消化及甲烷排放的影响由表3可知，不同处理对青贮高粱干物质和有机物体外消化率及甲烷排放量（mL/L和L/kg有机物体外消化）的影响均无显著差异（P＞0.05）。甲烷排放量以L/kg干物质表示时，对照组和T1组显著高于T2和T3组（P＜0.05），而当以L/kg有机物表示时，对照组显著高于T2和T3组（P＜0.05）。当以L/kg干物质体外消化和%总能表示时，对照组甲烷排放量显著高于T3组（P＜0.05）。

表3 不同处理对青贮高粱体外消化及甲烷排放的影响

3 讨论

青贮饲料现在已成为旱季和雨季越来越重要的动物饲料来源。有研究报道，乳酸菌是饲料作物中促进青贮发酵的优势微生物种群，当附生乳酸菌达到至少105cfu/g的优势种群时，青贮饲料通常保存良好（Cai等，2004）。在本研究中，高粱发酵30 d后乳酸菌计数增加，大肠菌群下降。高粱青贮品质良好，pH值较低，乳酸含量较高。

Xing等 和Ebrahimi等（2014）报 道，添 加纤维素酶酶和乳酸菌可导致高粱秸秆和油棕榈叶的pH降低，乳酸含量和干物质体外消化率均增加。在本研究中，纤维素酶加乳酸菌促进了高粱青贮和纤维降解，这可能归因于纤维降解酶的活性取决于温度和pH条件，因为Chung等（2012）报道，纤维素酶活性的最佳温度和pH分别为39～50℃和5.0～6.5。但在本研究中我们不认为温度会影响酶活性，因为筒仓保存在室温（25℃～37℃）下。

Filya等（2007）报道，乳酸菌接种剂会影响小麦、玉米和苜蓿青贮48 h后的体外消化率。在本研究中，不同处理青贮高粱对干物质和有机物体外消化率的影响均无显著差异，但植物乳杆菌及混合处理组每千克干物质和有机物甲烷排放量显著降低，目前我们得到的数据还不能解释这些作用机制，但已知的机制报道，乳酸或丙酮酸会转化为丙酸，当乳酸在瘤胃中通过乳酸菌的二次发酵后通常会产生丙酸，这可以减少甲烷的生成，因为在丙酸形成过程中使用了电子（Moss等，2000）。如果在瘤胃中利用氢气将乳酸转化为丙酸，则氢气会减少，从而抑制氢气和二氧化碳转化为甲烷。

4 结论

在本试验条件下添加0.1 mg/kg纤维素酶+105CFU/g植物乳杆菌可以改善青贮高粱的发酵品质，降低体外甲烷排放量。