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甜高粱青贮加工技术及其在反刍动物中的应用

作者:鲜奶运输车发布时间:2019-05-06所属栏目:技术支持返回列表

作为畜牧业大国,我国对饲料需求量极大。甜高粱具有适应能力强、生物产量高、抗病能力强等特点,即使在土地条件较差、环境恶劣的地方也能正常生长。因此,利用完善的甜高粱加工和调制技术,推动其在畜牧业领域的应用,对降低养殖成本、提高土地利用率和减少人畜争粮现象具有重要意义。本文综述了甜高粱青贮加工技术及其在反刍动物中的应用,以期为甜高粱的进一步推广奠定理论基础。
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研究背景
作为畜牧业大国,我国的反刍动物存栏量位居世界前列,市场对饲料需求量极大。尽管自2012年我国跃居为世界第一大饲料生产国,饲料总产量高达1.94亿吨,占粮食总产量36%,但仍不能满足市场需求。青贮饲料是反刍动物的重要饲料来源,其中玉米青贮因适口性好、营养价值全面而最受欢迎,消耗量最大。然而玉米需水量较多,对土地条件要求较高。在我国部分地区,土地资源较少,干旱缺水及山地面积较多,且在西北、东北、华北及滨海地区等17个省区分布有数千万公顷的盐碱地,这些地方均不适于玉米的栽培,这在一定程度上制约了饲料的生产。甜高粱是一种良好的粗饲料来源,它能够适应干旱及湿润条件,耐盐碱且具有需水量低、生物产量高和含糖量高等优点。在这些条件恶劣的地方推广种植甜高粱,并将其用于制作青贮,替换玉米青贮,能够节约水资源、提高土地资源利用率,缓解饲料资源匮乏问题。
甜高粱
甜高粱起源于非洲,它是粒用高粱的一个变种,属于C4植物,具有较高的光合作用效率。与玉米相比,甜高粱具有较高的生物产量和含糖量,拥有较高的耐受盐浓度及较低的需水量。因此,甜高粱的抗逆性较强,能够适应盐碱、干旱、贫瘠、高温等环境。在我国东部及西部均适宜种植,具有巨大的发展潜力。甜高粱拥有较多的品种,并且不同品种的生物学性状具有较大的差异。甜高粱生育期为90~170d,株高为200~435cm,千粒重为15~35g,穗粒重为20~70g。饲草的营养成分是衡量其饲用价值的重要指标,在甜高粱的整个生长期,干物质(DM)含量为12.15%~38.21%,糖锤度为3.56%~18.03%,粗蛋白(CP)含量为4.12%~10.39%,粗脂肪(EE)含量为1.04%~3.11%,粗灰分(Ash)含量为3.79%~7.53%,中性洗涤纤维(NDF)含量为46.42%~68.09%,酸性洗涤纤维(ADF)含量为26.39%~37.56%,半纤维素含量为19.27%~32.06%,木质素含量范围为2.13%~4.91%,无氮浸出物(NFE)含量为44.76%~62.55%。甜高粱的糖分主要由蔗糖、葡萄糖和果糖组成,含量分别为60.2g/kg、23.4g/kg和18.8 g/kg。
然而甜高粱作为饲料时具有以下弊端:含有较多的具有抗营养因子作用的单宁;含有较高的醇溶蛋白;含有较低的赖氨酸和蛋氨酸,蛋白品质较低。单宁对瘤胃微生物有抑制的作用,可能影响瘤胃发酵和饲料降解,若其含量超过DM含量的2%时,将显著降低植株饲用价值;若超过5%时,将影响适口性和消化率,从而降低动物生产性能。但适量的单宁能够降低瘤胃微生物对蛋白质的降解,提高小肠中饲粮蛋白的含量,有利于提高氮的利用率。高粱中的单宁含量差异较大,在0.03%~2.3%之间,应选用低单宁含量的品种或通过品种选育降低单宁含量。
甜高粱青贮
在青贮过程中乳酸菌的生长有助于减少营养物质的损耗。甜高粱中含有较高的糖分,可为乳酸菌的生长提供足够的能量底物,并且甜高粱还具有可溶性碳水化合物含量高、缓冲能值低、pH值下降快等特点,这些均有利于青贮的制作。Rowghani等分别对0、30、60、90和120天青贮时间条件下的甜高粱进行化学成分检测,发现甜高粱青贮后显著增加了DM、可溶性粗蛋白、灰分和ADF含量,显著降低了泌乳净能、有机物(OM)消化率和CP含量,随着青贮期的延长,氨态氮(NH3-N)、乳酸、乙酸、乙醇浓度和出水量显著增加,乳酸浓度高于其他发酵酸,青贮时间长短对CP含量没有影响,在青贮甜高粱中未检测到丙酸和丁酸,表明青贮时间的延长改变了甜高粱青贮的特征,尽管具有很强的酸性条件,但厌氧活动一直持续到试验结束(青贮120天)。因此,即使不用添加剂也可维持4个月内的甜高粱青贮饲料的质量,这也说明甜高粱可以作为青贮原料。
王建等研究表明,青贮后的甜高粱,OM、CP含量显著降低,NDF、ADF和Ash显著升高,Ca、P含量无差异;与玉米青贮相比,甜高粱青贮pH值更高,且具有较高的DM、Ash、ADF和Ca含量,较低的OM、CP和P含量,而NDF无差异。侯明杰等研究表明甜高粱青贮的DM、含糖量、Ash和NFE含量均高于玉米青贮,CP含量与玉米青贮相近,甜高粱(考利)青贮EE含量(3.3%)高于玉米青贮,甜高粱(大力士)青贮比玉米青贮拥有更高的Ca、P、K、Cu含量,并且具有更合理的Ca/P值。二者研究中的甜高粱青贮CP和P含量具有差异,国外研究中也出现类似结果。与玉米青贮相比,有研究表明甜高粱青贮NDF和ADF含量高于玉米青贮,但在另一研究中表明含量与玉米青贮相似。以上研究表明,目前对甜高粱青贮后的营养成分变化有较大的分歧,甜高粱青贮品质的不一致可能与甜高粱品种和环境因素有关。
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甜高粱青贮加工技术
收割时间
饲草在不同生长时期产量和营养成分差异较大,刈割时期将影响饲草青贮品质的好坏及养分含量的高低。甜高粱用作青绿饲料时,一年可以刈割两次,但作为青贮饲料时,一年适合刈割一次。甜高粱在灌浆期、乳熟期和完熟期整株的DM产量、籽食产量以及营养成分不同,乳熟期DM产量最高(18.0t·hm-2),完熟期籽食产量最高(6.402kg·hm-2),但完熟期的粗纤维含量最高,综合分析,甜高粱适合在乳熟晚期制作青贮。徐富强等对武威地区甜高粱的最佳青贮时间进行了研究,结果表明随着生长期的延长,NDF、ADF及粗纤维含量逐渐增加,CP含量先降低再增加再降低,鲜草产量和含糖量先升高再降低。对甜高粱的产量和营养含量综合分析表明,在120~135d时鲜重较高,株高为2.4m,水分为77.43%,此时总糖含量最高(28.20~29.29g/100g),CP含量较高(6.99~8.34g/100g),NDF和ADF较低,本阶段为制作甜高粱青贮的最佳时期。刈割时间的选择对饲草质量非常重要,要因地制宜选择合适刈割时间,除营养成分外还需考虑环境因素,应选在下霜之前刈割从而避免霜冻造成糖分下降。
有研究表明,在美国分别于4月15日、5月15日和6月15日播种甜高粱,其中6月15日播种的甜高粱茎杆产量和糖产量最低,其他两个时间的甜高粱产量相同。因此,还需选择合适的播种时间。甜高粱一般选在春季播种,在我国北方的最适播种期为4月至5月上旬,但在美国亚拉巴马北部和密西西比地区最佳播种期为4月至5月中旬,总之5cm土壤温度在12~13℃时为适宜播种期。
青贮操作
甜高粱粉碎长度在2~3cm为宜,收割后的甜高粱应立即青贮。青贮不及时将造成乳酸菌产酸及产气,影响青贮品质。将甜高粱均匀地装填于青贮窖,同时进行压实。装填完成后立即用塑料膜封窖,再用沙袋或轮胎等重物均匀压住塑料膜,防止空气和雨水进入窖内。为提高青贮效果,可进行混合青贮或添加青贮添加剂。
混合青贮
混合青贮是指在满足青贮条件下,将2种或2种以上青贮原料混合储存后制成的青贮。混合青贮具有营养成分含量丰富及有利于乳酸菌生长等优点,可提高青贮品质。雒瑞瑞等研究表明,将甜高粱(含量为60%)和马铃薯茎叶(含量为40%)进行混合青贮,开展绵羊瘤胃发酵试验发现,与甜高粱青贮相比,混合青贮显著提高了总产气量并降低了甲烷产量,这有利于瘤胃微生物发酵、饲粮能量利用和大气环境保护。韩润英等用甜高粱和全株玉米制作了混合青贮,证明混合青贮有助于解决甜高粱青贮的低淀粉问题,并提高玉米青贮的总糖含量,改善适口性,使营养更加全面。
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青贮添加剂
·甲酸
青贮时充足的糖分有利于乳酸菌的生长,从而提高乳酸含量,甜高粱的高糖分是其制作青贮的优势。最早在生物燃料生产中,用0.5%的甲酸处理甜高粱,能够有效地维持甜高粱的含糖量。较高的糖分保存率有利于青贮过程中乳酸菌的生长,有研究表明向甜高粱青贮中添加0.5%的甲酸可保留较多的可溶性糖,也有效提高青贮DM回收率、CP含量,降低Ash含量和NH3-N/总氮值;通过体外产气试验进一步研究表明,添加甲酸能够降低甲烷产量,提高发酵速率和快速发酵部分产气量。
·青贮生物制剂
青贮生物制剂由1种或1种以上益生菌、酶或活化剂组成,可通过调节青贮饲料微生物区系来提高营养物质保存率。研究表明,乳酸菌显著降低了甜高粱青贮的pH值,使乳酸含量提高了10%以上,并且显著提高了总酸含量。在另一研究中表明,向甜高粱秸秆中添加青贮生物制剂后(新疆农业科学院微生物应用研究所研制),显著降低了pH值和提高了总酸含量,降低了粗纤维含量和提高了总糖含量,还可降低总糖、还原糖的下降速率以及减少蛋白质的损失;茎叶结构完整度是青贮饲料品质的重要指标,试验中青贮生物制剂能够更好地保持茎叶结构,表明添加青贮生物制剂有利于提高甜高粱青贮的品质和营养物质的保存率。
·尿素和糖蜜
甜高粱中的蛋白含量较低,在青贮发酵过程中,如果时间过长,下层青贮饲料温度较高,会导致部分蛋白失活。添加尿素可以增加氮浓度,但要充分地利用可溶性蛋白质,还需要同时补充足够量的水溶性碳水化合物。最常用的是糖蜜,它能增加DM浓度、发酵速率和乳酸产量。在干旱地区甜高粱青贮中的应用表明,添加尿素后,增加了CP含量、乳酸、NH3-N浓度和pH值,但降低了非结构性碳水化合物含量;添加糖蜜增加了DM含量、水溶性碳水化合物含量、非结构性碳水化合物含量、pH值和DM体外消化率,降低了NDF、ADF、乙酸和乙醇含量;同时添加尿素和糖蜜后,改善了DM消化率、蛋白质等级和发酵性能,在干旱条件下具有替代玉米青贮的潜力。
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甜高粱青贮在反刍动物中的应用
在奶牛中的应用
研究表明,在奶牛日粮中,用甜高粱青贮分别替代33.3%、66.6%和100%干物质基础的玉米青贮后,各组间产奶量及乳成分没有差异。在另一研究中表明,选用荷斯坦泌乳牛作为试验动物,其日粮精粗比为5:5,饲粮中的玉米青贮或甜高粱青贮占粗饲料的70%,结果表明甜高粱青贮降低了产奶量,但两组采食量、4%乳脂率校正奶产量和饲料效率相似;甜高粱青贮增加了乳脂率和总固体含量,降低了乳糖率、非脂肪乳固体率和尿素氮含量。Hedayatipour等还表明,各组间的DM、CP、NDF和ADF的摄入量没有显著差异,但添加甜高粱青贮组的这些养分消化率低于玉米青贮组;降低了总挥发性脂肪酸含量,但瘤胃pH值和NH3-N浓度各组间没有差异;取代100%玉米青贮组显著延长了反刍时间,证明甜高粱青贮可以替代玉米青贮。
在奶牛中的研究表明,虽然甜高粱DM、CP、NDF和ADF的消化率不及玉米青贮,但对产奶量和乳品质没有不利影响,对采食量和营养成分摄入量也没有影响。在奶牛饲粮中,可以使用甜高粱青贮。
在肉牛中的应用
通过给断奶肉牛饲喂甜高粱青贮,发现平均日增重组间没有显著差异。研究表明,饲喂平均体重为248.8±12.3kg的生长育肥牛甜高粱青贮后,平均日增重和胴体重与玉米青贮组相比,也未出现显著差异。从生长性能看,甜高粱青贮没有不利影响。在断奶肉牛试验中还发现,甜高粱青贮对DM表观消化率没有显著影响,但提高了OM、CP、EE和总能消化率,NDF和ADF消化率组间无差异,但具有较高的纤维素和半纤维素消化率,保留了更多的氮,甜高粱青贮可以取代犊牛饲粮中的玉米青贮,但甜高粱品种间具有差异。
以上研究表明,与玉米青贮相比,甜高粱青贮对肉牛生长性能没有影响,但提高了OM、CP、EE、总能消化率、纤维素和半纤维素消化率,有利于氮的利用,甜高粱青贮可以饲喂肉牛。
在羊中的应用
张霞等研究表明,甜高粱青贮组肉羊平均日采食量和日增重极显著低于玉米青贮组。用甜高粱秸秆完全取代玉米秸秆也不利于羔羊育肥,但取代50%玉米秸秆时,显著提高了羔羊日增重。研究表明,甜高粱青贮+400g精料组与甜高粱青 贮+200g精料组和玉米青贮+400g精料组相比,均显著提高了日采食量和日增重。对羊只生长性能的作用不一致,可能与日粮组成有关。
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动物对饲料的营养物质消化利用率重要影响着自身生长,选用杜泊羊和小尾寒羊各14只,自由采食甜高粱青贮或玉米青贮,甜高粱青贮显著降低了粪氮损失率,甜高粱青贮 组DM消化率、OM消化率、氮存留率和养分摄入量均显著低于玉米青贮组,组间NDF和ADF消化率无差异,表明甜高粱青贮可以饲喂肉羊,但氮存留率低,所以当甜高粱青贮饲喂比例较大时,应当降低非蛋白氮含量及补充可利用蛋白和可溶性碳水化合物含量。血清指标能够反映动物的健康情况,研究中表明,甜高粱青贮组随着时间延长,血清超氧化物歧化酶活性显著增加,并且杜泊羊甜高粱青贮组的血清总抗氧化能力具有相同变化趋势,但各组的血清总胆固醇含量在试验结束时高于开始时,90天甜高粱青贮组血清β-羟基丁酸含量显著低于玉米青贮组,甜高粱青贮组的血清谷草转氨酶活性显著低于玉米青贮组,甜高粱青贮有利于提高肉羊的抗氧化能力和肉羊的肝脏健康,防止“高血脂”及机体酮症酸中毒等疾病的发生。饲喂小尾寒羊甜高粱青贮后表明,与玉米青贮组相比,瘤胃pH值无差异,甜高粱青贮组瘤胃液NH3-N浓度显著高于玉米青贮组,对瘤胃内环境的影响不同于玉米青贮。选用12只平均体重为47.3kg的萨福克羔羊开展消化代谢试验,结果表明饲喂布兰德斯甜高粱青贮的羔羊ADF消化率显著高于饲喂谷物高粱青贮或泰斯甜高粱青贮的羔羊,血浆尿素氮显著高于饲喂泰斯甜高粱青贮羔羊,瘤胃NH3-N浓度显著高于饲喂谷物高粱青贮或泰斯甜高粱青贮的羔羊,不同的甜高粱品种具有不同的饲喂效果。
甜高粱青贮饲喂羊只研究表明,与其他粗饲料结合使用或饲喂适量的精料可提高饲喂效果。当饲喂比例较大时,应当降低非蛋白氮含量及补充可利用蛋白和可溶性碳水化合物含量。甜高粱青贮有利于羊只肝脏健康,并且可预防“高血脂”及机体酮症酸中毒等疾病的发生。不同品种甜高粱的青贮具有不同的饲喂效果。
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总结
甜高粱可以作为青贮原料,但不同品种间青贮品质差异较大。种植及收割时间对青贮品质具有影响,通过混合青贮或添加青贮添加剂能够提高甜高粱青贮的品质。在反刍动物中的应用结果说明甜高粱青贮可以安全地用于饲喂牛羊,通过与玉米、苜蓿等粗饲料混合饲喂可提高效果。在应用中,须明确适宜当地气候环境的种植和收割时间,筛选出青贮性能最佳的甜高粱品种,通过添加青贮添加剂提高青贮品质。
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