甜高粱用作青貯研究利用的現(xiàn)狀及展望
本文對(duì)甜高粱用作青貯飼料的研究利用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,包括以下幾個(gè)方面:①甜高粱用作青貯的品種優(yōu)勢(shì),②甜高粱青貯的關(guān)鍵技術(shù),③甜高粱青貯飼喂效果。并展望甜高粱青貯發(fā)展前景及今后工作的重點(diǎn)。
栽培甜高粱(Sorghumbicolor (Linn.) Moench subsp. bicolor)隸屬于禾本科高粱族高粱屬甜高粱種下的一個(gè)亞種( Barkworth et al., 2003)。高粱是C4作物,光合作用效率高,生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量大;另外高粱具有強(qiáng)的抗逆性和適應(yīng)性,具有抗旱、抗?jié)、耐鹽堿、耐瘠薄、耐高溫、耐寒冷等諸多特性,高粱基因組相對(duì)較小,基因組全序列已知,逐漸成為C4植物模式(張麗敏等,2012),甜高粱除具有普通高粱的一般特征外,其莖稈中還含有大量的汁液,糖分含糖量為11%-21%,是粒用高粱的2-5倍,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,植株高大,適口性好。甜高粱籽粒可食用、飼用、釀酒;莖稈可做飼料、制糖、釀酒、做飲料、提煉酒精等產(chǎn)品,稈渣還可飼用、制紙、制板、人造纖維等,甜高粱作為飼料、糖料、能源作物,極具開(kāi)發(fā)價(jià)值(郭平銀等,2007)。
在甜高粱的諸多用途中,目前應(yīng)用較為普遍首推青貯飼料,甜高粱作為青貯飼料具有轉(zhuǎn)化率高、營(yíng)養(yǎng)豐富(宋金昌等,2009)的優(yōu)勢(shì)。目前,一些國(guó)家和地區(qū)開(kāi)始注重開(kāi)發(fā)甜高粱的飼用價(jià)值。澳大利亞是一個(gè)畜牧業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家,甜高粱已成為其主要的飼料作物,他們用甜高粱做牧草、青飼料、青貯飼料和干草,種植面積已經(jīng)達(dá)到 10萬(wàn)公頃。美國(guó)飼料高粱種植面積年均在 30 多萬(wàn)公頃,青貯高粱收獲面積也在 25 萬(wàn)公頃左右,此外印度、伊朗、日本、阿根廷、墨西哥等國(guó)也都對(duì)甜高粱的青貯飼用價(jià)值進(jìn)行了研究與利用(梁辛等,2011)。盡管國(guó)內(nèi)系列研究試驗(yàn)表明:甜高粱生物產(chǎn)量、抗病能力強(qiáng),青貯發(fā)酵品質(zhì)等綜合性狀較玉米有優(yōu)勢(shì),但作為飼料作物我國(guó)甜高粱種植面積不大,其發(fā)展?jié)摿ω酱岣撸ūR慶善 2008)。
本文綜合國(guó)內(nèi)外關(guān)于甜高粱青貯的研究資料,從甜高粱用作青貯的品種優(yōu)勢(shì)、青貯技術(shù)以及效應(yīng)評(píng)價(jià)這幾個(gè)方面作一小結(jié),為我國(guó)發(fā)展甜高粱青貯提供參考與借鑒。
1青貯的品種優(yōu)勢(shì)
1.1生物學(xué)產(chǎn)量極高
甜高粱是目前世界上生物量最高的作物之一,其生物產(chǎn)量是比青飼玉米高0.5-1倍,每公頃可產(chǎn)鮮莖葉90 000kg和高粱子粒3 000kg。由德國(guó)創(chuàng)造的鮮生物產(chǎn)量世界紀(jì)錄達(dá)169噸/hm2,我國(guó)湖北省公安縣創(chuàng)造的全國(guó)最高紀(jì)錄為157.5噸/hm2(Bassam et al., 1997;黎大爵,2002)。而且由于甜高粱具有很強(qiáng)的再生力,莖稈收獲后可從基部發(fā)出新芽長(zhǎng)出新的莖稈,因此在適宜地區(qū)1年只種1次,但可收割2-3次,其單位面積產(chǎn)量更高。
1.2抗逆和適應(yīng)性強(qiáng)
甜高粱起源于非洲不良的環(huán)境條件下,在長(zhǎng)期的自然選擇和人工選擇下甜高粱具有抗旱、耐澇、耐鹽堿、耐瘠薄、耐高溫和耐干熱風(fēng)等特點(diǎn)。甜高粱可耐受的鹽濃度為 0.5%-0.9%, 高于玉米、小麥、水稻等作物。甜高粱適應(yīng)性廣, 在pH 5-8.5的各種類型土壤中均可生長(zhǎng),凡10°C以上積溫達(dá)2 600°C-4500°C就可以生長(zhǎng),除個(gè)別高寒地區(qū)外,我國(guó)各地均可栽培(唐三元等,2012)。Hsiao研究指出,在嚴(yán)重水分虧缺的情況下,玉米產(chǎn)量明顯降低,而高粱的產(chǎn)量?jī)H略有下降(Hsiao,1976);甜高粱耐澇能力也較強(qiáng),根、莖、葉鞘中髓部組織發(fā)達(dá),有一定的通氣作用,莖葉表面的蠟粉層在遇水淹時(shí)能防止水分滲入莖葉內(nèi)部,遇到澇災(zāi),只要田間積水不淹到穗部,且持續(xù)時(shí)間不過(guò)長(zhǎng),對(duì)其發(fā)育和產(chǎn)量的影響都不會(huì)太大(趙香娜 2008)。
1.3 營(yíng)養(yǎng)豐富
作為優(yōu)質(zhì)的飼料作物,甜高粱不但富含糖分,而且其他養(yǎng)分含量也較高。渠暉報(bào)道蠟熟期收割時(shí)甜高粱干物質(zhì)產(chǎn)量是玉米1.5-1.6倍,粗蛋白質(zhì)含量5.11%,與玉米相近;粗蛋白質(zhì)和可消化干物質(zhì)產(chǎn)量分別是玉米的1.4倍和1.6倍。中性洗滌纖維含量與玉米無(wú)顯著差異,酸性洗滌纖維含量顯著高于玉米,青貯后,甜高粱酸性洗滌纖維含量下降了3.2%(渠暉沈益新, 2011)。柴慶偉調(diào)查也發(fā)現(xiàn),乳熟后期全株甜高粱中的總糖、蛋白質(zhì)、粗脂肪、灰分、無(wú)氮浸出物的含量都高于全株玉米,其中蛋白質(zhì)和粗脂肪略高于全株玉米,而糖分含量是全株玉米的22倍,灰分和無(wú)氮浸出物分別比玉米高出13%和64.2%、全株甜高粱中的纖維素含量略低于全株玉米(柴慶偉,2010)。
甜高粱青貯發(fā)酵品質(zhì)及青貯飼料品質(zhì)和相當(dāng)或者優(yōu)與玉米。北京南郊農(nóng)場(chǎng)用全株玉米和甜高粱青貯進(jìn)行養(yǎng)分對(duì)比,結(jié)果表明高粱各項(xiàng)養(yǎng)分均高于玉米,如無(wú)氮浸出物和粗灰度分別比玉米高64%和81%;含糖量約為玉米青貯的2倍;干物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是玉米的1.5倍左右。甜高粱秸稈粉的熱值是玉米的107%,稻谷的114%,馬鈴薯干粉的123%,可生產(chǎn)甜高粱秸稈粉相當(dāng)于小麥平均產(chǎn)量的6倍多,玉米平均產(chǎn)量的5. 5倍(盧慶善,2008)。Avasi研究表明甜高粱青貯的干物質(zhì)產(chǎn)量、蛋白質(zhì)、乳酸含量高于玉米青貯(Avasi et al., 2006)。而Skład研究表明甜高粱青貯pH、乳酸含量與玉米青貯相似,有氧穩(wěn)定性較玉米青貯高(Skład etal., 2006)。跟高粱青貯相比,甜高粱青貯木質(zhì)素的含量低,甜高粱青貯干物質(zhì)降解率與甜高粱青貯中性洗滌纖維在山羊體內(nèi)消化率高(Marco et al., 2009; Felix and Funso, 1994)。
2.甜高粱青貯的關(guān)鍵技術(shù)
甜高粱青貯原理是在厭氧環(huán)境下將青貯原料中的碳水化合物(主要是糖類)變成以乳酸為主的有機(jī)酸,當(dāng)有機(jī)酸在青貯料中積聚到0.65%-1.3%時(shí),抑制了有害微生物(如腐敗細(xì)菌等)的生長(zhǎng),因而使青貯料得以保存,基本保持原來(lái)的青綠多汁狀態(tài)以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值青貯調(diào)制是保存飼料的經(jīng)濟(jì)而安全的方法(王國(guó)倉(cāng)等,2003)。
影響甜高粱青貯成敗的因素很多,主要包括刈割期的選擇、青貯前的萎焉、營(yíng)造厭氧環(huán)境、添加劑等,這些因素如果控制不當(dāng),都不能獲得品質(zhì)較好的青貯飼料。
2.1 刈割期的選擇
青貯甜高粱的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值受生育期的影響較大,不同生育期的甜高粱植株其營(yíng)養(yǎng)特性和青貯特性有很大的差別。飼用高梁的青貯,可分為整株青貯和莖葉青貯兩種方式。前人研究結(jié)果表明:在灌漿期、乳熟期和完熟期收獲整株干物質(zhì)比率分別為25.6%、30.8%和34.7%,差異達(dá)顯著水平。而整株干物質(zhì)量分別為0.95、1.2和1噸/畝。灌漿期和完熟期差異不顯著,乳熟晚期差異達(dá)顯著水平;籽粒產(chǎn)量分別為175.7、376.6和426.8公斤/畝。盡管完熟期籽粒產(chǎn)量最高,但粗纖維含量增多莖逐漸堅(jiān)硬,適口性日益降低,消化率也不斷下降。作為青貯高粱乳熟晚期收獲最佳(陳悅等,1996),而收獲過(guò)早青貯地干物質(zhì)含量偏低,pH值偏高,影響青貯甜高粱的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與吸收(Skład et al., 2006;渠暉沈益新,2011)。
2.2 青貯前的萎蔫
飼草含水量對(duì)青貯品質(zhì)有很大的影響。一般而言,飼草含水量過(guò)多,則易造成可溶性碳水化合物隨汁液流失,細(xì)胞液中糖分過(guò)于稀釋,不能滿足乳酸菌發(fā)酵,反利于酪酸菌發(fā)酵,使青貯料變臭、品質(zhì)變壞。飼用甜高粱應(yīng)選擇晴朗天氣收割抽穗期飼用甜高粱全株,在地里攤開(kāi)陽(yáng)光照射,曬至水分為60% - 70% ( 即以手用力擰扭飼用甜高粱莖稈不斷為宜),這種凋萎處理不僅可以限制或避免各類有害細(xì)菌,特別是梭菌的發(fā)酵,同時(shí)還可以減少青貯滲出液,提高青貯飼料干物質(zhì)進(jìn)食量。反之,如含水量過(guò)低時(shí),不易壓實(shí),容易造成霉菌滋生,因而需灑水或者與含水量較高的青綠飼料混貯來(lái)調(diào)節(jié)(孫小凡魏益民, 2004; 余汝華等,2007)。
2.3 營(yíng)造厭氧環(huán)境青貯過(guò)程中微生物的種類比較繁多,酵母菌、腐敗菌、霉菌等利用殘留的空氣和壓榨的汁液大量繁殖,均為有害菌,而乳酸菌為厭氧菌和微需氧菌。兩類菌在青貯過(guò)程中為互相競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系,也直接關(guān)系到青貯的成敗,因此密封、壓實(shí)成為青貯的關(guān)鍵。對(duì)甜高粱青貯原料要進(jìn)行短切到 2 ~3cm,粗飼料經(jīng)過(guò)切割后,既能擴(kuò)大飼料與微生物的接觸面,有利于糖化和發(fā)酵,又便于畜禽采食咀嚼,促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化和吸收。喂牛的飼用高粱莖和葉片可切成 2~4cm 的碎段。喂馬、騾、羊的可切成 1~2cm長(zhǎng),對(duì)老弱幼畜則應(yīng)切得更短些,調(diào)制青貯飼料時(shí)應(yīng)盡量縮短入窖時(shí)間,充分壓緊封嚴(yán)和降低封窖時(shí)的基礎(chǔ)(李改英)窖溫,以盡快形成乳酸菌發(fā)酵的厭氧條件。
2.4 溫度最乳酸菌增殖活動(dòng)的溫度適宜范圍為 20-30 ℃(張平定,2005),發(fā)酵溫度應(yīng)控制在19-37 ℃。乳酸菌在溫度太高的條件下會(huì)終止生理活動(dòng),會(huì)破壞青貯原料的維生素,并消耗可溶性糖分,導(dǎo)致青貯原料品質(zhì)的惡化。但是乳酸菌的增殖速度隨青貯過(guò)程中的溫度降低而減慢,這樣很難在短期內(nèi)造成強(qiáng)酸環(huán)境,青貯原料的品質(zhì)也會(huì)受到不利影響。相應(yīng)的措施是:縮短甜高粱青貯時(shí)間,甜高粱運(yùn)、切、裝、封應(yīng)在2-3天內(nèi)完成,盡量排出料內(nèi)空氣,青貯容器遠(yuǎn)離熱源,且防止陽(yáng)光直射。
2.5 添加劑
隨著農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展,飼用作物的范圍不斷擴(kuò)大,現(xiàn)代青貯過(guò)程為加快乳酸發(fā)酵速度,改善青貯飼料品質(zhì),提高青貯飼料利用率和動(dòng)物生產(chǎn)性能,青貯飼料中使用添加劑是一重要舉措(張力,2000)。秦立剛等報(bào)道甜高粱結(jié)實(shí)期間添加2%蔗糖或6mL/kg甲酸青貯能顯著降低青貯飼料的pH和氨態(tài)氮,提高乳酸、可溶性碳水化合物、中性洗滌纖維含量和干物質(zhì)保存率,青貯之后硝酸鹽含量顯著降低(秦立剛等,2010)。郭艷萍等報(bào)道高粱成熟期添加0.3%乙酸處理顯著提高高粱青貯飼料的乳酸含量;添加0.3%丙酸處理顯著降低青貯飼料的pH值和氨態(tài)氮含量,顯著提高乳酸含量;添加0.5%尿素處理顯著提高青貯飼料的粗蛋白質(zhì)及乳酸含量,并且不同品種高粱青貯飼料的發(fā)酵質(zhì)量存在差異,添加劑和品種對(duì)青貯的發(fā)酵品質(zhì)有交互作用(郭艷萍等,2010)。柴慶偉研究發(fā)現(xiàn)在乳酸菌、纖維素粗酶、0.5%尿素、0.3%食鹽等的共同作用下乳熟后期的甜高粱秸稈渣青貯可以得到很好的改善,青貯后的甜高粱渣氣味酸香,質(zhì)地柔軟,粗蛋白含量提高了17%;纖維素成分降低了28%;還原糖提高了66%。因而甜高粱青貯添加劑種類與使用量的選擇要視不同的添加劑本身的特性、青貯原料、青貯管理措施等而定;瘜W(xué)添加劑必須充分混勻,否則容易發(fā)生家畜中毒現(xiàn)象,生物制劑的使用效果還取決于青貯原料的切碎程度、壓實(shí)程度、裝填速度、青貯料貯藏封閉等因素。
3 甜高粱青貯飼喂效果
經(jīng)過(guò)乳酸發(fā)酵調(diào)制成甜高粱青貯氣味芳香、酸甜可口、耐貯藏,可供冬季或常年喂飼的多汁飼料。青貯飼用甜高粱中的有機(jī)酸能促進(jìn)家畜消化腺的分泌活動(dòng),提高消化率、增強(qiáng)機(jī)體的免疫力。青貯還有輕瀉作用,可以防止便秘(郝鎧,1996;李建平,2004)。甜高粱青貯飼喂育肥牛、奶牛山羊具有良好的生產(chǎn)性能。
李新勝等人用安特青貯酶(纖維素酶、β-葡聚糖酶、蛋白酶)處理的甜高粱青貯飼料飼喂奶牛,結(jié)果顯示:試驗(yàn)組奶牛日平均產(chǎn)奶量比全株玉米青貯高2.72千克,平均日產(chǎn)奶量增加10.19%,極顯著高于對(duì)照組奶牛日平均產(chǎn)奶量(李新勝等,2001)。柴慶偉以添加復(fù)合微生物菌劑甜高粱渣青貯料飼喂育肥牛和奶牛,結(jié)果顯示飼喂甜高粱渣料的肉牛其日糧干物質(zhì)、粗蛋白、粗灰分、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維消化率均高于飼喂青貯玉米,肉牛日增重提高了22.78g/d,青貯干物質(zhì)采食量提高了0.04千克/頭/天,日糧干物質(zhì)采食量提高了10個(gè)/d,奶牛日平均產(chǎn)奶量增加了4.33%、乳脂含量增加了3.34%、乳蛋白含量增加了6.51%、乳糖的含量增加了2.45%,還提高了奶牛機(jī)體的免疫能力(柴慶偉,2010)。高立芳等人在奶牛日常飼喂草料中用大力士甜高粱草替換一部分干草,結(jié)果奶牛的日產(chǎn)奶量提高了2.84%(高立芳等,2010)。 Amer分別以甜高粱青貯、苜蓿青貯作粗飼料喂飼奶牛,結(jié)果表明喂飼甜高粱青貯的奶牛干物質(zhì)采食量、能量校正乳含量和牛奶轉(zhuǎn)化率與與喂飼苜蓿青貯相似(Amer et al., 2006)。
4 甜高粱青貯發(fā)展前景及今后的研究重點(diǎn)
近20多年來(lái)我國(guó)畜牧業(yè)每年都以9% 的速度增長(zhǎng),飼料糧的比重已占到糧食總產(chǎn)量的36% ,今后還將會(huì)大幅度增長(zhǎng),人畜爭(zhēng)糧爭(zhēng)地的矛盾日益突出,因此大力推廣甜高粱種植,可大大提高土地的生產(chǎn)效率,降低畜牧業(yè)飼料成本,為草食性畜禽提供充足的飼料,可有效緩和人、畜爭(zhēng)糧的突出矛盾(許云麒等,2011;竟麗麗等,2011)。我國(guó)有數(shù)千萬(wàn)公頃鹽堿地資源,種植大田農(nóng)作物產(chǎn)量很低,改造起來(lái)難度大、成本高,如果能將其合理利用種植甜高粱,則完全可以緩解人、畜爭(zhēng)地的矛盾。另外甜高粱飼、糧、糖兼收,可大幅度提高農(nóng)民收入(魏玉清等,2010)。
甜高粱作為飼糧和能源兼用作物在“十一五”,“十二五”期間,都已列入國(guó)家支撐計(jì)劃和星火計(jì)劃,河北、山東、遼寧、甘肅、新疆、內(nèi)蒙古、吉林、安徽等省份也已相繼開(kāi)展了研究,并育成了一些適用于飼用的甜高粱品種(馬涌等,2011),但甜高粱青貯產(chǎn)業(yè)化研究與開(kāi)發(fā)仍然仍處于啟始階段。為推動(dòng)甜高粱青貯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展,今后的工作重點(diǎn)主要集中在以下幾個(gè)方面:第一、選育高產(chǎn)量、高品質(zhì)、適應(yīng)性廣、抗逆性(耐鹽堿、耐瘠薄、抗倒等)的甜高粱品種。第二、研制甜高粱鹽堿地高產(chǎn)高效種植技術(shù),實(shí)現(xiàn)輕簡(jiǎn)化、機(jī)械化和規(guī);a(chǎn)、研發(fā)鹽堿地等邊際土地種植甜高粱的栽培技術(shù)體系。第三、研究甜高粱大規(guī)模生產(chǎn)莖稈采收、儲(chǔ)藏技術(shù),尋求適合不同甜高粱品種的青貯添加劑,以此來(lái)改善青貯發(fā)酵,減少青貯損失,最終提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能。第四、加強(qiáng)政策引導(dǎo),開(kāi)展技術(shù)培訓(xùn)和宣傳,積極示范推廣,建立甜高粱豐產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)集成示范區(qū);依托肉羊、奶牛、牲畜飼料等企業(yè)建立輻射區(qū),推進(jìn)甜高粱大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的形成。
作者:李春宏 張培通 郭文琦 殷劍美 韓曉勇(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所,江蘇南京 210014)
來(lái)源:青貯制作 克勞沃草業(yè)
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