万江春，于 辉，张延辉，郑 伟，李 宁

（新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆草地资源与生态重点实验室，新疆乌鲁木齐 830052）

棉花作为新疆的支柱产业之一，年产棉花秸秆总量已接近300万t[1]，但棉花秸秆含氮量低、可溶性养分含量少、纤维含量高、消化性差以及富含的游离棉酚会对动物产生毒害作用等特点制约了棉花秸秆作为粗饲料的开发和利用[2-4]。

当前关于棉花秸秆饲料化利用的方式主要有物理法（切短、粉碎、颗粒化等）和生物法（青贮、人工瘤胃降解等）[5]。青贮法是生物法中常见的一种方法。已有研究报道，棉花秸秆经青贮后可在一定程度上使游离棉酚成为结合棉酚而失去毒性，同时改善其适口性和消化率[6-7]。棉花秸秆虽含有一定粗蛋白质，但其含有较高水平的纤维素和半纤维素使反刍动物对其干物质的消化率和降解率都较低，因此如何提高棉花秸秆饲料的消化性能成为亟待解决的问题，而目前关于棉花秸秆青贮饲料对反刍动物体外消化率的影响研究较少。裹包青贮是当前较先进的一种青贮技术，可有效提高青贮饲料的综合效益，同时可提高动物对青贮饲料的消化率和适口性[8]。运用裹包青贮技术开发和利用棉花秸秆资源对缓解饲草资源紧张、发展畜牧业具有重要的现实意义。

本试验采用裹包青贮技术，探讨纤维素酶和乳酸菌对棉花秸秆青贮饲料发酵品质及体外消化率的影响，以期提高棉花秸秆青贮饲料的品质，从而为棉花秸秆青贮饲料的科学利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 青贮原料与加工调制 棉花秸秆取自新疆阿克苏市阿瓦提县拜什艾日克镇索克满村；棉花品种为新陆中54，二茬拾花结束后进行棉花秸秆刈割（2017年10月20日），刈割后立即使用秸秆揉丝机铡短至1～3 cm待用。

1.2 试验设计 在不添加纤维素酶（C-）或添加纤维素酶（C+）的条件下，分别设置对照（CK）、添加植物乳杆菌（LP）和干酪乳杆菌（LC）共6个青贮处理，植物乳杆菌和干酪乳杆菌均按1×105CFU/g鲜重（FW）添加，纤维素酶添加量为底物重量的千分之一；所有处理中均按底物重量的0.2%添加尿素、食盐和蔗糖；每个处理重复3次。按照各自的添加比例将添加剂溶于水中，立即用普通喷雾器将添加剂尽量均匀喷洒在棉花秸秆上，喷洒完毕后利用压捆机进行打捆，圆柱形青贮捆直径50 cm、高度50 cm，之后用3层拉伸膜裹包，每捆称重并做好标记，置于室外露天贮存，发酵60 d后取各处理样品进行相关指标的测定和分析。

1.3 测定指标及方法 原料样品在65℃下干燥24 h，粉碎，过40目筛孔。取原料风干样参考Zhang等[9]描述的方法测定各营养成分：干物质含量（DM）采用烘干法，粗蛋白质（CP）采用凯氏定氮法，中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）采用Van Soest洗涤纤维素分析法，粗脂肪（EE）采用索氏抽提法，粗灰分（Ash）采用灰化法，可溶性碳水化合物（WSC）采用分光光度法，缓冲能值（BC）采用滴定法；参考Zhang等[10]的方法测定乳酸菌数量。计算公式如下：

半纤维素（HC）=NDF—ADF

非纤维性碳水化合物（NFC）=100%—CP—EE—NDF—Ash

发酵系数（FC）=DM（%）+8WSC/BC

发酵品质主要测定指标：pH（雷磁酸度计，PHS-25）；乳酸（LA）、乙酸（AA）、丙酸（PA）和丁酸（BA）（高效液相色谱法）[10]；氨态氮（NH3-N）采用苯酚-次氯酸比色法测定[11]；V-score评分方法参考日本粗饲料评定手册（2001）[12]。

从3头装有永久瘘管、体重（437±12）kg、泌乳期荷斯坦母牛的瘘管中采集瘤胃内容物并混合，参考王永力[13]的方法进行体外发酵试验。分别在发酵2、4、8、12、24、36、48 h观察记录注射器活塞刻度值，记录产气量（GP），瘤胃体外发酵结束后将全部发酵液用尼龙袋过滤，保留残渣，采用称重法测定体外干物质消化率（IVDMD）、体外粗蛋白消化率（IVCPD）、体外中性洗涤纤维消化率（IVNDFD）、体外酸性洗涤纤维消化率（IVADFD）。

“三天后，胡人走了，藏匿的人纷纷走出来。就在他们以为逃过一劫的时候，打了败仗的宁军，和一些难民，竟结成一伙，所过之处，劫掠一空，遇到反抗的，就杀，看见有姿色的妇人，就抢，老百姓手里仅剩的一块布、半斗米，也被搜走了。胡人刚走，强盗又来，真是前梳后篦，惨绝人寰。”

产气动力学模型如下：

式中，GPt为累积产气量（mL/g DM），c为产气速率（mL/h），t为产气时间（h），Lag为产气延滞时间（h），A为发酵底物在该产气速率下的理论最大产气量（mL）。

Half time为达到产气量1/2所需时间。

平均产气速率（AGPR）的计算公式如下：

1.4 统计分析 采用Excel 365进行相关图表绘制，利用SPSS 21.0软件进行方差分析，用Duncan´s法对测定数据进行多重比较。P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 原料的青贮特性 如表1所示，棉花秸秆原料的DM含量为924 g/kg FM，CP、WSC、NDF、ADF含量分别为74.6、11.6、721、568 g/kg DM，游离棉酚含量为196 mg/kg，附着的乳酸菌数量为2.13 log10CFU/g FM（表1）。

表1 棉花秸秆的化学成分

2.2 纤维素酶及乳酸菌对棉花秸秆青贮饲料发酵品质的影响 由表2可以看出，相较于不添加纤维素酶，添加纤维素酶可显著降低棉花秸秆青贮饲料的pH（P＜0.05），同时显著增加LA、AA、PA和V-score（P＜0.05），对WSC和NH3-N的影响则不显著（P＜0.05）。与对照相比，添加乳酸菌可降低棉花秸秆青贮饲料的pH、WSC和NH3-N（P＜0.05），同时显著增加LA、AA、PA和V-score（P＜0.05）；纤维素酶和乳酸菌的互作效应可显著影响棉花秸秆青贮饲料的pH、LA、AA、WSC、NH3-N 和 V-score（P＜0.05）； 除 LP-C+和LC-C+处理外，其他处理均检测到了BA；V-score评分最高的为LP-C+处理，其评分为89，达到了优质青贮饲料的评分标准。

表2 纤维素酶及乳酸菌对棉花秸秆青贮饲料发酵品质的影响

表3 纤维素酶及乳酸菌对棉花秸秆青贮饲料化学成分的影响

2.3 纤维素酶及乳酸菌对棉花秸秆青贮饲料化学成分的影响 由表3可知，相较于不添加纤维素酶，添加纤维素酶可显著降低棉花秸秆青贮饲料的NDF、ADF、HC和游离棉酚（P＜0.05），同时显著增加NFC（P＜0.05），对于DM、CP、EE和Ash的影响则不显著（P＜0.05）。与对照相比，添加乳酸菌可显著降低棉花秸秆青贮饲料中的游离棉酚含量，同时显著增加CP含量（P＜0.05）。

2.4 纤维素酶及乳酸菌对棉花秸秆青贮饲料体外GP的影响 由图1可以看到，随着发酵时间的延长，各处理组的GP均呈上升趋势，其中发酵初期增长较快，后期趋于平缓；48 h的 GPt排序为 LP-C+ ＞ LC-C+ ＞CK-C+ ＞ LP-C- ＞ LC-C- ＞ CK-C-。

图1 棉花秸秆青贮饲料体外发酵48 h的GP动态变化曲线

2.5 纤维素酶及乳酸菌对棉花秸秆青贮饲料体外发酵特征的影响 由图2可知，与对照相比，添加乳酸菌可显著增加棉花秸秆青贮饲料的IVDMD，LP-C+处理IVDMD最高，显著高于其余5个处理（P＜0.05）。

由表4可以看出，与对照相比，乳酸菌、纤维素酶和乳酸菌的互作效应可显著增加棉花秸秆青贮饲料中的 IVCPD、IVNDFD 和 GPt（P＜0.05）；产气参数方面，与对照相比，添加纤维素酶和乳酸菌均可显著增加A、c值和AGPR，同时显著降低Lag和Half Time，而纤维素酶和乳酸菌的互作效应仅对AGPR有显著影响（P＜0.05）。

图2 棉花秸秆青贮饲料体外发酵48 h的IVDMD

3 讨 论

3.1 纤维素酶及乳酸菌对棉花秸秆青贮饲料发酵品质的影响 评价青贮饲料质量好坏的指标有很多，其中pH和NH3-N含量是比较重要的2个指标[16]。一般来说，优质青贮饲料的pH在3.80～4.20，同时NH3-N含量应该低于100 g/kg TN[17]。本研究中，LP-C+处理组的pH为4.19，NH3-N含量为98.3 g/kg TN，而其他5个处理组的pH和NH3-N含量均不符合上述要求，这可能是因为棉花秸秆本身所含的营养元素较少，同时附着的乳酸菌数量也较少（仅为2.13 log10CFU/g FM），虽在青贮制作过程中增加了相应的糖类物质，但由于植物乳杆菌产酸能力较干酪乳杆菌更强，能更好利用可溶性糖类物质，因此发酵品质更好，V-score评分也更高。

乳酸菌可显著改善青贮饲料的发酵品质。郭金双等[18]研究表明，与对照相比，用乳酸菌接种大麦处理后LA含量更高，同时还能降低NH3-N含量。王中华等[19]研究表明，与对照相比，添加乳酸菌处理的玉米秸秆pH显著降低。Zhang等[10]研究发现，植物乳杆菌和干酪乳杆菌均可降低羊草青贮饲料的pH和BA含量，同时提高LA含量。本试验中，与对照相比，添加乳酸菌增加了棉花秸秆发酵底物中的乳酸菌数量，从而加速了发酵进程，增加了LA产量，改善了棉花秸秆青贮饲料的发酵品质。

3.2 纤维素酶及乳酸菌对棉花秸秆青贮饲料化学成分的影响 纤维素酶能使植物细胞壁崩溃，从而充分释放细胞内容物，在青贮过程中，纤维素酶会让青贮饲料中的纤维成分减少并转化成乳酸菌的发酵底物[20]。然而当前关于纤维素酶对棉花秸秆中纤维素含量降解的研究报道还较少。研究结果证实，相较于不添加纤维素酶或纤维素分解菌的处理，添加纤维素酶或纤维素分解菌均可有效降低棉花秸秆中的纤维素含量[1,21-22]。本试验中，相较于不添加纤维素酶，添加纤维素酶可显著降低棉花秸秆青贮饲料的NDF、ADF和HC，同时显著增加NFC，对于DM、CP、EE和Ash的影响则不显著，但此结果仍需验证。

生物发酵法对棉花秸秆具有一定的脱毒作用，可使棉酚与金属离子结合从而使棉酚不被动物吸收。利用活干菌[7]、食用担子菌[2]以及秸秆微生物专用发酵菌[23]等对棉花秸秆进行生物发酵处理，均能有效降低棉花秸秆中的棉酚含量。本试验中，与对照相比，所有裹包青贮处理中的棉酚含量均有不同程度下降，说明裹包青贮可一定程度上降解棉花秸秆中的棉酚，该结果可为棉花秸秆裹包青贮饲料的利用提供一定理论依据。

表4 棉花秸秆青贮饲料体外发酵48 h的GPt和产气参数

添加乳酸菌对于改善青贮饲料化学成分的影响有限，这已在大量的研究中得到证实[9-10,20]。本试验中，与对照相比，添加乳酸菌可显著提高棉花秸秆青贮饲料的CP含量，但对于DM、EE、NDF、ADF、HC和Ash则无显著影响，这可能是因为乳酸菌发酵时主要消耗可溶性糖类物质，因而对其他化学成分的影响不大。除Ash外，纤维素酶和乳酸菌的互作效应对青贮饲料的化学成分均无显著性影响，可能是由于乳酸菌对几乎所有的化学成分均无显著影响的缘故。

3.3 纤维素酶及乳酸菌对棉花秸秆青贮饲料体外发酵特征的影响 大量研究已经表明，纤维素酶和乳酸菌的使用可以增加体外消化率。张苏江等[24]在人工瘤胃模拟装置条件下，以棉花秸秆为底物，采用3种纤维素酶进行体外产气试验，结果表明，与对照相比，添加纤维素酶可有效增加GP、IVDMD和IVNDFD。曹瑞华等[25]研究表明，小麦秸秆经尿素氨化处理同时添加纤维素酶可以显著降低NDF、ADF和纤维素含量，同时提高挥发性脂肪酸产量。陈亮等[26]研究表明，添加植物乳杆菌能显著提高玉米秸秆发酵初期产气速率和GP。刘晶晶等[27]以乳酸菌复合系SFC-2为接种物接种到干玉米秸秆中，高温分解发酵后可提高干玉米秸秆的CP，还能有效提高动物的采食量和适口性。邢智华等[28]研究发现，添加乳酸菌可有效改善稻草与苜蓿混合微贮的体外消化率。本试验中，与对照相比，添加乳酸菌可显著增加棉花秸秆青贮饲料的IVDMD， 且LP-C+处理显著高于其余5个处理；乳酸菌以及纤维素酶及乳酸菌的互作效应可显著增加棉花秸秆青贮饲料中的IVCPD、IVNDFD和GP。这可能是因为瘤胃消化是反刍动物对饲料营养物质消化的主要方式。瘤胃消化实质上是碳水化合物在瘤胃微生物的作用下发酵分解为气体和挥发性脂肪酸的过程，瘤胃内GP、IVDMD以及发酵模型特征是反映瘤胃微生物的生长及其对饲料的利用程度的重要参数。纤维素酶具有提高蛋白质、纤维素利用率的作用[29]，而青贮饲料制作过程中添加乳酸菌可加速产生乳酸，同时降低pH和NH3-N含量，减少青贮饲料中营养成分的损失。

4 结 论

添加纤维素酶可显著降低棉花秸秆青贮饲料的pH、NDF、ADF和HC，而添加乳酸菌则可显著增加棉花秸秆青贮饲料中的LA、AA、PA和V-score；乳酸菌、纤维素酶和乳酸菌的互作效应可显著增加棉花秸秆青贮饲料的IVCPD、IVNDFD和GP。综合分析，以添加纤维素酶的植物乳杆菌处理获得的棉花秸秆青贮饲料发酵品质较好，且48 h的GPt最高。