基于主成分分析和隶属函数法评价乳酸菌添加剂和收获时期对天然牧草青贮质量的影响.pdf

动物营养学报，（）：基于主成分分析和隶属函数法评价乳酸菌添加剂和收获时期对天然牧草青贮质量的影响卓兴良 王 磊 玉 柱（中国农业大学草业科学与技术学院，北京）摘 要：本试验探究了 种乳酸菌（）添加剂和 个收获时期对天然牧草青贮质量的影响。试验分别在供试牧草中添加 种 添加剂，分别是中国农业大学饲草加工团队筛选出的植物乳杆菌（）和布氏乳杆菌（）以及商用 添加剂（），以未添加处理为对照（），于 年 月 日（早期）、月 日（中期）和 月 日（晚期）个时期调制天然牧草青贮饲料，共计 个组，每组 个重复，发酵 后测定天然牧草青贮的发酵品质和营养品质。结果表明：添加剂和收获时期对丁酸含量（）、氨态氮 总氮（）、干物质（）和粗脂肪（）含量具有显著的交互作用。与 组相比，组的、丁酸含量、氨态氮总氮、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量显著降低（），乳酸、乙酸和干物质含量显著增加（）。随着收获时期的延后，天然牧草青贮饲料的粗蛋白质和半纤维素含量显著降低（），酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素含量显著升高（）。中期收获调制的青贮饲料的、丁酸含量、氨态氮 总氮和中性洗涤纤维含量显著高于早期收获和晚期收获（）。根据主成分分析和隶属函数分析得出，早期收获时青贮饲料得分为 组 组 组 组，中期收获时青贮饲料得分为 组 组 组 组，晚期收获时青贮饲料得分为 组 组 组 组。综上所述，收获时期会影响 添加剂对天然牧草青贮饲料质量的改善效果，早期和中期收获时添加 的天然牧草青贮饲料质量较好，晚期收获时添加 的天然牧草青贮饲料质量较好。关键词：天然牧草；青贮饲料；收获时期；乳酸菌中图分类号：文献标识码：文章编号：（）收稿日期：基金项目：国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点专项（）；中国科学院战略性先导科技专项（类）（）；青海省玉树州杂多县特色养殖业提质增效关键技术集成与示范（）；财政部和农业部 国家现代农业产业技术体系作者简介：卓兴良（），男，河南范县人，硕士研究生，从事牧草生产与加工利用研究。：通信作者：玉 柱，教授，博士生导师，：天然牧草广泛分布于中国的北部和西部，是中国畜牧业生产的重要饲草资源。将天然牧草调制成干草是一种传统的保存方法。但是天然牧草的收获和晾晒常在雨季进行，这造成干草的干物质（，）和粗蛋白质（，）损失显著增加。青贮可有效保藏牧草的营养物质，具有受天气影响小、提高牧草适口性和家畜的消化率等优点，可有效解决冬季家畜饲料短缺的问题。然而，天然牧草含水量低、可溶性碳水化合物（，）含量低、缓冲能值（，）较高、附着乳酸菌（，）数量较少，直接青贮很难成功。是青贮饲料调制中常用的一种添加剂，可促进青贮原料充分发酵。等评估了添加剂对牧草青贮发酵的影响，发现使用 可以提高牧草青贮的发酵品质。有报道称，在天然动 物 营 养 学 报 卷牧草青贮饲料中添加 可以改善其品质。同时，收获时期会影响青贮饲料的发酵品质和营养品质。等研究发现，收获期对王草的青贮品质和微生物群落有显著影响，于生长期 收获的王草的青贮品质最好，具有更高的 相对丰度。但是目前关于 和收获时期及二者的交互作用对天然牧草青贮品质影响的相关研究还鲜见报道。因此，本试验对不同收获时期和添加不同 处理的天然牧草青贮发酵品质和营养品质进行测定分析，采用主成分分析和隶属函数法评定 添加剂在不同时期收获的天然牧草青贮中的应用效果，以期为天然牧草青贮技术的应用和评价提供参考依据。材料与方法 试验设计 研究区域位于内蒙古呼伦贝尔市陈巴尔虎旗的草地农业生态系统试验站（、，海 拔 ），分 别 于 年 月 日（早期）、月 日（中期）和 月 日（晚期），在草甸草原样地中采用五点取样法收获天然牧草，牧草主要组成为羊草（）、无芒雀麦（）、二裂委陵菜（）、斜 茎 黄 芪（）、艾蒿（）。将样品切短至，混匀后对天然牧草的混合样设置 种 添加剂的处理，分别是中国农业大学饲草加工团队筛选出的植物乳杆菌（，）和布氏乳杆菌（，）以及商业使用的 添加剂（，活性菌为植物乳杆菌），以未添加 为对照（），接种量为。经充分混匀，取 天然牧草的混合样装入真空袋内，密封。共计 个组，每组重复 次，发酵，打开后测定天然牧草青贮的发酵品质和营养品质。指标测定 发酵品质测定 青贮开启后混匀，随机取 鲜样，加入 蒸馏水，榨汁 后用 层纱布过滤，获取青贮饲料浸提液，用 仪测定浸提液，使用岛津高效液相色谱仪测定青贮饲料的乳酸（，）、乙酸（，）、丙酸（，）和丁酸（，）含量，色谱柱为 ，柱温 ，检测器为，流动相为 高氯酸，检测波长为 ，进样量为 。用苯酚次氯酸钠比色法测定氨态氮（，）含量，并计算氨态氮占总 氮（，）的 比 例（氨 态 氮总氮）。营养品质测定 取 的青贮料，烘干 ，用以测定 含量。将烘干后的样品粉碎过 目筛，用范式洗涤纤维法测定中性洗涤纤维（，）、酸性洗涤纤维（，）和酸性洗涤木质素（，）含量，用凯氏定氮法测定 含量，用蒽酮硫酸比色法测定 含量，用（）中方法测定粗脂肪（，）含量。原料 各 指 标 的 测 定 参 照 上 述 方 法，用（）中方法测定原料粗灰分（）含量，盐酸氢氧化钠滴定法测定原料，纤维素（，）、半纤维素（，）含量通过以下公式计算：；。综合评价 利用主成分分析将 个组的 个指标降维，简化评价指标数量，利用模糊数学隶属函数法计算各组选择指标的隶属函数值，并将所选指标隶属函数值求和，之后取平均值，以平均值大小进行综合排名，平均值越大，排名越靠前。隶属函数计算公式如下：（）（）（）；）（）（）（）。）式中：（）表示某指标的隶属函数值；表示该指标的测定值；表示该指标的最大值；表示该指标的最小值。若测定指标与饲料品质呈正相关关系，则选择公式）计算；若呈负相关关系，则选择公式）计算。统计分析 采用 初步处理数据，采用 软件进行多变量方差分析，并用 氏法对各测定数据进行多重比较，测定结果用平均值均值标准误表示。期卓兴良等：基于主成分分析和隶属函数法评价乳酸菌添加剂和收获时期对天然牧草青贮质量的影响 结果与分析 天然牧草营养成分 各收获时期天然牧草营养成分如表 所示。早期、和 含量和 显著高于中期和晚期（），中期 含量显著低于早期和晚期（）。随着收获时期的延后，含量变化不显著（）。表 各收获时期天然牧草营养成分 项目收获时期 早期 中期 晚期 干物质 粗蛋白质 中性洗涤纤维 酸性洗涤纤维 酸性洗涤木质素 可溶性碳水化合物 粗灰分 缓冲能 （）：鲜重 ；：干重 。同行数据肩标不同小写字母表示差异显著（），相同小写字母或无字母表示差异不显著（）。，（），（）添加剂及收获时期对天然牧草青贮饲料发酵品质的影响 由表 可知，添加剂和收获时期对 含量 和 具 有 显 著 的 交 互 作 用（）。与 组相比，在中期收获时添加 可以显著降低 含量（）。在早期收获时，组和 组的 显著低于 组和 组（），组 显 著 低 于 组（）。添加剂显著降低天然牧草青贮饲料的（）、（）和 含量（），显著增加了 和 含量（），对 含量没有显著影响（）。随着天然牧草收获时期的延后，天然牧草青贮饲料的、和 含量均表现为先升高后降低。收获时期对、和 含量没有显著影响（）。表 添加剂及收获时期对天然牧草青贮饲料发酵品质的影响 收获时期添加剂乳酸 乙酸 丙酸 丁酸 氨态氮 总氮 早期 中期 晚期 动 物 营 养 学 报 卷续表 收获时期添加剂乳酸 乙酸 丙酸 丁酸 氨态氮 总氮 添加剂 收获时期 早期 中期 晚期 显著性 添加剂 收获时期 添加剂收获时期 ：对照；：植物乳杆菌；：布氏乳杆菌；：商用乳酸菌。表、表 同。同列数据肩标不同小写字母表示差异显著（），相同小写字母或无字母表示差异不显著（）。“”表示差异显著水平为，“”表示差异显著水平为，“”表示差异显著水平为，“”表示差异不显著（）。表 同。：；：；：；：，（），（），“”，“”，“”，“”（）添加剂及收获时期对天然牧草青贮饲料营养品质的影响 由表 可知，添加剂和收获时期对 和 含量存在显著的交互作用（）。早期收获时，组的 含量显著高于 组和 组（），组显著高于 组（）；组的 含量显著低于 组（）。中期收获时，组的 含量显著高于 组（），种 添加剂之间没有显著差异（）。晚期收获时，组和 组的 含量显著高于 组（），组与 组之间没有显著差异（）。与 组相比，显著提高了天然牧草青贮饲料的 含量（），其中 组和 组显著高于 组（）。对 和 含量没有显著影响（）。随收获时期的延后，天然牧草青贮饲料的 和 含量逐渐降低，含量先升高后降低。添加剂和收获时期对天然牧草青贮饲料营养品质中的木质纤维组分不具有显著交互效应（）。显著降低了（）和 含量（），对、和 含量没有显著影响（）。随收获时期的延后，天然牧草青贮饲料的 含量先升高后降低，和 含量先升高后不变，含量显著降低（），含量没有显著变化（）。不同处理下的天然牧草青贮饲料的主成分分析 对 个组的天然牧草青贮饲料主成分分析结果见表。基于特征值 标准挑选出 个主成分。其中，第 主成分的特征值为，贡献率为，其对应特征向量中绝对值较大的指标为、和 含量；第 主成分的特征值为，贡献率为，其对应特征向量中绝对值较大的指标为 含量；第 主成分的特征值为，贡献率为，其对应特征向量中绝对值较大的指标为、和 含量；第 主成分的特征值为，贡献率为，其对应特征向量中绝对值较大的指标为 期卓兴良等：基于主成分分析和隶属函数法评价乳酸菌添加剂和收获时期对天然牧草青贮质量的影响 和 含量；第 主成分的特征值为，贡献率为，其对应特征向量中绝对值较大的指标为 含量。这 个主成分的累积贡献率达到了，即保留了原有指标 的信息。表 添加剂及收获时期对天然牧草青贮饲料营养品质的影响（干物质基础）（）收获时期 添加剂干物质 粗蛋白质 粗脂肪 早期 中期 晚期 添加剂 收获时期 早期 中期 晚期 显著性 添加剂 收获时期 添加剂收获时期 收获时期 添加剂中性洗涤纤维 酸性洗涤纤维 酸性洗涤木质素 纤维素半纤维素早期 中期 晚期 动 物 营 养 学 报 卷续表 收获时期 添加剂中性洗涤纤维 酸性洗涤纤维 酸性洗涤木质素 纤维素半纤维素添加剂 收获时期 早期 中期 晚期 显著性 添加剂 收获时期 添加剂收获时期 表 不同处理下的天然牧草青贮饲料的主成分分析 项目主成分 干物质 乳酸 乙酸 丙酸 丁酸 氨态氮 总氮 中性洗涤纤维 酸性洗涤纤维 酸性洗涤木质素 纤维素 半纤维素 粗蛋白质 粗脂肪 特征值 贡献率 累积贡献率 各指标综合得分及其排名 根据主成分分析结果，在挑选出的 个主成分中分别选择、及、含量这 个指标来替代其余指标进行模糊隶属函数分析并排名。结果如表 所示，各添加剂组的平均隶属函数值均大于 组。个收获时期中，中期收获的平均隶属函数值最低。早期收获时，组和 组平均隶属函数值 期卓兴良等：基于主成分分析和隶属函数法评价乳酸菌添加剂和收获时期对天然牧草青贮质量的影响最高，均为。中期收获时，组和 组平均隶 属函数值最高，均为。晚期收获时，组的平均隶属函数值最高，为。表 各指标综合得分及其排名 项目早期 中期 晚期 干物质 乳酸 丙酸 氨态氮 总氮 酸性洗涤纤维 纤维 半纤维 粗蛋白质 得分 排序 讨 论 添加剂及收获期对天然牧草青贮饲料发酵品质的影响 是衡量青贮饲料发酵品质的重要指标。利用碳水化合物产生 是青贮过程中 下降的主要原因。一般认为 在 以下为发酵优良。本试验中，组的 均在 以下，发酵品质优良，说明 种 均可以改善天然牧草青贮发酵品质。青贮过程中，在植物蛋白酶和微生物酶的共同作用下蛋白质发生水解产生氨类物质，青贮过程中蛋白质的水解程度由 反映，通常良好发酵的青贮饲料 不 超 过。本 试 验 中，组 的 最低，说明 有效抑制了蛋白质的水解，这导致 组在 较少的同时具有更低的。主要由梭状芽孢杆菌这一不良微生物代谢产生。添加 后，含量显著降低，这与 等在苜蓿上取得的结果一致。这是因为 提升了天然牧草青贮过程中的 数量，在发酵前期大量产生，使 快速降低，从而抑制梭状芽孢杆菌等不良微生物的繁殖。青贮原料的化学组分和附着的微生物会直接影响青贮发酵品质。其中，含量和附生 数量影响青贮早期 的增加速度和 的下降速度，是青贮成功的关键。青贮原料中的 含量在中期最低，导致青贮发酵过程中 不能快速产生大量，以抑制不良微生物的繁殖，使得该时期调制的天然牧草青贮饲料具有更高的 含量和 。同时，不同生长阶段的植物表面附着的微生物会存在显著差异，这也可能成为不同收获时期调制的天然牧草青贮发酵品质不同的原因。添加剂及收获期对天然牧草青贮饲料营养品质的影响 是评定青贮饲料营养品质的重要指标之一。研究表明，可以有效降低 损失，提高 含量，这与本试验结果一致。主要原因是添加 增加了 菌群数量，促进了发酵进程，从而降低 损失。和 是影响家畜采食和消化的重要因素。含量越高，家畜的干物质采食量（）越低；含量越高，家畜的 消化率越低。等和 等分别研究了添加 对天然牧草青贮和甜高粱和田菁混合青贮发酵品质和营养价值的影响，均发现使用 添加剂可以显著降低 和 含量，与本试验结果一致。这可能是因为 的添加增加了 的数量，促进了青贮发酵，增加了 的积累量，使 和 等结构性碳水化合物发生分解。通常添加 后，在青贮过程中由于菌体蛋白的增加和对蛋白质水解的抑制作用，青贮饲料的 含量会升高。但在本试验动 物 营 养 学 报 卷中，添加剂对 含量没有显著影响，这与 等的试验结果一致。随着收获时期的延后，植物体营养成分发生变化，细胞壁成分逐渐增加，细胞内容物逐渐降低，含量逐渐降低。、和 是植物细胞壁的主要组成成分。李诚等和章燕柳等分别发现饲草型小黑麦和水稻稻草的 含量在各生育期之间会出现下降的趋势，这与本试验结果一致。等发现在成熟期水稻茎秆中，半纤维素组分中的（，）葡聚糖含量显著降低，说明（，）葡聚糖含量的降低可能是本试验中 含量降低的原因。含量的下降导致了晚期收获的 含量的下降。由于不同收获时期的草原植物群落组成不一致，加之 添加剂的效果受原料种类的影响，这导致了 添加剂和收获时期对 和 含量的显著交互作用。主成分分析及隶属函数分析综合评定天然牧草青贮品质 主成分分析和隶属函数分析广泛应用于综合评价作物品质。本试验根据主成分分析结果挑选出的 个指标与评价青贮饲料质量的主要常规指标一致。隶属函数评价结果显示，使用 后，其平均隶属函数值均大于 组，说明 可以改善青贮饲料质量。同时，随收获时期延后，组得分表现为先降低后升高，这与发酵品质和营养品质结果一致。综上所述，说明基于主成分分析和隶属函数法可以有效评价青贮饲料质量。此外，晚期收获的 组得分低于中期，但 添加剂组高于中期，说明 的使用效果受到了收获时期的影响。结 论 添加剂可以显著改善天然牧草青贮饲料发酵品质，其效果会受天然牧草收获时期的影响。根据综合评价结果，早期和中期收获时添加 的青贮效果更好，晚期收获时添加 的青贮效果更好。参考文献：那佳，黄立华，张璐，等我国东北草地生产力现状及可持续发展对策中国草地学报，（）：，（）：（）李宇宇，王志军，王伟，等雨淋对干燥过程中天然牧草叶绿素含量及营养品质的影响中国草地学报，（）：，（）：（）徐生阳，玉柱天然牧草不同草产品形式之间营养性差异研究饲料工业，（）：，（）：（），（）：，：，：，（）：，（）：，：，（）：，期卓兴良等：基于主成分分析和隶属函数法评价乳酸菌添加剂和收获时期对天然牧草青贮质量的影响 ，（）：张志恒，王玉琴，任国艳，等基于主成分分析和隶属函数分析评价不同添加剂处理的玉米秸秆青贮的发酵品质动物营养学报，（）：，（）：（），：，（）：郭香，吴硕，郑明扬，等添加黄梁木叶和壳寡糖对甘蔗梢青贮饲料发酵品质及有氧稳定性的影响草业学报，（）：，（）：（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，：，（）：，（）：，（）：何鹏亮，汪娅梅，揭红东，等不同刈割期对饲用小黑麦草产量和营养品质的影响草地学报，（）：，（）：（）李影正，严旭，吴子周，等饲草玉米不同生育期的产量、品质和青贮利用研究草业学报，（）：，（）：（）李诚，王亚利，艾尼瓦尔，等饲草型小黑麦不同生育期纤维含量变化动态研究 新疆农业科学，（）：动 物 营 养 学 报 卷 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