《Advances in Agriculture》：Effect of Purple Turnip (Brassica rapa L.) Levels on Fermentation Characteristics, Nutritive Value and In Vitro Dry Matter Degradability of Sorghum (Sorghum bicolour L.) Silage
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摘要
高粱（Sorghum bicolour L.）因其较高的生物量产量和对缺水环境的适应性而被广泛用于青贮生产。然而，其相对较高的纤维含量和中等水平的粗蛋白质（CP）可能会在单独使用时限制其营养价值。本研究评估了不同添加水平的紫芜菁（Brassica ra
摘要
高粱（Sorghum bicolour L.）因其较高的生物量产量和对缺水环境的适应性而被广泛用于青贮生产。然而，其相对较高的纤维含量和中等水平的粗蛋白质（CP）可能会在单独使用时限制其营养价值。本研究评估了不同添加水平的紫芜菁（Brassica rapa L.）对高粱青贮发酵特性、化学和矿物质组成以及体外干物质降解率（IVDMD）的影响。试验采用完全随机设计（CRD），设四个紫芜菁添加水平（20%、30%、40%和50%），每个处理设四个重复的1 L玻璃罐小型青贮窖，每罐装入500 g新鲜物料。对发酵特性、化学和矿物质组成及IVDMD进行了分析。乳酸（LA）、乙酸（AA）和丁酸（BA）受处理影响显著（p < 0.05）。青贮pH未受处理显著影响（p = 0.631），且保持在4.02–4.09范围内，表明青贮保存良好。随着芜菁添加量的增加，CP显著升高（p < 0.05）。中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）随芜菁比例增加而显著降低（p < 0.05）。IVDMD未受处理显著影响（p = 0.068），但40%紫芜菁添加水平产生了数值上最高的IVDMD（57.09% ± 2.57%）。总之，将紫芜菁掺入高粱青贮中改善了营养品质和矿物质谱，同时保持了良好的发酵特性。
论文解读
**一、研究背景与问题**
在全球反刍动物生产系统中，确保优质饲料的持续供应仍然是面临的主要挑战之一。在撒哈拉以南非洲的许多地区，降雨量和温度的季节性波动常导致旱季牧草可利用性和品质显著下降，季节性饲料短缺往往导致动物生产力下降，并增加对保存饲料的依赖以维持牲畜生产性能。在现有的饲草保存策略中，青贮生产已成为在丰产期保存剩余饲草、确保短缺期饲料供应的重要方法。青贮保存依赖主要由乳酸菌（LAB）驱动的厌氧发酵过程，乳酸菌将水溶性碳水化合物转化为有机酸（主要为乳酸），从而实现饲草物料的快速酸化和稳定。这一过程使pH值迅速下降，稳定饲草并抑制梭菌、酵母菌和霉菌等不良微生物的生长。影响青贮品质的因素包括饲草类型、化学组成、水分含量以及支持微生物发酵的可发酵底物可利用性。
高粱（Sorghum bicolour L.）是全球家畜生产系统中最重要的谷类作物之一，年产量约6000万吨，是全球第五大谷类作物。高粱因其耐旱性和对不同环境条件的适应性而在非洲、亚洲和美洲的干旱和半干旱地区广泛种植。然而，高粱饲草通常含有相对较高的结构碳水化合物，其中性洗涤纤维（NDF）含量一般约为干物质（DM）的62%–69%，酸性洗涤纤维（ADF）含量约为35%–41% DM，这可能会降低采食量和消化率。因此，这些局限性凸显了提高高粱青贮营养价值和发酵特性策略的必要性。
解决高粱青贮营养限制的策略之一是将化学组成互补的饲草作物掺入高粱青贮混合物中。在潜在的互补作物中，芸苔属饲草因其高消化率、高粗蛋白质（CP）含量和相对较低的纤维浓度而受到越来越多的关注。芜菁尤其含有高水平的CP和可溶性碳水化合物，可支持有效的瘤胃发酵并提高保存饲料的营养价值。然而，关于芜菁饲草在高粱青贮系统中的使用信息有限，特别是在不同添加水平下的应用。因此，本研究旨在确定不同紫芜菁添加水平处理下高粱青贮的发酵特性、化学和矿物质组成及体外干物质降解率（IVDMD）。
**二、研究方法**
本研究在位于南非夸祖鲁-纳塔尔省 Midlands Mist Belt 的 Cedara 研究站试验田进行。研究采用完全随机设计（CRD），设四个紫芜菁添加水平（20%、30%、40%和50% DM），每个处理四个重复。试验所用饲草原料在营养生长阶段收获，紫芜菁按20%、30%、40%和50% DM比例掺入切碎的高粱中，所有处理均添加10%玉米秸秆以提高青贮DM含量。将约500 g混合物料装入预灭菌的1 L玻璃罐小型青贮窖中，在25°C环境温度下贮存90天。发酵特性分析包括pH值、挥发性脂肪酸（VFA）、乳酸（LA）、水溶性碳水化合物（WSC）、酵母和霉菌计数、Flieg评分（FS）；化学分析包括DM、灰分、CP、NDF、ADF、酸性洗涤木质素（ADL）、纤维素和半纤维素；矿物质组成采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定；IVDMD使用ANKOM DaisyII 体外培养系统测定，瘤胃液来自一头瘘管Bonsmara牛。统计分析采用SAS软件的一般线性模型进行单因素方差分析，显著性水平设为p < 0.05，并进行主成分分析以综合评价变量间的关系。
**三、研究结果**
**3.1 发酵特性**
经过90天青贮后，LA、乙酸（AA）和丁酸（BA）是仅有的受处理显著影响的参数（p < 0.05）。30%处理的LA浓度最低（p < 0.05），20%处理的AA和BA含量最低（p < 0.05）。pH值未受处理显著影响（p = 0.631），保持在4.02–4.09的狭窄范围内，表明各处理均实现了充分酸化、稳定发酵和有效的青贮保存。乳酸菌数量（8.15–8.18 log cfu/g）、WSC浓度（0.84%–0.90% DM）和FS评分（86.25–90.72）在各处理间均无显著差异，表明紫芜菁添加水平的增加在整个90天青贮期间维持了良好的发酵品质。所有处理的BA浓度（0.04%–0.08% DM）远低于0.2% DM的阈值，表明梭菌活性有限。
**3.2 常规营养成分与IVDMD**
青贮90天后，CP、NDF和ADF是仅有的受处理显著影响的参数（p < 0.05）。40%紫芜菁添加处理的CP含量最高（p < 0.05），为10.92% DM，而20%处理的CP含量最低（p < 0.05），为8.78% DM。随着紫芜菁添加量的增加，NDF从54.68%降至50.34% DM，ADF从33.00%降至29.72% DM，表明结构纤维浓度逐步降低。IVDMD未受紫芜菁添加显著影响（p = 0.068），但40%添加水平产生了数值上最高的IVDMD（57.09% ± 2.57%），而20%、30%和50%处理分别为49.12% ± 1.42%、54.01% ± 1.23%和54.40% ± 1.40%。
**3.3 矿物质组成**
青贮90天后，矿物质组成分析显示，40%处理的磷（P）、铜（Cu）、锰（Mn）和铁（Fe）含量最高（p < 0.05）。20%处理的钙（Ca）和锌（Zn）含量最低（p < 0.05）。钾（K）、镁（Mg）和铝（Al）也受处理显著影响（p < 0.05）。磷浓度（0.22%–0.24% DM）处于维持需要范围内并接近生长和泌乳所需水平；镁浓度（0.46%–0.54% DM）超过了推荐需要量；锌浓度（40.95–44.55 mg kg?1 DM）能够满足反刍动物正常生理过程的需要；Cu浓度（7.1–8.5 mg kg?1 DM）接近反刍动物8–10 mg kg?1 DM的推荐膳食范围；Mn浓度（68–73 mg kg?1 DM）超过了20–50 mg kg?1 DM的推荐需要量；Fe浓度（约432–491 mg kg?1 DM）超过了40–100 mg kg?1 DM的最低膳食需要量，但过高的铁可能干扰其他微量矿物质的吸收。
**3.4 主成分分析**
主成分分析揭示了不同紫芜菁添加水平基于发酵特性、化学组成、矿物质组成和IVDMD的多元模式差异。前两个主成分解释了总变异的73.1%，其中PC1占47.3%，PC2占31.0%。PC1将20%处理与30%、40%和50%处理分开，20%处理与NDF、ADF、ADL、纤维素、半纤维素、DM、FS和铝密切相关；而30%、40%和50%处理与CP、IVDMD、磷、钙、钾、锌、pH、AA、BA、丙酸、灰分、镁和WSC相关。沿PC2方向，40%处理位于正象限并与锰和铜相关，50%处理与LA、LAB和铁相关，30%处理位于PC2的负象限。
**四、讨论与结论**
本研究结果表明，紫芜菁的掺入改善了高粱青贮的营养品质而不影响发酵稳定性。所有高粱-芜菁混合物均表现出良好的发酵特性，pH值表明青贮保存良好。紫芜菁添加量的增加总体上提高了CP浓度，同时降低了NDF和ADF含量。在评估的添加水平中，40%紫芜菁处理表现出最有利的整体响应，表现为最高的CP浓度（10.92% DM）、数值上最高的IVDMD（57.09%）以及较高浓度的多种矿物质，包括P、Cu、Mn和Fe。然而，IVDMD在各处理间差异不显著。因此，在本研究条件下，40%紫芜菁添加水平似乎是提高高粱青贮营养品质同时保持良好发酵品质的有前景的添加比例。需要在实际饲喂条件下进行进一步研究，以确认其对动物生产性能的影响并确定其经济可行性。值得注意的是，本研究存在一定局限性：试验使用实验室规模小型青贮窖在单一地点进行了90天青贮，结果可能无法完全代表不同环境条件、饲草生产系统或商业规模青贮实践下的响应；研究未评估动物生产性能、经济可行性、开窖后长期稳定性及环境影响；提出的解释应视为可能的解释而非潜在生物学机制的直接证据。
**五、结论翻译**
本研究结果表明，在所评估的条件下，将紫芜菁掺入高粱青贮中改善了其营养品质而不损害发酵稳定性。所有高粱-芜菁混合物均表现出良好的发酵特性，pH值表明青贮保存良好。紫芜菁添加量的增加总体上提高了粗蛋白质浓度，同时降低了中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量。在评估的添加水平中，40%紫芜菁处理表现出最有利的整体响应，其特征为最高的粗蛋白质浓度（10.92% DM）、数值上最高的体外干物质降解率（57.09%）以及较高浓度的多种矿物质，包括磷、铜、锰和铁。然而，体外干物质降解率在各处理间无显著差异。因此，在本研究条件下，40%紫芜菁添加水平似乎是提高高粱青贮营养品质同时保持良好发酵品质的有前景的选择。需要在实际饲喂条件下进行进一步研究，以确认其对动物生产性能的影响并确定其经济可行性。
