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073 研究快报 | 大麦饲料接种乳酸菌进行青贮过程中气体和温室气体产生的动态分析

文摘 2024-06-29 12:00 河北

研究背景

近些年来，温室气体（GHG）的过量排放导致全球气候变化、气温升高和更多极端天气事件，为了限制GHG排放，许多地区和国家都做出了相当多的努力。我国也在2020年制定了碳达峰（2023年）和碳中和（2060年）目标。

农业活动（作物和畜牧业生产）约占全球温室气体排放量的10-12%，因而在过去的几年中，减少作物和畜牧业生产中的温室气体排放成为研究的重点，并取得了显著的成果。

然而，青贮作为一种传统且高效的新鲜草料保存方法，其过程中产生和排放的温室气体并未纳入官方整改的目录，并且对该领域缺乏系统和深入的研究。

有研究表明，二氧化碳是青贮饲料中产生的气体中最重要的成分，且接种同质发酵乳酸菌（LAB）可以减少青贮饲料中的气体和温室气体产生。

作者先前研究发现大麦青贮饲料的产气量高于其他青贮饲料，因此本研究旨在研究将大麦青贮时接种LAB对青贮过程中的温室气体产生、发酵质量、发酵失重（FWL）和细菌群落的影响，以减少发酵过程中的气体和温室气体的产生。

材料与方法

试验选用的两种商业LAB添加剂均可在市场购买，大麦样品在实验农场的四块田地中重复采收以保证随机性。将采收的大麦切碎至1~2cm并充分混合，然后分为三组进行处理：

CK组：对照，喷洒2ml/kg的蒸馏水（不含任何添加剂）

L1组：喷洒2 ml/kg蒸馏水和2 g/t（推荐量（RA））第一种商业LAB添加剂

L2组：喷洒 2 ml/kg 蒸馏水和 5 g/t （RA）的第二种商业 LAB 添加剂。

所有的组以饲料鲜重为基准确定添加量。混合均匀后，将草料（500克）装入聚乙烯袋中，并用真空封口机密封。

青贮总时长为90 d，分别在0、1、3、6、15、35和90 d取样，用于分析气体和温室气体的产生、发酵质量、FWL和细菌群落。

产气体积由青贮前后袋子的体积差来确定；发酵质量通过青贮样品测定pH、乳酸（LA）、醋酸（AA）、丙酸（PA）、丁酸（BA）和氨氮（AN）含量进行分析；根据青贮前后青贮袋重量的差异评估FWL

微生物计数由特定培养基进行饲料的LAB、大肠菌群、总需氧菌（TAB）和酵母计数；群落通过PCR扩增菌rRNA后进行测序分析。

试验结果

对产气的影响

CK组的二氧化碳和一氧化二氮的产量在前6 d内显著增加，L1组和L2组仅在1 d时显著增加，之后显著下降。

CK组的甲烷产量在前15 d内显著增加，而L1组和L2组仅在前3 d显著增加，之后显著下降。

从3 d到35 d，CK组的产气量、二氧化碳的产量、一氧化二氮的产量和甲烷产量均显著高于同时期的L1组和L2组。

此外，在3 d和6 d，L2组的一氧化二氮的产量显著低于L1组。

对发酵质量的影响

发酵过程中，CK组的pH值显著降低，BC含量显著增加；所有青贮饲料组的AA、AN和FWL均显著增加。

L1组和L2组pH值在前15天显著下降后显著升高，但BC在前15天内先增加后显著降低。

与L1组和L2组相比，CK组在1 d和d 5之间的pH值显著升高，在1 d和1 d的AN含量显著上升，在1 d和90 d的FWL含量显著上升，在35 d和90 d的BC含量显著上升，在1 d和15 d的LA含量显著降低，在1 d和6 d的BC含量显著上升.

在L1组和L2组间对比，L2组在 1 d 时的 BC含量显著低于 L1组，在 1 d 到 90 d 时 CK组和 L1组的 BC 含量显著降低。与CK组和L2组相比，L1组在15~90 d的pH值显著降低，在3 d时的AA和AN含量显著降低。在90 d时，L2组的LA含量显著少于CK组。

对微生物计数的影响

所有组的LAB和酵母菌（CK组中的酵母菌除外）的数量在前3 d均显著增加，TAB含量在第1 d显著增加。

CK组的大肠菌群计数在前3 d显著增加，然后显著下降，直至在35 d和90 d时未检测到；然而，L1组和 L2组中的大肠菌群计数从第1 d就开始显著下降，并且从 6 d到 90 d时未检测到。

CK组在第1 d的LAB含量显著低于L1组和 L2组；L2组在3 d和6 d时的LAB含量高于CK组；此外，L1组在1 d时的LAB含量显著低于L2组，CK组和L2组在1 d至90 d的LAB含量均显著降低。

在15~35 d时，CK组的TAB含量显著高于L1组和L2组，L1组在35- 90 d时的TAB含量显著低于CK组和L2组。

在1~ 3 d时，CK组的酵母含量显著低于L1组和L2组；L2组在15 d和L1组在35 d时的酵母菌含量显著高于CK组。在90 d时，L1组中的酵母菌数量显著少于CK组和L2组。

对菌群变化的影响

CK组、L1组和L2组发酵过程中Lentilactobacillus的丰度显著增加；CK组的Lactiplantibacillus在15 d时显著增加，然后在90 d时显著下降；而L1组和L2组的丰度显著增加。

CK组和L2组中的Pediococcus在发酵过程中的丰度较低，而在前6 d其在L1组的丰度显著增加，而后显著降低。

CK组的Enterobacter丰度在开始发酵时候较低，而后增加。

CK组、L1组和L2组中肠杆菌的丰度在第一天迅速增加，然后在CK组中保持高位。

CK组的Xanthomonas丰度在第一天迅速下降，然后升高；而它在L1组和L2组中的丰度在第一天就迅速增加，然后下降，最终低于CK组。

Klebsiella在CK组中的丰度在前6天增加，然后在第90 d下降。此外，其丰度在15 d时的L1组中增加，在1 d时的L2组中增加，然后在90 d时均下降。

Pantoea的丰度在第一天增加，然后下降；其在L1组中的丰度在前6天增加，而后下降。

这些不同的相关性可能是由于不同的青贮饲料在发酵过程中具有独特的微生物群落所造成的。还有许多菌的丰度变化如下图所示。

相关性研究

pH值与气体二氧化碳、一氧化二氮和甲烷在1 d（甲烷除外）、6 d、15 d 和 35 d（二氧化碳除外）产量呈显著正相关。

LA与气体二氧化碳、一氧化二氮和甲烷在1 d（不包括一氧化二氮和甲烷）、3 d、6 d 和 15 d的产量呈显著负相关。

AN与的气体和二氧化碳、一氧化二氮和甲烷在1 d、 3 d （一氧化二氮除外）、6 d 和 1 d的产量呈显著正相关。

BC与气体、二氧化碳、一氧化二氮和甲烷在 1 d 处（甲烷除外）、3 d 和 6 d 呈显著正相关；在3 d呈显著负相关。

FWL与气体、二氧化碳、一氧化二氮和甲烷在 1 d 处（甲烷除外）、3 d、6 d 和 1 d 呈显著正相关。

大肠菌群与二氧化碳、一氧化二氮和甲烷在1 d时呈显著正相关，与总产气量、二氧化碳、一氧化二氮和甲烷在 3 d、6 d 和 1 d 时呈显著正相关。

酵母与总产气量在1 d时呈显著负相关，与二氧化碳、一氧化二氮和甲烷在3 d时呈显著负相关。

结论：

青贮饲料的发酵过程可分为储气阶段和气体还原阶段，其中二氧化碳作为气体的主要成分。接种LAB可减少气体和温室气体的产生以及气体积累阶段。

肠杆菌的活性对大麦青贮饲料中的气体和温室气体积累有很大贡献。

本试验中，接种LAB进行青贮能够减少气体排放。气体和温室气体除进入空气中外，还能溶解在青贮水中，并在气体还原阶段参与青贮饲料中的LAB代谢。

发酵质量下降是青贮饲料发酵后期扁豆乳酸菌活性引起的常见现象。FWL 是由产生的气体以及 LA 和 AA 从筒仓逸出引起的，但可以通过在发酵过程中接种 LAB 来减少。

了解更多请阅读原文献：

https://doi.org/10.1186/s40538-024-00606-9

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