摘 要:我国是农业大国,农作物种植规模较大,作物秸秆资源较为丰富,利用微生物技术加工秸秆饲料,能够大幅降低秸秆资源的浪费.本文简要介绍了秸秆饲料中所应用的关键微生物物质,分析了秸秆饲料微生物处理的原理,并提出5种具体的微生物技术应用方法,希望为秸秆资源化利用提供参考.
关键词:秸秆饲料; 微生物技术; 降解; 发酵; 资源化利用;
作者简介: 焦龙(1990-),男,硕士,助教.研究方向:微生物学.;
农作物秸秆是宝贵的生物资源之一,在全球能源供应紧张的背景下,已经成为主要的能源来源.数据显示,农业种植所投入50%的生产要素被转化为秸秆,我国秸秆年产量虽然可达7亿t左右,但秸秆的有效利用率仅为60%,用于秸秆饲料生产的秸秆原料约占15%,秸秆的资源化利用仍有较大的发展空间.
1 秸秆饲料中所应用的关键微生物物质
1.1 微生物
秸秆中纤维素的含量较大,属于木质纤维,具有较强的不可溶性.微生物中的细菌、真菌、放线菌是秸秆原料降解中的重要微生物物质,能够形成分解纤维素的物质,其中,细菌芽孢杆菌属(Bacillus)、类芽孢杆菌(Paenibacillus)、假单胞菌属(pseudomonas)、弧菌属(vibrio)、微球菌属(Micrococcus)、链球菌属(Streptococcus)、梭菌属(Clostridium)等能够作用于秸秆,形成大量的纤维素酶以此来分解秸秆中的纤维素;真菌如青霉属、镰刀菌属等,能够在氧化作用下对秸秆中的纤维素与半纤维素产生较强的分解作用;放线菌中的纤维素诺卡氏菌,在降解秸秆纤维素的同时还能够固氮,资料显示,该类菌种每降解1g纤维素可固氮8.6mg[1].以上微生物质可分解秸秆中所含有的不易被动物消化的纤维素,使秸秆饲料更加广泛被适用,从而有效增强饲料的利用价值.
1.2 酶类物质
应用于秸秆饲料中的酶类物质主要有纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶等.其中,纤维素酶的复合体主要由Cx和C1组成,能够与纤维素形成水解,经过各类反应而产生动物所需的葡萄糖等能量物质,具有较高的饲料价值;半纤维素酶中主要包括β葡聚槠酶、半乳聚糖酶等,主要用于分解秸秆中的半纤维素,当动物食用饲料时,能够通过分解降低其肠道内容物黏性,从而增强机体对营养物质的吸收能力;木质素酶能够降解秸秆中的木质素,并改变秸秆物质结构,从而增强其营养价值.
2 秸秆饲料微生物处理的原理
2.1 发酵秸秆饲料
在秸秆原料中所含的主要成分含量比例为中性洗涤纤维70%~80%、酸性洗涤纤维50%~60%,而蛋白等营养物质含量仅为5%左右,若直接将秸秆用于养殖会抑制动物的生长;同时,若饲料中的木质素含量过高,将不易被动物机体的瘤胃微生物所降解,会加大其患有消化性疾病的概率.利用微生物菌或酶类物质可对秸秆粗饲料中不易被分解的纤维素、半纤维素、木质素等进行分解,能够降低纤维素含量至30%左右、木质素降低至9%~14%,从而促使饲料中的一部分形成能量物质直接被动物机体吸收,而另一部分则会被其它物质进一步分解,进而有效增强动物对营养物质的消化与吸收能力.
2.2 秸秆降解过程
大多数研究人员认为,秸秆饲料生产过程中所产生的分解工作,主要是腐生微生物如真菌、细菌等经过分解反应,形成各种能够分解纤维素、半纤维素的酶类物质,从而将相关物质分解为单糖或二糖,再通过氧化反应形成CO2和H2O,或被菌体物质吸收.在氧化过程中CDH酶类物质所发挥的作用特别关键,是促进纤维素与木质素降解的主要成分.微生物菌类或酶类物质降解秸秆时,需要各类物质共同协作降解相关物质,才能切实达到较高的降解效果,形成高质量秸秆饲料,从而使秸秆在生物饲料方面的利用率发挥最大效用.
3 运用微生物技术处理秸秆的具体方法
3.1 青贮饲料
青贮法是一种简单、可靠且经济的方法,已经在世界各国畜牧生产中普遍推广应用.一般青贮饲料就是将秸秆原料放在一个密闭且温度适宜(30℃左右)的环境中,然后在厌氧菌的作用下将该环境转化为一个酸性环境,以此来对各种有害微生物的滋生进行有效抑制,从而最大限度保留秸秆营养物质.青贮饲料的生产方法较为简单,所耗费的成本较低,因此该方法在秸秆饲料化利用中较为常见,但在实际处理秸秆过程中,也会受到各种不可预见因素的影响.
如,在玉米秸秆青贮饲料发酵过程中,其青贮过程的质量控制比较复杂,需要对秸秆存放时间以及青贮后取料厚度进行控制.一般需要在玉米秸秆收割后的48h内进行青贮,青贮前需要利用铡刀将秸秆切成长度为3~5cm的杆段,然后加入适量尿素搅拌,即可放入密闭青贮仓内进行青贮处理.需要注意的是,秸秆青贮前的存放时间不可过长,否则会降低秸秆饲料的营养成分含量,甚至会造成仓内酸性环境的改变,使腐败微生物滋生.在进行取料时,要注意每次取料的厚度控制在10cm以上,从而确保饲料内乳酸菌数量符合动物消化的标准[2].
3.2 微贮饲料
微贮法指的是将农作物秸秆与微生物菌一同放到一个密闭的空间内进行发酵,经过一段时间后秸秆中的相关物质即可被分解,从而得到丰富的营养物质,供动物机体所吸收.利用微贮法制作秸秆饲料时,主要是利用活杆菌物质将秸秆中的木质素、纤维素等转化为糖并与密闭空间内的酸产生反应,从而使pH值降低到4.5~5.0,此时秸秆饲料中的丁酸菌或腐败物质都不会再继续繁衍,因此在该环境下秸秆饲料会变得更加松软,味道更受动物喜欢.
微贮技术比较适合水分含量相对较低的秸秆,如小麦、稻谷、高粱等作物的秸秆,能够达到很好的发酵效果.一般动物食用微贮饲料其采食速度可提高40%左右,同时消化率也能提高35%.
3.3 秸秆生化饲料
菌体蛋白生物是常见的秸秆发酵剂,在特定环境下利用此类物质能够促使微生物菌类或酶类物质大量繁殖,在饲料发酵过程中能够将相关物质有效合成游离氨基酸和菌体蛋白,能够有效增强秸秆饲料的适口性,提高其营养价值,可促进动物肠道吸收.
菌体蛋白生物中的绿色霉菌与饲料酵母混合使用能够产生良好的发酵效果[3],能够将秸秆中50%的纤维素转换为葡萄糖,且在酵母的吸收作用下,可进一步转化出更多的单细胞蛋白质,最高可达30%以上,从而大幅增强秸秆饲料的营养价值.秸秆生化饲料可应用于奶牛养殖中,能够大幅提高奶牛的产奶量.
3.4 微生物发酵秸秆饲料
微生物发酵秸秆饲料适用范围较广,可根据不同养殖类型进行秸秆饲料长度的划分,如养牛可将秸秆饲料长度控制在6cm,养羊可控制在3~4cm,此类饲料应用较为灵活,饲养人员可根据养殖实际情况自行组合.
当前较为常用的发酵方法是采用厌氧固体发酵的形式,主要流程如下.复活菌种.一般需要将菌种试剂溶于水中恢复菌种活性,然后将秸秆反复揉搓,为使该过程效果更佳,可先将秸秆分为2~3段,使菌种的渗透性更强;调节秸秆内的水分.在乳酸菌发酵作用下,需要将秸秆湿度控制在70%左右,以此来增强秸秆饲料的发酵效果;秸秆入仓,铺平压实.秸秆入仓时,一般需要铺放厚度为20~30cm的秸秆材料在底层,然后均匀地喷洒搅拌好的菌液,并按照这个厚度比例和喷施方法将所有秸秆分层堆放,当秸秆高度高于仓口40cm左右时,即可封住仓门.必要时,需要在秸秆最上层的表面覆盖1层塑料膜,减少其与空气的接触,降低二次发酵的效果,同时还可升高饲料仓的温度,使一次发酵效果更加有效.
3.5 多维复合酶菌秸秆发酵饲料
利用EM(有益微生物),如乳酸菌群、光合菌群、酵母菌群等,能够综合成多维复合酶菌,在秸秆饲料发酵过程中,可有效分解饲料中的木质素、纤维素、半纤维素等组合而成的NDF物质,从而有效提高秸秆的消化率和进食速度.
经过多维复合酶菌发酵而成的秸秆饲料,在粪便除臭、畜禽生长和防病方面也具有一定效果,但由于其需要的微生物菌群种类与数量均较大,不具备较强的经济适用性,当前还未被普及应用.
4 结语
综上所述,当前农业发展对秸秆价值的认识仍具有极大偏差,在资源化利用方面存在技术局限,开发潜力相对较大.随着政府对农业技术的研发力度不断加大,农业微生物技术的开发在一定程度上为秸秆资源化利用的发展提供了契机,秸秆发酵饲料的生产不但可以改善资源的浪费现象,还可以推动国家养殖产业的进一步发展,相关部门应不断加强微生物技术的研发,提高技术应用的能力,为秸秆资源化利用率的提高奠定基础.
参考文献
[1]滕道明,郝明静,刘召华.秸秆饲料中的微生物技术运用技巧分析[J].中国饲料,2018(02):61-64.
[2]刘娜,王炳,刁其玉,等.玉米秸秆饲料菌酶复合发酵技术[J].饲料工业,2018,39(17):45-49.
[3]宁艳春,陈希海,杜宝军,等.微生物发酵饲料的技术调研及关键技术分析[J].饲料博览,2019(01):23-26.