青贮前后水稻秸秆非结构性碳水化合物的变化及添加剂对发酵和微生物群落结构的影响

doi:10.11686/cyxb2025289

草业学报 ›› 2026, Vol. 35 ›› Issue (6): 131-144.DOI: 10.11686/cyxb2025289

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青贮前后水稻秸秆非结构性碳水化合物的变化及添加剂对发酵和微生物群落结构的影响

田吉鹏¹^,²(), 王欣¹^,², Mudasir Nazar¹^,², 刘蓓一¹^,²(), 王思然¹^,², 丁成龙¹^,²(), 程云辉¹^,², 李捷³

^1.江苏省农业科学院畜牧研究所，江苏南京 210014
^2.农业农村部种养结合重点实验室，江苏南京 210014
^3.江苏农林职业技术学院，江苏镇江 212400

收稿日期:2025-07-09 修回日期:2025-09-25 出版日期:2026-06-20 发布日期:2026-04-13
通讯作者: 刘蓓一,丁成龙
作者简介:dingcl@jaas.ac.cn
Corresponding author. E-mail： Byliu@jaas.ac.cn
田吉鹏（1987-），男，山东烟台人，副研究员，博士。E-mail： tianjipeng2231@jaas.ac.cn
基金资助:
江苏省自然基金青年基金(BK20220747);国家自然科学基金青年基金(32201479)

Changes in non-structural carbohydrates of rice straw between before and after ensiling and additive effects on ensilage fermentation and microbial community structure

Ji-peng TIAN¹^,²(), Xin WANG¹^,², Mudasir NAZAR¹^,², Bei-yi LIU¹^,²(), Si-ran WANG¹^,², Cheng-long DING¹^,²(), Yun-hui CHENG¹^,², Jie LI³

^1.Institute of Animal Science，Jiangsu Academy of Agricultural Science，Nanjing 210014，China
^2.Key Laboratory of Crop and Animal Integrated Farming，Ministry of Agriculture，Nanjing 210014，China
^3.Jiangsu Vocational College Agriculture and Forestry，Zhenjiang 212400，China

Received:2025-07-09 Revised:2025-09-25 Online:2026-06-20 Published:2026-04-13
Contact: Bei-yi LIU,Cheng-long DING

摘要/Abstract

摘要：

为研究水稻秸秆青贮前后非结构性碳水化合物（NSC）组分的变化及不同添加剂对于水稻秸秆青贮发酵品质、营养品质、细菌和真菌多样性、霉菌和霉菌毒素污染情况的影响，设置对照组（CK），乳酸菌组（HLAB，植物乳杆菌和副干酪乳杆菌复合添加）、丙酸钙组（PACA）和复合添加组（HLAB_PACA），每个处理3个重复，其中乳酸菌和丙酸钙的添加量分别为鲜草的5×10⁵ CFU·g^-1和4 g·kg^-1。在经过90 d的发酵后，水稻秸秆NSC中的葡萄糖、果糖和淀粉均显著下降（P<0.05）。添加剂的使用能够部分提升残余葡萄糖含量（P<0.05）。HLAB、PACA以及HLAB_PACA显著降低了水稻秸秆青贮饲料的pH、乙酸、丁酸和氨态氮含量（P<0.05），提升了乳酸含量（P<0.05），显著降低了水稻秸秆中的NDF和ADF含量（P<0.05）。丙酸钙（PACA和HLAB_PACA）的使用提升了水稻秸秆细菌群落的Ace指数和Chao1指数（P<0.05），乳酸菌的添加（HLAB和HLAB_PACA）将乳杆菌科由自然发酵的联合乳杆菌属、乳植杆菌属和乳酪杆菌属的8种ZOTU转变成以乳酪杆菌属的ZOTU1和ZOTU318为主的细菌群落。所有添加剂的使用都降低了梭菌属的相对丰度。HLAB_PACA与HLAB和PACA相比真菌群落的香农指数显著降低而辛普森指数显著上升（P<0.05）。所有添加剂的使用增加了曲霉科真菌的相对丰度并且增加了霉菌数量（P<0.05），但是黄曲霉毒素和玉米赤霉烯酮等霉菌毒素含量极低且并没有随着添加剂的使用而明显增加。因此，乳酸菌及丙酸钙添加剂的使用对于改善水稻秸秆青贮饲料NSC结构、发酵品质和微生物群落结构具有重要作用，这为水稻秸秆青贮生产实践提供了理论支撑。

关键词: 非结构性碳水化合物, 添加剂, 水稻秸秆青贮, 微生物群落, 霉菌毒素

Abstract:

Modern breeding techniques have developed rice varieties with straw rich in non-structural carbohydrates （NSC）， including glucose， fructose， sucrose， and starch. However， in the high temperature and humidity conditions of southern China， such straw decomposes rapidly， leading to significant loss of available sugars. Ensiling offers a solution by converting NSC into organic acids. Nevertheless， direct ensiling of rice straw proves ineffective due to dominant Clostridium fermentation. This experiment investigated the changes in NSC of rice straw between before and after ensiling and evaluated the impacts of additives on fermentation quality， nutritive value， microbial community composition and mycotoxin load after 90 d of ensiling. Four treatments were used in this experiment： 1） Control group （CK）； 2） Lactic acid bacteria inoculants mixed with Lactiplantibacillus plantarum and Lacticaseibacillus paracasei （HLAB）； 3） Calcium propionate （PACA）； 4） Mixture of two additives （HLAB_PACA）. Three replicates per treatment. The addition rates of HLAB and PACA groups were 5×10⁵ CFU·g^-1 and 4 g·kg^-1 of fresh materials， respectively. After 90 days of fermentation， all groups exhibited significant reductions in glucose， fructose， and starch （P<0.05）. HLAB， PACA and HLAB_PACA groups preserved higher （P<0.05） residual glucose levels than the control group. These three additive groups also had significantly lowered pH， acetic acid， butyric acid， and ammonia nitrogen （P<0.05）， with increased lactic acid production （P<0.05）. Neutral detergent fiber and acid detergent fiber contents were notably decreased by additives （P<0.05）. PACA and HLAB_PACA groups had increased bacterial community diversity as measured by Ace and Chao1 indices （P<0.05）. The HLAB and HLAB_PACA groups comprised natural fermentative lactic acid bacteria， initially composed of 8 zero-radius operational taxonomic units （ZOTU） belonging to Ligilactobacillus， Lactiplantibacillus and Lacticaseibacillus， which evolved into a Lacticaseibacillus-dominant bacterial community （ZOTU1/ZOTU318）. All additives suppressed the relative abundance of Clostridium. Fungal diversity metrics showed elevated Simpson and reduced Shannon indices （P<0.05） in HLAB_PACA group versus HLAB and PACA groups. Although the use of additives significantly increased the relative abundance of Aspergillaceae and total mould counts （P<0.05） compared to the CK， it did not cause a significant increase in mycotoxin levels， such as aflatoxin and zearalenone， which remained extremely low. Therefore， the use of lactic acid bacteria and calcium propionate additives plays an important role in improving the NSC structure， fermentation quality， and microbial community structure of rice straw silage. These data provide scientific information relevant to the efficient production of rice straw silage.

Key words: non-structural carbohydrates, additive, rice straw silage, microbial community, mycotoxin

田吉鹏, 王欣, Mudasir Nazar, 刘蓓一, 王思然, 丁成龙, 程云辉, 李捷. 青贮前后水稻秸秆非结构性碳水化合物的变化及添加剂对发酵和微生物群落结构的影响[J]. 草业学报, 2026, 35(6): 131-144.

Ji-peng TIAN, Xin WANG, Mudasir NAZAR, Bei-yi LIU, Si-ran WANG, Cheng-long DING, Yun-hui CHENG, Jie LI. Changes in non-structural carbohydrates of rice straw between before and after ensiling and additive effects on ensilage fermentation and microbial community structure[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2026, 35(6): 131-144.

图/表 9

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项目 Item	处理组 Treatment group					标准误 SEM	显著性 P-value
项目 Item	Y	CK	HLAB	PACA	HLAB_PACA	标准误 SEM	显著性 P-value
蔗糖Sucrose	3.35±1.290a	1.16±0.338a	1.05±0.061a	0.91±0.037a	1.14±0.121a	0.33	NS
葡萄糖Glucose	24.70±1.690a	1.52±0.425d	4.80±0.438cd	10.70±0.901b	6.65±0.681c	2.19	***
果糖Fructose	31.80±1.750a	4.04±0.196b	3.87±0.190b	5.24±0.577b	5.08±0.372b	2.94	***
淀粉Starch	88.9±7.62a	51.8±8.76b	73.9±8.44ab	48.2±4.83b	50.3±3.28b	5.03	**
非结构性碳水化合物NSC	149.0±10.40a	58.6±8.51b	83.6±8.10b	65.1±4.85b	63.2±4.11b	9.41	***

项目 Item	处理组 Treatment group					标准误 SEM	显著性 P-value
项目 Item	Y	CK	HLAB	PACA	HLAB_PACA	标准误 SEM	显著性 P-value
蔗糖Sucrose	3.35±1.290a	1.16±0.338a	1.05±0.061a	0.91±0.037a	1.14±0.121a	0.33	NS
葡萄糖Glucose	24.70±1.690a	1.52±0.425d	4.80±0.438cd	10.70±0.901b	6.65±0.681c	2.19	***
果糖Fructose	31.80±1.750a	4.04±0.196b	3.87±0.190b	5.24±0.577b	5.08±0.372b	2.94	***
淀粉Starch	88.9±7.62a	51.8±8.76b	73.9±8.44ab	48.2±4.83b	50.3±3.28b	5.03	**
非结构性碳水化合物NSC	149.0±10.40a	58.6±8.51b	83.6±8.10b	65.1±4.85b	63.2±4.11b	9.41	***

项目 Item	处理组Treatment group				标准误 SEM	显著性 P-value
项目 Item	CK	HLAB	PACA	HLAB_PACA	标准误 SEM	显著性 P-value
pH	4.96±0.0260a	4.04±0.0029bc	4.07±0.0058b	4.01±0.0058c	0.12	***
乳酸Lactic acid （g·kg^-1 DM）	7.66±0.78c	44.20±2.19b	61.70±1.79a	65.90±2.94a	6.98	***
乙酸Acetic acid （g·kg^-1 DM）	6.10±0.635a	2.13±0.433c	3.63±0.267bc	4.07±0.088b	0.46	**
丙酸Propionic acid （g·kg^-1 DM）	0.185±0.185b	ND	10.300±0.514a	8.170±1.190a	1.43	***
丁酸Butyric acid （g·kg^-1 DM）	21.80±1.20a	3.99±2.31b	ND	ND	2.77	***
氨态氮Ammonia Nitrogen （g·kg^-1 TN）	208.0±9.020a	51.5±0.373b	55.1±1.540b	54.3±0.472b	20.30	***
1，2-丙二醇1，2-Propanediol （g·kg^-1 DM）	ND	0.358±0.0348	ND	ND	0.05	NS
乙醇Ethanol （g·kg^-1 DM）	18.0±4.22a	11.8±1.75a	8.22±0.82a	8.01±1.39a	1.59	NS

项目 Item	处理组Treatment group				标准误 SEM	显著性 P-value
项目 Item	CK	HLAB	PACA	HLAB_PACA	标准误 SEM	显著性 P-value
pH	4.96±0.0260a	4.04±0.0029bc	4.07±0.0058b	4.01±0.0058c	0.12	***
乳酸Lactic acid （g·kg^-1 DM）	7.66±0.78c	44.20±2.19b	61.70±1.79a	65.90±2.94a	6.98	***
乙酸Acetic acid （g·kg^-1 DM）	6.10±0.635a	2.13±0.433c	3.63±0.267bc	4.07±0.088b	0.46	**
丙酸Propionic acid （g·kg^-1 DM）	0.185±0.185b	ND	10.300±0.514a	8.170±1.190a	1.43	***
丁酸Butyric acid （g·kg^-1 DM）	21.80±1.20a	3.99±2.31b	ND	ND	2.77	***
氨态氮Ammonia Nitrogen （g·kg^-1 TN）	208.0±9.020a	51.5±0.373b	55.1±1.540b	54.3±0.472b	20.30	***
1，2-丙二醇1，2-Propanediol （g·kg^-1 DM）	ND	0.358±0.0348	ND	ND	0.05	NS
乙醇Ethanol （g·kg^-1 DM）	18.0±4.22a	11.8±1.75a	8.22±0.82a	8.01±1.39a	1.59	NS

项目Item	处理组 Treatment group				标准误 SEM	显著性 P-value
项目Item	CK	HLAB	PACA	HLAB_PACA	标准误 SEM	显著性 P-value
干物质Dry matter （g·kg^-1）	295±3.23c	311±0.33b	327±1.84a	328±3.74a	4.18	***
粗蛋白Crude protein （g·kg^-1 DM）	69.5±0.159a	71.5±0.506a	72.2±0.820a	70.4±0.727a	0.40	NS
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （g·kg^-1 DM）	636±5.04a	601±4.54b	561±1.33c	571±5.87c	9.06	***
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （g·kg^-1 DM）	407±0.77a	372±3.30b	338±5.48c	348±4.86c	8.20	***

青贮前后水稻秸秆非结构性碳水化合物的变化及添加剂对发酵和微生物群落结构的影响

Changes in non-structural carbohydrates of rice straw between before and after ensiling and additive effects on ensilage fermentation and microbial community structure

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类别 Category	项目 Item	处理组 Treatment group				标准误 SEM	显著性 P-value
类别 Category	项目 Item	CK	HLAB	PACA	HLAB_PACA	标准误 SEM	显著性 P-value
细菌群落 Bacterial community	Sobs指数Sobs index	218±6.5a	240±45.3a	336±13.3a	274±62.4a	21.500	NS
	香农指数Shannon index	3.54±0.073a	2.06±0.276a	2.52±0.116a	2.08±0.683a	0.241	NS
	辛普森指数Simpson index	0.061±0.006a	0.267±0.039a	0.217±0.023a	0.326±0.116a	0.040	NS
	Ace指数Ace index	250±8.31c	312±38.90bc	379±5.66ab	439±8.92a	23.100	**
	Chao1指数Chao1 index	247±9.5b	302±38.0ab	386±10.4a	363±34.8a	19.900	*
	覆盖度Coverage （%）	99.91±0.0045a	99.83±0.0145ab	99.84±0.0153ab	99.81±0.0371b	0.015	*
真菌群落 Fungal community	Sobs指数Sobs index	201±14.70a	269±27.50a	266±4.84a	222±9.96a	11.300	*
	香农指数Shannon index	2.14±0.048b	3.22±0.151a	3.10±0.167a	2.16±0.139b	0.163	**
	辛普森指数Simpson index	0.279±0.0246a	0.110±0.0104b	0.138±0.0300b	0.300±0.0405a	0.028	**
	Ace指数Ace index	227±14.9a	288±26.0a	287±12.7a	279±9.8a	10.500	NS
	Chao1指数Chao1 index	234±13.4a	296±21.3a	291±18.0a	273±14.4a	10.300	NS
	覆盖度Coverage （%）	99.90±0.0103ab	99.91±0.0067a	99.91±0.0227a	99.85±0.0062b	0.010	*

方法 Method	处理方式 Processing method	项目 Item	处理组 Treatment group				标准误 SEM	显著性 P-value
方法 Method	处理方式 Processing method	项目 Item	CK	HLAB	PACA	HLAB_PACA	标准误 SEM	显著性 P-value
真菌多样性 Fungal diversity	PCR扩增 PCR amplification	曲霉科相对丰度Relative abundance of Aspergillaceae （%）	2.8±1.93c	66.7±3.28b	69.4±3.75b	89.0±3.95a	9.880	***
平板培养法 Plate count method	梯度稀释和培养基 Gradient dilution and culture medium	霉菌数Moulds count （log CFU·g^-1）	NDb	2.06±0.161a	1.53±0.250a	1.57±0.274a	0.249	***
霉菌毒素分析 Mycotoxin analysis	甲醇萃取 Methanol extraction	黄曲霉毒素B1含量Aflatoxin B1 count （μg·kg^-1 DM）	0.521±0.206a	0.222±0.025a	1.500±1.210a	0.869±0.014a	0.298	NS
霉菌毒素分析 Mycotoxin analysis	甲醇萃取 Methanol extraction	玉米赤霉烯酮含量Zearalenone count （μg·kg^-1 DM）	95.8±0.126a	97.8±0.667a	96.0±0.970a	95.7±0.571a	0.387	NS

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