Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 8
1.1 Молочнокислые бактерии и их роль в биоценозе 8
1.2 История создания препаратов на основе молочнокислых бактерий 12
1.3 Использование молочнокислых бактерий при силосовании свежескошенных и провяленных трав 19
1.4 Аэробная стабильность силоса 23
1.5 Роль гетероферментативных молочнокислых бактерий в силосовании кукурузы 28
1.6 Заключение 34
Глава 2 Материал и методы исследований 38
2.1 Методика проведения лабораторных опытов 38
2.2 Методика проведения физиологического опыта 41
2.3 Методика проведения производственной проверки 43
Глава 3 Результаты исследований 46
3.1 Эффективность использования бактериальных препаратов при силосовании трав в зависимости от содержания в них сухого вещества и сахара 46
3.2 Эффективность гетероферментативных молочнокислых бактерий при силосовании райграса однолетнего 63
3.3. Производственная проверка 66
3.3.1 Химический состав и кислотность силоса из кукурузы с «Биотроф 700» 66
3.3.2 Зоотехническая эффективность использования силоса с препаратом «Биотроф 700» на бычках черно-пестрой породы 69
3.3.3 Экономическая эффективность применения препаратов на основе гетероферментативных молочнокислых бактерий при силосовании кукурузы 73
Заключение 77
Предложение производству 79
Список сокращений 80
Список литературы 81
Приложения 101
- История создания препаратов на основе молочнокислых бактерий
- Эффективность использования бактериальных препаратов при силосовании трав в зависимости от содержания в них сухого вещества и сахара
- Зоотехническая эффективность использования силоса с препаратом «Биотроф 700» на бычках черно-пестрой породы
- Экономическая эффективность применения препаратов на основе гетероферментативных молочнокислых бактерий при силосовании кукурузы
История создания препаратов на основе молочнокислых бактерий
Как известно молочнокислые бактерии обладают антагонистической способностью в отношении гнилостных и маслянокислых бактерий, плесневых грибов, что приводит к значительному сокращению потерь питательных веществ в процессе консервирования культур [69, 70].
Добавки на основе молочнокислых бактерий созданы для угнетения или прекращения жизнедеятельности гнилостных и маслянокислых бактерий, а также дрожжей и плесневых грибов [27]. В их состав входят культуры молочнокислых бактерий, энзимы, являющиеся возбудителями молочнокислого брожения.
Молочнокислые добавки в консервировании начали использовать с 1909 года французские ученые Бульян и Крольбуа. Применение заквасок на основе молочнокислых бактерий при консервировании зелёных кормов в России началось с 1933 года [70], но, обширные испытания в производстве начались в 1955 году. Изначально основное внимание было сконцентрировано на их использовании при консервировании бобовых культур, так как полагали, что только такое сырье, прежде всего, нуждается в стимулировании молочнокислого брожения [32, 70, 117]. При заготовке силоса из злаковых культур с высоким содержанием сахара использование таких консервантов считалось менее целесообразным, и даже нежелательным [29, 24, 76, 116].
В то же время уже с середины прошлого века с момента обеспечения колхозов и совхозов высокопроизводительной кормоуборочной техникой и, благодаря этому, значительному возрастанию объёмов заготовки силоса, стало понятным, что стимулировать молочнокислое брожение необходимо и при силосовании высокосахаристых злаковых культур [70]. В связи с этим, встал вопрос о повышении эффективности препаратов молочнокислых бактерий используемых для этой цели.
Поднимать активность препаратов пробовали за счёт использования молочнокислых бактерий, адаптированных к развитию на каждом конкретном виде растений. С этой целью В.П. Рощиным было предложено [113] использовать для силосования каждой культуры свой консервант, созданный на основе эпифитных молочнокислых бактерий соответствующий для данной культуры. В то же время это направление не встретило понимания у других исследователей.
Сторонником того же метода решения этой проблемы был и Е.Н. Квасников [78], но, в отличие от В.П. Рощина, он предложил создание препаратов не из эпифитных молочнокислых бактерий, адаптированных к условиям жизнедеятельности на конкретном виде растений, а приспособленных к условиям определённого региона. Но экспериментальная проверка этого направления, проведённая в жарком климате Узбекистана, не дала стойких положительных результатов.
Следующий этап совершенствования препаратов на основе молочнокислых бактерий основывался на идее совместного использования в их составе различных видов молочнокислых бактерий, и даже разных видов микроорганизмов [70]. Например, был предложен препарат, включающий в себя молочнокислые бактерии и кормовые дрожжи. Теоретическим обоснованием для их совместного применения служило то, что дрожжи, функционируя по аэробному типу, ускоряют создание в корме анаэробных условий, способствуя, тем самым, быстрому размножению молочнокислых бактерий.
Дело в том, что дрожжи, как и другие микроорганизмы, часто в большом количестве содержатся в составе эпифитной микрофлоры силосуемых культур. Однако они в большей части представлены неферментирующими формами с преобладающим аэробным типом дыхания, склонные к обитанию на поверхности субстрата [39]. Основной задачей этих дрожжей является разогревание зеленой массы в момент ее загрузки в силосную траншею. По истечению двух-трех суток с момента закладки, то есть после создания в массе анаэробных условий, происходит размножение ферментирующих форм дрожжей, которые также входят в состав эпифитной микрофлоры, но в меньшем количестве. Данные формы дрожжей начинают активно сбраживать сахар до образования этилового спирта [153]. Это говорит о том, что дрожжи начинают развиваться в силосуемой массе позднее молочнокислых бактерий. Однако вскоре выяснилось, что молочнокислые бактерии толерантны к кислороду и, по этой причине, могут размножаться независимо от его наличия или отсутствия в силосуемой массе [114]. Что касается анаэробных условий, то, как стало ясно, из-за продолжающегося дыхания растений они создаются в свежескошенной силосуемой массе уже спустя 30 минут после её герметизации. Если молочнокислые бактерии получают энергию только за счет брожения независимо от присутствия кислорода в массе, то метаболизм энтеробактерий способен легко переключаться с брожения на дыхание. Присутствие кислорода в зеленой массе обеспечивает их получением энергии за счет терминального окисления, в то же время в отсутствии кислорода энергию они могут получать в результате брожения [148].
Не увенчались значительным успехом, и усилия исследователей по созданию комбинированных препаратов на основе смеси молочнокислых палочек и кокков. Предпосылкой для их совместного применения послужило то, что кокковые и палочковидные формы молочнокислых бактерий получают преимущественно развитие при разных значениях рН. В этой связи считали, что созданные на их основе препараты будут способствовать активному ускорению подкисления массы на всех этапах её силосования.
К 80-х годам прошлого века на основе данного предположения в нашей стране был создан ряд препаратов: Биосил, Литосил, ВНИИМС-ИМБИ, Силоплант-34 и др., предназначенных для силосования свежескошенной массы кукурузы и трав. Однако масштабная проверка не подтвердила их эффективность при силосовании практически любого растительного сырья [1, 4, 68, 82, 109]. На основе полученных результатов эти препараты не были рекомендованы к применению и сняты с производства.
Начиная с 60-х годов прошлого века, в нашей стране с помощью бактериальных препаратов пытались решить ещё одну важную народнохозяйственную задачу: устранить опасность перекисления силоса, приготовленного из сырья с избыточным содержанием сахара, например, из невызревшей кукурузы. С этой целью было предложено использовать пропионовокислые бактерии [5]. Теоретической предпосылкой для их применения служила способность пропионовокислых бактерий перерабатывать молочную кислоту в пропионовую и уксусную кислоты. Предполагалось, что поскольку пропионовая и уксусная кислоты диссоциируют на ионы в значительно меньшей степени, чем молочная, то это позволит снизить активную кислотность корма. Одновременно, исходя из того, что бактерицидность и бактериостатичность органических кислот напрямую зависит от степени их диссоциации, рассчитывали на то, что перевод части молочной кислоты в пропионовую и уксусную кислоты обусловит существенное повышение сохранности сухого вещества полученного корма.
Именно последнее предположение и было положено в основу создания препаратов на основе комбинации молочнокислых и пропионовокислых бактерий, наиболее известным из которых был препарат Казахсил. В 80-е годы прошлого столетия Казахсил, как и другие уже указанные выше препараты, также подвергался всесторонней проверке, и также не был рекомендован к использованию и снят с производства по причине своей неэффективности.
Казалось бы, к середине 80-х годов прошлого столетия бесперспективность использования всех созданных в нашей стране бактериальных препаратов, предназначенных для силосования свежескошенных трав и кукурузы, стала уже понятной. И в то же время в последние годы снова стали встречаться сведения о возможности их эффективного использования и, прежде всего, при силосовании свежескошенных трав. Под новыми названиями, но с использованием старых штаммов, выпускается препарат Лактофлор и созданные на основе молочнокислых и пропионовокислых бактерий препараты Биосиб и Лактофид [26]. Более того, если ранее выпускаемые препараты выпускались исключительно в сухом виде, то есть содержащиеся в них штаммы и виды бактерий находились в неактивном состоянии, вследствие чего комбинация их друг с другом определялась какой-то логикой, то современные препараты со смешанным составом производятся в жидком виде. Это значит, что все виды входящих в их состав бактерий находятся в активном состоянии, а, следовательно, в состоянии острой конкурентной борьбы. Исходя, например, только из свойств пропионовокислых бактерий, и принимая во внимание то, что молочнокислые бактерии являются их прямыми антагонистами [78], нетрудно предположить, какие же из этих бактерий, в конечном счёте, и останутся в препарате. Ранее проведенные исследования показали [100], что при силосовании различных свежескошенных трав с препаратом Биосиб в корме не накапливалось даже следов пропионовой кислоты. В 10-ти проведенных опытах не было установлено и достоверной разницы по влиянию этого препарата на повышение сохранности питательных веществ полученного силоса.
Основной вывод, который можно сделать из вышесказанного, сводится к тому, что все неудачи по созданию эффективных бактериальных препаратов в нашей стране исключительно были обусловлены недостатком фундаментальных знаний. К этому можно было отнести и недостаточную изученность процесса силосования в целом.
Поэтому, начиная с середины 90-х годов прошлого столетия, в нашей стране определился новый этап в создании эффективных препаратов молочнокислых бактерий. И начался он с коренного совершенствования существующих на тот период теоретических предпосылок их успешного применения.
Эффективность использования бактериальных препаратов при силосовании трав в зависимости от содержания в них сухого вещества и сахара
Качество и сохранность силоса в полной мере зависят от того, как осуществляются обязательные условия для его силосования без больших потерь питательных веществ. Очень важным является сохранение силоса в анаэробных условиях и скорое создание в нём высокой активной кислотности, позволяющей устранить жизнедеятельность всех нежелательных микроорганизмов.
Эффективными мерами для создания анаэробных условий при хранении корма являются такие меры, как измельчение сырья до необходимой крупности, загрузка зеленой массы в хранилища в короткий срок, соблюдение достаточного уплотнения силосуемой массы и тщательное укрытие корма от доступа воздуха непроницаемой полимерной пленкой.
В то же время, как показала практика, не всегда этого бывает достаточно для получения высококачественного силоса. Известны случаи, когда даже при тщательной защите массы от воздуха в корме содержится в больших количествах масляная кислота и соединения, образующиеся при распаде белка. Это связано с особенностью силосуемой массы из некоторых растений, которые не способны к быстрому подкислению с достижением критически необходимого уровня рН, ограничивающего данные процессы. Основной причиной этого является неблагоприятный химический состав массы, идущей на силосование. Поэтому пригодность растений для силосования иначе называют сбраживаемостью [117].
При силосовании растений сахара являются основным ресурсом аккумуляции органических кислот. Соответственно сахарный минимум должен устанавливаться той суммой молочной кислоты, которая гарантирует достижение рН до 4,2 при необходимой буферной емкости сока изучаемого растения.
В связи с этим, А.А. Зубрилин [32] предложил классификацию, в которой все культуры разделены на три группы. Растения, вошедшие в первую группу, имели достаточное содержание сахара, которое обеспечивает выход молочной кислоты равной 60% и более, что с избытком хватает для заквашивания. Эти растения относятся у него к легкосилосующимся. Ко второй группе (трудносилосуемые) были отнесены растения, у которых только полное сбраживание простых сахаров приводит к достаточному образованию необходимого количества молочной кислоты для силосования. В третью группу, несилосующихся, были отнесены растения, у которых наличие сахара недостаточно даже если бактерии полностью его используют для образования молочной кислоты. Исходя из этого, легкосилосилосуемыми культурами автор считает растения с сахаро-буферным отношением 1,7 и более, к несилосуемым относятся культуры с сахаро-буферным отношением ниже 1,0, к трудносилосуемым следует отнести те, сахаро-буферное отношение которых составляет 1,0-1,6.
Однако, по мнению некоторых российских и зарубежных исследователей получение положительного результата при силосовании растений связано не только с сахаро-буферным отношением, оно во многом зависит и от других факторов [19, 197]. Например, в исследованиях Победнова Ю.А. приведены результаты 21 опыта, проведенных на легкосилосующихся культурах, где только в 63% случаев масса подкислилась до рН 4,2 и в большинстве вариантах в корме наблюдалась масляная кислота. В связи с этим автор утверждает, что наряду с сахаро-буферным отношением на успешность силосования не меньшее влияние оказывает и достаточное количество сахара в силосуемой массе. По мнению автора, накопление масляной кислоты в корме увеличивается, если концентрация сахара в сухом веществе силосуемой массы ниже 1,5% [99].
Отсюда становится ясной причина высокой вероятности порчи корма из хорошо обеспеченной сахаром, но очень влажной силосуемой массы, о чем неоднократно говорилось во многих источниках [166, 28, 29].
В связи с этим мы проанализировали злаковые травы, взятые нами для исследований на предмет их силосуемости (таблица 1). Так как выше в обзоре литературы было отмечено, что одной из проблем трав с высоким содержанием сахара является их низкая аэробная стабильность и поэтому по нашему мнению консерванты, созданные на основе гетероферментативных молочнокислых бактерий, будут эффективны.
Из данных таблицы 1 следует, что основная часть выбранных нами культур относится к группе легкосилосующихся. Исключением является лишь овес посевной (с сахаро-буферным отношением 1,2), овсяница сорта Луговая (с сахаро-буферным отношение 1,5) и тимофеечно-клеверная смесь (с сахаро-буферным отношением 3,3). На основании вышеизложенного перечисленные культуры, по мнению А.А. Зубрилина следует отнести к трудносилосующимся, поскольку сахаро-буферное отношение в их силосуемой массе менее 1,7. По данным Ю.А. Победнова при концентрации сахара в их натуральном веществе менее 1,5% травы также являются трудносилосующимися.
Как было сказано ранее, использование препаратов на основе молочнокислых бактерий малоэффективно на травах с высоким содержанием влаги. Однако в связи с неустойчивыми погодными условиями в средней полосе РФ в период закладки силоса не всегда представляется возможным соблюсти все этапы технологии заготовки силоса, а точнее этап провяливания. Более того, Basso F.C. и другие 2012 [126] утверждали, что L. buchneri можно использовать на высоковлажном сырье с целью повышения аэробной стабильности корма. Исходя из этого, было решено провести ряд лабораторных опытов на свежескошенных травах для того, чтобы выяснить влияние исследуемых препаратов на сохранность питательных веществ при доступе воздуха. Полученные биохимические данные силоса представлены в таблице 2.
Из представленных данных видно, что в половине случаев выбранных культур разница по биохимическим показателям между вариантом без добавок и вариантами с разными молочнокислыми заквасками была достоверна. В целом по группе легкосилосующихся трав использование препаратов молочнокислых бактерий при силосовании свежескошенных трав не имеет явных преимуществ перед их спонтанным заквашиванием. Так, разница по потерям питательных веществ, которые определяются по количеству выделившихся при силосовании газов, была недостоверна. Так, в варианте без добавок, средний показатель по данной группе был 18,5 ± 5,8, а в группах с препаратом «Биотроф», «Биотроф 600» и «Биотроф 700», соответственно, 11,3±1,5; 21,7±2,6; 15,5±1,7. Аналогичные результаты были получены и по остальным показателям (не было обнаружено достоверной разницы).
Результаты наших исследований нашли подтверждение у таких авторов как Победнов Ю.А., 1987; Раменский В.А., 2006; Раменский В.А., 1991; Панов А.А., 1998, в которых говорится, что при силосовании любой массы, с сухим веществом менее 25% препараты молочнокислых бактерий не эффективны.
На наш взгляд недостаточная эффективность добавок на основе штаммов молочнокислых бактерий, при силосовании такого сырья объясняется отсутствием каких-либо преимуществ перед эпифитными молочнокислыми бактериями, которые способны снизить рН до необходимого уровня, так как содержатся в массе в достаточном количестве.
По мнению зарубежных ученых применение молочнокислых добавок при силосовании культур с высоким содержанием влаги приводит к неудовлетворительным результатам [140, 143, 145, 176].
С другой стороны некоторые авторы придерживаются мнения о высокой эффективности силосования свежескошенных трав с использованием заквасок молочнокислых бактерий [9, 10]. Подобные полярные мнения свидетельствуют о недостаточной изученности данного вопроса.
Помимо химического состава имеют значение и факторы, реализующие потенциальную способность растений к быстрому и достаточно сильному подкислению. Одним из основных таких факторов, как мы уже отмечали в обзоре литературы, является состав эпифитной микрофлоры, что может приводить к порче корма. Именно этим мы объясняем сильную порчу фестулолиума Аллегро и овса посевного (относящиеся к группе легкосилосующихся) в варианте без добавок при силосовании, о чем свидетельствует активное выделение газов, а также образование значительного количества аммиака и масляной кислоты.
Зоотехническая эффективность использования силоса с препаратом «Биотроф 700» на бычках черно-пестрой породы
Для оценки продуктивного действия готового силоса был поставлен научно-хозяйственный опыт на молодняке крупного рогатого скота черно-пестрой породы. С этой целью по методу групп аналогов были отобраны две группы бычков (по 12 животных в каждой) со средней живой массой 293 кг.
В уравнительный и учетный периоды опыта бычки находились в стандартном животноводческом помещении, соответствующем зоогигиеническим требованиям. Работы, относящиеся к кормлению и уходу за животными, осуществлялись согласно распорядку дня, принятому в хозяйстве.
На протяжении опыта регулярно определяли степень потребления кормов. Учет остатков корма проводили один раз в день перед утренним кормлением. Животных взвешивали индивидуально, раз в месяц до утреннего кормления.
В уравнительный период опыта (60 дней) все животные потребляли рацион, принятый в хозяйстве, который состоял из 1 кг сена из многолетних злаковых трав, 5 кг сенажа из вико-овсяной смеси, 9 кг силоса кукурузного, 9 кг пивной дробины, 100 г поваренной соли и 100 г мела. Среднесуточный прирост живой массы бычков в этот период был небольшим, но в сущности схожим и составил у животных контрольной и опытной групп, соответственно 764 и 751г (разница недостоверна, Р 0,05).
В учетный период опыта (60 дней) животным давали по 1 кг сена из многолетних злаковых трав, 6 кг сенажа злакового, 9 кг пивной дробины, 100 г мела, 100 г поваренной соли и силоса из кукурузы. Отличие заключалось только в том, что бычки контрольной группы потребляли обычный силос, а опытной – силос, заготовленный с применением препарата «Биотроф 700» (6,9 и 8 кг соответственно). Состав рациона бычков контрольной и опытной групп в учетный период представлен в таблице 13.
Протеин в рационе балансировали за счет включения пивной дробины, которую скармливали в количестве 9 кг на одно животное в сутки. В целом, рационы бычков обеих групп отвечали потребностям животных в питательных веществах и соответствовали детализированным нормам кормления ВИЖ (2003) [37].
Наблюдения за животными показали, что использование бычками сухого вещества опытного рациона выросло на 0,18 кг, что связано с лучшей поедаемостью животными корма, заготовленного с добавлением закваски «Биотроф 700».
Данные о действии силоса контрольного и опытного вариантов на изменение живой массы и среднесуточных приростов бычков представлены в таблице 14.
Данные таблицы 14 показывают, что среднесуточные приросты живой массы бычков, которые получали в рационе силос с «Биотроф 700», были значительно выше (на 13,7%), чем у животных в контроле, получавших обычный силос без добавок.
Следует также отметить, что при скармливании силоса, приготовленного с внесением штамма Lactobacillus buchneri («Биотроф 700») снизились затраты питательных веществ и обменной энергии на единицу прироста живой массы бычков относительно контроля.
Так, затраты сухого вещества корма на 1 кг прироста живой массы у бычков опытной группы уменьшились с 11,20 до 9,72 кг, или на 13,2%, обменной энергии – с 1,57 МДж, или на 2,0%, сырого протеина – с 1,32 до 1,13 кг, или на 13,7%.
Таким образом, установлено, что скармливание молодняку крупного рогатого скота силоса, заготовленного с использованием культуры Lactobacillus buchneri («Биотроф 700») привело к значительному увеличению полезного продуктивного действия корма и обеспечивало при откорме увеличение среднесуточного прироста живой массы (с 782 до 889 г) при сокращении затрат корма на единицу продукции.
Экономическая эффективность применения препаратов на основе гетероферментативных молочнокислых бактерий при силосовании кукурузы
В практике кормопроизводства силосование культур с использованием различных консервантов определяется экономической эффективностью, которая предполагает получение от разработки дополнительной прибыли. Повышение продуктивности животных тесно связано с затратами, которые несет производство при внедрении той или иной технологии.
Экономическую эффективность силосования кукурузы с добавкой препарата «Биотроф 700» определяли в ФГУП «Пойма» Россельхозакадемии Луховицкого района в расчете на 100 га площади посевов.
Затраты на горючее, стоимость материально-технических средств и оплату труда вычисляли исходя из рыночной стоимости на текущий год исследования (01.06.2013 г). Для расчета использовали технологические карты процесса силосования с учетом расхода горючего и затрат труда (табл. 16).
Производительность и норму расхода горючего кормоуборочной техники брали из «Справочника механизатора».
С учетом полученных данных рассчитывали прямые затраты на заготовку обычного силоса и с использованием препарата «Биотроф 700» (табл.16).
Как следует из данных таблицы 16, прямые затраты на уборку кукурузы на силос с внесением препарата «Биотроф 700», в сравнении с их обычным силосованием, возросло на 2,0 %. Это связано с приобретением и расходами по внесению препарата молочнокислых бактерий.
При расчете экономической эффективности учитывалось количество зеленой массы заложенной на силос, а также содержание сухого вещества в ней. Исходя из результатов, полученных в производственном опыте, определяли сохранность сухого вещества при обычном силосовании зеленой массы и с добавлением культуры Lactobacillus buchneri («Биотроф 700»). Выход сухого вещества вычисляли с учетом указанных данных.
Учитывая прямые затраты на заготовку обычного силоса и силоса с добавлением культуры Lactobacillus buchneri («Биотроф 700»), а также выход сухого вещества в том и другом корме, высчитали расходы на заготовку 1 т сухого вещества корма (табл. 16,17).
Исходя из данных таблицы 17, денежные затраты приходящиеся на заготовку 1 т сухого вещества силоса, как обычного, так и заготовленного с применением культуры Lactobacillus buchneri («Биотроф 700») были схожими и разница между ними составила 9,3 %.
Следовательно, затраты, связанные с приобретением и внесением культуры Lactobacillus buchneri («Биотроф 700») окупаются уже только за счет повышения сохранности корма.
К тому же, лучшее использование сухого вещества опытного силоса и его продуктивное действия позволило произвести сверх того 1,6 т живой массы бычков, что привело к получению дополнительной прибыли в размере 160 тыс. руб. или 477,2 руб. в расчете на 1 т сухого вещества заготовленного силоса (таб. 18).