体外产气法评价青海高原农牧交错区作物秸秆组合效应

崔占鸿 刁 波 刘书杰 赵月平 张晓卫

随着现代畜牧业经济发展步伐的加快，饲草料资源紧缺已成为当前养殖业发展亟需解决的突出问题。已有的调查表明[1]，青海省主要农作物的秸秆总量为186.5541万吨。其中：小麦秸92.7494万吨，油菜秸44.7427万吨，蚕豆秸10.26万吨，豌豆秸10.05万吨，马铃薯秸产量7.07万吨，且青海省秸秆资源的饲用率较低，仅占总量的10%～20%。同时，研究者已证实在饲养体系中，饲草料间存在着广泛的正负组合效应[2-7]。本研究针对青海省农作物秸秆类粗饲料的合理利用问题，研究与分析农作物秸秆类粗饲料间的组合效应，从而为科学地开发和利用我省秸秆类粗饲料资源提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

在青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学青海省重点实验室进行。

1.2 试验材料及设备

分别采集青海省西宁市周边农牧交错区的作物秸秆（小麦秸、蚕豆秸、豌豆秸、马铃薯秸、油菜秸）的试验样品，样品采集后在65℃下烘干，粉碎过0.45 mm，室温下保存待测。按实验室常规分析法进行常规营养成分干物质(Dry matter，DM)、粗蛋白(Crude protein，CP)、粗脂肪(Ether extract，EE)、酸性洗涤纤维(Acid detergent fibre，ADF)、中性洗涤纤维 (Neutral detergent fibre，NDF)、中性洗涤可溶物(Neutral detergent soluble，NDS)、半纤维素(Hemicellulose，HC)、有机物(Organic matter，OM)、粗灰分(Ash)等的测定(见表 1)。

分析天平（精确度为0.0001）、人工瘤胃培养箱、分液装置（由德国生产，用于培养液的分装，分装范围从 0～60 ml，最小刻度为 1 ml）、二氧化碳气体（体积分数为99.9999%,作为进行厌氧条件产生和维持的气源）、恒温及磁力搅拌装置、玻璃注射器培养管、保温瓶（用于采集瘤胃液）等。

表1 各组合搭配及营养成分

1.3 试验设计与操作

1.3.1 发酵底物及试验分组

小麦秸按 0，25： 75，50： 50，75： 25，100 比例分别与蚕豆秸、豌豆秸、马铃薯秸、油菜秸进行两两组合，各组合搭配及营养成分详见表1，体外发酵底物220 mg，每个比例设3个重复；同一批次培养中设定空白组，即为没有发酵底物，仅有瘤胃液和培养液，作为产气量校正。

1.3.2 瘤胃液收集

选择3头健康、体重接近、安装有永久性瘤胃瘘管的成年牦牛作为瘤胃液供体，饲养水平为1.5倍的维持水平，以小麦秸为基础粗饲料，日粮精粗比为30：70，单独饲喂，每天早晨8:00和下午18:00饲喂，晨饲前采集瘤胃液。采集的瘤胃液立即放入保温瓶中，并迅速带回实验室。

1.3.3 培养液配制

采用 Menke和 Steingass（1988）的方法准备人工瘤胃营养液，并将营养液与瘤胃液以体积比为2：1的比例混合。人工瘤胃营养液各单一溶液配方见表2。

表2 人工瘤胃营养液各单一溶液配方

1.3.4 产气量测定

向培养管加入人工瘤胃培养液30 ml，放置到培养箱中开始培养时计时，在 2、4、6、8、12、14、16、24、30、36、48 h各时间点取出培养管并快速读数记录。当到某一时间点读数超过60 ml时，在读数后及时排气并记录排气后的刻度值。待饲料在体外培养48 h后，将培养管（注射器）分别取出放入冰水中使其停止发酵。

1.4 测定指标及计算方法

①产气量计算：

产气量(ml)=该时间段内培养管气体产生量（ml）－对应时间段内空白管气体平均产生量（ml）。

②组合效应计算

式中：实测值为实际测定的样品产气量（m1）；

加权估算值=A饲料实测值产气量×A饲料配比（%）+B饲料实测值×B饲料配比（%）。

③产气动力学数据计算

根据不同时间点的产气量，采用Gompertz模型公式：

GP=A exp｛-exp[1+be/A（Lag-t）]｝式中：GP——时间t的产气量（ml）；

A——理论最大产气量（ml）；

b——产气速率常数（ml/h）；

Lag——体外发酵产气延滞时间（h）；

e——欧拉常数；

t——产气时间点（h），本研究中为0～48 h。

1.5 试验数据处理

采用Excel 2003和SAS 9.1统计软件进行数据整理与分析。

2 试验结果与分析

2.1 单一作物秸秆体外发酵产气营养特性(见表3)

表3 单一作物秸秆产气量及模型参数

从表3可以看出，5种农作物秸秆的48 h产气量和理论最大产气量由大到小的排序为：豌豆秸＞小麦秸＞蚕豆秸＞马铃薯秸＞油菜秸，且理论最大产气量除豌豆秸与小麦秸间无显著差异（P＞0.05），其他作物秸秆间均表现为极显著差异（P＜0.01）；产气速率常数由大到小的排序为：豌豆秸＞马铃薯秸＞蚕豆秸＞小麦秸＞油菜秸，前3者之间表现为差异不显著（P＞0.05），但前3者与小麦秸、油菜秸间均存在极显著差异（P＜0.01），且小麦秸与油菜秸间表现为差异显著（P＜0.05）；产气延滞时间由大到小的排序为：马铃薯秸＞小麦秸＞油菜秸＞蚕豆秸＞豌豆秸，且前3者之间和后两者之间均表现为差异不显著（P＞0.05），但前3者与后两者之间表现为差异极显著（P＜0.01）。

2.2 不同作物秸秆组合的体外产气量及模型参数

不同作物秸秆组合的 12、24、36、48 h累积产气量及Gompertz模型拟合的产气特性参数见表4，小麦秸与蚕豆秸的组合中，理论最大产气量以小麦秸75%比例为最高，小麦秸25%时为最低，且小麦秸75%和50%比例的组合与小麦秸25%比例的组合间存在极显著差异（P＜0.01）；小麦秸与豌豆秸的组合中，理论最大产气量以小麦秸50%比例为最高，小麦秸25%比例为最低，但三个比例组合间无显著差异（P＞0.05）；小麦秸与马铃薯秸的组合中，理论最大产气量以小麦秸75%比例为最高，小麦秸25%比例为最低，且小麦秸25%比例与75%比例的组合间差异极显著（P＜0.01）；小麦秸与油菜秸的组合中，理论最大产气量以小麦秸75%比例为最高，小麦秸25%比例为最低，且三个比例组合间存在极显著差异（P＜0.01）。总体来看，当小麦秸与其他四种作物秸秆组合后，理论最大产气量均较这四种单一的农作物秸秆有所提高。

从产气速率来看，小麦秸与蚕豆秸的组合中，以小麦秸25%比例为最高，小麦秸75%比例为最低，且小麦秸25%比例的组合与其他两个比例的组合间存在极显著差异（P＜0.01）；小麦秸与豌豆秸的组合中，以小麦秸25%比例为最高，小麦秸75%比例为最低，且小麦秸25%比例和小麦秸75%比例的组合间存在显著差异（P＜0.05）；小麦秸与马铃薯秸的组合中，以小麦秸25%比例为最高，小麦秸75%比例为最低，三个比例的组合间差异显著（P＜0.05），且小麦秸25%比例的组合与其他两个比例组合间差异极显著（P＜0.01）；小麦秸与油菜秸的组合中，以小麦秸75%比例为最高，小麦秸25%比例为最低，且小麦秸25%比例和小麦秸75%比例的组合间存在显著差异（P＜0.05）。总体来看，当小麦秸与其他4种农作物秸秆组合后，产气速率常数均较这4种单一的农作物秸秆有所降低。

从产气延滞时间来看，小麦秸与蚕豆秸的组合中，以小麦秸75%比例为最高，小麦秸25%比例为最低，但3个比例组合间无显著差异（P＞0.05）；小麦秸与豌豆秸的组合中以小麦秸75%比例为最高，小麦秸25%比例为最低，且小麦秸25%比例和小麦秸75%比例的组合间存在显著差异（P＜0.05）；小麦秸与马铃薯秸的组合中，以小麦秸25%比例为最高，小麦秸50%比例为最低，3个比例组合间无显著差异（P＞0.05）；小麦秸与油菜秸的组合中，以小麦秸25%比例为最高，小麦秸50%比例为最低，但3个比例间无显著差异（P＞0.05）。

2.3 不同作物秸秆组合发酵的产气量组合效应(见表5)

表5 不同作物秸秆组合发酵的产气量组合效应

由表5可以看出，小麦秸与其他4种作物秸秆以不同比例搭配组合后，可产生不同程度的正负组合效应。当小麦秸与蚕豆秸组合时，各比例组合均产生正组合效应，12 h和24 h的组合效应值以小麦秸75%比例最高，36 h和48 h的组合效应值以小麦秸50%比例为最高，且与其他两个比例的组合间差异极显著（P＜0.01）；当小麦秸与豌豆秸组合时，以小麦秸占50%和75%比例的组合产生正组合效应，且小麦秸50%比例的组合效应值最大，3个比例组合间均表现为差异极显著（P＜0.01）；当小麦秸与马铃薯秸组合时，以小麦秸占50%比例的组合效应值较大，除小麦秸25%比例与小麦秸75%比例的组合在36 h时表现为无显著差异（P＞0.05）外，3个比例组合间均表现为差异极显著（P＜0.01）；当小麦秸与油菜秸组合时，以小麦秸占50%比例的组合效应值最大，除小麦秸25%比例与小麦秸75%比例的组合在36 h表现为差异不显著(P＞0.05)，3个比例组合间均表现为差异极显著(P＜0.01)。

2.4 48 h体外产气量及发酵参数与粗饲料养分间的相关性(见表6)

表6 48 h体外产气量及发酵参数与粗饲料养分间的相关性

由表6可以看出，48 h产气量与OM（P＜0.05）呈正相关关系，而与 ADF（P＜0.001）、NDS/CP（P＜0.01）呈负相关关系；理论最大产气量与 OM（P＜0.01）、HC（P＜0.05）呈正相关关系，而与 ADF（P＜0.001）、NDS/CP（P＜0.05）呈负相关关系；产气速率常数与CP、NDS均呈正相关关系（P＜0.001），而与 NDF（P＜0.001）、NDS/CP（P＜0.001）、ADF（P＜0.05）、HC（P＜0.05）呈负相关关系；产气延滞时间与 NDF（P＜0.001）、ADF（P＜0.01）、NDS/CP（P＜0.05）呈正相关关系，而与 CP（P＜0.001）、NDS（P＜0.001）、OM（P＜0.05）呈负相关关系。

3 讨论

3.1 不同作物秸秆及其组合的产气发酵特性

本研究中，五种农作物秸秆的48 h产气量和理论最大产气量由大到小的排序为：豌豆秸＞小麦秸＞蚕豆秸＞马铃薯秸＞油菜秸。Prasad等[8]报道，反刍动物饲料在体外发酵45～52 h时，对其体内消化率的预测值最高。根据这一结论，如果发酵48 h后的产气量与体内消化率成一定比例，即豌豆秸消化率分别比小麦秸、蚕豆秸、马铃薯秸和油菜秸高6.78%、15.23%、26.42%和100.80%，小麦秸消化率分别比蚕豆秸、马铃薯秸和油菜秸高7.91%、27.88%、88.05%，蚕豆秸消化率分别比马铃薯秸和油菜秸高9.71%、74.26%，马铃薯秸消化率比油菜秸高58.84%（见表3），可以看出，油菜秸作为反刍家畜秸秆类粗饲料的饲用价值很低。从粗饲料养分与产气量及产气参数的关系看，48 h产气量及理论最大产气量与OM呈显著或极显著正相关，而分别与ADF、NDS/CP呈极显著或显著负相关，但与NDF呈不显著的负相关；产气速率常数分别与CP、NDS均呈极显著正相关，而与 NDF、NDS/CP、ADF、HC 均呈极显著或显著负相关，产气延滞时间分别与NDF、ADF、NDS/CP呈极显著或显著正相关，而与CP、NDS、OM呈极显著或显著负相关。Nsahla等[9]对豆科田菁属牧草的研究发现，理论最大产气量与NDF、木质素和半纤维素的含量呈显著负相关，与粗蛋白含量呈显著正相关关系。汤少勋等[10]对不同品种牧草间组合时体外产气发酵特性研究表明，48 h产气量分别与CP、NDS和 (NDS-CP-Ash)/CP的值呈正相关关系，分别与NDF、ADF和HC呈负相关关系，产气延滞时间仅与(NDS-CP-Ash)/CP的值呈显著负相关关系。阳伏林等[11]对苜蓿干草和秸秆组合体外发酵营养特性及其利用研究表明，48 h产气量及理论最大产气量与CP、NDS的含量存在正相关关系，与NDF、ADF、HC和NDS/CP呈负相关关系。这些研究有的与本研究的结果相同，有的则不完全一致。从研究结果看，小麦秸分别与蚕豆秸、豌豆秸、马薯秸和油菜秸组合后，产气量和理论最大产气量均较这四种单一的农作物秸秆有所增加，原因可能主要是由于农作物秸秆搭配组合后，营养物质得到互补，更趋于科学合理，改善了瘤胃微生物的营养源，从而促进了微生物对发酵底物的降解利用。

3.2 粗饲料间组合效应及科学利用

农作物秸秆由于其高纤维、低蛋白含量的特性，作为反刍动物粗料时，受细胞壁木质化程度的影响，其消化率较低。目前用于提高农作物秸秆营养价值的方法很多，主要包括物理、化学、生物处理等方法，应根据不同秸秆类型和当地实际情况采用不同的方法[13]。对于玉米秸秆一类含糖或淀粉较多的农作物秸秆青贮后其营养价值和消化率或降解率可不同程度地得到提高，饲喂效果要优于未处理的秸秆[14]。王彤佳等[15]氨化、青贮秸秆饲料体外消化率比较研究表明，采用尿素氨化、常规青贮及常规青贮加植物乳酸菌和未处理4种方式对稻草、玉米秸和甘蔗尾处理后，3种秸秆饲料的体外消化率均是尿素氨化处理最高。对于稻秆或麦秸等这一类型的农作物秸秆，由于其秸秆中所含糖分很低，不适于直接青贮。对于这类农作物秸秆，氨化处理后其营养价值和降解率一般都要高于未氨化秸秆。

通过粗饲料间科学的组合搭配能有效提高反刍家畜对其的消化利用率。从本研究结果来看，小麦秸分别与豌豆秸、油菜秸、马铃薯秸以50：50比例搭配时在不同时间点的组合效应均为最优；小麦秸与蚕豆秸以75：25比例搭配时在12和24 h较优，小麦秸与蚕豆秸以50：50比例搭配时36 h和48 h的组合效应较优。根据反刍动物饲料在体外发酵45～52 h时，对其体内消化率的预测值最高，由此确定小麦秸分别与蚕豆秸、豌豆秸、油菜秸、马铃薯秸均以50：50比例的组合是较为合适。

4 结论

4.1 通过作物秸秆间科学的组合搭配能有效提高反刍作物对单一作物秸秆的利用率。小麦秸分别与蚕豆秸、豌豆秸、油菜秸、马铃薯秸均以50：50比例组合较为合适。

4.2 科学地开发利用青海高原农牧交错区较丰富的作物秸秆类粗饲料是解决该地区反刍家畜粗饲料资源紧缺的有效途径之一。

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