外流速率实测与参考对羊常用饲料瘤胃有效降解率的影响

刘胜寒 次仁曲珍 张 立 党世彬 莫 放 张 微*

(1.中国农业大学动物科学技术学院，动物营养学国家重点实验室，北京 100193；2.西藏自治区农牧科学院畜牧兽医研究所，绵羊改良研究室，拉萨 850009)

饲料的瘤胃降解特性是反刍动物饲料营养价值评价的重要内容，通常采用瘤胃尼龙袋法进行测定。瘤胃尼龙袋法是指将一定量、一定粒度的待测饲料装入一定规格的尼龙袋中，通过反刍动物永久性瘤胃瘘管投入到瘤胃中培养，经发酵一定时间后，将尼龙袋经瘤胃瘘管取出并测定饲料在各时间点的消失率，拟合动态降解方程，结合饲料外流速率，计算有效降解率的方法。

饲料瘤胃有效降解率的计算是基于其在瘤胃中的外流速率进行，因此瘤胃外流速率的测定至关重要。瘤胃外流速率是指单位时间内从瘤胃中流出的固体或液体体积占瘤胃内容物体积的百分比，常用k表示，单位为%/h或h-1。

颜品勋等[1]早期测定了羊草、小麦秸秆、稻草、高粱青贮、苜蓿干草5种粗饲料在牛上的瘤胃外流速率，近年也有研究测定了羊草、小麦秸秆、苜蓿、地瓜秧和玉米秸在肉羊上的瘤胃外流速率[2]。目前精料的瘤胃外流速率多引用Ørskov等[3]的研究结果，在牛和羊上，涉及到饲料瘤胃外流速率的研究都是在引用和参考前人为数不多的试验结果，这显然不利于得出准确的瘤胃有效降解率，不利于推动反刍动物饲料营养价值评价精准化发展。一方面，饲料瘤胃外流速率受动物品种、饲料种类、温度、饲料颗粒细度、饲粮精粗比、饲喂水平等多种因素影响；另一方面，我国饲料种类良多，资源广泛，目前已有的外流速率测定工作显然是不足够的。

本研究采用瘤胃尼龙袋技术结合铬标记饲料法对豆粕、菜籽粕、玉米、鸭茅、大豆秸秆、小麦秸秆6种半细毛羊常用饲料的瘤胃外流速率进行测定，并用该实测值计算瘤胃有效降解率，然后与基于普遍采用的外流速率参考值所得的瘤胃有效降解率进行比较，旨在准确评价半细毛羊6种常用饲料瘤胃有效降解率，比较利用外流速率实测值与参考值对饲料瘤胃有效降解率的影响，推动反刍动物饲料营养价值评价工作更加精准。

1 材料与方法

1.1 试验材料

待测瘤胃外流速率的6种饲料分别为豆粕、菜籽粕、玉米、鸭茅、大豆秸秆和小麦秸秆，所有饲料粉碎过18目筛。

1.2 试验方法

1.2.1 试验动物及饲喂制度

本试验选用16只3周岁、健康状况良好、体重63～65 kg的云南半细毛羊公羊作为试验动物，其中4只装有永久性瘤胃瘘管，12只没有瘘管。4只瘘管羊只用来测定铬标记饲料干物质回收率，12只非瘘管羊用来测定瘤胃外流速率。将12只非瘘管羊随机分为3组，每组4只。

羊只所喂饲粮精粗比为3∶7，营养水平为1.3倍NRC(2007)维持需要，每只羊每天饲喂精料480 g，大豆皮720 g，黑麦干草400 g，每天07:00和17:00分2次等量饲喂，先喂黑麦干草，后喂精料和大豆皮混合料。羊只单栏饲喂，自由饮水。饲粮组成及营养水平见表1。

表1 饲粮组成及营养水平(干物质基础)

1.2.2 铬标记饲料的制备与饲喂

铬标记饲料的制备参考《饲料生物学评定技术》[4]中的方法进行。铬标记饲料中铬用量占待测饲料干物质的4%～14%。称取适量重铬酸盐溶于温水，将溶解后的重铬酸钾溶液倒入待测饲料中，搅拌均匀至稠粥状，加盖，置于恒温干燥箱内，100 ℃加热24 h。将烘干的铬标记饲料用自来水冲洗至水澄清。将洗净后的铬标记饲料放入盆中，加入适量蒸馏水，将饲料悬浮于水中，加入适量抗坏血酸，搅拌均匀，使pH下降至4.0，静置12 h，恒温干燥箱内65℃烘干。

铬标记饲料与基础饲粮混合均匀后投喂，饲喂量为65 g/只，确保羊只将铬标记饲料全部采食无剩余。

1.2.3 样品采集和制备

试验羊早上采食结束时记为0 h，分别于0、4、8、12、16、20、24、28、32、36、40、44、48、54、60、72、84、96、108、120 h直肠取粪样。粪样在65 ℃烘干粉碎，待下一步测定。

1.2.4 基于外流速率实测值和参考值的有效降解率的比较

分别使用外流速率参考值和实测值对菜籽粕、豆粕、玉米、小麦秸秆、大豆秸秆、鸭茅6种饲料的干物质、有机物、粗蛋白质瘤胃有效降解率进行计算，比较二者的差异。精料外流速率参考值参考Ørskov等[3]，粗料外流速率参考值参考颜品勋等[5]。

1.3 检测指标

1.3.1 铬标记饲料干物质回收率的测定

试验前进行铬标记饲料稳定性的测试，将待测饲料装入尼龙袋中并投放到瘤胃中培育24 h，计算干物质回收率。尼龙袋规格为6 cm×10 cm，孔径300目。称取精料4.0 g或粗料2.5 g(精确到0.001 g)装入尼龙袋中，每只羊6根管子，每根管子装2个袋子作为平行，6根管子分别装6种饲料，4只羊为4个重复。分别将2个装有待测饲料的尼龙袋口交叉夹于1根内径3 mm、长25 cm半软塑料管的底端，用橡皮筋缠绕固定。尼龙袋于晨饲前用钳子一起送入瘤胃腹囊。

干物质回收率(%)=[(瘤胃培养24 h后铬标记饲料残渣质量×残渣干物质含量)/(铬标记饲料质量×铬标记饲料干物质含量)]×100。

1.3.2 铬标记饲料粪中铬含量的测定

参考张丽英[6]的方法，对粪样使用干法灰化前处理，称取粪样置于坩埚中，低温炭化至无烟后转入高温炉进行灰化，滴加盐酸溶液并煮沸，随后转移到容量瓶中定容摇匀待测，同时做空白试验。采用原子吸收光谱法测定粪样中铬含量，使用铬标准溶液[货号为GBW(E)080257，购自北京世纪奥科生物技术有限公司]绘制标准曲线，使用日立ZA-3000原子吸收分光光度计测定吸光度值。

1.3.3 饲料瘤胃外流速率的计算

计算瘤胃外流速率的数学方程[2]为：

Ct=C0e-kt。

式中：C0为粪样中铬含量的最高值(μg/g)；Ct为粪样中铬含量达到最高值以后各个时间点的含量值(μg/g)；k为瘤胃外流速率(%/h)；t为在瘤胃中的消化时间(h)。

1.3.4 有效降解率的计算

饲料营养成分有效降解率[4]计算公式：

ED=a+bc/(c+k)。

式中：ED表示某营养成分的有效降解率(%)；a表示某营养成分的快速降解部分(%)；b表示某营养成分的慢速降解部分(%)；c表示b的降解速率(%/h)；k表示某营养成分的瘤胃外流速率(%/h)。

1.4 数据统计分析

数据使用Excel 2016进行整理，并使用Excel 2016和GraphpadPrism 8.4.1进行线性拟合，有效降解率和相对误差使用Excel 2016进行计算。

2 结果与分析

2.1 铬标记饲料的干物质回收率

6种铬标记饲料在瘤胃中培养24 h后的干物质回收率见表2。6种铬标记饲料干物质平均回收率为72.32%，玉米的干物质回收率最低，为45.92%，其他饲料均达到75%以上。6种铬标记饲料干物质回收率的变异系数均小于5%。

表2 铬标记饲料的干物质回收率

2.2 各时间点粪样中铬含量和饲料瘤胃外流速率

各时间点粪样中铬含量及其对应的指数方程和一次方程以及饲料的瘤胃外流速率见表3。

表3 粪中铬含量及其对应的回归方程和饲料瘤胃外流速率

对于粪中铬含量，铬标记豆粕在28 h时出现最大值；铬标记菜籽粕在24 h时出现最大值；铬标记玉米在24 h时出现最大值；铬标记鸭茅在32 h时出现最大值；铬标记大豆秸秆在24 h时出现最大值；铬标记小麦秸秆在36 h时出现最大值。采食豆粕、菜籽粕、玉米3种铬标记精料后粪中铬含量达到峰值的时间比鸭茅、大豆秸秆、小麦秸秆3种粗料早。粪中铬含量与时间呈指数关系，相关系数较高。

在通过方程Ct=C0e-kt确定外流速率时，k由C0以后的粪中铬含量确定，即只与铬排放峰值之后的粪中铬含量有关。确定外流速率的指数方程Ct=C0e-kt可变形为一次方程lnC0-lnCt=kt，其中斜率k即为外流速率。利用粪中铬含量的最高值C0、达到最高值以后各时间点粪中铬含量Ct和时间t，可以确定每种饲料的一次方程。

2.3 基于外流速率实测值和参考值的有效降解率

由表4可以看出，菜籽粕、豆粕、玉米、小麦秸秆、大豆秸秆、鸭茅的外流速率参考值分别为5.00%/h、5.00%/h、5.00%/h、3.14%/h、3.14%/h、3.14%/h，外流速率实测值分别为7.49%/h、7.30%/h、6.84%/h、3.97%/h、5.59%/h、5.02%/h，实测值全部高于参考值。菜籽粕、豆粕、玉米、小麦秸秆、大豆秸秆、鸭茅外流速率参考值和实测值相对误差分别为33.24%、31.51%、26.90%、20.91%、43.83%、37.45%，相对误差最大的为大豆秸秆(43.83%)，最小的为小麦秸秆(20.91%)。

表4 外流速率实测值和参考值的比较

由表5可以看出，采用参考值计算出的菜籽粕、豆粕、玉米、小麦秸秆、大豆秸秆、鸭茅的干物质有效降解率分别为39.39%、57.23%、51.62%、27.28%、50.90%、55.28%，采用实测值计算出的分别为36.73%、51.78%、47.64%、25.58%、44.92%、47.71%，采用实测值计算所得数值全部低于采用参考值计算所得数值。采用参考值和实测值计算出的菜籽粕、豆粕、玉米、小麦秸秆、大豆秸秆、鸭茅干物质有效降解率的相对误差分别为7.24%、10.53%、8.35%、6.65%、13.31%、15.87%，菜籽粕、玉米、小麦秸秆的相对误差相对较小，豆粕、大豆秸秆、鸭茅的相对误差相对较大，相对误差最大的为鸭茅(15.87%)，最小的为小麦秸秆(6.65%)。采用参考值计算出的菜籽粕、豆粕、玉米、小麦秸秆、大豆秸秆、鸭茅的有机物有效降解率分别为39.93%、55.28%、54.57%、26.55%、48.51%、54.16%，采用实测值计算出的分别为35.63%、49.66%、49.81%、24.65%、42.39%、47.08%，采用实测值计算所得数值全部低于采用参考值计算所得数值。采用参考值和实测值计算出的菜籽粕、豆粕、玉米、小麦秸秆、大豆秸秆、鸭茅有机物有效降解率的相对误差分别为12.07%、11.32%、9.56%、7.71%、14.44%、15.04%,豆粕、玉米、小麦秸秆的相对误差相对较小，菜籽粕、大豆秸秆、鸭茅的相对误差相对较大，相对误差最大的为鸭茅(15.04%)，最小的为小麦秸秆(7.71%)。采用参考值计算出的菜籽粕、豆粕、玉米、小麦秸秆、大豆秸秆、鸭茅的粗蛋白质有效降解率分别为35.11%、43.63%、44.03%、27.77%、59.54%、60.90%，采用实测值计算出的分别为31.54%、37.43%、41.72%、25.53%、52.29%、52.51%，采用实测值计算所得数值全部低于采用参考值计算所得数值。采用参考值和实测值计算出的菜籽粕、豆粕、玉米、小麦秸秆、大豆秸秆、鸭茅粗蛋白质有效降解率的相对误差分别为11.32%、16.56%、5.54%、8.77%、13.86%、15.98%，菜籽粕、玉米、小麦秸秆的相对误差较小，豆粕、大豆秸秆、鸭茅的相对误差较大，相对误差最大的为豆粕(16.56%)，最小的为玉米(5.54%)。

表5 基于外流速率实测值与参考值计算所得干物质、有机物和粗蛋白质有效降解率比较

3 讨 论

3.1 铬标记饲料干物质回收率

铬标记豆粕、菜籽粕、玉米、鸭茅、大豆秸秆、小麦秸秆在瘤胃内培养24 h后，其干物质回收率分别为77.55%、75.95%、45.92%、80.11%、77.40%、79.85%，平均回收率为72.32%。除玉米外，其他铬标记饲料干物质回收率均在75%以上，说明铬标记饲料稳定性较好，在瘤胃中不易被降解。不同饲料间的干物质回收率有差异，这与饲料中纤维成分含量有关，铬与饲料纤维成分形成不被消化的结合物[7]。玉米中纤维成分含量较低，所以干物质回收率较低。

3.2 饲喂不同饲料后粪中铬含量的高峰期

饲喂不同饲料后粪中铬含量出现峰值的时间有差异，6种饲料出现峰值的时间范围在24～36 h。豆粕、菜籽粕、玉米、鸭茅、大豆秸秆、小麦秸秆分别在28、24、24、32、24、36 h出现峰值，说明它们通过瘤胃的最大速率分别在饲喂后28、24、24、32、24、36 h出现。豆粕、菜籽粕、玉米3种精料出现峰值的时间相对集中，而鸭茅、大豆秸秆、小麦秸秆3种粗料出现峰值的时间相对分散。3种精料粪中铬含量达到峰值的时间比3种粗料短，说明精料在瘤胃中的停留时间比粗料短。豆粕、菜籽粕、玉米3种精料含纤维成分较少，含蛋白质、淀粉等易消化成分较多，在瘤胃中更容易被降解，所以在瘤胃中的停留时间较短；相反，鸭茅、大豆秸秆、小麦秸秆中纤维成分含量很高，消化性相对较差，因此在瘤胃中停留时间较长。

林春建等[8]在牛上测定了铬标记豆饼和麸皮的瘤胃外流速率，发现豆饼在28～32 h出现峰值，麸皮在32～36 h出现峰值，精料比粗料出现峰值的时间短，与本试验结果基本一致。李杰等[9]测定了4种不同粒度豆粕的瘤胃外流速率，发现粪中铬含量出现高峰的时间为40～44 h，明显高于本试验结果。马丽娟等[10]采用铬标记法测定了狍常用饲料的瘤胃外流速率，发现玉米出现高峰的时间为28～32 h，豆粕为24～28 h，与本试验结果基本一致。

3.3 不同饲料瘤胃外流速率的比较

通过本研究发现，不同饲料之间瘤胃外流速率有差异，豆粕、菜籽粕、玉米、鸭茅、大豆秸秆、小麦秸秆的瘤胃外流速率分别为7.30%/h、7.49%/h、6.84%/h、5.02%/h、5.59%/h、3.97%/h。豆粕、菜籽粕、玉米3种精料的瘤胃外流速率比鸭茅、大豆秸秆、小麦秸秆3种粗料的高。在3种精料中，菜籽粕的外流速率高于豆粕，豆粕的外流速率高于玉米；在3种粗料中，大豆秸秆的外流速率高于鸭茅，鸭茅的外流速率高于小麦秸秆。在相同的饲喂水平和饲料粒度等条件下，饲料瘤胃外流速率与饲料容重有关。精料容重相对较大，在瘤胃内容物中处于偏下的位置，更易通过瘤网胃口，所以外流速率较大；粗料容重较小，漂浮在瘤胃液上层，不容易外流，所以外流速率较小。刘美[11]研究发现,相同精料水平下饲料瘤胃外流速率与饲料中性洗涤纤维含量和容重显著相关。在颗粒料条件下，不同饲粮的瘤胃外流速率(k)可以由饲粮精料水平(X1)和饲料原料容重(X2)进行预测：k=2.46-0.012X1+0.003X2。

李杰等[9]设置细粉豆粕、中粉豆粕、未粉豆粕和粗粉豆粕4种不同粒度的豆粕，研究了不同粒度豆粕对绵羊瘤胃发酵及其外流速率的影响，结果发现，细粉豆粕、中粉豆粕、未粉豆粕和粗粉豆粕瘤胃外流速率分别为5.8%/h、4.5%/h、5.0%/h和4.8%/h。本研究中豆粕的瘤胃外流速率为7.30%/h，高于李杰等[9]的研究结果。Hadjipanayiotou[12]研究表明，豆粕的瘤胃外流速率比纤维性饲料的高，与本研究结果一致。Susmel等[13]在牛上的研究显示，鸭茅、苜蓿的瘤胃外流速率比玉米青贮、牧草干草、梯牧草、牛毛草的高，其中鸭茅的瘤胃外流速率为4.5%/h。本研究在绵羊上测定的鸭茅瘤胃外流速率为5.02%/h，高于小麦秸秆，低于大豆秸秆。刘建新等[14]使用稻草单独饲喂绵羊，测得其瘤胃外流速率平均为1.52%/h，陈晓琳等[2]在肉羊上测定的小麦秸秆的瘤胃外流速率为3.07%/h，本研究测定的小麦秸秆的瘤胃外流速率为3.97%/h。Kusmartono等[15]在马鹿上的研究发现，饲喂菊苣时其固相和液相的瘤胃外流速率比饲喂黑麦草时高。本研究表明鸭茅的绵羊瘤胃外流速率高于小麦秸秆。王兴菊[16]测定了玉米、豆粕、菜籽饼、苜蓿、三叶草、青贮玉米、青贮皇竹草和大叶麻竹笋壳在山羊上的瘤胃外流速率，其中玉米、豆粕、菜籽饼3种精料的瘤胃外流速率分别为4.52%/h、4.91%/h、4.89%/h，大于苜蓿、三叶草、青贮玉米、青贮皇竹草和大叶麻竹笋壳，本研究测得的豆粕、玉米、菜籽粕的瘤胃外流速率要高于此值。不同研究之间实测外流速率的差异可能是由动物品种、饲喂水平和饲料粒度等的不同所导致。

根据Ørskov等[3]和颜品勋等[5]的研究，人们在使用容重较大的饲料如饼粕类饲料或玉米时，瘤胃外流速率参考值大多为5.00%/h，而干草类或秸秆类饲料瘤胃外流速率参考值多为3.14%/h。本研究所得豆粕、菜籽粕、玉米、鸭茅、大豆秸秆、小麦秸秆的瘤胃外流速率实测值分别为7.30%/h、7.49%/h、6.84%/h、5.02%/h、5.59%/h、3.97%/h，可以看出无论是饼粕类饲料、玉米还是干草、秸秆饲料，瘤胃外流速率实测值与参考值都有较大差异。

3.4 基于外流速率实测值和参考值的有效降解率比较

本研究中菜籽粕、豆粕、玉米、小麦秸秆、大豆秸秆、鸭茅6种饲料的外流速率实测值均比参考值大，采用实测值计算的干物质、有机物和粗蛋白质有效降解率均比采用参考值计算所得数值小。根据公式ED=a+bc/(c+k)，当a、b、c值不变而k值增大时，ED减小。可以看出，使用参考值计算有效降解率导致结果偏高。

通过对实测值和参考值计算所得的干物质、有机物、粗蛋白质有效降解率进行比较，干物质有效降解率的相对误差最小的为小麦秸秆6.65%，最大的为鸭茅15.87%；有机物有效降解率的相对误差最小的为小麦秸秆7.71%，最大的为鸭茅15.04%；粗蛋白质有效降解率的相对误差最小的为玉米5.54%，最大的为豆粕16.56%。可以看出，干物质、有机物和粗蛋白质有效降解率，基于外流速率实测值和参考值计算后都出现了较大的相对误差，说明两者所得饲料瘤胃有效降解率差异较大。这也说明当前瘤胃外流速率采用参考值无法很好地应用于实际情况当中，在实际研究时对饲料外流速率进行实测才是确保结果准确的最好办法。

4 结 论

① 不同饲料的瘤胃外流速率不同，豆粕、菜籽粕、玉米、鸭茅、大豆秸秆、小麦秸秆的瘤胃外流速率分别为7.30%/h、7.49%/h、6.84%/h、5.02%/h、5.59%/h、3.97%/h，豆粕、菜籽粕、玉米3种精料的瘤胃外流速率比鸭茅、大豆秸秆、小麦秸秆3种粗料的高。

② 基于外流速率实测值计算的有效降解率与基于参考值计算的有效降解率差异较大，在涉及到饲料瘤胃有效降解率计算的实际研究工作中建议对饲料瘤胃外流速率进行实测。