體外產(chǎn)氣法評(píng)價(jià)青海高原農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)作物秸稈組合效應(yīng)

崔占鴻 刁 波 劉書(shū)杰 趙月平 張曉衛(wèi)

隨著現(xiàn)代畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的加快，飼草料資源緊缺已成為當(dāng)前養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展亟需解決的突出問(wèn)題。已有的調(diào)查表明[1]，青海省主要農(nóng)作物的秸稈總量為186.5541萬(wàn)噸。其中：小麥秸92.7494萬(wàn)噸，油菜秸44.7427萬(wàn)噸，蠶豆秸10.26萬(wàn)噸，豌豆秸10.05萬(wàn)噸，馬鈴薯秸產(chǎn)量7.07萬(wàn)噸，且青海省秸稈資源的飼用率較低，僅占總量的10%～20%。同時(shí)，研究者已證實(shí)在飼養(yǎng)體系中，飼草料間存在著廣泛的正負(fù)組合效應(yīng)[2-7]。本研究針對(duì)青海省農(nóng)作物秸稈類(lèi)粗飼料的合理利用問(wèn)題，研究與分析農(nóng)作物秸稈類(lèi)粗飼料間的組合效應(yīng)，從而為科學(xué)地開(kāi)發(fā)和利用我省秸稈類(lèi)粗飼料資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

在青海省高原放牧家畜動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)青海省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料及設(shè)備

分別采集青海省西寧市周邊農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)的作物秸稈（小麥秸、蠶豆秸、豌豆秸、馬鈴薯秸、油菜秸）的試驗(yàn)樣品，樣品采集后在65℃下烘干，粉碎過(guò)0.45 mm，室溫下保存待測(cè)。按實(shí)驗(yàn)室常規(guī)分析法進(jìn)行常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分干物質(zhì)(Dry matter，DM)、粗蛋白(Crude protein，CP)、粗脂肪(Ether extract，EE)、酸性洗滌纖維(Acid detergent fibre，ADF)、中性洗滌纖維 (Neutral detergent fibre，NDF)、中性洗滌可溶物(Neutral detergent soluble，NDS)、半纖維素(Hemicellulose，HC)、有機(jī)物(Organic matter，OM)、粗灰分(Ash)等的測(cè)定(見(jiàn)表 1)。

分析天平（精確度為0.0001）、人工瘤胃培養(yǎng)箱、分液裝置（由德國(guó)生產(chǎn)，用于培養(yǎng)液的分裝，分裝范圍從 0～60 ml，最小刻度為 1 ml）、二氧化碳?xì)怏w（體積分?jǐn)?shù)為99.9999%,作為進(jìn)行厭氧條件產(chǎn)生和維持的氣源）、恒溫及磁力攪拌裝置、玻璃注射器培養(yǎng)管、保溫瓶（用于采集瘤胃液）等。

表1 各組合搭配及營(yíng)養(yǎng)成分

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作

1.3.1 發(fā)酵底物及試驗(yàn)分組

小麥秸按 0，25： 75，50： 50，75： 25，100 比例分別與蠶豆秸、豌豆秸、馬鈴薯秸、油菜秸進(jìn)行兩兩組合，各組合搭配及營(yíng)養(yǎng)成分詳見(jiàn)表1，體外發(fā)酵底物220 mg，每個(gè)比例設(shè)3個(gè)重復(fù)；同一批次培養(yǎng)中設(shè)定空白組，即為沒(méi)有發(fā)酵底物，僅有瘤胃液和培養(yǎng)液，作為產(chǎn)氣量校正。

1.3.2 瘤胃液收集

選擇3頭健康、體重接近、安裝有永久性瘤胃瘺管的成年牦牛作為瘤胃液供體，飼養(yǎng)水平為1.5倍的維持水平，以小麥秸為基礎(chǔ)粗飼料，日糧精粗比為30：70，單獨(dú)飼喂，每天早晨8:00和下午18:00飼喂，晨飼前采集瘤胃液。采集的瘤胃液立即放入保溫瓶中，并迅速帶回實(shí)驗(yàn)室。

1.3.3 培養(yǎng)液配制

采用 Menke和 Steingass（1988）的方法準(zhǔn)備人工瘤胃營(yíng)養(yǎng)液，并將營(yíng)養(yǎng)液與瘤胃液以體積比為2：1的比例混合。人工瘤胃營(yíng)養(yǎng)液各單一溶液配方見(jiàn)表2。

表2 人工瘤胃營(yíng)養(yǎng)液各單一溶液配方

1.3.4 產(chǎn)氣量測(cè)定

向培養(yǎng)管加入人工瘤胃培養(yǎng)液30 ml，放置到培養(yǎng)箱中開(kāi)始培養(yǎng)時(shí)計(jì)時(shí)，在 2、4、6、8、12、14、16、24、30、36、48 h各時(shí)間點(diǎn)取出培養(yǎng)管并快速讀數(shù)記錄。當(dāng)?shù)侥骋粫r(shí)間點(diǎn)讀數(shù)超過(guò)60 ml時(shí)，在讀數(shù)后及時(shí)排氣并記錄排氣后的刻度值。待飼料在體外培養(yǎng)48 h后，將培養(yǎng)管（注射器）分別取出放入冰水中使其停止發(fā)酵。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及計(jì)算方法

①產(chǎn)氣量計(jì)算：

產(chǎn)氣量(ml)=該時(shí)間段內(nèi)培養(yǎng)管氣體產(chǎn)生量（ml）－對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)空白管氣體平均產(chǎn)生量（ml）。

②組合效應(yīng)計(jì)算

式中：實(shí)測(cè)值為實(shí)際測(cè)定的樣品產(chǎn)氣量（m1）；

加權(quán)估算值=A飼料實(shí)測(cè)值產(chǎn)氣量×A飼料配比（%）+B飼料實(shí)測(cè)值×B飼料配比（%）。

③產(chǎn)氣動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算

根據(jù)不同時(shí)間點(diǎn)的產(chǎn)氣量，采用Gompertz模型公式：

GP=A exp｛-exp[1+be/A（Lag-t）]｝式中：GP——時(shí)間t的產(chǎn)氣量（ml）；

A——理論最大產(chǎn)氣量（ml）；

b——產(chǎn)氣速率常數(shù)（ml/h）；

Lag——體外發(fā)酵產(chǎn)氣延滯時(shí)間（h）；

e——?dú)W拉常數(shù)；

t——產(chǎn)氣時(shí)間點(diǎn)（h），本研究中為0～48 h。

1.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003和SAS 9.1統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 單一作物秸稈體外發(fā)酵產(chǎn)氣營(yíng)養(yǎng)特性(見(jiàn)表3)

表3 單一作物秸稈產(chǎn)氣量及模型參數(shù)

從表3可以看出，5種農(nóng)作物秸稈的48 h產(chǎn)氣量和理論最大產(chǎn)氣量由大到小的排序?yàn)椋和愣菇眨拘←溄眨拘Q豆秸＞馬鈴薯秸＞油菜秸，且理論最大產(chǎn)氣量除豌豆秸與小麥秸間無(wú)顯著差異（P＞0.05），其他作物秸稈間均表現(xiàn)為極顯著差異（P＜0.01）；產(chǎn)氣速率常數(shù)由大到小的排序?yàn)椋和愣菇眨抉R鈴薯秸＞蠶豆秸＞小麥秸＞油菜秸，前3者之間表現(xiàn)為差異不顯著（P＞0.05），但前3者與小麥秸、油菜秸間均存在極顯著差異（P＜0.01），且小麥秸與油菜秸間表現(xiàn)為差異顯著（P＜0.05）；產(chǎn)氣延滯時(shí)間由大到小的排序?yàn)椋厚R鈴薯秸＞小麥秸＞油菜秸＞蠶豆秸＞豌豆秸，且前3者之間和后兩者之間均表現(xiàn)為差異不顯著（P＞0.05），但前3者與后兩者之間表現(xiàn)為差異極顯著（P＜0.01）。

2.2 不同作物秸稈組合的體外產(chǎn)氣量及模型參數(shù)

不同作物秸稈組合的 12、24、36、48 h累積產(chǎn)氣量及Gompertz模型擬合的產(chǎn)氣特性參數(shù)見(jiàn)表4，小麥秸與蠶豆秸的組合中，理論最大產(chǎn)氣量以小麥秸75%比例為最高，小麥秸25%時(shí)為最低，且小麥秸75%和50%比例的組合與小麥秸25%比例的組合間存在極顯著差異（P＜0.01）；小麥秸與豌豆秸的組合中，理論最大產(chǎn)氣量以小麥秸50%比例為最高，小麥秸25%比例為最低，但三個(gè)比例組合間無(wú)顯著差異（P＞0.05）；小麥秸與馬鈴薯秸的組合中，理論最大產(chǎn)氣量以小麥秸75%比例為最高，小麥秸25%比例為最低，且小麥秸25%比例與75%比例的組合間差異極顯著（P＜0.01）；小麥秸與油菜秸的組合中，理論最大產(chǎn)氣量以小麥秸75%比例為最高，小麥秸25%比例為最低，且三個(gè)比例組合間存在極顯著差異（P＜0.01）?？傮w來(lái)看，當(dāng)小麥秸與其他四種作物秸稈組合后，理論最大產(chǎn)氣量均較這四種單一的農(nóng)作物秸稈有所提高。

從產(chǎn)氣速率來(lái)看，小麥秸與蠶豆秸的組合中，以小麥秸25%比例為最高，小麥秸75%比例為最低，且小麥秸25%比例的組合與其他兩個(gè)比例的組合間存在極顯著差異（P＜0.01）；小麥秸與豌豆秸的組合中，以小麥秸25%比例為最高，小麥秸75%比例為最低，且小麥秸25%比例和小麥秸75%比例的組合間存在顯著差異（P＜0.05）；小麥秸與馬鈴薯秸的組合中，以小麥秸25%比例為最高，小麥秸75%比例為最低，三個(gè)比例的組合間差異顯著（P＜0.05），且小麥秸25%比例的組合與其他兩個(gè)比例組合間差異極顯著（P＜0.01）；小麥秸與油菜秸的組合中，以小麥秸75%比例為最高，小麥秸25%比例為最低，且小麥秸25%比例和小麥秸75%比例的組合間存在顯著差異（P＜0.05）?？傮w來(lái)看，當(dāng)小麥秸與其他4種農(nóng)作物秸稈組合后，產(chǎn)氣速率常數(shù)均較這4種單一的農(nóng)作物秸稈有所降低。

從產(chǎn)氣延滯時(shí)間來(lái)看，小麥秸與蠶豆秸的組合中，以小麥秸75%比例為最高，小麥秸25%比例為最低，但3個(gè)比例組合間無(wú)顯著差異（P＞0.05）；小麥秸與豌豆秸的組合中以小麥秸75%比例為最高，小麥秸25%比例為最低，且小麥秸25%比例和小麥秸75%比例的組合間存在顯著差異（P＜0.05）；小麥秸與馬鈴薯秸的組合中，以小麥秸25%比例為最高，小麥秸50%比例為最低，3個(gè)比例組合間無(wú)顯著差異（P＞0.05）；小麥秸與油菜秸的組合中，以小麥秸25%比例為最高，小麥秸50%比例為最低，但3個(gè)比例間無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

2.3 不同作物秸稈組合發(fā)酵的產(chǎn)氣量組合效應(yīng)(見(jiàn)表5)

表5 不同作物秸稈組合發(fā)酵的產(chǎn)氣量組合效應(yīng)

由表5可以看出，小麥秸與其他4種作物秸稈以不同比例搭配組合后，可產(chǎn)生不同程度的正負(fù)組合效應(yīng)。當(dāng)小麥秸與蠶豆秸組合時(shí)，各比例組合均產(chǎn)生正組合效應(yīng)，12 h和24 h的組合效應(yīng)值以小麥秸75%比例最高，36 h和48 h的組合效應(yīng)值以小麥秸50%比例為最高，且與其他兩個(gè)比例的組合間差異極顯著（P＜0.01）；當(dāng)小麥秸與豌豆秸組合時(shí)，以小麥秸占50%和75%比例的組合產(chǎn)生正組合效應(yīng)，且小麥秸50%比例的組合效應(yīng)值最大，3個(gè)比例組合間均表現(xiàn)為差異極顯著（P＜0.01）；當(dāng)小麥秸與馬鈴薯秸組合時(shí)，以小麥秸占50%比例的組合效應(yīng)值較大，除小麥秸25%比例與小麥秸75%比例的組合在36 h時(shí)表現(xiàn)為無(wú)顯著差異（P＞0.05）外，3個(gè)比例組合間均表現(xiàn)為差異極顯著（P＜0.01）；當(dāng)小麥秸與油菜秸組合時(shí)，以小麥秸占50%比例的組合效應(yīng)值最大，除小麥秸25%比例與小麥秸75%比例的組合在36 h表現(xiàn)為差異不顯著(P＞0.05)，3個(gè)比例組合間均表現(xiàn)為差異極顯著(P＜0.01)。

2.4 48 h體外產(chǎn)氣量及發(fā)酵參數(shù)與粗飼料養(yǎng)分間的相關(guān)性(見(jiàn)表6)

表6 48 h體外產(chǎn)氣量及發(fā)酵參數(shù)與粗飼料養(yǎng)分間的相關(guān)性

由表6可以看出，48 h產(chǎn)氣量與OM（P＜0.05）呈正相關(guān)關(guān)系，而與 ADF（P＜0.001）、NDS/CP（P＜0.01）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；理論最大產(chǎn)氣量與 OM（P＜0.01）、HC（P＜0.05）呈正相關(guān)關(guān)系，而與 ADF（P＜0.001）、NDS/CP（P＜0.05）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；產(chǎn)氣速率常數(shù)與CP、NDS均呈正相關(guān)關(guān)系（P＜0.001），而與 NDF（P＜0.001）、NDS/CP（P＜0.001）、ADF（P＜0.05）、HC（P＜0.05）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；產(chǎn)氣延滯時(shí)間與 NDF（P＜0.001）、ADF（P＜0.01）、NDS/CP（P＜0.05）呈正相關(guān)關(guān)系，而與 CP（P＜0.001）、NDS（P＜0.001）、OM（P＜0.05）呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 討論

3.1 不同作物秸稈及其組合的產(chǎn)氣發(fā)酵特性

本研究中，五種農(nóng)作物秸稈的48 h產(chǎn)氣量和理論最大產(chǎn)氣量由大到小的排序?yàn)椋和愣菇眨拘←溄眨拘Q豆秸＞馬鈴薯秸＞油菜秸。Prasad等[8]報(bào)道，反芻動(dòng)物飼料在體外發(fā)酵45～52 h時(shí)，對(duì)其體內(nèi)消化率的預(yù)測(cè)值最高。根據(jù)這一結(jié)論，如果發(fā)酵48 h后的產(chǎn)氣量與體內(nèi)消化率成一定比例，即豌豆秸消化率分別比小麥秸、蠶豆秸、馬鈴薯秸和油菜秸高6.78%、15.23%、26.42%和100.80%，小麥秸消化率分別比蠶豆秸、馬鈴薯秸和油菜秸高7.91%、27.88%、88.05%，蠶豆秸消化率分別比馬鈴薯秸和油菜秸高9.71%、74.26%，馬鈴薯秸消化率比油菜秸高58.84%（見(jiàn)表3），可以看出，油菜秸作為反芻家畜秸稈類(lèi)粗飼料的飼用價(jià)值很低。從粗飼料養(yǎng)分與產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣參數(shù)的關(guān)系看，48 h產(chǎn)氣量及理論最大產(chǎn)氣量與OM呈顯著或極顯著正相關(guān)，而分別與ADF、NDS/CP呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)，但與NDF呈不顯著的負(fù)相關(guān)；產(chǎn)氣速率常數(shù)分別與CP、NDS均呈極顯著正相關(guān)，而與 NDF、NDS/CP、ADF、HC 均呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)，產(chǎn)氣延滯時(shí)間分別與NDF、ADF、NDS/CP呈極顯著或顯著正相關(guān)，而與CP、NDS、OM呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)。Nsahla等[9]對(duì)豆科田菁屬牧草的研究發(fā)現(xiàn)，理論最大產(chǎn)氣量與NDF、木質(zhì)素和半纖維素的含量呈顯著負(fù)相關(guān)，與粗蛋白含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。湯少勛等[10]對(duì)不同品種牧草間組合時(shí)體外產(chǎn)氣發(fā)酵特性研究表明，48 h產(chǎn)氣量分別與CP、NDS和 (NDS-CP-Ash)/CP的值呈正相關(guān)關(guān)系，分別與NDF、ADF和HC呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，產(chǎn)氣延滯時(shí)間僅與(NDS-CP-Ash)/CP的值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。陽(yáng)伏林等[11]對(duì)苜蓿干草和秸稈組合體外發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)特性及其利用研究表明，48 h產(chǎn)氣量及理論最大產(chǎn)氣量與CP、NDS的含量存在正相關(guān)關(guān)系，與NDF、ADF、HC和NDS/CP呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這些研究有的與本研究的結(jié)果相同，有的則不完全一致。從研究結(jié)果看，小麥秸分別與蠶豆秸、豌豆秸、馬薯秸和油菜秸組合后，產(chǎn)氣量和理論最大產(chǎn)氣量均較這四種單一的農(nóng)作物秸稈有所增加，原因可能主要是由于農(nóng)作物秸稈搭配組合后，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到互補(bǔ)，更趨于科學(xué)合理，改善了瘤胃微生物的營(yíng)養(yǎng)源，從而促進(jìn)了微生物對(duì)發(fā)酵底物的降解利用。

3.2 粗飼料間組合效應(yīng)及科學(xué)利用

農(nóng)作物秸稈由于其高纖維、低蛋白含量的特性，作為反芻動(dòng)物粗料時(shí)，受細(xì)胞壁木質(zhì)化程度的影響，其消化率較低。目前用于提高農(nóng)作物秸稈營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的方法很多，主要包括物理、化學(xué)、生物處理等方法，應(yīng)根據(jù)不同秸稈類(lèi)型和當(dāng)?shù)貙?shí)際情況采用不同的方法[13]。對(duì)于玉米秸稈一類(lèi)含糖或淀粉較多的農(nóng)作物秸稈青貯后其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和消化率或降解率可不同程度地得到提高，飼喂效果要優(yōu)于未處理的秸稈[14]。王彤佳等[15]氨化、青貯秸稈飼料體外消化率比較研究表明，采用尿素氨化、常規(guī)青貯及常規(guī)青貯加植物乳酸菌和未處理4種方式對(duì)稻草、玉米秸和甘蔗尾處理后，3種秸稈飼料的體外消化率均是尿素氨化處理最高。對(duì)于稻稈或麥秸等這一類(lèi)型的農(nóng)作物秸稈，由于其秸稈中所含糖分很低，不適于直接青貯。對(duì)于這類(lèi)農(nóng)作物秸稈，氨化處理后其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和降解率一般都要高于未氨化秸稈。

通過(guò)粗飼料間科學(xué)的組合搭配能有效提高反芻家畜對(duì)其的消化利用率。從本研究結(jié)果來(lái)看，小麥秸分別與豌豆秸、油菜秸、馬鈴薯秸以50：50比例搭配時(shí)在不同時(shí)間點(diǎn)的組合效應(yīng)均為最優(yōu)；小麥秸與蠶豆秸以75：25比例搭配時(shí)在12和24 h較優(yōu)，小麥秸與蠶豆秸以50：50比例搭配時(shí)36 h和48 h的組合效應(yīng)較優(yōu)。根據(jù)反芻動(dòng)物飼料在體外發(fā)酵45～52 h時(shí)，對(duì)其體內(nèi)消化率的預(yù)測(cè)值最高，由此確定小麥秸分別與蠶豆秸、豌豆秸、油菜秸、馬鈴薯秸均以50：50比例的組合是較為合適。

4 結(jié)論

4.1 通過(guò)作物秸稈間科學(xué)的組合搭配能有效提高反芻作物對(duì)單一作物秸稈的利用率。小麥秸分別與蠶豆秸、豌豆秸、油菜秸、馬鈴薯秸均以50：50比例組合較為合適。

4.2 科學(xué)地開(kāi)發(fā)利用青海高原農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)較豐富的作物秸稈類(lèi)粗飼料是解決該地區(qū)反芻家畜粗飼料資源緊缺的有效途徑之一。

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