體外法評價玉米秸稈、谷草和玉米秸稈青貯飼料組合效應研究

李妍，韓肖敏，李建國，李秋鳳，高艷霞，曹玉鳳*，李運起

(1.河北農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院，河北 保定 071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，河北 保定 071001)

?

體外法評價玉米秸稈、谷草和玉米秸稈青貯飼料組合效應研究

李妍1**，韓肖敏2**，李建國2，李秋鳳2，高艷霞2，曹玉鳳2*，李運起2

(1.河北農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院，河北 保定 071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，河北 保定 071001)

本試驗旨在利用體外產(chǎn)氣法研究玉米秸稈(CS)、谷草(MS)與玉米秸稈青貯飼料(CSS)間的組合效應，篩選出不同飼料間的適宜組合比例。試驗采用單因素試驗設(shè)計，首先將玉米秸稈與谷草進行體外發(fā)酵試驗，篩選出的最優(yōu)組合，再與玉米秸稈青貯飼料組合進行試驗，以上組合均以100∶0，80∶20，60∶40，50∶50，40∶60，20∶80，0∶100的比例進行，每個組合設(shè)3個重復，測定和分析不同粗飼料組合對體外產(chǎn)氣量、干物質(zhì)消失率、pH、微生物蛋白、氨態(tài)氮、揮發(fā)性脂肪酸的影響，計算出各組合的單項組合效應值和綜合組合效應值。試驗結(jié)果表明，不同飼料組合對產(chǎn)氣量和干物質(zhì)消失率影響顯著或極顯著(P<0.05或P<0.01)；不同飼料組合間pH差異不顯著(P>0.05)；各飼料組合間微生物蛋白產(chǎn)量差異顯著或極顯著(P<0.05或P<0.01)，玉米秸稈與谷草組合的微生物蛋白產(chǎn)量隨玉米秸稈比例的減少而減少，再與玉米秸稈青貯飼料組合隨玉米秸稈青貯飼料比例的增加而增加；不同飼料組合的氨態(tài)氮濃度差異顯著或極顯著(P<0.05或P<0.01)，含量為17.35～24.63 mg/dL；各飼料組合間的揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量差異顯著或極顯著(P<0.05或P<0.01)。以多項組合效應指數(shù)評定的最優(yōu)組合為：玉米秸稈和谷草的搭配比例為60∶40，玉米秸稈、谷草、玉米秸稈青貯飼料的搭配比例為12∶8∶80。

玉米秸稈；谷草；玉米秸稈青貯飼料；組合效應；體外法

隨著我國畜牧業(yè)的快速發(fā)展和人們飲食結(jié)構(gòu)的變化，糧食問題實質(zhì)上已逐步演變?yōu)轱暳嫌眉Z的問題。只有立足我國國情和現(xiàn)有資源，發(fā)展節(jié)糧型畜牧業(yè)，才是實現(xiàn)資源整合利用和畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要措施。據(jù)估計，我國農(nóng)作物秸稈的年產(chǎn)量已達到8.20億t，所含的粗蛋白總量約0.2億t，相當于2.5億t玉米(Zeamays)所含蛋白質(zhì)的總量[1-3]。我國谷子栽培面積及產(chǎn)量均居世界排名第一，谷草產(chǎn)量約0.028億t[4]。這些豐富的農(nóng)作物秸稈不僅沒有得到有效的利用，反而被隨意棄置或者焚燒，處于一種高污染、高消耗、低產(chǎn)出的狀況，資源利用率不足70%[3]。因此，提高農(nóng)作物秸稈飼用率對于節(jié)約資源、保護環(huán)境和促進農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

傳統(tǒng)的動物營養(yǎng)學理論認為，日糧的營養(yǎng)價值是由組成該日糧的各組分加權(quán)求和得出，且飼料營養(yǎng)成分之間是穩(wěn)定的、相互間無影響。隨著生產(chǎn)實踐和試驗研究的深入，發(fā)現(xiàn)飼料各組分的營養(yǎng)價值相加不能說明該日糧的總營養(yǎng)價值，日糧飼料組成之間以及與消化系統(tǒng)之間存在互作效應，從而對日糧的營養(yǎng)價值產(chǎn)生影響。近年來，越來越多的動物營養(yǎng)學家及學者普遍關(guān)注飼料間的組合效應并予以廣泛認同[5-7]。盧德勛[8]對組合效應的概念做出明確定義，即當飼料間的互作使飼料中某種養(yǎng)分的利用率或采食量高于各飼料的加權(quán)值時為正組合效應。

反芻動物由于其特殊的生理功能，比單胃動物能夠更有效地利用秸稈類飼料。作物秸稈價格低廉，富含瘤胃微生物所需的養(yǎng)分，可以作為反芻動物飼料被瘤胃微生物消化利用，為動物機體提供能量和蛋白質(zhì)來源，合理的精、粗飼料配比可以優(yōu)化瘤胃環(huán)境及改善動物生產(chǎn)性能。國內(nèi)外在秸稈類粗飼料的研究、開發(fā)和利用上，主要集中在玉米秸、稻草秸和小麥(Triticumaestivum)秸方面。據(jù)報道，在苜蓿(Medicagosativa)、玉米秸稈與精料補充料的組合研究中，發(fā)現(xiàn)苜蓿添加量為40%、玉米秸稈為20%時表現(xiàn)為最大的組合效應[9]；粗料中60%或80%青貯玉米分別與40%或20%稻草組合產(chǎn)生正組合效應，有利于奶山羊泌乳[10]。當苜蓿青干草分別與小麥秸、馬鈴薯(Solanumtuberosum)秸和油菜(Brassicacampestris)秸均以25∶75的質(zhì)量比組合、苜蓿青干草與蠶豆(Viciafaba)秸以50∶50質(zhì)量比組合時較適宜[11]。此外，還研究提出了全株玉米青貯與花生(Arachishypogaea)蔓和羊草(Leymuschinensis)間、華北駝絨藜(Ceratoidesarborescens)和稻草、龍爪稷(Gramineae)和苜蓿的組合效應[12-14]。但是，缺乏對谷草在營養(yǎng)、飼料特性和飼用方面進行系統(tǒng)研究，有關(guān)谷草、玉米秸稈和玉米秸稈青貯飼料的組合效應未見報道。本試驗旨在研究不同比例玉米秸稈、谷草和玉米秸稈青貯飼料組合對體外產(chǎn)氣量、干物質(zhì)消失率、氨態(tài)氮、微生物蛋白質(zhì)和揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響，篩選出3種秸稈飼料間的適宜搭配比例，為其在反芻動物飼養(yǎng)實踐中科學利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米秸稈(CS)、谷草(MS)和玉米秸稈青貯飼料(CSS)于2015年9月6日采自河北省保定宏達農(nóng)牧業(yè)有限公司，經(jīng)65 ℃干燥制成風干樣，粉碎過20目(0.85 mm)篩，密封保存以備用。參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[15]測定粗蛋白質(zhì)(crude protein，CP)、粗脂肪(ether extract，EE)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)等營養(yǎng)成分(表1)。

1.2 試驗用瘤胃液供體動物

試驗選擇健康狀況良好，體重約550 kg左右的裝有永久性瘤胃瘺管的閹牛3頭， 1.3倍飼養(yǎng)標準水平，精粗比50∶50，日飼喂兩次，自由飲水。

1.3 試驗設(shè)計

采用單因素7水平試驗設(shè)計。玉米秸稈與谷草分別以100∶0，80∶20，60∶40，50∶50，40∶60，20∶80，0∶100的比例進行組合，篩選出玉米秸稈與谷草的最優(yōu)組合后再與玉米秸稈青貯飼料以相同比例進行組合，每個組合3個重復。

表1 玉米秸稈、谷草和玉米秸稈青貯飼料的營養(yǎng)成分(干物質(zhì)基礎(chǔ)) Table 1 Nutrients of cornstalk, millet straw and corn stalk silage (DM basis) %

CS：玉米秸稈 Corn stalk；MS:谷草 Millet straw；CSS：玉米秸稈青貯 Corn stalk silage.下同 The same below.

1.4 人工瘤胃

1.4.1 人工瘤胃裝置 人工瘤胃裝置為美國ANKOM RFS氣體測量系統(tǒng)，該培養(yǎng)系統(tǒng)由帶壓力傳感器的模塊，250 mL的產(chǎn)氣瓶，計算機檢測與分析裝置，微生物培養(yǎng)液(瘤胃液與人工唾液的混合液)以及恒溫培養(yǎng)箱等組成。

1.4.2 人工瘤胃緩沖溶液的配制 厭氧人工瘤胃緩沖液參照Goering等[16]的方法進行配制。取520.2 mL蒸餾水、0.1 mL微量元素溶液(A)、208.1 mL緩沖溶液(B)、208.1 mL常量元素溶液(C)和1.0 mL刃天青溶液(D)，于具塞玻璃瓶中，持續(xù)充入CO2氣體，置于恒溫水浴中預熱至39 ℃待用。臨用前加入62.4 mL還原劑溶液(E)并繼續(xù)充入CO2氣體，直至緩沖液從淡藍色轉(zhuǎn)變?yōu)榻鼰o色即可。

A、B、C、D、E各溶液配制方法如下：

A，微量元素溶液：稱取CaCl2·2H2O 13.2 g，MnCl2·4H2O 10.0 g，CoCl2·6H2O 1.0 g，F(xiàn)eCl3·6H2O 8.0 g于燒杯中，加入蒸餾水溶解并定容至1000 mL。

B，緩沖溶液：稱取NH4HCO34.0 g，NaHCO335.0 g于燒杯中，加入蒸餾水溶解并定容至1000 mL。

C，常量元素溶液：稱取Na2HPO45.7 g，KH2PO46.2 g，MgSO4·7H2O 6 g于燒杯中，加入蒸餾水溶解并定容至1000 mL。

D，刃天青溶液：0.1%(W/V)，稱取0.1 g刃天青，用蒸餾水溶解后定容到100 mL。

E，還原劑溶液(現(xiàn)配現(xiàn)用)：稱取半胱氨酸鹽酸鹽625.0 mg溶解于95 mL蒸餾水中，然后再加入1 mol/L NaOH 4 mL和NaS2·9H2O 625.0 mg，用蒸餾水定容100 mL。

1.4.3 瘤胃液的采集及體外培養(yǎng)程序 瘤胃液的采集：在試驗當天晨飼前采集供體閹牛瘤胃液1000 mL，置于預先通有CO2的保溫瓶中，立即蓋嚴瓶口，迅速帶回實驗室。把供體閹牛的瘤胃液混合均勻后經(jīng)4層紗布擠壓過濾于接收瓶中，置于39 ℃水浴中保存，并持續(xù)充入CO2以確保瘤胃液處于厭氧環(huán)境。

體外培養(yǎng)程序：準確稱量試驗用不同比例組合的秸稈飼料1 g，放入250 mL玻璃產(chǎn)氣瓶中。在試驗當天，首先將其裝有發(fā)酵底物的產(chǎn)氣瓶39 ℃培養(yǎng)60 min，然后取過濾后的瘤胃液與提前配制好的人工瘤胃緩沖液以體積比1∶4混合均勻后，準確置于每個產(chǎn)氣瓶中150 mL邊操作邊通入CO2，最后向每個產(chǎn)氣瓶中再持續(xù)通入CO22 min以保證厭氧環(huán)境，立刻蓋上橡膠塞，擰緊聚乙烯蓋。將接種好的培養(yǎng)瓶放于(39.0±0.5) ℃的水浴搖床中體外培養(yǎng)48 h，同時做空白試驗。

1.5 測定指標及方法

1.5.1 產(chǎn)氣量(gas production，GP)的測定 ANKOM RFS 氣體測量系統(tǒng)可以自動記錄產(chǎn)氣發(fā)酵瓶發(fā)酵產(chǎn)生的壓力，因氣壓能轉(zhuǎn)換成氣體體積，累積產(chǎn)氣量可按照如下公式計算得出：

Vx=VjPpsi×0.068004084

式中：Vx為39 ℃產(chǎn)氣體積(mL)；Vj為產(chǎn)氣瓶頂部空間體積(mL)；Ppsi為氣體測量系統(tǒng)自動記錄的壓力。

記錄培養(yǎng)2，4，8，12，24，36，48 h的產(chǎn)氣量，由各自產(chǎn)氣量以及氣壓進行校正，除去空白發(fā)酵瓶產(chǎn)氣量即為累積產(chǎn)氣量。

1.5.2 體外發(fā)酵參數(shù)的測定 在體外48 h發(fā)酵結(jié)束后，迅速放置碎冰中終止發(fā)酵，立即測定以下指標。

干物質(zhì)消失率(dry matter loss，DML)的測定：用已編號并稱重的尼龍布過濾后，再經(jīng)蒸餾水沖洗產(chǎn)氣瓶數(shù)次直至干凈，以確保產(chǎn)氣瓶內(nèi)無殘留干物質(zhì)，待瘤胃液過濾置于接受瓶中，然后將尼龍布小心無損的轉(zhuǎn)移到烘箱中以65 ℃烘48 h至恒重，計算干物質(zhì)消失率。

飼料干物質(zhì)消失率(%)=[樣本干物質(zhì)量-消化后殘渣干物質(zhì)量]×100/樣本干物質(zhì)量

pH測定：采用UB-7型酸度計。

氨氮(NH3-N)測定：參照馮宗慈等[17]的比色法。

微生物蛋白(MCP)測定：菌體蛋白質(zhì)的分離采用差速離心法。參照Cotta等[18]闡述的方法。

揮發(fā)性脂肪酸(VFA)測定：先對樣品進行預處理，再用安捷倫 7890A 氣相色譜儀(美國)測定體外發(fā)酵結(jié)束后培養(yǎng)液的揮發(fā)性脂肪酸含量[19]。

1.5.3 組合效應的計算 單項組合效應指數(shù)(single factor associative effects index, SFAEI)與綜合組合效應指數(shù)(multiple factors associative effects index, MFAEI)參照王旭[20]所使用的方法計算，具體公式如下：

SFAEI=(組合后實測值-加權(quán)估算值)/加權(quán)估算值加權(quán)估算值=一種飼料的實際測定值×所占比例+另一種飼料的實際測定值×所占比例

MFAEI為各單項組合效應值之和。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

先經(jīng)Excel 2007初步處理試驗數(shù)據(jù)后，再使用SPSS 19.0軟件的一般線性模型進行方差分析，并進行Duncan氏SSR法多重比較。結(jié)果均以“平均值±標準差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米秸稈與谷草的組合效應

2.1.1 不同比例秸稈組合對產(chǎn)氣量的影響 由表2可知，不同比例玉米秸稈與谷草組合的產(chǎn)氣量隨發(fā)酵時間的延長而增加。同一時間點的產(chǎn)氣量隨谷草比例的增加而減少，100∶0的產(chǎn)氣量顯著或極顯著(P<0.05或P<0.01)高于其他各比例組合，發(fā)酵至48 h時，100∶0組合比其他各比例分別提高了1.53%，6.86%，11.05%，16.15%，29.02%和37.03%(P<0.01)。

2.1.2 不同比例秸稈組合對發(fā)酵指標的影響 由表3可知，不同比例玉米秸稈與谷草組合的干物質(zhì)消失率隨玉米秸稈含量的減少而減少，100∶0和80∶20組合顯著高于其余比例組合(P<0.05)；不同組合的pH無顯著性差異(P>0.05)；微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)量隨谷草含量的增加而呈降低趨勢，100∶0和80∶20組合顯著高于其他比例組合(P<0.05)，但在60∶40、50∶50和40∶60組合間差異不顯著(P>0.05)；NH3-N濃度隨谷草比例的增加而降低，變化范圍在17.36～25.26 mg/dL。

由表4可知，乙酸濃度隨谷草比例的增加而呈降低趨勢，100∶0和80∶20組合顯著或極顯著高于其他各比例組合(P<0.05或P<0.01)；丙酸濃度在比例為20∶80時達23.96 mmol/L，為最大值，比例為40∶60和20∶80時高于其他各比例組合；丁酸濃度，單一谷草濃度最低，為6.74 mmol/L，此外在比例為80∶20，60∶40，50∶50，40∶60間差異不顯著(P>0.05)；在總揮發(fā)性脂肪酸上100∶0和80∶20顯著高于其他各比例組合(P<0.05)，而在60∶40，40∶60以及50∶50，20∶80間無顯著性差異(P>0.05)；乙酸/丙酸范圍在1.01～1.95。

表2 不同比例玉米秸稈與谷草組合對體外產(chǎn)氣量的影響Table 2 Effects of different proportion combination of cornstalk and millet straw on gas production in vitro mL/g

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，下同。

Note: Different small letters in the same column indicate significant difference between the treatments (P<0.05), different capital letters mean very significant difference (P<0.01), while same letter in the same column indicate not significant difference between treatments (P>0.05).The same below.

表3 不同比例玉米秸稈與谷草組合對體外發(fā)酵48 h 干物質(zhì)消失率、pH、微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)量及NH3-N濃度的影響Table 3 Effects of different proportion combination of cornstalk and millet straw on dry matter loss, pH, microbial crude protein yield and NH3-N concentration fermented for 48 h in vitro

表4 不同比例玉米秸稈與谷草組合對體外發(fā)酵48 h 揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響Table 4 Effects of different proportion combination of cornstalk and millet straw on volatile fatty acid concentration fermented for 48 h in vitro

2.1.3 玉米秸稈與谷草的組合效應 各飼料組合的組合效應值見表5。產(chǎn)氣量只有20∶80組出現(xiàn)負組合效應，其余比例組合均為正組合效應。不同飼料組合間的干物質(zhì)消失率和微生物蛋白產(chǎn)量均為正組合效應，分別在比例為60∶40和50∶50時達到最高，分別為0.0290和0.0409；pH在 80∶20組合時為正組合效應，其余組合間均為負組合效應；氨態(tài)氮在80∶20，60∶40和50∶50組合出現(xiàn)正組合效應，其余組合為負組合效應；乙酸在80∶20組合出現(xiàn)最大正組合效應值，為0.0306，而丙酸及丁酸分別在比例為20∶80和40∶60時達到最大，分別為0.2113和0.2449。不同組合的綜合組合效應值均為正組合效應，由高到低依次為60∶40，80∶20，40∶60，20∶80和50∶50組合，其效應值分別為0.2730，0.2574，0.2289，0.1750和0.1288。由此而得出，玉米秸稈與谷草的最適宜比例為60∶40。

2.2 最優(yōu)玉米秸稈和谷草組合與玉米秸稈青貯飼料的組合效應

2.2.1 不同比例秸稈組合對體外產(chǎn)氣量的影響 由表6可知， 2 h時，20∶80的產(chǎn)氣量達32.85 mL/g，顯著或極顯著高于其他各比例組合(P<0.05或P<0.01)；4 h時，各比例組合間的產(chǎn)氣量存在先下降后上升的趨勢，在0∶100時產(chǎn)氣量最低，為35.26 mL/g，且在80∶20，60∶40，50∶50和40∶60間差異不顯著(P>0.05)；8 h時，100∶0組合極顯著高于其他各比例組合(P<0.01)，80∶20，60∶40，50∶50和40∶60間差異不顯著(P>0.05)；12和24 h時，100∶0時產(chǎn)氣量分別為79.97 和121.93 mL/g，達到最高值，顯著高于其他各比例組合(P<0.05)，分別比0∶100高5.61%，4.11%；36和48 h時，20∶80產(chǎn)氣量分別為142.16和149.85 mL/g，顯著或極顯著高于其他各比例組合(P<0.05或P<0.01)。

表5 不同比例玉米秸稈與谷草組合的組合效應Table 5 Associative effect of different proportion combination of cornstalk and millet straw

表 6 最優(yōu)玉米秸稈和谷草組合與玉米秸稈青貯飼料的不同比例對產(chǎn)氣量的影響Table 6 Effects of different proportion of the best combination of cornstalk-millet straw and corn stalk silage on gas production mL/g

CS∶MS=60∶40.

2.2.2 不同比例秸稈組合對發(fā)酵指標的影響 由表7可知，組合比例在100∶0和80∶20時，干物質(zhì)消失率顯著或極顯著高于其他各比例組合(P<0.05或P<0.01)；各組合比例pH差異不顯著(P>0.05)；微生物蛋白產(chǎn)量隨玉米秸稈青貯飼料含量的增加呈上升趨勢，0∶100組合達42.50 mg/dL，顯著或極顯著高于其他各比例組合(P<0.05或P<0.01)；比例為40∶60和20∶80時，氨態(tài)氮濃度顯著高于其他各比例(P<0.05)，單一玉米秸稈青貯飼料組(0∶100)的氨態(tài)氮濃度含量較低，為18.30 mg/dL。

由表8可知，乙酸濃度在組合為60∶40時達到最大值，為39.38 mmol/L，與組合為50∶50時差異顯著(P<0.05)，且與其他各比例組合間無顯著差異(P>0.05)；丙酸濃度方面，100∶0，80∶20和60∶40組合間差異不顯著(P>0.05)，但顯著或極顯著高于其他各比例組合(P<0.05或P<0.01)；單一玉米秸稈和谷草組合(100∶0)的丁酸濃度為13.13 mmol/L，顯著或極顯著高于其他組合(P<0.05或P<0.01)，且在其他各組合比例間無顯著性差異(P>0.05)；總揮發(fā)性脂肪酸濃度在60∶40組合時達到最大值，為82.96 mmol/L，變化范圍為68.41～82.96 mmol/L；乙酸/丙酸上，單一玉米秸稈青貯飼料(0∶100)達到最大，為1.89，除比例為20∶80組合外，其余各組合無顯著性差異，范圍在1.11～1.89。因此，最優(yōu)玉米秸稈和谷草組合與玉米秸稈青貯飼料以80∶20，60∶40的比例形成了適宜瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸的環(huán)境。

表7 不同比例最優(yōu)玉米秸稈和谷草組合與玉米秸稈青貯飼料組合的體外培養(yǎng)48 h 干物質(zhì)消失率、pH、微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)量及NH3-N濃度Table 7 Culture medium dry matter loss, pH, microbial crude protein, and NH3-N concentration of the best combination of cornstalk-millet straw and corn stalk silage fermented for 48 h in vitro

CS∶MS=60∶40.

表8 不同比例最優(yōu)玉米秸稈和谷草組合與玉米秸稈青貯飼料組合對體外48 h培養(yǎng)液揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響Table 8 Effects of different proportion of the best combination of cornstalk-millet straw and corn stalk silage on volatile fatty acid concentration in culture medium fermented for 48 h in vitro

CS∶MS=60∶40.

2.2.3 最優(yōu)玉米秸稈和谷草組合與玉米秸稈青貯飼料的組合效應 由表9可知，在產(chǎn)氣量和干物質(zhì)消失率組合效應中，40∶60，20∶80時出現(xiàn)正組合效應，其余比例為負組合效應，其效應值范圍分別在-0.1448～0.0579、-0.0597～0.0030。不同組合的pH在80∶20，60∶40時出現(xiàn)負組合效應，其余組合為正組合效應；微生物蛋白方面，各組合間均為正組合效應，其效應值范圍在0.0107～0.0497，比例為50∶50時存在最大正組合效應，其效應值為0.0497；在氨態(tài)氮濃度方面，40∶60，20∶80時出現(xiàn)正組合效應，其余比例為負組合效應；乙酸、丙酸、丁酸的變化范圍分別在-0.1331～0.0735、0.0215～0.2428、-0.1786～-0.0160。以綜合組合效應指數(shù)進行評定時，比例為20∶80時出現(xiàn)正組合效應，其余各個組合為負組合效應，由此得出最優(yōu)玉米秸稈和谷草組合與玉米秸稈青貯飼料組合后的最佳比例為20∶80。

表 9 最優(yōu)玉米秸稈和谷草組合與玉米秸稈青貯飼料的組合效應Table 9 Associative effect of the best combination of cornstalk-millet straw and corn stalk silage

3 討論

3.1 不同比例秸稈組合對產(chǎn)氣量的影響

飼料發(fā)酵的主要產(chǎn)氣來源為碳水化合物和粗蛋白質(zhì)，當產(chǎn)氣量越大，說明飼料的可發(fā)酵性及瘤胃微生物的活性越高；若飼料中可發(fā)酵成分含量越少，瘤胃微生物的活性越低時，產(chǎn)氣量就越少[21]。不同飼料其可發(fā)酵有機物含量各異，瘤胃能氮平衡決定瘤胃微生物的活力即對有機物的分解能力[12]。本試驗中，因不同飼料組合，其非結(jié)構(gòu)性碳水化合物與碳水化合物比例及其碳水化合物與蛋白質(zhì)比例間有所差異，致使在不同比例組合間的產(chǎn)氣規(guī)律也有所不同。

在玉米秸稈與谷草組合試驗中，不同比例組合的產(chǎn)氣量隨發(fā)酵時間的延長而增加，各比例組合在不同時間點的產(chǎn)氣量隨玉米秸稈含量的減少而減少。原因可能是玉米秸稈所含的可發(fā)酵底物含量高于谷草。再與玉米秸稈青貯飼料組合48 h發(fā)酵結(jié)束后，除100∶0和0∶100組合外，產(chǎn)氣量隨著CSS飼料比例的增加而增加，比例為20∶80時產(chǎn)氣量顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)高于其他各比例組合，這有可能是因為玉米秸稈青貯飼料含有易于發(fā)酵的可溶性碳水化合物對產(chǎn)氣量貢獻較大，但因其發(fā)酵后產(chǎn)生大量乳酸造成酸度增加，進而影響瘤胃微生物活性，當加入20%最優(yōu)玉米秸稈與谷草組合后，能中和其酸度，提高其發(fā)酵能力，所以產(chǎn)氣量相對較高。

3.2 不同比例組合對瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響

干物質(zhì)消失率可反映其被動物消化利用的難易程度。影響干物質(zhì)消失率高低的關(guān)鍵性因素是粗飼料中的纖維種類及其含量，纖維含量適宜，會提高飼料的利用率，但若纖維含量過高，便會降低飼料的利用率[22]。試驗中，玉米秸稈與谷草不同比例組合后，其干物質(zhì)消失率隨玉米秸稈含量的減少而降低。原因可能為玉米秸稈中含有適宜的可消化纖維物質(zhì)，適宜于瘤胃微生物的生長。再與玉米秸稈青貯飼料組合后，比例為100∶0，80∶20時，干物質(zhì)消失率極顯著(P<0.01)高于其他各比例組合，說明80%(玉米秸稈與谷草)與20%玉米秸稈青貯比例搭配有利于體外微生物的發(fā)酵，若再提高玉米秸稈青貯飼料比例會影響微生物對干物質(zhì)的消化。

pH是反映瘤胃發(fā)酵狀況以及瘤胃微生物活性強弱的主要指標之一，范圍在6.0～7.0為正常值。本試驗中，兩組飼料組合的pH范圍分別為6.71～6.81和6.67～6.75，這與Hassanat等[23]研究結(jié)果基本一致，且均在微生物發(fā)酵所需的適宜范圍內(nèi)。Depeters等[24]報道，最適宜纖維素消化分解的pH為6.60～6.81，這就說明本試驗的pH環(huán)境能為微生物提供正常的生長條件，并且有利于纖維分解菌對秸稈類纖維素的消化，生成動物機體所需的揮發(fā)性脂肪酸。

NH3-N濃度可反映日糧蛋白的降解及微生物重新利用其合成菌體蛋白的狀況。濃度過高或過低均不利于微生物生長繁殖的環(huán)境。試驗中兩組飼料組合的NH3-N濃度為17.35～24.63 mg/dL，與文獻報道一致[25-26]。Ortega等[27]和Murphy等[28]研究發(fā)現(xiàn)，NH3-N濃度在6.3～27.5 mg/dL間均適宜于瘤胃微生物的生長，這說明本試驗飼料組合發(fā)酵產(chǎn)生的NH3-N濃度可滿足瘤胃微生物的生長。

微生物蛋白產(chǎn)量可反映瘤胃微生物生長繁殖的快慢和活性的強弱。影響其產(chǎn)量高低的首要因素是能量，只有確保瘤胃中能量與氮源的釋放數(shù)量與速度協(xié)調(diào)一致，才能最大限度的提高微生物蛋白的合成效率。韓正康等[29]報道，NH3-N濃度與微生物蛋白合成速度存在一定相關(guān)性。本研究中，玉米秸稈與谷草的組合試驗中得到相似的結(jié)果，微生物蛋白產(chǎn)量與NH3-N濃度均隨玉米秸稈含量的減少而減少。再與青貯飼料組合時發(fā)現(xiàn)微生物蛋白產(chǎn)量隨其比例的增加而增加，但并非是線性增長，這就說明各比例間存在組合效應。究其原因可能是玉米秸稈青貯飼料能為瘤胃微生物提供更多的發(fā)酵底物，促進了微生物的生長。

碳水化合物在瘤胃中發(fā)酵的主要產(chǎn)物有乙酸、丙酸、丁酸等,是其重要的能量來源[30]。乙酸是合成體脂和乳脂的原料，能為動物提供所需的大部分能量，丙酸是合成葡萄糖的前體，其轉(zhuǎn)化成能量的效率均高于乙酸和丁酸，因此在生產(chǎn)實踐中提高丙酸的比例對肉牛增重影響很大，而丁酸大部分以酮體的形式氧化。試驗中，兩組不同飼料在發(fā)酵結(jié)束后，乙酸產(chǎn)量明顯高于丙酸產(chǎn)量，原因可能是粗飼料含有較多的纖維素和半纖維素，在瘤胃中發(fā)酵會產(chǎn)生相對較高比例的乙酸和比例較低的丙酸，這與Zhang等[31]研究結(jié)果基本一致。反芻動物采食任何日糧，瘤胃內(nèi)乙酸的濃度都是最高的，乙酸、丙酸、丁酸占總揮發(fā)性脂肪酸的比例分別為50%～65%，18%～25%和12%～20%[32]，因此在正常情況下，乙酸/丙酸范圍在2.0～3.6。而本試驗中兩組不同飼料的組合效應中，乙酸/丙酸范圍在1.01～1.95，1.11～1.89。造成這種差異的原因是因為該比值與發(fā)酵底物組成有關(guān)(如底物的精粗飼料比、粗飼料加工程度、碳水化合物種類等)，底物中粗飼料比例越高，發(fā)酵類型越趨于乙酸類型，乙酸/丙酸越高；底物中精飼料水平越高、淀粉含量越高和粗飼料粉碎越細，發(fā)酵類型趨于丙酸類型，乙酸/丙酸越低；在本試驗中，底物雖然全部是不同比例和種類的秸稈類粗飼料，但可能由于粉碎較細(20目篩，0.85 mm)，乙酸/丙酸較低。

3.3 不同比例組合對組合效應的影響

在評定飼料組合效應時，只有結(jié)合多項指標對組合效應結(jié)果進行綜合評定，才能從整體水平上得出更為準確、客觀的結(jié)論。從本試驗中兩組不同飼料的組合效應指數(shù)可以看出，某一項指標的單項組合效應指數(shù)并不一定與綜合組合效應指數(shù)結(jié)果相一致。在玉米秸稈與谷草的組合效應中，以綜合組合效應指數(shù)進行評定時，各比例組合均為正組合效應，比例為60∶40時為最大正組合效應；再與玉米秸稈青貯飼料組合發(fā)酵時的綜合組合效應指數(shù)，除20∶80時出現(xiàn)正組合效應為0.1874，其余比例均為負組合效應。其原因可能是飼料以適宜比例組合后，營養(yǎng)成分間通過互補促進了微生物的生長和對飼料養(yǎng)分的消化。本試驗結(jié)果與于騰飛等[33]對花生蔓和4種粗飼料間組合效應的研究發(fā)現(xiàn)相一致。

4 結(jié)論

本試驗條件下，玉米秸稈與谷草，最優(yōu)比例為60∶40，再與玉米秸稈青貯飼料組合后的最優(yōu)比例為20∶80，因此玉米秸稈、谷草、玉米秸稈青貯飼料的最優(yōu)比例為12∶8∶80。

References：

[1] Li S S, Dong H R, Li X,etal. Analysis of the utilization of agricultural crops straws and influence factors in Hebei Province. Heilongjiang Animal Husbandry and Veterinary, 2015, (3): 6-8. 李珊珊, 董海榮, 李霞, 等. 河北省農(nóng)作物秸稈利用現(xiàn)狀及其影響因素分析. 黑龍江畜牧獸醫(yī), 2015, (3): 6-8.

[2] Wang H Q. The ministry of agriculture organization had completed the first special investigation of national crop straw resource. Rural Know-all, 2011, (3): 10. 王洪芹. 農(nóng)業(yè)部組織完成首次全國農(nóng)作物秸稈資源專項調(diào)查. 農(nóng)村百事通, 2011, (3): 10.

[3] Jiang P. The nutrient trait of straw feed and its utilization. Sichuan Animal and Veterinary Sciences, 2004, 31(11): 24-25. 江平. 秸稈飼料的營養(yǎng)特點及利用. 四川畜牧獸醫(yī), 2004, 31(11): 24-25.

[4] Guo Y Q, Zhang Y J, Cheng S Y,etal. The nutritional characteristics, development and utilization of millet straw. Henan Journal of Animal Husbandry and Veterinary Medicine, 2009, 30(12): 31-32. 郭勇慶, 張英杰, 程善燕, 等. 谷草的營養(yǎng)特點及開發(fā)利用. 河南畜牧獸醫(yī), 2009, 30(12): 31-32.

[5] Lu D X. Animal’s self-regulation theory and its application. Inner Mongolia Animal Husbandry Science, 1995, 1: 1-10. 盧德勛. 動物機體自我調(diào)控理論及其應用.內(nèi)蒙古畜牧科學, 1995, 1: 1-10.

[6] Liu J X, Susenbeth A, Stidekum K H.Invitrogas production measurements to evaluate interactions between untreated and chemically treated ricestraws, grass hay, and mulberry leaves. Journal of Animal Science, 2002, (80): 517-524.

[7] Wu Y M, Liu J X. The research progress of associative effect between ruminant feed. Animal Husbandry and Veterinary, 2002, (34): 113-117. 吳越明, 劉建新. 反芻動物飼料間組合效應的研究進展. 畜牧與獸醫(yī), 2002, (34): 113-117.

[8] Lu D X. Associative effect of feed[M]//Zhang Z Y. Chinese Feed Science. Beijing: China Agriculture Press, 2000. 盧德勛. 飼料的組合效應[M]//張子儀. 中國飼料學. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000.

[9] Yang L. Study on the Associative Effects of Alfalfa, Cornstalk and Concentrate Supplement in Cattle Diets[D].Changchun: Jilin Agricultural University, 2007. 楊麗. 肉牛日糧中苜蓿、玉米秸稈、精料補充料組合效應研究[D]. 長春: 吉林農(nóng)業(yè)大學, 2007.

[10] Tang S Y. Evaluation of Associative Effects between Corn Silage and Rice Straw[D]. Haerbin: Northeast Agricultural University, 2009. 唐賽涌. 青貯玉米和稻秸之間的組合效應研究[D]. 哈爾濱: 東北農(nóng)業(yè)大學, 2009.

[11] Cui Z H, Liu S J, Chai S T,etal. Evaluation of associate effects of alfalfa greenhay and crops straws in qinghai plateau. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2012, 21(2): 146-152. 崔占鴻, 劉書杰, 柴沙駝, 等. 青海高原苜蓿青干草與農(nóng)作物秸稈組合效應評價. 西北農(nóng)業(yè)學報, 2012, 21(2): 146-152.

[12] Sun G Q, Lv Y Y, Zang J J. A study on the associative effect of whole corn silage-peanut vine andLeymuschinensisby rumen fermentationinvitro. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(3): 224-231. 孫國強, 呂永艷, 張杰杰. 利用體外瘤胃發(fā)酵法研究全株玉米青貯與花生蔓和羊草間的組合效應. 草業(yè)學報, 2014, 23(3): 224-231.

[13] Qiu X, Wang X G, Liu Y H,etal. The feeding effects of sunit lamb using different forage combinations in desert steppe. Animal Husbandry and Feed Science, 2012, (C2): 104-107. 邱曉, 王曉光, 劉亞紅, 等. 荒漠草原區(qū)不同飼草組合對蘇尼特羔羊飼喂效果研究. 畜牧與飼料科學, 2012, (C2): 104-107.

[14] Kiran D, Krishnamoorthy U. Rumen fermentation and microbial biomass synthesis indices of tropical feedstuffs determined by theinvirtogas production technique. Animal Feed Science and Technology, 2007, 134(1/2): 170-179.

[15] Zhang L Y. Technique of Feed Analysis and Quality Testing[M]. Beijing: China Agricultural University Press, 2010: 45-63. 張麗英. 飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學出版社, 2010: 45-63.

[16] Goering H K, VanSoest P J. Forage Fiber Analysis (apparatus, reagents, procedures and some applications)[M]. U. S. Government Printing Office: Washington, DC. USDA-ARS Agricultural Handbook, 1970: 379.

[17] Feng Z C, Gao M. The colorimetry method improvement of rumen ammonia nitrogen content is determined. Inner Mongolia Animal Husbandry Science, 1993, (4): 40-41. 馮宗慈, 高民. 通過比色法測定瘤胃液氨氮含量方法的改進. 內(nèi)蒙古畜牧科學, 1993, (4): 40-41.

[18] Cotta M A, Russell J R. Effect of peptides and amino acids on efficiency of rumen bacterial protein synthesis in continuous culture. Journal of Dairy Science, 1982, 65: 226-234.

[19] Wang J Q. The Research Methods of Ruminant Nutrition[M]. Beijing: Modern Education Press, 2011. 王加啟. 反芻動物營養(yǎng)學研究方法[M]. 北京: 現(xiàn)代教育出版社, 2011.

[20] Wang X. A Technique for Formulation of Mixed Forages by Grading Index and Systematic Optimization of Sheep Ration based on the Technique[D]. Hohhot: Inner Mongolia Agriculture University, 2003. 王旭. 利用GI 技術(shù)對粗飼料進行科學搭配及綿羊日糧配方系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)的研究[D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學, 2003.

[21] Lei D Z, Jin S G, Wuren T N. Evaluation of the association effects of same concentration and different forages by gas production methodinvitro. Feed Industry, 2009, 30(3): 30-33． 雷冬至, 金曙光, 烏仁塔娜. 用體外產(chǎn)氣法評價不同粗飼料與相同精料間的組合效應. 飼料工業(yè), 2009, 30(3): 30-33．

[22] Xue H F, Meng Q X. Recent nutritional advances of neutral detergent fiber in dairy cow. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2008, (1): 454-458. 薛紅楓, 孟慶翔. 奶牛中性洗滌纖維營養(yǎng)研究進展. 動物營養(yǎng)學報, 2008, (1): 454-458.

[23] Hassanat F, Gervais R, Massé D,etal. Methane production, nutrient digestion, ruminal fermentation, N balance, and milk production of cows fed timothy silage- or alfalfa silage-based diets. Journal of Dairy Science, 2014, 97(10): 6463-6474.

[24] Depeters E J, Bath D L. Canola meal vensus cottonseed meal as the protein supplement in dairy diets. Journal of Dairy Science, 1986, 69: 148-154.

[25] Zhang J J. Study on Modelling of Forage Grading Index Parameters and Associative Effects in Mixed Forages[D]. Hohhot: Inner Mongolia Agriculture University, 2004. 張吉鵑. 粗飼料分級指數(shù)參數(shù)的模型變化及粗飼料科學搭配的組合效應研究[D]. 呼和浩特: 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學, 2004.

[26] Hoover W H. Chemical factors involved in ruminal fiber digestion. Journal of Dairy Science, 1986, 69: 2755-2766.

[27] Ortega M E, Stern M D, Satte L D. The effect of rumen ammonia concentrate on dry matter disappearence in situ. Journal of Dairy Science, 1979, 62(Suppl. I): 76.

[28] Murphy J J, Kennelly J J. Effect of protein concentrate and protein source on the degradability of dry matter and protein in situ. Journal of Dairy Science, 1987, 70: 1841-1849.

[29] Han Z K, Chen J. The Rumen Digestion and Metabolism of Ruminant[M]. Beijing: Science Press, 1988: 16-80. 韓正康, 陳杰. 反芻動物瘤胃的消化和代謝[M]. 北京: 科學出版社, 1988: 16-80.

[30] Hu W L. The Research of Saponins on Rumen Fermentation and Methane Production and Animal Production Performance Impact[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2005. 胡偉蓮. 皂甙對瘤胃發(fā)酵與甲烷產(chǎn)量及動物生產(chǎn)性能影響的研究[D]. 杭州: 浙江大學, 2005.

[31] Zhang S J, Chaudhry A S, Osman A. Associative effects of ensiling mixtures of sweet sorghum and alfalfa on nutritive value, fermentation and methane characteristics. Animal Feed Science and Technology, 2015, 206: 29-38.

[32] Li J G, An Y F. The Standardization Production Technology of Dairy Cattle[M]. Beijing: China Agriculture University Press, 2003: 105. 李建國, 安永福. 奶牛標準化生產(chǎn)技術(shù)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學出版社, 2003: 105.

[33] Yu T F, Zang J J, Sun G Q. Associative effects of peanut vine and four kinds of roughages. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2012, 24(7): 1246-1254. 于騰飛, 張杰杰, 孫國強. 花生蔓與4種粗飼料間組合效應的研究. 動物營養(yǎng)學報, 2012, 24(7): 1246-1254.

Associative effects of cornstalk, millet straw, and corn stalk on silage digestibilityinvitro

LI Yan1**, HAN Xiao-Min2**, LI Jian-Guo2, LI Qiu-Feng2, GAO Yan-Xia2, CAO Yu-Feng2*, LI Yun-Qi2

1.CollegeofVeterinaryMedicine,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding071001,China; 2.CollegeofAnimalScienceandTechnology,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding071001,China

We investigated the associative effects of cornstalk (CS), millet straw (MS), and corn stalk silage (CSS) on silage digestibility using aninvitrorumen fermentation system. A single factor experiment was designed with CS and MS to identify the best CS-MS combination, then CSS was added in combination with CS-MS. First, CS and MS were tested at ratios of 100∶0, 80∶20, 60∶40, 50∶50, 40∶60, 20∶80 and 0∶100, with three replicates. Gas production (GP), rate of dry matter loss (DML), pH, microbial crude protein (MCP), ammonia nitrogen (NH3-N), and volatile fatty acids (VFA) were measured for all the CS-MS combinations, and the single factor associative effects index and multiple factors associative effects index of different combinations were calculated. The results showed that GP and DML differed among the various combinations significantly (P<0.05) or extremely significantly (P<0.01). However, pH did not differ among the various combinations (P>0.05). The MCP yield differed significantly (P<0.05) or extremely significantly (P<0.01) among the different CS-MS combinations. The MCP yields of CS-MS combinations decreased with decreasing proportions of CS, while the MCP yields of the CS-MS-CSS (CS∶MS=60∶40) combinations increased with increasing proportions of CSS. There were significant (P<0.05) or extremely significant (P<0.01) differences in NH3-N concentrations among the various combinations, ranging from 17.35 mg/dL to 24.63 mg/dL. There were significant (P<0.05) or extremely significant differences (P<0.01) of VFA yield among the various combinations. In conclusion, the CS-MS ratio of 60∶40 and the CS-MS-CSS combination at the ratio of 12∶8∶80 produced the largest associative effects in this study.

cornstalk; millet straw; corn stalk silage; associative effects;invitro

10.11686/cyxb2016276

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-07-14；改回日期：2016-09-07

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201503134)，河北省科技計劃項目(16226604D)和國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金資助。

李妍(1987-)，女，河北保定人，博士。E-mail: 239662307@qq.com。韓肖敏(1989-)，女，河北邯鄲人，碩士。E-mail:1031307070@qq.com.**共同第一作者These authors contributed equally to this work.*通信作者Corresponding author. E-mail：cyf278@sohu.com

李妍, 韓肖敏, 李建國, 李秋鳳, 高艷霞, 曹玉鳳, 李運起. 體外法評價玉米秸稈、谷草和玉米秸稈青貯飼料組合效應研究. 草業(yè)學報, 2017, 26(5): 213-223.

LI Yan, HAN Xiao-Min, LI Jian-Guo, LI Qiu-Feng, GAO Yan-Xia, CAO Yu-Feng, LI Yun-Qi. Associative effects of cornstalk, millet straw, and corn stalk on silage digestibilityinvitro. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(5): 213-223.