體外產氣法評價青海高原反芻家畜常用粗飼料組合效應

崔占鴻，劉書杰，郝力壯，張曉衛，趙月平

(青海省放牧家畜營養與生態國家重點實驗室培育基地 青海省高原放牧家畜動物營養與飼料科學重點實驗室 青海高原牦牛研究中心 青海省畜牧獸醫科學院，青海 西寧 810016)

牦牛作為青海高原地區的優勢畜種，主要以放牧為主，利用高寒草地天然牧草為農牧民提供生產和生活資料。但由于青海高原草地的冷季(7個月)時間相對較長，草地牧草產量低，營養價值下降明顯，無法滿足該地區冷季反芻家畜自身的營養需要量，致使家畜掉膘明顯甚至死亡。如何充分發揮并利用當地的飼草料資源優勢，科學地進行反芻家畜的營養平衡補飼是解決這一問題的根本所在。同時，研究已證實在飼養體系中，飼草料間存在著廣泛的正負組合效應[1-6]。飼料間的負效應會顯著降低配合飼料的有效能值，極大地影響營養物質的消化吸收和動物生長。青貯玉米(Zeamays)秸稈、苜蓿(Medicagosativa)青干草和燕麥(Arrhenatherumelatius)青干草作為青海高原反芻家畜主要的補飼飼草資源，已被廣泛地使用，但對其搭配的組合效應尚未進行研究與分析。因此，本研究對該地區反芻家畜營養補飼用的3種常用粗飼料間的組合效應進行研究與分析，旨在為反芻家畜的粗飼料合理利用提供科學的理論指導，以最大限度地發揮反芻家畜的生產性能，提高畜牧業生產效益，促進青海高原草地生態畜牧業的發展。

1 研究材料與方法

1.1試驗地點 在青海省高原放牧家畜動物營養與飼料科學重點實驗室進行。

1.2試驗材料及設備 試驗選用的青貯玉米秸稈、苜蓿青干草、燕麥青干草3種粗飼料采自青海省西寧市周邊農區規?；B殖場。樣品采集后在65 ℃下烘干，粉碎過0.45 mm篩，室溫下保存待測。按實驗室常規分析法進行常規營養成分干物質(DM)、粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)、中性洗滌可溶物(NDS)、半纖維素(HC)、有機物(OM)、粗灰分(Ash)等含量的測定。

分析天平(精確度為0.000 1)、人工瘤胃培養箱、分液裝置(由德國生產，用于培養液的分裝，分裝范圍從0～60 mL，最小刻度為1 mL)、CO2氣體(純度為99.999 9%,作為進行厭氧條件產生和維持的氣源)、恒溫及磁力攪拌裝置、玻璃注射器培養管、保溫瓶(用于采集瘤胃液)等。

1.3試驗設計與操作

1.3.1發酵底物及試驗分組 3種粗飼料分別按100∶0、25∶75、50∶50、75∶25和0∶100五個比例兩兩組合，各組合搭配及營養成分詳見表1，體外發酵底物220 mg，每個比例設3個重復；同一批次培養中設定空白組，即為沒有發酵底物，僅有瘤胃液和培養液，作為產氣量校正。

1.3.2瘤胃液收集 選擇3頭健康、體質量接近且安裝有永久性瘤胃瘺管的成年牦牛作為瘤胃液供體，飼養水平為1.5倍的維持水平，以小麥秸稈為基礎粗飼料，日糧精粗比為30∶70，單獨飼喂，每天8:00和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，并迅速帶回實驗室。

1.3.3培養液配制 采用Menke和Steingass[7]的方法準備人工瘤胃營養液，并將營養液與瘤胃液以體積比為2∶1的比例混合。人工瘤胃營養液由常量元素溶液、微量元素溶液、緩沖液、指示劑溶液、還原劑溶液配成(表2)。

1.3.4產氣量測定 向培養管加入人工瘤胃培養液30 mL，放置到培養箱中開始培養時計時，在2、4、6、8、12、14、16、24、30、36、48 h各時間點取出培養管并快速讀數記錄。當到某一時間點讀數超過60 mL時，在讀數后及時排氣并記錄排氣后的刻度值。待飼料在體外培養48 h后，將培養管(注射器)分別取出放入冰水中使其停止發酵。

表1 單一粗飼料及其組合的營養成分 %

表2 人工瘤胃營養液各單一溶液配方

1.4測定指標及計算方法

(1)產氣量計算：

產氣量(mL)=該時間段內培養管氣體產生量(mL)-對應時間段內空白管氣體平均產生量(mL)。

(2)組合效應計算：

加權估算值=A飼料實測值產氣量×A飼料配比+B飼料實測值×B飼料配比。

式中，實測值為實際測定的樣品產氣量(mL)。

(3)產氣動力學數據計算：

根據不同時間點的產氣量，采用Gompertz模型公式：

GP=Aexp{-exp[1+be/A(tLag-t)]}。

式中，GP為時間t的產氣量(mL)，A表示理論最大產氣量(mL)；b表示產氣速率常數(mL/h)，tLag表示體外發酵產氣延滯時間(h)，e為歐拉常數，t表示產氣時間點(h)，本研究中為0～48 h。

1.5試驗數據處理 采用Excel 2003和SAS 9.1統計軟件進行數據整理與分析。

2 結果

2.1單一粗飼料體外發酵產氣營養特性 不同時間點累積產氣量和理論最大產氣量均以青貯玉米秸稈最高，苜蓿青干草次之，燕麥青干草最低，三者之間的差異極顯著(P<0.01)；產氣速率則表現為苜蓿青干草最高，青貯玉米秸稈次之，燕麥青干草為最低，三者之間表現為差異極顯著(P<0.01)；產氣延滯時間以燕麥青干草最高，其次為苜蓿青干草，青貯玉米秸稈為最低，且燕麥青干草與后兩者之間差異極顯著(P<0.01)，苜蓿青干草與青貯玉米秸稈間差異不顯著(P>0.05)(表3)。

表3 單一粗飼料產氣量及模型參數

2.2不同比例粗飼料組合的體外產氣量及模型參數變化 青貯玉米秸稈與苜蓿青干草或燕麥青干草的組合中，理論最大產氣量均以青貯玉米秸稈占75%為最高，青貯玉米秸稈占25%為最低，且各組合間差異顯著(P<0.05)；苜蓿青干草與燕麥青干草組合中，以苜蓿青干草占75%為最高，25%為最低，且各組合間差異顯著(P<0.05)，且不同時間點的累計產氣量隨苜蓿青干草在組合粗料中所占比例的增加而上升，理論最大產氣量也表現類似的趨勢(表4)。

從產氣速率看，青貯玉米秸稈與苜蓿青干草組合時，產氣速率以青貯玉米秸稈占25%時最大，且與其他兩個比例組合的差異顯著(P<0.05)；青貯玉米秸稈與燕麥青干草組合時，產氣速率以青貯玉米秸稈占75%時最大，且各組合間差異顯著(P<0.05)，這與其理論最大產氣量的變化相一致；苜蓿青干草與燕麥青干草組合時，產氣速率以苜蓿青干草占75%時最大，且各組間差異顯著(P<0.05)，這與其理論最大產氣量的變化相一致(表4)。

從產氣延滯時間看，青貯玉米秸稈與苜蓿青干草組合時，隨著青貯玉米秸稈比例的升高，延滯時間逐漸減小，且組合后其產氣延滯時間均比單一粗飼料略有降低；青貯玉米秸稈與燕麥青干草組合時，以青貯玉米秸稈占25%的產氣延滯時間最高，顯著高于其他兩個比例組合(P<0.05)；苜蓿青干草與燕麥青干草組合時，以苜蓿青干草占25%的產氣延滯時間最高，但各組合間無顯著差異(P>0.05)，且組合后其產氣延滯時間均比單一粗飼料降低(表4)。

表4 不同粗飼料組合不同時間點的累積產氣量及模型參數

2.3不同粗飼料組合發酵的產氣量組合效應 青貯玉米秸稈、苜蓿青干草和燕麥青干草兩兩組合后，除青貯玉米秸稈與燕麥青干草組合中，青貯玉米秸稈占25%和75%時出現負組合效應外，其余比例組合時均表現在體外發酵產氣量產生不同程度的正組合效應(表5)。其中，青貯玉米秸稈與苜蓿青干草組合時，各組合均產生正組合效應，當青貯玉米秸稈占25%時，正組合效應最大，且3個組合比例在24 h時表現為差異顯著(P<0.05)，36和48 h時表現為差異極顯著(P<0.01)；青貯玉米秸稈與燕麥青干草組合時，當青貯玉米秸稈占25%和75%時，不同發酵時間點均產生負組合效應，而青貯玉米

表5 不同粗飼料組合發酵的產氣量組合效應

秸稈占50%時，可產生正組合效應，且與其余兩個組合比例的差異極顯著(P<0.01)；苜蓿青干草與燕麥青干草組合時，各組合比例均產生正組合效應，以苜蓿草占25%時，12 h時的正組合效應表現為最大(P<0.01)，以苜蓿草占50%時，36 h時的正組合效應表現為最大(P<0.05)，3個組合比例在48 h時的正組合效應無顯著差異(P>0.05)?？傮w來看，隨著發酵時間的延長，各組合均呈現組合效應量逐漸減弱的變化趨勢；且青貯玉米秸稈與苜蓿青干草以25∶75比例，青貯玉米秸稈與燕麥青干草以50∶50比例，苜蓿青干草與燕麥青干草以25∶75或50∶50比例組合時的正組合效應較優(表5)。

2.4體外產氣量及發酵參數與飼草養分間的相關性 理論最大產氣量、48 h產氣量分別與中性洗滌可溶物/粗蛋白(P<0.001)、有機物(P<0.01)和中性洗滌可溶物(P<0.05)呈正相關關系，而分別與酸性洗滌纖維(P<0.001)、中性洗滌纖維(P<0.05)和粗蛋白(P<0.05)呈負相關關系；產氣速率常數分別與有機物(P<0.001)、中性洗滌可溶物(P<0.001)和中性洗滌可溶物/粗蛋白(P<0.01)呈正相關關系，而分別與酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維均呈極顯著負相關關系(P<0.01)；產氣延滯時間分別與酸性洗滌纖維(P<0.01)、中性洗滌纖維(P<0.05)呈正相關關系，而分別與有機物(P<0.01)、中性洗滌可溶物(P<0.05)和中性洗滌可溶物/粗蛋白(P<0.05)呈負相關關系(表6)。

表6 48 h產氣量及發酵參數與飼草養分間的相關性

3 討論

3.1不同粗飼料的體外發酵產氣營養特性 青貯玉米秸稈、燕麥青干草、苜蓿青干草不同時間的產氣量和理論最大產氣量以青貯玉米秸稈最高，以燕麥青干草最低，苜蓿青干草介于二者之間；產氣速率則表現為苜蓿青干草最高，青貯玉米秸稈次之，以燕麥青干草最低；產氣延滯時間以燕麥青干草最高，其次為苜蓿青干草，以青貯玉米秸稈為最低。動物飼料在體外發酵45～52 h時，對其體內消化率的預測值最高[8]。根據這一結論，如果發酵48 h后的產氣量與體內消化率成一定比例，則青貯玉米秸稈的消化率分別比苜蓿青干草和燕麥青干草高27.5%和94.8%，苜蓿青干草的消化率比燕麥青干草高52.8%。從營養物質含量來看，酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維和半纖維素的含量表現為燕麥青干草較高，青貯玉米秸稈次之，苜蓿青干草最低，中性洗滌可溶物和有機物的含量表現為苜蓿青干草較高，青貯玉米秸稈次之，燕麥青干草最低，這與本研究中理論最大產氣量和48 h產氣量與中性洗滌可溶物/粗蛋白、有機物和中性洗滌可溶物呈極顯著或顯著正相關，與酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維呈極顯著或顯著負相關的結果相一致。玉米秸稈進行青貯加工處理后，其營養成分含量和消化率較明顯提高[9]，這可能是導致青貯玉米秸稈消化率較高的主要原因。

本研究中，48 h產氣量和理論最大產氣量與中性洗滌可溶物/粗蛋白、有機物均呈極顯著正相關關系，與酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維呈顯著負相關關系，產氣速率常數也呈現相似的相關性；產氣延滯時間則呈現相反的相關性，表現為與有機物、中性洗滌可溶物/粗蛋白呈極顯著或顯著的負相關關系，與酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維呈顯著正相關關系，這一結果與湯少勛等[10]采用體外發酵產氣技術研究不同品種牧草間組合時體外產氣發酵特性的結果相一致，說明組合牧草體外發酵產氣程度主要受非結構性碳水化合物與粗蛋白比例的影響。

3.2粗飼料的科學合理利用 飼草和飼料是家畜生長、發育的物質基礎，對反芻家畜而言，提供一定數量、優質的粗飼料是保證其健康生長、高效生產的關鍵所在。本研究表明，3種粗飼料兩兩組合時，除青貯玉米秸稈與燕麥青干草以25∶75比例搭配組合時出現負組合效應外，其余比例組合時均在體外發酵產氣量上表現出不同程度的正組合效應；青貯玉米秸稈與苜蓿青干草以25∶75比例，青貯玉米秸稈與燕麥青干草以50∶50比例，苜蓿青干草與燕麥青干草以25∶75或50∶50比例組合時較為合適。隨著發酵時間的延長，各組合均呈現組合效應量逐漸減弱的變化趨勢，可能是隨著發酵的延長，飼草組合發酵底物營養成分逐漸消耗而減少或缺乏引起的[11-12]；此外，隨發酵時間的延長，微生物發酵所產生的副產物不能及時排出，可能在一定程度上對微生物的進一步發酵產生負面影響，導致可發酵物質的降解速率較低，組合效應程度下降。

從營養成分來看，3種粗飼料不同比例兩兩組合后較單一粗飼料的營養成分比例更合理，不同粗飼料組合使得營養成分組成更加平衡，如青貯玉米秸稈與苜蓿青干草組合、苜蓿青干草與燕麥青干草組合可有效平衡單一粗飼料碳、氮不平衡的缺陷，從而提供給反芻家畜瘤胃微生物生長所需的適宜碳氮比例的營養源，提高粗飼料尤其是低質粗飼料在瘤胃內的降解率或消化率，且當粗飼料經優化處理后再進行組合，有可能使組合效應更明顯[13]。因此，針對當前飼草料資源緊缺的實際，做好粗飼料的科學組合搭配和充分高效的利用，對高寒草地生態保護和畜牧業可持續發展具有積極的促進作用。

4 結論

3種粗飼料兩兩組合搭配時，青貯玉米秸稈與苜蓿青干草以25∶75比例、青貯玉米秸稈與燕麥青干草以50∶50比例、苜蓿青干草與燕麥青干草以25∶75或50∶50比例組合時較為合適，且隨著發酵時間的延長，各組合均呈現組合效應量逐漸減弱的變化趨勢。因此，做好粗飼料的科學組合搭配是提高青海高原反芻家畜生產性能和飼草利用率的重要技術手段。

致謝：誠摯感謝碩士生張勝權和刁波在體外培養試驗過程中給予的工作協助。

[1]譚支良,盧德勛.提高粗飼料利用效率的系統組合營養技術及其組合效應的研究進展[J].飼料博覽,1999,11(7):6-10.

[2]張吉鹍.粗飼料分級指數參數的模型化及粗飼料科學搭配的組合效應[D].呼和浩特：內蒙古農業大學,2004：1-142.

[3]段志勇.反芻動物日糧中淀粉與纖維的組合效應及其機理的研究[D].杭州：浙江大學,2006：1-112.

[4]布同良.體外產氣法評定青貯玉米、羊草和苜蓿之間的組合效應[D].杭州：浙江大學,2006：1-45.

[5]孫獻忠.羊常用飼草的能量價值評定及其組合效應研究[D].北京：中國農業科學院,2007：1-68.

[6]雷冬至,金曙光,烏仁塔娜.用體外產氣法評價不同粗飼料與相同精料間的組合效應[J].飼料工業,2009,30(3):30-33.

[7]Menke K H,Steingass H.Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen flued[J].Animal Research and Development,1988(28):47-55.

[8]Prasad C S,Wood C D,Sampath K T.Use of in- vitro gas production to evaluate rumen fermentation of untreated and urea-treated finger millet straw (Eleusinecoracana) supplemented with different levels of concentrate[J].Journal Science of Food and Agriculture,1994,65:457-464.

[9]劉桂要,楊云貴,曹社會,等.玉米秸稈和4種玉米青貯飼料的營養差異性分析[J].西北農林科技大學·自然科學版,2009,37(4):76-80.

[10]湯少勛,姜海林,周傳社,等.豆科和蓼科牧草的組合發酵特性研究[J].草業學報,2005,14(5):59-65.

[11]陽伏林,丁學智,史海山,等.苜蓿干草和秸稈組合體外發酵營養特性及其利用研究[J].草業科學,2008,25(3):61-66.

[12]Liu J X,Susenbeth A,Sudekum K H.In vitro gas production measurements to evaluate interactions between untreated and chemically treated rice straws,grass hay,and mulberry leaves[J].Journal of Animal Science,2002,80:517-524.

[13]周傳社,湯少勛,姜海林,等.農作物秸稈體外發酵營養特性及其組合利用研究[J].應用生態學報,2005,16(10):1862-1867.