黃土高原丘陵溝壑區3種裹包青貯的肉羊瘤胃體外發酵性能

張 霞，高宏元,2，王虎成

（1. 蘭州大學草地農業生態系統國家重點實驗室 / 蘭州大學農業農村部草牧業創新重點實驗室 / 蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020；2. 蘭州大學草地農業教育部工程研究中心，甘肅 蘭州 730020）

近年來，我國畜牧業迅速發展，粗飼料在反芻動物飼糧中的占比增大，是動物機體與微生物互作的養分供應者[1-2]。拉伸膜裹包技術已在國內外廣泛應用[3-5]，其成品具有運輸便捷、市場流通迅速、存放時間長等優點。此外，苜蓿(Medicago sativa)、燕麥 (Avena sativa)、玉米 (Zea mays)裹包青貯等優質飼草是我國建植栽培草地和黃土高原丘陵溝壑區進行飼草生產的主要資源，亦是反芻動物養殖的主要粗飼料，充分利用優質飼草(玉米、燕麥、苜蓿青貯等)作為飼草資源，將有助于緩解草畜矛盾、促進養殖業的發展。因此，研究裹包青貯為主的優質飼料在反芻動物瘤胃發酵情況，對其在反芻動物生產應用中具有一定的科學意義。王立明等[6]比較了幾種主要粗飼料的瘤胃降解特性發現：不同粗飼料在奶牛瘤胃中的降解規律為苜蓿的干物質(dry matter, DM)和粗蛋白(crude protein, CP)降解率最高，玉米秸稈最低；中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)降解率為全株玉米青貯最高；玉米黃貯、羊草和全株玉米青貯的(aciddetergent fiber, ADF)瘤胃有效降解率較高，玉米秸稈和苜蓿較低；桑丹等[7]通過奶牛體外發酵試驗比較了燕麥干草、青貯玉米及谷草對瘤胃發酵調控的影響，表明燕麥干草的發酵參數、體外消化率及產氣量均高于青貯玉米和谷草，在奶牛瘤胃中被利用比例大，對瘤胃發酵的調控更加有利；高巍等[8]對玉米秸青貯與黃貯及苜蓿干草的體外動態消化研究研究結果表明，3種飼料經72 h發酵后對瘤胃液的pH沒有顯著影響，但對發酵終產物揮發性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)的摩爾百分比有影響。目前多數研究集中在對裹包青貯飼草(玉米、燕麥、苜蓿裹包青貯)營養成分的比較，但有關裹包玉米、苜蓿和燕麥青貯作為粗飼料對肉羊體外瘤胃發酵影響方面的研究鮮有報道。為此，本研究選用黃土高原丘陵溝壑區推廣應用的裹包玉米、燕麥、苜蓿青貯為試驗材料，利用體外產氣法評價3種裹包青貯飼草的肉羊體外瘤胃發酵性能，皆在為該研究區幾種優質青貯飼草的飼用價值及合理搭配做初步探究，為科學高效的肉羊養殖提供理論依據和科技支撐，對生產實踐具有理論指導的意義。

1 材料與方法

1.1 青貯飼草樣品及營養水平分析

試驗所用飼草為裹包玉米、苜蓿、燕麥青貯，均購自甘肅民祥牧草有限公司，采集的鮮樣經凍干機凍干后制成粉樣，以備常規化學成分分析與體外產氣試驗。按照實驗室常規方法[9]，測定飼草的營養組成，包括粗蛋白(crude protein, CP)、粗脂肪(ether extract, EE)、粗灰分(Ash)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)和中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF) (表 1)。

表 1 不同裹包青貯的營養組成Table 1 Nutrient composition of different wrapped silage

1.2 瘤胃液供體動物及瘤胃液采取

于定西市祥泰養殖場選取3只健康狀況良好，體重約30 kg的小尾寒羊作為瘤胃液供體動物。試驗期間舍飼群養，試驗開始前作驅蟲處理，保持圈內清潔干燥，定期進行消毒。日糧配制參照中國肉羊飼養標準(2004)；每天飼喂兩次(09:00和19:00)，自由飲水。

晨飼前，用瘤胃液采集器經口腔采集瘤胃液，迅速裝入充滿CO2的密閉容器，并39 ℃保溫，盡快帶回實驗室。把取得的瘤胃液經四層紗布過濾，得到濾液，并與人工唾液以體積比1∶2混合，39 ℃恒溫，用磁力攪拌器攪拌，同時通入CO2，得到人工瘤胃液。其中人工唾液的配制采用Menke的方法[10]，然后將其置于39 ℃磁力攪拌器上不斷攪拌，同時通入CO2(需通入底部)，直至溶液呈還原狀態，在液面以上持續通入CO2確保厭氧。

1.3 瘤胃體外發酵試驗

在玻璃注射培養器活塞前端1/3處均勻涂抹凡士林。稱取0.400 0 g處理好的青貯飼草樣品，加入54 μm (300目)的自制尼龍袋(長5 cm、寬2 cm)，每個尼龍袋中加入9 g左右的玻璃珠，并密封。每個樣品3個重復，每個重復設置1個空白(其中只加入9 g玻璃珠)。用分液裝置向裝有尼龍袋樣品的注射器中分別加入40 mL人工瘤胃培養液，排出培養器中的空氣，用橡膠帽堵住注射器前端并用封口膜封口，將其置于已預熱的(39 ℃)恒溫水浴箱中。

記錄體外培養3、6、9、12、24、36、48 h時的產氣量，并收集48 h的發酵培養液和尼龍袋。培養液-20 ℃保存，以備后續指標的測定分析，尼龍袋放進冰水中終止發酵反應，然后在25～39 ℃的溫水中洗滌直至洗滌用水清亮為止，晾干，帶回實驗室測定干物質消失率(in vtiro dry matter digestibility，IVDMD)。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 累積產氣量(gas production，GP)的計算

GP = 該時間段內培養管產氣量 - 對應空白管產氣量。

1.4.2 產氣動力學參數估計

根據Φrskov和Mcdonald[11]提出的數學模型GP =a + b(1 - e-ct)，將各青貯飼草樣不同時間點的累積產氣量代入公式計算產氣動力學參數a、b、c。其中，GP為培養t時間點的累積產氣量(mL)，t為培養時間(h)，e為自然對數；a表示飼草快速發酵部分產氣量(mL)，b表示飼草慢速發酵部分產氣量(mL)，c表示b的產氣常數(mL·h-1)，a + b表示潛在產氣量(mL)。

1.4.3 體外干物質消失率(IVDMD)和代謝能(ME)

式中：A為發酵前樣品DM重(g)；ME (MJ·kg-1)的估算按照以下公式進行[12]。

式中：GP為24 h產氣量(mL·g-1)，CP為粗蛋白含量(%)，EE為粗脂肪含量(%)。

1.4.4 氨氮(NH3-N)含量及揮發性脂肪酸(VFA)含量的測定

分別對發酵48 h的培養液進行NH3-N含量和VFA含量的測定，其中VFA包括總揮發性脂肪酸(total volatile fatty acids, TVFA)、乙酸、丙酸、丁酸、乙酸丙酸比等。NH3-N濃度測定參照周建偉[13]的方法測定，VFA濃度參照李曉亞[14]的方法使用Aglient 6890N型氣相色譜儀測定。

1.5 統計分析

使用Excel 2010對數據進行初步整理；用SPSS 19.0軟件中的非線性回歸模型擬合出產氣動力學參數；利用單因素方差分析和顯著性檢驗進行統計分析；試驗結果用平均值 ± 標準誤差表示，顯著性水平為 P ＜ 0.05。

2 結果與分析

2.1 3種裹包青貯在肉羊瘤胃體外產氣特征

3種裹包青貯的肉羊瘤胃體外產氣量均隨著時間的延長而逐漸增加(圖1)。在整個產氣過程中，玉米青貯和燕麥青貯在同一時間點的累積產氣量差異不顯著(P ＞ 0.05)，但均顯著高于苜蓿青貯(P ＜0.05)。通過產氣動態曲線的斜率變化，大致可以判斷3種裹包青貯的產氣速率均在0-24 h內較快，在24 h后逐漸下降。

圖 1 體外發酵0-48 h產氣量變化Figure 1 Gas production during 0-48 h with trial forage不同小寫字母表示同一發酵時間不同青貯間差異顯著(P ＜ 0.05)。Different lowercase letters indicate significant difference between three kinds of silages at the same fermentation time at the 0.05 level.

體外產氣動力模型分析結果(表2)顯示，玉米青貯、苜蓿青貯和燕麥青貯的快速發酵部分產氣量 (a)分別為-11.14 、-8.32 和-1.84 mL·g-1，3 種裹包青貯a值均為負值，說明有產氣滯后現象；3種裹包青貯的產氣速率(c)均無顯著差異(P ＞ 0.05)，玉米青貯和燕麥青貯的慢速發酵部分產氣量(b)、潛在產氣量(a + b)及48 h累積產氣量GP均無顯著差異 (P ＞ 0.05)，但二者均顯著高于苜蓿青貯 (P ＜ 0.05)。

2.2 3種裹包青貯在肉羊瘤胃體外發酵48 h氨態氮濃度、干物質消失率及代謝能比較

玉米青貯和燕麥青貯的氨態氮(NH3-N)濃度和代謝能(ME)均無顯著差異(P ＞ 0.05)，但均與苜蓿青貯存在顯著差異(P ＜ 0.05)，二者NH3-N濃度顯著低于苜蓿青貯，ME顯著高于苜蓿青貯(P ＜ 0.05)(表3)。3種裹包青貯的pH、體外干物質消失率(IVDMD)均無顯著差異 (P ＞ 0.05)。

2.3 3種裹包青貯在肉羊瘤胃體外發酵48 h總揮發性脂肪酸比較

體外發酵48 h后，3種裹包青貯的總揮發性脂肪酸 (TVFA)和丁酸含量均無顯著差異(P ＞ 0.05)；乙酸含量和乙酸/丙酸(A/P)均為苜蓿青貯顯著高于玉米青貯和燕麥青貯(P ＜ 0.05)；苜蓿青貯丙酸含量顯著低于玉米青貯和燕麥青貯(P ＜ 0.05) (表4)。

3 討論

3.1 3種飼草裹包青貯體外發酵產氣特性

體外發酵產氣量是反芻動物瘤胃底物發酵的一個重要的指標，可在一定程度上反映動物體內飼料的降解規律，亦反映瘤胃微生物的活性和底物發酵能力[10,15-17]，其大小取決于可發酵有機物含量和瘤胃微生物活力。產氣量主要來源于微生物對飼料中碳水化合物和蛋白質含碳部分的降解，快速降解產氣量和慢速降解產氣量反映飼料發酵前期和后期可降解部分，其值越大表示該階段可發酵成分含量越高。本研究中的玉米青貯、燕麥青貯和苜蓿青貯，其結構性碳水化合物含量相較秸稈等低品質粗飼料較高，各粗飼料的最高GP均在48 h之后出現，且玉米青貯和燕麥青貯的發酵啟動時間短，主要因為禾本科飼料相對豆科飼草含有更多的易發酵碳水化合物所致；其次，本研究中3種裹包青貯的產氣動態均為在24 h內產氣較快，在24 h后產氣速率變慢，產氣動態曲線逐漸變得平緩，這與體外產氣的基本規律相一致。

表 2 產氣動力學參數Table 2 Gas production kinetics and estimated parameters

表 3 體外發酵48 h的pH、體外干物質消失率、氨態氮含量及代謝能Table 3 IVDMD, NH3-N concentrations, and ME after 48 h in vitro fermentation

表 4 體外發酵48 h后培養液總揮發性脂肪酸含量Table 4 Total volatile fatty acid content of culture fluid after 48 h in vitro fermentation

3.2 體外培養48 h后干物質消失率、pH和氨態氮

pH是瘤胃內環境與發酵水平綜合反映指標之一，其大小受日糧類型、唾液分泌和瘤胃代謝物利用等諸多因素的影響[18]，一般認為最佳變化范圍在5.5～7.5。一般情況，體外發酵培養液pH隨著飼料發酵時間的延長而顯著下降，主要因為發酵產酸增加及累積引起[19]。本研究中，盡管pH受粗飼料類型的影響，但3種裹包青貯培養液pH (5.88～5.98)在適宜范圍內，表明發酵48 h不會影響瘤胃微生物生長繁殖。

NH3-N作為微生物分解含氮物質的終產物，可被瘤胃微生物合成微生物蛋白[20]，反映日糧蛋白質的降解和重新利用情況，濃度過高或過低均不利于微生物生長繁殖的環境，若供應不足，則微生物合成受阻，動物生產性能降低，相反，過高則會加重機體氮代謝的負擔[21]。一般情況下，瘤胃氨氮水平處于動態平衡狀態，但瘤胃NH3-N的含量變動很大，其最佳范圍為6.58～36.7 mg·dL-1[22]。本研究中，3種裹包青貯NH3-N濃度變化范圍為11.57～29.98 mg·dL-1，其均在最佳范圍，這說明其濃度可以確保瘤胃微生物的正常生長。

DM瘤胃降解率的大小可以反映飼料消化的難易程度，降解率越高，飼料的可利用程度就越高[23]。DM的降解主要是CP、EE和CF等物質的降解[24]，瘤胃碳氮比適中，更有利于微生物活動，亦對應高的IVDMD。本研究條件下，玉米青貯和燕麥青貯的IVDMD分別為72.80%和73.76%，高于苜蓿青貯(64.24%)，其玉米青貯的IVDMD高的原因是青貯后的玉米富含易被瘤胃微生物發酵利用的非結構性碳水化合物；而燕麥青貯IVDMD高的原因可能是其養分間的碳氮比合適，易于微生物利用。此外，亦有研究[25]表明較低的飼料粗灰分和ADF含量會對應較高的IVDMD，可能也是玉米青貯和燕麥青貯IVDMD較高的原因之一。

3.3 體外發酵48 h培養液的總揮發性脂肪酸含量

揮發性脂肪酸是一個能量指標，為反芻動物的生長提供大部分能量，濃度的變化對維持瘤胃內環境有重要作用[17,26]，其中乙酸主要來自結構性碳水化合物的分解，而丙酸等則主要來自淀粉和可溶性糖的降解。乙酸和丙酸以不同的代謝途徑提供養分和能量，乙酸/丙酸的比值大小可改變瘤胃發酵模式[21]。發酵底物結構和微生物活性是影響VFA濃度及比例的主要因素[27]。李建國和安永福研究表明，反芻動物瘤胃內乙酸、丙酸、丁酸占總揮發性脂肪酸的比例分別為50%～65%、18%～25%和12%～20%[28]，據此推算，乙酸/丙酸范圍應為2.0～3.6，且其值受動物、飼料及飼養條件等因素的影響。本研究中，3種裹包青貯的VFA的各成分中皆以乙酸的濃度為最高，乙酸、丙酸含量均介于上述范圍或下限；其中苜蓿青貯的TVFA相對較高，表明本研究條件下，苜蓿青貯在瘤胃中消化利用率高，與史卉玲等[29]研究結果不一致，究其原因可能是瘤胃液供體動物及飼喂日糧不同所致，相應機理需更進一步研究。

4 結論

本研究條件下，禾本科飼草(玉米、燕麥裹包青貯)，其體外產氣量、體外干物質消化率和代謝能均高于豆科飼草(苜蓿裹包青貯)，但其氨態氮和總揮發性脂肪酸濃度方面苜蓿裹包青貯高于禾本科飼草(玉米、燕麥裹包青貯)，為今后肉羊飼糧配制提供參考；繼續深入裹包型青貯優質飼草的組合效應對今后飼料高效利用十分必要。