不同比例棉稈和甜菜渣混合發(fā)酵產(chǎn)物的瘤胃降解率研究

蘆 巖 孫云鵬 耿明陽 羅遠(yuǎn)琴 薛 雪 孫新文 向春和毛勝勇 王新峰* 張伶俐

1.石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，新疆石河子832003；2.新疆伊犁州畜牧總站，新疆伊寧835000；3.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，南京210095；4.汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院，廣東汕頭515041

新疆是我國重要的牛羊產(chǎn)品生產(chǎn)區(qū)，但因其特定的氣候與地理位置，使得當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)粗飼料資源難以滿足牛羊等反芻動(dòng)物的需要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年新疆棉花種植的總面積達(dá)到180.5 萬hm2，棉稈大約1 437.6 萬t[1]。棉稈中粗蛋白、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量約為6.5%、44.0%、10.7%和15.3%，但其木質(zhì)素含量高且與纖維素緊密結(jié)合、有毒物質(zhì)游離、棉酚含量高是影響家畜利用的主要因素。2017年新疆甜菜渣的總產(chǎn)量達(dá)到448.3 萬t，占全國總產(chǎn)量的47.77%[1]。甜菜渣主要成分是碳水化合物，占干物質(zhì)重量的74.8%，含豐富的果膠、纖維素和半纖維素，但粗蛋白含量較低，這些因素使得甜菜渣的利用受到了限制[2]。將棉稈和甜菜渣混合發(fā)酵后，不僅降低了棉稈中游離棉酚的含量，提高了發(fā)酵產(chǎn)物的營養(yǎng)價(jià)值，改善其適口性，還增加了新疆粗飼料的供給量。因此，如何開發(fā)利用棉稈與甜菜渣作為飼料資源成為解決新疆地區(qū)飼料資源匱乏的重要途徑。飼料的瘤胃降解率是衡量反芻動(dòng)物對(duì)其利用效率的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)以棉稈與甜菜渣混合產(chǎn)物為研究對(duì)象，測定發(fā)酵產(chǎn)物在瘤胃內(nèi)干物質(zhì)（DM）、有機(jī)物（OM）、粗蛋白質(zhì)（CP）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）的降解率，篩選出最佳的棉稈與甜菜渣發(fā)酵組合，為棉稈和甜菜渣在家畜生產(chǎn)中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用飼料樣品來自前期本實(shí)驗(yàn)室棉稈與甜菜渣混合發(fā)酵產(chǎn)物，在65 ℃條件下烘48 h，粉碎，過2.5 mm 孔篩備用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

用2 L 的自封袋進(jìn)行發(fā)酵，以甜菜渣為碳源，與已粉碎的棉稈混合（含水率在65%左右）加入菌液、尿素和0.2%（以總重量為基礎(chǔ)）的粗鹽，密閉條件下常溫發(fā)酵，制備混合發(fā)酵產(chǎn)物。本試驗(yàn)共3 個(gè)試驗(yàn)因素，分別為碳源、氮源和菌液，每個(gè)因素3 個(gè)水平，采用正交設(shè)計(jì)，甜菜渣干物質(zhì)的添加水平為10%、30%和50%；復(fù)合菌液的添加水平為0.05%、0.1%和0.2%；尿素的添加水平為0.1%、0.2%和0.3%；共計(jì)9 個(gè)組合，以100%的棉稈為對(duì)照組（表1）。

表1 試驗(yàn)分組 %

1.3 試驗(yàn)動(dòng)物與飼糧

選擇3 只1 歲左右、健康、生長發(fā)育正常、體重35～40 kg，裝有永久性瘤胃瘺管的哈薩克羊?yàn)樵囼?yàn)動(dòng)物，每天飼喂2 次，每只羊每天定量飼喂200 g精料（由天康公司提供，精料成分為玉米51%、麩皮24%、豆粕18%、尿素1.5%、食鹽1%、碳酸氫鈣2.5%、添加劑2%），苜蓿干草1.6 kg，自由飲水。

1.4 尼龍袋試驗(yàn)方案

選擇尼龍袋孔徑0.05 mm，尼龍袋尺寸為8 cm×12 cm，準(zhǔn)確稱取3 g 飼料樣品裝入尼龍袋中，每個(gè)樣品設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)設(shè)置10 個(gè)時(shí)間點(diǎn)，將尼龍袋袋口系緊拴在軟塑料棒一端，另一端系繩固定在瘤胃瘺管上。采用“同時(shí)放入，多次取出”的方法，使每個(gè)樣品在瘤胃中培養(yǎng)0（空白）、2、4、6、8、12、24、36、48 和72 h。尼龍袋取出后用自來水沖洗，反復(fù)沖洗直至水流澄清，放入65 ℃恒溫干燥箱中烘48 h，回潮后稱重記錄，備測。

1.5 指標(biāo)測定

干物質(zhì)（DM）、有機(jī)物（OM）和粗蛋白質(zhì)（CP）的測定參考楊勝[3]的方法，中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）采用Van Soest[4]的方法。

1.6 降解率的計(jì)算

1）裝袋樣品逃逸率（%）=空白樣品試驗(yàn)袋干物質(zhì)重（g）-空白試驗(yàn)袋中殘余物重（g）/空白試驗(yàn)袋樣品干物質(zhì)重（g）×100%；

2）校正裝袋飼料樣品量（g）＝實(shí)際裝袋飼料樣品量（g）×[1－飼料樣品逃逸率（%）]；

3）某營養(yǎng)成分某培養(yǎng)時(shí)間點(diǎn)的降解量（g）＝[校正裝袋飼料樣品量（g）×空白試驗(yàn)殘余物中某營養(yǎng)成分的含量（%）]－[某培養(yǎng)時(shí)間點(diǎn)殘余物的重量（g）×某培養(yǎng)時(shí)間點(diǎn)殘余物中某營養(yǎng)成分的含量（%）]；

4）某營養(yǎng)成分某時(shí)間點(diǎn)實(shí)時(shí)降解率（%）=某營養(yǎng)成分某時(shí)間的降解量/(校正裝袋飼料樣品量（g）×空白試驗(yàn)殘余物中某營養(yǎng)成分的含量)×100%[5]。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2010 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，SPASS 18.0 軟件進(jìn)行多因素方差分析，多重比較采用Duncan 法，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，其中P<0.05 表示差異顯著，P<0.01 表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同棉稈和甜菜渣混合發(fā)酵產(chǎn)物的主要營養(yǎng)成分

由表2可知，不同發(fā)酵產(chǎn)物的主要營養(yǎng)成分含量，提供了發(fā)酵產(chǎn)物發(fā)酵后的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為瘤胃降解率的研究提供參考。

表2 不同發(fā)酵產(chǎn)物的主要營養(yǎng)成分（干物質(zhì)基礎(chǔ)）%

2.2 不同棉稈和甜菜渣混合發(fā)酵產(chǎn)物的DM 降解率

由表3可知，各組不同時(shí)間點(diǎn)的DM 降解率差異顯著（P<0.05），72 h 后I 組的DM 降解率最高，為57.54%，與H 組無顯著差異（P>0.05），顯著高于（P<0.05）A 組（60.64%）、B 組（66.73%）、C 組（65.11%）、D 組（37.46%）、E 組（30.18%）、F 組（29.62%）、G 組（5.21%）和K 組（79.20%），K 組的DM 降解率最低，顯著低于（P<0.05）其他各組。

表3 不同發(fā)酵產(chǎn)物的DM 降解率 %

2.3 不同棉稈和甜菜渣混合發(fā)酵產(chǎn)物的OM 降解率

由表4可知，各組不同時(shí)間點(diǎn)的OM 降解率差異顯著（P<0.05），各樣品72 h 的OM 瘤胃降解率I 組最大，為56.25%，與G 組差異不顯著（P>0.05），顯著高于（P<0.05）A 組79.83%、B 組79.77%、C 組79.88%、D 組49.64%、E 組44.45%、F 組32.07%、H組6.39%和K 組79.14%，K 組與A、B 和C 組無顯著差異（P>0.05），與其他各組差異顯著（P<0.05）。

2.4 不同棉稈和甜菜渣混合發(fā)酵產(chǎn)物的CP 降解率

由表5可知，各組不同時(shí)間點(diǎn)的CP 降解率存在顯著差異（P<0.05），各樣品72 h 的CP 瘤胃降解率中，I 組的降解率最大，為68.33%，與其他各組存在顯著差異（P<0.05），K 組的降解率最小，顯著低于（P<0.05）其他各組。

2.5 不同棉稈和甜菜渣混合發(fā)酵產(chǎn)物的NDF降解率

由表6可知，各組不同時(shí)間點(diǎn)的NDF 降解率存在顯著差異（P<0.05），各樣品72 h 的NDF 降解率中I 組的最大，為52.07%，G、H 和I 組之間差異不顯著（P>0.05），且與其他各組差異顯著（P<0.05），K組與其他各組之間存在顯著差異（P<0.05）。

2.6 不同棉稈和甜菜渣混合發(fā)酵產(chǎn)物的ADF降解率

由表7可知，各樣品不同時(shí)間點(diǎn)ADF 降解率存在顯著差異（P<0.05），各組培養(yǎng)72 h 的瘤胃ADF降解率中I 組最大，為44.57%，I 組與H 組差異不顯著（P>0.05），均顯著高于其他各組（P<0.05），K 組與其他各組均存在顯著差異（P<0.05）。

表4 不同發(fā)酵產(chǎn)物的OM 降解率 %

表5 不同發(fā)酵產(chǎn)物的CP 降解率 %

表6 不同發(fā)酵產(chǎn)物的NDF 降解率 %

表7 不同發(fā)酵產(chǎn)物的ADF 降解率 %

3 討 論

3.1 不同棉稈和甜菜渣混合發(fā)酵產(chǎn)物的DM 和OM降解率

DM 降解率作為干物質(zhì)采食量（DMI）的重要影響因素[6]，DM 降解率越高的動(dòng)物DMI 越大，動(dòng)物攝入的營養(yǎng)物質(zhì)越多，就越能提高其生產(chǎn)力。本試驗(yàn)中，各組混合發(fā)酵產(chǎn)物的DM 和OM 降解率表現(xiàn)出較大差異，且DM 降解率高于OM 降解率，其中I 組的DM 降解率在24、48 和72 h 中最高，OM 降解率在12、24、48 和72 h 最高，表明其混合發(fā)酵產(chǎn)物易于反芻動(dòng)物消化；I 組的72 h DM 降解率為57.54%，與孫建平等[7]研究不同紫花苜蓿相比，72 h DM 降解率是其平均值的75.49%，72 h 的OM 降解率是其平均值的56.25%，與侯玉潔等[8]研究苜蓿相比，72 h OM 降解率是其值的79.89%，可以表明I 組有比較高的營養(yǎng)價(jià)值。通過上述結(jié)果表明，發(fā)酵中添加一定量的甜菜渣，優(yōu)化了發(fā)酵產(chǎn)物的纖維組成，同時(shí)在微生物的作用下，經(jīng)發(fā)酵后，發(fā)酵產(chǎn)物的植物纖維結(jié)構(gòu)軟化，易降解部分提高，蛋白質(zhì)的比例與組成發(fā)生明顯變化，發(fā)酵產(chǎn)物的可消化性與飼喂價(jià)值得到提高。

3.2 不同棉稈和甜菜渣混合發(fā)酵產(chǎn)物的CP 降解率

飼料中的蛋白質(zhì)主要以含氮化合物的形式存在于細(xì)胞內(nèi)的組織液中，因此飼草細(xì)胞壁的纖維結(jié)構(gòu)會(huì)很大程度上影響其蛋白質(zhì)的降解程度[9]。一般情況下，飼料蛋白質(zhì)在瘤胃內(nèi)的降解率會(huì)隨蛋白質(zhì)在瘤胃內(nèi)的發(fā)酵時(shí)間的延長而不斷增大[10]。CP 的瘤胃降解率也受蛋白質(zhì)的含量、組分以及在瘤胃中的滯留時(shí)間的影響[11]。本試驗(yàn)中I 組的蛋白質(zhì)最高，其72 h 的CP 降解率和有效降解率也最大，為68.33%和52.87%，與燕麥草的CP 降解率和有效降解率接近[12]，其營養(yǎng)價(jià)值較高。Satter[13]研究表明，飼料的CP瘤胃降解率受飼料本身的性質(zhì)影響很大。因此，我們推測發(fā)酵產(chǎn)物CP 降解率的提高可能與甜菜渣中含有大量的碳水化合物，充足的微生物基數(shù)和氮源的保證，創(chuàng)造了良好的微生物繁殖條件，促進(jìn)了發(fā)酵過程中微生物的大量增殖，破壞了發(fā)酵產(chǎn)物中纖維的結(jié)構(gòu)，使得細(xì)胞組織液中的含氮化合物更易被瘤胃微生物降解，提高了發(fā)酵產(chǎn)物中粗蛋白的含量，改變了蛋白質(zhì)各部分的組分，提升了優(yōu)質(zhì)蛋白所占的比例有關(guān)。

3.3 不同棉稈和甜菜渣混合發(fā)酵產(chǎn)物的NDF 和ADF 降解率

飼料中NDF 和ADF 的瘤胃降解率是評(píng)價(jià)飼料的重要指標(biāo)，其值大小反映了飼料纖維物質(zhì)在瘤胃內(nèi)消化的難易程度。其中NDF 是細(xì)胞壁的主要成分，主要有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，而ADF 主要有纖維素和木質(zhì)素，其中木質(zhì)素是限制瘤胃微生物消化降解的重要原因[14-15]。本試驗(yàn)中，不同樣品的NDF 和ADF 降解率均存在差異，I 組的NDF 和ADF 降解率都為各樣品中最高，表明I 組在瘤胃中的可消化性是最好的，說明其營養(yǎng)價(jià)值為各發(fā)酵組合中最佳。甜菜渣為微生物的發(fā)酵提供了能量，加快了微生物的繁殖，破壞了纖維素、半纖維和木質(zhì)素的結(jié)構(gòu)，使得細(xì)胞壁更易被降解；甜菜渣和棉稈混合優(yōu)化了發(fā)酵產(chǎn)物的植物纖維組成，可降解和易降解的比例增大，降低了瘤胃微生物的消化難度，這些因素可能是NDF 和ADF 降解率提高的重要原因。

4 結(jié) 論

本研究表明，以干物質(zhì)為基礎(chǔ)，棉稈與甜菜渣比例為50∶50，添加尿素0.1%，復(fù)合菌液0.2%，食鹽0.2%的I 組，其混合發(fā)酵產(chǎn)物的降解特性最好，為最佳發(fā)酵組合，更適合飼喂反芻動(dòng)物。