體外產氣法評價青海高原農牧交錯區作物秸稈組合效應

崔占鴻 刁 波 劉書杰 趙月平 張曉衛

隨著現代畜牧業經濟發展步伐的加快，飼草料資源緊缺已成為當前養殖業發展亟需解決的突出問題。已有的調查表明[1]，青海省主要農作物的秸稈總量為186.5541萬噸。其中：小麥秸92.7494萬噸，油菜秸44.7427萬噸，蠶豆秸10.26萬噸，豌豆秸10.05萬噸，馬鈴薯秸產量7.07萬噸，且青海省秸稈資源的飼用率較低，僅占總量的10%～20%。同時，研究者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[2-7]。本研究針對青海省農作物秸稈類粗飼料的合理利用問題，研究與分析農作物秸稈類粗飼料間的組合效應，從而為科學地開發和利用我省秸稈類粗飼料資源提供理論依據。

1 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青海省重點實驗室進行。

1.2 試驗材料及設備

分別采集青海省西寧市周邊農牧交錯區的作物秸稈（小麥秸、蠶豆秸、豌豆秸、馬鈴薯秸、油菜秸）的試驗樣品，樣品采集后在65℃下烘干，粉碎過0.45 mm，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(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)、有機物(Organic matter，OM)、粗灰分(Ash)等的測定(見表 1)。

分析天平（精確度為0.0001）、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）、二氧化碳氣體（體積分數為99.9999%,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。

表1 各組合搭配及營養成分

1.3 試驗設計與操作

1.3.1 發酵底物及試驗分組

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、油菜秸進行兩兩組合，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，飼養水平為1.5倍的維持水平，以小麥秸為基礎粗飼料，日糧精粗比為30：70，單獨飼喂，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，并迅速帶回實驗室。

1.3.3 培養液配制

采用 Menke和 Steingass（1988）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。人工瘤胃營養液各單一溶液配方見表2。

表2 人工瘤胃營養液各單一溶液配方

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。

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

式中：實測值為實際測定的樣品產氣量（m1）；

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（%）。

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

A——理論最大產氣量（ml）；

b——產氣速率常數（ml/h）；

Lag——體外發酵產氣延滯時間（h）；

e——歐拉常數；

t——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 試驗結果與分析

2.1 單一作物秸稈體外發酵產氣營養特性(見表3)

表3 單一作物秸稈產氣量及模型參數

從表3可以看出，5種農作物秸稈的48 h產氣量和理論最大產氣量由大到小的排序為：豌豆秸＞小麥秸＞蠶豆秸＞馬鈴薯秸＞油菜秸，且理論最大產氣量除豌豆秸與小麥秸間無顯著差異（P＞0.05），其他作物秸稈間均表現為極顯著差異（P＜0.01）；產氣速率常數由大到小的排序為：豌豆秸＞馬鈴薯秸＞蠶豆秸＞小麥秸＞油菜秸，前3者之間表現為差異不顯著（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為差異顯著（P＜0.05）；產氣延滯時間由大到小的排序為：馬鈴薯秸＞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為差異不顯著（P＞0.05），但前3者與后兩者之間表現為差異極顯著（P＜0.01）。

2.2 不同作物秸稈組合的體外產氣量及模型參數

不同作物秸稈組合的 12、24、36、48 h累積產氣量及Gompertz模型擬合的產氣特性參數見表4，小麥秸與蠶豆秸的組合中，理論最大產氣量以小麥秸75%比例為最高，小麥秸25%時為最低，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，理論最大產氣量以小麥秸50%比例為最高，小麥秸25%比例為最低，但三個比例組合間無顯著差異（P＞0.05）；小麥秸與馬鈴薯秸的組合中，理論最大產氣量以小麥秸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，理論最大產氣量以小麥秸75%比例為最高，小麥秸25%比例為最低，且三個比例組合間存在極顯著差異（P＜0.01）?？傮w來看，當小麥秸與其他四種作物秸稈組合后，理論最大產氣量均較這四種單一的農作物秸稈有所提高。

從產氣速率來看，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來看，當小麥秸與其他4種農作物秸稈組合后，產氣速率常數均較這4種單一的農作物秸稈有所降低。

從產氣延滯時間來看，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個比例組合間無顯著差異（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個比例組合間無顯著差異（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個比例間無顯著差異（P＞0.05）。

2.3 不同作物秸稈組合發酵的產氣量組合效應(見表5)

表5 不同作物秸稈組合發酵的產氣量組合效應

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，可產生不同程度的正負組合效應。當小麥秸與蠶豆秸組合時，各比例組合均產生正組合效應，12 h和24 h的組合效應值以小麥秸75%比例最高，36 h和48 h的組合效應值以小麥秸50%比例為最高，且與其他兩個比例的組合間差異極顯著（P＜0.01）；當小麥秸與豌豆秸組合時，以小麥秸占50%和75%比例的組合產生正組合效應，且小麥秸50%比例的組合效應值最大，3個比例組合間均表現為差異極顯著（P＜0.01）；當小麥秸與馬鈴薯秸組合時，以小麥秸占50%比例的組合效應值較大，除小麥秸25%比例與小麥秸75%比例的組合在36 h時表現為無顯著差異（P＞0.05）外，3個比例組合間均表現為差異極顯著（P＜0.01）；當小麥秸與油菜秸組合時，以小麥秸占50%比例的組合效應值最大，除小麥秸25%比例與小麥秸75%比例的組合在36 h表現為差異不顯著(P＞0.05)，3個比例組合間均表現為差異極顯著(P＜0.01)。

2.4 48 h體外產氣量及發酵參數與粗飼料養分間的相關性(見表6)

表6 48 h體外產氣量及發酵參數與粗飼料養分間的相關性

由表6可以看出，48 h產氣量與OM（P＜0.05）呈正相關關系，而與 ADF（P＜0.001）、NDS/CP（P＜0.01）呈負相關關系；理論最大產氣量與 OM（P＜0.01）、HC（P＜0.05）呈正相關關系，而與 ADF（P＜0.001）、NDS/CP（P＜0.05）呈負相關關系；產氣速率常數與CP、NDS均呈正相關關系（P＜0.001），而與 NDF（P＜0.001）、NDS/CP（P＜0.001）、ADF（P＜0.05）、HC（P＜0.05）呈負相關關系；產氣延滯時間與 NDF（P＜0.001）、ADF（P＜0.01）、NDS/CP（P＜0.05）呈正相關關系，而與 CP（P＜0.001）、NDS（P＜0.001）、OM（P＜0.05）呈負相關關系。

3 討論

3.1 不同作物秸稈及其組合的產氣發酵特性

本研究中，五種農作物秸稈的48 h產氣量和理論最大產氣量由大到小的排序為：豌豆秸＞小麥秸＞蠶豆秸＞馬鈴薯秸＞油菜秸。Prasad等[8]報道，反芻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。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，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%（見表3），可以看出，油菜秸作為反芻家畜秸稈類粗飼料的飼用價值很低。從粗飼料養分與產氣量及產氣參數的關系看，48 h產氣量及理論最大產氣量與OM呈顯著或極顯著正相關，而分別與ADF、NDS/CP呈極顯著或顯著負相關，但與NDF呈不顯著的負相關；產氣速率常數分別與CP、NDS均呈極顯著正相關，而與 NDF、NDS/CP、ADF、HC 均呈極顯著或顯著負相關，產氣延滯時間分別與NDF、ADF、NDS/CP呈極顯著或顯著正相關，而與CP、NDS、OM呈極顯著或顯著負相關。Nsahla等[9]對豆科田菁屬牧草的研究發現，理論最大產氣量與NDF、木質素和半纖維素的含量呈顯著負相關，與粗蛋白含量呈顯著正相關關系。湯少勛等[10]對不同品種牧草間組合時體外產氣發酵特性研究表明，48 h產氣量分別與CP、NDS和 (NDS-CP-Ash)/CP的值呈正相關關系，分別與NDF、ADF和HC呈負相關關系，產氣延滯時間僅與(NDS-CP-Ash)/CP的值呈顯著負相關關系。陽伏林等[11]對苜蓿干草和秸稈組合體外發酵營養特性及其利用研究表明，48 h產氣量及理論最大產氣量與CP、NDS的含量存在正相關關系，與NDF、ADF、HC和NDS/CP呈負相關關系。這些研究有的與本研究的結果相同，有的則不完全一致。從研究結果看，小麥秸分別與蠶豆秸、豌豆秸、馬薯秸和油菜秸組合后，產氣量和理論最大產氣量均較這四種單一的農作物秸稈有所增加，原因可能主要是由于農作物秸稈搭配組合后，營養物質得到互補，更趨于科學合理，改善了瘤胃微生物的營養源，從而促進了微生物對發酵底物的降解利用。

3.2 粗飼料間組合效應及科學利用

農作物秸稈由于其高纖維、低蛋白含量的特性，作為反芻動物粗料時，受細胞壁木質化程度的影響，其消化率較低。目前用于提高農作物秸稈營養價值的方法很多，主要包括物理、化學、生物處理等方法，應根據不同秸稈類型和當地實際情況采用不同的方法[13]。對于玉米秸稈一類含糖或淀粉較多的農作物秸稈青貯后其營養價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、常規青貯及常規青貯加植物乳酸菌和未處理4種方式對稻草、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。對于稻稈或麥秸等這一類型的農作物秸稈，由于其秸稈中所含糖分很低，不適于直接青貯。對于這類農作物秸稈，氨化處理后其營養價值和降解率一般都要高于未氨化秸稈。

通過粗飼料間科學的組合搭配能有效提高反芻家畜對其的消化利用率。從本研究結果來看，小麥秸分別與豌豆秸、油菜秸、馬鈴薯秸以50：50比例搭配時在不同時間點的組合效應均為最優；小麥秸與蠶豆秸以75：25比例搭配時在12和24 h較優，小麥秸與蠶豆秸以50：50比例搭配時36 h和48 h的組合效應較優。根據反芻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，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 結論

4.1 通過作物秸稈間科學的組合搭配能有效提高反芻作物對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 科學地開發利用青海高原農牧交錯區較豐富的作物秸稈類粗飼料是解決該地區反芻家畜粗飼料資源緊缺的有效途徑之一。

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