李妍，韓肖敏，李建國(guó)，李秋鳳，高艷霞，曹玉鳳*，李運(yùn)起

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，河北 保定 071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河北 保定 071001)

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體外法評(píng)價(jià)玉米秸稈、谷草和玉米秸稈青貯飼料組合效應(yīng)研究

李妍1**，韓肖敏2**，李建國(guó)2，李秋鳳2，高艷霞2，曹玉鳳2*，李運(yùn)起2

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，河北 保定 071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河北 保定 071001)

本試驗(yàn)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(yīng)，篩選出不同飼料間的適宜組合比例。試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，首先將玉米秸稈與谷草進(jìn)行體外發(fā)酵試驗(yàn)，篩選出的最優(yōu)組合，再與玉米秸稈青貯飼料組合進(jìn)行試驗(yàn)，以上組合均以100∶0，80∶20，60∶40，50∶50，40∶60，20∶80，0∶100的比例進(jìn)行，每個(gè)組合設(shè)3個(gè)重復(fù)，測(cè)定和分析不同粗飼料組合對(duì)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(jì)算出各組合的單項(xiàng)組合效應(yīng)值和綜合組合效應(yīng)值。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同飼料組合對(duì)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(xiàng)組合效應(yīng)指數(shù)評(píng)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(yīng)；體外法

隨著我國(guó)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(shí)質(zhì)上已逐步演變?yōu)轱暳嫌眉Z的問題。只有立足我國(guó)國(guó)情和現(xiàn)有資源，發(fā)展節(jié)糧型畜牧業(yè)，才是實(shí)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(jì)，我國(guó)農(nóng)作物秸稈的年產(chǎn)量已達(dá)到8.20億t，所含的粗蛋白總量約0.2億t，相當(dāng)于2.5億t玉米(Zeamays)所含蛋白質(zhì)的總量[1-3]。我國(guó)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(duì)于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境和促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

傳統(tǒng)的動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)理論認(rèn)為，日糧的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值是由組成該日糧的各組分加權(quán)求和得出，且飼料營(yíng)養(yǎng)成分之間是穩(wěn)定的、相互間無影響。隨著生產(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)研究的深入，發(fā)現(xiàn)飼料各組分的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相加不能說明該日糧的總營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(yīng)，從而對(duì)日糧的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值產(chǎn)生影響。近年來，越來越多的動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)家及學(xué)者普遍關(guān)注飼料間的組合效應(yīng)并予以廣泛認(rèn)同[5-7]。盧德勛[8]對(duì)組合效應(yīng)的概念做出明確定義，即當(dāng)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(shí)為正組合效應(yīng)。

反芻動(dòng)物由于其特殊的生理功能，比單胃動(dòng)物能夠更有效地利用秸稈類飼料。作物秸稈價(jià)格低廉，富含瘤胃微生物所需的養(yǎng)分，可以作為反芻動(dòng)物飼料被瘤胃微生物消化利用，為動(dòng)物機(jī)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(dòng)物生產(chǎn)性能。國(guó)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(bào)道，在苜蓿(Medicagosativa)、玉米秸稈與精料補(bǔ)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(shí)表現(xiàn)為最大的組合效應(yīng)[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(yīng)，有利于奶山羊泌乳[10]。當(dāng)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(shí)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(yīng)[12-14]。但是，缺乏對(duì)谷草在營(yíng)養(yǎng)、飼料特性和飼用方面進(jìn)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(yīng)未見報(bào)道。本試驗(yàn)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(duì)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(dòng)物飼養(yǎng)實(shí)踐中科學(xué)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)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(dá)農(nóng)牧業(yè)有限公司，經(jīng)65 ℃干燥制成風(fēng)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(cè)技術(shù)》[15]測(cè)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(yíng)養(yǎng)成分(表1)。

1.2 試驗(yàn)用瘤胃液供體動(dòng)物

試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)水平，精粗比50∶50，日飼喂兩次，自由飲水。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素7水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)。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(jìn)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(jìn)行組合，每個(gè)組合3個(gè)重復(fù)。

表1 玉米秸稈、谷草和玉米秸稈青貯飼料的營(yíng)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(guó)ANKOM RFS氣體測(cè)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(jì)算機(jī)檢測(cè)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(jìn)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(yù)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(lán)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(yàn)當(dāng)天晨飼前采集供體閹牛瘤胃液1000 mL，置于預(yù)先通有CO2的保溫瓶中，立即蓋嚴(yán)瓶口，迅速帶回實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確稱量試驗(yàn)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(yàn)當(dāng)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(zhǔn)確置于每個(gè)產(chǎn)氣瓶中150 mL邊操作邊通入CO2，最后向每個(gè)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(shí)做空白試驗(yàn)。

1.5 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.5.1 產(chǎn)氣量(gas production，GP)的測(cè)定 ANKOM RFS 氣體測(cè)量系統(tǒng)可以自動(dòng)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(jì)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(cè)量系統(tǒng)自動(dòng)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(jìn)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(cè)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(cè)定以下指標(biāo)。

干物質(zhì)消失率(dry matter loss，DML)的測(cè)定：用已編號(hào)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?jī)?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(jì)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?jiān)晌镔|(zhì)量]×100/樣本干物質(zhì)量

pH測(cè)定：采用UB-7型酸度計(jì)。

氨氮(NH3-N)測(cè)定：參照馮宗慈等[17]的比色法。

微生物蛋白(MCP)測(cè)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(cè)定：先對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，再用安捷倫 7890A 氣相色譜儀(美國(guó))測(cè)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(yīng)的計(jì)算 單項(xiàng)組合效應(yīng)指數(shù)(single factor associative effects index, SFAEI)與綜合組合效應(yīng)指數(shù)(multiple factors associative effects index, MFAEI)參照王旭[20]所使用的方法計(jì)算，具體公式如下：

SFAEI=(組合后實(shí)測(cè)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(shí)際測(cè)定值×所占比例+另一種飼料的實(shí)際測(cè)定值×所占比例

MFAEI為各單項(xiàng)組合效應(yīng)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(yàn)數(shù)據(jù)后，再使用SPSS 19.0軟件的一般線性模型進(jìn)行方差分析，并進(jìn)行Duncan氏SSR法多重比較。結(jié)果均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米秸稈與谷草的組合效應(yīng)

2.1.1 不同比例秸稈組合對(duì)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(shí)間的延長(zhǎng)而增加。同一時(shí)間點(diǎn)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(shí)，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(duì)發(fā)酵指標(biāo)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(shì)，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(shì)，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(shí)達(dá)23.96 mmol/L，為最大值，比例為40∶60和20∶80時(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(yīng) 各飼料組合的組合效應(yīng)值見表5。產(chǎn)氣量只有20∶80組出現(xiàn)負(fù)組合效應(yīng)，其余比例組合均為正組合效應(yīng)。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(yīng)，分別在比例為60∶40和50∶50時(shí)達(dá)到最高，分別為0.0290和0.0409；pH在 80∶20組合時(shí)為正組合效應(yīng)，其余組合間均為負(fù)組合效應(yīng)；氨態(tài)氮在80∶20，60∶40和50∶50組合出現(xiàn)正組合效應(yīng)，其余組合為負(fù)組合效應(yīng)；乙酸在80∶20組合出現(xiàn)最大正組合效應(yīng)值，為0.0306，而丙酸及丁酸分別在比例為20∶80和40∶60時(shí)達(dá)到最大，分別為0.2113和0.2449。不同組合的綜合組合效應(yīng)值均為正組合效應(yīng)，由高到低依次為60∶40，80∶20，40∶60，20∶80和50∶50組合，其效應(yīng)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(yīng)

2.2.1 不同比例秸稈組合對(duì)體外產(chǎn)氣量的影響 由表6可知， 2 h時(shí)，20∶80的產(chǎn)氣量達(dá)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(shí)，各比例組合間的產(chǎn)氣量存在先下降后上升的趨勢(shì)，在0∶100時(shí)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(shí)，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(shí)，100∶0時(shí)產(chǎn)氣量分別為79.97 和121.93 mL/g，達(dá)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(shí)，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(yīng)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(duì)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(duì)發(fā)酵指標(biāo)的影響 由表7可知，組合比例在100∶0和80∶20時(shí)，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(shì)，0∶100組合達(dá)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(shí)，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(shí)達(dá)到最大值，為39.38 mmol/L，與組合為50∶50時(shí)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(shí)達(dá)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(dá)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(duì)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(yīng) 由表9可知，在產(chǎn)氣量和干物質(zhì)消失率組合效應(yīng)中，40∶60，20∶80時(shí)出現(xiàn)正組合效應(yīng)，其余比例為負(fù)組合效應(yīng)，其效應(yīng)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(shí)出現(xiàn)負(fù)組合效應(yīng)，其余組合為正組合效應(yīng)；微生物蛋白方面，各組合間均為正組合效應(yīng)，其效應(yīng)值范圍在0.0107～0.0497，比例為50∶50時(shí)存在最大正組合效應(yīng)，其效應(yīng)值為0.0497；在氨態(tài)氮濃度方面，40∶60，20∶80時(shí)出現(xiàn)正組合效應(yīng)，其余比例為負(fù)組合效應(yīng)；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(yīng)指數(shù)進(jìn)行評(píng)定時(shí)，比例為20∶80時(shí)出現(xiàn)正組合效應(yīng)，其余各個(gè)組合為負(fù)組合效應(yīng)，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(yīng)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(duì)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(dāng)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(shí)，產(chǎn)氣量就越少[21]。不同飼料其可發(fā)酵有機(jī)物含量各異，瘤胃能氮平衡決定瘤胃微生物的活力即對(duì)有機(jī)物的分解能力[12]。本試驗(yàn)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(yàn)中，不同比例組合的產(chǎn)氣量隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，各比例組合在不同時(shí)間點(diǎn)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(shí)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?yàn)橛衩捉斩捛噘A飼料含有易于發(fā)酵的可溶性碳水化合物對(duì)產(chǎn)氣量貢獻(xiàn)較大，但因其發(fā)酵后產(chǎn)生大量乳酸造成酸度增加，進(jìn)而影響瘤胃微生物活性，當(dāng)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(duì)較高。

3.2 不同比例組合對(duì)瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響

干物質(zhì)消失率可反映其被動(dòng)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(huì)提高飼料的利用率，但若纖維含量過高，便會(huì)降低飼料的利用率[22]。試驗(yàn)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(zhǎng)。再與玉米秸稈青貯飼料組合后，比例為100∶0，80∶20時(shí)，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(huì)影響微生物對(duì)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(qiáng)弱的主要指標(biāo)之一，范圍在6.0～7.0為正常值。本試驗(yàn)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(bào)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(yàn)的pH環(huán)境能為微生物提供正常的生長(zhǎng)條件，并且有利于纖維分解菌對(duì)秸稈類纖維素的消化，生成動(dòng)物機(jī)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(zhǎng)繁殖的環(huán)境。試驗(yàn)中兩組飼料組合的NH3-N濃度為17.35～24.63 mg/dL，與文獻(xiàn)報(bào)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(zhǎng)，這說明本試驗(yàn)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(zhǎng)。

微生物蛋白產(chǎn)量可反映瘤胃微生物生長(zhǎng)繁殖的快慢和活性的強(qiáng)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(bào)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(yàn)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(shí)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(zhǎng)，這就說明各比例間存在組合效應(yīng)。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(jìn)了微生物的生長(zhǎng)。

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(dòng)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(shí)踐中提高丙酸的比例對(duì)肉牛增重影響很大，而丁酸大部分以酮體的形式氧化。試驗(yàn)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(huì)產(chǎn)生相對(duì)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(dòng)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(yàn)中兩組不同飼料的組合效應(yīng)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?yàn)樵摫戎蹬c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(xì)，發(fā)酵類型趨于丙酸類型，乙酸/丙酸越低；在本試驗(yàn)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(xì)(20目篩，0.85 mm)，乙酸/丙酸較低。

3.3 不同比例組合對(duì)組合效應(yīng)的影響

在評(píng)定飼料組合效應(yīng)時(shí)，只有結(jié)合多項(xiàng)指標(biāo)對(duì)組合效應(yīng)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定，才能從整體水平上得出更為準(zhǔn)確、客觀的結(jié)論。從本試驗(yàn)中兩組不同飼料的組合效應(yīng)指數(shù)可以看出，某一項(xiàng)指標(biāo)的單項(xiàng)組合效應(yīng)指數(shù)并不一定與綜合組合效應(yīng)指數(shù)結(jié)果相一致。在玉米秸稈與谷草的組合效應(yīng)中，以綜合組合效應(yīng)指數(shù)進(jìn)行評(píng)定時(shí)，各比例組合均為正組合效應(yīng)，比例為60∶40時(shí)為最大正組合效應(yīng)；再與玉米秸稈青貯飼料組合發(fā)酵時(shí)的綜合組合效應(yīng)指數(shù)，除20∶80時(shí)出現(xiàn)正組合效應(yīng)為0.1874，其余比例均為負(fù)組合效應(yīng)。其原因可能是飼料以適宜比例組合后，營(yíng)養(yǎng)成分間通過互補(bǔ)促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)和對(duì)飼料養(yǎng)分的消化。本試驗(yàn)結(jié)果與于騰飛等[33]對(duì)花生蔓和4種粗飼料間組合效應(yīng)的研究發(fā)現(xiàn)相一致。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)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。

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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(xiàng)(201503134)，河北省科技計(jì)劃項(xiàng)目(16226604D)和國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)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(guó), 李秋鳳, 高艷霞, 曹玉鳳, 李運(yùn)起. 體外法評(píng)價(jià)玉米秸稈、谷草和玉米秸稈青貯飼料組合效應(yīng)研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 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.