发酵玉米秸秆对育肥羊生长性能、营养物质消化率及甲烷排放的影响

魏炳栋，邱玉朗，陈 群＊，李 林，李伟忠，王 欣

（1.吉林省农业科学院畜牧分院，公主岭136100；2.潍坊学院，潍坊261061；3.公主岭市环保局，公主岭136100）

发酵玉米秸秆对育肥羊生长性能、营养物质消化率及甲烷排放的影响

魏炳栋1，邱玉朗1，陈 群1＊，李 林1，李伟忠2，王 欣3

（1.吉林省农业科学院畜牧分院，公主岭136100；2.潍坊学院，潍坊261061；3.公主岭市环保局，公主岭136100）

摘 要：试验旨在研究以枯草芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌复合菌剂发酵的玉米秸秆对肉羊生长性能、营养物质消化率及甲烷排放的影响。选用30只健康杜泊×小尾寒羊F1代公羔为试验动物，随机分成2组，对照组饲喂未发酵的玉米秸秆，试验组以发酵玉米秸秆替代50%的未发酵玉米秸秆，精粗比45∶55。结果表明：复合微生物发酵秸秆能够显著提高肉羊平均日增重及营养物质消化率（P＜0.05）；通过“开放式”呼吸测热装置测定甲烷排放量，试验组肉羊每天甲烷排放量比对照组降低21.5%（P＜0.05），甲烷能降低21.6%（P＜0.05）。以上结果说明，采用复合微生物菌剂发酵玉米秸秆能够显著改善秸秆品质；饲喂发酵玉米秸秆可提高肉羊生长性能及营养物质消化率，并能降低肉羊甲烷排放量，减少甲烷能损失。

关键词：发酵玉米秸秆，育肥羊，生长性能，消化率，甲烷排放

中国农作物秸秆数量大，种类多，分布广，每年可产生各类秸秆约7亿吨，占全世界秸秆产量的20%～30%，其中粮食作物秸秆约5.8亿吨，占秸秆总量的89%，油料作物秸秆占8%，棉花、甘蔗秸秆占3%左右［1］。但秸秆综合利用的经济性差、商品化和产业化程度低。据估计，中国用于饲料的秸秆仅占总量的15%，废弃或焚烧的秸秆约占总量的33%以上，露天焚烧是目前解决秸秆去向的主要途径，既浪费了资源也严重污染了大气环境，还带来了一系列的社会问题［2］。秸秆在未经任何加工处理时，营养价值极低，粗纤维含量大部分在30%以上，粗蛋白质仅为3%～5%，且质地粗硬，难以消化，能量利用率极低。因此，充分、合理、有效地利用秸秆是当前农业发展的重大课题。利用微生物发酵技术可有效降解秸秆中的木质素和纤维素，提高蛋白质含量，从而提升秸秆的饲用价值。近些年，关于微生物发酵秸秆饲料的研究主要集中在菌种筛选［3－5］、饲用效果［6－8］等方面，对反刍动物甲烷排放、甲烷能损失等影响的研究报道较少。本试验采用枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌复合发酵的方式，研究发酵玉米秸秆对肉羊生长性能、营养物质消化率及甲烷排放的影响，旨在为提高秸秆饲用价值、推广节能减排的秸秆加工调制技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1发酵玉米秸秆的制备及其营养成分测定

玉米秸秆收获籽实后风干，粉碎长度为2～3cm备用。枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌由吉林省农业科学院畜牧分院动物营养研究所提供，按2∶2∶1比例混合成发酵菌液，总菌量≥1×1010CFU／g，加入5%硫酸铵。水与秸秆比例为1∶1，添加制备好的发酵菌液，搅拌均匀，压实，封口，在20～25℃条件下发酵20d后使用。

发酵结束后，测定秸秆中的粗蛋白质、粗纤维、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量，并采用活菌计数法测定秸秆中的活菌数。玉米秸秆发酵前后营养成分及活菌数见表1。

表1　微生物发酵对玉米秸秆营养成分的影响（%，以干物质计）Table 1 Effects of microbial fermentation on nutrient composition of corn straw（DM）

1.2试验动物及日粮

选用30只健康、体重为（22.3±1.3）kg杜泊×小尾寒羊F1代公羔为试验动物，随机分成2组（每组15只），单栏饲喂。对照组和试验组饲喂相同精料，精粗比为45∶55，对照组的粗饲料为未经发酵处理的玉米秸秆，试验组粗饲料以发酵秸秆替代50%的未发酵玉米秸秆。预试期5d，正试期55d。试验日粮参考NRC（2007）25kg体重、日增重300g／d绵羊需要量配制全混合日粮。日粮组成及营养水平见表2。

表2　试验日粮组成及营养水平（%，以干物质计）Table 2 Composition and nutrient levels of diets（DM）

1.3饲养管理及消化试验

试验羊单栏饲养，每天定量饲喂2次，自由饮水，并对试验羊的采食量准确记录，确保试验日粮能够满足试羊生长且无剩料。在试验开始第1天和最后1天清晨空腹称重。

在正试期结束称重后，对试验羊进行消化试验。消化试验选用特制的消化笼，采用全收粪法，每日晨饲前取下收粪袋，称排粪量并做好记录。将粪样混合去除毛发、杂质按排粪量10%取样；另取部分粪样用10mL 10%H2SO4固氮保存，备测粪氮，其余置于－20℃冷冻保存，连续收集5d混合。

1.4甲烷测定

试验羊甲烷排放测定采用吉林省农业科学院畜牧分院动物能量代谢实验室自主研制的“八室并联开放式呼吸测热装置”进行。该套装置采用“开放式”气体通路，集成多气体传感数据融合，数据智能化采集控制，以及气量变频调节等多项技术，具有自动化程度高、分析精度高、测试时间长、小室内环境温度可控等特点。试验动物在适应24h后，连续测定3d，测定期间，正常饲喂和饮水，当小室内气体浓度达到平稳时，开始测定CO2及甲烷浓度，每隔3min系统自动记录1次。甲烷产生量及甲烷能利用下面公式进行计算：

甲烷产生量（L／min）＝排出呼吸室的空气量（L／min）×室内甲烷浓度－进呼吸室的空气量（L／min）×室外甲烷浓度

甲烷能（KJ／d）＝甲烷排放量（L／d）×39.54（KJ／L）

2 结果与分析

2.1发酵玉米秸秆对试验羊生长性能的影响

由表3可知，试验结束时试验组和对照组育肥羊的体重差异不显著（P＞0.05），但与对照组相比，试验组羊平均日增重提高25.5%（P＜0.05）。

表3　发酵玉米秸秆对试验羊生长性能的影响Table 3 Effects of fermented corn straw on production performance of fattening sheep

2.2 发酵玉米秸秆对试验羊营养物质消化率的影响

由表4可知，饲喂微生物发酵玉米秸秆能够显著提高试验羊DM、CP、NDF和ADF的表观消化率（P＜0.05），分别较对照组提高12.8%、8.0%、18.8%和18.9%，尤其对NDF和ADF表观消化率影响较大。

表4　发酵玉米秸秆对试验羊营养物质表观消化率的影响（%）Table 4 Effects of fermented corn straw on nutrients apparent digestibility of fattening sheep

2.3发酵玉米秸秆对试验羊甲烷排放的影响

由表5可知，与对照组相比，饲喂微生物发酵玉米秸秆能够显著降低试验羊甲烷排放量及甲烷能（P＜0.05），每天甲烷排放量比对照组降低21.5%，单位代谢体重甲烷排放量降低24.4%，甲烷能降低21.6%。

表5　发酵玉米秸秆对试验羊甲烷排放的影响（L／d）Table 5 Effects of fermented corn straw on methane emission from fattening sheep

3 讨 论

3.1微生物发酵对玉米秸秆营养成分的影响

本试验选用枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌为发酵菌种，采用复合发酵的形式对玉米秸秆进行发酵。试验所选微生物可产生纤维降解酶，使秸秆中的纤维素、半纤维素和果胶降解；另外，降解的细胞内容物可以被酵母菌和乳酸菌利用，合成菌体蛋白，并产生有机酸等次级代谢产物，同时，在秸秆上黏附了大量的活菌，可以有效提高秸秆的利用效率及适口性。本研究中，经微生物复合发酵后的玉米秸秆其CP含量增加了1.195倍，干物质中CF、NDF和ADF含量分别降低了24.9%、43.0%和38.5%，活菌数增加了2.1×104倍，显著改善了秸秆的品质。慧小双［9］利用乳酸菌等复合菌种发酵玉米秸秆，发酵后秸秆CP含量增加2.34倍，NDF和ADF含量分别降低39.4%和40.1%；韩颖洁［10］利用商业秸秆发酵剂（枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌和酵母菌）发酵玉米秸秆，发酵后DM、EE及灰分含量未产生显著变化，但是CP含量增加1.068倍，CF、NDF和ADF含量分别降低20.15%、58.83%和42.32%，这些结果均与本试验结果一致。

3.2发酵玉米秸秆对试验羊生长性能的影响

微生物在发酵过程中能够充分利用发酵底物的养分，合成菌体蛋白，显著提高秸秆中蛋白质的含量，从而有效改善秸秆的营养价值。本试验中，饲喂发酵玉米秸秆的肉羊日增重显著提高，但试验结束时体重没有显著变化。张凤霞等［11］利用EM制剂及微生物秸秆处理剂发酵玉米秸秆饲喂肉羊，结果表明，采食EM制剂和微生物制剂发酵秸秆的肉羊，其日增重分别比对照组提高14.8%和8%；严平等［12］采用商业发酵剂发酵秸秆饲喂育肥羊，结果表明，试验组羊日采食量比对照组提高16.7%，日增重提高74.36%，且每增重1kg比对照组节省精料1.09kg；孔凡虎等［13］试验结果表明，采用乳酸菌、酵母菌、丝状真菌及芽孢杆菌复合发酵玉米秸秆，饲喂肉羊后可使其平均日增重提高22.87%。以上试验结果均与本试验结果相一致，表明微生物发酵秸秆能够显著提高秸秆利用率，促进肉羊生长。

3.3发酵玉米秸秆对日粮养分表观消化率的影响

微生物发酵秸秆过程中分泌的各种酶类能够有效降解植物细胞壁成分，使得与木质素紧密交联的半纤维素和纤维素游离出来，同时还可使秸秆中可利用的糖类和其它营养物质从细胞壁中释放出来，从而改善了秸秆的利用率。本试验中，微生物发酵玉米秸秆能够显著提高育肥羊DM、CP、NDF和ADF的消化率。但微生物发酵秸秆对营养物质消化率影响的报道结果并不一致。Ganai等［14］给母羊饲喂真菌发酵的稻草，结果使母羊粗蛋白质消化率降低；韩颖洁［10］研究结果表明，给肉羊饲喂不同添加比例的微生物发酵秸秆，各处理组的DM和粗脂肪表观消化率没有显著差异；随着发酵秸秆添加比例的增加，NDF、ADF、Ca和P的表观消化率逐渐升高，但其与对照组相比差异不显著。Singh等［15］、慧小双［9］研究结果表明，饲喂微生物发酵秸秆能够显著提高肉羊或山羊的营养物质消化率。以上微生物发酵秸秆对羊日粮养分消化率不同的影响结果，可能是由于所选用的发酵菌种及底物不同造成的。

3.4发酵玉米秸秆对肉羊甲烷排放的影响

反刍动物排放的甲烷是动物采食过程中饲料在瘤胃内正常发酵产生的。甲烷的产生会降低消化能的转化效率，通常甲烷能的损失占总能的2%～15%；另一方面，甲烷的温室效应是CO2的20～30倍，全球反刍动物每年产生的甲烷量为7.7×107吨，占全球家畜甲烷排放量的97%，占每年大气甲烷总量的15%，而且每年还以1%的速度递增［16－17］。反刍动物甲烷排放的测定方法有呼吸室法、面罩法等，其中以呼吸室法测定结果最为准确，但由于缺乏专门的仪器设备，使得相关研究报道很少。本试验采用吉林省农业科学院畜牧分院自主研制的“八室并联开放式呼吸测热装置”进行测定，结果表明微生物发酵秸秆能够显著降低肉羊的甲烷排放及甲烷能的损失。桑断疾等［18］利用SF6示踪法研究日粮类型对细毛羊甲烷排放的影响，结果表明，用玉米青贮完全替代玉米秸秆可使细毛羊的甲烷产量显著降低；张贵花等［19］利用呼吸面具法研究纤维分解酶处理玉米秸秆对肉牛瘤胃发酵及养分消化代谢的影响，结果表明，添加1%纤维分解酶可显著降低甲烷排放；辛杭书等［20］利用体外产气法测定不同处理水稻秸秆对牛瘤胃甲烷产量的影响，发现青贮、氨化和碱化处理水稻秸秆可以不同程度地改变其在体外瘤胃的发酵模式、甲烷生成以及瘤胃微生物区系组成，同时发现青贮和氨化处理模式有利于甲烷减排；李淑娜等［21］利用“开放式”呼吸测热装置，测定了多功能复合发酵菌剂发酵玉米秸秆对育肥羊能量代谢的影响，结果表明该发酵秸秆可极显著降低试验羊的甲烷排放量。以上研究结果表明，不同方式处理秸秆（微生物发酵、青贮、氨化、添加纤维素酶等）均能显著降低反刍动物甲烷排放。

4 结 论

本试验中以枯草芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌为发酵菌种发酵玉米秸秆，能够显著提高玉米秸秆的营养价值；用该发酵玉米秸秆代替育肥羊日粮中的玉米秸秆，能促进育肥羊生长、提高营养物质消化率并显著降低甲烷排放量和甲烷能损失。

参考文献：

［1］ 闫景凤，刘立强，宋 炜.对北方玉米秸秆综合利用现状的思考［J］.现代农业科技，2015，8：219－220.

［2］ 王 鹏，姜海龙，谷琳琳，等.玉米秸秆在饲料中的应用研究进展［J］.饲料研究，2015，16：19－21.

［3］ 李智明.复合菌种发酵秸秆生产蛋白饲料［D］.成都：成都理工大学，2006.

［4］ 昌艳萍，耿 超，李春蕾，等.高活性秸秆降解菌群的构建及产酶条件优化［J］.河南师范大学学报（自然科学版），2013，41（1）：134－137.

［5］ 焦有宙，高 赞，李 刚，等.不同土著菌及其复合菌对玉米秸秆降解的影响［J］.农业工程学报，2015，31（23）：201－207.

［6］ 王 全，李术娜，李红亚，等.发酵玉米秸秆粉饲料的研究及其对肉鹅生长性能的影响［J］.饲料工业，2016，37（3）：44－48.

［7］ 姚 庆，张永根，王明君，等.酒精清夜发酵玉米秸秆、全株玉米青贮和玉米秸秆瘤胃降解率的研究［J］.中国畜牧杂志，2013，49（3）：56－60.

［8］ 孙金艳.发酵玉米秸秆对泌乳期奶牛瘤胃菌体蛋白及纤维素酶的影响［J］.黑龙江畜牧兽医，2014，22：97－98.

［9］ 慧小双.发酵玉米秸秆饲料对育肥羊氮、碳及能量代谢影响的研究［D］.保定：河北农业大学，2013.

［10］ 韩颖洁.微生物发酵秸秆对肉羊生产性能和营养物质表观消化率的影响［D］.保定：河北农业大学，2015.

［11］ 张凤霞，冯兴明，代素琴，等.不同微生物处理发酵秸秆饲喂育肥肉羊的试验［J］.饲料研究，2007，11：4－5.

［12］ 严 平，余雪梅，郝桂英，等.玉米秸秆微贮饲料饲喂肉羊效果观察［J］.西昌学院学报，2008，22（1）：33－38.

［13］ 孔凡虎，朱应民，许海军，等.发酵玉米秸秆对提高肉羊生产性能的应用研究［J］.山东畜牧兽医，2015，36（8）：19－20.

［14］ Gannai A M，Teli M A.Nutritive value of urea and fungal treated paddy straw on nutrient utilization in sheep［J］.VeterinaryPractitioner，2010，11（1）：55－59.

［15］ Singh G P，Gupta B N，Singh K.Effect of microbial treatment of paddy straw on chemical composition and nutrient utilization in crossbred goats［J］.Indian JournalofAnimalNutrition，1990，7（4）：251－256.

［16］ 李胜利，金 鑫，范学珊，等.反刍动物生产与碳减排措施［J］.动物营养学报，2010，22（1）：2－9.

［17］ 娜仁花.不同日粮结构对奶牛瘤胃甲烷及氮排放的影响研究［D］.北京：中国农业科学院，2010.

［18］ 桑断疾，董红敏，郭同军，等.日粮类型对细毛羊甲烷排放及代谢物碳残留的影响［J］，农业工程学报，2013，29（17）：176－181.

［19］ 张贵花，王 聪，刘 强，等.纤维分解酶处理玉米秸秆对肉牛瘤胃发酵和养分消化代谢的影响［J］，动物营养学报，2013，25（9）：2091－2100.

［20］ 辛杭书，刘凯玉，张永根，等.不同处理水稻秸秆对体外瘤胃发酵模式、甲烷产量和微生物区系的影响［J］，动物营养学报，2015，27（5）：1632－1640.

［21］ 李淑娜，慧小双，李红亚，等.多功能复合菌剂发酵玉米秸秆对育肥羊能量代谢的影响［J］.动物营养学报，2015，27（2）：2231－2240.

（责任编辑 卢庆萍）

中图分类号：S816

文献标识码：A

文章编号：1671－7236（2016）12－3200－06

doi：10.16431／j.cnki.1671－7236.2016.12.017

收稿日期：2016－04－21

基金项目：农业科技成果转化项目（2014GB2B100005）；吉林省肉羊产业体系；吉林省农业科学院重大创新工程项目；潍坊学院青年科研基金项目（2012Z19）

作者简介：魏炳栋（1981－），男，甘肃永靖人，博士，副研究员，研究方向：生物饲料，E－mail：weibingdong＠foxmail.com

通信作者：＊陈 群（1969－），男，吉林长春人，研究员，硕士生导师，研究方向：生物饲料开发与利用，E－mail：chenqun96＠163.com

Effects of Fermented Corn Straw on Production Performance，Nutrients Digestibility and Methane Emission in Fattening Sheep

WEI Bing－dong1，QIU Yu－lang1，CHEN Qun1＊，LI Lin1，LI Wei－zhong2，WANG Xin3
（1.InstituteofAnimalScience，JilinAcademyofAgriculturalSciences，Gongzhuling136100，China；2.WeifangUniversity，Weifang261061，China；3.GongzhulingEnvironmentalProtection Bureau，Gongzhuling136100，China）

Abstract：The objective of this experiment was to study the effects of dietary supplement of fermented corn straw（fermented by bacillus subtilis，lactic acid bacteria and saccharomycetes）on production performance，nutrients digestibility，and methane emission for mutton sheep.30ram lambs（Dorper×Small tailed han sheep，F1）were randomly allotted to two dietary treatments supplemented with 0（control group）and 27.5%fermented corn straw（experimental group），forage－to－concentrate ratio was 45∶55.The results indicated that feeding fermented corn straw could significantly increase the ADG and nutrients digestibility of sheep；the methane emission of experimental group decreased 21.5%compared with control group by using respiration calorimetry unit.In conclusion，microbial fermentation could improve straw quality，and feeding this fermented corn straw could enhance the production performance and nutrients digestibility of mutton sheep，and significantly decrease the methane emission and methane energy.

Key words：fermented corn straw；fattening sheep；production performance；digestibility，methane emission