柠条与玉米秸秆混合微贮及其组合效应

成启明，格根图，项锴峰，刘丽英，范文强，蔡曙光，贾玉山

(1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，农业部饲草栽培、加工与高效利用重点实验室，草地资源教育部重点实验室，内蒙古 呼和浩特 010011； 2.赤峰市农牧业局，内蒙古 赤峰 024000； 3.内蒙古自治区建设科技开发推广中心，内蒙古 呼和浩特 010020)

随着我国畜牧业的快速发展，家畜数量急剧上升，对饲草料的数量和品质要求越来越高。我国饲草资源丰富，但优质饲草资源匮乏，低质饲草数量庞大但其转化率低[1]，直接作为饲料，其利用率低[2]，且适口性差。如何科学地将低质饲草进行组合，通过加工处理提高其利用率和饲用品质，已成为当前草产品加工技术领域的研究热点[3-4]。柠条(Caraganakorshinskii)在我国北方的分布面积较大，蛋白含量高，具有很高的饲用价值，但是其纤维含量高，且收获干燥后茎秆粗硬，并具有脱叶刺，严重降低了适口性。玉米(Zeamays)秸秆在我国数量庞大，价格低廉，但是其细胞壁结构比较坚硬，并且其纤维素与木质素紧密结合，适口性差，家畜采食后不易消化，因此不能直接饲喂家畜[5-6]。为解决我国优质饲草料供应不足问题，扩大饲料来源，大量学者对玉米秸秆和柠条等低质饲草展开研究。温学飞等[7]将柠条进行微贮并进行饲喂试验发现，微贮后的柠条粗蛋白(crude protein，CP)含量明显提高，纤维和木质素含量降低，并且能够明显增加试验羊的日增重。王峰等[8]通过物理、化学和生物方法将柠条进行加工处理，使柠条的营养物质含量明显增加、纤维含量降低、适口性增加、利用率提高。此外，添加菌剂微贮后的玉米秸秆粗蛋白和粗脂肪(ether extract，EE)含量明显增加并且其粗纤维和粗灰分含量显著降低[9]。揉丝微贮的玉米秸秆粗蛋白和粗脂肪含量显著高于传统青贮，其酸性洗涤纤维(acid detergent fibre，ADF)和中性洗涤纤维(neutral detergent fibre，NDF)含量显著低于传统青贮，并且揉丝微贮的乳酸菌含量比传统青贮高[10]。

目前，国内外关于低质饲草单独青贮、微贮或者将低质饲草和优质饲草混合青贮的研究较多，将两种低质饲草进行混合微贮的研究报道较少，而关于其组合效应的研究则更是鲜见。为解决柠条和玉米秸秆两种低质饲草的适口性以及探究这两种低质饲草混合微贮后营养的互补性，本研究将这两种低质饲草通过不同比例混合，并添加一定量的酶制剂进行微贮试验。通过对柠条和玉米秸杆混合微贮的营养物质变化、干物质采食量(dry matter intake，DMI)、各营养物质有效降解率(potential effective digestibility，PED)及瘤胃降解动力学参数研究，利用饲草组合效应分析，筛选混合饲草微贮的最佳比例及酶制剂的最佳添加剂量，以期利用微贮加工和饲草组合，提高柠条和玉米秸秆的饲用价值，为解决我国饲草料供应不足并扩大饲料来源提供理论依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验地点位于内蒙古西乌珠穆沁旗，本研究以柠条和玉米秸秆为试验原料，柠条和玉米秸秆于2006年10月中旬收获。

1.2 试验设计

本研究通过添加一定含量的酶制剂对不同比例的饲草组合进行微贮。具体混合比例如表1所列。其中CK1和CK2分别是柠条和玉米秸杆单一饲草，对其不进行微贮。

酶制剂(北京夏盛实业集团有限公司提供)主要成分为纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶等。微贮1 t柠条和玉米秸秆混合饲草配置酶制剂的步骤：准备3个容器，每个容器加入500 kg水和5 kg食盐，分别加入175、350、525 g购买的酶制剂，使其充分溶解，分别配置成0.05%、0.10%和0.15%剂量的微贮酶制剂。

1.3 测定指标及方法

1.3.1营养指标及测定方法 干物质(dry matter，DM)、有机质(organic matter，OM)、粗蛋白质(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)和酸性洗涤木质素(acid detergent lignin，ADL)按照《饲料分析及饲料质量检测技术》测定[11]。

1.3.2混合饲草微贮方法 采用揉碎机将柠条和玉米秸秆处理成丝状，有利于饲草的营养物质外露，从而与微贮酶制剂充分接触，使其微贮发酵。按照设计的混合比例和酶制剂添加量，水分调节至65%。将预处理好的试验材料放入65 cm×45 cm的专用青贮塑料袋中，压实密封，形成厌氧环境，每个处理重复3次，置于室温下微贮45 d后即可使用。

1.3.3干物质随意采食量的测定 本研究选用33只体重30 kg左右的健康内蒙古半细毛羊，随机分成11组，每组3只，每只试验羊之间体重差异不显著，试验羊单笼饲养。在每天07:00、18:00投放饲料，试验期间常规驱虫，自由饮水，按照初始体重给试验羊配置日粮(表2)。本研究给试验羊饲喂单一处理组合饲草，在预试期间，待测饲草逐步替换原日粮，直至正试期，原日粮全部被待测饲草替换，预试期3周，正试期1周，控制每天试验羊的剩余饲草量不超过投放饲草量的15%，试验期间每天记录试验羊的随意采食量[12]。按该方法测得每只羊每天平均采食量即干物质随意采食量，单位为“克·(日·每公斤代谢体重)-1”，记作“g·(d·kg0.75)-1”。

表1 试验设计方案Table 1 Experimental design

下表中的编号CK1、CK2、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ的意义同此表。

The meaning of the number CK1, CK2, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ, Ⅵ, Ⅶ, Ⅷ, and Ⅸ in the table below are the same as this table.

表2 日粮组成及营养水平Table 2 Diet composition and nutrient levels

1.3.4有效降解率的测定 本研究选用6只体重为30 kg左右、装有永久性瘤胃瘘管的内蒙古半细毛羊进行试验，每只试验羊之间体重差异不显著。试验羊日粮如表2所列。

目前普遍采用尼龙袋法来评价饲草营养物质在瘤胃内的降解率。其具体试验步骤如下：挑选直径为0.048 mm的尼龙布，用针缝制为7 cm×10 cm的尼龙袋，用蒸馏水清洗干净并置于65 ℃烘箱烘干至恒重，标号备用。用分析天平称取3.0 g的样品小心放入尼龙袋底部，将放入样品的尼龙袋绑在半软聚乙烯管置于瘤胃内，停留时间分别为2、6、12、24、36、54、72 h。每个时间点取出的尼龙袋放入冰水，立即用自来水冲洗，直至冲洗到水清为止，将冲洗后的尼龙袋放在65 ℃烘箱烘干，将袋内降解后的残渣收集待测。各种营养物指标的有效降解率以公式(1)、(2)、(3)式计算：

P={[放入袋中饲料DM(或纤维)重-某时间点残留袋内的DM(或纤维)重]/[放入袋中饲料DM(或纤维)重]}×100%；

(1)

P=a′+b′(1-e(-c′t))；

(2)

PED=a′+(b′×c′)/(c′+k)。

(3)

式中：P为t时间某营养指标的瘤胃降解率(%)；a′为某营养指标的快速降解部分(%)；b′为某营养指标的慢速降解部分(%)；c′为b′部分的降解速率(%·h-1)；t为饲料在瘤胃内停留的时间(h)；PED为有效降解率，k为流通速率。

采用不同时间点的实时降解率数据(P和t)，代入式(2)，采用最小二乘法计算a′、b′和c′值。利用a′、b′和c′值代入式(3)计算待测饲料某营养指标的PED。

1.3.5混合饲草间组合效应的估算 混合饲草间组合效应的计算公式[13]如下。

组合效应=[(实测值-加权估测值)/加权估测值]×100%。

(4)

式中：实测值为实际测定的样品降解率(%)；加权估测值=柠条的实际测定值×柠条比例(%)+玉米秸秆的实际测定值×玉米秸秆比例(%)。

1.4 数据处理、分析方法

图、表和数据的前期处理均利用 Microsoft Office Excel 2007软件进行，瘤胃降解动力学参数的计算和数据的方差分析(AVONVA法)利用SAS 9.1.3(Statistical Analysis System)软件进行。

2 结果与分析

2.1 混合微贮对各营养指标含量的影响

对于OM，经过微贮后的各处理组显著高于CK1(未进行微贮的柠条)和CK2(未进行微贮的玉米秸秆)(P<0.05)，其中处理Ⅰ、Ⅱ和Ⅶ的OM含量较高，但各处理之间差异不显著(P>0.05)(表3)。对于CP，由于柠条的蛋白含量较高，玉米秸秆的蛋白含量极低，经过微贮后各处理的CP含量介于单一柠条和单一玉米秸秆之间。随着柠条比例的增加，其混合饲草微贮后的CP含量增加，各处理的CP含量显著高于CK2，显著低于CK1(P<0.05)。对于NDF，进行微贮后的混合饲草NDF含量较CK1和CK2都有所降低，其中处理Ⅶ的NDF含量最低，为57.23%，显著低于其他处理(P<0.05)。对于ADF，处理Ⅱ、Ⅳ和Ⅶ的ADF含量显著低于CK1和CK2(P<0.05)，其中Ⅶ组的ADF含量最低,为32.70%。对于ADL，微贮后各处理组的ADL含量介于CK1和CK2之间，且与对照组差异显著(P<0.05)。

表3 不同处理混合饲草微贮后的营养物质含量Table 3 Content of nutrient matter of mixed microbial silage after different treatments

同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。表中指标的测算以干物质为基础。

Different lower-case letters within the same column indicate statistically significant differences at the 0.05 level. This convention is used for all of the following tables. The parameters in Table 3 are calculated based on dry matter.

2.2 混合微贮对DMI的影响

通过对混合饲草微贮前后绵羊对粗饲料DMI对比分析发现(表3)，混合饲草进行微贮后其DMI显著高于CK1和CK2(P<0.05)，其中处理Ⅶ的DMI最高，但是各混合饲草微贮处理之间差异不显著(P>0.05)。由试验结果可以看出，混合饲草进行微贮后可以明显提高粗饲料DMI，改善柠条和玉米秸秆的适口性，且混合饲草微贮中随着柠条的比例增加，其DMI降低。

2.3 混合微贮对绵羊瘤胃内降解率的影响

通过对混合饲草微贮前后经72 h瘤胃培养后，对各营养物质降解率的影响进行分析(表4)。对于营养物质DM，30%柠条混合饲草微贮后的快速降解部分a′值高于其他比例组合。其中Ⅷ组合的a′值最高，显著高于对照CK1和CK2(P<0.05)；50%和70%柠条混合饲草微贮后的a′值介于CK1和CK2之间；对于慢速降解部分b′值，只有处理Ⅶ的b′值高于CK1(P<0.05)和CK2(P>0.05)，其他处理的b′值处于CK1和CK2之间；对于有效降解率PED，其中处理Ⅶ的PED值最高，显著高于其他处理和对照(CK1和CK2)(P<0.05)；对于不同比例柠条混合饲草的PED值来看，随着柠条的降低其PED值增加，不同比例柠条组合其酶制剂添加量为0.05%和0.15%进行微贮效果较好。

对于营养物质OM，不同比例柠条混合饲草的a′值和b′值都低于CK2(玉米秸秆)而高于CK1(柠条)，其a′值随着柠条比例的增加而降低；处理Ⅲ、Ⅶ和Ⅸ的PED值显著高于CK1和CK2(P<0.05)，其他处理的PED值介于CK1和CK2之间，其中处理Ⅶ的PED值最高(表4)。

对于营养物质CP，30%柠条混合饲草的a′值高于50%和70%柠条混合饲草(表4)；处理Ⅰ、Ⅱ和Ⅵ的b′值显著高于CK1和CK2(P<0.05)，其他处理的b′值介于CK1和CK2之间；由于柠条单样的CP含量较高，对于添加相同剂量的酶制剂进行微贮，其混合饲草的PED值随着柠条的比例增加而增加；对于不同比例柠条混合饲草的PED值，其0.1%剂量的酶制剂高于0.05%和0.15%。

对于营养物质NDF，30%柠条混合饲草的a′值高于CK1和CK2(表4)；Ⅸ处理的b′值最高，显著高于其他处理和对照(CK1和CK2)(P<0.05)；不同处理的PED值均高于CK1而低于CK2，各处理之间，其处理Ⅶ的PED值最高。

表4 混合微贮饲草有效降解率(PED)及瘤胃降解动力学参数Table 4 PED and kinetic parameters of rumen degradation of mixed microbial silage

续表4

营养指标Nutritional indicator组合编号Combination number瘤胃降解动力学参数Kinetic parameters of rumen degradationa'b'c'a'+b'kPED酸性洗涤纤维 Acid detergent fiber (ADF)CK14.06±0.12e12.15±0.35g3.40±0.10d16.22±0.48h2.00±0.06d11.72±0.34eCK27.14±0.20b30.38±0.88c3.18±0.09d37.53±1.08c3.00±0.09a22.78±0.66aⅠ6.29±0.18c18.84±0.55f3.26±0.09d25.13±0.72f2.30±0.07c17.34±0.50cdⅡ0.45±0.01g20.40±0.59f8.51±0.25a20.84±0.60g2.30±0.07c16.51±0.48dⅢ2.50±0.07f26.89±0.78de3.39±0.10d29.39±0.85e2.30±0.07c18.52±0.53cdⅣ7.92±0.23a37.89±1.09b1.45±0.04f45.81±1.33b2.50±0.07bc21.83±0.63aⅤ4.94±0.14d24.94±0.72e3.32±0.10d29.88±0.86e2.50±0.07bc19.17±0.55bcⅥ4.64±0.13de26.25±0.76de5.17±0.15b30.89±0.89de2.50±0.07bc22.33±0.64aⅦ8.12±0.24a42.04±1.21a1.22±0.03f50.16±1.45a2.70±0.07b21.20±0.61abⅧ5.96±0.17c28.55±0.83cd2.06±0.06e34.51±1.00cd2.70±0.07b18.31±0.53cdⅨ4.70±0.14de29.40±0.85cd4.50±0.13c34.09±0.98cd2.70±0.07b23.07±0.66a酸性洗涤木质素 Acid detergent lignin (ADL)CK10.26±0.01g6.79±0.20d6.18±0.18c7.05±0.20g2.00±0.06d5.39±0.16eCK23.31±0.10a9.92±0.29c6.83±0.20b13.22±0.38b3.00±0.09a10.20±0.29aⅠ1.79±0.05d7.96±0.23d4.70±0.14d9.75±0.28ef2.30±0.07c7.13±0.20dⅡ1.31±0.04ef11.97±0.35b2.22±0.06g13.28±0.38b2.30±0.07c7.19±0.21cdⅢ1.07±0.03f7.48±0.22d8.26±0.24a8.55±0.25f2.30±0.07c6.92±0.20dⅣ2.22±0.06c10.20±0.29c3.59±0.10e12.42±0.36bc2.50±0.07bc8.23±0.24bⅤ1.38±0.04e9.54±0.28c3.03±0.09f10.92±0.31de2.50±0.07bc6.61±0.19dⅥ2.03±0.06cd13.28±0.38a1.66±0.05hi15.31±0.44a2.50±0.07bc7.33±0.21bcdⅦ3.44±0.10a9.34±0.27c1.91±0.06gh12.79±0.37bc2.70±0.08b7.31±0.21bcdⅧ2.19±0.06c9.33±0.27c4.63±0.13d11.52±0.33cd2.70±0.08b8.08±0.23bcⅨ2.84±0.08b13.13±0.38ab1.20±0.03i15.97±0.46a2.70±0.08b6.88±0.20d

对于营养物质ADF，处理Ⅶ和Ⅳ的a′值显著高于对照(CK1和CK2)(P<0.05)，其他处理a′值介于CK1和CK2之间；处理Ⅶ的b′值最高，显著高于其他处理和对照(P<0.05)，而其他处理的b′值均高于柠条(CK1)而低于玉米秸秆(CK2)；不同比例柠条混合饲草微贮后对ADF的PED的影响效果显示：0.15%剂量>0.05%剂量>0.10%剂量的酶制剂，相同剂量的酶制剂，随着柠条比例的增加，其PED值先升高后降低(表4)。

对于营养物质ADL，处理Ⅶ的快速降解部分a′值最高，高于其他处理和对照，而其他处理的a′值均高于柠条低于玉米秸秆，且差异显著(P<0.05)(表4)；处理Ⅱ、Ⅵ和Ⅸ的慢速降解部分b′值显著高于CK1和CK2(P<0.05)；不同处理的有效降解率PED值均高于柠条而低于玉米秸秆，且差异显著(P<0.05)。

2.4 混合微贮的组合效应

通过对混合饲草微贮的组合效应分析得出(表5)，对于营养物质DM，其组合Ⅲ、Ⅵ和Ⅶ实测值大于其加权值，表现出正组合效应；对于CP而言，所有组合的实测值小于加权值，表现出负组合效应；对于NDF，只有Ⅶ处理表现出正组合效应，其他处理表现出负组合效应。

3 讨论

柠条和玉米秸秆在我国北方种植面积广，属于利用率低的低质饲草，其茎秆的化学组成部分包括结构性碳水化合物(structural carbohydrates，SC)和非结构性碳水化合物(nonstructural carbohydrates，NSC)，其中SC主要包括合成细胞壁的纤维类物质[14]。柠条和玉米秸秆的纤维类物质含量高是导致家畜不喜采食的主要原因。因此，为了提高柠条和玉米秸秆的利用率和营养价值，必须对其进行加工处理。本研究通过对不同比例柠条和玉米秸秆混合微贮前后营养物质变化的研究发现，经过微贮处理后的混合饲草的OM含量显著高于未经处理的单一饲草；由于柠条的蛋白含量较高，玉米秸秆的蛋白含量极低，经过微贮后各处理的CP含量介于单一柠条和单一玉米秸秆之间，且随柠条比例增加，其混合饲草微贮后的CP含量增加；对于NDF和ADF，进行微贮后的混合饲草NDF和ADF含量较CK1和CK2均有所降低；对于ADL，微贮后各处理组的ADL含量介于CK1和CK2之间，且差异显著(P<0.05)。从微贮前后各营养物质综合来看，通过混合饲草微贮可以在一定程度增加饲草的OM含量，明显降低饲草的NDF和ADF含量，提高饲草的饲用价值，这与邢智华[15]的研究结果一致。这可能是酶制剂中含有纤维素酶，在微贮过程中，纤维素酶发挥作用将低质饲草中的纤维素和半纤维素分解成葡萄糖，促进细胞壁的水解，从而为乳酸菌发酵提高充足的底物，使得饲草的纤维含量降低，有机物含量增加，进而提高了低质饲草的营养价值[16-17]。

表5 混合微贮饲草在瘤胃内降解率的组合效应Table 5 Associative effects of degradation rate of the mixed microbial silage in rumen

由于柠条为豆科植物，而玉米为禾本科，因此这两个品种粗饲料的各营养指标含量差异很大，根据单一营养指标含量难以评定饲草品质的优劣。因此，本研究综合分析了混合饲草微贮前后各营养指标变化及绵羊对粗饲料的采食量(DMI)。DMI是家畜生长所需营养物质的量化基础，是评价家畜生产性能和健康状况的重要指标，也是影响家畜生产力的重要因素。因此DMI与饲料的营养价值可相提并论[18]。影响家畜的DMI因素有很多，Mertens和Ely[19]研究发现，家畜对饲草中的NDF消化速率的快慢是影响DMI的主要因素，而且饲草中的NDF含量可以用来确定DMI的上、下限。本研究发现，混合饲草进行微贮后其DMI显著高于未进行加工处理的单一饲草，其中处理Ⅶ(30%柠条+0.05%酶制剂)的DMI最高，因此通过混合饲草微贮能显著提高其DMI，这与兰宗宝等[20]的研究结果一致。这是由于通过混合饲草微贮后其NDF含量低于未进行微贮的单一饲草，而高NDF含量饲草饲喂家畜时直接限制其DMI[15]。

评定饲草料优劣的主要依据是其在家畜瘤胃中的有关代谢参数，因此本研究将各处理组混合微贮饲草和对照组的单一饲草进行羊瘤胃内培养72 h，尝试从各种混合微贮饲草的PED及降解参数综合分析其消化特性。结果发现，处理Ⅲ(70%柠条+0.15%酶制剂)的OM的PED、处理Ⅶ(30%柠条+0.05%酶制剂)的DM、OM的PED和处理Ⅸ(30%柠条+0.15%酶制剂)的DM、OM、ADF的PED显著高于CK1和CK2(P<0.05)；其他营养指标(CP、NDF、ADL)的PED介于CK1和CK2之间，可能是这些营养指标在柠条和玉米秸秆中含量差异较大造成的；而ADF和NDF的PED值随着柠条比例的增加而降低，因此混合饲草微贮中柠条比例较低其微贮效果较好。结果表明，不同比例柠条混合饲草微贮对各营养物质的降解率及其参数的影响不同，同一比例柠条混合饲草不同酶制剂添加量对各营养的降解率及其参数的影响也各不相同。总体来看，混合饲草微贮后可以一定程度提高柠条和玉米秸秆的营养物质降解率，这与王福春[21]的研究结果一致。可能是由于两种不同种类饲草混合微贮后，其营养间的平衡与互补，而且微贮酶制剂中的纤维素酶既分解了饲草中的纤维又把饲草营养转化为动物营养，从而提高混合饲草的营养物质在瘤胃内的降解率[22]。

按照饲草种类及品质的不同，进行不同饲草的最优组合配比，科学地优化不同饲草间的正组合效应，并将负组合效应所产生的影响尽可能降至最低[23]，因此饲草混合技术是提高低质饲草饲用价值的常用方法。本研究将不同品种低质饲草(柠条和玉米秸秆)进行混合微贮，对常规评价饲草优劣的营养指标(DM、CP、NDF)在瘤胃内的降解率分析不同比例柠条并添加不同比例酶制剂进行微贮后的组合效应。结果表明，处理Ⅶ(30%柠条+0.05%酶制剂)的DM、NDF在瘤胃内的降解率表现出正组合效应；处理Ⅲ(70%柠条+0.15%酶制剂)和处理Ⅵ(50%柠条+0.15%酶制剂)的DM在在瘤胃内的降解率表现出正组合效应；而其他处理均出现了负组合效应，可能是由于瘤胃内一些生长较快的微生物对微量元素的消耗较快，导致一些生长缓慢的纤维素降解微生物的能量不足，从而阻止了其对纤维素的降解，产生了负组合效应。此外，影响饲草组合效应的因素多种多样，由于家畜的消化机理和饲草结构的复杂性，其饲草组合效应的发生机制有待进一步的研究。

4 结论

从混合饲草营养物质、干物质采量(DMI)、各营养物质有效降解率(PED)及瘤胃降解动力学参数和饲草组合效应综合分析，混合饲草微贮可以在一定程度上提高饲草的营养价值和干物质采食率，有效改善饲草的适口性，提高营养物质的降解率。说明在我国北方柠条和玉米秸秆可以混合微贮，但必须控制好其柠条和玉米秸秆比例和酶制剂的添加量，其中本研究的最佳微贮条件为30%柠条+70%玉米秸秆+0.05%酶制剂。