不同厌氧处理方式对鲜麦秸品质、活体外瘤胃发酵及甲烷产量的影响

徐 芳， 降 磊，张元庆*， 张丹丹， 王 曦， 程 景， 靳 光，孙志强， 张变英， 孙锐锋， 薛艳蓉， 李 博， 陈 泽， 陈剑波

（1.山西省农业科学院畜牧兽医研究所，山西太原 030032；2.山西省农业科学院农业资源与经济研究所，山西太原 030032；3.中国农业大学动物科学技术学院，北京海淀 100193）

我国是农业大国，每年秸秆产量高达8亿t左右，通常粉碎后直接掩埋或就地焚烧（Wang，2013）。随着人口的增长和生活品质的不断提高，人们对牛羊肉食品的需求不断加大，由于地理环境和养殖水平的客观原因，饲草料的不足成为困扰我国反刍畜牧业发展的难题。开发利用秸秆饲草料是缓解人畜争粮的一大途径。反刍动物由于本身特殊的瘤胃结构可以利用秸秆中的纤维素，但由于秸秆本身蛋白质含量低、适口性差、易于霉变、整体营养价值及动物机体对其消化利用率较低等问题（曹俊伟，2010），不适宜作为越冬的干草料，限制了秸秆在养殖上的应用。为提高秸秆资源的利用率，有必要对其进行科学合理的处理加工。目前通常所用处理方法有破碎、酸处理法、碱处理法、全株青贮、黄贮和微贮等。人们对秸秆的处理方法进行了大量的探索，结果显示秸秆经过处理均可以不同程度提高秸秆品质，但不同方法处理的小麦秸秆在感官、营养成分、产气量、消化率及产CH4量等方面缺乏系统性对比。本文主要研究不同厌氧处理方式对鲜麦秸营养成分、活体外瘤胃发酵及发酵气体中CH4和CO2含量的影响，为小麦秸秆作为饲草料在反刍动物上的运用提供理论依据和试验基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

原料：选用产自山西省晋中的晋作80（晋审麦2016007）全株小麦及小麦秸秆，在蜡熟期249 d刈割全株小麦、完熟期280 d刈割小麦秸秆，制作桶装处理样品。

仪器：CH4、CO2及挥发性脂肪酸（VFA）采用安捷伦7890A气相色谱仪检测。热导（TCD）检测器、Agilent Porapak Q 6Ft （1.83 m）×80/100 填充柱；氢火焰离子 （FID）检测器、Agilent HP-INNOWax 19091-1131 30.00 m×0.320 mm×0.25Micron毛细柱。

1.2 试验方法

菌制剂：由植物乳杆菌、布氏乳杆菌、香肠乳杆菌和类谷糠菌组成的混合菌冻干粉，活菌数1×1010cfu/g，由济南三峰公司提供，于4℃冰箱保存。

瘤胃液供体动物：选用4头年龄四岁、健康状况良好、体重均为430 kg左右、安装有永久性瘤胃瘘管的晋南阉公牛作为瘤胃液供体动物。试验牛每日饲喂两次（8：00 和 16：00），精粗比 50∶50，精料（玉米69.8%，豆粕23.7%，石粉1.8%，骨粉2.3%，食盐1.2%，预混料1.2%），处理后饲草料5 kg，自由饮水。预饲7 d后，晨饲前采取瘤胃液。

样品处理：于正式处理前刈割小麦样品65℃烘干测粗水分，计算加水量。全株小麦及小麦秸秆刈割后，立即切碎揉搓机切短至1.5～2.5 cm，按表1分组，每组处理3个重复，均匀喷洒及充分搅拌后分别装入5 L塑料桶压实密封，22～25℃室温贮存。

表1 分组及调制方法

1.3 样品的采集与测定 桶装样品贮存56 d时开桶进行感官性能评价，并根据四分法取样。按照国标测定其干物质、粗蛋白质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维。并取样经65℃烘干48 h后，粉碎过1.00 mm金属筛，密封保存，用于营养成分测定和体外产气、消化率及VFA的测定。

采用活体外瘤胃模拟装置系统测定1、2、3、4、6、8、12、16、20、24、28、36、40、48、54、60、72 h 产气量，在72 h时冰水浴终止发酵，将发酵液低温离心 （4℃，5400 r/min×15 min），提取上清液-80℃过夜用于NH3-N和VFA检测。NH3-N含量采用苯酚-次氯酸钠比色法测定，VFA （TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸及异戊酸）浓度使用安捷伦7890A气相色谱仪测定，方法均参照董晓玲（2006）；发酵残渣用蒸馏水反复清洗、离心，测定DM消化率；CH4和CO2浓度，于活体外瘤胃发酵 12、24、36、48、60、72 h 时， 使用安捷伦 7890A气相色谱仪测定，具体方法参照张元庆等（2006）。

1.4 统计分析 本试验中不同处理试验结果采用Excel（2007）进行预处理，试验数据采用统计软件SPSS 17.0进行单因素方差分析 （One-Way ANOVA）和Duncan’s多重比较检验，以 P＜0.05为差异显著性标准；结果以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 不同处理鲜麦秸对感官指标的影响 感官评分可以快速评价出秸秆质量的优劣。从表2可以看出，在小麦全株或秸秆中加入混合菌可以保持秸秆饲料色泽鲜亮，并伴有酸香味，质地相对柔软，而单纯的秸秆黄贮，颜色偏深，并有较少结块现象；秸秆氨化组和秸秆碱化组质地柔软、结构松散，但具有刺激性气味。说明从感官评价方面，全株小麦或小麦秸秆中添加一定量的混合菌可以改善粗饲料的气味、色泽和质地等。

2.2 不同处理鲜麦秸对其营养成分的影响 从表3可以看出，各试验组干物质含量无显著差异。与秸秆黄贮组相比，全株微贮组、秸秆微贮组、秸秆氨化组及秸秆碱化组粗蛋白质含量分别提高219.21%（P ＜ 0.05）、16.75%（P ＞ 0.05）、112.81%（P＜ 0.05）、13.79%（P ＞ 0.05）。全株微贮组中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维的含量约是秸秆组的1/2（P＜0.05）；与秸秆黄贮组相比，秸秆微贮组、秸秆氨化组、秸秆碱化组中性洗涤纤维显著降低8.24%、13.01%、9.09%（P＜0.05），酸性洗涤纤维显著降低 17.67%、17.68%、15.61%（P ＜0.05）。 秸秆微贮组、秸秆氨化组、秸秆碱化组之间粗蛋白质、中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维的含量均无显著差异（P＞0.05）。小麦秸秆经过氨化、碱化及微贮处理均降低了其中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量，氨化处理增加了粗蛋白质含量；全株小麦青贮的品质优于小麦秸秆。

表2 不同处理鲜麦秸对感官指标的影响

表3 不同处理鲜麦秸对其营养成分的影响（风干基础） %

2.3 不同处理鲜麦秸对活体外瘤胃发酵产气量的影响 由图1可得，在0～72 h内，各组产气量迅速增加，然后逐渐趋于平缓。全株微贮组产气量明显高于秸秆各处理组；秸秆氨化组产气量高于秸秆黄贮组、秸秆微贮组、秸秆碱化组。全株微贮及秸秆氨化均可不同程度提高产气量。

图1 不同处理鲜麦秸对体外模拟消化产气量的影响

2.4 不同处理鲜麦秸对活体外瘤胃发酵72 h消化率的影响 由图2可得，秸秆黄贮组比全株微贮组、秸秆氨化组体外消化率降低了56.39%、24.03%（P＜0.05）；相对于秸秆氨化组，全株微贮组体外消化率提高26.09%（P＜0.05）；秸秆黄贮组、秸秆微贮组、秸秆碱化组之间无显著性差异（P＞0.05）。说明全株微贮及秸秆氨化均可不同程度提高秸秆的消化率。

图2 不同处理鲜麦秸对体外模拟消化率的影响

2.5 不同处理鲜麦秸对CH4产生的影响 从表4可以看出，各试验组CH4产量随着体外发酵时间的增加先快速增加，后逐渐趋于平稳。在整个试验阶段，全株微贮组CH4产量显著高于其他组（P＜0.05）；在72 h时，秸秆微贮产CH4量最低，与秸秆微贮组相比，全株微贮组、秸秆氨化组及秸秆碱化组CH4产量分别提高了84.09%、45.73%、35.34%（P ＜ 0.05）；12 h时，与秸秆黄贮组相比，秸秆微贮组、秸秆氨化组、秸秆碱化组CH4提高了36.36%、47.73%、27.27%（P＜0.05）；36～48 h秸秆黄贮组和秸秆微贮组体外产CH4的产量显著低于秸秆氨化组和秸秆碱化组（P＜0.05）；在60～72 h秸秆微贮组CH4产量显著低于其他处理组（P＜0.05）。总的来说全株微贮体外产CH4量相对提高，秸秆微贮组体外产CH4量相对较低。

表4 不同处理鲜麦秸对CH4产生的影响mL

2.6 不同处理鲜麦秸对CO2产生的影响 从表5可以看出，各试验组CO2随着体外发酵的时间增加先快速增加，后逐渐趋于平稳。与秸秆黄贮组相比，在12 h秸秆氨化组、全株微贮组CO2含量显著提高39.83%、38.78%，24 h时CO2含量显著提高8.7%、4.9%（P ＜ 0.05）；与秸秆氨化组相比，在 36 h时，秸秆黄贮组、秸秆微贮组、秸秆碱化组CO2含量显著降低12.21%、13.36%、17.79%（P ＜ 0.05）；在 48 h时，秸秆黄贮组、秸秆微贮组、秸秆碱化组CO2含量显著降低 7.00%、13.64%、16.33%（P ＜ 0.05）；在60、72 h时，秸秆黄贮组、秸秆氨化组、秸秆碱化组、秸秆微贮组CO2含量均差异不显著（P＞0.05）。

表5 不同处理鲜麦秸对CO2产生的影响mL

2.7 不同处理鲜麦秸对体外发酵液NH3-N和VFA的影响 从表6可以看出，全株微贮组体外发酵液 NH3-N、TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸及异戊酸含量显著高于其他各处理组 （P＜0.05）；与秸秆微贮组相比，全株微贮组体外发酵液 NH3-N、TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸及异戊酸含量分别提高41.29%、20.99%、10.48%、41.99%、14.61%、166.67%、43.75%及 64.71%（P＜0.05）；秸秆黄贮组、秸秆微贮组、秸秆氨化组及秸秆碱化组NH3-N、TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸及异戊酸含量差异不显著（P＞0.05）。

表6 不同处理鲜麦秸对体外发酵液NH3-N和VFA的影响

3 讨论

3.1 不同处理鲜麦秸对感官指标和营养成分的影响 本试验中，全株小麦和小麦秸秆添加菌剂、秸秆氨化、碱化处理均一定程度上提高了其蛋白质的含量，降低了其纤维的含量，并一定程度上提升了小麦秸秆粗饲的质量。马广英（2014）研究小麦秸秆的黄贮优化结果表明，黄贮提高了秸秆的感官品质，改善了秸秆适口性。Wan等（2010）研究发现，在玉米秸秆青贮中添加植物乳杆菌，可以提高青贮发酵品质并且提高体外干物质降解率；热杰（2009）研究表明，乳酸菌添加剂可改善青贮燕麦的品质，增加其干物质、粗蛋白质含量；Yan等（2008）研究结果表明，稻草经过碱预处理后纤维素、半纤维素等被分解，稻草秸秆结构有较大变化。刘培剑等（2018）研究表明，秸秆中添加尿素可以降低纤维素的水平。本试验采用的全株鲜麦秸添加微生物处理，其营养成分显著高于黄贮，且感官性能优越，与报道的试验结果类似。本试验全株微贮、秸秆氨化组蛋白质水平提升、纤维素水平下降可能是因为添加一定量混合菌可以降解纤维素转化菌体蛋白的原因；同时乳酸菌产生的乳酸降低了基质pH，抑制有害菌群生长，从而提升粗饲秸秆的品质。由于氨化处理本身提高了秸秆含氮量，从而增加了秸秆中粗蛋白质含量；但秸秆经氨化处理后，具有强烈刺激气味、影响适口性；有资料显示，氨化处理的氮在秸秆中保留率仅为23%～26%，其余的74%～77%以氨形态散发到空气中，既造成了氮源的浪费，也污染了大气环境。

3.2 不同处理鲜麦秸对体外消化指标的影响通常情况下，体外产气量可以在某种程度上反映饲料在反刍动物瘤胃中的降解特性，可反映饲粮能量水平。毛建红等（2017）研究表明，饲粮中有机物的含量越高，瘤胃的产气量就越高。张立霞等（2013）研究表明，秸秆经微生物处理后，其细胞壁结构被破坏，增加了瘤胃微生物附着的比表面积。饲料中可利用的有机物含量越多，瘤胃的产气量就越高。本试验结果表明，全株小麦经微生物处理后其产气量明显高于其他处理，是因为全株小麦里含有大量的小麦粒，提升整体青贮有机物的水平，所以说全株微贮产气量远高于秸秆处理组。秸秆经氨化处理后，其产气量也显著提升，造成这一结果的原因可能是加入秸秆中的尿素为瘤胃微生物的发酵提供了丰富的氮源，弥补了因单纯的秸秆微生物发酵氮含量的不足限制的微生物生长，使秸秆的细胞壁结构分解，同时氨化也可一定程度破坏秸秆结构，所以说秸秆氨化产气量高于其他秸秆处理组。与秸秆黄贮组相比，在秸秆中添加菌剂制得的小麦秸秆微贮并未使产气量明显提升，可能是因为秸秆缺乏微生物生长所必需的氮源，使秸秆微贮效果不明显。

Brummel等（2015）、张文璐等（2009）研究表明，反刍动物体外产气量与饲粮中营养物质的消化率呈正相关；同时体外干物质消化率反映了饲料消化的难易程度（马俊南，2016）。本试验结果表明，全株微贮组、氨化组的体外消化率显著高于其他处理组，全株微贮组体外消化率高于秸秆氨化组，这一结果与体外产气量结果是一致的。说明产气量和消化率存在一定的正相关，与前人的研究相一致。

饲料被反刍动物摄入经瘤胃微生物的厌氧发酵，产生氢和CO2，在瘤胃内甲烷菌作用下合成不能被机体利用的CH4。有资料表明，影响反刍动物产生CH4因素依次为粗饲粮类型 ＞饲粮精粗比＞能量水平；也有资料表明，CH4排放量与能量摄入水平呈正相关关系。本试验结果表明，秸秆氨化处理和全株微贮处理含CH4高一些。其原因可能是全株微贮相对于秸秆处理组能量水平高且相对精细，所以CH4产量高于其他处理组。秸秆氨化、秸秆碱化CH4含量高于秸秆微贮和秸秆黄贮组可能是因为氨化、碱化处理有利于瘤胃中甲烷菌的生长，CH4排放相对高一些。

随着饲草料中蛋白质含量的增加，瘤胃NH3-N 和 TVFA 含量线性增加（Mccann，2017）；全株微贮组和秸秆氨化组蛋白质含量高，结果显示，其NH3-N和TVFA均高于其他组，与Mccann（2017）研究结果一致。VFA主要由瘤胃发酵碳水化合物产生，同时也是反刍动物能量利用的主要形式，包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸和异戊酸，其含量之和即为TVFA含量。Polyoraeh等（2014）研究表明，精料比例的提高会降低乙酸和丙酸。因为丙酸是反刍动物主要的生糖物质，由于丙酸合成与瘤胃产甲烷菌需要共同的底物，二者在瘤胃发酵中存在竞争关系。本研究中随着处理组精粗比的提高，丙酸的产量显著提高，这与崔安等（2016）、张颖等（2014）的研究结果相一致。

4 结论

全株微贮和秸秆微贮、氨化、碱化均可以一定程度上提高其感官性能及饲草料品质；全株微贮、秸秆氨化均可显著提升产气量及消化率。氨化处理秸秆气味刺鼻，影响适口性，造成氮源浪费，污染环境；相对于秸秆处理组，全株微贮可显著提升体外消化液氨态氮、总挥发酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸及异戊酸含量。