不同比例棉秆和甜菜渣混合发酵产物的瘤胃降解率研究

芦 岩 孙云鹏 耿明阳 罗远琴 薛 雪 孙新文 向春和毛胜勇 王新峰* 张伶俐

1.石河子大学动物科技学院，新疆石河子832003；2.新疆伊犁州畜牧总站，新疆伊宁835000；3.南京农业大学动物科技学院，南京210095；4.汕头大学医学院，广东汕头515041

新疆是我国重要的牛羊产品生产区，但因其特定的气候与地理位置，使得当地常规粗饲料资源难以满足牛羊等反刍动物的需要。据统计，2017年新疆棉花种植的总面积达到180.5 万hm2，棉秆大约1 437.6 万t[1]。棉秆中粗蛋白、纤维素、半纤维素和木质素的含量约为6.5%、44.0%、10.7%和15.3%，但其木质素含量高且与纤维素紧密结合、有毒物质游离、棉酚含量高是影响家畜利用的主要因素。2017年新疆甜菜渣的总产量达到448.3 万t，占全国总产量的47.77%[1]。甜菜渣主要成分是碳水化合物，占干物质重量的74.8%，含丰富的果胶、纤维素和半纤维素，但粗蛋白含量较低，这些因素使得甜菜渣的利用受到了限制[2]。将棉秆和甜菜渣混合发酵后，不仅降低了棉秆中游离棉酚的含量，提高了发酵产物的营养价值，改善其适口性，还增加了新疆粗饲料的供给量。因此，如何开发利用棉秆与甜菜渣作为饲料资源成为解决新疆地区饲料资源匮乏的重要途径。饲料的瘤胃降解率是衡量反刍动物对其利用效率的重要指标。本试验以棉秆与甜菜渣混合产物为研究对象，测定发酵产物在瘤胃内干物质（DM）、有机物（OM）、粗蛋白质（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）的降解率，筛选出最佳的棉秆与甜菜渣发酵组合，为棉秆和甜菜渣在家畜生产中的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用饲料样品来自前期本实验室棉秆与甜菜渣混合发酵产物，在65 ℃条件下烘48 h，粉碎，过2.5 mm 孔筛备用。

1.2 试验设计

用2 L 的自封袋进行发酵，以甜菜渣为碳源，与已粉碎的棉秆混合（含水率在65%左右）加入菌液、尿素和0.2%（以总重量为基础）的粗盐，密闭条件下常温发酵，制备混合发酵产物。本试验共3 个试验因素，分别为碳源、氮源和菌液，每个因素3 个水平，采用正交设计，甜菜渣干物质的添加水平为10%、30%和50%；复合菌液的添加水平为0.05%、0.1%和0.2%；尿素的添加水平为0.1%、0.2%和0.3%；共计9 个组合，以100%的棉秆为对照组（表1）。

表1 试验分组 %

1.3 试验动物与饲粮

选择3 只1 岁左右、健康、生长发育正常、体重35～40 kg，装有永久性瘤胃瘘管的哈萨克羊为试验动物，每天饲喂2 次，每只羊每天定量饲喂200 g精料（由天康公司提供，精料成分为玉米51%、麸皮24%、豆粕18%、尿素1.5%、食盐1%、碳酸氢钙2.5%、添加剂2%），苜蓿干草1.6 kg，自由饮水。

1.4 尼龙袋试验方案

选择尼龙袋孔径0.05 mm，尼龙袋尺寸为8 cm×12 cm，准确称取3 g 饲料样品装入尼龙袋中，每个样品设置3 个重复，每个重复设置10 个时间点，将尼龙袋袋口系紧拴在软塑料棒一端，另一端系绳固定在瘤胃瘘管上。采用“同时放入，多次取出”的方法，使每个样品在瘤胃中培养0（空白）、2、4、6、8、12、24、36、48 和72 h。尼龙袋取出后用自来水冲洗，反复冲洗直至水流澄清，放入65 ℃恒温干燥箱中烘48 h，回潮后称重记录，备测。

1.5 指标测定

干物质（DM）、有机物（OM）和粗蛋白质（CP）的测定参考杨胜[3]的方法，中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）采用Van Soest[4]的方法。

1.6 降解率的计算

1）装袋样品逃逸率（%）=空白样品试验袋干物质重（g）-空白试验袋中残余物重（g）/空白试验袋样品干物质重（g）×100%；

2）校正装袋饲料样品量（g）＝实际装袋饲料样品量（g）×[1－饲料样品逃逸率（%）]；

3）某营养成分某培养时间点的降解量（g）＝[校正装袋饲料样品量（g）×空白试验残余物中某营养成分的含量（%）]－[某培养时间点残余物的重量（g）×某培养时间点残余物中某营养成分的含量（%）]；

4）某营养成分某时间点实时降解率（%）=某营养成分某时间的降解量/(校正装袋饲料样品量（g）×空白试验残余物中某营养成分的含量)×100%[5]。

1.7 数据统计与分析

采用Excel 2010 软件对数据进行初步整理，SPASS 18.0 软件进行多因素方差分析，多重比较采用Duncan 法，结果以平均值±标准差表示，其中P<0.05 表示差异显著，P<0.01 表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 不同棉秆和甜菜渣混合发酵产物的主要营养成分

由表2可知，不同发酵产物的主要营养成分含量，提供了发酵产物发酵后的基础数据，为瘤胃降解率的研究提供参考。

表2 不同发酵产物的主要营养成分（干物质基础）%

2.2 不同棉秆和甜菜渣混合发酵产物的DM 降解率

由表3可知，各组不同时间点的DM 降解率差异显著（P<0.05），72 h 后I 组的DM 降解率最高，为57.54%，与H 组无显著差异（P>0.05），显著高于（P<0.05）A 组（60.64%）、B 组（66.73%）、C 组（65.11%）、D 组（37.46%）、E 组（30.18%）、F 组（29.62%）、G 组（5.21%）和K 组（79.20%），K 组的DM 降解率最低，显著低于（P<0.05）其他各组。

表3 不同发酵产物的DM 降解率 %

2.3 不同棉秆和甜菜渣混合发酵产物的OM 降解率

由表4可知，各组不同时间点的OM 降解率差异显著（P<0.05），各样品72 h 的OM 瘤胃降解率I 组最大，为56.25%，与G 组差异不显著（P>0.05），显著高于（P<0.05）A 组79.83%、B 组79.77%、C 组79.88%、D 组49.64%、E 组44.45%、F 组32.07%、H组6.39%和K 组79.14%，K 组与A、B 和C 组无显著差异（P>0.05），与其他各组差异显著（P<0.05）。

2.4 不同棉秆和甜菜渣混合发酵产物的CP 降解率

由表5可知，各组不同时间点的CP 降解率存在显著差异（P<0.05），各样品72 h 的CP 瘤胃降解率中，I 组的降解率最大，为68.33%，与其他各组存在显著差异（P<0.05），K 组的降解率最小，显著低于（P<0.05）其他各组。

2.5 不同棉秆和甜菜渣混合发酵产物的NDF降解率

由表6可知，各组不同时间点的NDF 降解率存在显著差异（P<0.05），各样品72 h 的NDF 降解率中I 组的最大，为52.07%，G、H 和I 组之间差异不显著（P>0.05），且与其他各组差异显著（P<0.05），K组与其他各组之间存在显著差异（P<0.05）。

2.6 不同棉秆和甜菜渣混合发酵产物的ADF降解率

由表7可知，各样品不同时间点ADF 降解率存在显著差异（P<0.05），各组培养72 h 的瘤胃ADF降解率中I 组最大，为44.57%，I 组与H 组差异不显著（P>0.05），均显著高于其他各组（P<0.05），K 组与其他各组均存在显著差异（P<0.05）。

表4 不同发酵产物的OM 降解率 %

表5 不同发酵产物的CP 降解率 %

表6 不同发酵产物的NDF 降解率 %

表7 不同发酵产物的ADF 降解率 %

3 讨 论

3.1 不同棉秆和甜菜渣混合发酵产物的DM 和OM降解率

DM 降解率作为干物质采食量（DMI）的重要影响因素[6]，DM 降解率越高的动物DMI 越大，动物摄入的营养物质越多，就越能提高其生产力。本试验中，各组混合发酵产物的DM 和OM 降解率表现出较大差异，且DM 降解率高于OM 降解率，其中I 组的DM 降解率在24、48 和72 h 中最高，OM 降解率在12、24、48 和72 h 最高，表明其混合发酵产物易于反刍动物消化；I 组的72 h DM 降解率为57.54%，与孙建平等[7]研究不同紫花苜蓿相比，72 h DM 降解率是其平均值的75.49%，72 h 的OM 降解率是其平均值的56.25%，与侯玉洁等[8]研究苜蓿相比，72 h OM 降解率是其值的79.89%，可以表明I 组有比较高的营养价值。通过上述结果表明，发酵中添加一定量的甜菜渣，优化了发酵产物的纤维组成，同时在微生物的作用下，经发酵后，发酵产物的植物纤维结构软化，易降解部分提高，蛋白质的比例与组成发生明显变化，发酵产物的可消化性与饲喂价值得到提高。

3.2 不同棉秆和甜菜渣混合发酵产物的CP 降解率

饲料中的蛋白质主要以含氮化合物的形式存在于细胞内的组织液中，因此饲草细胞壁的纤维结构会很大程度上影响其蛋白质的降解程度[9]。一般情况下，饲料蛋白质在瘤胃内的降解率会随蛋白质在瘤胃内的发酵时间的延长而不断增大[10]。CP 的瘤胃降解率也受蛋白质的含量、组分以及在瘤胃中的滞留时间的影响[11]。本试验中I 组的蛋白质最高，其72 h 的CP 降解率和有效降解率也最大，为68.33%和52.87%，与燕麦草的CP 降解率和有效降解率接近[12]，其营养价值较高。Satter[13]研究表明，饲料的CP瘤胃降解率受饲料本身的性质影响很大。因此，我们推测发酵产物CP 降解率的提高可能与甜菜渣中含有大量的碳水化合物，充足的微生物基数和氮源的保证，创造了良好的微生物繁殖条件，促进了发酵过程中微生物的大量增殖，破坏了发酵产物中纤维的结构，使得细胞组织液中的含氮化合物更易被瘤胃微生物降解，提高了发酵产物中粗蛋白的含量，改变了蛋白质各部分的组分，提升了优质蛋白所占的比例有关。

3.3 不同棉秆和甜菜渣混合发酵产物的NDF 和ADF 降解率

饲料中NDF 和ADF 的瘤胃降解率是评价饲料的重要指标，其值大小反映了饲料纤维物质在瘤胃内消化的难易程度。其中NDF 是细胞壁的主要成分，主要有纤维素、半纤维素和木质素，而ADF 主要有纤维素和木质素，其中木质素是限制瘤胃微生物消化降解的重要原因[14-15]。本试验中，不同样品的NDF 和ADF 降解率均存在差异，I 组的NDF 和ADF 降解率都为各样品中最高，表明I 组在瘤胃中的可消化性是最好的，说明其营养价值为各发酵组合中最佳。甜菜渣为微生物的发酵提供了能量，加快了微生物的繁殖，破坏了纤维素、半纤维和木质素的结构，使得细胞壁更易被降解；甜菜渣和棉秆混合优化了发酵产物的植物纤维组成，可降解和易降解的比例增大，降低了瘤胃微生物的消化难度，这些因素可能是NDF 和ADF 降解率提高的重要原因。

4 结 论

本研究表明，以干物质为基础，棉秆与甜菜渣比例为50∶50，添加尿素0.1%，复合菌液0.2%，食盐0.2%的I 组，其混合发酵产物的降解特性最好，为最佳发酵组合，更适合饲喂反刍动物。