3 种粗饲料配比巨菌草对饲粮组合效应的影响

郝生燕，王国栋，顾 娴，邹凤轩，董 俊，杨发荣，张兆杰

（1. 甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所，甘肃 兰州 730070；2. 景泰县草窝滩镇畜牧站，甘肃 景泰 730408）

我国饲草资源丰富，种类繁多，但优质牧草资源匮乏，低质秸秆类饲草无法高值化利用一定程度上制约了我国草食畜牧业的发展[1]。早期研究结果发现，不同种类的秸秆、饲草经过科学合理的加工调配，可有效改善利用率和饲用品质，由此关于饲草型全混合日粮中粗饲料来源、配比、组合效应研究成为当前研究热点之一[2]。组合效应(associative effective, AE)是指来自不同饲料来源的营养物质、非营养物质及抗营养物质间互作的整体效应。当饲料的整体互作使饲粮内某养分的利用率或采食量指标高于各个饲料原料数值的加权值时，为“正组合效应”；若饲粮的整体指标低于各个饲料原料数值的加权值，为“负组合效应”；若二者相等，为“零组合效应”[3]。饲草料间的正负组合效应，尤其表现在蛋白质饲料或青绿饲料与秸秆饲料混合配比时，组合效应更为明显[4-5]。如将牧草、苹果渣、柑橘(Citrus reticulata)与低质饲草皇冠雏菊(Compositae)和奶蓟(Silybum marianum)配比，低质牧草的体外发酵性能得到显著提高[6]。张一帆等[7]利用体外产气法探究玉米秸秆青贮、羊草(Leymuschinensis)、燕麦草(Arrhenatherum elatius)与精饲料间的最优组合效应，结果表明，玉米秸秆青贮 ∶ 羊草 ∶ 燕麦草 ∶ 精料为10 ∶ 15 ∶ 25 ∶ 50 时产生了最大组合效应。吴璇等[1]利用体外产气法探究杂交构树(Broussonetia papyrifera)、玉米秸秆青贮和燕麦青干草组合的体外消化特征及组合效应，发现混合饲草比单一饲草更能提高体外发酵效果，杂交构树 ∶ 玉米秸秆青贮 ∶ 燕麦青干草为50 ∶ 25 ∶ 25 时，组合效应最佳。

巨菌草(Pennisetum giganteum)隶属于禾本科狼尾草属，是被广泛应用于培育食用菌的一种草本植物，也是一种优质高产饲草；在甘肃定西半干旱单作区种植，鲜草产量在135～165 t·hm-2[8]；在甘肃河西冷凉区种植，单茬产量达到140.25 t·hm-2[9]。有研究表明，巨菌草青贮的粗蛋白含量高于饲用玉米青贮和小麦秸秆[10]，完全可作为反刍动物的粗饲料原料，然而与其他粗饲料配比使用的相关研究未见报道，因此，本试验旨在将巨菌草与苜蓿干草、玉米秸秆、小麦秸秆配比，运用体外产气法评估组合效应，为巨菌草在反刍动物养殖中应用提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用玉米和小麦秸秆、苜蓿干草、巨菌草和精料均源于甘肃省定西市安定区隆兴农牧有限责任公司养殖场。其中巨菌草鲜草在2019 年8 月下旬采集，经65 ℃烘干制成风干样品；玉米和小麦秸秆为风干样；苜蓿干草为头茬苜蓿。体外产气试验在甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所完成。

1.2 试验设计

试验用饲粮精粗比设为40 ∶ 60，即饲粮精料补充料占40%，粗饲料占60%，各组饲粮具体原料配比为精料补充料 ∶ 玉米秸秆(小麦秸秆或苜蓿干草) ∶ 巨菌草分别为40 ∶ 60 ∶ 0、40 ∶ 50 ∶ 10、40 ∶ 40 ∶ 20、40 ∶ 30 ∶ 30、40 ∶ 20 ∶ 40、40 ∶ 10 ∶ 50、40 ∶ 0 ∶ 60，共7 种组合，将玉米秸秆、小麦秸秆、苜蓿干草3 种粗饲料与巨菌草、精料补充料配比后形成26 种饲粮，另设置空白对照组，用于发酵瓶产气量的矫正(表1)。每组饲粮设5 个重复。精料补充料配方组成及营养水平如表2所列，4 种粗饲料的养分含量如表3 所列。

表1 饲粮精粗料配比Table 1 The formulation of mixed forages

表2 精料补充料配方组成及营养水平(风干基础)Table 2 Composition and nutrient levels of concentrate(dry matter basis)

表3 4 种粗饲料营养成分(风干基础)Table 3 The nutrient content of four forages (dry matter basis)

1.3 试验方法

1.3.1 瘤胃液供体动物

试验用瘤胃液从兰州市西固区某养殖场定点采集，所采集的羊只均为湖羊，体重(30 ± 1.2) kg，饲喂饲粮精粗比为60 ∶ 40 的玉米秸秆型全日粮颗粒饲料，每日每只投喂量为1.6 kg，日饲喂2 次(07:00 和17:00)，自由饮水，随意采食。晨饲前，采用瘤胃液收集泵通过瘤胃吸管抽取瘤胃液，采集后的瘤胃液经4 层纱布过滤至提前预热并充满CO2的暖瓶中，带回实验室即刻置于恒温水浴箱(39 ℃)中保存。

1.3.2 体外培养程序

体外产气采用美国ANKOM RFS 全自动气体测量系统。将烘干后的饲料经高速粉碎过0.850 mm筛后，按不同组合比例准确称取约0.5 g 装入已恒重的尼龙袋(3 cm × 6 cm)中，采用封口机热封，投入250 mL 发酵瓶中，每个发酵瓶持续通入 CO230 s，排除瓶内氧气，再投入体外发酵培养液[11](人工唾液 ∶ 瘤胃液 = 2 ∶ 1) 150 mL，立即盖紧瓶塞，并将每个发酵瓶与产气装置的传感器相连接，置于39 ℃恒温摇床下连续培养48 h，并分别记录2、4、6、8、12、24、36、48 h 产气压力，发酵结束后将发酵瓶放入冰水中终止发酵，并收集发酵液和尼龙袋，用于后续发酵参数和养分含量的测定[12]。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 体外产气量

记录2、4、6、8、12、24、36、48 h 产气瓶发酵时产生的压力，并通过理想气体方程，转化成气体体积。

式中：VX为产气总体积(mL)；Vj为发酵瓶顶部空间体积(mL)；Ppsi为气体测量系统自动记录的压力(kPa)。

1.4.2 干物质降解率

于体外培养48 h 后，即刻从每个发酵瓶中取出尼龙袋，样品经干燥后测定其干物质含量，并根据发酵前后饲料样品中干物质变化计算干物质降解率(dry matter digestibility，DMD)[13]。

1.4.3 pH、挥发性脂肪酸和氨态氮浓度

样品发酵48 h 后将所有发酵瓶置于冰水中终止发酵，收集发酵液并测定pH、挥发性脂肪酸和氨氮浓度。pH 用pH211 型精密pH 计(HAN-NA)直接测定；氨氮含量使用苯酚-次氯酸钠比色法测定[14]；VFA 采用气相色谱仪(日本岛津GC-2010 Plus)测定[15]。

1.4.4 组合效应的估算

单项组合效应指数(SFAEI) = (实测值 - 加权估算值) / 加权估算值 × 100%；

多效组合效应指数(MFAEI)为各单项组合效应值之和[16]。

1.5 统计分析

数据采用SPSS 16.0 软件One-Way ANOVA 模块进行方差分析，差异显著时采用Tukey 法进行多重比较，设定P＜ 0.05 为差异显著，P＞ 0.05 为差异不显著。数据用平均值 ± 标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同粗饲料组合对体外发酵产气特性的影响

巨菌草、玉米秸秆、小麦秸秆、苜蓿干草和精料单独发酵或组合发酵，发酵产气量随时间的增加而升高(表4)。从单一原料发酵48 h 结果来看，产气量由高到低的顺序为精料 ＞ 苜蓿干草 ＞ 小麦秸秆 ＞巨菌草 ＞ 玉米秸秆；从组合类型来看，精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草 ＞ 精料 + 小麦秸秆 + 巨菌草 ＞ 精料 +玉米秸秆 + 巨菌草；从不同饲草比例来看，精料 +玉米秸秆 + 巨菌草组合类型中，发酵2、4、6、8、12、24、36、48 h 时，各组合间产气量差异均不显著(P＞0.05)；精料 + 小麦秸秆 + 巨菌草组合类型中，发酵2、4、6、8、24、36、48 h 时，各组合间其产气量差异也不显著，但在12 h 时，随着小麦秸秆添加比例的减少以及巨菌草添加比例的增加，W3P3、W2P4、W1P5、W0P6 组的产气量显著大于W6P0、W5P1、W4P2 组(P＜ 0.05)；精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合类型中，发酵12 h 时，A6P0、A5P1、A4P2 组显著大于A3P3、A1P5、A0P6 组，其余各个时间段不同比例的组合其产气量差异不显著。

表4 不同粗饲料组合对产气量的影响Table 4 Effect of different ratios of roughage on gas production mL·g-1

2.2 不同粗饲料组合对48 h 发酵瘤胃液pH 及氨氮、干物质降解率及总挥发性脂肪酸含量的影响

巨菌草、玉米和小麦秸秆、苜蓿干草分别按不同比例进行组合后，其pH 均在6.41～7.09 (表5)，从组合类型来看，精料 + 小麦秸秆 + 巨菌草的pH 平均值(7.02)高于精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草(6.73)，精料 +玉米秸秆 + 巨菌草的pH 平均值(6.48)最低。从不同饲草比例来看，精料 + 玉米秸秆 + 巨菌草组合中，各组间pH 差异不显著(P＞ 0.05)。精料 + 小麦秸秆 +巨菌草组合中，W4P2、W1P5 组显著高于W6P0 组(P＜0.05)，精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合中，A6P0、A5P1、A4P2 组显著高于A3P3、A2P4、A1P5、A0P6 组。

表5 不同粗饲料组合对48 h 发酵瘤胃液发酵指标的影响Table 5 Effects of different proportion of roughage on fermentation indexes of rumen fluid after 48 h fermentation

各组合氨态氮的浓度均在9.24～19.70 mg·dL-1，从组合类型来看，精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合类型的平均值(16.99 mg·dL-1) ＞ 精料 + 玉米秸秆 + 巨菌草组合(15.39 mg·dL-1) ＞ 精料 + 小麦秸秆 + 巨菌草组合(10.90 mg·dL-1)。从不同饲草比例来看，精料 +苜蓿干草 + 巨菌草组合、精料 + 玉米秸秆 + 巨菌草组合、精料 + 小麦秸秆 + 巨菌草组合的不同比例均差异不显著(P＞ 0.05)。

各组合的干物质降解率在52.35%～63.14%，从组合类型来看，精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合类型的平均值(59.62%) ＞ 精料 + 小麦秸秆 + 巨菌草组合(56.88%) ＞ 精料 + 玉米秸秆 + 巨菌草组合(54.51%)。从不同饲草比例来看，精料 + 玉米秸秆 +巨菌草组合中，C3P3、C2P4、C1P5 组的干物质降解率显著大于C6P0、C5P1、C4P2、C0P6 组(P＜ 0.05)；精料 + 小麦秸秆 + 巨菌草组合中，W1P5 组与W3P3 组和W4P2 差异不显著(P＞ 0.05)，但显著高于其余各组合；精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合中，A5P1 和A3P3 显著高于其余各组合。

各组合的总挥发性脂肪酸含量在49.56～68.54 mmol·L-1。从组合类型来看，精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合类型的平均值(61.46 mmol·L-1) ＞ 精料 +小麦秸秆 + 巨菌草组合(58.18 mmol·L-1) ＞ 精料 +玉米秸秆 + 巨菌草组合(54.17 mmol·L-1)，从不同饲草比例来看，精料 + 玉米秸秆 + 巨菌草组合中，C2P4 组显著高于其余各组合(P＜ 0.05)，而C6P0 组显著低于其余各组合；精料 + 小麦秸秆 + 巨菌草组合中，W2P4 组显著高于其余各组合；精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合中，A3P3 组显著高于其余各组合，A6P0 和A5P1 显著低于其余各组合。

2.3 不同组合比例粗饲料组合效应

体外发酵各单一指标并没有完全呈现规律性变化(表6)，以单一指标为选优依据，并不能选出一个合理的优化饲草组合，所以用多效组合效应指数评价更为科学。本试验计算产气量、干物质降解率、氨态氮含量及总挥发性脂肪酸含量的单项组合效应指数，累加获得多效组合效应指数，此数值越大，组合效应越好。当巨菌草分别以不同比例与玉米秸秆、小麦秸秆和苜蓿干草混合时，各处理组合都发生了正组合效应。从组合类型来看，精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合的多效组合效应最高，其次为精料 +小麦秸秆 + 巨菌草组合，精料 + 玉米秸秆 + 巨菌草组合最低。从不同饲草比例来看，精料 + 玉米秸秆 +巨菌草组合中，C2P4 和C4P2 的多效组合效应排序较高，但整体组合效应偏低。在精料 + 小麦秸秆 +巨菌草组合中，W2P4 的多效组合效应排序高于其他组合，其次为W3P3 和W1P5。精料 + 苜蓿干草 +巨菌草组合中，A5P1 的多效组合效应排序最高，其次为A6P0 和A4P2，这3 组综合组合效应值最大，整体组合效应偏高。因此，饲草组合通过营养特性间的互补，可提高混合饲草的整体发酵水平。

表6 不同组合比例粗饲料组合效应Table 6 Effects of different forage combinations

3 讨论

3.1 不同粗饲料组合对体外发酵产气量的影响

饲料之间的组合效应具有普遍性与可控性，将不同种类的饲草进行混合后，原本并不均衡的营养物质由于各种饲草的互补而更加全面，充分发挥饲草料之间的正组合效应，改善劣质饲料的降解率，提高草食家畜对饲草料的利用率[17-18]。国内外均采用体外发酵法对饲草组合效应进行研究，Caton 和Dhuyvetter[19]研究表明，牧草补饲少量玉米和豆粕后，在消化率上产生了正组合效应。夏洪泽等[20]以不同分级指数和饲草组合效应为依据，将不同类型粗饲料进行组合配比并筛选出最优组合，最大限度地发挥饲草间的正组合效应。而饲草的组合效应可以通过产气量、挥发性脂肪酸、氨氮浓度、瘤胃液的pH、有机质消化率等体外发酵产物来衡量[5,21]。产气量是综合反映饲料可发酵程度的指标。产气量越大，说明可降解的发酵底物含量越多，瘤胃微生物活力越大。Nsahlai 等[22]对豆科田菁属(Sesbania)牧草的研究发现，体外发酵的累积产气量与发酵底物的粗蛋白含量正相关，而与底物的NDF 含量负相关。芦岩等[23]对棉秆和甜菜渣进行混合发酵，发现体外发酵的累积产气量与发酵底物的碳水化合物和混合发酵产物的营养品质正相关。本研究结果表明，将玉米、小麦秸秆和苜蓿干草以不同比例分别与巨菌草组合时，产气量存在差异。从组合类型来看，精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合各个时间段的平均产气量 ＞ 精料 + 小麦秸秆 + 巨菌草组合 ＞ 精料 +玉米秸秆 + 巨菌草组合，原因可能是不同组合含有易于发酵的底物种类和含量不同。其中精料 +苜蓿干草 + 巨菌草组合中，其粗蛋白的含量相对较高，可以提供给微生物生长所需要的氮源更多，而且牛骁麟等[24]发现，随着日粮粗蛋白质水平的增加，育肥湖羊瘤胃内纤维分解菌数量呈增加趋势，导致其对底物纤维物质的降解率提高，产气量也提高，这与夏洪泽等[20]、Zhang 和Liu[25]的研究结果基本一致。

3.2 不同粗饲料组合对48 h 发酵液pH、氨态氮、干物质降解率及总挥发性脂肪酸含量的影响

瘤胃液pH 过低或过高都会影响瘤胃微生物的活性和瘤胃的正常发酵。已有研究表明， 反刍动物瘤胃液的pH 正常变化范围为6.0～7.5[26-27]。本研究中各组pH 介于6.41～7.09，与早期研究结果一致[28]。而瘤胃pH 的变化受反刍动物唾液分泌、饲粮结构、有机酸生成量、吸收量和排出量等多种因素影响。张立涛等[29]表明瘤胃pH 与饲料中NDF含量在一定范围内正相关，日粮NDF 含量的增加可刺激反刍动物唾液分泌的增加，从而稀释瘤胃液，导致瘤胃液pH 逐渐升高。本研究中，精料 + 玉米秸秆 + 巨菌草组合发酵48 h 时pH 最低，可能是由于组合饲粮中含有较低NDF 以及发酵产生较高的VFA 所致。

氨态氮是饲料蛋白、内源性蛋白及非蛋白氮的降解产物，也是菌体蛋白的合成原料，其浓度一定程度可反映日粮中蛋白的降解及微生物蛋白的合成状况，若过高则会加重机体氮代谢的负担，供应不足则微生物合成受阻，动物生产性能降低[30]。Calsamiglia[31]研究指出，瘤胃氨态氮正常浓度为6.3～27.5 mg·dL-1，本研究中，饲粮发酵48 h 时玉米和小麦秸秆、苜蓿干草与巨菌草的不同比例组合对氨态氮浓度影响不大，其浓度在9.24～19.70 mg·dL-1，均在正常范围内，适宜瘤胃微生物的生长。

本研究中精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合的平均干物质降解率最高，可能与粗蛋白的平均含量较高，而NDF 和ADF 的平均含量较低有关。Cheema等[32]研究发现，日粮中蛋白质水平较高，能让干物质在瘤胃中的降解更加完全。Broderick 和Kang[14]研究表明，日粮中蛋白质水平的增加会显著提高NDF和ADF 的消化率。冯仰廉[33]研究表明，粗饲料的有机物质体外消化率与粗饲料的NDF 含量负相关。

VFA 主要来源于微生物对碳水化合物的降解，它为动物生产提供能量以及维持瘤胃环境。有研究表明，不同的瘤胃pH 影响瘤胃内微生物的数量以及生长速度，从而影响瘤胃内挥发性脂肪酸的产生量，且体外发酵时发酵液的总挥发性脂肪酸浓度与产气量呈较强正相关关系[34-35]。在本研究中玉米和小麦秸秆、苜蓿干草与巨菌草以不同比例混合，各混合发酵液所含有的不同类型的碳水化合物的比例也就不同，精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合的平均总挥发性脂肪酸含量最高，说明该组合模式能为瘤胃微生物提供更多的发酵底物，有机物利用率更高。3 种组合模式的总挥发性脂肪酸浓度与产气量趋势一致，与前人的研究结果一致[35]。

3.3 不同组合比例粗饲料组合效应

本研究将玉米秸秆、小麦秸秆、苜蓿干草分别与巨菌草以不同比例混合后，整体发酵水平优于任一种饲草单独发酵。其中，精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合的多效组合效应最大，可能是两者组合后底物中饲料原料的配比更为合理，饲料养分的平衡性与互补性较好，实现了能氮相对平衡，增大了饲粮发酵程度，提高了饲料的消化率。韩肖敏等[36]研究发现，玉米秸秆 ∶ 稻草 ∶ 玉米秸秆青贮为24 ∶ 16 ∶ 60 时多项组合效应最优。唐德富等[17]研究发现，精料 ∶ 玉米芯 ∶ 苜蓿为40 ∶ 30 ∶ 30 和30 ∶ 10 ∶ 60 时，能提高瘤胃的发酵水平和饲料利用率。尽管本研究发现通过粗饲料间的配比能够有效改善饲用价值，但因体外试验仅为体内试验的模拟过程，因此本研究推荐组合模式及配比还需生产中进一步验证。

4 结论

从单一原料发酵48 h 结果来看，产气量：精料 ＞苜蓿干草 ＞ 小麦秸秆 ＞ 巨菌草 ＞ 玉米秸秆；基于产气量、干物质降解率、氨态氮含量及总挥发性脂肪酸含量及单项组合效应和多效组合效应等指标得出，整体组合效应最高的为精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合，其次为精料 + 小麦秸秆 + 巨菌草组合，整体组合效应最低的为精料 + 玉米秸秆 + 巨菌草组合。其中精料 + 玉米秸秆 + 巨菌草组合中，其组合比例为40 ∶ 20 ∶ 40 时组合效果最优，精料 + 小麦秸秆 +巨菌草组合类型中，其组合比例为40 ∶ 20 ∶ 40 时组合效果最优，精料 + 苜蓿干草 + 巨菌草组合类型中，其组合比例为40 ∶ 50 ∶ 10 时组合效应更好。