体外产气法评定玉米青贮、苜蓿、燕麦、花生秧的组合效应

■ 冯肖然 张春桃 屠 焰

（中国农业科学院饲料研究所，奶牛营养学北京市重点实验室，北京 100081）

随着国内养殖业的迅猛发展，饲料资源短缺问题逐渐凸显，优质粗饲料的合理利用显得极为重要，科学配制饲粮对提高饲料转化率具有良好的促进作用。饲料中的组合效应是指不同饲料不同成分之间的相互作用，合理的粗饲料组合将表现出正组合效应，有利于提高饲料的利用率[1]，是降低生产成本，促进畜牧业发展的重要手段。

有着“牧草之王”美称的苜蓿作为常用的粗饲料，以其丰富的蛋白质含量、优良的纤维素和维生素[2]，被广泛运用到动物饲料配方中。但苜蓿草的供应仍然与养殖业发展不相匹配，我国苜蓿利用仍部分依赖于进口。研究人员对于不同粗饲料组合效果的工作已开展多年，以期达到苜蓿减量的目的。研究发现，玉米纤维饲料与羊草组合替代奶牛日粮中17%的苜蓿干草可降低饲料成本，提高经济效益且对奶牛生长无影响[3]；Li等[4]将辣木叶与辣木梗3∶2 组合替代泌乳中期奶牛日粮中苜蓿干草后发现，奶牛干物质采食量和产奶量提高，同时瘤胃发酵情况有所改善。对于其他粗饲料，全株玉米青贮全年供应充足，同时具有良好的适口性和丰富的营养成分在反刍动物饲料中已得到广泛应用。此外，花生秧作为粮食生产副产物，来源广，产量高，且具有较高的蛋白质水平[5]，在苜蓿替代方面具有较大的潜在优势；燕麦草作为三大主要饲草之一，营养价值较高，且具有易消化、可消化纤维丰富、生物量大等优点，已然成为公认的优质饲草[6-7]。

充分发挥玉米青贮、燕麦、花生秧等粗饲料之间的正组合效应，在苜蓿干草供应不足的背景下为牛羊养殖提供优质粗饲料组合方案显得尤为迫切。试验旨在应用体外产气法，通过将全株玉米青贮、苜蓿干草、花生秧和燕麦草四种粗饲料按不同比例组合后进行评定，以更好地利用粗饲料成分之间的相互作用，降低饲料成本。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所有饲料原料均购自内蒙古富川饲料科技有限公司。其中精料原料为玉米、大豆粕、麸皮，混以10%预混料（购于北京精准动物营养研究中心有限公司）；粗饲料原料为全株玉米青贮、苜蓿、燕麦草、花生秧。原料营养水平结果见表1。

表1 饲粮原料营养水平（风干物质基础，%）

1.2 试验设计

试验按精粗比（Concentrate∶Roughage, C∶R）为60∶40，配制了8 种不同组合配方的饲粮，各组合精料均为玉米∶豆粕∶麸皮∶预混料=60∶15∶15∶10，饲粮组成如表2。

表2 试验饲粮组成（干物质基础，%）

1.3 体外发酵

1.3.1 瘤胃液的采集

本试验于中国农业科学院南口中试基地开展。3 头瘘管荷斯坦干奶牛（体重相近且健康无病）作为体外试验瘤胃液的供体，奶牛于每天07：00和16:00 饲喂2 次全混合日粮（Total Mixed Ration，TMR），TMR 组成及其营养水平见表3。连续饲喂3 d，期间奶牛自由采食和饮水。瘤胃内容物于晨饲前1 h 通过瘤胃瘘管采集，经4 层纱布过滤于后立即转入39 ℃保温瓶带回实验室，用于后续体外发酵。

表3 TMR组成及营养水平（干物质基础）

表4 体外产气动力学参数

1.3.2 体外发酵过程

采用Menke[8]的方法配制人工唾液，将人工唾液与瘤胃液按体积比2∶1 混合均匀制成人工瘤胃培养液，并通入二氧化碳（CO2）排出空气，用于体外发酵。体外产气试验于玻璃注射器内管中进行，每支玻璃管中加入约0.200 g饲粮样品，每个饲粮组合设置3个重复，每重复6支，同时设置3支空白管。样品放置结束用分液器向培养管中分装30.00 mL混合瘤胃液，排出气泡后放置于39 ℃恒温振荡培养箱中进行培养并开始计时。试验所采用的设备为DSHZ-300A 水域恒温振荡器，发酵时间为72 h。

利用体外发酵模拟瘤胃发酵过程，在体外发酵的第2、4、8、12、16、24、32、36、40、48、56、64 h 和72 h 快速读取玻璃注射器活塞所处刻度值，记录产气量。培养到24 h 时，迅速从每组各重复中取出3 支培养管放入冰水浴中停止发酵，用已校准的pH计测定其pH并记录。发酵液经低温离心后（4 ℃，8 000 r/min，15 min），取上清液冷冻保存，以备氨态氮（NH3-N）浓度和微生物蛋白（Microbial Protein，MCP）产量的测定，剩余培养管培养至72 h时终止。

1.4 指标测定及方法

1.4.1 原料营养水平原料营养水平测定中，干物质（DM）含量是将粉碎风干后的样品于105 ℃烘箱中烘干3 h 后测定；粗灰分（Ash）含量是将样品置于马弗炉内550 ℃灼烧8 h后测定[10]；粗蛋白含量利用FOSS DumatecTM-8000 定氮仪采用凯氏定氮法测定；中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）含量按Van Soest等[11]的方法，采用ANKOM-2000i 全自动纤维分析仪测定；钙（Ca）含量的测定采用乙二胺四乙酸二钠络合滴定法，磷（P）含量的测定采用分光光度法。

1.4 数据分析 采用SPSS 22.0软件，利用Pearson相关分析检验重金属元素之间的相关性，探索重金属的来源。

1.4.2 产气参数

计算体外累计净产气量和体外产气动力学参数。

净产气量（mL）=某一时间段产气量-该时间段内3支空白管的平均产气量[12]

式中：Y——t时间点0.200 g 组合饲粮样本累积产气量（mL）；

B——t时间点0.200 g 组合饲粮样本理论最大产气量（mL）；

Ct——t时间点0.200 g 组合饲粮样本产气速度（mL/h）。

1.4.3 发酵参数

微生物蛋白氮=RNA 测定值×RNA 含氮量/细菌中RNA含氮量×稀释倍数

微生物蛋白产量=微生物蛋白氮×6.25[12]

1.5 数据统计与分析

数据采用Excel 2019 进行初步整理，使用SAS 9.2 处理软件NLIN（Nonlinear regression）程序计算B和c 等发酵参数，采用单因素方差分析(one-way ANOVA)程序进行分析。利用Duncan’s 法进行多重比较，P＜0.05表示差异，P≥0.05表示差异不显著。

2 结果与分析

2.1 产气曲线

由图1 可知，在C∶R=60∶40 下，精料配比为玉米∶豆粕∶麸皮∶预混料=60∶15∶15∶10，不同粗料组合在各时间点产气量的动态变化，呈先缓慢升高，再快速升高，最后趋于平缓的趋势。在0～4 h除组合8 产气量快速升高外，其他组合产气量均缓慢升高；在4～48 h 时各组合产气量上升速度较快，之后趋于平稳直至72 h。组合8 的产气量速度最快且产量最大，其他组合的体外产气均有较长的延滞期，组合2、组合1的产气量相近，组合3产气量最少。

图1 体外产气曲线

2.2 体外产气参数

底物发酵的体外产气参数与产气曲线相对应，各组合的实际产气量与理论产气量均较接近。在C∶R=60∶40下，组合8的理论产气量最大，为78.696 mL，其次是组合组合6，为67.746 mL，两者差异不显著（P＞0.05）；体外产气速度最快的是组合7，为0.101 mL/h，这与产气曲线中上升趋势较为一致，但产气速度各组之间差异不显著（P＞0.05）。

2.3 24 h发酵液发酵参数

如表5 所示，24 h 时发酵样品之间pH 存在显著差异（P＜0.05）。8 个不同的粗饲料组合pH 在6.23～6.55，相较于组合1、4、8，组合2、3 的pH 较小（P＜0.05），均为6.23。NH3-N 浓度各组合含量，在5.45～55.66 mg/dL，其中组合6 NH3-N 浓度显著高于其他组合，组合1 显著低于其他组合（P＜0.05）。MCP 产量各组间无显著差异（P＞0.05）。

表5 24 h发酵液发酵参数

3 讨论

3.1 产气曲线

体外产气量一定程度上反映了发酵底物的营养水平。瘤胃中的微生物通过对饲料的附着与分解，降解碳水化合物等生成挥发性脂肪酸的同时产生CH4、CO2和少量H2，因此也间接反映了瘤胃微生物的活性情况[13]。产气曲线显示，试验中组合8 的产气过程有快速增加和趋于平稳两个阶段，而其他组合饲料经历了0～4 h缓慢增加，4～48 h快速增加，48 h后趋于平稳三个阶段，这与李文娟等[14]对经济作物副产品进行体外试验的产气结果较为一致。发酵初期产气量较为缓慢原因可能是发酵底物中一部分的碳水化合物等可消化物质用于瘤胃微生物自身繁殖[15]；随着时间的推移，环境中可消化的成分和产甲烷菌的含量越来越多[16]，产气量随即升高；发酵到一定时间后，可利用的营养物质变少且发酵环境逐渐改变，不再是微生物发酵的适宜环境，由此产气量趋于稳定。根据产气量和产气曲线的结果可知，全株玉米青贮与燕麦花生秧的组合有良好的正组合效应，在未来的粗饲料利用中有一定的借鉴价值。

3.2 产气参数

本试验中各组理论产气量间存在显著差异（P＜0.05），但0～72 h 各粗饲料组合理论产气量与实际产气量基本一致。不同的发酵底物由于营养成分组成不同，理论产气量也相应不同。芦岩等[17]在对秸秆混合甜菜渣发酵时发现体外发酵产气量与饲料碳水化合物呈正相关；Nsahlai 等[18]研究发现，体外发酵理论产气量与饲料中CP 含量呈正相关，与NDF 和木质素呈负相关；Menke 等[19]报道，产气量与有机物消化率有高度正相关关系。原因是碳水化合物等物质可被快速利用，而纤维类物质的致密结构阻碍了糖类等营养物质的分解。本试验中组合8 的72 h 总产气量数值最大，且产气迅速，组合7 次之，二者产气量间无显著差异（P＞0.05），表现出更好的发酵性能。原因可能是花生秧中含有丰富的蛋白质，大量可消化纤维和干物质含量甚至优于苜蓿[1]，三种饲料的组合一定程度上达到瘤胃发酵能氮平衡，提高了微生物活性从而进一步促进了微生物对有机物的分解能力[20]，这也表明全株玉米青贮、燕麦和花生秧之间存在一定的正组合效应。与其他各组合相比，单一玉米青贮作为发酵底物时产气量在数值上处于最低。玉米青贮饲料中主要营养成分为CP、NDF 和ADF，粗纤维含量和木质化程度会影响瘤胃的降解率[21]，且NDF 与CP 的比值越大则越容易导致产气停滞期变长，发酵速率变低[22]。试验中所选玉米青贮NDF/CP 比例高达4.91，日粮中不平衡的C、N 供给导致瘤胃微生物生长所需营养得不到充分满足，是造成单一全株玉米青贮作为粗饲料发酵程度较差的重要原因，应在实际生产中引起注意。

3.3 发酵参数

pH 是常用的反映瘤胃发酵情况的重要指标，饲粮组成比例和营养成分的变化均会导致pH 的改变。研究指出瘤胃内正常发酵的pH 范围为5.5～7.0[23]，本试验中8 个不同的粗饲料组合pH 在6.23～6.55，均在正常范围内，但各组间存在一定差异。相较于组合1、组合4 和组合8 三种粗饲料组合来说，组合2 和组合3两组的pH 显著降低（P＜0.05）。优质玉米青贮饲料的pH 不超过4，当瘤胃发酵过程中存在过多玉米青贮时，可能会由于饲料本身的pH 导致瘤胃pH 一定程度的降低，但本试验条件下各组pH 均处于正常发酵范围。

瘤胃中NH3-N 是微生物对日粮中蛋白质和非蛋白氮利用情况的表征，同时与瘤胃壁的吸收和微生物合成微生物蛋白密切相关[24]。研究表明，瘤胃NH3-N浓度在6.3～27.5 mg/dL 时更有利于微生物的繁殖[25]。本试验中各组合NH3-N 浓度在5.45～55.66 mg/dL，组合6 瘤胃NH3-N 浓度较高的原因可能是由于体外试验的培养管中缺少瘤胃壁对其吸收造成累积，导致代谢滞后，具体原因尚不明确还需进一步探究。

4 结论

在苜蓿资源利用受限的背景下，综合本试验各项指标结果，认为在C∶R=60∶40 的条件下，粗饲料组合及比例为全株玉米青贮∶燕麦∶花生秧=2∶1∶1时，组合效果达到最佳状态。因此在实际生产中可以考虑添加花生秧和燕麦作为粗饲料的补充来源。但具体效果还需开展动物试验进行验证。