孙 芸,蒋再慧,谢华德,孔德慧,金 鹏,邵新庆,曹 阳,7*
(1.黑龙江八一农垦大学动物科技学院,黑龙江省寒区饲料资源高效利用与营养调控重点实验室,黑龙江 大庆 163319;2.粮食副产物加工与利用教育部工程研究中心,黑龙江 大庆 163319;3.唐人神集团股份有限公司,湖南 株洲 412000;4.广西壮族自治区水牛研究所,广西 南宁 530001;5.齐齐哈尔鹏博饲料科技有限公司,黑龙江 齐齐哈尔 161032;6.中国农业大学草业科学与技术学院,北京 100193;7.农业农村部东北平原农业绿色低碳重点实验室,黑龙江 大庆 163319)
我国玉米秸秆资源量巨大,全国产生量8.65亿吨,可收集量为7.34亿吨,这些秸秆可提供粗蛋白质约460万吨,其饲料利用率仅为40%,既造成了巨大的资源浪费,又严重污染环境[1-2]。农业绿色低碳发展是国家“十四五”确定的农业发展方针,中共中央对秸秆的资源化利用高度重视。2021年“中央一号文件”明确提出“推进农业绿色发展,实施秸秆综合利用”,2020年9月国务院办公厅下发《国务院办公厅关于促进畜牧业高质量发展的意见》国办发〔2020〕31号)中进一步明确强调“促进秸秆等非粮饲料资源高效利用”。目前,秸秆饲料化已成为重要的秸秆农用方式,在弥补优质饲草缺口、保障畜产品供给、推动种植业和养殖业高效结合等方面发挥了重要作用[2]。秸秆饲料化关系到粮食安全、生态安全以及畜牧业的可持续健康发展的重大战略性问题,研发秸秆饲料化利用新技术并推进产业化具有重要的战略意义和紧迫性。
本论文通过对不同比例玉米秸秆TMR颗粒日粮对小尾寒羊的饲料成分消化、氮及钙磷代谢、瘤胃内发酵参数以及日增重影响的研究,探索在玉米秸秆TMR颗粒日粮中的最佳比例,为合理利用玉米秸秆等作物副产物,满足国内小尾寒羊养殖业对粗饲料的需求,降低饲料成本,提高经济效益提供参考。
动物实验在黑龙江中升牧业有限公司进行,由黑龙江八一农垦大学动物实验管理委员会批准,依据黑龙江中升牧业有限公司及黑龙江八一农垦大学实验动物管理指南开展动物实验。
饲料颗粒由黑龙江齐齐哈尔鹏博饲料科技有限公司承作,玉米秸秆由黑龙江中升牧业有限公司提供,粉碎至2~3 mm,并根据小尾寒羊的营养需要,配合成四种不同秸秆比例的全混合日粮(TMR),并制成颗粒。玉米秸秆比例分别为52%(Ⅰ组),42%(Ⅱ组),32%(Ⅲ组),22%(Ⅳ组)设计日粮配方,各组日粮组成及营养水平见表1。
表1 TMR颗粒组成及其营养水平Table 1 Composition and nutrient levels of the Total Mixed Ration (TMR) pellets 单位:% DM
采用4×4拉丁方设计,选用4只5月龄、体重均为(30±4) kg的小尾寒羊,于4个代谢笼中,分别饲喂四种不同比例秸秆全混合颗粒日粮。试验期共48 d,分为四期,每期预饲期7 d,正饲期5 d,分别于9:00和15:00准时饲喂,自由饮水。具体试验设计见表2。
表2 拉丁方试验设计Table 2 Latin square design experiment
采用全收集粪尿法,在各个正饲期收集每天每只羊的粪尿上午与下午各一次,并每天测定每只羊的采食量、排粪量和排尿量,日粮和粪样中干物质、粗灰分、有机物、粗蛋白质、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、氮、钙、磷的按照常规方法测定,试验瘤胃液中NH3-N含量,利用瘤胃液挥发性脂肪酸(VFA)分析总酸、乳酸、乙酸、丙酸、丁酸含量,重复数为4,取平均值。
选取日龄相近,体重在(35±5) kg的28只小尾寒羊,随机分为4组(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ),每组7只,分别对应饲喂四种不同试验日粮,每天记录试验羊的采食量,试验期45 d。日采食量的计算公式:采食量=当日饲喂量-次日晨饲前剩余的料量;正饲期前一天和正饲期第一天晨饲前依次称量试验羊的体重并记录,即为初始体重;正饲期开始每半个月称量试验羊体重并记录,即为末重。日增重=(末重-初重)/天数;饲料转化率以料肉比表示,料肉比=采食量/日增重。
试验数据在Excel 2020软件初步整理后,使用SAS 9.2统计软件中的一般线性模型(GLM),消化试验数据采用拉丁方格试验的三因素(时间、动物和日粮)方差分析,增重试验数据采用单因素方差分析,并用Tukey法对平均值进行多重比较,结果以“平均值±标准差”表示,P<0.01为差异极显著,P<0.05为差异显著。
不同比例玉米秸秆TMR颗粒,对小尾寒羊饲料营养价值表观消化率不同(表3)。试验组Ⅰ~Ⅳ的DM表观消化率依次为68.08%,74.2%,76.19%,71.75%,Ⅲ组DM表观消化率显著高于Ⅰ组、Ⅳ组(P<0.05),与Ⅱ组之间差异不显著;OM消化率各组之间差异不显著,从高到低顺序依次是:Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ>Ⅳ组;Ⅱ组CP表观消化率显著高于Ⅰ,Ⅳ组,为82.67%(P<0.05);Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ组ADF、NDF表观消化率显著高于Ⅳ组(P<0.05);各试验组间EE的表观消化率差异不显著。
表3 不同比例玉米秸秆TMR颗粒对小尾巴寒羊表观消化率的影响Table 3 The effect of TMRs with different percentage of corn straw on apparent digestibility in Small-tailed Han sheep
不同比例玉米秸秆TMR颗粒对小尾寒羊氮代谢的影响(表4),从试验Ⅰ组至试验Ⅳ组摄入氮含量分别为23.53,23.03,23.96,24.54 g,Ⅰ组摄入氮显著低于Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ组(P<0.05),其中Ⅱ组显著低于Ⅳ组(P<0.05),但与Ⅲ组差异不显著;粪氮的排出量Ⅰ组显著低于其他三组(P<0.05),Ⅱ组和Ⅲ组粪氮排出量差异不显著,但均显著低于Ⅳ组(P<0.05);尿氮排出量Ⅰ组显著低于其他三组(P<0.05);消化氮Ⅰ组显著低于Ⅲ和Ⅳ组(P<0.05),与Ⅱ组无显著差异;氮消化率组间均无显著差异;试验Ⅰ组至试验Ⅳ组的沉积氮、沉积氮/摄入氮、沉积氮/消化氮均是Ⅲ组最高,但四组间无显著差异。
表4 不同比例玉米秸秆TMR颗粒对小尾寒羊氮代谢的影响Table 4 The effect of TMRs with different percentage of corn straw on nitrogen metabolism in Small-tailed Han sheep
不同比例玉米秸秆TMR颗粒对小尾寒羊钙代谢的影响不同(表5),每天摄入钙含量试验Ⅰ组至试验Ⅳ组分别为21.07,21.68,23.85,26.94 g,粪钙排出量Ⅰ组和Ⅱ组无显著差异,但显著低于试验Ⅲ和Ⅳ组(P<0.05),Ⅳ组最高(P<0.05);尿钙排出量Ⅲ组最低,显著低于Ⅰ组(P<0.05),且显著低于Ⅳ组(P<0.05),Ⅱ组显著低于Ⅳ组(P<0.05);钙消化率Ⅳ组最低(P<0.05),其它三组间无显著性差异;沉积钙试验Ⅲ组显著高于Ⅰ组(P<0.05),与Ⅱ和Ⅳ组差异不显著;沉积钙/摄入钙Ⅳ组最低,显著低于Ⅱ和Ⅲ组(P<0.05),Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ组间差异不显著。
表5 不同比例玉米秸秆TMR颗粒对小尾寒羊钙代谢的影响Table 5 The effect of TMRs with different percentage of corn straw on calcium metabolism in Small-tailed Han sheep
不同比例玉米秸秆TMR颗粒对小尾寒羊磷代谢的影响(表6),试验Ⅰ组-试验Ⅳ组摄入磷中,Ⅰ组摄入磷显著低于其他试验组(P<0.05),其中Ⅲ组摄入磷含量显著低于Ⅳ组(P<0.05),与Ⅱ组差异不显著;Ⅰ组粪磷排出量显著低于其他试验组(P<0.05),Ⅱ和Ⅲ组的粪磷排出量无显著差异;尿磷排出量从低到高依次为Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ组,且四组之间差异显著;试验组间磷消化率Ⅳ组均显著低于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ组(P<0.05),Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ试验组间磷消化率无明显差异;Ⅱ组沉积磷显著高于其他试验组(P<0.05);Ⅳ组的沉积磷/摄入磷显著低于其他试验组(P<0.05),Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ组间的沉积磷/摄入磷差异不显著。
表6 不同比例玉米秸秆TMR颗粒对小尾寒羊磷代谢的影响Table 6 The effect of TMRs with different percentage of corn straw on phosphorus metabolism in Small-tailed Han sheep
不同比例玉米秸秆TMR颗粒饲喂小尾寒羊后,各试验组瘤胃发酵参数(pH,NH3-N等)不同(表7)。从表中数据可以看出,各试验组瘤胃液pH在0~4 h呈迅速下降趋势,在4~6 h下降缓慢,且Ⅳ组有回升的趋势,说明饲喂不同比例玉米秸秆日粮,对瘤胃内pH影响不显著;NH3-N浓度各组均呈先上升后下降的趋势,不同的是Ⅰ,Ⅱ组在0~2 h内呈迅速上升趋势,而Ⅲ,Ⅳ组在0~4 h内均在上升。在4 h时,Ⅳ组显著高于Ⅰ组13.25 mg·dL-1(P<0.05),在6 h时,Ⅳ组显著高于Ⅰ,Ⅱ组17.26 mg·dL-1,17.07 mg·dL-1(P<0.05);各试验组总挥发性脂肪酸浓度无显著差异;乳酸浓度组试验中,Ⅱ组浓度最高,其中在2 h时,Ⅱ组乳酸浓度显著高于Ⅲ组(P<0.05);Ⅰ组乙酸浓度最高,在4 h时,Ⅰ组乙酸浓度显著高于其他三组(P<0.05),Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ组的乙酸浓度在4 h达到高峰,Ⅳ组在6 h达到高峰。丙酸浓度Ⅳ组最高,且在相同时间,不同日粮组的丙酸浓度也不存在差异显著性;丁酸浓度Ⅱ组最高,在4 h时,Ⅱ组的丁酸浓度显著高于其他三组(P<0.05),在4 h时Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ组丁酸浓度达到峰值。在6 h时,Ⅳ组达到峰值。乳酸、乙酸、丁酸和丙酸浓度在Ⅰ组~Ⅳ组间组内均差异不显著。
表7 不同比例玉米秸秆TMR颗粒对小尾寒羊瘤胃pH、氨态氮及有机酸浓度的影响Table 7 The effect of TMRs with different percentage of corn straw on the pH value,ammonia nitrogenand volatile fatty acid concentration in rumen of Small-tailed Han sheep
饲喂不同比例玉米秸秆TMR颗粒的小尾寒羊生长性能(表8)。从表中数据可知,在试验羊初始体重均无显著差异的情况下,提高日粮中秸秆比例,降低了采食量。采食量Ⅰ组显著低于Ⅱ,Ⅲ和Ⅳ组(P<0.05),其中Ⅱ组显著低于Ⅲ,Ⅳ组(P<0.05),但Ⅲ和Ⅳ组差异不显著;Ⅲ组日增重302.89 g,显著高于Ⅰ,Ⅱ组(P<0.05),各组间料肉比差异不显著。
表8 不同比例玉米秸秆TMR对小尾寒羊采食量、日增重及料肉比的影响Table 8 The effects of TMR with different percentage of corn straw on thedaily dry matter(DM) intake,daily gain andfeed conversion ratioin Small-tailed Han sheep
精粗比例是羊饲粮的重要参数,精料比例过高会导致瘤胃代谢紊乱,粗料比例高会降低采食量,不利于生长[3]。本研究通过调整秸秆与玉米粗精饲料比例,以及用菜籽粕代替豆粕,配制粗精比为别为65∶35,55∶45,45∶55,35∶65全混合颗粒饲料,研究秸秆型颗粒日粮对小尾寒羊的消化、瘤胃内发酵及饲料转化率的影响。日粮精粗比、粗饲料纤维含量对反刍动物生产性能有显著影响,而一个最合适的精粗比例,有利于提高反刍动物的生产性能[4]。有研究发现,在日粮中适当添加燕麦干草等粗饲料,能显著提高动物生产性能,而日粮成分和结构对营养物质的表观消化率有重要影响[5-6]。本试验结果显示,OM、ADF、NDF表观消化率从高到低依次是:秸秆比例52%>42%>32%>22%组,即日粮中秸秆比例的增加,对营养物质OM、ADF、NDF表观消化率有促进作用。徐志军[7]利用不同精粗比柠条饲料饲喂羔羊,得出结论当日粮精粗比为70∶30时,OM、CP消化率降低,这与本试验结果相一致。Ⅱ组的EE、CP表观消化率(秸秆比例42%)最高,且与Ⅳ组(秸秆比例22%)相比,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ组CP表观消化率分别提高0.73%,5.2%,2%,可能是Ⅱ组中粗饲料所占比例的纤维水平比较适宜,有助于提高EE、CP表观消化率;DM表观消化率并没有因粗料比例的增加而提高,反而Ⅰ组(秸秆比例52%)DM消化率最低,原因可能是日粮中纤维水平过高,结构性碳水化合物增加,导致饲料在瘤胃及肠道内停留时间过短,流通速率加快,反而使动物不能完全消化和利用饲粮中的营养物质,从而降低了DM消化率,Abdalatif等[8]也得到了相同的试验结果。Valdes等[9]利用精粗比为80∶20,60∶40,40∶60,20∶80的日粮饲喂绵羊发现,随着粗料比例的增加,OM、DM消化率下降。赵洋洋等[10]发现当粗饲料占比减少后,肉牛的粗蛋白表观消化率会出现显著的提升,与本试验研究结果一致。在自由采食情况下,随饲粮精粗比的降低,Ⅳ组ADF和NDF消化率显著降低,这与包剑宇等[11]、周亚楠等[12]研究结果相同。
瘤胃微生物降解日粮中的蛋白质使反刍动物可以消化利用,所以微生物的降解是其消化利用的主要影响因素,而沉积氮是反刍动物对饲粮中蛋白质吸收利用最直观的指标[13]。本试验结果显示,随着秸秆比例的降低,精料比例的增加,摄入氮的含量也显著提高,这是由于高精料日粮中含氮量高,反刍动物采食后摄入氮随之增高。日粮蛋白质摄入量的增加,对育肥羊粪氮、尿氮的排出量有显著影响,即随日粮秸秆比例降低而增加且尿氮的排出量均高于粪氮排出量,消化氮也呈增加趋势,这与黄洁等[14]、Devant等[15]研究结果一致。本研究结果表明,随着摄入氮的增加,沉积氮、沉积氮/摄入氮、沉积氮/消化氮的含量呈先增加后降低的趋势,这与Jetana等[16]、杨膺白等[17]研究结果不同。原因可能是不同秸秆比例日粮中存在的结构性碳水化合物/非结构性碳水化合物的不同,导致瘤胃内合成微生物蛋白含量不同,日粮可降解蛋白利用率也不同,从而影响日粮中氮的利用率[18]。本试验中粪钙、尿磷的排出量是随着摄入钙的增加而增加,但尿钙、粪磷的排出量并未随着摄入量的增加而增加,原因可能是育肥羊对钙、磷的需求量是一定的,当机体采食后吸收足够的钙、磷,从而将钙和磷从粪尿中排出,导致钙、磷消化率下降。沉积钙、沉积磷、沉积钙/摄入钙均随着日粮中精料比例的增加呈先增加后降低的趋势,沉积磷/摄入磷反而呈下降趋势,这是可能因为育肥羊将多余的钙、磷从尿液中排出的结果。
当饲料中精料占比过高时,会导致瘤胃内pH降低,使瘤胃对饲料的分解速率降低,最终体现在对营养物质的表观消化率降低[19]。瘤胃pH通常在5.8~7.0范围内波动,pH过高或过低,都会影响瘤胃微生物活力进而影响动物生长,当瘤胃pH为6.2~7.0时,瘤胃内微生物生态系统较为稳定,能够保证瘤胃的正常发酵,瘤胃微生物发酵纤维物质的活性最高[20]。本试验中,饲喂不同精粗比日粮的小尾寒羊瘤胃内pH的变化均维持在正常范围内,各组间差异不显著。饲喂不同精粗比日粮试验组间在进食后2~4 h,pH均下降,原因可能是在采食后2 h内,日粮中的碳水化合物在瘤胃内发酵分解成有机酸,有机酸增多后,pH下降[21]。在4~6 h,下降速度减慢,且有回升的趋势,可能是部分有机酸被瘤胃微生物利用,合成微生物蛋白转入真胃,另一部分被瘤胃壁吸收,使得瘤胃内有机酸含量降低,瘤胃具有缓冲功能,使pH恢复到稳定状态,而稳定的瘤胃环境是反刍动物进行健康生长的重要基础[22]。
NH3-N是微生物蛋白合成和日粮中非蛋白氮、蛋白质降解的中间产物,其受到微生物降解速度和蛋白质降解的影响,所以在一定程度上,NH3-N是反映瘤胃微生物从日粮中摄取和利用氨的情况,同时也反映对含氮的物质分解产氨的速度,即在特定的日粮下,蛋白质合成与分解所达到的平衡。本试验结果显示,Ⅳ组在0~6 h间,NH3-N浓度均显著高于其他试验组,可能是由于饲喂日粮中精料及蛋白质水平高的原因。而张丹丹等[23]实验将构树比例增加,使NH3-N浓度显著提高,各组的NH3-N浓度变化范围满足瘤胃微生物生长的最佳浓度,与试验结果一致。微生物生存所需NH3-N浓度在6~30 mg·dL-1间[24],所以各组NH3-N浓度在16.54~25.34 mg·dL-1,虽然偏高,但属正常范围内,本试验中,采食后NH3-N浓度的总体趋势是先上升后下降。可能由于动物采食后,精饲料在瘤胃迅速发酵,NH3-N浓度随之增加,此后瘤胃内微生物对其利用和蛋白质饲料量的减少,一部分通过嗳气排出体外,所以采食后NH3-N浓度先上升后下降。张倩等[25]利用不同比例压块秸秆与羊草组合饲喂奶牛发现,各组瘤胃NH3-N浓度均呈现上升后下降的趋势,与本试验结果一致。李树聪[26]也得到了相同的试验结果,即饲喂含粗料60%的玉米秸秆TMR颗粒日粮给小尾寒羊,采食后2 h内,瘤胃NH3-N浓度均呈现先上升后缓慢下降的趋势,这可能受日粮中蛋白质含量及降解特性的影响。郝正里等[27]研究表明,饲喂以精料为主的玉米秸秆TMR颗粒日粮,小尾寒羊采食后瘤胃NH3-N浓度呈先下降后上升的趋势,与本试验结果不同,原因可能是日粮中的粗蛋白质含量高,采食迅速,很快稀释瘤胃内容物,微生物从先发酵分解的碳水化合物中获取能量与氨合成蛋白质,所以导致NH3-N浓度下降。
在实际生产中,短链脂肪酸可以为反刍动物提供50%~70%的能量,动物采食饲料后,碳水化合物在瘤胃内发酵产生有机酸,为瘤胃内微生物生长繁殖提供能量,是反刍动物的能源物质[28]。本试验结果显示,秸秆比例42%组的乳酸均值高于其他三组,且在0~4 h呈上升趋势,随后下降,且在2 h时,秸秆比例42%组的乳酸含量显著高于秸秆比例32%组,可能是饲料中精料比例高,精饲料中的淀粉、可溶性糖在采食后快速发酵(0.2~5 h)成挥发性脂肪酸[29],导致瘤胃pH降低到6.0以下,抑制了纤维素分解菌的生长,而产生乳酸的菌大量繁殖生长,随之乳酸含量升高[30-31];Ⅰ组乙酸均值最高,Ⅱ组丁酸均值最高,而Ⅳ组乙酸、丁酸均值最低,可能原因是瘤胃内挥发性脂肪酸的组成主要受饲粮精粗比的影响,饲料中精饲料比例高,非结构性碳水化合物含量高,发酵时产生大量丙酸和少量乙酸、丁酸,而Ⅰ、Ⅱ组粗饲料比例高,所以非结构性碳水化合物少,这与吴天佑等[32-33]研究结果一致;徐均钊等[34]研究表明,全株玉米青贮和玉米秸秆黄贮组的肉牛瘤胃液中乙酸含量有降低的趋势,但丙酸含量显著升高,这与本试验结果一致。
粗饲料作为反刍动物生产中占比较大的重要日粮,提供的有效纤维达到最佳比例,有利于促进肠道对日粮中营养物质的消化吸收,其质量直接影响动物的生长性能[35-36]。本试验研究表明,随着日粮中精料比例的增加,动物采食量也随着增加,与Ⅰ组相比,Ⅳ组采食量提高39.12%与上述试验结果相一致,这说明动物饲料的采食量与日粮的精粗比和颗粒化有关,即精料比例越高,饲料的适口性越高。而Ⅰ组粗料比例高,当动物采食后,瘤胃被粗饲料填充膨胀且pH值升高,导致瘤胃内干物质流通速率缓慢[37],采食量下降。而秸秆日粮在制粒的过程中,在保证秸秆的营养未被破坏的同时,改善了秸秆的理化性质和秸秆的适口性,小尾寒羊的嗅觉很灵敏,熟化后的秸秆日粮具有香味,颗粒饲粮中的精饲料的增加,即Ⅳ组可以提高动物的采食量。本试验中,平均日增重与Ⅰ组相比,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ组虽有所提高,但饲喂秸秆比例22%日粮的平均日增重分别低于饲喂秸秆比例32%,42%日粮组8.56 g,45.77 g,因此,适宜的提高精料比例,可以提高动物的日增重,但精料比例过高,并不能达到最好的饲喂效果。饲喂秸秆52%,42%组的饲料转化率高于22%组,表明并不是提高精料比例就会提高饲料转化率,而是日粮中要保证一定水平的粗饲料、非降解纤维素含量,才有利于反刍动物消化及吸收利用。
本研究通过调整秸秆与玉米粗精饲料比例,以及用价格低廉菜籽粕代替高价格的豆粕,配制粗精比为别为65∶35,55∶45,45∶55,35∶65全混合颗粒饲料,对小尾寒羊的消化、瘤胃内发酵及饲料转化率的影响,结果显示,在以玉米秸秆和花生秧为主要粗饲料,粗精比为45∶55,玉米秸秆比例为32%的TMR颗粒日粮日增重效果最佳。