2. 内蒙古自治区草原勘察规划院, 呼和浩特 010019;
3. 中国农业科学院草原研究所, 呼和浩特 010010;
4. 内蒙古自治区农牧业科学院, 呼和浩特 010031
, WANG Zhi-jun2, YIN Qiang3, SUN Lin4, CHENG Qi-ming1, FAN Wen-qiang1, LIU Ya-hong4, JIA Yu-shan1
2. Inner Mongolia Autonomous Region Grassland and Planning Institute, Hohhot 010019, China;
3. Institute of Grassland Research of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hohhot 010010, China;
4. Inner Mongolia Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences, Hohhot 010031, China
我国饲草资源丰富，但优质饲草资源匮乏，秸秆类低质饲草数量庞大但其转化率低[1]，直接作为饲料，利用率低[2]，且适口性差。如何科学的加工秸秆类低质饲草，提高其利用率和饲用品质，已成为当前草产品加工技术领域的研究热点[3-4]。饲草型全混日粮技术可有效利用饲草组合效应使低质饲草替代日粮中部分优质饲草和部分精料用作反刍动物的饲喂，解决低质饲草被转化增值问题[5-8]。
TMR饲喂技术对提高低质粗饲料的采食量及粗饲料纤维的消化利用率方面的优势非常显著[9]，也越来越受到研究者的重视。因此，全混合日粮中粗饲料的来源、配制比例、组合效应、利用率等成为研究的重点。玉米秸和燕麦草等秸秆类非常规粗饲料是全混日粮粗饲料的主要来源之一，针对其高纤维、低蛋白的营养特性[10-12]，使其与苜蓿等豆科优质牧草混合配制TMR粗饲料的组合效应显著，可显著提升其利用率和饲用品质。如采用玉米秸秆、大麦秸等低质粗饲料与苜蓿进行合理配比调制TMR，能够有效改善瘤胃内环境，提高绵羊对纤维物质的消化率。郭旭生[13]采用玉米秸、苜蓿调制全混日粮饲喂育肥羊，运用体外产气法对体外发酵效果进行综合评价，结果表明，饲草组合效应对日粮体外发酵培养效果影响显著，在日粮精粗比为55:45，且复合处理玉米秸秆及苜蓿草粉的替换比例分别为25%和20%时，体外发酵效果最好。王晓光[14]以玉米秸、小麦秸、苜蓿、番茄皮渣等为粗饲料，配制粗饲料占日粮比例80%的饲草型全混日粮，研究表明，添加苜蓿和番茄皮渣可显著提高粗饲料组合效应，玉米秸和小麦秸的采食率、消化降解率显著提高。通过饲草型全混日粮技术充分利用和开发农区潜在的、庞大的秸秆饲料资源，增加饲草型全混日粮饲草资源，改变以粮食为原料的养殖模式，推进了我国大力发展节粮型畜牧业的进程[15]。
通过饲草组合效应，采用秸秆类低质粗饲料与优质豆科牧草组合配制饲草型全混日粮的粗饲料，提高饲草利用率和消化率，改善饲草适口性的研究技术，目前在国内尚处于前瞻性研究向生产利用的过渡时期[16-17]。饲草型全混日粮技术中混合饲草种类及配制比例是其研究的关键，因此，本试验以北方地区饲草型全混合日粮中常用的玉米秸、苜蓿草、燕麦草等粗饲料为研究对象，将玉米秸、苜蓿、燕麦草3种饲草通过机械预处理和饲草组合，并利用多项组合效应筛选出全混合日粮粗饲料的最佳优化组合，为饲草型全混合日粮生产提供理论与技术支撑。
1 材料与方法 1.1 试验地点及概况试验地点位于包头市鑫泰农业科技有限公司，地处包头市九原区哈林格尔镇，位于内蒙自治区的西部，处于土默川平原和河套平原结合部。地跨东经10°37″--110°27″，北纬40°5″--40°17″之间，属北温带大陆气候，干旱多风，春季干旱少雨多风，夏季温和短促，秋季凉爽温差大，冬季慢长而寒冷。
1.2 试验材料试验以初花期“WL232HQ”紫花苜蓿(Alfalfa)、玉米秸秆(Corn stover)、燕麦干草(Avena sativa)为原料，紫花苜蓿于5月下旬收获，玉米秸和燕麦草于10月初收获，原料均来源于包头市鑫泰农业科技有限公司种植基地。试验材料具体营养成分见表 1。
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表 1 3种饲草的营养成分 Table 1 The nutrient content of 3 forages |
玉米秸数量庞大，价格低廉，营养价值较低；苜蓿草营养价值高，价格较高，为使试验设计更符合肉羊养殖实际需求，实现最大养殖经济效益。因此，在进行组合时对各种饲草添加量做了一定限定，每组混合饲草中均有玉米秸，其含量控制在50%~90%之间，苜蓿和燕麦在10%~50%之间。具体混合比例见表 2。其中CK1、CK2、CK3分别是玉米秸、苜蓿草、燕麦草3种单一饲草。对混合饲草进行人工瘤胃持续发酵试验，测定在3、6、12、24和48 h时的体外IVDOM和瘤胃发酵指标(包括pH、产气量和VFA)，利用多项组合效应指数和多项组合效应的聚类分析，筛选混合饲草的最优组合。
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表 2 饲草混合比例 Table 2 The formulation of mixed forages |
测定指标主要有：氢离子活度指数(pH)、有机质体外消化率(IVDOM)、产气量(GP)、总挥发性脂肪酸(TVFA)。
1.4.2 测定流程(1) 样品的处理。粉碎后的样品要通过40网目的标准筛，然后在105℃条件下干燥6 h，并称取0.5 g装入ANKOM滤袋作为备用样品。(2) 瘤胃液的采集。瘤胃液采集自内蒙古农业大学动物科学学院瘘管羊，该羊品种为内蒙古半细毛羊，于清晨饲喂前1 h采集瘤胃液，将采集的瘤胃液通过纱布过滤到提前预热39℃并已通入CO2的烧瓶中，将已配制好的培养液装入烧瓶中，持续通入CO2。(3) 培养液的制备。采用K.H.Menke和H.Steingass的方法[18]，培养液配制由常量元素溶液155 mL、微量元素溶液0.08 mL、缓冲溶液155 mL、瘤胃液325 mL、还原剂溶液33.3 mL、指示剂0.8 mL、蒸馏水310 mL组成[13]。常量元素液：MgSO4·7H2O 0.6 g，KH2PO4 6.2 g，Na2HPO4 5.7 g，加蒸馏水定容至1 000 mL；微量元素液：FeCl3·6 H2O 8.0 g，MnCl2·4H2O 10.0 g，CaCl2·2H2O 13.2 g，CoCl2·6H2O 1.0 g，加蒸馏水定容至100 mL；缓冲溶液：NaHCO3 35.0 g，NH4HCO3 4.0 g，加蒸馏水定容至1 000 mL；还原剂溶液：Na2S·9H2O 625 mg，1 mol·L-1的NaOH溶液4.0 mL，加蒸馏水定容至100 mL；指示剂：刃天青100 mg，加蒸馏水定容至100 mL。将装有样品的滤袋和缓冲溶液的消化罐放入Daisy Ⅱ外模拟培养箱，培养48 h后，用自来水冲洗至水澄清[19]。
1.4.3 测定方法采用25型酸度计(上海雷磁分析仪器厂，玻璃电极电极)测定培养液的pH。GP的测定：按上述试验流程进行培养，分别在培养3、6、12、24和48 h记录每个注射器活塞的位置读数(mL)，计算公式：某时间点GP(mL)=该段时间样品GP(mL)－该段时间空白样GP(mL)。
用日本岛津GC-7A气相色谱仪内标法进行VFA的测定，内标物为巴豆酸。采用ANKOM体外发酵仪测定有机质消化率(IVDOM)。
1.5 组合效应计算方法单项组合效应(SFAEI)=(实测值－理论值)/理论值×100%。
组合效应综合指数(MFAEI)为各单项组合效应值之和。
1.6 数据分析本研究中图、表和数据的前期处理均利用Microsoft Office Excel 2007软件进行，数据计算及数据的方差分析、聚类分析利用SAS 9.1.3 (Statistical Analysis System)软件进行。
2 结果 2.1 混合饲草体外发酵pH比较各组混合饲草体外发酵48 h的pH见表 3。从组合类型来看，玉米秸+苜蓿草+燕麦草组合类型的pH平均水平高于玉米秸+苜蓿草组合类型，玉米秸+燕麦草组合类型的pH平均水平最低。从不同饲草比例来看，玉米秸+苜蓿草组合类型中，E组pH最大，与D组pH的差异不显著(P＞0.05)，显著高于C组、B组和A组(P＜0.05)。玉米秸+燕麦草组合类型中，J组pH最大，与F、I、H、G 4组之间差异不显著(P＞0.05)。玉米秸+苜蓿草+燕麦草组合类型中，R、S、O 3个组合的pH最大，与Q、T、N组差异不显著(P＞0.05)，显著高于其他各组(P＜0.05)。
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表 3 混合饲草体外发酵pH和IVDOM的变化 Table 3 The pH and IVDOM of fermentation in vitro for 48 h of mixed forage |
各组混合饲草体外发酵48 h IVDOM值见表 3。从组合类型来看，玉米秸+苜蓿草+燕麦草组合类型的IVDOM平均水平较高，其次为玉米秸+苜蓿草组合类型，玉米秸+燕麦草组合类型最低。从不同饲草比例来看，玉米秸+苜蓿草组合类型中，E组IVDOM最高，与D组差异不显著(P＞0.05)，显著高于A、B、C 3组(P＜0.05)。玉米秸+燕麦草组合类型中，J组IVDOM最高(P＜0.05)，与I、H、G、F各组差异显著(P＜0.05)。玉米秸+苜蓿草+燕麦草组合类型中，Q组IVDOM最高，其次为R组，Q组和R组之间差异不显著，Q组、R组显著高于其他各组(P＜0.05)。在20个饲草组合中，IVDOM最高依次为E、Q、D、R 4个饲草组合。
2.3 混合饲草体外发酵累积GP比较各组混合饲草体外发酵累积GP值见表 4。从组合类型来看，玉米秸+苜蓿草+燕麦草组合类型的GP平均水平较高，其次为玉米秸+苜蓿草组合类型，玉米秸+燕麦草组合类型最低。从不同饲草比例来看，玉米秸+苜蓿草组合类型中，E和D组GP最高，与C组差异不显著(P＞0.05)，显著高于B组和A组(P＜0.05)。玉米秸+燕麦草组合类型中，J组GP最高，F组与G、H、I 3组差异均不显著(P＞0.05)，J组显著高于F组(P＜0.05)。玉米秸+苜蓿草+燕麦草组合类型中，Q组GP最高，其次为R组、O组，Q组、R组与O组3组之间差异不显著(P＞0.05)，显著高于K、L、M、P、T组(P＜0.05)。
2.4 混合饲草体外发酵累积TVFA产量比较各组混合饲草体外发酵累积TVFA产量见表 4。从组合类型来看，玉米秸+苜蓿草+燕麦草组合类型的累积TVFA产量最高，其次为玉米秸+苜蓿草组合类型，玉米秸+燕麦草组合类型最低。从不同饲草比例来看，玉米秸+苜蓿草组合类型中，E组TVFA产量最高，显著高于其他各组(P＜0.05)，A组TVFA产量最低。在玉米秸+燕麦草组合类型中，J组TVFA产量最高(P＜0.05)，显著高于其他各组(P＜0.05)，F组TVFA产量最低。玉米秸+苜蓿草+燕麦草组合类型中，R组TVFA产量最高，与Q组差异不显著(P＞0.05)，显著高于其他各组(P＜0.05)，K组TVFA产量最低。
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表 4 混合饲草体外发酵累积GP和TVFA Table 4 The GP and TVFA of fermentation in vitro for 48 h of mixed forage |
由上述分析可以看出，体外发酵各个单一指标并没有完全呈现规律性变化，所以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。由此可根据组合效应进一步体外筛选的指标，合理的对不同比例的混合饲草组合的优化程度进行取舍。从表 5可以看出，当玉米秸分别以不同比例与苜蓿草和燕麦草混合时，各处理组合都发生了正组合效应。从组合类型来看，玉米秸+苜蓿草+燕麦草组合类型的多项组合效应最高，其次为玉米秸+苜蓿草组合类型，玉米秸+燕麦草组合类型最低。从不同饲草比例来看，玉米秸+苜蓿草组合类型中，E组和D组多项组合效应排序较高，产生的多项组合效应显著。在玉米秸+燕麦草组合类型中，J组多项组合效应排序高于其他组合，但其整体组合效应偏低。玉米秸+苜蓿草+燕麦草组合类型中，R组的多项组合效应排序最高，其次为Q组和O组，这3组组合效应值较大。体外发酵发酵能力很差的玉米秸在与发酵能力较高的苜蓿草和燕麦草混合以后，整体发酵水平优于单一饲草的发酵。这说明饲草组合以后，通过营养特性间的互补，可提高混合饲草的整体发酵水平，同时也可显著改善低质秸秆的采食量和消化率。
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表 5 混合饲草组合效应 Table 5 The effect of combination of mixed forage |
饲料之间的组合效应具有普遍性与可控性。系统合理进行不同饲料配比，充分发挥饲草料之间的正组合效应，不仅能够提高草食家畜对饲草的采食量，还能提高瘤胃微生物对低质饲草的降解，从而有效提高利用率。国内外均采用体外发酵法对饲草组合效应进行研究，自K.H.Menke等[20]成功应用体外产气法预测发酵底物的营养价值以来，因其方法简便、快速、经济，在饲草营养价值评价中被广泛应用[21-22]。在国内，王旭[23]以饲草分级指数GI和饲草组合效应为依据，将不同类型、品种及品质的饲草进行组合配比，并结合组合效应综合指数(MFAEI)在最佳粗料配方的基础上进行了优化精料配方的组合和筛选，最大限度地发挥饲草间的正组合效应，控制和消除饲草间的负组合效应，最大限度地发挥动物的生产性能，降低精料的使用和饲养成本。因此，本试验采用了MFAEI法，将体外产气法所测得的各时间点的各项指标综合起来，研究饲草组合效应。
饲料在反刍家畜体内的降解特性在一定程度上可以用体外发酵主要产物：有机质消化率(IVDOM)、产气量(GP)、总挥发性脂肪酸(TVFA)等来反映。健康羊瘤胃内容物的IVDOM、GP、TVFA含量与饲料种类密切相关[24]。因此，评定IVDOM、GP、TVFA等指标的产量，对评价饲料价值及反刍动物对其有效利用率具有重要意义。体外发酵的IVDOM、GP、TVFA浓度与饲料中可溶性碳水化合物含量正相关，相对于优质粗饲料，低质粗饲料中的可溶性碳水化合物含量较低，反刍动物采食后瘤胃对其消化利用率也较低[25-26]。
本试验结果表明，将苜蓿干草和燕麦干草、玉米秸秆以不同比例组合时，表现出不同程度的正组合效应。从组合类型来看，玉米秸+苜蓿草+燕麦草组合类型的多项组合效应最佳，其次为玉米秸+苜蓿草组合类型，玉米秸+燕麦草组合效应最差。玉米秸+苜蓿干草和玉米秸+苜蓿干草+燕麦草两个组合中，随着苜蓿添加比例的增加，组合效应逐渐增大。2个组合中，苜蓿的添加比例在30%以上时，组合效应显著增大。玉米秸+苜蓿干草组合中，玉米秸:苜蓿干草=60%:40%和玉米秸:苜蓿干草=50%:50%组合效应较大；玉米秸+苜蓿干草+燕麦草组合中，玉米秸秆:苜蓿干草:燕麦干草=50%:30%:20%组合效应最大，其次为玉米秸秆:苜蓿干草:燕麦干草=50%:40%:10%组合。本研究表明，秸秆类非常规粗饲料与豆科牧草具有协同作用，组合配制TMR粗饲料组合效应显著。M.P.Doran等[27]研究发现，将青贮玉米和苜蓿干草混合饲喂奶牛，随着苜蓿干草比例的增加，采食率、消化率、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、碳水化合物线性增加，苜蓿干草比例从20%增加到60%饲料颗粒在瘤胃的保留时间增加，表明青贮玉米和苜蓿干草适量混合饲喂奶牛可以影响瘤胃纤维消化、改变瘤胃的粒子运动。T.Obitsu等[26]报道，以桑叶、苜蓿、燕麦按照不同配比混合后饲喂绵羊，发现桑叶和苜蓿比例1:1以及燕麦和苜蓿比例1:1的两组混合饲草组合，粗蛋白质均产生显著的正组合效应。J.X.Liu等[28]认为，在水稻秸秆中添加禾本科牧草或含蛋白质高的桑叶可以使混合饲草中的易发酵物质含量上升，从而促进瘤胃微生物的生长，使组合料在体外培养时产生组合效应。
本研究结果表明，不同饲草组合中，玉米秸+苜蓿干草+燕麦草组合的体外发酵积累的pH、(IVDOM)、GP、TFVA整体水平最高，其次为玉米秸+苜蓿干草两个组合，玉米秸+燕麦草组合整体水平最低；玉米秸+苜蓿干草+燕麦草与玉米秸+苜蓿干草两个组合，随着苜蓿添加比例的增加，混合饲草的体外发酵pH、(IVDOM)、GP、TFVA逐渐升高。玉米秸+苜蓿组合中，苜蓿添加比例在40%~50%范围内，体外发酵指标整体水平较好；其中玉米秸:苜蓿干草=50%:50%体外发酵积累的pH、IVDOM、GP、TFVA整体水平最高，其次玉米秸:苜蓿干草=60%:40%组合也较高。玉米秸+苜蓿干草+燕麦草组合中，苜蓿添加比例在30%以上，体外发酵指标整体水平较好；玉米秸秆:苜蓿干草:燕麦干草=50%:30%:20%体外发酵积累的pH、(IVDOM)、GP、TFVA水平最高，其次玉米秸秆:苜蓿干草:燕麦干草=50%:40%:10%组合也较高。本研究表明，采用玉米秸秆、燕麦草等低质粗饲料与苜蓿进行合理配比饲喂绵羊，能够有效改善瘤胃内环境，提高绵羊对纤维物质的消化率。主要原因是苜蓿干草在瘤胃内降解后，会产生戊酸、异丁酸、小肽、氨基酸这些纤维分解菌生长所必需的物质，随着发酵时间的延长，微生物不断繁殖，活性增加，对纤维素类物质的降解作用逐渐加大，从而促进了纤维分解菌对秸秆等低质饲草中粗纤维的分解，与J.X.Liu等[28]的结论一致。根据不同饲草的营养特性，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，饲草混合后可提高低质饲草的消化吸收率和饲用品质。
在我国北方主要有玉米、小麦等农作物秸秆，由于玉米、小麦等农作物秸秆的纤维素含量高，蛋白质含量低，受细胞壁木质化程度的影响，在作为草食家畜粗饲料时，其消化率很低。目前主要采用物理、化学、生物处理的方法，来提高农作物秸秆的营养价值。近年来，越来越多的科学家开始研究通过对不同种类的饲料进行合理配比，充分激发饲料间的正组合效应，使秸秆能够高效利用的方式。谭支良等[29]认为，通过系统组合营养技术可有效提高饲草的利用效率。从试验结果来看，综合考虑饲草间的体外消化特性及组合效应，玉米秸秆:苜蓿干草:燕麦干草=50%:30%:20%、玉米秸秆:苜蓿干草:燕麦干草=50%:40%:10%、米秸:苜蓿干草=60%:40%以及玉米秸:苜蓿干草=50%:50%等4个组合的组合效应最佳，在玉米和燕麦秸秆中加入30%以上的苜蓿，则能够明显提高秸秆的降解率和消化率。如果对不同饲草进行预处理后再进行组合，则可能获得更加显著的正组合效应[30-31]。
4 结论玉米秸+苜蓿干草和玉米秸+苜蓿干草+燕麦草2个组合中，苜蓿的添加比例在30%以上时，体外发酵积累的pH、IVDOM、GP、TVFA值及正组合效应显著增加；玉米秸+燕麦草组合整体效果不佳。在玉米秸+苜蓿干草组合中，处理组D(玉米秸:苜蓿干草=60%:40%)、E(玉米秸:苜蓿干草=50%:50%)为最优组合；在玉米秸秆+苜蓿干草+燕麦干草组合中，处理组R(玉米秸秆:苜蓿干草:燕麦干草=50%:30%:20%)、Q(玉米秸秆:苜蓿干草:燕麦干草=50%:40%:10%)为最优组合。
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