动物营养学报 >

2026 , Vol. 38 >Issue 4: 3091 - 3103

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2026.248

研究论文

基于常规养分含量与体外产气特性的贵州地区肉牛常用粗饲料营养价值综合评价

  • 吴桂红 , 1 ,
  • 张忠贵 2, * ,
  • 喻梦圆 1 ,
  • 吴传花 1 ,
  • 熊齐森 1 ,
  • 施晓丽 1 ,
  • 王春梅 , 1, **
展开
  • 1 贵州大学动物科学学院, 高原山地动物遗传育种与繁殖省部教育部重点实验室, 贵阳 550025
  • 2 思南县农业农村局, 思南 565150
**王春梅,讲师,硕士生导师,E-mail:

*同等贡献作者

吴桂红(1997—),女,贵州毕节人,硕士研究生,研究方向为反刍动物营养与饲料科学。E-mail:

Office editor: 菅景颖

收稿日期: 2025-08-21

  网络出版日期: 2026-04-14

基金资助

贵州省科技厅科技支撑计划项目([2023]一般007)

贵州省科技厅成果推广计划项目(黔科合成果[2022]重点005)

贵州大学博士基金([2020]72)

收起

Comprehensive Evaluation of Nutrient Value of Common Roughages for Beef Cattle in Guizhou Based on Conventional Nutrient Contents and in Vitro Gas Production Characteristics

  • WU Guihong , 1 ,
  • ZHANG Zhonggui 2 ,
  • YU Mengyuan 1 ,
  • WU Chuanhua 1 ,
  • XIONG Qisen 1 ,
  • SHI Xiaoli 1 ,
  • WANG Chunmei , 1, **
Expand
  • 1 Key Laboratory of Animal Genetics, Breeding and Reproduction in the Plateau Mountainous Region, Ministry of Education & Guizhou Province, College of Animal Science, Guizhou University, Guiyang 550025, China
  • 2 Sinan Country Agriculture and Rural Affairs Bureau, Sinan 565150, China
**lecturer, E-mail:

*Contributed equally

Received date: 2025-08-21

  Online published: 2026-04-14

Fold

摘要

本研究旨在探讨贵州地区14种肉牛常用粗饲料的常规养分含量以及体外发酵96 h的养分降解率、产气动力学参数和瘤胃发酵参数,为其在肉牛养殖中的高效利用提供参考依据。试验所用14种粗饲料包括5种农作物秸秆类(花生秧、玉米秸秆、油菜秸秆、当年水稻秸秆、陈水稻秸秆)、4种青干草类(燕麦草、构树、苜蓿、白三叶草)、3种糟渣类(蘑菇渣、新鲜酒糟、酒糟青贮)、1种糠麸类(薏仁米糠)和1种青贮类(玉米秸秆青贮)。称取1.5 g粗饲料,装入孔径为25 μm的纤维滤袋中,然后放入250 mL的发酵瓶中发酵96 h,每个粗饲料样品设8个重复。结果表明:白三叶草、苜蓿、燕麦草、构树、新鲜酒糟和酒糟青贮的粗蛋白质(CP)含量显著高于其他粗饲料(P<0.05),中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量显著低于其他粗饲料(P<0.05);白三叶草的非结构性碳水化合物(NSC)含量最高。燕麦草和三叶草的体外发酵96 h干物质降解率(IVDDM96 h)、体外发酵96 h中性洗涤纤维降解率(IVDNDF96 h)显著高于其他粗饲料(P<0.05);燕麦草的体外发酵96 h粗蛋白质降解率(IVDCP96 h)显著高于其他粗饲料(P<0.05);燕麦草、白三叶草和玉米秸秆青贮的体外发酵96 h酸性洗涤纤维降解率(IVDADF96 h)显著高于其他粗饲料(P<0.05)。燕麦草、白三叶草、苜蓿、构树和玉米秸秆青贮的理论最大产气量(A)显著高于其他粗饲料(P<0.05);白三叶草的产气速率(b)显著高于其他粗饲料(P<0.05);燕麦草和白三叶草的产气延滞时间(lag)显著低于除苜蓿外的其他粗饲料(P<0.05)。体外发酵96 h后,苜蓿和白三叶草的氨态氮(NH3-N)显著高于除新鲜酒糟、燕麦草、玉米秸秆、油菜秸秆外的其他粗饲料(P<0.05);苜蓿的乙酸(AA)及AA+丙酸(PA)+丁酸(BA)含量显著高于除白三叶草外的其他粗饲料(P<0.05)。对玉米秸秆与玉米秸秆青贮、新鲜酒糟与酒糟青贮进行比较发现,青贮处理可降低玉米秸秆和酒糟的NDF、NH3-N含量,增加IVDDM96 h、IVDCP96 h、A及AA+PA+BA、PA含量。基于常规养分含量的预测方程显示,NSC、ADF和CP含量是预测体外养分降解率、A的良好指标。聚类分析表明,构树与白三叶草、苜蓿、燕麦草因饲用品质好划分为一类,新鲜酒糟和酒糟青贮因较高的CP和纤维含量导致瘤胃微生物可利用的能氮不均衡而分为一类,除油菜秸秆外的其他秸秆类饲料和玉米秸秆青贮归为一类,油菜秸秆、蘑菇渣、薏仁米糠因较低的IVDDM96 h和体外发酵后较高的pH而归为一类。综上所述,燕麦草、苜蓿、白三叶草、构树是营养价值较高的粗饲料,秸秆类中花生秧的饲用价值比其他秸秆类饲料要高,油菜秸秆饲用价值最低。秸秆类、糟渣类和薏仁米糠不宜作为肉牛饲粮中唯一的粗饲料来源,需与燕麦草、苜蓿等优质牧草混合饲用,或者通过青贮等适宜的加工手段提高其饲用价值。

关键词： 粗饲料; 体外发酵; 挥发性脂肪酸; 养分降解率; 非结构性碳水化合物

本文引用格式

吴桂红 , 张忠贵 , 喻梦圆 , 吴传花 , 熊齐森 , 施晓丽 , 王春梅 . 基于常规养分含量与体外产气特性的贵州地区肉牛常用粗饲料营养价值综合评价[J]. 动物营养学报, 2026 , 38(4) : 3091 -3103 . DOI: 10.12418/CJAN2026.248

Abstract

This study aimed to investigate the conventional nutrient contents of 14 common roughages for beef cattle in Guizhou, as well as the nutrient degradation rates, gas production kinetic parameters, and rumen fermentation parameters after 96 h of in vitro fermentation, to provide a reference basis for their efficient utilization in beef cattle farming. The 14 roughages used in the experiment included five types of crop straws (peanut vine, maize straw, rape straw, current-year rice straw, and aging rice straw), four types of hays (oat grass, paper mulberry, alfalfa and white clover hay), three types of by-products (mushroom residue, fresh distiller’s grains and distillers’ grains silage), one type of bran (Coix seed bran), and one type of silage (maize straw silage). For each roughage, 1.5 g was weighed and placed into a fiber filter bag with a pore size of 25 μm, which was then incubated in a 250 mL fermentation bottle for 96 h, with eight replicates per roughage sample. The results showed that the crude protein (CP) content of white clover hay, alfalfa, oat grass, paper mulberry, fresh distiller’s grains and distiller’s grains silage was significantly higher than that of the other roughages (P<0.05), while their neutral detergent fiber (NDF) and acid detergent fiber (ADF) contents were significantly lower than those of the other roughages (P<0.05); white clover hay had the highest non-structural carbohydrate (NSC) content. The in vitro fermentation degradation rate at 96 h of dry matter (IVDDM96 h) and neutral detergent fiber (IVDNDF96 h) of oat grass and white clover hay were significantly higher than those of the other roughages (P<0.05). The in vitro fermentation degradation rate at 96 h of crude protein (IVDCP96 h) of oat grass was significantly higher than that of the other roughages (P<0.05). The in vitro fermentation degradation rate at 96 h of acid detergent fiber (IVDADF96 h) of oat grass, white clover hay and maize straw silage was significantly higher than that of the other roughages (P<0.05). The theoretical maximum gas production (A) of oat grass, white clover hay, alfalfa, paper mulberry and maize straw silage was significantly higher than that of the other roughages (P<0.05). The gas production rate (b) of white clover hay was significantly higher than that of the other roughages (P<0.05), while the gas production lag time of oat grass and white clover hay was significantly shorter than that of the other roughages except alfalfa (P<0.05). After 96 h of in vitro fermentation, the ammonia nitrogen (NH3-N) content of alfalfa and white clover hay was significantly higher than that of other roughages except fresh distiller’s grains, oat hay, maize straw and rape straw (P<0.05); the acetic acid (AA) and AA+propionic acid (PA)+butyric acid (BA) contents of alfalfa were significantly higher than those of the other roughages except white clover hay (P<0.05). Comparison between maize straw and maize straw silage, as well as fresh distiller’s grains and distiller’s grains silage, revealed that ensiling treatment reduced the NDF and NH3-N contents of maize straw and distiller’s grains, while increased the IVDDM96 h, IVDCP96 h, A, and the contents of AA+PA+BA and PA. Prediction equations based on conventional nutrient contents indicated that NSC, ADF and CP were effective indicators for predicting in vitro nutrient degradation rates and A. Cluster analysis showed that paper mulberry, white clover hay, alfalfa and oat grass were grouped into one category due to their superior feeding quality. Fresh distiller’s grains and distiller’s grains silage formed another category, characterized by high CP and fiber contents leading to an imbalance between energy and nitrogen availability for rumen microorganisms. Other straw-type feeds (except rapeseed straw) and maize straw silage were clustered together. Rapeseed straw, mushroom residue, and Coix seed bran were classified into one group due to their lower IVDDM96 h and higher pH after in vitro fermentation. In conclusion, oat hay, alfalfa hay, white clover hay and paper mulberry hay possess higher feeding value. Among straw feeds, peanut vine has greater feeding value, while rapeseed straw has the lowest. Straws, distillers’ grains, and Coix seed bran are not recommended as the sole roughage source in beef cattle diets, which should be offered in combination with high-quality forages such as oat hay and alfalfa, or to enhance their feeding value through appropriate processing methods like ensiling.

Key words： roughages; in vitro fermentation; volatile fatty acid; nutrient degradation rates; non-structural carbohydrates

随着饲料原料价格上涨与肉牛价格持续走低,如何有效降低养殖成本已成为推动肉牛产业可持续发展的关键议题。在肉牛饲粮中,粗饲料的占比常超过35%,它不仅能够刺激唾液分泌、促进反刍行为和瘤胃发育,还有助于维持瘤胃内环境稳定[1];相反,若粗饲料摄入不足,则不仅会增加饲料成本,还可能引发瘤胃亚急性酸中毒、蹄叶炎等营养代谢性疾病,导致肠道菌群紊乱,进而影响肉牛的生产性能[2]。研究显示,提升粗饲料质量有助于降低饲粮中精料比例,提高精料对牧草的替代率[3-4],实现精料节约效应[5]。因此,饲粮中粗饲料的质量与比例直接影响肉牛的生产性能和养殖经济效益。我国地域广阔,不同地区饲料资源种类差异较大,系统评估不同地区常用粗饲料的营养价值及其瘤胃发酵特性,对实现区域肉牛产业高质量发展具有重要决定意义。
肉牛产业是贵州省十二个农业特色优势产业之一。受复杂地形与特殊气候等自然条件制约,当地养殖模式以家庭养殖和中小型养殖企业为主。2022年,贵州省年出栏量1~9头的场(户)占比达97.4%,高于全国平均水平的92.0%[6]。这种分散化的养殖结构,导致饲粮的饲用价值多依赖经验评估,且普遍存在“重精料、轻粗料”的现象,进而推高了养殖成本,制约了效益提升。因此,理清常用粗饲料营养成分含量和瘤胃发酵特性有助于在肉牛养殖中充分、科学地利用和开发粗饲料资源,是实现精准、高效养殖的基础。
目前,关于农作物秸秆类、糠麸类、糟渣类等粗饲料的常规养分含量已有较多报道[7],但针对多种类型粗饲料(如秸秆类、糠麸类、糟渣类及青干草类)的系统比较研究仍相对缺乏。为此,本研究选取贵州省常见的14种粗饲料,系统比较其常规养分含量、体外产气参数与瘤胃发酵参数,并基于常规养分含量预测其养分降解率和产气量,以期为不同粗饲料在肉牛饲粮中的科学配比与高效利用提供数据支持和理论参考。

1 材料与方法

1.1 伦理声明

本研究的所有试验方案由贵州大学实验动物伦理分委员会审查并批准(EAE-GZU-2024-T172),试验过程严格遵守该委员会关于动物伦理和福利的指导原则。

1.2 试验材料

从贵州省贵阳市、黔西南布依苗族自治州、黔东南苗族侗族自治州、铜仁市的肉牛养殖场采集肉牛养殖常用的14种粗饲料进行营养价值评价,这14种粗饲料可分为如下5类。
1)农作物秸秆类:花生秧、玉米秸秆、油菜秸秆、当年水稻秸秆、陈水稻秸秆(堆垛存放了3年)。
2)糠麸类:薏仁米糠。
3)青贮类:玉米秸秆青贮(由鲜食玉米采摘后的青绿秸秆制成)。
4)糟渣类:蘑菇渣、新鲜酒糟(酱香型白酒酿造过程产生的新鲜酱酒酒糟)、酒糟青贮(以新鲜酱酒酒糟为原料,接种由酿酒酵母、粪肠球菌、植物乳杆菌、黑曲霉组成的复合菌液制备)。
5)青干草类:燕麦草、构树、苜蓿、白三叶草。
各粗饲料样品的采集过程均严格遵循《饲料 采样》(GB/T 14699—2023)[8]进行,采用随机多点取样法采集每种粗饲料的多份样品,充分混合后使总量不低于5 kg。除玉米秸秆青贮、新鲜酒糟和酒糟青贮样品采用真空干燥外,其余粗饲料样品在65 ℃烘箱中烘干[9]。所有干燥后的粗饲料样品经切碎处理,再按四分法缩分至约200 g。最后,将缩分后的样品粉碎,过1 mm筛,密封保存于干燥环境中,供后续分析使用。

1.3 体外发酵试验

将3头18月龄西门塔尔肉牛屠宰后采集瘤胃液,用单层纱布过滤,在厌氧条件下于39 ℃保温瓶中保存,带回实验室备用。人工唾液参照Menke等[10]的方法配制,待其由蓝色变为浅棕色或无色后,按照瘤胃液与人工唾液1∶2的比例加入瘤胃液配制人工瘤胃液,期间置于39 ℃恒温磁力搅拌水浴环境并持续通入CO2。
称取1.5 g粗饲料,装入孔径为25 μm的纤维滤袋中,然后放入250 mL的发酵瓶中,每个粗饲料样品设8个重复。在发酵瓶中加入205 mL人工瘤胃液,然后持续通入CO2,10 s后盖上橡胶活塞并覆压铝盖,并校正初始压力。将发酵瓶置于温度为39 ℃、转速为110 r/min的恒温振荡培养箱中培养,分别在培养6、12、18、24、36、48、72和96 h时记录产气量。在培养96 h后,将发酵瓶置于冰水浴中终止发酵,取发酵液测定瘤胃发酵参数;将纤维滤袋用清水清洗至无色后在65 ℃烘至恒重,用于测定干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量。

1.4 指标测定

1.4.1 常规养分含量

DM含量采用65 ℃烘箱烘至恒重的方法测定;采用550 ℃马弗炉灼烧法测定粗灰分(Ash)含量,以计算有机物(OM)含量;使用海能K1100凯氏定氮仪测定CP含量;使用ANKOM DETLA全自动纤维分析仪测定NDF和ADF含量;粗脂肪(EE)含量采用索氏抽提法测定;非结构性碳水化合物(NSC)含量通过差值法计算得出,即NSC含量(%)=100-Ash含量-CP含量-NDF含量-EE含量。

1.4.2 体外养分降解率

终止发酵后取出纤维滤袋,用清水清洗至无色后在65 ℃烘箱中烘至恒重,按照1.4.1中方法测定剩余物中DM、CP、NDF和ADF含量,采用差值法计算发酵96 h的体外DM、CP、NDF和ADF降解率(对应简写依次为IVDDM96 h、IVDCP96 h、IVDNDF96 h、IVDADF96 h)。

1.4.3 产气动力学参数

产气动力学参数依据Gompertz方程[11]进行拟合:
GPt=A×exp{-exp[1+ $\frac{b\times e}{A}$(lag-t)]}。
式中:GPt为t时间点的总产气量(mL/g DM);A为底物的理论最大产气量(mL/g DM);b为产气速率(mL/h);t为体外培养时间(h);lag为产气延滞时间(h);e为自然常数。

1.4.4 瘤胃发酵参数

终止发酵后取发酵液测定pH,然后将发酵液分装于离心管中。取部分发酵液,于1 467×g离心后取上清液,用于测定氨态氮(NH3-N)和微生物蛋白(MCP)含量,其中NH3-N含量采用苯酚-次氯酸钠比色法测定,MCP含量使用总蛋白试剂盒(南京建成生物工程研究所)采用考马斯亮蓝法。取部分发酵液。于9 168×g离心后取上清液,使用高效液相色谱仪(Vanquish,色谱柱型号为Shodex RSpak KC-811,Thermo Fisher Scientific)测定挥发性脂肪酸(VFAs)含量。

1.5 统计分析

在SPSS 26.0软件中,数据经一般线性模型(GLM)进行方差分析检验,若达到显著性水平(P<0.05),则采用Duncan氏法进行多重比较。数据结果以平均值±标准误表示。由Origin 2025绘制相关性分析热图与聚类分析图。此外,利用多元线性与二次多项式回归,建立粗饲料常规养分含量与体外养分降解率、理论最大产气量(A)的回归方程。

2 结果

2.1 不同粗饲料的常规养分含量比较

由表1可知,OM含量以玉米秸秆最高,显著高于其他粗饲料(P<0.05);新鲜酒糟的CP含量最高,酒糟青贮、白三叶草、苜蓿次之,燕麦草、构树再次之,均显著高于剩余的其他粗饲料(P<0.05);玉米秸秆的NDF含量最高,当年水稻秸秆、薏仁米糠、油菜秸秆次之,均显著高于其他粗饲料(P<0.05),白三叶草、苜蓿、构树、燕麦草、酒糟青贮的NDF含量依次升高且均显著低于其他粗饲料(P<0.05);油菜秸秆的ADF含量最高,玉米秸秆青贮次之,二者均显著高于其他粗饲料(P<0.05);白三叶草、燕麦草、构树、苜蓿的ADF含量依次升高且均显著低于其他粗饲料(P<0.05);新鲜酒糟的EE含量最高,酒糟青贮次之,显著高于其他粗饲料(P<0.05)。此外,酒糟青贮的NDF和ADF含量显著低于新鲜酒糟(P<0.05)。
表1 不同粗饲料的常规养分含量比较

Table 1 Comparison of conventional nutrient contents among different roughages

项目Items DM/% OM/% DM CP/% DM NDF/% DM ADF/% DM EE/% DM NSC/% DM
燕麦草Oat hay 88.20±0.05g 84.54±0.12j 14.42±0.09c 34.67±0.32g 18.64±0.34i 2.13±0.16e 33.33±0.12c
苜蓿Alfalfa 94.57±0.02cd 89.90±0.06f 25.46±0.22b 29.70±1.51h 21.77±0.77h 3.22±0.03d 31.53±0.06d
白三叶草
White clover hay		 94.28±0.19de 90.33±0.05ef 25.58±0.09b 21.38±0.44i 13.62±0.31j 3.31±0.06d 40.05±0.05a
构树Paper mulberry 94.70±0.02c 88.19±0.13h 13.96±0.15c 29.91±0.57h 20.37±0.65hi 4.94±0.08c 39.38±0.13b
花生秧Peanut vine 93.98±0.16e 88.97±0.16g 6.02±0.20fg 49.79±0.60e 39.90±0.47d 1.00±0.23gh 32.16±0.16d
当年水稻秸秆
Current-year rice straw		 94.61±0.11cd 88.12±0.05h 4.64±0.24h 71.04±1.01b 41.73±0.72cd 1.29±0.03fg 11.16±0.05j
陈水稻秸秆
Aging rice straw		 93.55±0.02f 88.13±0.01h 8.49±0.04e 65.09±0.49c 34.96±0.37e 1.52±0.11f 13.03±0.01i
油菜秸秆
Rape straw		 93.27±0.05f 94.37±0.04b 6.42±0.05f 69.91±0.43b 52.69±0.55a 1.70±0.03ef 16.35±0.04g
玉米秸秆Maize straw 94.27±0.31de 96.34±0.04a 5.23±0.23gh 76.46±1.45a 41.49±1.46cd 0.63±0.03hi 14.02±0.04h
玉米秸秆青贮
Maize straw silage		 42.86±0.07i 93.69±0.93c 9.10±0.04de 65.73±0.25c 45.91±0.23b 3.12±0.17d 15.75±0.93g
薏仁米糠Coix seed bran 95.34±0.04b 84.96±0.08j 6.40±1.11f 70.53±0.77b 42.48±0.67c 0.62±0.11hi 7.40±0.08l
新鲜酒糟
Fresh distillers’grains		 46.01±0.07h 92.89±0.23d 28.79±0.06a 43.04±1.05f 32.34±1.08f 11.40±0.39a 9.66±0.23k
酒糟青贮
Distillers’grains silage		 46.09±0.14h 90.83±0.03e 26.40±0.05b 34.89±0.54g 25.08±0.44g 8.79±0.19b 20.76±0.03e
蘑菇渣
Mushroom residue		 95.75±0.08a 85.98±0.19i 9.69±0.32d 55.97±1.21d 40.94±0.82cd 0.29±0.11i 20.03±0.19f
P值P-value <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001

DM:干物质;OM:有机物;CP:粗蛋白质;NDF:中性洗涤纤维;ADF:酸性洗涤纤维;EE:粗脂肪;NSC:非结构性碳水化合物。下表和图同。 同列数据肩标相同小写字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。表2、表3和表4同。

DM: dry matter; OM: organic matter; CP: crude protein; NDF: neutral detergent fiber; ADF: acid detergent fiber; EE: ether extract; NSC: non-structural carbohydrates. The same as below. In the same column, values with the same lowercase letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different lowercase letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as Table 2, Table 3 and Table 4.

2.2 不同粗饲料的体外养分降解率比较

由表2可知,燕麦草、白三叶草、构树、苜蓿的IVDDM96 h显著高于其他粗饲料(P<0.05);薏仁米糠IVDDM96 h显著低于其他粗饲料(P<0.05);燕麦草的IVDCP96 h最高,随后依次是白三叶草、构树、油菜秸秆、苜蓿、玉米秸秆青贮,均显著高于剩余的其他粗饲料(P<0.05);薏仁米糠、玉米秸秆、新鲜酒糟的IVDCP96 h显著低于除陈水稻秸秆、当年水稻秸秆和酒糟青贮外的其他粗饲料(P<0.05);燕麦草、白三叶草的IVDNDF96 h显著高于其他粗饲料(P<0.05);油菜秸秆、新鲜酒糟、蘑菇渣、酒糟青贮IVDNDF96 h相近,且显著低于除薏仁米糠外的其他粗饲料(P<0.05);燕麦草的IVDADF96 h最高,白三叶草和玉米秸秆青贮次之,均显著高于其他粗饲料(P<0.05);薏仁米糠的IVDNDF96 h和IVDADF96 h显著低于其他粗饲料(P<0.05)。此外,玉米秸秆青贮的IVDDM96 h、IVDCP96 h和IVDADF96 h均显著高于玉米秸秆(P<0.05);酒糟青贮的IVDDM96 h显著高于新鲜酒糟(P<0.05)。
表2 不同粗饲料的体外养分降解率比较

Table 2 Comparison of in vitro nutrient degradation rates among different roughages %

项目Items IVDDM96 h IVDCP96 h IVDNDF96 h IVDADF96 h
燕麦草Oat hay 84.28±0.60a 93.66±0.45a 64.60±3.08a 57.37±4.06a
苜蓿Alfalfa 68.87±1.15c 81.59±1.78bc 41.88±2.37bc 36.94±3.42c
白三叶草White clover hay 83.39±2.29a 86.72±1.96b 61.10±2.57a 55.55±3.04a
构树Paper mulberry 75.87±0.86b 83.49±1.13bc 47.03±1.91b 40.25±1.58c
花生秧Peanut vine 60.48±2.82d 69.37±2.51de 30.63±1.11d 29.25±1.15d
当年水稻秸秆Current-year rice straw 51.42±2.54e 65.60±0.65efg 42.53±0.86b 39.81±1.02c
陈水稻秸秆Aging rice straw 42.79±1.47f 64.13±1.58efg 35.84±0.09cd 27.86±0.25d
油菜秸秆Rape straw 35.38±0.72g 81.87±0.73bc 16.43±0.71e 16.41±0.66e
玉米秸秆Maize straw 47.08±1.66ef 62.24±4.76fg 41.61±0.86bc 38.24±1.25c
玉米秸秆青贮Maize straw silage 57.53±2.53d 79.59±1.53c 47.15±2.59b 48.77±2.13b
薏仁米糠Coix seed bran 21.77±1.06h 61.30±0.33g 6.04±0.33f 5.60±0.64f
新鲜酒糟Fresh distillers’grains 45.34±0.55f 62.66±0.26fg 19.19±2.26e 17.12±1.65e
酒糟青贮Distillers’grains silage 60.46±0.92d 67.57±1.91def 21.63±1.39e 20.12±1.71e
蘑菇渣Mushroom residue 43.58±0.45f 72.45±0.57d 21.30±1.94e 16.82±1.57e
P值P-value <0.001 <0.001 <0.001 <0.001

IVDDM96 h:发酵96 h体外干物质降解率;IVDCP96 h:发酵96 h体外粗蛋白质降解率;IVDNDF96 h:发酵96 h体外中性洗涤纤维降解率;IVDADF96 h:发酵96 h体外酸性洗涤纤维降解率。下表和图同。

IVDDM96 h: in vitro degradation rate of dry matter at fermentation of 96 h; IVDCP96 h: in vitro degradation rate of crude protein at fermentation of 96 h; IVDNDF96 h: in vitro degradation rate of neutral detergent fiber at fermentation of 96 h; IVDADF96 h: in vitro degradation rate of acid detergent fiber at fermentation of 96 h. The same as below.

2.3 不同粗饲料的产气动力学参数比较

由表3可知,燕麦草、白三叶草、苜蓿、构树和玉米秸秆青贮的A显著高于其他粗饲料(P<0.05);新鲜酒糟、蘑菇渣和油菜秸秆的A显著低于除薏仁米糠外的其他粗饲料(P<0.05);白三叶草的产气速率(b)显著高于其他饲料(P<0.05);薏仁米糠的b显著低于除蘑菇渣外的其他粗饲料(P<0.05);当年水稻秸秆、玉米秸秆的产气延滞时间(lag)显著高于其他粗饲料(P<0.05);燕麦草和白三叶草的lag显著低于除苜蓿外的其他粗饲料(P<0.05)。
表3 不同粗饲料的产气动力学参数比较

Table 3 Comparison of gas production kinetic parameters among different roughages

项目Items A/(mL/g DM) b/(mL/h) lag/h
燕麦草Oat hay 253.68±4.41a 4.92±0.31b -6.17±1.49g
苜蓿Alfalfa 213.34±7.14b 4.19±0.14cde -4.10±0.65fg
白三叶草White clover hay 245.42±5.80a 5.54±0.17a -5.88±0.61g
构树Paper mulberry 210.31±1.34b 4.65±0.47bcd 4.66±0.88b
花生秧Peanut vine 191.42±4.59c 3.66±0.21e -0.75±1.61de
当年水稻秸秆Current-year rice straw 177.94±0.00d 3.71±0.00e 10.86±0.00a
陈水稻秸秆Aging rice straw 191.24±1.34c 2.49±0.12f 4.86±0.41b
油菜秸秆Rape straw 98.33±3.24f 1.85±0.22fg 0.34±1.45cd
玉米秸秆Maize straw 187.83±0.53cd 4.77±0.18bc 9.01±0.95a
玉米秸秆青贮Maize straw silage 203.10±2.17b 4.03±0.24de -2.47±0.38ef
薏仁米糠Coix seed bran 44.68±0.75h 1.00±0.07h 6.52±0.58b
新鲜酒糟Fresh distillers’grains 92.91±1.83fg 1.86±0.02fg 2.05±0.45c
酒糟青贮Distillers’grains silage 120.91±8.43e 2.10±0.10fg -3.14±0.38ef
蘑菇渣Mushroom residue 82.18±2.49g 1.47±0.08gh 5.50±0.16b
P值P-value <0.001 <0.001 <0.001

A:理论最大产气量;b:产气速率;lag:产气延滞时间。下表和图同。

A: theoretical maximum gas production; b: the rate of gas production; lag: lag time of gas production. The same as below.

2.4 不同粗饲料的瘤胃发酵参数比较

由表4可知,所测粗饲料体外发酵96 h的pH范围为6.92~7.09,其中油菜秸秆的pH显著高于除薏仁米糠外的其他粗饲料(P<0.05),燕麦草的pH最低;苜蓿、白三叶草的NH3-N含量显著高于除新鲜酒糟、燕麦草、玉米秸秆、油菜秸秆外的其他粗饲料(P<0.05);蘑菇渣的MCP含量显著高于其他粗饲料(P<0.05);苜蓿的乙酸(AA)+丙酸(PA)+丁酸(BA)含量显著高于除白三叶草外的其他粗饲料(P<0.05);薏仁米糠的AA+PA+BA含量显著低于除新鲜酒糟、蘑菇渣外的其他粗饲料(P<0.05);苜蓿、白三叶草的AA含量显著高于其他粗饲料(P<0.05);玉米秸秆青贮的PA含量显著高于除酒糟青贮、白三叶草、燕麦草、构树外的其他粗饲料(P<0.05);薏仁米糠的PA含量最低;显著低于除蘑菇渣、玉米秸秆外的其他粗饲料(P<0.05);玉米秸秆和当年水稻秸秆的BA含量显著高于其他粗饲料(P<0.05);新鲜酒糟的BA含量最低;薏仁米糠AA与PA比值(A∶P)显著高于除蘑菇渣、苜蓿外的其他粗饲料(P<0.05);酒糟青贮的A∶P显著低于除玉米秸秆青贮、新鲜酒糟外的其他粗饲料(P<0.05)。
表4 不同粗饲料的瘤胃发酵参数比较

Table 4 Comparison of rumen fermentation parameters among different roughages

项目
Items		 pH NH3-N/
(mg/dL)		 MCP/
(mg/dL)		 AA+PA+
BA/
(mmol/L)		 AA/
(mmol/L)		 PA/
(mmol/L)		 BA/
(mmol/L)		 A∶P
燕麦草
Oat hay		 6.92
±0.01h		 14.11
±0.91abc		 24.64
±1.32b		 38.58
±4.27bc		 26.22
±2.88b		 7.61
±0.87abc		 4.75
±0.54bc		 3.46
±0.03f
苜蓿
Alfalfa		 6.97
±0.00fg		 17.70
±2.09a		 17.89
±0.86def		 47.47
±2.43a		 36.97
±2.02a		 7.13
±0.31bcde		 3.37
±0.15d		 5.18
±0.17ab
白三叶草
White clover hay		 6.98
±0.01efg		 16.71
±1.41a		 17.47
±0.76def		 44.93
±3.22ab		 32.95
±2.35a		 8.17
±0.62abc		 3.81
±0.41cd		 4.04
±0.12e
构树
Paper mulberry		 6.96
±0.01g		 7.93
±0.86de		 18.35
±1.15def		 32.33
±1.32cd		 21.48
±0.98bcd		 7.35
±0.35abcd		 3.50
±0.14d		 2.93
±0.07g
花生秧
Peanut vine		 6.98
±0.01efg		 7.74
±1.79de		 21.81
±1.52bcd		 34.05
±4.84cd		 26.45
±4.07b		 5.60
±0.61ef		 2.00
±0.16e		 4.68
±0.22cd
当年水稻秸秆
Current-year rice straw		 7.05
±0.01bc		 10.39
±1.11bcde		 23.14
±0.24bc		 31.81
±1.78cd		 20.41
±1.42bcde		 4.83
±0.20fg		 6.57
±0.32a		 4.22
±0.17de
陈水稻秸秆
Aging rice straw		 7.04
±0.03bc		 9.60
±1.43cde		 20.72
±0.41bcde		 34.59
±4.34cd		 24.31
±3.22bc		 6.46
±0.87cdef		 3.83
±0.39cd		 3.77
±0.02ef
油菜秸秆
Rape straw		 7.09
±0.02a		 13.16
±1.48abcd		 21.69
±1.38bcd		 28.72
±1.18def		 22.02
±0.81bcd		 4.86
±0.47fg		 1.84
±0.35e		 4.63
±0.38cd
玉米秸秆
Maize straw		 7.00
±0.02def		 13.33
±0.72abcd		 24.88
±3.12b		 28.20
±3.05def		 17.74
±2.04def		 3.72
±0.42gh		 6.74
±0.69a		 4.77
±0.19bc
玉米秸秆青贮
Maize straw silage		 6.96
±0.01fg		 7.03
±2.87e		 20.15
±0.42cde		 36.29
±2.25cd		 22.23
±1.14bcd		 9.07
±0.74a		 4.99
±0.61b		 2.47
±0.09gh
薏仁米糠
Coix seed bran		 7.08
±0.01ab		 11.12
±1.67bcde		 19.47
±1.03cde		 16.44
±1.06g		 12.98
±0.85f		 2.44
±0.16h		 1.02
±0.07e		 5.32
±0.04a
新鲜酒糟
Fresh distillers’grains		 7.04
±0.00bc		 15.24
±2.98ab		 16.83
±2.20ef		 21.14
±1.75fg		 14.65
±1.23ef		 5.67
±0.45def		 0.82
±0.09e		 2.58
±0.05gh
酒糟青贮
Distillers’grains silage		 7.01
±0.00cde		 9.52
±1.42cde		 14.76
±0.71f		 30.20
±1.51cde		 19.39
±0.77cde		 8.85
±0.71ab		 1.96
±0.05e		 2.21
±0.10h
蘑菇渣
Mushroom residue		 7.04
±0.01bcd		 7.46
±0.94e		 30.21
±0.61a		 22.97
±1.00efg		 18.08
±0.79cdef		 3.48
±0.21gh		 1.42
±0.02e		 5.22
±0.15ab
P值P-value <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001

NH3-N:氨态氮;MCP:微生物蛋白;AA+PA+BA:乙酸+丙酸+丁酸;AA:乙酸;PA:丙酸;BA:丁酸;A∶P:乙酸与丙酸的比值。下表和图同。

NH3-N: ammonia N; MCP: microbial protein; AA+PA+BA: acetic acid+propionic acid+butyric acid; AA: acetic acid; PA: propionic acid; BA: butyric acid; A∶P: acetate to propionate ratio. The same as below.

2.5 粗饲料常规养分含量与体外养分降解率、产气动力学参数和瘤胃发酵参数的相关性分析

由图1可知,CP含量与NH3-N含量呈显著正相关(P<0.05),与lag呈显著负相关(P<0.05);NDF含量与lag、pH呈显著正相关(P<0.05),与IVDDM96 h、IVDCP96 h、PA含量呈显著负相关(P<0.05);ADF含量与lag、pH呈显著正相关(P<0.05),与IVDDM96 h、IVDNDF96 h、IVDADF96 h、A、PA含量呈显著负相关(P<0.05);EE含量与A∶P呈显著负相关(P<0.05);NSC含量与IVDDM96 h、IVDCP96 h、IVDNDF96 h、A、b、AA+PA+BA含量、AA含量、PA含量呈显著正相关(P<0.05),与lag、pH呈显著负相关(P<0.05)。
图1 相关性分析热图

Fig.1 Correlation analysis heatmap

2.6 基于常规养分含量的粗饲料体外养分降解率和A的预测方程

基于粗饲料常规养分含量,利用多元线性与二次多项式回归分析建立粗饲料体外养分降解率、A的回归方程,选取回归模型和养分指标均显著的回归方程列于表5。由表5可知,NSC、CP和ADF含量可用于预测IVDDM96 h、IVDCP96 h、IVDNDF96 h、IVDADF96 h和A,预测方程的调整后决定系数(adjusted R2)变化范围为0.310~0.810。
表5 基于常规养分含量建立的体外养分降解率和理论最大产气量的预测方程

Table 5 Prediction equations for in vitro nutrient degradation rates and theoretical maximum gas production using conventional nutrient contents

项目
Items		 预测方程
Prediction equation		 决定系数
R2		 调整后决定系数
Adjusted R2		 P值
P-value
IVDDM96 h IVDDM96 h=24.434+1.410NSC 0.769 0.749 <0.001
IVDDM96 h=53.199+0.974NSC-0.5603ADF 0.825 0.790 <0.001
IVDDM96 h=47.787+2.591NSC-0.037NSC2-0.778ADF 0.846 0.794 <0.001

IVDCP96 h		 IVDCP96 h=58.795+0.706NSC 0.584 0.546 0.005
IVDCP96 h=114.104+2.328NSC-0.045NSC2-3.857ADF+0.053ADF2 0.874 0.810 0.011
IVDNDF96 h IVDNDF96 h=69.478-0.958ADF 0.445 0.395 0.040
IVDNDF96 h=46.819+0.482NSC-0.604ADF 0.491 0.389 0.031
IVDNDF96 h=97.315-0.928CP-1.427ADF 0.548 0.457 0.036
IVDADF96 h IVDADF96 h=33.926+0.735NSC2 0.363 0.310 0.047
A A=287.312-3.452ADF 0.393 0.338 0.049
A=80.779+3.882NSC2 0.452 0.406 0.020
A=52.037+7.342NSC-0.072NSC2 0.472 0.366 0.024
A=400.732-3.780CP-5.363ADF 0.509 0.411 0.046

2.7 基于粗饲料常规养分含量、体外养分降解率、产气动力学参数及瘤胃发酵参数的聚类分析

由图2可知,14种粗饲料被分为4类。
图2 不同粗饲料的聚类分析图

Fig.2 Cluster analysis diagram of different roughages

第1类为白三叶草、苜蓿、构树、燕麦草。与其他3类饲料相比,该类饲料CP含量、NSC含量、IVDDM96 h、IVDNDF96 h、IVDNDF96 h、IVDADF96 h、A、b、NH3-N含量(除构树外)、AA+PA+BA含量、AA含量、PA含量处于较高水平;EE、BA含量处于中等水平;NDF含量、ADF含量、lag、pH处于较低水平。
第2类为酒糟青贮、新鲜酒糟。与其他3类饲料相比,该类饲料CP、EE含量处于较高水平;lag、pH在处于中等水平;DM含量、A∶P处于较低水平。
第3类为玉米秸秆青贮、陈水稻秸秆、当年水稻秸秆、玉米秸秆、花生秧。这类饲料与其他3类饲料相比,该类饲料BA含量处于较高水平;OM含量、NDF含量、ADF含量、NSC含量、IVDDM96 h、IVDNDF96 h、IVDNDF96 h、IVDADF96 h、A、b、pH、NH3-N含量、AA+PA+BA含量、AA含量普遍处于中等水平;CP含量处于较低水平。
第4类为油菜秸秆、蘑菇渣、薏仁米糠。这类饲料与其他3类饲料相比,NDF含量、ADF含量、pH、A∶P处于中等偏上水平;IVDDM96 h、IVDNDF96 h、IVDNDF96 h、IVDADF96 h、A、b、NH3-N含量、AA+PA+BA含量、AA含量、BA含量都处于较低水平。

3 讨论

3.1 不同粗饲料的常规养分含量比较

饲料原料的品质在很大程度上由其CP、NDF及ADF含量决定。CP含量直接影响瘤胃发酵效率与饲料整体利用率[3-4],而纤维含量则通常与反刍家畜对饲料的自由采食量及降解率呈负相关。本试验结果表明,豆科牧草(苜蓿、白三叶草)的CP含量显著高于燕麦草,NDF含量则显著低于燕麦草。这一差异主要源于2个方面的原因:其一,豆科植物可通过根瘤菌共生固氮作用提升植株CP含量;其二,本试验中豆科牧草取样期处于分枝期至现蕾期,茎秆比例较低,细胞壁物质积累较少。在秸秆类饲料中,豆科类的花生秧其纤维(尤其是NDF)含量低于禾本科的玉米秸秆、玉米秸秆青贮、油菜秸秆、当年水稻秸秆和陈水稻秸秆,这可能是因为禾本科植物秸秆的植株较高,需要更发达的细胞壁结构以提供机械支撑[12]。此外,本研究中秸秆类饲料的CP含量范围为4.64%~9.10%,与陈文玥[13]报道的范围(3.99%~8.78%)基本一致。
饲料原料的营养特性直接决定其饲用价值。在本研究中,新鲜酒糟表现出最高的CP含量,且其NDF与ADF含量均低于薏仁米糠、玉米秸秆、油菜秸秆、当年水稻秸秆、陈水稻秸秆及玉米秸秆青贮。这一营养组成特征表明,新鲜酒糟是一种潜力突出的饲料资源。同时,本研究也发现,玉米秸秆与酒糟经青贮处理后,其纤维含量均较青贮前有所降低。这主要归因于青贮过程中添加的黑曲霉和乳酸菌等微生物所分泌的纤维素酶、木聚糖酶等,能够水解纤维素、半纤维素等细胞壁结构物质,从而有效降低纤维含量[14]。因此,青贮是提高粗饲料营养价值的有效加工手段。

3.2 不同粗饲料的体外养分降解率和产气动力学参数比较

体外养分降解率能够较为准确地反映饲料在瘤胃内的降解特性,是反刍动物饲粮配制的重要参考依据。该指标主要受饲料中可利用碳水化合物、氮含量及其在瘤胃内同步释放程度的影响[15-16]。本研究结果显示,粗饲料的体外养分降解率与纤维含量呈负相关,与NSC含量呈正相关。在预测体外DM和CP降解率时,NSC含量是比NDF和ADF含量更优的指标,这与Huhtanen等[17]的研究结果一致。基于上述关系,薏仁米糠和秸秆类饲料(尤其是油菜秸秆)因纤维含量高、CP含量低,导致其养分降解率处于较低水平,He等[18]也得出相似的研究结果。相反,燕麦草、苜蓿、构树和白三叶草的纤维含量较低,且CP与NSC含量较高,因此发酵96 h的体外养分降解率显著高于其他粗饲料。值得注意的是,虽然构树和苜蓿的NDF含量低于燕麦草,但其有更高的ADF和CP含量,反而使其体外养分降解率低于燕麦草;而白三叶草因NDF、ADF含量低且CP含量高,其IVDDM96 h及A与燕麦草无显著差异。此外,本试验结果显示,青贮处理显著提高了玉米秸秆和酒糟的体外养分降解率及A,进一步证明青贮是改善粗饲料营养价值的有效手段。综上可知,饲料养分的降解效率不仅取决于单一成分的含量,更与多种成分的组合及释放同步性有关,过高的CP含量可能导致瘤胃内能量与氮释放不同步,反而降低养分的整体利用率[19]。
体外产气动力学参数反映了饲料在体外发酵过程中的产气特性,与养分含量密切相关[20]。本研究结果显示,A和b与NSC含量及体外养分降解率呈正相关,这与唐文浩等[21]的研究结论一致。因此,燕麦草、白三叶草、苜蓿和构树的A与b均高于其他饲料,而lag则相对较短。底物中较高的NSC和CP含量有助于缩短发酵的b,而纤维含量增加则会延长发酵启动所需时间[22]。本研究也证实,lag与NDF、ADF含量呈正相关,与CP、NSC含量呈负相关,与上述规律相符。

3.3 不同粗饲料的体外瘤胃发酵参数比较

瘤胃pH是评价瘤胃内环境稳态的直接指标,其正常波动范围为5.5~7.5,过高或过低均会对瘤胃发酵及微生物生长产生不利影响[23]。本试验中,14种粗饲料体外发酵96 h的pH处于6.92~7.09,其中秸秆类、薏仁米糠和糟渣类饲料的pH要高于豆科牧草和燕麦草,VFAs总量则较低。这是由于pH与纤维含量呈正相关,而与NSC含量、养分降解率及VFAs产量呈负相关[24]。此外,秸秆类和薏仁米糠的高纤维含量使瘤胃发酵更倾向于乙酸型发酵,导致其A∶P高于豆科牧草和燕麦草,这与He等[18]的研究结果一致。此外,豆科牧草的高CP含量会降低可利用碳水化合物与瘤胃可降解蛋白(RDP)的比例,进而引起A∶P升高,该现象也与Oh等[19]的报道相符。
瘤胃液中NH3-N含量是反映MCP合成能力的重要指标。本试验中,14种粗饲料体外发酵96 h的NH3-N含量介于7.03~17.70 mg/dL,高于微生物有效合成MCP所需的最低阈值(5 mg/dL)[24]。在体外发酵条件下,由于不存在瘤胃内容物的外流过程与瘤胃壁的吸收作用,NH3-N含量变化主要受饲料蛋白质降解速率与微生物利用效率的共同影响[25],这也解释了本研究中体外发酵NH3-N含量与饲料CP含量呈正相关的结果。值得注意的是,构树的NH3-N含量与蘑菇渣和花生秧之间无显著差异,这可能与其较高的可发酵碳水化合物含量有关,提示瘤胃液中NH3-N含量不仅取决于饲料CP含量,也受能氮释放同步性等因素的影响。

4 结论

14种肉牛常用粗饲料常规养分含量和体外发酵特性各异。综合考虑,燕麦草、苜蓿、白三叶草这类青干草是营养价值较高的饲料,构树因其较高的CP与NSC含量、体外养分降解率及VFAs产量也归于此类;鲜酒糟和发酵酒糟因较高的CP和纤维含量导致能氮不均衡而分为一类;除油菜秸秆外,其他秸秆类饲料和玉米秸秆青贮归为一类,其中玉米秸秆青贮与花生秧的总体饲用价值相对较高;油菜秸秆、蘑菇渣与薏仁米糠因DM降解率较低,发酵后pH较高,营养价值有限而归为一类。此外,本研究还发现NSC可作为养分降解率、产气量预测的良好指标;青贮处理能显著降低玉米秸秆与酒糟的纤维含量,并提高其养分降解率与产气量。综合上述结果得出,秸秆类、糟渣类及薏仁米糠等饲料不宜作为肉牛饲粮中唯一的粗饲料来源,建议与燕麦草、苜蓿等优质牧草科学搭配使用,或通过青贮等适宜加工方式改善其营养价值,以实现饲料资源的高效利用。

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