2. 山西省农科院畜牧兽医研究所, 太原 030032;
3. 山西省生态畜牧产业管理站, 太原 030001;
4. 北京金维福仁清真食品有限公司, 北京 102611;
5. 山西省忻州市畜禽繁育工作站, 忻州 034000
, ZHANG Yuanqing2, BAI Yuansheng3, MENG Qingxiang1
, ZHOU Zhenming1, REN Liping1, ZHAO Jinwei4, GAO Shuwen5
2. Institute of Animal Science and Veterinary Medicine, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030032, China;
3. Shanxi Province Ecology and Livestock Industry Management Station, Taiyuan 030001, China;
4. Beijing Jinwei Furen Halal Food Co., Ltd., Beijing 102611, China;
5. Livestock and Poultry Breeding Workstation of Xinzhou City in Shanxi Province, Xinzhou 034000, China
我国秸秆资源丰富，尤其是来源于三大主要粮食作物之一玉米的副产物玉米秸数量巨大。据农业部2011年发布的《全国农作物秸秆资源调查与评价报告》，全国农作物秸秆理论资源量为8.20亿t(以含水量15%计)，其中玉米秸为2.65亿t，占全部秸秆总量的32.3%，比重最大[1]。
玉米秸长期以来都是我国农区饲喂牛羊的主要粗饲料。在玉米秸作为饲料利用方面，国内外学者进行了大量研究。一些研究表明，酸处理可以使玉米秸中半纤维素溶出，进而可以提高后期秸秆的体外消化率[2]。玉米秸经氨水处理可去除70%~85%的木质素，同时保留了超过95%纤维素，从而有效地提高了玉米秸的利用率[3]。还有研究发现，玉米秸的营养物质产量和可消化有机物产量均随着收获期的延长而线性增加，而粗蛋白质(CP)、有机物体外降解率随收获时间的延长而线性下降，中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)含量随收获时间的延长而上升[4]。但有关玉米秸作为反刍动物饲料的营养价值差异方面的研究报道较少。有研究比较了来自不同地域的67个杂交玉米品种秸秆青贮对肉牛的营养价值，发现其化学成分、有机物消化率(OMD)、体外产气量和能量价值方面存在显著差异[5, 6, 7]。另有研究报道，不同玉米品种[8]、胚乳类型[9]和成熟期[10]的秸秆化学成分、瘤胃尼龙袋干物质(DM)消化率和体外产气量均有显著差异。我国地域辽阔，种植玉米品种、土壤肥力、气候、生长期等均不相同，其玉米秸的营养价值也不可能相同，但这种差异的程度很少有人研究，更未引起肉牛养殖企业和养殖户的关注。为此，本试验旨在比较不同区域玉米秸的化学成分、体外瘤胃发酵参数和能量价值的差异，以期为各地肉牛养殖企业在利用不同地域来源玉米秸时提供科学数据。
结合某项目玉米品种区域推广试验，选取北京大兴(BJ)、河北文安(HB)、吉林公主岭(JL)、山西太原(SX)、江苏徐州(JS)5个玉米主产区种植的玉米秸秆为试验材料。5个产区的玉米品种均为农大108，属半马齿型玉米，春播，每亩3 300～3 800株，千粒重300～500 g，生育期130 d左右。秸秆样本分别于2011年9—10月玉米籽粒成熟后在当地试验站采集。每个秸秆样本取20株，自然风干制成风干样本后带回中国农业大学肉牛研究中心饲料分析实验室，粉碎过1.0 mm筛后待用。
对玉米秸样本进行化学成分分析，其中DM、CP、粗灰分(Ash)和粗脂肪(EE)含量分析采用AOAC(2000)方法[11]进行，NDF、ADF和酸性洗涤木质素(ADL)含量分析采用Van Soest等[12]的方法进行，中洗剂不溶蛋白质(NDICP)和酸洗剂不溶蛋白质(ADICP)含量分析采用Licitra等[13]的方法进行。
采用Menke等[14]的方法进行体外产气试验。准确称取0.2 g(DM基础，精确至0.000 1 g)5个地域的玉米秸样本，分别放入人工瘤胃培养管(德国H?berle Maschinenfabrik Gmbh公司，有效体积100 mL，最小分度1 mL)中，活塞外壁涂抹适量凡士林后放入39 ℃恒温培养箱内预热。于晨饲前采集装有永久性瘤胃瘘管牛的瘤胃内容物，经4层纱布过滤后以瘤胃液与缓冲液的体积比为1∶ 2的比例，在39 ℃恒温和厌氧条件下，迅速与缓冲液[含A液( CaCl2·2H2O：13.2 g；MnCl2·4H2O：10.0 g； CoCl2·6H2O：1.0 g；FeCl3·6H2O：8.0 g；加蒸馏水定容至100 mL)、B液(NH4HCO3：4.0 g；NaHCO3：35.0 g；加蒸馏水定容至1 000 mL)、C液(Na2HPO4：5.7 g；KH2PO4：6.2 g；MgSO4·7H2O：0.6 g；加蒸馏水定容至1 000 mL)和还原剂(1 mol/L NaOH：4.0 mL；Na2S·9H2O：625.0 mg；加蒸馏水95 mL)]配制成混合人工瘤胃培养液。用自动分液器将30 mL混合人工瘤胃培养液注入各培养管中，迅速排尽培养管内气体，记录培养管初始刻度值后将其放入39 ℃恒温水浴摇床中培养，并于培养后0、2、4、6、8、10、12、18、24、36、48、60、72 h各时间点分别读取和记录培养管的产气量。每个样本做6个重复。
培养24 h读取产气量结果后，每个饲料样本各取3个重复培养管，迅速放入冰水浴中使其停止发酵。取培养上清液测定pH、挥发性脂肪酸(VFA)和氨态氮(NH3-N)浓度。培养液pH采用玻璃电极法(德国TESTO-205)测定，NH3-N浓度分析采用Broderick等[15]的方法进行，VFA浓度分析采用Erwin等[16]的方法进行。
玉米秸OMD按Menke等[14]的公式估算：
OMD(%)=16.49+0.904 2GP+0.049 2CP+0.038 7Ash。式中：GP为0.200 0 g DM样品培养24 h的产气量(mL)。
根据玉米秸的化学成分含量由Weiss[17]的公式估算总可消化养分(TDN)含量，再以TDN为基础，根据NRC[18, 19]提供的公式估算玉米秸的消化能(DE)、代谢能(ME)、维持净能(NEm)、增重净能(NEg)和产奶净能(NEL)值：
TDN(%)=[0.98×(100-NDFN-CP-Ash-EE-1)]+(0.93×CP)+(2.25×EE)+｛0.75×(NDFN-ADL)×[1-(ADL/NDFN)×0.667]｝-7。式中：NDFN为无氮中性洗涤纤维含量(%)，根据公式NDFN＝NDF-NDICP计算。式中所有化学成分含量的单位均为%。
DE(Mcal/kg)=(TDN/100)×4.409； ME=0.82×DE； NEm(Mcal/kg)=1.37ME-0.138ME2+0.010 5ME3-1.12； NEL(Mcal/kg)=(0.703×ME)-0.19+｛(EE-3)×[(0.097×ME)+0.19]/97｝； NEg(Mcal/kg)=1.42ME-0.174ME2+0.012 2ME3-1.65。各公式计算过程所用的能量单位为Mcal/kg，结果乘以4.185后转化为MJ/kg。
将0~72 h各时间点的0.200 0 g玉米秸DM发酵累积净产气量数据输入一级动力学模型Y=b×(1-e-ct)，利用SAS 9.0统计软件中的NON-LINEAR方法计算各样本发酵72 h的产气动力学参数。式中：Y为培养t时间点的净产气量(mL)；b为0.200 0 g饲料DM发酵后理论最大产气量(mL)；c为饲料样本发酵的产气速度(mL/h)；t为培养时间(h)。
利用SAS 9.0统计软件中的GLM模块对不同地域的玉米秸化学成分、产气量、24 h动态发酵参数和能量价值等结果进行单因素方差分析和Duncan氏法多重比较。
表1列出了5个地域的玉米秸化学成分测定结果。不同地域玉米秸DM、CP、EE、Ash、NDF、ADF、ADL、NDICP、ADICP的含量均存在显著差异(P<0.05)。其中，CP、EE和Ash含量最高的玉米秸分别来自BJ(7.96%)、JS(2.06%)和SX(9.38%)，分别高出含量最低的SX(5.34%)2.62个百分点、SX(1.36%)0.70个百分点和HB(6.16%)3.22个百分点，差异幅度分别达到49.0%(P<0.05)、51.5%(P<0.05)和52.3%(P<0.01)，而其余地域的玉米秸之间上述指标也有不同程度的差异。NDF、ADF、ADL、NDICP、ADICP含量最高的玉米秸分别来自SX(78.31%)、SX(44.62%)、JS(5.12%)、JS(5.29%)和JS(4.80%)，分别高出含量最低的BJ(67.57%)10.74个百分点、BJ(34.36%)10.26个百分点、BJ(3.44%)1.68个百分点、SX(3.14%)2.15个百分点和SX(2.51%)2.29个百分点，差异幅度分别高达15.9%、29.9%、48.8%、68.5%和91.2%(P<0.01)，而其余地域的玉米秸之间上述指标也有不同程度的差异。
 | 表1 5个地域玉米秸的化学成分(干物质基础) Table 1 Chemical composition of maize stover derived from five planting locations (DM basis) (n=3) % |
5个地域玉米秸的体外产气动态变化如图1所示。可以看出，玉米秸发酵各时间点的净产气量以来源于BJ的最高，SX的最低，而其他地域的居中。这种净产气量差异在前12 h发酵时间段内除SX外，其他4个地域间差异不显著(P>0.05)。
 | 图1 5个地域玉米秸的体外产气动态变化 Fig.1 Dynamic variation of in vitro gas production of maize stover derived from five planting locations (n=3) |
将各时间点的累积净产气量进行指数模型的曲线拟合，得到不同地域玉米秸的产气动力学参数(表2)。5个地域间体外发酵的玉米秸(0.200 0 g DM)24和72 h净产气量、理论最大产气量和产气速度c均存在极显著差异(P<0.01)， 其中，24 h净产气量以来源于BJ的最高(37.58 mL)，极显著高于其他地域(P<0.01)。各地域玉米秸理论最大产气量以BJ为最高(48.49 mL)，极显著高于HB(43.73 mL)、JL(43.27 mL)、JS(43.08 mL)和SX(45.93 mL)(P<0.01)。72 h净产气量与理论最大产气量在数值上比较接近。就产气速度c而言，以BJ玉米秸为最高(0.061 mL/h)，极显著高于HB( 0.054 mL/h)、JL(0.054 mL/h)、SX(0.037 mL/h) 和JS(0.060 mL/h)(P<0.01)。
| 表2 5个地域玉米秸的体外发酵的产气量和产气动力学参数
Table 2 In vitro gas production and gas kinetic parameters of maize stover derived from five planting locations (n=3)
|
表3列出了5个地域玉米秸的体外瘤胃发酵参数，可知不同地域的玉米秸发酵后的pH、氨态氮和总VFA浓度均存在显著差异(P<0.05)。其中，BJ来源玉米秸pH、氨态氮浓度显著低于其他各地域(P<0.05)，且BJ和HB来源玉米秸的总VFA浓度极显著低于其他3组(P<0.01)。各地域间乙酸和异丁酸的摩尔比例差异不显著(P>0.05)，而其余各VFA摩尔比例和乙酸∶ 丙酸均存在显著差异(P<0.05)。其中，丙酸摩尔比例以BJ玉米秸最高，JS最低，其他来源玉米秸介于其间；与之相反，乙酸∶ 丙酸以BJ来源玉米秸最低，JS最高，其他地域玉米秸介于其间。
| 表3 5个地域玉米秸的体外瘤胃发酵参数 Table 3 In vitro rumen fermentation parameters of maize stover derived from five planting locations (n=3) |
根据化学成分和体外瘤胃产气量计算的玉米秸OMD和能量价值结果列于表4。不同地域间玉米秸OMD、TDN含量、DE、ME、NEm、NEL和NEg值均存在极显著差异(P<0.01)。其中，OMD、TDN含量、DE、ME和NEg值最高值较最低值分别高出20.1%、13.6%、13.7%、13.6%和43.2%(P<0.05)。在5个地域的玉米秸中，来源于BJ的OMD、TDN含量、DE、ME、NEL和NEg值均高于其余各地域(P<0.05)，而来源于SX的玉米秸上述各指标含量均最低(P<0.05)，表明来源于BJ的玉米秸能量价值高于其余各区域，而来源于SX的玉米秸能量价值最低。
| 表4 5个地域玉米秸的OMD和能量价值(干物质基础) Table 4 OMD and energy values of maize stover derived from five planting locations (DM basis) (n=3) |
本试验表明，不同地域玉米秸的化学成分、体外发酵产气量和产气动力学参数、瘤胃发酵参数(除乙酸和异丁酸摩尔比例外)、OMD和能量价值等均存在显著差异。不同品种、不同胚乳类型和不同成熟期的玉米秸在化学成分及体外发酵特性方面存在差异的情况在其他研究[8, 9, 10]中都有报道。但有关同一玉米品种在不同区域秸秆间化学成分、体外发酵产气量、瘤胃发酵参数、消化率和能量价值存在差异的结果尚未见报道。分析认为，上述差异的原因主要与不同种植区域的气候条件、土壤肥力、光照时间、播种季节、成熟期以及收获时间等管理因素的差异有直接关系。CP和NDF含量作为玉米秸饲喂营养价值评定的主要指标，5个地域玉米秸这2项指标最高与最低值的差异程度分别达49.0%和15.9%，此差异与各地玉米种植地的土壤养分条件、管理方式以及玉米收获时期可能直接相关。有研究分析来自不同地区的35个玉米秸样本时发现，秸秆中葡聚糖、木聚糖、半乳聚糖、阿拉伯聚糖、甘露聚糖、木质素和灰分含量存在显著差异[6]。还有研究发现，玉米成熟期显著影响其秸秆中葡聚糖、木质素、木聚糖含量和能量值[7]。在不同区域的玉米秸中，来源于BJ的CP含量、OMD和能量值均最高，而来源于SX的CP和EE含量、OMD和能量值均最低，表明来源于BJ的玉米秸营养价值高于来源于SX的玉米秸。本试验结果进一步说明，在肉牛饲料配方实践中，不同地域的养殖户应当慎用饲料成分表中的平均数据，最好直接测定。
饲料OMD是决定其营养价值的重要指标。尽管采用动物试验方法测定饲料消化率是最合理的方法，但生产上由于测定饲料数量少、所需时间长、误差大和成本高等原因，该方法受到很大的限制。根据化学成分和人工瘤胃产气量预测反刍动物饲料OMD最初是由德国科学家Menke等[20]建立的方法，在经过多次改进[14, 21, 22]后，目前已经成为全世界应用最广的评价反刍动物饲料营养价值的方法之一。据报道，根据饲料CP、EE和Ash含量与24 h净产气量建立的回归公式，可以准确预测反刍动物饲料OMD，其决定系数(R2)大于0.77[14]。在本试验中，采用文献报道业已建立的回归公式预测不同区域玉米秸的OMD，该结果全部在NRC[18, 23]的范围内，说明采用该方法预测玉米秸OMD是可行的。在不同区域的玉米秸中，来源于BJ的OMD最高(51.12%)，随后为JS(46.13%)、JL(45.60%)和HB(45.51%)，最低为SX(42.58%)。结果表明，即使是同一品种玉米，生长在不同区域的秸秆OMD也存在显著差异。
美国NRC肉牛[18]和奶牛[19]营养需要是世界上应用范围最广的营养需要标准之一。NRC关于肉牛[18]和奶牛[19]饲料能量价值的评价方法基于TDN体系，即饲料中可消化粗蛋白质、可消化碳水化合物与2.25倍可消化粗脂肪的总和。饲料TDN含量可以实测，也可以根据饲料化学成分含量利用回归公式来估测。NRC肉牛[18]和奶牛[19]采纳了Weiss[17]所建立的基于化学成分预测TDN含量的经验公式，再由TDN含量估算饲料的DE、ME和NE值。基于上述思路，本试验根据NDFN、CP、Ash、EE和ADL含量，计算出了不同区域玉米秸的TDN、DE、ME和NE值(表4)。其结果全部在美国NRC[18, 19, 23]的范围内，说明该方法用于预测玉米秸TDN含量和能量价值是可行的。由于TDN含量是饲料能量价值计算的基础，不同区域玉米秸的DE、ME和NE值的变化规律与TDN含量的规律相同。无论是TDN含量还是DE、ME和NE值，源于BJ的玉米秸数值最高，SX的最低，JS、JL与HB间无显著差异。该结果与OMD结果的规律基本一致，说明不同区域间玉米秸的TDN含量和能量价值确实存在显著差异。
不同区域的同一品种玉米秸化学成分、人工瘤胃发酵参数及能量价值均存在显著差异，其中，OMD、TDN含量、DE、ME和NEg值最高值较最低值分别高出20.1%、13.6%、13.7%、13.6%和43.2%，建议在采用玉米秸作为肉牛粗饲料时，对其化学成分和能量价值进行实际测定或估测。
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