粗饲料是反刍动物及其他草食动物饲粮必不可缺少的组成部分，其品质优劣直接关系到动物的生产性能和健康状况。据《中国奶业统计摘要2014》的数据显示，由于我国奶牛养殖业对优质粗饲料的需求不断上升，我国苜蓿进口量从2008年的19 600 t激增到2013年的755 598 t，5年时间增长了37.5倍；苜蓿出口量从2008年的26 904 t锐减到2013年的1 416 t，5年时间下降了18.0倍。此外，2012年中央一号文件决定启动“振兴奶业苜蓿发展行动”，中央财政在2012年到2015年期间拨付5.25亿专项资金建设50万亩(1亩=667 m2)高产优质苜蓿片区，以促进我国苜蓿种植业的发展，为畜牧业提供更多的优质粗饲料。有研究表明，当高产奶牛饲粮中优质苜蓿干草的比例从12.6%增加到37.8%时，精料的使用量可从58%下降到38%，且奶牛干物质采食量显著增加(P＜0.05)，产奶量和乳脂率显著增加(P＜0.05)，体细胞数显著下降(P＜0.05)。优质粗饲料对高产奶牛维持其生产性能至关重要，但是，中低质粗饲料的开发利用也不容忽视，因为中低产奶牛、干奶牛、后备牛、肉牛、羊等草食动物对营养物质的需求并不是特别高，饲粮中合理使用一部分经过处理的粗饲料可以在不降低其生产性能的前提下大幅降低饲料成本。
粗饲料对维持反刍动物的反刍及唾液分泌、改善瘤胃环境和提高瘤胃微生物合成效率至关重要，其品质优劣直接关系到动物的生产性能、健康状况及饲养成本。以奶牛养殖为例，国内外精饲料的营养价值差别并不大，但是粗饲料品质却存在巨大差异，粗饲料品质低下成为制约我国奶牛单产水平和原料奶品质的重要因素。粗饲料的品质受多种因素的影响，如粗饲料的种类、品种、施肥、灌溉、收获期、保存方式、加工处理方式[1]等。快速、简便、准确地评定粗饲料的营养价值，不仅对科学配方、提高家畜的生产性能至关重要，还有助于生产者选择合理的收获时间、保存方式以及经济有效的加工处理方法。国内外大量的专家学者从20世纪初就开始关注粗饲料品质评定技术的研究。本文通过查阅国内外文献材料，并结合本实验室的部分研究成果，将一些优质粗饲料的科学利用技术和一些简便实用的粗饲料评价方法逐一做了介绍，并针对其特点展开分析，以供该领域的研究人员及生产者参考。
1 优质粗饲料的科学利用我国生产中常见的优质粗饲料主要有苜蓿草、全株玉米青贮和燕麦草等。优质粗饲料具有中性洗涤纤维(NDF)含量较低、适口性好、消化率较高的特点。粗饲料质量直接影响反刍动物的生产性能，在日粮中科学、合理地添加优质粗饲料，可充分发挥饲料间的协同效应，还可降低精饲料的使用量，改善瘤胃内环境，从而提高动物生产性能和健康状况。毛华明[2]指出，在饲喂6 kg/d精饲料时，体重为600 kg的奶牛自由采食中等品质粗饲料和优质粗饲料可分别维持3.5%乳脂率时22和31 kg的产奶量。
优质粗饲料营养价值高，但价格昂贵，想要做到优质粗饲料的高效利用，必须根据牛群的生理阶段、生产水平及饲料间可能存在的组合效应确定科学合理的粗饲料种类及用量。王富伟等[3]用优质苜蓿2、4、6 kg/d分别替代中产奶牛饲粮中一定比例的精饲料，以研究不同比例优质苜蓿替代部分精饲料对中后期奶牛生产性能的影响，研究结果表明，饲粮中添加一定比例的优质苜蓿干草可提高奶牛生产性能、改善乳品质、提高奶牛健康状况，但添加比例并非越高越好，对中低产奶牛而言，优质苜蓿的最佳添加量为2 kg/d。李志强等[4]将34头产奶量、体重、胎次、泌乳天数等相近的高产荷斯坦奶牛随机分为3组，分别饲喂含有3、6和9 kg/d优质苜蓿干草的饲粮，结果表明，提高饲粮中优质苜蓿的比例可有效降低精饲料的使用量，使牛奶中乳脂率显著增加(P＜0.05)，体细胞含量显著下降(P＜0.05)，苜蓿干草在高产奶牛饲粮中的适宜添加量为9 kg/d。
燕麦草是优质的禾本科牧草(表1)，其NDF含量和酸性洗涤纤维(ADF)含量虽然高于苜蓿干草，但其木质素含量较低，说明燕麦草中的可消化半纤维素和纤维素含量更高，优质燕麦草的产奶净能与优质苜蓿草的产奶净能接近[5]。此外，燕麦草还具有含糖量高和适口性好等特点，近几年在奶牛养殖中的使用量不断增加，特别适用于围产期奶牛饲粮的配制。王亮亮等[6]用3 kg燕麦草替代了奶牛饲粮中3 kg羊草，以研究燕麦草对泌乳奶牛产奶量及乳成分的影响，结果表明，虽然燕麦草组的产奶量、乳脂率和乳蛋白率等指标与羊草组相比并未出现显著性差异(P>0.05)，但其表观数值均高于羊草组。Dunkley等[7]研究了饲喂燕麦干草和苜蓿干草对牛奶品质的影响，结果显示，饲喂燕麦干草奶牛所产的牛奶其抗氧化性高于饲喂苜蓿干草奶牛所产的牛奶。谢小峰等[8]使用燕麦草青贮替代高产奶牛饲粮中的全株玉米青贮，结果显示，与全株玉米青贮组相比，燕麦草青贮组的产奶量增加了0.31 kg/d，乳脂率提高了0.04个百分点，乳糖提高了0.05个百分点，非脂固形物提高了0.07个百分点，但差异均不显著(P>0.05)，但燕麦青贮组每头牛每天多盈利1.22元。
 | 表1 燕麦干草、燕麦青贮与苜蓿干草营养成分对比(干物质基础) Table 1 Comparison of nutritional components of oat hay,oat silage and alfalfa hay (DM basis)[9] |
因我国优质牧草缺乏，燕麦草价格相对较高，目前国内牧场主要将优质燕麦干草应用在奶牛的围产前期、围产后期和高峰期饲粮中。
2 中低质粗饲料加工利用技术常见的中低质粗饲料主要有玉米秸、麦秸、稻草、羊草等，其特点是NDF含量高(通常占干物质的60%以上)，纤维木质化程度高，粗蛋白质(CP)含量相对较低，消化率低，适口性差。直接饲喂这些中低质粗饲料对反刍动物来说营养价值很低，而对中低质粗饲料进行适当的加工处理能大幅提高其利用率。实践中应用比较广的处理方式主要分为物理法、化学法、生物法和复合处理法。物理法主要包括切短、粉碎、浸泡、压块和蒸汽爆破等；化学法主要包括碱化和氨化等；生物法主要包括微贮、酶解等；复合处理法主要包括氢氧化钙与尿素复合处理、物理化学联合处理及生物化学联合处理等[1]。其中，秸秆厌氧碱贮技术及蒸汽爆破技术因效果显著、成本低、环保、便于规模化应用等优点而引起人们的关注。
2.1 秸秆厌氧碱贮技术从20世纪20年代起，国内外众多专家学者便开始探索采用碱化处理技术提高秸秆的营养价值，但始终存在一些难题：氢氧化钠处理法效果显著但成本高，动物长期采食可能引起体内离子失衡，粪便中大量的钠离子会引起环境污染[10]；氢氧化钙和氧化钙处理效果显著，成本低，对环境无害，但处理后的秸秆容易发霉[11, 12]。这些问题阻碍了碱化法在生产中的推广和应用。
近几年，美国ADM公司与中国农业大学等多个国内外知名科研院所合作研发玉米秸厌氧碱贮技术。研究发现厌氧存贮可有效预防碱化后的秸秆发霉变质，且碱贮处理可显著提高玉米秸干物质、NDF和有机物(OM)的瘤胃有效降解率及体外产气量(P＜0.05)[13, 14]。其原因是碱化处理打破了半纤维素与木质素之间所形成的酯键，从而降低了NDF含量，促进了瘤胃微生物接近和消化结构性碳水化合物[15, 16]，提高了干物质和NDF的有效降解率。CP含量的小幅度下降可能是因为处理后玉米秸干物质中粗灰分所占比例相对增加导致的。
Shreck等[17]的研究发现，使用厌氧碱贮技术处理玉米秸、麦秸和玉米芯时，只需经过7 d即可开窖饲喂；处理玉米芯时水分含量在50%较好，处理玉米秸时65%和50% 2个水分含量条件下的处理效果无显著差异(P>0.05)(表2)。Shreck等[18]分别用20%的碱贮麦秸、碱贮玉米秸替代肉牛饲粮中20%的未处理麦秸、玉米秸开展肉牛育肥试验，结果表明饲喂碱贮麦秸使肉牛的日增重从3.55 lb(1 lb=0.453 6 kg)增加到4.01 lb(P＜0.05)，料重比从7.12下降到6.44(P＜0.05)；饲喂碱贮玉米秸使肉牛日增重从3.49 lb增加到3.83 lb(P＜0.05)，料重比从7.18下降到6.82(P＜0.05)(表3)。
| 表2 厌氧碱贮对玉米芯、麦秸和玉米秸体外干物质消化率的影响Table 2 Effects of alkali treatment and anaerobic storage on in vitro dry matter digestibility of cobs,wheat straw and corn stover[17] |
| 表3 饲喂厌氧碱贮麦秸和玉米秸对肉牛生产性能的影响Table 3 Effects of feeding alkali treated and anaerobic stored corn stover and wheat straw on performance of beef cattle[18] |
Shi等[19]用碱贮玉米秸搭配干酒糟及其可溶物(DDGS)分别替代泌乳中后期奶牛饲粮中12.5%的玉米青贮、15%的羊草和7%的精饲料开展为期3个月的饲养试验，结果表明，与对照组相比，3个试验组的4%乳脂校正乳、乳脂、乳蛋白和乳糖产量并未受到显著影响(P>0.05)。
2.2 蒸汽爆破技术蒸汽爆破技术(也称为热喷技术)，是指以饱和水蒸气加热原料至一定的压力，使高压蒸汽渗入纤维内部，保持一段时间后突然释放压力，在减压瞬间物料体积猛增，受机械力的作用，物料结构会遭到严重破坏，从而完成爆破过程[20]。该技术始于1926年，当时主要用于人造纤维板，自20世纪70年代开始，该技术被应用于饲料生产和从木材纤维中提取乙醇等化学品，应用领域逐步扩大，连续蒸汽爆破法工艺及设备相继被开发[21]。我国一些研究人员于20世纪80年代开始将蒸汽爆破技术应用于粗饲料、饼粕类饲料、畜禽粪便等的加工处理。经过国内外大量专家学者的不断探索，该技术日趋成熟，逐渐实现了自动化和规模化，越来越受到人们的关注。
Montane等[22]的研究表明，蒸汽爆破可使粗饲料中大部分半纤维素和一小部分木质素及纤维素发生降解，有利于纤维素酶对纤维素的降解。陈尚钘等[23]研究了蒸汽爆破预处理对玉米秸化学组成及纤维结构特性的影响，结果表明，蒸汽爆破预处理对纤维素含量影响不显著(P>0.05)，半纤维素含量大幅度下降，木质素含量也有所降低，处理后玉米秸纤维表面和细胞壁受到不同程度的破坏，表面积增大，空洞增加，有利于纤维酶发挥其水解作用。Chang等[24]研究了蒸汽爆破对玉米秸纤维养分的影响，结果发现处理后的玉米秸其纤维素、半纤维素和木质素含量均显著下降(P<0.05)(表4)。
| 表4 蒸汽爆破处理对玉米秸营养成分的影响(干物质基础)Table 4 Effects of steam-explosion treatment on nutritional components of corn stover (DM basis)[24] |
目前，蒸汽爆破技术被广泛应用于食品、生物基材料、生物能材料和制药等领域，在粗饲料加工领域的应用相对滞后。南京霖茂(周公草)饲料科技公司在我国首次将蒸汽爆破技术应用到粗饲料加工处理领域，并通过饲喂试验研究了“周公草”系列粗饲料的饲喂效果。温宏春[25]研究了玉米秸型周公草(蒸汽爆破玉米秸)对泌乳后期奶牛生产性能的影响，试验的基础饲粮由精饲料、玉米青贮、黑麦草、羊草等组成，对照组采食基础饲粮，试验组在基础饲粮的基础上将全部羊草(3 kg/d)等量替换为蒸汽爆破玉米秸，试验结果表明，蒸汽爆破玉米秸适口性良好，奶牛产奶量、乳脂率、日增重等均优于对照组，经济效益明显。周韬等[26]用蒸汽爆破稻草替代泌乳中后期奶牛饲粮中3 kg的羊草，试验结果表明，蒸汽爆破稻草替代羊草后，可缓解泌乳中后期奶牛产奶量下降幅度，并提高经济效益。
3 粗饲料实用评价技术 3.1 通过乙酸和丁酸含量评价青贮饲料的发酵品质青贮饲料中有机酸含量是反映青贮饲料品质的重要指标之一。自德国科学家Fleig[27]提出青贮饲料沸氏评分法后，世界各地广泛采用。该评分法以青贮饲料中的乳酸、乙酸、丁酸占总酸的比例为基础评价青贮饲料的品质，而未将氨态氮指标列入评定体系。1996年，我国农业部发布《青贮饲料质量评定标准(试行)》的时候，将乳酸、乙酸、丁酸含量和氨态氮占总氮的比例列为青贮饲料的评价指标。但郭旭生等[28]在总结国内外大量相关研究的基础上提出，青贮饲料中的pH和氨态氮含量不宜用作统一评价各种青贮饲料发酵品质的标准，而应对不同种类青贮饲料发酵后的pH和氨态氮含量指标单独列出不同的标准。此外，乳酸含量也不宜作为部分种类青贮饲料评定的标准，过去一般认为乳酸菌同型发酵比异型发酵能够产生更多的乳酸[29]，青贮饲料养分损失少，但有研究发现异型发酵主要产生乙酸，而乙酸对青贮饲料的保存更有利[30]。因此，Kaiser等[31]提出了新的青贮饲料品质发酵评定标准，该标准仅以青贮饲料中的乙酸和丁酸含量作为评价青贮饲料品质的指标，因为丁酸含量可直接反映青贮饲料品质的优劣，而乙酸含量可反映青贮饲料的有氧稳定性及保存性能(表5)。该方法突破了传统的青贮饲料评价体系，适用于包括玉米青贮在内的所有青贮饲料的发酵品质评定。
| 表5 以乙酸和丁酸含量评价青贮饲料品质Table 5 Evaluation for the quality of silage by butyric acid and acetic acid contents[31] |
瘤胃尼龙袋法(In situ nylon bag technique)是目前活体测定饲料瘤胃降解率的主要方法，也是反刍动物饲料营养价值评定中最常用的方法之一。Quin等[32]在1938年首次采用纤维袋研究了饲料在羊瘤胃内的消化情况，后经rskov等[33, 34]多位研究人员的不断摸索和创新，最终走向成熟，被广泛应用于饲料各养分瘤胃降解率的测定。
瘤胃尼龙袋法的优点是将反刍动物饲料营养价值的评定和瘤胃内微生物活动直接联系起来，在考虑了瘤胃食糜外流速度这一重要影响因素后，基本能够反映出瘤胃内的消化生理状况，更接近体内法。但粗饲料瘤胃有效降解率的估算需要测定多个时间点的瘤胃实时降解率，每批测定样品数量少、耗时长，且测定的结果会受到瘤胃食糜外流速度的影响，不同机构甚至同一机构的不同研究人员所测定的有效降解率都可能存在较大差异，这些因素给生产中应用瘤胃尼龙袋法测定粗饲料的降解率带来极大不便，很难完成大批量样本的测定工作。
针对这些问题，一些研究人员开始探索以单个时间点的体外消化率、瘤胃降解率估测粗饲料在瘤胃中的降解情况，以评定粗饲料的营养价值。Oba等[35]指出，通过NDF体外消化率可以对粗饲料品质进行评价和分级，Dairy One Forage Lab等实验室通常将30 h的NDF体外消化率作为粗饲料分级及估测动物生产性能的指标。田雨佳[36]研究了苜蓿瘤胃有效降解率与48 h降解率的相关关系，发现苜蓿干物质、CP、NDF和ADF的实时降解率在16～24 h趋于稳定，且48 h瘤胃降解率与有效降解率呈显著正相关(P＜0.05)。王立明[37]研究了苜蓿、青贮、羊草和玉米秸的实时降解率与有效降解率的关系，发现这几种粗饲料原料在36 h的实时降解率与瘤胃有效降解率高度相关(R2 >0.8)。裘燕[38]研究了16种不同种类、不同品质奶牛常用粗饲料的瘤胃有效降解率与各时间点瘤胃实时降解率、体外产气量的相关关系，结果表明，粗饲料干物质、NDF和ADF的瘤胃有效降解率与36和48 h的实时降解率相关度均在0.9以上；粗饲料干物质瘤胃有效降解率与其12 h产气量的相关度高达0.884。
综上所述，采用单个时间点的瘤胃实时降解率或体外产气量估测粗饲料在奶牛瘤胃中的降解状况是可行的。考虑到优质粗饲料和中低质粗饲料在瘤胃中降解规律的差异，建议优质粗饲料采用36 h的瘤胃实时降解率，中低质粗饲料采用48 h的瘤胃实时降解率。采用单个时间点瘤胃实时降解率或体外产气量对粗饲料进行评价和分级，既省时省力，又不受瘤胃食糜外流速度的影响。
3.3 近红外光谱(near infrared reflectance spectroscopy,NIRS)技术在粗饲料检测上的应用20世纪70年代以来，NIRS技术数作为定性定量检测技术得到快速发展。近年来，NIRS技术的应用已扩展到食品、医药、化工、饲料等多个领域。NIRS技术的基本原理是基于各种物质分子对红外线的特性吸收及朗伯比尔定律。近红外光谱区与有机物分子中含氢基团(如C—H、O—H、N—H、S—H等)振动的合频和各级倍频的吸收区一致，通过扫描样品的近红外光谱，可得到饲料样品中有机分子含氢基团的特征信息。样品中的不同组分或同一组分的不同含氢基团在近红外区域具有不同的吸收光谱。通过偏最小二乘(PLS)、多元线性回归(MLR)、主成分分析(PCA)和人工神经网络(ANN)等多种化学计量学手段，可建立光谱与待测成分含量之间的关系模型，从而对待测样品做出定性和定量分析[39]。
自Norris等[40]首次将NIRS技术用于检测饲草中CP、水分和脂肪以来，国外多位研究人员开始探索将NIRS技术应用到粗饲料检测领域。随着计算机技术和化学计量学的发展，NIRS技术得到了极大发展，很多利用NIRS技术的测定方法已经被美国分析化学家协会(AOAC)和美国谷物化学师协会(AACC)等机构列为标准分析方法。现在NIRS技术不仅可以检测鲜牧草、干草和青贮等粗饲料的常规营养成分[CP、NDF、ADF、Ca、磷(P)等]和微量成分(钡、锂、铅、硫等)，还可结合动物代谢试验，实现对粗饲料的能量、采食量、消化率等营养指标的快速估测。穆怀彬等[39]建立了NIR技术预测玉米青贮样品CP、NDF、ADF和总能(GE)的校正模型，验证结果显示，各项指标的NIRS预测值和化学测定值之间差异不显著(P>0.05)，各项指标的NIRS预测值与化学测定值的验证系数大于0.890 1，决定系数大于0.885 7，且NIRS预测值与化学测定值间的平均偏差均很小，表明该校正模型具有较高的准确性，可以满足这4项指标的检测要求(表6)。
| 表6 NIRS法和化学法测定玉米青贮样品营养成分结果对比 Table 6 Results comparison of nutritional components of corn silage analyzed by NIRS and chemical methods[39] |
NIRS技术具有很多优点[41, 42]：1)不需要繁琐的前处理；2)不需要昂贵的化学试剂；3)无损检测；4)速度快，一般样品检测可在1 min内完成；5)可直接测定液体、固体、半固体和胶状体等物品；6)可同时对样品的多个组分进行定性和定量分析；7)整个检测过程对环境没有污染。
但是，NIRS技术也有其致命的弱点[41]：1)NIRS技术是一种间接分析技术，其检测结果的准确性不仅受仪器的硬件条件影响，而且直接受制于其所使用的数据模型；2)检测灵敏度通常只能达到0.1%；3)每种数据模型的应用都有时间和空间的限制，所使用的数据模型需要不断更新和修正；4)建立模型难度非常大，需专业人员使用精确的传统化学检测方法分析大量来源丰富且具有代表性的样品；5)样品的颗粒大小、均匀度、颜色、温度等因素均对检测结果有一定影响。
因此，在使用NIRS技术检测粗饲料品质时，不但要选择精确度高、性能稳定的仪器，而且要具备适合该地区、该品种粗饲料的数据模型，才能获得可信度较高的检测结果。
3.4 利用综合评价指数法估测粗饲料营养品质为了更科学的评定粗饲料的品质，国内外研究人员提出了粗饲料综合评价指数的概念，其中应用比较广泛的有饲料相对价值[43](relative feed value,RFV)和粗饲料分级指数[44](grading index,GI)等。
RFV是由美国干草市场特别工作组(隶属于美国饲草和草原理事会)提出的，目前在美国粗饲料评价领域广泛使用，它根据NDF和ADF体系制订干草等级的划分标准，其定义为：相对于特定标准的粗饲料(将盛花期苜蓿RFV值定为100)，某种粗饲料可消化干物质的采食量，其计算方法为：
RFV=DMI×DDM/1.29。式中：DMI为粗饲料干物质随意采食量(% BW)，DMI (% BW)=120/NDF(% DM)；DDM为可消化干物质(% DM)，DDM(% DM)=88.9-0.779ADF(% DM)；1.29为基于大量动物试验数据所预测的盛花期苜蓿DDM采食量(% BW)。
RFV值越大，表明粗饲料的营养价值越高。RFV法的优点是其简单实用，只需根据待测粗饲料的NDF、ADF和含量含量即可算出其RFV值，其缺点是仅对粗饲料进行了简单分级，未考虑到粗饲料中CP含量的影响。
GI2001[45]是卢德勋根据我国粗饲料利用现状，在广泛吸收RFV等粗饲料综合评定指数优点的基础上提出的全新的饲料综合评价指数，后改进为GI2008，其计算公式为：
GI2008(MJ/d)=NEL×DMI× DCP/(1-pef)×NDF。式中：NEL为产奶净能(MJ/kg)；DMI为干物质随意采食量(kg/d)；DCP为可消化粗蛋白质含量(% DM)；pef为物理有效因子；NDF为中性洗涤纤维含量(% DM)。
与RFV相比，GI2008不仅将能量与蛋白质指标统一考虑进来，而且以可消化粗蛋白质(DCP)作为蛋白质指标，还将粗饲料中物理有效中性洗涤纤维(peNDF)和难以消化利用的酸性洗涤木质素考虑进来，是更加符合反刍动物营养利用规律的综合评价指数，表7中列出了4种粗饲料的RFV、GI2001和GI2008的相对值(将苜蓿干草定为100)，可以看出，3个评价指数对4种粗饲料品质的划分次序虽然一致，但是RFV没有将豆科牧草、禾本科牧草及秸秆类牧草的品质明显的划分开来[45]。
| 表7 几种常用粗饲料的RFV、GI2001和GI2008相对值比较Table 7 Comparison of RFV,GI2001 and GI2008 relative values of several common forages[45] |
此外，国内外一些研究人员已经将综合评价指数和NIRS技术结合起来，促进了综合评价指数在生产中的应用。穆怀彬[39]探索建立了青贮玉米的RFV和GI的NIRS定标模型，用该模型测得的青贮玉米RFV与真实结果比较，校正结果准确率为94.22%，交叉验证准确率为92.14%，外部验证准确率为92.35%；用该模型获得的GI分级与青贮玉米真实分级结果相比，校正结果准确率为97.31%，交叉验证准确率为95.19%，外部验证准确率为93.62%，该研究结果表明NIRS技术对青贮玉米的RFV和GI的定量与定性分析具有非常高的准确率。
4 小 结粗饲料品质直接影响动物生产性能的发挥和牧场的生产成本。通过有效的加工处理，可较大幅地提高中低质粗饲料的营养价值；通过简便实用的评价技术，可较为准确地评定粗饲料的营养价值，为科学配方、提高牧场效益打下基础。提高和评价粗饲料品质的方法很多，影响粗饲料品质的因素也多种多样，生产中应因地制宜、因料而异，根据待测粗饲料的性质和种类，选择合理的加工及评价方法。
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