我国农作物秸秆产量很大，其中玉米秸年产量达2.2亿t^[1]。然而，我国秸秆资源的饲料化利用率还很低，仅有28%左右作为草食家畜的饲料，而大部分秸秆作为燃料或在田间直接焚烧^{[2, 3]}。这不仅造成了巨大的资源浪费，同时还会造成空气污染，引发雾霾，直接危害人们的健康^[4]。玉米秸的综合利用，一直是人们关注的焦点。一项利用玉米秸皮瓤分离后的茎皮加工板材的新工艺已经研制成功并推广应用^{[5, 6]}。该方法的优点是将玉米秸分离为芯轴、茎叶、苞叶、茎皮、茎髓等部分，其中富含木质素且消化率低的茎皮作为工业新材料加工的原料，而剩余的消化率较高的部分作为反刍家畜的饲料。国内外关于稻秸、小麦秸、大麦秸等其他种类作物秸秆作为饲料的研究证实，秸秆不同部位由于组织结构和化学组成不同其营养价值也不相同^{[7, 8, 9]}。但是，有关玉米秸皮瓤分离后不同部分作为反刍动物饲料的营养价值研究尚未见报道。为此，本试验以玉米秸经皮瓤分离后的芯轴、茎叶、苞叶、茎皮和茎髓等为研究对象，对其作为肉牛饲料的化学成分、能量价值和瘤胃降解特性进行评价，以期为合理利用玉米茎皮作为板材加工的原料剩余的部分用作肉牛等反刍动物的饲料提供科学依据。

随机选取黑龙江省农垦北安农场带有成熟果实的“德美亚1号”整株风干玉米植株15株，于当地玉米收获季节时收获，带回中国农业大学。模拟玉米秸茎皮作为板材工业原料的秸秆分离过程，将整个植株人工分离为茎叶、苞叶、芯轴、茎皮和茎髓5个部分，以植株为单位分别对风干样品进行称量，以未分离的整株玉米秸(不含谷穗)为对照。

将分离的各部分玉米秸和整株玉米秸进行粉碎，用于后续瘤胃尼龙袋试验的样品需过2.5 mm筛(WDJ-130，浙江丰利粉碎设备有限公司)，用于化学成分分析的样品过1 mm筛。所有样品均装入自封袋内，保存在清洁干燥处备用。

干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、有机物(OM)、粗脂肪(EE)、粗灰分(ash)、中性洗涤不溶粗蛋白质(NDICP)、酸性洗涤不溶粗蛋白质(ADICP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗纤维(CF)和酸性洗涤木质素(ADL)含量的分析按照AOAC(2012)^[10]的方法，可溶性糖含量分析采用牛文娟等^[11]的方法，淀粉含量的分析采用熊易强^[12]的方法。每个样品3个重复测定。

采用法国INRA(1988)^[13]提供的预测模型对玉米秸样品中总能(GE)、消化能(DE)、代谢能(ME)和净能(NE)等指标进行估算。该预测模型的基础是饲料OM消化率(OMd)和GE消化率(Ed)。

GE(MJ/kg)=17.3+0.061 7CP+0.219 3EE+0.038 7CF-0.186 7ash+0.19。

DE(MJ/kg)=GE×Ed/100；

Ed(%)=OMd-3.94+0.104CP+0.149EE+0.022NDF-0.244ash；

OMd(%)=74.13-1.364(ADF-29.83)。

ME=DE×ME/DE；

ME/DE=(86.38-0.099CFo-0.196CPo)/100。

式中：CFo和CPo分别为CF和CP占OM的百分率(%)。

泌乳净能(NE_L)、维持净能(NE_m)和育肥净能(NE_f)转化为净能的效率分别用系数k_L、k_m、k_f表示，其值在0和1之间。

NE_L=ME×k_L，k_L=0.60+0.24(q-0.57)；

NE_m=ME×k_m，k_m=0.287q+0.554；

NE_f=ME×k_f，k_f=0.78q+0.006。

式中：q=ME/GE，0﹤q﹤1。

称取3.5 g左右样品，放入在本实验室预制的8 cm×12 cm尼龙袋(孔径35 μm)中，固定在一个预制的聚碳酸酯纤维棒上，通过瘤胃瘘管分别放置在2头成年牛瘤胃腹囊中。尼龙袋在放置后0、6、12、24、48、72、96 h分别取出，每头牛每个时间点分别有3个重复，每个尼龙袋为1个重复。将取出的尼龙袋立即在自来水下冲洗掉黏附物，然后放在洗衣机中间歇式洗涤10次，每次15 s，直至水清澈为止。将洗涤过的尼龙袋甩干后放入65 ℃烘箱中烘干48 h，取出称重。

利用Ørskov等^[14]提出的指数模型计算瘤胃降解参数：

p=a+b(1-e^-ct)。

式中：p为尼龙袋在瘤胃中滞留t时间后饲料某一化学成分的降解率(%)；a为快速降解部分(%)；b为慢速降解部分(%)；c为b的降解速率(%/h)。

饲料瘤胃有效降解率(ED)由以下公式计算得出：

ED(%)=a+[b×c/(c+k)]。

式中：k为待测饲料的瘤胃外流速率常数(%/h),本试验设为0.031^{[15, 16, 17]}。

利用Excel软件对数据进行初步处理；应用SAS 9.0软件中的NLIN计算指数模型p=a+b(1-e^-ct)中的a、b和c，利用SAS 9.0统计分析软件中的GLM方法进行各项指标的单因子方差分析，并进行Duncan氏多重比较。

由表1可见，茎叶占全株比例最高(31.02%)，茎皮(29.39%)次之，随后为芯轴(18.93%)、苞叶(10.87%)和茎髓(9.69%)。茎叶和茎皮占全株比例在30%左右，比例最高，其他部分的比例相对较低。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 皮瓤分离玉米秸各部分占全株比例(干物质基础) Table 1 Dry matter in various of portions of cornstalks (DM basis) % 项目 Items 茎皮 Stem-skin 茎髓 Stem-pith 苞叶 Husks 茎叶 Leaves 芯轴 Cob 比例 Proportion 29.39 9.69 10.87 31.02 18.93

表1 皮瓤分离玉米秸各部分占全株比例(干物质基础) Table 1 Dry matter in various of portions of cornstalks (DM basis)

由表2可见，玉米秸各部分间主要化学成分含量均存在显著差异(P<0.05)。虽然整株玉米秸中可溶性糖和淀粉含量分别为5.0%和0.41%，但这2种化学成分主要分布于茎皮(分别占8.7%和0.63%)和茎髓(10.7%和0.67%)部分，在苞叶、芯轴和茎叶等其余部分的分布量很少。EE、CP和ash在整株玉米秸中的含量分别为0.85%、5.2%和4.8%，但这3种成分在茎皮中的含量很低，仅为0.62%、2.9%和2.8%，均显著低于茎髓、苞叶、茎叶与芯轴的含量(芯轴ash含量除外)。尽管NDICP和ADICP含量在各部分间的高低顺序与CP含量基本一致，但茎皮中ADICP占CP的比例远高于苞叶、茎叶、茎髓和芯轴。整株玉米秸中CF、 NDF、ADF、ADL含量分别为39.13%、75.8%、43.9%和7.9%， 但玉米秸分离后各部分中纤维组分含量的分布很不均匀，其中茎皮和芯轴的ADF和ADL含量显著高于茎髓、茎叶和苞叶(P<0.05)。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 皮瓤分离玉米秸不同部分主要化学成分(干物质基础) Table 2 Main chemical components of various portions of cornstalks derived from skin-pith separation (DM basis) % 化学成分 Chemical components 整株 Whole-plant 茎皮 Stem-skins 茎髓 Stem-pith 苞叶 Husks 茎叶 Leaves 芯轴 Cob SEM P值 P-value 可溶性糖 Soluble sugar 5.0c 8.7b 10.7a 4.5c 3.4d 3.4d 0.220 <0.01 淀粉 Starch 0.41c 0.63b 0.67a 0.25d 0.16e 0.25d 0.100 <0.01 粗脂肪 EE 0.85b 0.62d 1.22a 0.73c 1.27a 0.73c 0.026 <0.01 粗蛋白质 CP 5.2b 2.9e 3.4d 4.7c 8.0a 3.3d 0.100 <0.01 中性洗涤不溶粗蛋白质 NDICP 0.41b 0.26d 0.38bc 0.39b 0.70a 0.34c 0.013 <0.01 酸性洗涤不溶粗蛋白质 ADICP 0.30bc 0.28bc 0.31b 0.27c 0.40a 0.29bc 0.010 <0.01 粗灰分 Ash 4.8b 2.8e 3.7d 4.0c 9.0a 2.2f 0.069 <0.01 粗纤维 CF 39.13c 45.36a 37.46d 34.37e 34.41e 40.61b 0.237 <0.01 中性洗涤纤维 NDF 75.8d 76.6c 72.6e 80.5b 71.2f 85.9a 0.132 <0.01 酸性洗涤纤维 ADF 43.9c 51.0a 42.0d 38.4e 38.5e 45.6b 0.237 <0.01 酸性洗涤木质素 ADL 7.9b 8.5b 4.7c 2.8e 3.8d 11.4a 0.203 <0.01 同行数据肩标字母相异表示差异显著(P<0.05)，相同或无字母肩标表示差异不显著(P>0.05)。表4同。 Values in the same row with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05),while with the same or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05). The same as Table 4.

表2 皮瓤分离玉米秸不同部分主要化学成分(干物质基础)Table 2 Main chemical components of various portions of cornstalks derived from skin-pith separation (DM basis)

由表3可见，虽然分离后玉米秸各部分中茎皮(19.03 MJ/kg)和芯轴(19.02 MJ/kg)的GE高 于茎髓(18.73 MJ/kg)、苞叶(18.51 MJ/kg)和茎 叶(17.92 MJ/kg)，但在DE、ME、NEm、NEL和NEf几项可利用能量中，茎皮最低，苞叶最高，茎叶、茎髓和芯轴居中。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 皮瓤分离玉米秸不同部分的能量价值(干物质基础) Table 3 Energetic values of various portions of cornstalks derived from skin-pith separation (DM basis) MJ/kg 项目 Items 整株 Whole-plant 茎皮 Stem-skins 茎髓 Stem-pith 苞叶 Husks 茎叶 Leaves 芯轴 Cob 总能 GE 18.60 19.03 18.73 18.51 17.92 19.02 消化能 DE 9.70 8.12 10.28 11.08 10.54 9.61 代谢能 ME 7.88 6.59 8.41 9.07 8.53 7.84 维持净能 NEm 5.33 4.30 5.74 6.30 5.89 5.27 泌乳净能 NEL 4.45 3.60 4.80 5.27 4.92 4.41 育肥净能 NEf 2.65 1.82 3.00 3.52 3.22 2.57

表3 皮瓤分离玉米秸不同部分的能量价值(干物质基础) Table 3 Energetic values of various portions of cornstalks derived from skin-pith separation (DM basis)

由表4可见，玉米秸各部分中所有DM和OM瘤胃降解参数均有显著差异(P<0.05)。其中，DM快速降解部分以茎髓为最高，OM快速降解部分以茎髓和茎叶为最高；DM和OM慢速降解部分和潜在降解部分均以苞叶为最高；慢速降解部分的降解速率以茎髓为最高；在各个部分中，茎皮和芯轴的DM和OM潜在降解部分及有效降解率显著低于茎叶、苞叶和茎髓(P<0.05)。

与DM及OM的瘤胃降解规律相似，玉米秸不同部分NDF瘤胃降解参数均有显著差异(P<0.05)。其中，快速降解部分、慢速降解部分和潜在降解部分也以苞叶为最高，茎皮为最低，其他部分居中；慢速降解部分的降解速率以茎髓为最高；在各个部分中，茎皮的NDF有效降解率显著低于茎叶、苞叶、茎髓和芯轴(P<0.05)。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 皮瓤分离玉米秸不同部分的瘤胃降解参数 Table 4 Ruminal degradation parameters of various portions of cornstalks derived from skin-pith separation 项目 Items 整株 Whole-plant 茎皮 Stem-skins 茎髓 Stem-pith 苞叶 Husks 茎叶 Leave 芯轴 Cob SEM P值 P-value 干物质 DM a/% 18.8b 18.4bc 20.1a 17.6c 20.0a 10.3d 0.325 <0.01 b/% 52.6c 36.5d 56.1c 77.9a 65.2b 50.8c 1.948 <0.01 a+b/% 71.5c 54.9e 76.2c 95.4a 85.2b 61.1d 2.020 <0.01 c/(%/h) 0.017ab 0.018ab 0.021a 0.015b 0.019ab 0.018ab 0.001 0.02 有效降解率 ED/% 37.1b 31.6c 42.5a 43.1a 43.7a 29.3d 0.531 <0.01 有机物 OM a/% 16.6b 16.4b 18.2a 15.9bc 15.1c 9.1d 0.308 <0.01 b/% 46.3c 35.7d 53.5bc 78.9a 56.8b 51.9bc 2.051 <0.01 a+b/% 62.9c 52.1d 71.7b 94.8a 71.9b 61.0c 1.996 <0.01 c/(%/h) 0.018a 0.017a 0.020a 0.013b 0.019a 0.017a 0.001 <0.01 有效降解率 ED/% 33.4c 29.0d 39.1a 39.2a 36.0b 27.2e 0.504 <0.01 中性洗涤纤维 NDF a/% 1.41b 0.42d 0.68bc 2.08a 1.41b 1.28b 0.072 <0.01 b/% 29.0c 23.5d 33.2bc 51.1a 35.5b 36.6b 1.522 <0.01 a+b/% 30.4c 23.9d 33.8bc 53.1a 36.9b 37.9b 1.534 <0.01 c/(%/h) 0.018a 0.016a 0.019a 0.014a 0.017a 0.018a 0.001 0.067 有效降解率 ED/% 12.1d 8.2e 13.1c 18.2a 13.1c 14.6b 0.289 <0.01 a：快速降解部分 Rapidly degraded part，b：慢速降解部分 Slowly degraded part，a+b：潜在降解部分 Potentially degraded part，c：慢速降解部分降解速率 degradation speed of slowly degrade part。

表4 皮瓤分离玉米秸不同部分的瘤胃降解参数 Table 4 Ruminal degradation parameters of various portions of cornstalks derived from skin-pith separation

本试验测定了皮瓤分离玉米秸各部分占全株的比例。杨福有等^[18]在测定渭北旱塬区春玉米植株各部位养分含量时发现，雄穗、叶片、茎秆、茎皮、茎髓和苞叶占全株的比例分别为1.80%、25.54%、52.77%、34.20%、18.57%和19.87%。闫贵龙等^[19]测定了“农大108”玉米秸不同部位的主要化学成分，发现叶片、叶鞘、茎皮、茎髓、茎节和苞叶占全株比例分别为29.2%、20.5%、18.7%、14.1%、9.4%和8.2%。Tolera^[20]研究8种普通玉米秸不同部位占全株的比例，得出雄穗、茎、叶鞘、叶片和苞叶的比例分别为2%、39%、13%、12%和34%。本试验结果与上述研究结果不完全一致。主要原因可能与玉米品种不同和秸秆部位的划分标准不同有关。闫贵龙等^[19]将茎叶细分为叶片和叶鞘2部分，将茎秆细分为茎皮、茎髓和茎节3部分。Tolera^[20]的研究中将茎叶细分为叶片和叶鞘2部分，但未对茎秆再进行细分。关于秸秆不同部位营养价值研究的划分方法都与特定的产业目的相关联。本研究的秸秆部位划分源于玉米茎皮瓤分离加工副产品，其中用于板材加工业的茎皮只占全株的30%，其余70%可以用于反刍动物的饲料，说明玉米秸在板材加工业和畜牧业的综合利用具有广阔的前景。

在皮瓤分离玉米秸不同部分，茎叶CP含量最高，这与闫贵龙等^[19]的结果相一致，同时也符合植物叶片中蛋白质含量高于茎秆^{[9, 18, 21, 22]}的规律。NDICP和ADICP分别代表饲料蛋白质中可被瘤胃微生物缓慢降解和不可降解的蛋白质部分。本试验中，茎皮中ADICP占CP的比例远高于苞叶、茎叶、茎髓和芯轴，说明茎皮中不可降解的蛋白质组分高于玉米秸其余部分，不适宜作为反刍动物饲料。芯轴的ash含量低，仅为2.2%，这与Samanta等^[23]所测结果(2.29%)基本一致。茎叶中ash含量(9.0%)最高，这与作物秸秆中矿物质元素主要集中在茎叶中的分布规律^{[9, 18, 21]}相一致。纤维组分中ADL是限制饲料消化的主要因素。苞叶、茎叶和茎髓的ADL含量较低，对反刍动物营养物质消化的限制程度较小，营养价值较高，这与闫贵龙等^[19]的试验结论相一致。与整株玉米秸和苞叶、茎叶和茎髓相比，茎皮和芯轴中不仅NDF和ADF含量高，而且ADL含量更高，说明这2个部分作为反刍动物饲料会影响营养物质的消化吸收，而茎皮作为板材加工的原料，恰好可以做到物尽其用。本试验测得的整株玉米秸NDF(75.8%)和ADF(43.9%)含量与Li等^[24]的研究结果(NDF为73.53%，ADF为48.36%)相接近。

玉米秸不同部分的DE、ME和NE均以苞叶为最高，其次为茎髓、茎叶和芯轴，茎皮为最低(表3)，说明苞叶作为反刍动物粗饲料的能量价值最高，而茎皮则最低。这一结果与皮瓤分离玉米秸不同部分的化学成分结果相一致。

从瘤胃尼龙袋降解率结果(表4)可以看出，苞叶、茎髓和茎叶DM、OM和NDF的有效降解率显著高于茎皮和芯轴，这与苞叶、茎髓和茎叶中可溶性糖、EE和CP含量较高以及纤维组分中不能被动物消化吸收的ADL含量较低(表2)有关。在茎皮中，容易被瘤胃微生物降解的CP和EE含量相对较少，而不能被瘤胃微生物降解的ADL含量却非常高，这导致茎皮部分的瘤胃NDF有效降解率低于苞叶、茎髓、茎叶和芯轴。

有关皮瓤分离玉米秸不同部分的瘤胃降解率数据尚未见报道。本试验结果表明，茎皮DM、OM和NDF在瘤胃的有效降解率远低于苞叶、茎髓和茎叶，是加工建筑业新材料的很好原料，而苞叶、茎髓和茎叶DM、OM和NDF在瘤胃的有效降解率高，可以作为牛羊的良好粗饲料来源。虽然芯轴DM和OM的瘤胃有效降解率较低，但其有效能值与整株玉米秸相当，说明仍具有较高的营养价值。

① 皮瓤分离玉米秸各部分占全株比例具有显著差异，其中茎皮占29.39%。

② 综合化学分析和瘤胃发酵参数结果发现，皮瓤分离玉米秸各部分的营养价值存在显著差异，其中茎皮营养价值最低，其余部分营养价值为苞叶>茎髓>茎叶>芯轴。

③ 玉米秸经皮瓤分离后所得到的茎皮部分用于板材加工的原料，而其余部分用于肉牛等反刍动物饲料，可以实现玉米秸不同部分的物尽其用。