2. 江苏省农业科学院动物品种改良和繁育重点实验室, 南京 210014;
3. 南京农业大学动物科技学院, 南京 210095
2. Key Laboratory of Animal Breeding and Reproduction, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China;
3. College of Animal Science, Nanjing Agriculture University, Nanjing 210095, China
据统计，我国每年产生的农作物秸秆大约为6亿t，居世界之首，但秸秆综合利用工作相对滞后，焚烧秸秆现象屡禁不止，由此造成的空气污染已成为一个社会问题[1]。油菜是我国第一大油料作物，主产区在长江中下游平原等南方地区，每年种植面积约670万亩(1亩≈666.7 m2)，年产油菜秸秆约2 000万t，其转化利用是一个亟需解决的问题[1-4]。此外，南方农区粗饲料资源短缺，成为制约草食畜牧业发展的瓶颈。油菜秸秆含有较高的粗蛋白质(CP)、粗纤维等营养成分，可部分替代常规粗饲料[4-5]。但油菜秸秆适口性差、采食率低，自然状态下体积大、易霉变，不便于运输、贮存和饲喂，这些都使油菜秸秆的饲料化利用率很低[4]。秸秆氨化就是在密闭的条件下，将氮源(液氨、氨水、尿素溶液、碳酸氢铵溶液)按一定的比例喷洒到秸秆上，在适宜的温度条件下，经过一定时间的化学反应，从而提高饲用价值的一种秸秆处理方法。氨化有望改善油菜秸秆的适口性和消化率等，提高CP含量，延长保存时间，从而满足反刍动物饲喂的需要。本研究比较了不同碳酸氢铵添加量对油菜秸秆氨化效果的影响，通过营养成分测定和营养成分瘤胃降解率测定，确定油菜秸秆的最佳氨化方法，为油菜秸秆的饲料化利用提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料与试验动物油菜秸秆从江苏省农业科学院经济作物研究所实验基地收集。3头装有永久性瘤胃瘘管的波杂山羊为试验动物。试验在江苏省农业科学院六合动物科学基地开展。
1.2 试验方法油菜秸秆收集后晒干(含水量9.31%)，揉搓粉碎成0.3~3.0 cm的小段，分为4组，1个对照组为未处理的油菜秸秆(风干)，3个氨化油菜秸秆组，添加30%水和分别添加不同比例(10%、15%、20%)碳酸氢铵，混匀后用塑料袋包装后抽真空，室温密封保存，每个处理设置3个重复，分别于氨化后7、14和21 d采集样品进行相关检测。
1.3 营养成分检测采用凯氏定氮法测定风干样中的CP含量，用乙醚浸提法(索氏抽提法)测定样品的粗脂肪(EE)含量。用Van Soest法测定中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量，烘箱干燥法测定干物质(DM)含量，灼烧法测定粗灰分(ash)含量，比色法测定钙(Ca)、磷(P)含量，具体方法详见张丽英主编《饲料分析及饲料质量检测技术》。
1.4 瘤胃降解试验羊饲养管理及样品采集试验瘘管羊为3只2周岁的波杂山羊母羊，其饲粮的粗饲料为青贮玉米秸秆，精料由玉米、豆粕等组成，基础饲粮组成及营养水平见表 1。采用单独圈舍饲养，每天饲喂2次，自由饮水。
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表 1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet(DM basis) |
对照组和试验组油菜秸秆样品分别称取2 g左右的样品多份，放入已知质量的尼龙袋(用孔径50 μm的尼龙布使用细涤纶线双线缝合制成，规格12 cm×8 cm，使用前在瘤胃内培养72 h，取出、洗净、65 ℃烘干)内，每个样品分别在3只瘘管羊瘤胃内培养3、6、12、24、36、48、72 h后取出，洗净，烘干，每只羊每个时间点设置2个重复，测定并计算各不同时间点的样品的DM、CP、NDF和ADF的瘤胃实时降解率。
1.5 数据处理与分析方法参照Ørskov等[6]提出的瘤胃动力学数学指数模型测定和计算。某饲料营养成分的实时瘤胃降解率符合指数曲线：
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式中：a为快速降解部分(%)；b为慢速降解部分(%)；c为b部分的降解速率(%/h)；dp为t时刻某营养成分的瘤胃实时降解率(%)；t为饲料在瘤胃内停留的时间(h)。
饲粮营养成分的瘤胃有效降解率按以下公式计算：
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式中：ED为有效降解率(%)；k为某营养成分的瘤胃外流速率，其值取0.031[7]。
试验数据采用SPSS 18.0软件进行统计分析，采用单因素方差分析(one-way ANOVA)进行差异显著性检验，试验结果以平均值±标准误表示。
2 结果与分析 2.1 氨化处理不同时间油菜秸秆的感官和常规营养成分变化与对照组相比，氨化21 d后各组油菜秸秆呈偏黄色，湿度适中，质地柔软，有较浓的氨味。饲喂前打开密闭包装，适当释放氨味，与精粗料搅拌混匀，采用全混合日粮(TMR)形式饲喂，不影响采食。由表 2可见，21 d后氨化组CP含量均增加了2倍以上，NDF、ADF含量下降10%以上，EE含量随氨化时间的延长逐渐下降，氨化21 d后下降约70%，DM和ash含量在氨化过程中基本保持不变。
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表 2 氨化处理油菜秸秆的营养成分(干物质基础) Table 2 Nutrient composition of ammonification of rape straw(DM basis) |
由表 3可以看出，所有氨化组48、72 h DM降解率均显著高于对照组(P<0.05)；15%、20%氨化组24、36 h DM降解率也显著高于对照组(P<0.05)；随着碳酸氢铵添加比例的升高，24、36、48、72 h DM降解率有升高趋势。不同时间点间比较，前24 h的DM降解速率升高较快，24 h后降解速率增长减慢。
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表 3 氨化处理油菜秸秆在瘤胃中不同时间点的DM降解率 Table 3 DM degradation rate of ammonified rape straw in rumen at different time points |
由表 4可以看出，氨化组油菜秸秆DM有效降解率均显著高于对照组(P<0.05)，15%氨化组最高，显著高于其他氨化组(P<0.05)。
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表 4 氨化处理油菜秸秆DM动态降解模型参数 Table 4 Parameters of DM dynamic degradation model of ammonified rape straw |
由表 5可以看出，所有氨化组各时间点的CP降解率都显著高于对照组(P<0.05)。随着碳酸氢铵添加比例的增加，CP降解率有增高的趋势。
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表 5 氨化处理油菜秸秆在瘤胃中不同时间点的CP降解率 Table 5 CP degradation rate of ammonified rape straw in rumen at different time points |
由表 6可以看出，对照组氨化油菜秸秆的CP快速降解部分降解速度显著低于氨化组(P<0.05)，而10%和20%氨化组慢速降解部分显著高于对照组(P<0.05)。氨化组油菜秸秆的CP有效降解率(ED)均显著高于对照组(P<0.05)。
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表 6 氨化处理油菜秸秆CP动态降解模型参数 Table 6 Parameters of CP dynamic degradation model of ammonified rape straw |
由表 7可以看出，油菜秸秆的NDF降解率普遍偏低，其72 h降解率在20%左右。氨化组随着碳酸氢铵添加比例增加，NDF降解率有增高趋势，15%、20%氨化组36、48、72 h降解率显著高于对照组(P<0.05)。
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表 7 氨化处理油菜秸秆在瘤胃中不同时间点的NDF降解率 Table 7 NDF degradation rate of ammonified rape straw in rumen at different time points |
由表 8可以看出，所有秸秆的NDF有效降解率均在20%以下。随着碳酸氢铵添加比例升高，NDF快速降解部分有降低趋势，NDF慢速降解部分有升高趋势。20%氨化组NDF有效降解率最高(P<0.05)。氨化油菜秸秆的NDF有效降解率随碳酸氢铵比例升高而增加。
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表 8 氨化处理油菜秸秆NDF动态降解模型参数 Table 8 Parameters of NDF dynamic degradation model of ammonified rape straw |
由表 9可以看出，所有氨化组油菜秸秆的72 h ADF降解率显著高于对照组(P<0.05)，且随着碳酸氢铵比例的增加，氨化油菜秸秆的72 h ADF降解率呈升高趋势。
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表 9 氨化处理油菜秸秆在瘤胃中不同时间点的ADF降解率 Table 9 ADF degradation rate of ammonified rape straw in rumen at different time points |
由表 10可以看出，经氨化处理的秸秆ADF快速降解部分均降低，15%和20%氨化组降低显著低于对照组(P<0.05)；氨化组慢速降解部分均显著高于对照组(P<0.05)；随氨碳酸氢铵添加比例的增加，ADF有效降解率呈上升趋势，15%、20%氨化组油菜秸秆ADF有效降解率均显著高于对照组(P<0.05)。
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表 10 氨化处理油菜秸秆ADF动态降解模型参数 Table 10 Parameters of ADF dynamic degradation model of ammonified rape straw |
氨化处理时间受环境温度的影响较大，温度越高，氨化所需的时间越短，氨化效果越好[8]。本研究开展时间为油菜成熟的夏季，气温在25 ℃以上，这可能也是快速氨化的原因。不同氮源氨化的效果各异，本试验中所用氮源为碳酸氢铵，它比尿素更易于分解，比氨水安全、方便，是一种来源广泛、成本低且效果好的氮源[9]。碳酸氢铵中氨的含量约为17%，本试验中添加10%、15%和20%的碳酸氢铵，折算后氨的添加量分别为1.7%、2.6%和3.4%。秸秆氨化效果受含水量的影响较大，黄瑞鹏[10]的研究表明添加30%水和3.5%氨的尿素氨化效果最好，与本试验中添加30%的水分和折合3.4%氨的碳酸氢铵结果类似。添加15%和20%的碳酸氢铵均能取得较好的氨化效果，但考虑到节约成本，以添加15%的碳酸氢铵为最佳。
3.2 不同比例碳酸氢铵氨化油菜秸秆的营养成分变化油菜秸秆直接饲喂适口性差，采食率低，加上体积大，易霉变，运输、贮存的不便使油菜秸秆一直没有得到很好的开发利用，饲料化的仅占2%，饲料化利用潜力巨大[4,11]。油菜秸秆的营养价值优于稻草、小麦秸，氨化能增加油菜秸秆的CP含量，降低NDF和ADF的含量，改善其适口性[12]。采用碳酸氢铵氨化处理是油菜秸秆饲料化利用的一种简便途径，既可以将这一宝贵资源充分利用，减少环境污染，又可在一定程度上缓解南方农区反刍动物粗饲料短缺的困难[4,11]。本试验测得的对照组的CP含量为3.37%，油菜秸秆中CP含量可能与油菜的品种有关。氨化后油菜秸秆的CP含量从3.37%提高到7%以上，这与黄瑞鹏[10]的研究结果一致。氨化21 d后油菜秸秆NDF和ADF含量均下降了10%以上，有效降解率也显著升高，这可能是因为氨化破坏了油菜秸秆纤维的内部结构，使纤维之间的氢键结合变弱，同时也打断了木质素与纤维素和半纤维素之间的酯键，破坏木质化纤维的镶嵌结构，淀粉等营养物质被释放出来，提高了油菜秸秆的营养价值[10]。氨化处理后秸秆变蓬松、空隙增多，吸附纤维素酶的表面积增大，有助于酶解的进行[13]。氨化过程中形成的铵盐可作为氮源为瘤胃微生物的生长、繁殖提供有利条件。
3.3 不同比例碳酸氢铵氨化油菜秸秆营养物质的瘤胃降解特性本研究采用尼龙袋法测定氨化油菜秸秆的瘤胃降解率，该方法属测定粗饲料营养价值的半体内法，目前被广泛用来测定饲料中各种养分的瘤胃降解率[12]。DM有效降解率作为影响反刍动物干物质采食量(DMI)的一个主要因素，因饲料种类的不同而变化。不同种类饲料的DM降解率会随培养时间的延长呈现不同程度的增加。本研究表明，氨化处理能有效提高油菜秸秆DM、CP、NDF和ADF的有效降解率。经山羊瘤胃降解72 h后，无论是对照组还是氨化组，油菜秸秆DM降解率均在30%左右，这远低于青贮玉米秸秆72 h DM瘤胃降解率(69.09%)[14]，但与大豆秸72 h DM的瘤胃降解率相似，高于麦秸DM 72 h的瘤胃降解率(25.38%)[14]。本研究中，氨化组CP瘤胃降解率和有效降解参数均显著高于对照组，表明氨化都能显著提高油菜秸秆的CP降解率以及有效降解率，是较好的改善秸秆营养价值的方法[9]。另外，由于经过碳酸氢铵氨化处理的秸秆的CP快速降解部分降解速度显著增加，慢速降解部分下降，说明其CP在山羊瘤胃内降解主要发生在早期。NDF和ADF的瘤胃降解率都是评价粗饲料营养价值的重要指标，受饲料NDF和ADF组成的影响[13]。本试验中，氨化均能提高油菜秸秆NDF和ADF瘤胃降解率，且降解主要在慢速降解部分，快速降解部分低于对照组，说明油菜秸秆较难降解，这可能与油菜秸秆的纤维素与半纤维素之间、半纤维素与木质素之间的化学键不同有关，醚键等结构不能被消化道内厌氧微生物产生的酶分解，因而降低了秸秆瘤胃内的可消化性[13]。反刍动物主要利用细菌、真菌和原虫这些可以分泌的纤维素酶分解利用纤维素物质[15]，氨化在一定程度上破坏了木质素和半纤维素形成的牢固的酯键，有利于瘤胃微生物的消化，所以，氨化后的油菜秸秆CP、NDF、ADF的瘤胃降解率均升高。
4 结 论①碳酸氢铵氨化处理能提高油菜秸秆CP含量，降低NDF和ADF的含量，且对干物质含量无影响。
②氨化能提高油菜秸秆营养成分DM、CP、NDF和ADF的瘤胃降解率。
③油菜秸秆在15%碳酸氢铵、30%水分条件下氨化处理效果最好、最经济。
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