2. 河南省草地资源创新与利用重点实验室, 郑州 450046;
3. 河南省牧草工程技术研究中心, 郑州 450046
2. Henan Key Laboratory of Innovation and Utilization of Grassland Resources, Zhengzhou 450046, China;
3. Henan Herbage Engineering Technology Research Center, Zhengzhou 450046, China
苜蓿富含蛋白质、矿物元素、维生素等营养成分及皂苷和黄酮等生物活性物质[1]，素有“牧草之王”的美誉[2]。研究证实，在奶牛饲粮中添加苜蓿干草可以显著提高奶牛的干物质采食量(DMI)[3]、产奶量、乳品质和经济效益[4-5]，增强机体抗病力和维持机体健康[6]。燕麦干草具有适口性好、可消化纤维含量高以及钾和硝酸盐含量低等特点，除了可以提高奶牛的生产性能外[7]，还能降低奶牛产后酮病等疾病的发生[8]。因此，燕麦干草和苜蓿干草已经成为奶牛养殖业中不可或缺的优质粗饲料并被广泛使用。此外，燕麦干草和苜蓿干草还有良好的营养互补性，它们在瘤胃中组合使用可以增加奶牛瘤胃中的真菌孢子数量并促进纤维分解菌大量聚集，改善粗饲料的消化利用率[9]。因此，燕麦干草和苜蓿干草在奶牛饲粮中搭配使用已成为奶牛行业的一种新趋势，但是二者在奶牛饲粮中的适宜比例及其组合效应并不清楚。
在奶牛饲喂过程中，不同粗饲料之间的组合效应是普遍存在的，正组合效应可以有效提高动物的生产性能及饲料的消化利用率，负组合效应则相反。庄二林等[10]将谷草和苜蓿以50 ∶ 50的比例组合后饲喂小尾寒羊，产生了良好的饲喂效果。赫英飞[11]研究指出，与玉米秸秆相比，苜蓿中营养物质的消化率更高，故当苜蓿与玉米秸秆以低于25%的比例混合饲喂奶牛时，会产生明显的负组合效应。因此，研究燕麦干草和苜蓿干草的适宜比例，并充分发挥其正组合效应，对提高奶牛的生产性能和饲料资源利用价值意义重大。用尼龙袋法评定燕麦干草与苜蓿干草之间的组合效应，不仅可以清楚地反映出饲料样品与奶牛瘤胃内环境之间的关联，还可以准确反映出各营养物质在瘤胃内的动态降解规律[12]。尼龙袋法在测定饲料在瘤胃内的降解率方面应用广泛，但目前用尼龙袋法评定燕麦干草和苜蓿干草的组合效应还鲜有报道。
本研究选择优质禾本科牧草燕麦干草和优质豆科牧草苜蓿干草进行组合，利用尼龙袋法评定燕麦干草和苜蓿干草不同比例的组合效应，以及二者不同比例对奶牛生产性能、乳品质、血清生化指标和经济效益的影响，以期找到燕麦干草和苜蓿干草的最佳比例，为合理利用燕麦干草和苜蓿干草资源、提高奶牛生产性能和经济效益提供依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料试验用燕麦干草和苜蓿干草的常规营养成分含量见表 1。
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表 1 燕麦干草和苜蓿干草的常规营养成分含量(风干基础) Table 1 Conventional nutrient contents of oat hay and alfalfa hay (air-dry basis) |
参考我国奶牛饲养标准[13]和NRC(2001)奶牛营养需要[14]设计饲粮配方，试验饲粮组成及营养水平见表 2。
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表 2 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础) Table 2 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) |
饲喂试验和消化代谢试验在河南牛硕牧业有限公司奶牛场进行。在试验开始前进行了为期20 d的预试验。预试验中，将试验奶牛饲粮中苜蓿干草和燕麦干草以不同的比例随机分为5组，即对照组(燕麦∶苜蓿=0 ∶ 4)、Ⅰ组(燕麦∶苜蓿=1 ∶ 3)、Ⅱ组(燕麦∶苜蓿=1 ∶ 1)、Ⅲ组(燕麦∶苜蓿=1 ∶ 0)和Ⅳ组(燕麦∶苜蓿=3 ∶ 1)。结果显示，Ⅲ组和Ⅳ组奶牛的DMI和产奶量急剧下降，这与生产要求严重不符，故在正式试验时仅保留对照组(燕麦∶苜蓿=0 ∶ 4)、Ⅰ组(燕麦∶苜蓿=1 ∶ 3)和Ⅱ组(燕麦∶苜蓿=1 ∶ 1)。
饲喂试验预试期14 d，正试期56 d。挑选胎次(2~3胎)、体重[(594.7±22.5) kg]和产奶量[(26.34±0.86) kg/d]相近的健康泌乳中期荷斯坦奶牛60头，随机分为3组，每组4个重复，每个重复5头，且每个重复的5头奶牛饲喂于同一栏。对照组饲喂基础饲粮，每天苜蓿干草用量5.5 kg，试验组分别用等干物质(DM)基础的燕麦干草替代苜蓿干草，即Ⅰ组和Ⅱ组分别用25%和50%的燕麦干草替代苜蓿干草，饲粮中其他原料和比例相同，仅将苜蓿干草和燕麦干草的不同比例作为试验变量。3组饲粮均配成全混合日粮(total mixed ratio, TMR)，每天饲喂2次(06:00和18:00)，并保证奶牛可以自由采食和饮水，每天的剩料量控制在5%~10%。饲喂试验结束后，每个重复随机选取1头奶牛，共12头，装备粪尿袋，单独饲喂和饮水，进行为期3 d的消化代谢试验。
尼龙袋试验采用尼龙袋法，在河南农业大学科技园区奶牛场进行，预试期20 d，正试期3 d。试验动物为3头安装永久瘤胃瘘管的泌乳中期荷斯坦奶牛，随机分为对照组(苜蓿干草每天用量4.0 kg)、Ⅰ组(燕麦∶苜蓿=1 ∶ 3)和Ⅱ组(燕麦∶苜蓿=1 ∶ 1)，其中燕麦干草替代苜蓿干草的比例与饲喂试验一致，饲粮中其他原料和比例相同。试验奶牛单栏饲养，每天饲喂2次(05:00和17:00)。
试验全程保证奶牛自由饮水，每天定时清扫牛舍并做好常规管理，每周对牛舍进行1次彻底消毒。
1.4 测定指标与方法 1.4.1 采食量和产奶量于正试期记录每组试验牛每天的喂料量和剩料量，计算每头奶牛的DMI。每头奶牛每天均挤奶2次(05:00和17:00)，并记录其产奶量。
1.4.2 乳品质测定正试期每头牛每隔14 d采集奶样10 mL，早、晚样品按3 ∶ 2比例混合，在河南省奶牛生产性能测定中心用全自动乳成分分析仪(CombiFoss FT+，丹麦)测定乳脂率和乳蛋白、乳糖、乳固形物含量及乳体细胞数(SCC)，用酶解-水杨酸盐光度法测定乳尿素氮(MUN)含量。在正试期的第19、20、21、51、52、53天分别采10 mL奶样(早∶晚=3 ∶ 2)，混合后置于-20 ℃冰箱保存，按照NY/T 1678—2008法测定奶样中的真蛋白含量，乳钙和乳磷含量分别用乙二胺四乙酸(EDTA)法和钒钼酸铵比色法测定[15]。
1.4.3 血清生化指标测定奶牛绑上粪尿袋单独饲喂3 d后，每头奶牛于晨饲前尾根静脉采血10 mL，静置后3 000 r/min离心10 min，血清样分装于2 mL离心管中，置于-20 ℃冰箱保存。用全自动生化分析仪(Hitachi7170，日本)测定血清中谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)活性及总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、尿素氮(UN)、肌酐(Cre)、葡萄糖(GLU)、总胆固醇(TC)、二氧化碳结合力(CO2CP)含量。
1.4.4 表观消化率测定采用全收粪进行消化代谢试验，连续3 d每天24 h收集每头牛的粪便并称重，混匀后按每日鲜粪样的4%取样，加入1/4粪重的10%酒石酸，再次混匀后于-20 ℃冷冻保存。对每天的饲料及剩料均匀取样，65 ℃鼓风干燥箱烘48 h后制成风干样，粉碎待测。参照张丽英[16]的方法测定样品中的粗蛋白质(CP)、有机物(OM)、粗脂肪(EE)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、钙和磷含量。
1.4.5 尼龙袋试验及降解率计算准确称取风干且经过2 mm孔筛粉碎的草粉样品(对照组：4 g苜蓿干草；Ⅰ组：3 g苜蓿干草+1 g燕麦干草；Ⅱ组：2 g苜蓿干草+2 g燕麦干草)后，放入已知重量的尼龙袋中(规格12 cm×8 cm，网眼直径35~50 μm)，用尼龙线绑在一根塑料软管上。每个样品每个时间点设6个重复，于晨饲前1 h将尼龙袋送入瘤胃腹囊处，分别培养2、6、12、24、36、48和72 h后取出，迅速用自来水缓慢冲洗，至水澄清[17]。然后将冲洗干净的尼龙袋于65 ℃条件下烘干48 h，测定每个时间点尼龙袋中草粉残渣的DM、CP、NDF和ADF含量[16]，并计算降解率[18]和有效降解率[19]。
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式中：a为快速降解部分(%)；b为慢速降解部分(%)；c为慢速降解部分的降解速率(%/h)；e为欧拉常数，约为2.718 28；t为草粉样品在瘤胃内的停留时间(h)；Dp为草粉样品中某营养物质t时的瘤胃降解率(%)；ED为草粉样品某营养物质的有效降解率(%)；k为某营养成分的瘤胃外流速率(%/h)，本试验中k值取0.031 4。
1.5 数据统计及分析用Excel 2013对试验数据初步整理后，采用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析，Duncan氏法进行多重比较，显著水平定为P < 0.05，结果用平均值±标准差(mean±SD)表示。
2 结果 2.1 燕麦干草和苜蓿干草不同比例对奶牛生产性能的影响由表 3可以看出，Ⅰ组的DMI和产奶量最高，较对照组分别显著提高了3.75%和3.27%(P < 0.05)，较Ⅱ组分别显著提高了7.14%和6.68%(P < 0.05)。Ⅱ组的DMI和产奶量显著低于对照组(P < 0.05)。
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表 3 燕麦干草和苜蓿干草不同比例对奶牛生产性能和乳品质的影响 Table 3 Effects of different proportion of oat hay and alfalfa hay on performance and milk quality of dairy cows (n=20) |
由表 3可以看出，各组之间乳糖、乳固形物、乳真蛋白、MUN、乳钙和乳磷含量无显著差异(P>0.05)。Ⅰ组的乳脂率较对照组和Ⅱ组分别显著提高了22.82%和13.61%(P < 0.05)，Ⅱ组较对照组显著提高了8.10%(P < 0.05)。Ⅱ组的乳蛋白含量显著低于对照组和Ⅰ组(P < 0.05)，Ⅰ组和对照组之间差异不显著(P>0.05)。Ⅰ组和Ⅱ组的SCC显著低于对照组(P < 0.05)，Ⅱ组显著低于Ⅰ组(P < 0.05)。
2.3 燕麦干草和苜蓿干草不同比例对奶牛营养物质表观消化率和氮代谢的影响由图 1可以看出，与对照组相比，Ⅰ组的DM和CP表观消化率分别显著提高了6.54%和3.82%(P < 0.05)，Ⅱ组分别显著提高了4.85%和2.69%(P < 0.05)，但Ⅰ组和Ⅱ组之间无显著差异(P>0.05)。与对照组相比，Ⅰ组的NDF表观消化率显著提高了9.51%(P < 0.05)，Ⅱ组与对照组和Ⅰ组之间差异不显著(P>0.05)。各组之间OM、EE、钙、磷表观消化率均差异不显著(P>0.05)。
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数据柱标注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)。下图同。 Value columns with the same small letters or no letters mean no significant difference (P > 0.05), while with different small letters mean significant difference (P < 0.05). The same as below. 图 1 燕麦和苜蓿干草不同比例对奶牛营养物质表观消化率的影响 Fig. 1 Effects of different proportion of oat hay and alfalfa hay on nutrient apparent digestibility of dairy cows (n=4) |
由图 2可以看出，Ⅰ组和Ⅱ组的氮摄入量和粪氮含量显著低于对照组(P < 0.05)，Ⅱ组显著低于Ⅰ组(P < 0.05)。Ⅰ组的氮利用率(NUE)最高，Ⅱ组次之，Ⅰ组和Ⅱ组显著高于对照组(P < 0.05)。
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图 2 燕麦和苜蓿干草不同比例对奶牛氮代谢的影响 Fig. 2 Effects of different proportion of oat hay and alfalfa hay on nitrogen metabolize of dairy cows (n=4) |
由图 3可以看出，各组之间血清TP、ALB、GLU、CO2CP、Cre含量及AST/ALT均无显著差异(P>0.05)。与对照组相比，Ⅰ组和Ⅱ组的血清ALT活性和UN含量显著降低(P < 0.05)，Ⅰ组和Ⅱ组之间差异不显著(P>0.05)。对照组的血清AST活性和TC含量显著高于Ⅱ组(P < 0.05)，与Ⅰ组差异不显著(P>0.05)。
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图 3 燕麦干草和苜蓿干草不同比例对奶牛血清生化指标的影响 Fig. 3 Effects of different proportion of oat hay and alfalfa hay on serum biochemical indexes of dairy cows (n=4) |
由表 4可以看出，各组之间DM、CP、NDF和ADF瘤胃降解参数均无显著差异(P>0.05)，但随着燕麦干草替代比例的增加，CP的快速降解部分逐渐增加，而慢速降解部分及慢速降解部分的降解速率逐渐减少；NDF的快速降解部分呈下降趋势，慢速降解部分呈上升趋势；ADF无论是快速降解部分还是慢速降解部分均有所增加。此外，Ⅰ组和Ⅱ组的DM有效降解率较对照组分别提高了8.56%和6.32%，CP有效降解率则较对照组分别降低了0.99%和9.44%；NDF和ADF有效降解率均表现为Ⅰ组>对照组>Ⅱ组。
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表 4 燕麦干草和苜蓿干草不同比例对奶牛瘤胃降解参数的影响 Table 4 Effects of different proportion of oat hay and alfalfa hay on rumen degradation parameters of dairy cows(n=6) |
由表 5可以看出，与单纯添加苜蓿干草(对照组)相比，燕麦干草和苜蓿干草的比例为1 ∶ 3时(Ⅰ组)，饲料成本、牛奶收入和纯收入分别增加了2.15、3.43和1.28元/(头·d)；燕麦干草和苜蓿干草的比例为1 ∶ 1时(Ⅱ组)，饲料成本、牛奶收入和纯收入较单纯添加苜蓿干草分别减少了2.39、3.36和0.97元/(头·d)。
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表 5 燕麦和苜蓿干草不同比例对奶牛经济效益的影响 Table 5 Effects of different proportion of oat hay and alfalfa hay on economic benefits of dairy cows |
牧草纤维水平的高低会影响奶牛的瘤胃填充，适口性的好坏会影响奶牛的采食欲望，因此，饲料的纤维水平和适口性是预测奶牛DMI的重要指标[20]。有研究指出，当饲喂纤维含量较高的饲粮时，奶牛瘤胃中会滞留过多的食糜，增加奶牛的饱腹感[21]，且纤维含量过高也会降低饲粮的适口性，从而导致其采食量降低。本研究中，燕麦干草和苜蓿干草以1 ∶ 1比例组合时，奶牛的DMI显著低于单独添加苜蓿干草的对照组，可能与饲粮中燕麦干草比例过高，即纤维水平较高有关。奶牛的产奶量由采食量驱动，故奶牛DMI的降低是限制牛奶生产的最主要的因素[22]，其次饲粮中的CP含量也会影响产奶量[23]。本试验也得出相同的结论，即Ⅱ组的DMI和产奶量均显著低于对照组。相反，虽然Ⅰ组纤维水平高于对照组，但其DMI和产奶量却最高，可能是燕麦干草和苜蓿干草以1 ∶ 3比例组合时产生了良好的正组合效应，能够加速食糜在奶牛瘤胃中的消化降解[23]，使奶牛的营养得到改善，抵消了饲粮中较高纤维水平带来的负面影响。
本研究中，因为燕麦干草和苜蓿干草比例为1 ∶ 3时显著提高了奶牛的DMI，而导致饲料成本高于对照组和Ⅱ组。但Ⅰ组的纯收入并未受到高饲料成本的影响，依然为3组中最高，可能是燕麦干草和苜蓿干草比例为1 ∶ 3时显著提高了奶牛的产奶量，进而提高了牛奶收入而导致的。
3.2 燕麦干草和苜蓿干草不同比例对乳品质的影响改变粗饲料中的NDF水平是调控瘤胃酸碱平衡的主要营养措施之一，而乳脂率又是快速判断瘤胃发酵情况的指标之一[24]。向承西等[22]指出，奶牛饲喂高水平的物理有效中性洗涤纤维饲粮后，其瘤胃中乙酸和丙酸含量会升高，造成乳脂率显著高于饲喂低水平的物理有效中性洗涤纤维饲粮组。因此，本研究中Ⅰ组和Ⅱ组的乳脂率均显著高于对照组，最可能的原因就是饲粮中NDF利用率的提高和瘤胃发酵模式的改变[25]。Ⅱ组的饲粮NDF水平高于Ⅰ组，但乳脂率显著低于Ⅰ组，可能与2组中燕麦干草和苜蓿干草不同比例所产生的组合效应有关，说明燕麦干草和苜蓿干草以1 ∶ 3比例组合时形成了优势互补，可以使纤维在瘤胃内拥有更高的消化利用率，带动参与乳脂合成的乙酸含量提高，产生了正组合效应。苜蓿干草的CP含量是燕麦干草的2.6倍，随着燕麦干草替代比例的增加，饲粮中的氮含量降低，这可能是导致Ⅱ组乳蛋白率较对照组显著降低的主要原因。SCC可以反映出奶牛乳房的健康状况，是评价鲜奶质量的重要指标，即SCC越低，则牛奶质量就越高[26]。本试验中，Ⅰ组和Ⅱ组的SCC均显著低于对照组，表明饲粮中添加燕麦干草对奶牛的机体健康特别是乳腺健康有积极作用。
3.3 燕麦干草和苜蓿干草不同比例对奶牛营养物质表观消化率和氮代谢的影响与苜蓿干草相比，燕麦干草中较高的纤维水平可以增强瘤胃蠕动，并增加瘤胃通过率，同时较多的NDF还可以为粗饲料在瘤胃中发酵提供底物和能量[27]，从而使其拥有较好的消化吸收效果。有研究指出，将燕麦干草和苜蓿干草(30 ∶ 70)混合后饲喂山羊，其各营养物质表观消化率均显著提高[28]。同时，用燕麦干草替代部分苜蓿干草饲喂荷斯坦犊牛后，CP表观消化率比单独饲喂苜蓿干草时显著提高[27]。上述结论与本研究结果相符。此外，Ⅰ组的各营养物质表观消化率均高于Ⅱ组，可能与燕麦干草和苜蓿干草的比例为1 ∶ 3时产生的正组合效应有关。苜蓿干草中的CP含量高于燕麦干草，导致了奶牛的氮摄入量和粪氮含量随燕麦干草比例的增加而降低。而Ⅰ组和Ⅱ组中的NUE较对照组高，可能与燕麦干草中富含可溶性碳水化合物，可促进瘤胃微生物蛋白质的合成有关[29]。
3.4 燕麦干草和苜蓿干草不同比例对奶牛血清生化指标的影响奶牛血液中的TP、ALB、GLU是判断动物机体能量代谢的指标[30]；Cre可以监测动物的肾功能；CO2CP是衡量动物酸中毒的重要指标[31]。本研究中，不管是单独饲喂苜蓿干草还是燕麦干草和苜蓿干草以不同比例混合饲喂，对TP、ALB、GLU、Cre和CO2CP含量影响不大，说明用燕麦干草替代部分苜蓿干草饲喂奶牛的方法在生产中是可行的。UN是评价泌乳牛饲粮的氮代谢情况的重要指标[32]。本研究中，Ⅰ组和Ⅱ组的血清UN含量显著低于对照组，说明燕麦干草和苜蓿干草混合饲喂有利于氮的沉积及氮利用效率的提高[33-34]，进而减轻奶牛肝脏的代谢压力。ALT和AST是监测肝细胞等组织细胞损害的重要标志。Ⅰ组和Ⅱ组的血清ALT和AST活性均低于对照组，说明饲粮中添加燕麦干草可减轻肝损伤。血清TC含量随燕麦干草比例的增加而降低，可能是燕麦干草中富含β-葡聚糖所致[35]。由此我们推测，燕麦干草可能对奶牛的肝脏有益，能在一定程度上降低奶牛肝脏的代谢压力和减少奶牛代谢障碍疾病的发生，延长奶牛的使用寿命。
3.5 燕麦干草和苜蓿干草不同比例对奶牛瘤胃降解参数的影响DM有效降解率是反映DMI及饲料消化利用率的重要指标[36]。粗饲料DM有效降解率的提高，会带动奶牛DMI的提高，间接地促进奶牛对各种营养物质的吸收[37]。本试验中，燕麦干草和苜蓿干草比例为1 ∶ 3时，DM有效降解率和DMI均高于其他2组，进一步证明了该比例混合饲喂时更容易被消化。奶牛的CP瘤胃降解率受到粗饲料的CP含量以及其细胞壁纤维组成的影响[38]，本研究中，对照组的CP有效降解率高于Ⅰ组和Ⅱ组，可能是因为与燕麦干草相比，苜蓿干草拥有更高的CP和更低的粗纤维，从而使得苜蓿干草在奶牛瘤胃中更容易被降解[39]。有研究指出，牧草纤维中含有的木质素、纤维素与半纤维素之间通过化学键紧密相连，瘤胃微生物在降解纤维素与半纤维素之前必须先破坏掉其与木质素之间的化学键[40]，所以，木质素是限制奶牛瘤胃微生物消化降解的重要因素。本研究中，对照组的NDF和ADF有效降解率高于Ⅱ组，可能是因为与苜蓿相比，燕麦干草粗纤维中含有更少的木质素[41]。但Ⅰ组的NDF和ADF有效降解率最高，可能是由于燕麦干草和苜蓿干草比例为1 ∶ 3时产生了正组合效应，二者在瘤胃内共同降解后生成大量纤维分解菌生长所需的异丁酸、戊酸以及氨基酸等，改善了瘤胃内环境的生理参数，从而促进瘤胃内纤维分解菌的大量增殖，提高了降解纤维素、半纤维素的酶的数量与活性，改善了饲料在瘤胃内的降解效率[9]，逆转了燕麦干草中较多的木质素对NDF和ADF降解的抑制作用。
4 结论综上所述，燕麦干草和苜蓿干草以1 ∶ 3比例组合饲喂奶牛的效果较好，能提高其生产性能和营养物质表观消化率，改善乳品质，增加收益。
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