棉秆营养价值研究及其对绵羊营养物质消化代谢、生长和羊肉安全性的影响

张国庆 雒秋江 臧长江 李凤鸣 张积荣

(1.新疆农业大学动物营养实验室，乌鲁木齐 830052；2.伊犁职业技术学院，伊宁 835000)

中国棉花种植面积较大，但是将棉花秸秆作为粗饲料的研究不多。新疆是我国棉花种植的主要地区，2017年棉花播种面积约193万hm2，占全国比重超过60%。棉花收获后，将棉花地作为冬季放牧场所十分常见，资源量十分巨大。近年来，随着牛羊饲养规模的不断扩大，粗饲料缺乏问题已经日益凸显，尤其是南疆地区。目前，棉秆的饲料化利用已受到各方面的关注。国外棉花秸秆作为粗饲料的研究未见报道。国内关于棉秆作为牛羊饲料的研究也并不多。许国英等[1]曾报道了棉秆不同部位的概略养分含量，研究认为棉秆在其主要营养方面也是比较丰富的，可作为纤维饲料应用。魏敏等[2]曾进行了绵羊棉秆饲粮消化代谢的试验，试验结果表明，粉碎棉秆作为粗饲料可被绵羊采食和利用。方雷等[3]研究棉秆饲粮对绵羊消化代谢的影响，结果表明，粉碎棉秆作为绵羊饲料，其营养价值仅次于玉米秸秆，优于小麦秸和稻草。棉秆饲料化相关报道认为棉秆资源可以作为牛羊饲料加以利用[4-10]。然而，现有的报道均未做系统性的研究，棉秆作为绵羊粗饲料研究的数据仍然缺乏。本文系统地研究了棉秆各部位(叶、枝、杆等)占整个植株的比例和营养价值；并通过绵羊活体的消化代谢试验研究棉秆的消化率，以玉米秸秆饲粮为对照，研究饲喂棉秆饲粮对绵羊自由采食量、消化代谢、体增重、屠宰性能和羊肉安全性等的影响，以期对棉秆及棉秆饲粮的饲用性进行科学、客观评价。

1 材料与方法

1.1 试验设计与试验动物

本研究共分4个试验：试验1为棉秆测定试验，试验2、3为消化代谢试验，试验4为饲养试验。

试验1将棉秆分成全株、粗茎、细枝、叶、棉桃壳等部位，测定各部位所占整个植株的比例和概略养分含量，以对棉秆的营养价值进行初步评定。

试验2选取6只约2岁、体重(48.50±1.50) kg空怀小尾寒羊母羊，采用自身对照设计，在限饲条件下进行2期消化代谢试验。试验中给予绵羊相同混合精料，在此基础上分别饲喂400 g棉秆(饲粮1)或800 g棉秆(饲粮2)，测定各组绵羊对棉秆干物质、有机物、粗蛋白质等的表观消化率，并采用差数法估算棉秆表观消化率，计算方法为2个饲粮组之间消化量的差值除以2个饲粮组之间的采食量的差值，再乘以100[11]，计算公式为：

棉秆表观消化率(%)=[(饲粮2消化量-饲粮1消化量)/(饲粮2采食量-饲粮1采食量)]×100。

试验3选取6只约2岁、体重(52.60±2.20) kg空怀小尾寒羊母羊，采用自身对照设计，在自由采食条件下以玉米秸秆(70%)饲粮(饲粮3)为对照，研究绵羊对棉秆(70%)饲粮(饲粮4)的消化代谢，以评价棉秆饲粮的营养价值。

试验4选取6月龄、体重(29.20±0.80) kg的小尾寒羊公羔12只，根据体重分为2组(n=6)，在自由采食的条件下，玉米秸秆(60%)饲粮(饲粮5)为对照组，棉秆(60%)饲粮(饲粮6)为试验组，连续饲喂120 d，以比较2种饲粮对绵羊屠宰性能的影响；测定棉秆饲粮组绵羊组织样中游离棉酚和主要农药残留含量。

以上6种饲粮的组成、营养水平和饲喂方式见表1。饲喂的棉秆按2.00 g/kg加入七水硫酸亚铁。

表1 饲粮组成、营养水平和饲喂方式(干物质基础)Table 1 Composition, nutrient levels and feeding model of diets (DM basis) %

续表1项目 Items试验2 Experiment 2饲粮1Diet 1饲粮2Diet 2试验3 Experiment 3饲粮3Diet 3饲粮4Diet 4试验4 Experiment 4饲粮5Diet 5饲粮6Diet 6磷酸氢钙 CaHPO40.570.370.350.350.600.60粗盐 Crude salt0.400.400.400.400.400.40微量元素及维生素添加剂Trace elements and vitamin additive1)0.050.050.050.050.050.05合计 Total 100.00100.00100.00100.00100.00100.00营养水平 Nutrient levels2)有机物 Organic matter88.5088.3089.7090.9090.5093.30粗蛋白质 Crude protein12.9010.7010.5014.9012.1016.40纤维素 Cellulose28.4034.3025.5029.4022.8026.20半纤维素 Hemicellulose16.1016.5027.1016.4024.4016.10木质素 Lignin6.908.403.506.803.206.60钙 Ca0.900.800.920.851.020.95磷 P0.240.190.180.230.270.29总能 Gross energy/(MJ/kg)24.2023.9023.4024.2023.9024.20

1)微量元素及维生素添加剂为每千克饲粮提供 The trace elements and vitamin additive provided the following per kg of diets: Co (as cobalt chloride) 0.2 mg, Cu (as copper ) 11 mg, Fe (as ferrous-sulfate) 50 mg, I (as potassium iodide) 0.8 mg, Se (as sodium selenite) 0.8 mg, Zn (as zinc sulfate) 35 mg, VA 2 500 IU,VD 500 IU。
2)营养水平为实测值。Nutrient levels were measured values.

羊只均单栏饲养，每天10:00和18:00各饲喂1次。饲喂时先精后粗，每次混合精料和棉秆的喂量均为当天总量的1/2。自由饮水。

1.2 样品的收集、处理与保存

1.2.1 消化代谢试验

在消化代谢试验期将羊只置于代谢笼内，预试期14 d，正试期8 d(收集粪尿等)，每期共22 d。

在正试期采用全收粪法连续收集粪、尿样8 d，于每天09:00分别收集每只试验羊的全部粪、尿。按每只羊当天粪重的10%收取粪样，于干燥通风处阴干，每期试验结束后，将同一只羊所有粪样混合均匀，风干称重，常温保存，测定前将约100 g样品粉碎，全部过40目筛，密封保存。尿样称重后用纱布过滤，称重取10%倒入已编号的600 mL塑料瓶中(第1次盛样时一次性加入2 mL 1∶1盐酸，即1体积浓盐酸加入1体积的去离子水中，浓度约为6 mol/L)，于4 ℃密封保存。在正试期每天09:00分别收集各羊的全部剩料，准确称重记录，阴干常温保存。

在试验各期的正试期前1天开始，连续8 d每天采集混合精料100 g、粉碎棉秆或玉米秸秆250 g，称重后阴干，按四分法取样密封保存。将风干的饲粮、剩料粉碎过40目筛，密封保存。记录每只羊每天的采食量。

1.2.2 屠宰试验

将试验羊禁食24 h、禁水12 h，称体重后采用大抹脖法屠宰动物。将胴体静止30 min后称重，室温下将胴体分割为肩背部、臀部、颈部、胸部、腹部、前腿和后小腿。将上述部位的肉与骨分离，分离时要剔净，不要损伤骨膜，分别称取各部位骨、瘦肉和肥肉的重量。

在屠宰试验中同时采集2组绵羊的肌肉、心脏、肝脏、肾脏和睾丸组织样，将采集鲜样破碎并测定其游离棉酚和主要农药残留含量。其中，主要农药残留及其检出限见表2。

1.3 样品测定

饲料原料、尿、粪和剩料样品中的干物质、有机物、粗蛋白质、纤维素、半纤维素、木质素、能量和磷含量采用常规饲料分析方法[13]测定。

纤维素含量(%)=酸性洗涤纤维(ADF)值-72%硫酸处理后残渣值；半纤维素含量(%)=中性洗涤纤维(NDF)值-ADF值；木质素含量(%)=72%硫酸处理后残渣值-灰化残渣值。

钙含量采用邻甲酚酞比色法测定[14]。

棉秆样中游离棉酚含量按照SN 0535—1996方法[15]测定；试验羊组织样中游离棉酚含量按照GB 5009.148—2014方法[16]测定。试验羊组织样中农残测定项目为噻虫嗪、吡虫啉、阿维菌素、硫丹、毒死蜱、丙溴磷和矮壮素，农残测定按照GB/T 20772—2008液相色谱-串联质谱法[17]、SN/T 1873—2007气相色谱-串联质谱法(硫丹)[18]、SN/T 1973—2007液相色谱-串联质谱法(阿维菌素)[19]和液相色谱-串联质谱法(矮壮素)[12]测定。

表2 主要农药残留及其检出限Table 2 Main pesticide residues and their detection limit

1.4 统计分析

数据均以平均值±标准差表示，使用SPSS 17.0软件进行独立样本t检验。试验1中棉秆各部分养分含量平均值之间采用多重比较。P>0.05为差异不显著，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

2 结 果

2.1 棉秆不同部位比例及概略养分

如表3所示，棉秆中粗茎比例为31.48%，细枝比例为10.99%，叶比例为17.12%，棉桃壳比例为40.41%。

表3 棉秆粗茎、细枝、叶、棉桃壳的重量和比例(不含根部)(干物质基础)Table 3 Weight and ratio of main stem, branches, leaves and cotton boll shell in the cotton stalk (roots not included) (DM basis，n=120)

样品来源：新疆呼图壁种牛场。
Sample source:Hutubicow breeding farm inXinjiang.

如表4所示，棉秆全株的有机物、粗蛋白质、纤维素、半纤维素和木质素含量分别为90.03%、6.41%、34.76%、15.58%和10.29%。

2.2 绵羊对棉秆的消化性

如表5所示，绵羊对饲粮2棉秆干物质、有机物的采食量较饲粮1分别增加56.29%(P<0.01)和56.16%(P<0.01)；绵羊对饲粮2棉秆干物质、有机物的消化量较饲粮1分别增加37.58%(P<0.01)、36.04%(P<0.01)。

用差数法计算棉秆表观消化率，绵羊对棉秆纤维素、半纤维素和钙有较好的消化性，表观消化率均在57%以上，对干物质、有机物、总量和磷的表观消化率也较高，均在38%以上。棉秆的消化能为10.28 MJ/kg DM(棉杆总能表观消化率×总能)。

表4 棉秆和玉米秸秆全株(不含根部)及棉秆各部分概略养分含量(干物质基础)Table 4 Contents of approximate nutrients in whole cotton stalk， whole corn stalk(roots not included), and the parts of cotton stalk (DM basis, n=4)1)

同行数据肩标无字母或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)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下表同。
In the same row, values with no letter or the same small letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05), and with different capital letter superscripts mean significant difference (P<0.01). The same as below.
1)棉秆品种为“新陆早50”，拾花结束后收割；玉米秸秆品种为“335”，收获玉米后收割。Cotton stalk variety is “XinLu-Zao 50”, collected after pick up cotton. Corn stalk variety is “335”, collected after corn harvesting.
2)玉米秸秆全株数据仅与棉秆全株数据进行比较(x,y和X,Y标注显著性)。The data of the whole corn stalk only compared with those of the whole cotton stalk (x, y and X, Y mean significant difference).

2.3 绵羊对棉秆饲粮的消化代谢

如表6所示，棉秆饲粮组和玉米秸秆饲粮组的绵羊自由采食量无显著差异(P>0.05)。

如表7所示，绵羊对棉秆饲粮干物质、有机物、粗蛋白质、纤维素、半纤维素和能量的表观消化率分别比玉米秸秆饲粮低4.94%(P>0.05)、5.30%(P<0.05)、3.46%(P>0.05)、10.04%(P<0.05)、9.58%(P>0.05)和13.63%(P<0.01)，棉秆饲粮的表观消化率，特别是纤维素类物质和能量的消化率低于玉米秸秆饲粮。

如表7所示，绵羊对棉秆饲粮半纤维素、能量的消化量分别比玉米秸秆饲粮低22.80%(P<0.01)、14.38%(P<0.01)，干物质、有机物消化量趋于减少，但是钙和磷的消化量极显著增加(P<0.01)，纤维素、粗蛋白质的消化量呈现增加趋势(P>0.05)。

表5 绵羊对棉秆的消化性Table 5 Digestibility of sheep on cotton stalk (n=6)

表6 绵羊对棉秆和玉米秸秆饲粮(70%)的自由采食量(干物质基础)Table 6 Free intake of cotton stalk diet and corn stalk diet (70%) of sheep (DM basis, n=6) g/d

表7 绵羊对棉秆和玉米秸秆饲粮(70%)的消化性Table 7 Digestibility of cotton stalk diet and corn stalk diets (70%) of sheep (n=6)

续表7项目 Items饲粮3 (玉米秸秆) Diet 3 (corn stalk) 饲粮4 (棉秆) Diet 4 (cotton stalk)钙 Calcuim32.61±2.95A68.52±5.04B磷 Phosphorus29.70±2.37A46.94±3.97B消化量 Digested amount干物质 Dry matter/(g/d)813.92±65.22781.37±54.18有机物 Organic matter/(g/d)700.45±58.64665.98±51.88粗蛋白质 Crude protein/(g/d)95.68±8.25102.14±8.38纤维素 Cellulose/(g/d)258.19±13.51265.48±14.85半纤维素 Hemicellulose/(g/d)178.89±9.75B138.08±7.50A木质素 Lignin/(g/d)0.92±0.251.25±0.34钙 Calcuim/(g/d)5.45±0.04A12.30±1.15B磷 Phosphorus/(g/d)0.75±0.01A1.61±0.04B能量 Energy/(MJ/d)24.62±5.37B 21.08±2.63A

如表8所示，与玉米秸秆饲粮相比，饲喂棉秆饲粮时，绵羊的食入氮增加14.24%(P<0.01)，而粪氮和尿氮分别增加9.74%(P<0.05)和减少17.19%(P<0.01)，棉秆饲粮更有益于绵羊的氮营养，从而使氮沉积量和沉积率分别提高47.89%(P<0.01)和29.52%(P<0.01)。

与玉米秸秆饲粮相比，饲喂棉秆饲粮时绵羊的钙沉积量和沉积率分别提高82.90%(P<0.01)和70.31%(P<0.01)；磷沉积量和沉积率分别增加61.18%(P<0.01)和31.81%(P<0.01)。

表8 饲喂棉秆和玉米秸秆饲粮(70%)绵羊的氮、钙和磷代谢Table 8 Metabolism of nitrogen, calcium and phosphorous of sheep fed cotton stalk diet and corn stalk diet (70%) (n=6)

2.4 饲喂棉秆饲粮对绵羊生长和屠宰性能的影响

如表9所示，饲喂棉秆饲粮绵羊的自由采食量比饲喂玉米秸秆饲粮的低6.5% (P>0.05)。但是2组间的120 d平均日增重无显著差异(P>0.05)。

表9 饲喂棉秆饲粮和玉米秸秆饲粮(60%)120 d绵羊的平均日增重Table 9 Average daily weight gain of sheep fed cotton stalk diet and corn stalk diet (60%) in 120 d (n=6)

如表10所示，饲喂棉秆饲粮和玉米秸秆饲粮绵羊的活体重、胴体重、屠宰率、胴体瘦肉重无显著差异(P>0.05)。但是棉秆饲粮组肥肉重极显著低于玉米秸秆饲粮组(P<0.01)；胴体骨重极显著高于玉米秸秆饲粮组(P<0.01)。

表10 饲喂棉秆饲粮和玉米秸秆饲粮(60%)绵羊的屠宰性能Table 10 Slaughter performance of sheep fed cotton stalk diet and corn stalk diet (60%) (n=6)

2.5 饲喂棉秆饲粮对绵羊组织样中游离棉酚和农药残留含量的影响

棉秆饲粮组绵羊的肌肉、心脏、肝脏、肾脏和睾丸组织样中游离棉酚以及主要农药残留含量均未检出。

3 讨 论

3.1 棉秆的消化特点

棉秆一直被认为是木质素含量高、概略养分低、可消化性差的粗饲料，但是缺乏客观的科研数据支撑。本试验研究表明，与玉米秸秆比较，棉秆木质素含量较高，半纤维素含量较低，但粗蛋白质、纤维素、钙、磷和总能含量与玉米秸秆相当。这与人们一贯的看法有着较大差距。

关于棉秆消化率，在动物试验上的研究甚少。尼龙袋法和体外产气技术试验结果显示，棉秆的干物质有效降解率为33.30%[20]，而本研究结果显示，采用差数法测得的棉秆干物质表观消化率为38.24%，较尼龙袋法和体外产气技术试验高14.83%。产生这种差异的原因可能与绵羊瘤胃中丰富、有效的纤维降解菌有关，而尼龙袋法中发酵物与瘤胃液的直接接触受阻，体外法发酵的环境无法与瘤胃内部环境达到完全一致；其次本试验所饲喂的棉秆其叶、棉桃壳、棉细枝等留存较完好，其有效利用部分较多，相对而言木质素含量较低，使干物质的有效消化率提高。魏敏等[20]采用尼龙袋法研究新疆奎屯地区整株棉秆养分消化情况，推算棉秆消化能为6.38 MJ/kg DM；方雷等[21]绵羊活体试验结果显示，绵羊对粉碎棉秆消化能的范围是6.57～7.66 MJ/kg DM。本试验采用差数法测得棉秆的消化能为10.28 MJ/kg。由于棉花品种多，南北疆棉花收获时间不一致，因此，导致棉秆纤维化程度不一，木质素含量差别较大，适时收获更有益于棉秆作为绵羊的粗饲料利用。本试验的结果显示，绵羊对棉秆粗蛋白质的表观消化率仅为1.58%，所以能被利用的粗蛋白质极低。这与棉秆粗纤维，特别是木质素含量高有关，纤维素和木质素对氮(包括内源氮)有吸附作用，阻碍了绵羊对粗蛋白质的利用。因此，在实际生产中建议将棉秆为主要粗饲料的饲粮氮含量以0计为宜。

本试验绵羊对棉秆有机物、纤维素、半纤维素、钙、磷的表观消化率分别为38.24%、60.50%、58.13%、57.76%和45.00%，表明绵羊能够较好地消化棉秆中纤维素、半纤维素、钙和磷，而有机物消化率较低主要与棉秆纤维化程度有关，由于木质素含量高且不被消化造成粗蛋白质消化率低；另外，随着棉秆采食量的增加，绵羊干物质、有机物、粗蛋白质、钙、磷的表观消化率显著降低，但是对纤维素、半纤维素的表观消化率无显著性影响。棉秆中木质素含量直接影响其消化，魏敏等[20]、方雷等[21]测定的棉秆木质素含量分别为15.30%和17.10%，而本试验则为10.29%，与上述结果有差异，可能与棉花品种、发酵方式及棉秆整株营养价值有关。

综上所述，棉秆具有一定的营养价值，可以作为牛羊粗饲料加以利用。

3.2 棉秆饲粮的营养价值

哈丽代·热合木江等[22]研究粉碎或颗粒化棉秆饲喂绵羊对增重的影响，结果显示，棉秆饲粮可提高绵羊育肥效益，且棉秆颗粒化组高于粉碎组，说明棉秆作为绵羊肥育用粗饲料具有较好的营养价值。本研究的结果表明，玉米秸秆饲粮组和棉秆饲粮组间的绵羊自由采食量无显著差异；平均日增重和屠宰性能除肥肉重和胴体骨重外，其他指标均无显著差异。而肥肉减少和骨重增加与棉秆消化能较低、钙磷较多的特点相吻合。从生产角度看，棉秆饲粮的能量供应略少，钙磷的营养略好。总体来看，饲喂棉秆饲粮和玉米秸秆饲粮的效果几乎相同，表明棉秆饲粮的营养价值与玉米秸秆饲粮相当。

众所周知，实现反刍动物对粗饲料的最佳利用效果，可以通过适宜的营养补添，并且优化瘤胃环境。而通过物理和化学方法在内的粗饲料加工对其营养品质改善有限。营养补添是开发粗饲料营养潜力的根本途径[23]。相关研究均认为，在实际生产中，通过适宜的营养补添来调控微生物区系的生长，以达到提高动物对粗饲料利用效率的目的[24-26]。因此，本研究后期试验将通过添喂棉秆专用营养添加剂并加以科学处理来进一步提高棉秆的利用性。

4 结 论

在本试验可以得出以下结论：

① 棉秆中棉桃壳、细枝和叶3部位比例之和约70%，可采食、可利用部分资源量较大。

② 从木质化程度看，棉秆不同部位的营养价值依次为叶>棉桃壳>细枝>粗茎。

③ 棉秆的木质素含量较高，粗蛋白质表观消化率极低，较玉米秸秆能量低、钙磷营养高。

④ 饲喂棉秆饲粮与玉米秸秆饲粮绵羊间的自由采食量和粗蛋白质消化率均无显著差异。

⑤ 饲喂棉秆饲粮与玉米秸秆饲粮对绵羊增重、屠宰性能的影响无显著差异，二者的饲喂效果相当。

⑥ 饲喂棉秆饲粮的绵羊组织样未检出游离棉酚及主要农药残留，食品安全性未受到影响。