西藏作物秸秆营养成分及体外发酵特性比较研究

鲍宇红 李锦扬 普布卓玛 罗 增 参木友

(1.西藏自治区农牧科学院, 省部共建青稞和牦牛种质资源与遗传改良国家重点实验室，拉萨 850000；2.西藏自治区农牧科学院草业科学研究所，拉萨 850000；3.南京农业大学草业学院饲草调制加工与贮藏研究所，南京 210095)

畜牧业是西藏地区经济发展的支柱产业，但由于特殊的地理位置和生态条件，积温不足限制了作物生长，导致该区饲草资源严重缺乏，因此开发粗饲料资源显得尤为重要。每年西藏自治区约有70万t农作物秸秆[1]，若将此丰富的秸秆资源饲料化，不仅可有效缓解西藏畜牧业饲草短缺的难题，而且也对维持青藏高原生态稳定和促进该区经济发展具有重要意义。近年来学者们基于秸秆饲料化，对西藏地区不同种类作物秸秆分别进行了研究，原现军等[2]为了提高青稞秸秆的利用效率，将青稞秸秆与高羊茅混合青贮。赵庆杰等[3]将青稞秸秆和多年生黑麦草混合青贮，并添加糖蜜和乳酸菌以提高青贮发酵品质。李君风等[4]将燕麦与紫花苜蓿混合，并通过添加剂获得了优质青贮饲料。巴桑珠扎等[1]比较了西藏地区5种常见的作物秸秆(豌豆秸秆、玉米秸秆、青稞秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆)的营养价值和体外发酵特性。秦彧等[5]分析了日喀则和山南地区家畜主要粗饲料作物秸秆、精饲料作物籽粒，以及天然草地、栽培牧草的营养成分及其营养类型。但未见关于西藏地区主要农牧区秸秆资源的调查和营养价值系统评定。青藏高原不同海拔梯度牧草营养含量呈规律性变化，如随着海拔的升高，牧草蛋白质、脂肪及可溶性糖等营养物质含量升高。徐世晓等[6]研究发现，青藏高原禾本科牧草体外消化率与其生长的海拔高度之间存在明显的正相关关系，随着海拔的升高，牧草体外瘤胃液培养后的体外消化率也随之增加。但西藏各地区秸秆营养价值间是否存在差异，尚无相关报道。为此，本试验采集了西藏5个地区17种秸秆样品，对其进行营养成分和体外发酵特性分析，以期为不同地区草食家畜合理利用作物秸秆资源提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2019年11—12月，在拉萨市曲水县、日喀则市白朗县、山南市隆子县、那曲市色尼区、林芝市工布江达县和林芝市鲁朗县的农户家中，采集其收贮于草料库中，用于冬季喂牛的箭筈豌豆、黑豌豆、草木樨、紫花苜蓿和雪莎5种豆科秸秆样品和玉米、青稞、油菜、小麦和燕麦等12种禾本科秸秆样品，每种秸秆样品3个重复。样品带回实验室后在65 ℃下烘干至恒重，测定干物质(DM)含量，各样品粉碎过0.45 mm筛，装至自封袋排除空气后室温下保存待测。

1.2 营养成分测定

粗蛋白质(crude protein,CP)含量采用凯氏微量定氮法测定；粗脂肪(ether extract,EE)含量采用索氏提取法测定；粗灰分(Ash)含量采用马福炉灰化法测定；中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)和酸性洗涤木质素(acid detergent fiber,ADL)含量采用Van Soest等[7]报道的纤维分析法测定；钙(Ca)和磷(P)含量依据《饲料分析及饲料质量检测技术》[8]测定。

1.3 体外发酵特性分析

采用Menke等[9]报道的体外产气法进行体外发酵特性评定，按照Menke等[10]提供的方法配制厌氧缓冲液。在牦牛集中屠宰时，采集牛瘤胃内容物，用8层纱布过滤，滤液等体积混合后装入事先充满二氧化碳(CO2)并预热到39.5 ℃的保温瓶中，迅速带回实验室，与事先在39.5 ℃恒温水浴锅中预热的厌氧缓冲液混合，并持续通入CO2。称取0.5 g粉碎的作物秸秆于特制玻璃针管，并注入50 mL瘤胃混合液，每隔2 h读取产气量，发酵48 h后取发酵液，参考巴桑珠扎等[1]的方法测定瘤胃液pH及挥发性脂肪酸(VFA)和氨态氮(NH3-N)含量。

1.4 数据统计

试验数据首先由Excel 2007软件进行整理，之后采用SAS 9.2软件对试验数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，并用Turkey法对平均值进行多重比较，P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 西藏不同地区禾本科和豆科秸秆营养成分分析

如表1所示，除DM和Ca含量外，各地区间豆科秸秆CP、Ash、EE、NDF、ADF、ADL和P含量均存在显著差异(P<0.05)。各地区豆科秸秆DM含量均为90.8%以上，豆科秸秆CP含量分布在10.3%～24.6%，其中山南紫花苜蓿秸秆CP含量最高，达到24.6%，显著高于其他秸秆(P<0.05)。5种豆科秸秆中，雪莎秸秆Ash含量最高，其次为箭筈豌豆秸秆。黑豌豆和雪莎秸秆EE含量显著高于其他3种豆科秸秆(P<0.05)。箭筈豌豆秸秆NDF、ADF和ADL含量最高，而黑豌豆秸秆ADF含量最低。紫花苜蓿秸秆P含量最高，而雪莎秸秆P含量最低。

表1 西藏不同地区5种豆科秸秆营养成分分析Table 1 Analysis of nutrient compositions of 5 legume straws from different locations in Tibet

如表2所示，除DM含量外，各禾本科秸秆CP、Ash、EE、NDF、ADF、ADL、Ca和P含量均存在显著差异(P<0.05)，禾本科秸秆DM含量均为91.8%以上，取自山南的黑青稞秸秆CP含量达12.10%，显著高于其他禾本科(P<0.05)，取自日喀则的青稞秸秆CP含量最低，仅为2.12%。取自林芝的油菜秸秆EE和Ash含量最高，显著高于其他秸秆(P<0.05)，而取自林芝的燕麦秸秆Ash含量最低。取自林芝的冬青科秸秆NDF和ADF含量最高，显著高于其他秸秆(P<0.05)。取自日喀则的燕麦秸秆ADL含量最高，显著高于其他秸秆(P<0.05)。取自拉萨的玉米秸秆和日喀则的燕麦秸秆Ca含量最高，而林芝的油菜秸秆P含量最高。

表2 西藏不同地区12种禾本科秸秆营养成分分析Table 2 Analysis of nutrient compositions of 12 gramineous straws from different locations in Tibet

续表2项目Items取样地Locations营养成分 Nutrient components/%干物质DM粗蛋白质CP粗灰分Ash粗脂肪EE中性洗涤纤维NDF酸性洗涤纤维ADF木质素ADL钙Ca磷P小黑麦Triticale林芝Nyingchi96.57.08bcd2.63ef1.45bc70.4b41.0d6.58e0.26d0.19ab冬青科Aquifoliaceae林芝Nyingchi95.07.21bcd4.44def0.99c82.3a61.4a10.60b0.19d0.24ab黑青稞Black hullessbarley 山南Shannan94.612.10a4.26def1.87b58.7ef32.1f9.44c0.24d0.21ab燕麦Oat那曲Naqu93.34.86def5.56cd0.99c56.1f37.2e5.98e0.27d0.18ab绿麦Green wheat那曲Naqu96.85.21def4.82cde1.01c51.2gh31.9f4.42f0.25d0.08b均值标准误Standard error of means0.430.450.580.201.491.800.050.050.01P值 P-value0.508<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.0010.007

2.2 西藏不同地区禾本科和豆科秸秆体外产气特性

由图1可知，5种豆科秸秆体外发酵48 h产气量存在显著差异(P<0.05)，其中黑豌豆和紫花苜蓿秸秆分别达到84和83 mL，之后依次是草木樨、箭筈豌豆和雪莎秸秆。12种禾本科秸秆体外发酵48 h产气量存在显著差异(P<0.05)，其中取自林芝的燕麦秸秆产气量达到78 mL，显著高于其他禾本科秸秆(P<0.05)(图2)。

拉萨黑豌豆: Lhasa Pisum sativum; 拉萨紫花苜蓿: Lhasa Medicago sativa; 拉萨箭筈豌豆: Lhasa Vicia sativa; 山南草木樨: Shannan Melilotusdentatus; 拉萨雪莎: Lhasa Xuesha。

2.3 西藏不同地区禾本科和豆科秸秆体外发酵液pH及VFA和NH3-N含量分析

由表3可知，体外发酵48 h后，5种豆科秸秆体外发酵液pH和戊酸含量无显著差异(P>0.05)，而5种豆科秸秆体外发酵液中乙酸(AA)、丙酸(PA)、异丁酸(IBA)、丁酸(BA)、戊酸(IVA)、总挥发性脂肪酸(TVFA)和NH3-N含量均存在显著差异(P<0.05)。箭筈豌豆和黑豌豆秸秆体外发酵液中TVFA含量最高，其次是雪莎秸秆，之后是紫花苜蓿和草木樨秸秆。箭筈豌豆秸秆体外发酵液中AA含量最高，显著高于其他秸秆(P<0.05)，箭筈豌豆、雪莎和黑豌豆秸秆体外发酵液中PA含量显著高于紫花苜蓿和草木樨秸秆(P<0.05)。草木樨秸秆体外发酵液中NH3-N含量最高，箭筈豌豆和黑豌豆秸秆体外发酵液中NH3-N含量最低。

表3 西藏不同地区5种豆科秸秆体外发酵参数Table 3 In vitro fermentation parameters of 5 legume straws from different locations in Tibet

由表4可知，比较12个禾本科秸秆体外发酵液发现，除pH外，各禾本科秸秆体外发酵液中AA、PA、IBA、BA、IVA、VA、TVFA和NH3-N含量均存在显著差异(P<0.05)。取自林芝的青稞秸秆体外发酵液中TVFA含量最高，相应地其有最高的AA、PA、BA和VA含量。取自拉萨的玉米秸秆体外发酵液中AA含量和取自林芝的油菜秸秆体外发酵液中PA含量最低。取自林芝的小麦秸秆和小黑麦秸秆体外发酵液中IBA含量分别有最高值和最低值。取自拉萨的玉米秸秆体外发酵液中NH3-N含量有最高值，林芝的小麦秸秆体外发酵液中NH3-N含量最低。

拉萨玉米: Lhasa corn; 日喀则青稞: Shigatse hullessbarley; 日喀则燕麦: Shigatse oat; 林芝油菜: Nyingchi oilseed rape; 林芝小麦: Nyingchi wheat; 林芝青稞: Nyingchi hullessbarley; 林芝燕麦: Nyingchi oat; 林芝小黑麦: Nyingchi triticale; 林芝冬青科: Nyingchi aquifoliaceae; 山南黑青稞: Shannan black hullessbarley; 那曲燕麦: Naqu oat; 那曲绿麦: Naqu green wheat。

表4 西藏不同地区12种禾本科秸秆体外发酵参数Table 4 In vitro fermentation parameters of 12 gramineous straws from different locations in Tibet

3 讨 论

3.1 西藏主要作物秸秆营养成分

分析营养成分是进行饲草营养价值评价的重要步骤之一，CP是家畜蛋白质需求的主要来源，其由真蛋白和非蛋白含氮化合物组成，其含量与饲草营养价值呈正相关[11]；NDF主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，其含量的高低直接影响家畜采食率和适口性[7]，Ash是饲草中矿物质氧化物或盐类。因此，NDF、ADF、CP和Ash含量长期以来一直是饲草品质评价的重要指标[12-13]。秸秆是农作物作物收获籽实后的剩余部分，因此常具有较高的DM、ADF和NDF含量。本研究中除雪莎秸秆外，其他4个豆科秸秆CP含量均高于禾本科秸秆，其中山南紫花苜蓿秸秆有最高的CP含量，12个禾本科秸秆中取自山南的黑青稞秸秆CP含量最高，而取自日喀则的青稞秸秆CP含量最低，表明不同种类禾本科秸秆间及同一种秸秆不同地区间秸秆CP含量存在差异，这可能与作物品种和生长地域有关。本研究中山南紫花苜蓿秸秆CP含量已达到内地紫花苜蓿秸秆CP水平，这可能与其生长的气候环境有关，徐世晓等[6]报道，生活在高海拔地区的植物为了提高抗寒能力，适应海拔的寒冷气候，其生理及物质代谢方面往往具有独特的适应特征，如蛋白质、脂肪及其碳水化合物等营养物质含量增加，细胞原生质浓度增加，冰点降低，抗寒能力提高。本研究中无论豆科还是禾本科秸秆ADF和NDF含量均与吕佳颖等[14]研究结果相似。饲草中Ca和P含量受各种因素的影响，其中受海拔、地区和温度等因素的影响较大，艾丹等[15]研究发现，Ca含量受海拔影响较大，而P含量受地区和海拔影响均较大，并且P含量随海拔的升高而降低。本研究中并未发现相似规律，可能是由于本研究所采样的秸秆品种差异所致。

3.2 西藏主要作物秸秆体外产气特征

体外产气量是反映底物中碳水化合物组分被瘤胃微生物利用程度，饲料中可发酵有机物含量越多，瘤胃的产气量越高[16]。体外产气速率能够反映出该时间段的体外发酵产气速率[17]，秸秆在体外瘤胃液培养过程中产生的气体主要来源于微生物对秸秆中碳水化合物和蛋白质含碳部分的分解，体外产气量可反映秸秆在瘤胃内可发酵程度和秸秆降解率[18]。本试验中，紫花苜蓿、黑豌豆和草木樨等3种豆科秸秆和取自林芝的燕麦秸秆产气量均高于其他豆科和禾本科秸秆，表明其可发酵有机物含量高于其他秸秆。

3.3 西藏主要作物秸秆体外发酵的pH及NH3-N和TVFA含量

瘤胃pH稳定是瘤胃功能正常发挥的一个重要参考，适宜的pH可确保瘤胃内微生物的正常生长，维持纤维降解和菌体蛋白合成等功能的正常发挥，正常奶牛瘤胃pH范围是5.6～7.5[19]，本试验中均在该范围内，且不同作物秸秆的pH无显著差异。瘤胃pH是由瘤胃内容物中的VFA与乳酸的累积、含氮有机物代谢以及瘤胃上皮对VFA吸收利用等综合因素作用决定的，因此VFA含量进一步反映了瘤胃发酵程度。本试验中箭筈豌豆和黑豌豆秸秆体外发酵液中TVFA含量为5个豆科秸秆最高，而取自林芝的青稞秸秆体外发酵液中TVFA含量为12种禾本科秸秆最高，并且这3种秸秆瘤胃发酵液中AA和PA含量均较高，反刍家畜采食秸秆等粗饲料后，纤维素、半纤维素和木质素等结构性碳水化合物首先在瘤胃中转化为丙酮酸，再进一步降解产生AA、PA等VFA为反刍动物机体生长提供能量来源，PA是糖异生的主要前体物质，AA是反刍动物乳脂合成的主要前体，因此瘤胃液中较高的AA和PA含量意味着纤维素类物质被有效降解。因此，结果表明箭筈豌豆、黑豌豆秸秆和取自林芝的青稞秸秆更利于瘤胃微生物的发酵。

瘤胃液中NH3-N是瘤胃微生物合成菌体蛋白的重要原料，当NH3-N含量偏高或偏低时都对微生物的生长不利，微生物生长对氨含量耐受的临界范围为6～30 mg/dL，其最适NH3-N含量为6.30～27.50 mg/dL[20]。本试验豆科秸秆中草木樨和紫花苜蓿显示较高的NH3-N含量，这种差异归因于不同作物秸秆CP含量不同。而禾本科中取自拉萨的玉米秸秆有最高NH3-N含量，虽然取自拉萨的玉米秸秆CP含量并不是最高值，这可能是由于玉米秸秆中CP多为可降解蛋白[21]。

4 结 论

取自西藏不同地区的豆科秸秆和禾本科秸秆营养成分和体外发酵特性存在显著差异，豆科秸秆中山南紫花苜蓿秸秆CP含量最高，达到24.6%，而取自山南的黑青稞秸秆CP含量达12.10%，为禾本科秸秆中最高；5种豆科秸秆中箭筈豌豆和黑豌豆体外发酵液中TVFA含量最高，而取自林芝的青稞秸秆体外发酵液中TVFA含量为12种禾本科秸秆最高。紫花苜蓿、黑豌豆和草木樨3种豆科秸秆和取自林芝的燕麦秸秆产气量分别高于其他豆科和禾本科秸秆。综合比较,豆科秸秆中取自山南紫花苜蓿秸秆营养价值最佳，而禾本科秸秆中取自林芝的青稞和燕麦秸秆营养价值最佳。