新疆南疆养羊常用粗饲料体外产气量与有效降解率的相关性分析

■马绍楠 许贵善 李 娜 邓玉玲 张梅娟 黄 琴 马 涛 刁其玉

（1.塔里木大学动物科学学院，新疆阿拉尔843300；2.新疆生产建设兵团塔里木畜牧科技重点实验室，新疆阿拉尔843300；3.中国农业科学院饲料研究所农业部饲料生物技术重点实验室，北京100081）

新疆南部地区，简称南疆，包括塔里木盆地、昆仑山脉新疆部分以及吐鲁番盆地，地域面积106万平方公里，人口约920万，其中少数民族人口占90%以上，是新疆穆斯林群众的主要聚集区。独特的自然地理和历史人文条件，形成了南疆地区以牛羊为主的畜牧业生产结构，养羊业始终伴随着区域经济的发展而存在。近年来，由于人口的急剧增加、无序垦荒和过度放牧，使得南疆的草地承载力日趋下降，肉羊饲养量徘徊不前，羊肉供需矛盾日渐突出[1]。大力发展肉羊产业，解决羊肉供需矛盾，满足市场需求，也就解决了一个南疆重要的民生问题。饲草料是发展养羊业的基础。尽管南疆地区种植业较为发达，但由于种植的作物主要以棉花为主，而棉秆的营养价值较低，因此，饲草料短缺的问题一直是制约南疆地区养羊产业发展的瓶颈问题。因此对南疆现有饲草资源的评价和开发就显得尤其重要。大量研究表明：体外产气法、人工瘤胃持续发酵法及饲料常规营养成分的实验室分析法与体内法所得试验结果存在高度相关，通过建立估测模型可以预测饲料在反刍动物体内的真实消化利用情况。陈晓琳等（2014）[2]分别采用Weende分析法和尼龙袋法测定了50种粗饲料的常规营养成分和瘤胃降解规律并进行了相关性分析，结果表明饲料的常规营养成分与其瘤胃降解率具有相关性，其中CP、NDF、ADF为最佳预测因子；潘美娟等（2014）[3]利用体外产气法和尼龙袋法对不同粗饲料组合的TMR干物质降解率进行了相关性分析，结果表明，饲料的体外产气法干物质降解率与尼龙袋法干物质降解率存在高度正相关，体外产气法可以代替尼龙袋法；任鹏等[4]通过人工瘤胃持续发酵法测定了精饲料的蛋白质有效降解率，结果表明，人工瘤胃持续发酵法的稳定性优于尼龙袋法，二者试验结果高度相关(r2=0.99)。本试验分别采用实验室常规营养成分分析法、体外产气法与人工瘤胃持续发酵法，测定了5 种粗饲料的营养成分及体外发酵参数，建立了用产气量估测干物质有效降解率及常规营养成分预测干物质有效降解率的预测模型，试验研究结果与前人研究相似。本试验为探索更加简捷、有效的粗饲料营养价值评价方法，合理开发、利用粗饲料资源，制作饲料配方提供了基础理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验选用南疆养羊常用的5 种粗饲料：稻草、甘草秧、芦苇、苜蓿、棉籽壳。饲料原料采集自新疆阿克苏地区饲料公司和养殖场。

1.2 试验方法

1.2.1 饲料常规成分测定

样品营养成分的测定参照张丽英（2010）的方法。其中粗蛋白（CP）采用全自动凯氏定氮仪测定，粗脂肪（EE）采用全自动脂肪测定仪，中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）采用VanSoest方法。

1.2.2 体外产气试验

瘤胃培养液的制备：人工瘤胃培养液采用Menke[5]方法制备。选择3只健康、体重(30.0±1.5)kg、装有永久性瘤胃瘘管的多浪羊为瘤胃液供体羊，于晨饲前1 h采集瘤胃液，用4层纱布过滤至已经预热的39 ℃保温瓶迅速带回实验室。人工瘤胃液由微量元素溶液(A液)、缓冲溶液(B液)、常量元素溶液(C液)、刃天青溶液和还原剂溶液组成。将人工瘤胃液与瘤胃液按照2∶1的比例混合作为瘤胃培养液。试验羊饲喂饲料精粗比6∶4。

活体发酵试验过程：称取粉碎过筛后的14种精饲料风干样品（每种样品两个平行）于洗净的产气瓶中，同时做两个空白样，共十四个产气瓶参与试验；将分装好样品的产气瓶放入恒温摇床上进行培养，连接体外产气监测系统（ANKOM，RFS 产气测量系统），设定每0.5 h记录一次数据，培养48 h。后人为选择0～48 h中偶数整数时间点共24个进行产气量统计分析。

1.2.3 人工瘤胃持续发酵试验

瘤胃液的采集与人工瘤胃液的制备及饲料样品的称量均同体外产气试验。

样品的准备：将称量完毕的待测样品用纸带送入尼龙袋底部，用尼龙绳将装有样品的尼龙带绑紧，称重，同时制作空白样对由于其颗粒细小故通过尼龙袋袋孔直接逃逸未被降解的样品进行校正（空白样即在尼龙袋中不加入饲料样品，其他步骤相同）随后放入烘箱60 ℃条件下烘干至恒重。

样品的分装和培养：待测样品在培养箱中的培养时间点设为：2、4、8、16、24、36 h 和48 h。将4 个发酵瓶分别编为1、2、3、4号，1号瓶中放入2 h和48 h两个时间段的尼龙袋，2号瓶中放入4 h和36 h的尼龙袋，3号瓶中放入8 h和36 h的尼龙袋，4号瓶中放入16 h的尼龙袋，发酵罐提前放入瘤胃体外模拟装置（ANKOM Daisy自动体外培养箱）中预热。用量筒向每个发酵瓶中分别加入1 200 ml制备好的人工瘤胃培养液，同时在发酵瓶瓶口通入CO2约30 s，迅速盖上盖子，转入人工瘤胃培养箱中培养。

尼龙袋的取出和处理：将装有待测样品的尼龙袋放入培养箱后，开始记录培养时间。每到一个时间点需将该时间点的尼龙袋取出，浸泡在冰水中，并立即用自来水冲洗。在冲洗过程中可用手轻轻挤压，直至水澄清为止。在冲洗过程中应防止尼龙袋中残余物的损失。将洗净过的尼龙袋（连同之中的残余物）置于60 ℃烘箱内干燥至恒重，取出称重需精确至0.000 1 g。

1.3 数据处理

1.3.1 体外产气试验数据处理

产气参数的计算参照Ørskov等[6]提出的瘤胃动力学数学模型：

GP=a+b(1-e-ct)

其中：GP 为t 时刻的产气量（ml/g）；a 为快速产气部分产气量（ml/g）；b为慢速产气部分产气量（ml/g）；c为产气速率（%/h）；a+b 为潜在产气量（ml/g）。使用SAS 9.4 处理软件中NLIN（Nonlinear regression）程序计算a、b、c值。

1.3.2 人工瘤胃持续发酵试验数据处理

采用以下公式计算干物质不同时间点的降解率：

A=100×（B-C）/B

其中：A 为待测饲料的DM 某一时间的消失率(%)；B 为待测样品中DM 的含量(%)；C 为待测样品尼龙袋残渣中DM含量(%)。

参照参照Ørskov等[6]提出的瘤胃动力学数学模型计算各时间点干物质降解率和干物质有效降解率计算公式为：

dP=a+b（1-e-ct）

ED=a+bc/（k+c）

式中：dP 为待测饲料的干物质瘤胃某一时间点的降解率(%)；a为快速降解部分含量（%）；b为慢速降解部分含量(%)；c为慢速降解部分的降解速率(%/h)；t为瘤胃内培养时间（h）；ED 为有效降解率(%)；k 为瘤胃外流速率，本试验中k值取0.031%/h[7]。

1.3.3 数据统计分析

所有数据先采用Excel 2016 进行初步整理。使用SAS 9.3 处理软件中单因素方差分析(one-way ANOVA)程序进行显著性检验。Duncan's多重比较差异性，当P＜0.05 表示差异显著，P＞0.05 表示差异不显著。对体外产气试验及人工瘤胃持续发酵试验所得的数据进行整理后，使用SPSS22.0 对变量进行Pearson相关性分析和线性回归分析。

2 结果与分析

2.1 5种粗饲料的营养物质含量分析

5种粗饲料的常规营养成分见表1。

表1 5种粗饲料原料中的营养成分含量(干物质基础)(%)

2.2 5种粗饲料体外产气量和产气参数的分析

由表2 可见，5 种粗饲料的产气量均随着时间的增加而升高，各时间点饲料间产气量差异显著（P＜0.05）。除第8、12、16 h 三个时间点甘草秧的产气量明显增加、仅显著低于苜蓿外（P＜0.05），其余各时间点5 种粗饲料产气量由高至低始终依次为：苜蓿＞稻草＞甘草秧＞芦苇＞棉籽壳；在第48 h饲料产气量趋于稳定，苜蓿和稻草达60 ml/g以上，其它三种饲料原料则在40 ml/g左右；在第72 h，饲料产气量由高至低分别为：77.83、66.44、49.73、46.46 ml/g和45.51 ml/g。

表3 为5 种粗饲料体外培养48 h 产气参数。可见，5 种粗饲料的潜在产气量GPa+b由高至低为：苜蓿（74.45 ml/g）、稻草（67.84 ml/g）、棉籽壳（67.42 ml/g）、甘草秧（45.51 ml/g）、芦苇（45.08 ml/g）；体外产气速率c由大到小依次为甘草秧、苜蓿、芦苇、稻草、棉籽壳。

2.3 5种粗饲料各时间点的干物质降解率及有效降解参数分析

5 种粗饲料不同时间点的EDIVDMD及降解参数见表4，苜蓿在各时间点的EDIVDMD均显著高于其它4 种粗饲料（P＜0.05），在第72 h 达到62.63%；棉籽壳的EDIVDMD在72 h 前均显著低于其他4 种粗饲料，在第72 h 达到48.19%，高于芦苇和甘草秧，与甘草秧相比差异不显著（P＞0.05）。5种粗饲料的EDIVDMD由高至低依次为：苜蓿（54.93%）＞稻草（44.85%）＞甘草秧（37.38%）＞芦苇（35.45%）＞棉籽壳（25.03%）。

表2 5种粗饲料体外发酵48 h的产气量(ml/g)

表3 5种粗饲料体外培养48 h产气参数

表4 5种粗饲料不同时间点的干物质体外降解率（%）

2.4 产气量与体外干物质降解率的相关性分析

表5 为GP 与EDIVDMD的相关性。可见，5 种粗饲料除GPa+b外的各个时间点GP 与EDIVDMD均呈现正相关关系（P＜0.05）；随着产气时间的增加其相关性逐渐减弱；GP24与EDIVDMD的相关性最强，相关系数R=0.996。

表5 体外产气量与干物质体外有效降解率的相关系数（R）

表5（续） 体外产气量与干物质体外有效降解率的相关系数（R）

表6 是以GP24为参数建立的利用GP 预测EDIVDMD的方程。可见：利用GP 可得出EDIVDMD的估测模型：EDIVDMD=8.110+0.805GP28（R2=0.992）。

表6 体外产气量预测干物质体外有效降解率的方程

2.5 饲料常规营养成分与体外干物质降解率的相关性分析

由表7可见：EDIVDMD与饲料的NDF和ADF均呈显著负相关关系(P＜0.05)，相关系数R 分别为：-0.902和-0.927。

建立单一粗饲料的常规营养成分预测其干物质降解率的方程见表8：利用CP、ADF或NDF均可预测EDIVDMD，其中以CP为单一预测因子预测EDIVDMD的R2较低；随着预测因子的增加，方程的R2增加；估测方程的最佳单一预测因子为ADF，所建方程R2为0.860；以ADF和NDF共同建立的EDIVDMD预测模型R2为0.993；以ADF、NDF和CP共同建立的EDIVDMD预测模型R2最高，为0.999。

表7 饲料成分含量与干物质体外有效降解率的相关系数（R）

表8 饲料成分含量预测干物质体外有效降解率的方程

2.6 饲料常规营养成分与体外产气量共同预测干物质降解率。

表9 饲料成分与产气量共同预测干物质体外有效降解率的方程

从表9 可以看出：分别利用CP、ADF 或NDF 结合GP24均可建立EDIVDMD的预测模型，其中以CP结合GP24为预测因子预测EDIVDMD的R2较高（R2=0.994）；以NDF或ADF 结合GP24所建立的EDIVDMD预测模型其R2均为0.992。

3 讨论

3.1 5种单一粗饲料原料的营养成分

在粗饲料的营养价值评定中，优质粗饲料具有NDF 低、适口性好、消化率高的特点[8]，本试验5 种粗饲料原料中的苜蓿是我国肉羊养殖中常见的优质粗饲料。杨林（2008）研究表明，按国际饲料分类原则，纯苜蓿叶的营养质量相当于蛋白质饲料，纯苜蓿茎叶的营养质量基本与一般的秸秆质量相近[9]。本试验结果表明：苜蓿CP 含量为14.53%，较低于李胜利等（2014）[8]研究中CP为19.15%的结果，其原因主要与苜蓿的种植区域、水土、光热条件、茬次及刈割时间等因素相关。而本试验中苜蓿的NDF、ADF 分别为51.66%、32.30%，又高于其结果41.64%和32.78%，这可能是由于本试验所用饲料原料为苜蓿全株造成的。5 种粗饲料中棉籽壳的CP 含量较低，NDF、ADF含量均较高，与赵连生等（2017）[10]测得的CP（4.94%）、NDF（87.73%）、ADF（68.34%）接近；本试验测定稻草的CP、NDF、ADF与陈艳（2014）[11]测得的CP（5.14%）、NDF（69.82%）、ADF（47.43%）相比CP 含量略高，NDF、ADF含量略低可能是由于样品采集时间和不同地域差异、品种差异造成的；张继等（1999）[12]试验研究发现，乌拉尔甘草地上部分较紫花苜蓿CP 含量较高，粗纤维含量较低，本试验测定结果发现，甘草的CP、NDF、ADF与苜蓿较为接近，却与其试验结果略有差异，这可能是由于甘草的品种差异造成的；赵光伟等（2008）[13]研究发现，不同干燥方法干燥抽穗期新疆小芦苇的粗蛋白质平均含量在7.46%～8.32%之间，压裂晒干的NDF、ADF 分别为(71.95±5.41)%和(49.86±0.22)%，本试验所测得芦苇的CP 为7.03%，NDF、ADF分别为70.42%、48.91%，与上述学者的研究结果相似。

3.2 5种单一粗饲料的体外发酵特性

本试验研究表明，苜蓿作为国内外常用的优质牧草在5种粗饲料中GP与EDIVDMD最高，具有良好的体外发酵特性，与前人研究结果相同。棉籽壳、稻草、甘草、芦苇作为具有新疆地域特色的新型牧草也有着独特的发酵特性。其中，棉籽壳的GPa+b虽较高，但EDIVDMD却显著低于其它4 种粗饲料（P＜0.05），这一结果与其自身营养成分组成有关，本试验中棉籽壳的CP 含量仅4.81%，而NDF含量高达80.85%。有研究表明，饲料的EDIVDMD与其CP 含量正相关，与NDF 含量负相关[14]，且棉籽壳中的抗营养因子棉酚会抑制微生物的活性，从而影响饲料的降解[15]。贺明艳（2016）[16]研究发现，将棉籽壳加入绵羊饲料中可显著增加其自由采食量，提高对纤维素的消化率，但棉籽壳含棉仁量低会造成严重的蛋白质消化障碍。徐元君等（2015）[15]研究表明，新疆地区的棉籽壳可作为新型的饲料资源，具有良好的开发应用前景，可通过加工处理提高其利用率。因此，对棉籽壳中棉仁含量的控制和对其进行适当的脱毒处理可大大提高饲料利用率，使其成为肉羊养殖中优质的粗饲料。稻草作为我国最主要的粮食作物水稻的副产品具有很高的产量，但因其本身的质量和技术等原因导致利用量不大，大量稻草被焚烧，诱发了环境污染[17]，因此合理开发稻草使之作为粗饲料饲喂反刍动物十分必要。本试验研究表明：稻草的体外发酵效果良好，其GP与EDIVDMD仅次于苜蓿，可作为肉羊常用优质粗饲料。甘草具有抗寒、耐旱、抗盐碱等优良特性，其地下部分为名贵中药材，地上部分为多年生豆科牧草，但其适口性较差，羊较少采食[18]，芦苇作为甘草周围的伴生植物，同样具有一定的饲用价值。本试验研究表明：甘草地上部分的GP 和EDIVDMD均略高于芦苇，二者具有相似的发酵特性。冯建忠等（1995）[19]研究发现，饲料配方中添加豆科牧草乌拉尔甘草秧饲喂滩羔羊，其增重和屠宰效果以及饲料报酬均高于紫花苜蓿，且二者混合后饲喂效果更佳。因此本试验中的五种粗饲料如加以恰当的开发、调制，均有作为肉羊优质牧草的开发潜力，可有效改善干旱、半干旱地区饲料短缺问题和环境污染问题。

3.3 单一粗饲料产气量及常规营养成分与体外干物质降解率的相关性分析

瘤胃微生物对饲料中的碳水化合物以及蛋白质含碳部分的降解会产生气体，因此产气量可以反映饲料原料在瘤胃内被消化利用的情况，可代表饲料原料营养价值的高低[20]。李德勇（2016）[21]体外产气量法能够用于快速测定不同种类饲料的蛋白质降解率,同时与尼龙袋法结果也存在高度的相关性。陈晓琳（2014）[2]使用尼龙袋法和产气法建立了ADF、NDF 和CP 共同预测瘤胃干物质有效降解率的方程（R2=0.85），试验发现，饲料的干物质有效降解率与粗蛋白呈正相关关系，与中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维呈负相关关系。王菲（2016）[22]对24 种肉牛常用饲料的化学成分及体外发酵特性进行了评价，并分析了其相关性，结果表明：采用人工瘤胃产气量法可以对饲料营养成分消化率和有效能值进行比较准确的预测，加入化学成分指标后预测方程的准确性进一步提高。本试验将5种粗饲料的常规营养成分、产气量与体外干物质有效降解率进行了相关性分析，试验结果与前人研究相同。试验证明了以产气量为单一预测因子时，GP24与EDIVDMD相关性最强；以常规营养成分为预测因子时，ADF 预测EDIVDMD的模型R2最高；在预测EDIVDMD的多元回归模型中，以GP24与CP 为预测因子共同预测EDIVDMD的R2最高。

4 结论

不同的单一粗饲料具有不同的体外发酵特性，与其所含营养物质含量不同有关；单一粗饲料原料的产气量与体外干物质降解率有强相关关系；可通过单一粗饲料原料的营养成分含量预测其体外干物质降解率。