西藏地區(qū)不同作物秸稈體外發(fā)酵特性研究

巴桑珠扎陳 亮奧斯曼于翠翠趙 麗周傳社李 斌??

（1.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，拉薩 850000；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410125；3.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南省畜禽健康養(yǎng)殖工程技術(shù)中心，農(nóng)業(yè)部中南動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，長沙 410125；4.湖南畜禽安全生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙 410128）

西藏地區(qū)不同作物秸稈體外發(fā)酵特性研究

巴桑珠扎1陳 亮2，3?奧斯曼1于翠翠1趙 麗1周傳社2，4??李 斌1??

（1.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，拉薩 850000；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410125；3.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南省畜禽健康養(yǎng)殖工程技術(shù)中心，農(nóng)業(yè)部中南動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，長沙 410125；4.湖南畜禽安全生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙 410128）

本試驗(yàn)旨在利用體外產(chǎn)氣法評定西藏地區(qū)不同作物秸稈的營養(yǎng)價(jià)值。選取西藏地區(qū)5種常見作物秸稈（豌豆秸稈、玉米秸稈、青稞秸稈、小麥秸稈、油菜秸稈），通過單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用體外產(chǎn)氣法評定5種作物秸稈體外發(fā)酵48 h的產(chǎn)氣量、理論最大產(chǎn)氣量（Vf）、甲烷（CH4）產(chǎn)量、邏輯斯諦-指數(shù)（LE）模型產(chǎn)氣參數(shù)、發(fā)酵液pH和氨態(tài)氮（NH3-N）濃度、主要揮發(fā)性脂肪酸（VFA）產(chǎn)量、體外干物質(zhì)降解率（IVDMD）和體外中性洗滌纖維降解率（IVNDFD）等指標(biāo)。結(jié)果顯示：5種作物秸稈體外發(fā)酵48 h的產(chǎn)氣量按玉米秸稈、青稞秸稈、豌豆秸稈、小麥秸稈、油菜秸稈的順序依次降低。體外發(fā)酵48 h后，玉米秸稈的Vf、IVDMD、IVNDFD、CH4產(chǎn)量（豌豆秸稈除外）、丙酸和總VFA產(chǎn)量均顯著高于其他4種作物秸稈（P＜0.05），其體外發(fā)酵液pH則顯著低于其他秸稈（P＜0.05）。結(jié)果表明，玉米秸稈體外發(fā)酵效果最佳，與其他試驗(yàn)作物秸稈相比更容易被瘤胃微生物降解利用。

西藏；作物秸稈；體外發(fā)酵

草地畜牧業(yè)一直是西藏的重要經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，幾十年來一直占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的60%左右［1］，而近年來，隨著西藏人口增加和畜牧業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，傳統(tǒng)的單純依賴天然草地為主的畜牧業(yè)生產(chǎn)模式已不能滿足牲畜對飼草的要求［2-3］；同時(shí)，隨著家畜數(shù)量的不斷增加，草畜之間矛盾也日益突出，生態(tài)環(huán)境不斷惡化，嚴(yán)重影響西藏地區(qū)畜牧生產(chǎn)系統(tǒng)的平衡、穩(wěn)定與發(fā)展［4］。 西藏地區(qū)每年產(chǎn)約70萬t農(nóng)作物秸稈，青稞秸稈是西藏主要的農(nóng)作物秸稈資源之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全區(qū)僅青稞秸稈年產(chǎn)量就達(dá)約40萬t，其中約60%用作家畜飼料。因此，充分利用西藏農(nóng)區(qū)豐富的農(nóng)作物秸稈資源，對滿足西藏地區(qū)畜牧業(yè)生產(chǎn)對飼草的需求，維持西藏地區(qū)生態(tài)平衡穩(wěn)定，促進(jìn)藏區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等都具有重要意義。

近年來，學(xué)者們對西藏地區(qū)牧草以及作物秸稈的研究較多。曲廣鵬［5］通過對西藏農(nóng)區(qū)牧草和飼草作物引種試驗(yàn)表明，燕麥、多花黑麥草、飼用玉米、綠麥、紅莧等5種牧草適合在西藏農(nóng)區(qū)及河谷地區(qū)種植，但其并未對這5種牧草進(jìn)行相關(guān)的營養(yǎng)價(jià)值評價(jià)。張中岳［6］對西藏地區(qū)28種牧草的營養(yǎng)價(jià)值及瘤胃降解特性進(jìn)行了評價(jià)，為進(jìn)一步研究西藏牧草提供了寶貴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。張吉等［7］研究了添加劑對西藏燕麥和箭筈豌豆混合青貯品質(zhì)的影響，結(jié)果表明添加糖蜜能顯著提高混合青貯的品質(zhì)。 孫肖慧等［8］、李君風(fēng)等［9］通過向西藏地區(qū)燕麥和紫花苜蓿混合青貯中添加4.0%糖蜜或3.5%乙醇或0.4%乙酸獲得優(yōu)質(zhì)青貯飼料。趙慶杰等［10］通過向西藏青稞秸稈和多年生黑麥草混合青貯中添加糖蜜和乳酸菌顯著提高了混合青貯發(fā)酵品質(zhì)。原現(xiàn)軍［11］對西藏作物秸稈與牧草混合青貯進(jìn)行了研究，混合青貯有效地提高了發(fā)酵品質(zhì)。綜上，目前對西藏地區(qū)牧草及作物秸稈的研究多數(shù)集中在西藏地區(qū)青貯料的研究領(lǐng)域，而對作物秸稈干草瘤胃降解特性的研究鮮有報(bào)道。

因此，本試驗(yàn)利用體外產(chǎn)氣技術(shù)，通過對西藏地區(qū)常見作物秸稈的瘤胃體外發(fā)酵參數(shù)進(jìn)行研究，并通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，篩選出易被瘤胃微生物降解利用的作物秸稈，以期為西藏地區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品采集及處理

試驗(yàn)作物秸稈（豌豆秸稈、玉米秸稈、青稞秸稈、小麥秸稈、油菜秸稈）采集于西藏自治區(qū)貢嘎縣崗堆鎮(zhèn)吉納村草場，作物秸稈于65℃烘24 h，粉碎后經(jīng)1 mm孔徑篩后備用。

1.1.2 試驗(yàn)動物及飼糧

本試驗(yàn)供體奶牛為健康狀況良好、體重［（500±50）kg］相近的3頭裝有永久瘤胃瘺管的荷斯坦奶牛，由湖南省長沙市望城區(qū)白若鋪鎮(zhèn)勝和奶牛養(yǎng)殖基地提供。試驗(yàn)期間，奶牛飼糧參照NRC（2001）標(biāo)準(zhǔn)配制。飼糧由水稻秸稈和精料補(bǔ)充料組成，飼糧精粗比為40∶60。飼糧組成及營養(yǎng)水平與文獻(xiàn)［12］相同，詳見表1。

1.2 方法

1.2.1 作物秸稈營養(yǎng)成分分析方法

經(jīng)處理后的作物秸稈，利用楊勝［13］提供的飼料分析方法分別對其干物質(zhì)（DM）、粗蛋白質(zhì)（CP）、粗脂肪（EE）、粗纖維（CF）、粗灰分（ash）、中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）等營養(yǎng)成分的含量進(jìn)行測定，結(jié)果見表2。

1.2.2 體外發(fā)酵液配制

按照 Menke等［14］提供的方法配制厭氧緩沖液。于晨飼前采集3頭瘺管牛瘤胃內(nèi)容物，用8層紗布過濾，濾液等體積混合后裝入事先充滿CO2并預(yù)熱到39.5℃的保溫瓶中，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，與事先在39.5℃恒溫水浴鍋中預(yù)熱的厭氧緩沖液混合（V緩沖液∶V瘤胃液＝9∶1），并持續(xù)通入CO2。

表1 飼糧組成及營養(yǎng)水平（干物質(zhì)基礎(chǔ)）Table 1 Composition and nutrient levels of the diet（DM basis）［12］ %

1.2.3 體外培養(yǎng)

稱?。?.500 0±0.000 3）g粉碎的作物秸稈于145 mL發(fā)酵瓶中，置于39.5℃恒溫培養(yǎng)箱中預(yù)熱，向發(fā)酵瓶中加入發(fā)酵液前，向瓶中通入CO21 min，隨后加入50 mL發(fā)酵液，立即加上瓶塞并持續(xù)通入CO2，使用針頭放氣，使內(nèi)外壓強(qiáng)保持一致，然后迅速放回恒溫培養(yǎng)箱，39.5℃恒溫靜止培養(yǎng)48 h。每種發(fā)酵底物設(shè)置12、24、48 h 3個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)，每個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)設(shè)置3個(gè)樣品重復(fù)，即在每個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)取出3個(gè)發(fā)酵瓶進(jìn)行采樣。

1.2.4 體外發(fā)酵產(chǎn)氣量測定

體外發(fā)酵產(chǎn)氣量按王祚等［12］提供的方法進(jìn)行測定。

利用Wang等［15-16］提出的邏輯斯諦-指數(shù)（logistic-exponential，LE）模型對累積產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合：

式中：V表示t時(shí)間點(diǎn)底物的產(chǎn)氣量（mL）；Vf表示理論最大產(chǎn)氣量（mL）；k表示產(chǎn)氣分率（h）；b和d是曲線的形狀指標(biāo)，b＞0表示曲線為S形，b＜0則表示曲線非S形；FRD0表示發(fā)酵初期產(chǎn)氣速率（＜12 h）（mL/h）；t0.5表示達(dá)到最大產(chǎn)氣量1/2時(shí)所需的時(shí)間（h）。

表2 作物秸稈營養(yǎng)價(jià)值Table 2 Nutritive value of crop straws %

1.2.5 體外發(fā)酵相關(guān)參數(shù)測定

1.2.5.1 甲烷（CH4）測定及計(jì)算方法

分別于體外發(fā)酵的12、24、48 h取出發(fā)酵瓶，利用注射器抽取5 mL瓶內(nèi)氣體注入事先已抽真空的集氣瓶中，然后再注入25 mL高純度N2，按照Li等［17］提供的方法進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的測定。CH4產(chǎn)量計(jì)算公式為：

式中：6表示稀釋倍數(shù)；Vt表示在發(fā)酵時(shí)間t時(shí)發(fā)酵瓶中氣體總體積（mL）；C表示在發(fā)酵時(shí)間t時(shí)所測CH4濃度（%）；VCH4表示在發(fā)酵時(shí)間t時(shí)所生產(chǎn)CH4體積（mL）。

1.2.5.2 pH測定方法

分別于體外發(fā)酵的12、24、48 h取出發(fā)酵瓶，發(fā)酵液經(jīng)400目尼龍布過濾，取5 mL濾液，利用pH計(jì)（REX PHS-3C，上海儀器設(shè)備廠）立即測定濾液pH。

1.2.5.3 氨態(tài)氮（NH3-N）濃度測定

分別于體外發(fā)酵的12、24、48 h取出發(fā)酵瓶，發(fā)酵液經(jīng)400目尼龍布過濾，取4 mL濾液，分裝到2個(gè)容積為2 mL的離心管中，放入-20℃冰箱保存，用于測定NH3-N濃度。利用馮宗慈等［18］提供的方法對NH3-N濃度進(jìn)行測定。

1.2.5.4 主要揮發(fā)性脂肪酸（VFA）產(chǎn)量測定

分別于體外發(fā)酵的12、24、48 h取出發(fā)酵瓶，每瓶取2 mL發(fā)酵液，經(jīng)15 000 r/min離心15 min后，取1.5 mL上清液于2 mL的離心管中，并加入0.15 mL 25%偏磷酸，放入-20℃冰箱過夜保存，按照Wang等［19］提供的方法測定主要VFA產(chǎn)量。

1.2.5.5 體外干物質(zhì)降解率（IVDMD）測定及計(jì)算方法

分別于體外發(fā)酵的12、24、48 h取出發(fā)酵瓶，發(fā)酵液經(jīng)400目尼龍布過濾，將過濾后的殘?jiān)哭D(zhuǎn)移至石英坩堝中并用熱蒸餾水反復(fù)沖洗，然后置于105℃烘箱中烘8 h后測定剩余干物質(zhì)質(zhì)量，并計(jì)算IVDMD：

式中：M1為發(fā)酵前發(fā)酵底物干物質(zhì)質(zhì)量（g）；M2為發(fā)酵后發(fā)酵底物干物質(zhì)剩余量（g）。

1.2.5.6 體外中性洗滌纖維降解率（IVNDFD）測定及計(jì)算方法

測定過體外干物質(zhì)消失率后的剩余干物質(zhì)量，按照Hall等［20］提供的方法進(jìn)行NDF質(zhì)量的測定，并計(jì)算IVNDFD：

式中：m1為發(fā)酵前發(fā)酵底物中 N DF質(zhì)量（g）；m2為發(fā)酵后發(fā)酵底物NDF剩余量（g）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SAS 8.2的Mixed過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)分析的差異顯著性定義為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同作物秸稈對體外發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響

不同作物秸稈體外發(fā)酵產(chǎn)氣量如圖1所示。5種作物秸稈在體外發(fā)酵初期（1～4 h）時(shí)，產(chǎn)氣量均無明顯差異；在體外發(fā)酵4 h后，產(chǎn)氣速率逐漸增大；在體外發(fā)酵6～24 h時(shí)，5種作物秸稈體外產(chǎn)氣曲線斜率最大，說明此時(shí)間段各作物秸稈體外產(chǎn)氣速率也達(dá)到最大值。體外發(fā)酵24 h后，曲線斜率變小，說明5種作物秸稈體外產(chǎn)氣速率也逐漸變小，產(chǎn)氣量趨于穩(wěn)定。玉米秸稈體外產(chǎn)氣量以及產(chǎn)氣速率在發(fā)酵開始4 h后一直高于其他4種作物秸稈，體外發(fā)酵24和48 h時(shí)，玉米秸稈體外產(chǎn)氣量分別為75.33和97.84 mL，均高于其他4種作物秸稈；油菜秸稈體外發(fā)酵48 h時(shí)的產(chǎn)氣量最低，為58.53 mL，低于其他作物秸稈。5種作物秸稈體外發(fā)酵48 h的產(chǎn)氣量按玉米秸稈、青稞秸稈、豌豆秸稈、小麥秸稈、油菜秸稈的順序依次降低。

圖1 不同作物秸稈對體外發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響Fig.1 Effects of different crop straws onin vitrofermentation gas production

2.2 不同作物秸稈對體外發(fā)酵產(chǎn)氣參數(shù)及CH4產(chǎn)量的影響

不同作物秸稈對體外發(fā)酵產(chǎn)氣參數(shù)及CH4產(chǎn)量的影響見表3。不同作物秸稈體外發(fā)酵的理論最大產(chǎn)氣量（Vf）以玉米秸稈最高（101.92 mL），顯著高于其他作物秸稈（P＜0.05）；而油菜秸稈的Vf最低（59.09 mL），顯著低于其他4種作物秸稈（P＜0.05）。對于體外發(fā)酵的初始產(chǎn)氣速率（FRD0），5種作物秸稈之間均無顯著差異（P＞0.05）。對于體外發(fā)酵時(shí)達(dá)到最大產(chǎn)氣量1/2時(shí)所需時(shí)間（t0.5），以小麥秸稈最高（17.74 h），與青稞秸稈沒有顯著差異（P＞0.05），但顯著高于豌豆秸稈、玉米秸稈和油菜秸稈（P＜0.05），且后三者之間沒有顯著差異（P＞0.05）。不同作物秸稈體外發(fā)酵CH4產(chǎn)量以豌豆秸稈和玉米秸稈相對較高，二者之間無顯著差異（P＞0.05），但均顯著高于青稞秸稈、油菜秸稈和小麥秸稈（P＜0.05），且后三者之間沒有顯著差異（P＞0.05）。

2.3 不同作物秸稈對IVDMD和IVNDFD的影響

不同作物秸稈對IVDMD和IVNDFD的影響見表4。5種作物秸稈之間IVDMD和IVNDFD均存在顯著差異（P＜0.05），其中IVDMD以玉米秸稈最高（57.35%），且按玉米秸稈、豌豆秸稈、青稞秸稈、油菜秸稈、小麥秸稈的順序依次顯著降低（P＜0.05）；對于 IVNDFD，仍以玉米秸稈最高（53.73%），且按玉米秸稈、青稞秸稈豌、豆秸稈、油菜秸稈、小麥秸稈的順序依次顯著降低（P＜0.05）。

2.4 不同作物秸稈對體外發(fā)酵pH和NH3-N濃度的影響

不同作物秸稈對體外發(fā)酵pH和NH3-N濃度的影響見表5。玉米秸稈體外發(fā)酵液的pH最低（6.42），顯著低于其他4種作物秸稈（P＜0.05），且其他4種作物秸稈體外發(fā)酵液的pH沒有顯著差異（P＞0.05）。豌豆秸稈體外發(fā)酵液中NH3-N濃度顯著高于其他4種作物秸稈（P＜0.05），玉米秸稈、青稞秸稈和小麥秸稈體外發(fā)酵液中NH3-N濃度相對較低，且顯著低于豌豆秸稈和油菜秸稈（P＜0.05）。

2.5 不同作物秸稈對體外發(fā)酵主要VFA產(chǎn)量的影響

不同作物秸稈對體外發(fā)酵主要VFA產(chǎn)量的影響見表6。5種作物秸稈體外發(fā)酵48 h后乙酸、丙酸、丁酸和總VFA產(chǎn)量均以玉米秸稈最高，其中玉米秸稈乙酸產(chǎn)量顯著高于豌豆秸稈、青稞秸稈和小麥秸稈（P＜0.05），丙酸和總VFA產(chǎn)量顯著高于其他4種作物秸稈（P＜0.05），丁酸產(chǎn)量顯著高于豌豆秸稈、油菜秸稈和小麥秸稈（P＜0.05）；乙丙比以玉米秸稈和青稞秸稈較低，且兩者之間沒有顯著差異（P＞0.05），但均顯著低于其他3種作物秸稈（P＜0.05）。

表3 不同作物秸稈對體外發(fā)酵產(chǎn)氣參數(shù)及CH4產(chǎn)量的影響Table 3 Effects of different crop straws onin vitrofermentation gas production parameters and CH4production

表4 不同作物秸稈對IVDMD和IVNDFD的影響Table 4 Effects of different crop straws on IVDMD and IVNDFD %

表5 不同作物秸稈對體外發(fā)酵pH和NH3-N濃度的影響Table 5 Effects of different crop straws onin vitrofermentation pH and NH3-N concentration

表6 不同作物秸稈對體外發(fā)酵主要VFA產(chǎn)量的影響Table 6 Effects of different crop straws onin vitrofermentation main VFA yields

3 討 論

3.1 不同作物秸稈對體外發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響

研究表明，5種作物秸稈之間體外發(fā)酵產(chǎn)氣量均存在差異，以玉米秸稈最高，這可能是由于不同作物秸稈所含碳水化合物的量和組成不同所造成的。作物秸稈體外發(fā)酵產(chǎn)氣來源主要是碳水化合物，它們所含蛋白質(zhì)在體外發(fā)酵時(shí)也會產(chǎn)生一部分氣體，但整個(gè)體外發(fā)酵過程中，蛋白質(zhì)對產(chǎn)氣量的貢獻(xiàn)量遠(yuǎn)低于碳水化合物［21］。Cone等［22］對酪蛋白和淀粉的體外發(fā)酵研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵72 h后蛋白質(zhì)發(fā)酵的產(chǎn)氣量僅為碳水化合物的30%。此外，本試驗(yàn)所用5種作物秸稈中，豌豆為豆科作物，油菜為十字花科作物，其他3種作物秸稈均為禾本科作物，種屬不同可能也是粗飼料體外發(fā)酵產(chǎn)氣量存在差異的原因之一。有研究報(bào)道指出不同類型粗飼料體外發(fā)酵產(chǎn)氣特性有較大差異，通常情況下，種內(nèi)差異較小，種間差異較大［21］。海存秀［23］利用閹割牦牛對青海高原天然牧草營養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行評價(jià)時(shí)得出天然牧草在體外發(fā)酵12～48 h時(shí)產(chǎn)氣量的平均值急劇上升，48 h以后產(chǎn)氣量的平均值的增加逐漸平緩。由圖1可知，本試驗(yàn)中5種作物秸稈體外發(fā)酵產(chǎn)氣量在6～24 h時(shí)均急劇上升，在36 h以后趨于平緩，此結(jié)果與海存秀［23］報(bào)道結(jié)果有差異，兩者之間的差異可能是由于發(fā)酵底物不同和發(fā)酵液成分不同造成的。

3.2 不同作物秸稈對體外發(fā)酵產(chǎn)氣參數(shù)及CH4產(chǎn)量的影響

在體外發(fā)酵過程中，發(fā)酵底物為瘤胃微生物所利用的程度可以通過體外發(fā)酵累積產(chǎn)氣量來反映［24］。本試驗(yàn)中，各作物秸稈之間Vf存在明顯差異，這可能是由于不同作物秸稈可溶性非結(jié)構(gòu)性碳水化合物與CP的比例不同所造成的。湯少勛等［21］研究報(bào)道，當(dāng)可溶性非結(jié)構(gòu)性碳水化合物與CP之間的比例越大時(shí)，Vf越高，比例越小時(shí)，Vf越低，亦即隨著牧草中非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量的增加，體外發(fā)酵增強(qiáng)。高巍等［25］研究表明，青貯玉米秸稈中性洗滌可溶物（NDS）的產(chǎn)氣量占飼草累積產(chǎn)氣量的絕大部分。

FRD0表示體外發(fā)酵12 h之前的產(chǎn)氣速率，t0.5表示體外產(chǎn)氣量達(dá)到最大值1/2時(shí)所需時(shí)間，通常情況下，F(xiàn)RD0越大，t0.5越?。?6］。 在本試驗(yàn)中，5種作物秸稈之間FRD0差異并不顯著，只有青稞秸稈FRD0相對較大，這可能是由于作物秸稈中NDF/CP的差異引起的，NDF為難降解物質(zhì)，CP為易降解物質(zhì)，二者比例越高，越不容易降解；相反，則越容易降解，發(fā)酵速率就越快。Muck等［27］研究報(bào)道，體外發(fā)酵過程中65%～70%產(chǎn)氣量在發(fā)酵初期的9～10 h內(nèi)產(chǎn)生，而本試驗(yàn)中，5種作物秸稈體外發(fā)酵t0.5均在10～19 h之間，明顯高于Muck等［27］所報(bào)道的結(jié)論，這種差異可能是由于兩者體外發(fā)酵方式以及發(fā)酵底物的不同而導(dǎo)致的。

反芻動物瘤胃中的CH4是由瘤胃中碳水化合物經(jīng)瘤胃微生物厭氧發(fā)酵所生成的［28］。在瘤胃代謝過程中，瘤胃中CH4的生成是瘤胃發(fā)酵能量損失的主要原因之一，據(jù)報(bào)道，6%～15%的飼糧能量以CH4的形式散失［29］。瘤胃中CH4的生成與飼糧中CP、ADF、NDF、NFE含量以及IVDMD相關(guān)［30］。在本研究中，不同作物秸稈之間體外發(fā)酵CH4產(chǎn)量存在一定差異，其中玉米秸稈最高，與劉樹軍等［31］已報(bào)道結(jié)果一致，這種差異這可能是由于不同作物秸稈中可發(fā)酵的碳水化合物類型以及與CH4生成相關(guān)的成分含量的不同所致［32］。有報(bào)道指出作物秸稈纖維物質(zhì)含量是影響CH4產(chǎn)量的一個(gè)重要因素［33］，這可能是由于富含纖維物質(zhì)的飼料能促進(jìn)一些纖維分解菌和甲烷合成菌的共生引起的，這類微生物可以偶聯(lián)碳水化合物的降解產(chǎn)物，利用氫氣還原二氧化碳以合成。

3.3 不同作物秸稈對IVDMD和IVNDFD的影響

干物質(zhì)降解率（DMD）和中性洗滌纖維降解率（NDFD）是體現(xiàn)瘤胃發(fā)酵過程中粗飼料利用率的重要指標(biāo)［12］。粗飼料在瘤胃中的降解實(shí)際上是微生物以及微生物分泌的酶相互作用的結(jié)果，而降解率的高低與營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、微生物對底物的附著能力以及微生物分泌酶的催化能力有關(guān)［6］。在本試驗(yàn)中，不同作物秸稈IVDMD存在差異，其中以玉米秸稈最高。這種差異可能是由于不同作物秸稈中非結(jié)構(gòu)性碳水化合物以及可消化有機(jī)物的含量不同造成的，玉米秸稈非結(jié)構(gòu)性碳水化合物和可消化有機(jī)物含量高于其他作物秸稈，此種結(jié)果也暗示玉米秸稈很容易被瘤胃微生物降解利用。

由于NDF的降解性影響動物的生長性能，并且作物秸稈在反芻動物瘤胃中的降解率差異比較大，因此，作物秸稈的NDFD是評定牧草品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。本研究中，5種作物秸稈中以玉米秸稈IVNDFD最高，而其他作物秸稈的IVNDFD也存在差異，造成這種差異的原因可能與微生物與底物的吸附能力以及底物的結(jié)構(gòu)有關(guān)，相對于其他作物秸稈，玉米秸稈可能更容易吸附纖維降解菌。Fernando等［35］報(bào)道細(xì)菌與底物的吸附能力是影響底物消化率的重要因子，徐俊等［36］報(bào)道苜蓿莖被瘤胃微生物降解的速率及程度受其組織結(jié)構(gòu)及組分影響，同時(shí)其指出微生物對植物組織的吸附方式的不一致性也可能是造成不同底物纖維降解率不同的原因之一。

3.4 不同作物秸稈對體外發(fā)酵pH和NH3-N濃度的影響

瘤胃液pH是評價(jià)瘤胃內(nèi)環(huán)境的重要指標(biāo)之一，維持瘤胃正常pH是保證瘤胃正常發(fā)酵的前提，而正常奶牛瘤胃液 pH的正常范圍為 5.5～7.5［37］，在本試驗(yàn)中，5種作物秸稈體外發(fā)酵液的pH范圍為6.32～6.59，均在正常范圍內(nèi)。已有報(bào)道指出，當(dāng)pH大于5.7時(shí)，瘤胃微生物具有最大生長速度［38］，由此可知，本試驗(yàn)中的5種作物秸稈體外發(fā)酵均有利于微生物的生長。瘤胃液pH的大小受反芻動物唾液分泌以及有機(jī)酸的生成、吸收和排出等多種因素影響，但其波動的根本原因在于飼糧結(jié)構(gòu)［39］，本試驗(yàn)的5種作物秸稈中以玉米秸稈的體外發(fā)酵液的pH最低（表5），可能是由于體外發(fā)酵產(chǎn)生較多的VFA所造成的。體外發(fā)酵液pH大小與各作物秸稈對應(yīng)的體外發(fā)酵總VFA產(chǎn)量基本保持一致。

瘤胃中的NH3-N是瘤胃微生物合成微生物蛋白和機(jī)體蛋白質(zhì)的主要原料，也是微生物生長的重要氮源，其濃度在一定程度上可以反映出瘤胃中蛋白質(zhì)降解與合成之間的平衡狀態(tài)［40］。Wanapat等［41］研究指出瘤胃液中NH3-N的最佳濃度范圍為6.2～27.5 mg/dL，而在本試驗(yàn)中，5種發(fā)酵底物體外發(fā)酵液中NH3-N濃度范圍為6.26～19.74 mg/dL，均在所報(bào)道的最佳濃度范圍內(nèi)。同時(shí)，5種作物秸稈之間體外發(fā)酵液中NH3-N濃度均存在顯著差異，這種差異可能是由于不同作物秸稈蛋白質(zhì)含量不同所造成的。5種作物秸稈中以豌豆秸稈的體外發(fā)酵液中NH3-N濃度最高，且顯著高于其他作物秸稈，這可能是由于豌豆為豆科植物，而除油菜秸稈外，其他作物秸稈均為禾本科植物。已有報(bào)道指出豆科植物的蛋白質(zhì)含量大于禾本科植物［6］，由此可知，豆科的豌豆秸稈的蛋白質(zhì)含量高于禾本科的玉米秸稈、青稞秸稈和小麥秸稈，因此體外發(fā)酵液中NH3-N濃度較高。

3.5 不同作物秸稈對體外發(fā)酵VFA產(chǎn)量的影響

VFA主要是由瘤胃微生物對飼糧中的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行厭氧發(fā)酵而得到的終產(chǎn)物［42］，是反芻動物賴以生存、保持正常生長、泌乳和繁殖的主要能源，可提供反芻動物總能量需要的70%～80%，因而在反芻動物碳水化合物營養(yǎng)中占有重要地位［43］。VFA的種類主要有乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸、異戊酸等，而對動物代謝最為重要的是乙酸、丙酸、丁酸，三者約占瘤胃總VFA產(chǎn)量的95%，其中又以乙酸是產(chǎn)量最大的VFA，喂粗飼料時(shí)乙酸產(chǎn)量占總VFA產(chǎn)量的70%～75%［44］。在本試驗(yàn)中，不同作物秸稈體外發(fā)酵VFA產(chǎn)量及其組成均存在一定差異，玉米秸稈體外發(fā)酵乙酸、丙酸、丁酸以及總VFA的產(chǎn)量均顯著高于其他作物秸稈，但乙丙比卻相對較低；小麥秸稈體外發(fā)酵總VFA產(chǎn)量相對較低，但其乙丙比相對較高，這種差異可能是由不同作物秸稈所含可發(fā)酵有機(jī)物以及NDF含量不同所引起的。郭冬生［44］研究報(bào)道VFA的生成量主要取決于可發(fā)酵有機(jī)物，李旺［45］報(bào)道飼糧中礦物元素也會影響到VFA的產(chǎn)量，同時(shí)指出VFA的組成受飼糧中NDF和非NDF的影響較大。此外，不同來源植物細(xì)胞壁體外發(fā)酵VFA產(chǎn)量也存在顯著差異。張?jiān)獞c等［46］報(bào)道，6種不同來源植物細(xì)胞壁發(fā)酵產(chǎn)生總VFA及除丁酸外的其他VFA組分含量均存在顯著性差異。

4 結(jié) 論

① 體外發(fā)酵48 h后，玉米秸稈的48 h產(chǎn)氣量、Vf、CH4產(chǎn)量、IVDMD、IVNDFD均高于其他4種作物秸稈。

② 體外發(fā)酵48 h后，玉米秸稈發(fā)酵液的pH以及NH3-N濃度均低于其他4種作物秸稈。

③ 體外發(fā)酵48 h后，玉米秸稈的乙酸、丙酸、丁酸以及總VFA產(chǎn)量均高于其他4種作物秸稈。

④ 綜合不同作物秸稈體外產(chǎn)氣參數(shù)、體外發(fā)酵指標(biāo)和降解率發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈體外發(fā)酵效果最佳，與其他試驗(yàn)作物秸稈相比，更容易被瘤胃微生物降解利用；然而，玉米秸稈在發(fā)酵時(shí)也產(chǎn)生了較多的CH4氣體，在實(shí)際畜牧生產(chǎn)中易造成能量的浪費(fèi)。因此，在實(shí)際畜牧生產(chǎn)中，應(yīng)綜合考量各種因素，使得秸稈利用率最大化。

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Study onin VitroFermentation Characteristics of Different Crop Straws in Tibet Region

Basangzhuza1CHEN Liang2，3?Aosiman1YU Cuicui1ZHAO Li1ZHOU Chuanshe2，4??LI Bin1??
（1.Institute of Animal Science of Tibet Academy of Agricultural and Animal Husbandry Sciences，Lhasa850000，China；2.College of Animal Science and Technology，Hunan Agricultural University，Changsha410125，China；3.Scientific Observing and Experimental Station of Animal Nutrition and Feed Science in South-Central of Ministry of Agriculture，Hunan Provincial Engineering Research Center of Healthy Livestock，Key Laboratory of Agri-Ecological Processes in Subtropical Region，Institute of Subtropical Agriculture，Chinese Academy of Sciences，Changsha410125，China；4.Hunan Co-Innovation Center of Animal Production Safety，Changsha410128，China）

This experiment aimed to evaluate the nutritional value of different crop straws in Tibet region usingin vitrogas production technology.Five kinds of common crop straws（common vetch straw，maize straw，hullessbarley straw，wheat straw and rape straw）were selected in Tibet region，and the 48 h gas production，theoretical maximum gas production（Vf），methane（CH4）production，gas production parameters of logisticexponential（LE）model，pH and ammonia nitrogen（NH3-N）concentration in fermented fluid，main volatile fatty acids（VFA）production，in vitrodry matter degradability（IVDMD）andin vitroneutral detergent fiber degradability（IVNDFD）of five kinds of crop straws were determined usingin vitrogas production technique by the single factor experimental design.The results showed that the 48 h gas production of five kinds of crop straws reduced in the order of maize straw，hullessbarley straw，common vetch straw，wheat straw and rape straw.After 48 hin vitrofermentation，the Vf，IVDMD，IVNDFD，CH4production，propionic acid and total VFA yields of maize straw were significantly higher than those of the other four kinds of crops straws（P＜0.05），while thein vitrofermented fluid pH of maize straw was significantly lower than that of the other four kinds of crop straws（P＜0.05）.The results indicate that the maize straw possesses the bestin vitrofermentation effect and it is more easily to be utilized by the rumen microorganisms compare with the other crop straws in this experiment.［Chinese Journal of Animal Nutrition，2017，29（2）：719-728］

Tibet；crop straws；in vitrofermentation

S816

A

1006-267X（2017）02-0719-10

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.02.042

（責(zé)任編輯 菅景穎）

2016-08-06

娟姍牛生產(chǎn)性能與乳品質(zhì)提升營養(yǎng)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)研究（西藏自治區(qū)財(cái)政專項(xiàng)）

巴桑珠扎（1978—），男，藏族，西藏昌都人，學(xué)士，動物遺傳育種專業(yè)。E-mail：157493385＠qq.com

?同等貢獻(xiàn)作者

??通信作者：周傳社，研究員，碩士生導(dǎo)師，E-mail：zcs＠isa.ac.cn；李 斌，助理研究員，E-mail：276504821＠qq.com

?Contributed equally

??Corresponding authors：ZHOU Chuanshe，professor，E-mail：zcs＠isa.ac.cn；LI Bin，assitant professor，E-mail：276504821＠qq.com