不同厭氧處理方式對鮮麥秸品質(zhì)、活體外瘤胃發(fā)酵及甲烷產(chǎn)量的影響

徐 芳， 降 磊，張元慶*， 張丹丹， 王 曦， 程 景， 靳 光，孫志強， 張變英， 孫銳鋒， 薛艷蓉， 李 博， 陳 澤， 陳劍波

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所，山西太原 030032；2.山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟研究所，山西太原 030032；3.中國農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，北京海淀 100193）

我國是農(nóng)業(yè)大國，每年秸稈產(chǎn)量高達8億t左右，通常粉碎后直接掩埋或就地焚燒（Wang，2013）。隨著人口的增長和生活品質(zhì)的不斷提高，人們對牛羊肉食品的需求不斷加大，由于地理環(huán)境和養(yǎng)殖水平的客觀原因，飼草料的不足成為困擾我國反芻畜牧業(yè)發(fā)展的難題。開發(fā)利用秸稈飼草料是緩解人畜爭糧的一大途徑。反芻動物由于本身特殊的瘤胃結(jié)構(gòu)可以利用秸稈中的纖維素，但由于秸稈本身蛋白質(zhì)含量低、適口性差、易于霉變、整體營養(yǎng)價值及動物機體對其消化利用率較低等問題（曹俊偉，2010），不適宜作為越冬的干草料，限制了秸稈在養(yǎng)殖上的應(yīng)用。為提高秸稈資源的利用率，有必要對其進行科學合理的處理加工。目前通常所用處理方法有破碎、酸處理法、堿處理法、全株青貯、黃貯和微貯等。人們對秸稈的處理方法進行了大量的探索，結(jié)果顯示秸稈經(jīng)過處理均可以不同程度提高秸稈品質(zhì)，但不同方法處理的小麥秸稈在感官、營養(yǎng)成分、產(chǎn)氣量、消化率及產(chǎn)CH4量等方面缺乏系統(tǒng)性對比。本文主要研究不同厭氧處理方式對鮮麥秸營養(yǎng)成分、活體外瘤胃發(fā)酵及發(fā)酵氣體中CH4和CO2含量的影響，為小麥秸稈作為飼草料在反芻動物上的運用提供理論依據(jù)和試驗基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

原料：選用產(chǎn)自山西省晉中的晉作80（晉審麥2016007）全株小麥及小麥秸稈，在蠟熟期249 d刈割全株小麥、完熟期280 d刈割小麥秸稈，制作桶裝處理樣品。

儀器：CH4、CO2及揮發(fā)性脂肪酸（VFA）采用安捷倫7890A氣相色譜儀檢測。熱導（TCD）檢測器、Agilent Porapak Q 6Ft （1.83 m）×80/100 填充柱；氫火焰離子 （FID）檢測器、Agilent HP-INNOWax 19091-1131 30.00 m×0.320 mm×0.25Micron毛細柱。

1.2 試驗方法

菌制劑：由植物乳桿菌、布氏乳桿菌、香腸乳桿菌和類谷糠菌組成的混合菌凍干粉，活菌數(shù)1×1010cfu/g，由濟南三峰公司提供，于4℃冰箱保存。

瘤胃液供體動物：選用4頭年齡四歲、健康狀況良好、體重均為430 kg左右、安裝有永久性瘤胃瘺管的晉南閹公牛作為瘤胃液供體動物。試驗牛每日飼喂兩次（8：00 和 16：00），精粗比 50∶50，精料（玉米69.8%，豆粕23.7%，石粉1.8%，骨粉2.3%，食鹽1.2%，預混料1.2%），處理后飼草料5 kg，自由飲水。預飼7 d后，晨飼前采取瘤胃液。

樣品處理：于正式處理前刈割小麥樣品65℃烘干測粗水分，計算加水量。全株小麥及小麥秸稈刈割后，立即切碎揉搓機切短至1.5～2.5 cm，按表1分組，每組處理3個重復，均勻噴灑及充分攪拌后分別裝入5 L塑料桶壓實密封，22～25℃室溫貯存。

表1 分組及調(diào)制方法

1.3 樣品的采集與測定 桶裝樣品貯存56 d時開桶進行感官性能評價，并根據(jù)四分法取樣。按照國標測定其干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維。并取樣經(jīng)65℃烘干48 h后，粉碎過1.00 mm金屬篩，密封保存，用于營養(yǎng)成分測定和體外產(chǎn)氣、消化率及VFA的測定。

采用活體外瘤胃模擬裝置系統(tǒng)測定1、2、3、4、6、8、12、16、20、24、28、36、40、48、54、60、72 h 產(chǎn)氣量，在72 h時冰水浴終止發(fā)酵，將發(fā)酵液低溫離心 （4℃，5400 r/min×15 min），提取上清液-80℃過夜用于NH3-N和VFA檢測。NH3-N含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定，VFA （TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸及異戊酸）濃度使用安捷倫7890A氣相色譜儀測定，方法均參照董曉玲（2006）；發(fā)酵殘渣用蒸餾水反復清洗、離心，測定DM消化率；CH4和CO2濃度，于活體外瘤胃發(fā)酵 12、24、36、48、60、72 h 時， 使用安捷倫 7890A氣相色譜儀測定，具體方法參照張元慶等（2006）。

1.4 統(tǒng)計分析 本試驗中不同處理試驗結(jié)果采用Excel（2007）進行預處理，試驗數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計軟件SPSS 17.0進行單因素方差分析 （One-Way ANOVA）和Duncan’s多重比較檢驗，以 P＜0.05為差異顯著性標準；結(jié)果以“平均值±標準差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理鮮麥秸對感官指標的影響 感官評分可以快速評價出秸稈質(zhì)量的優(yōu)劣。從表2可以看出，在小麥全株或秸稈中加入混合菌可以保持秸稈飼料色澤鮮亮，并伴有酸香味，質(zhì)地相對柔軟，而單純的秸稈黃貯，顏色偏深，并有較少結(jié)塊現(xiàn)象；秸稈氨化組和秸稈堿化組質(zhì)地柔軟、結(jié)構(gòu)松散，但具有刺激性氣味。說明從感官評價方面，全株小麥或小麥秸稈中添加一定量的混合菌可以改善粗飼料的氣味、色澤和質(zhì)地等。

2.2 不同處理鮮麥秸對其營養(yǎng)成分的影響 從表3可以看出，各試驗組干物質(zhì)含量無顯著差異。與秸稈黃貯組相比，全株微貯組、秸稈微貯組、秸稈氨化組及秸稈堿化組粗蛋白質(zhì)含量分別提高219.21%（P ＜ 0.05）、16.75%（P ＞ 0.05）、112.81%（P＜ 0.05）、13.79%（P ＞ 0.05）。全株微貯組中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維的含量約是秸稈組的1/2（P＜0.05）；與秸稈黃貯組相比，秸稈微貯組、秸稈氨化組、秸稈堿化組中性洗滌纖維顯著降低8.24%、13.01%、9.09%（P＜0.05），酸性洗滌纖維顯著降低 17.67%、17.68%、15.61%（P ＜0.05）。 秸稈微貯組、秸稈氨化組、秸稈堿化組之間粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維及酸性洗滌纖維的含量均無顯著差異（P＞0.05）。小麥秸稈經(jīng)過氨化、堿化及微貯處理均降低了其中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的含量，氨化處理增加了粗蛋白質(zhì)含量；全株小麥青貯的品質(zhì)優(yōu)于小麥秸稈。

表2 不同處理鮮麥秸對感官指標的影響

表3 不同處理鮮麥秸對其營養(yǎng)成分的影響（風干基礎(chǔ)） %

2.3 不同處理鮮麥秸對活體外瘤胃發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響 由圖1可得，在0～72 h內(nèi)，各組產(chǎn)氣量迅速增加，然后逐漸趨于平緩。全株微貯組產(chǎn)氣量明顯高于秸稈各處理組；秸稈氨化組產(chǎn)氣量高于秸稈黃貯組、秸稈微貯組、秸稈堿化組。全株微貯及秸稈氨化均可不同程度提高產(chǎn)氣量。

圖1 不同處理鮮麥秸對體外模擬消化產(chǎn)氣量的影響

2.4 不同處理鮮麥秸對活體外瘤胃發(fā)酵72 h消化率的影響 由圖2可得，秸稈黃貯組比全株微貯組、秸稈氨化組體外消化率降低了56.39%、24.03%（P＜0.05）；相對于秸稈氨化組，全株微貯組體外消化率提高26.09%（P＜0.05）；秸稈黃貯組、秸稈微貯組、秸稈堿化組之間無顯著性差異（P＞0.05）。說明全株微貯及秸稈氨化均可不同程度提高秸稈的消化率。

圖2 不同處理鮮麥秸對體外模擬消化率的影響

2.5 不同處理鮮麥秸對CH4產(chǎn)生的影響 從表4可以看出，各試驗組CH4產(chǎn)量隨著體外發(fā)酵時間的增加先快速增加，后逐漸趨于平穩(wěn)。在整個試驗階段，全株微貯組CH4產(chǎn)量顯著高于其他組（P＜0.05）；在72 h時，秸稈微貯產(chǎn)CH4量最低，與秸稈微貯組相比，全株微貯組、秸稈氨化組及秸稈堿化組CH4產(chǎn)量分別提高了84.09%、45.73%、35.34%（P ＜ 0.05）；12 h時，與秸稈黃貯組相比，秸稈微貯組、秸稈氨化組、秸稈堿化組CH4提高了36.36%、47.73%、27.27%（P＜0.05）；36～48 h秸稈黃貯組和秸稈微貯組體外產(chǎn)CH4的產(chǎn)量顯著低于秸稈氨化組和秸稈堿化組（P＜0.05）；在60～72 h秸稈微貯組CH4產(chǎn)量顯著低于其他處理組（P＜0.05）?？偟膩碚f全株微貯體外產(chǎn)CH4量相對提高，秸稈微貯組體外產(chǎn)CH4量相對較低。

表4 不同處理鮮麥秸對CH4產(chǎn)生的影響mL

2.6 不同處理鮮麥秸對CO2產(chǎn)生的影響 從表5可以看出，各試驗組CO2隨著體外發(fā)酵的時間增加先快速增加，后逐漸趨于平穩(wěn)。與秸稈黃貯組相比，在12 h秸稈氨化組、全株微貯組CO2含量顯著提高39.83%、38.78%，24 h時CO2含量顯著提高8.7%、4.9%（P ＜ 0.05）；與秸稈氨化組相比，在 36 h時，秸稈黃貯組、秸稈微貯組、秸稈堿化組CO2含量顯著降低12.21%、13.36%、17.79%（P ＜ 0.05）；在 48 h時，秸稈黃貯組、秸稈微貯組、秸稈堿化組CO2含量顯著降低 7.00%、13.64%、16.33%（P ＜ 0.05）；在60、72 h時，秸稈黃貯組、秸稈氨化組、秸稈堿化組、秸稈微貯組CO2含量均差異不顯著（P＞0.05）。

表5 不同處理鮮麥秸對CO2產(chǎn)生的影響mL

2.7 不同處理鮮麥秸對體外發(fā)酵液NH3-N和VFA的影響 從表6可以看出，全株微貯組體外發(fā)酵液 NH3-N、TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸及異戊酸含量顯著高于其他各處理組 （P＜0.05）；與秸稈微貯組相比，全株微貯組體外發(fā)酵液 NH3-N、TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸及異戊酸含量分別提高41.29%、20.99%、10.48%、41.99%、14.61%、166.67%、43.75%及 64.71%（P＜0.05）；秸稈黃貯組、秸稈微貯組、秸稈氨化組及秸稈堿化組NH3-N、TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸及異戊酸含量差異不顯著（P＞0.05）。

表6 不同處理鮮麥秸對體外發(fā)酵液NH3-N和VFA的影響

3 討論

3.1 不同處理鮮麥秸對感官指標和營養(yǎng)成分的影響 本試驗中，全株小麥和小麥秸稈添加菌劑、秸稈氨化、堿化處理均一定程度上提高了其蛋白質(zhì)的含量，降低了其纖維的含量，并一定程度上提升了小麥秸稈粗飼的質(zhì)量。馬廣英（2014）研究小麥秸稈的黃貯優(yōu)化結(jié)果表明，黃貯提高了秸稈的感官品質(zhì)，改善了秸稈適口性。Wan等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，在玉米秸稈青貯中添加植物乳桿菌，可以提高青貯發(fā)酵品質(zhì)并且提高體外干物質(zhì)降解率；熱杰（2009）研究表明，乳酸菌添加劑可改善青貯燕麥的品質(zhì)，增加其干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)含量；Yan等（2008）研究結(jié)果表明，稻草經(jīng)過堿預處理后纖維素、半纖維素等被分解，稻草秸稈結(jié)構(gòu)有較大變化。劉培劍等（2018）研究表明，秸稈中添加尿素可以降低纖維素的水平。本試驗采用的全株鮮麥秸添加微生物處理，其營養(yǎng)成分顯著高于黃貯，且感官性能優(yōu)越，與報道的試驗結(jié)果類似。本試驗全株微貯、秸稈氨化組蛋白質(zhì)水平提升、纖維素水平下降可能是因為添加一定量混合菌可以降解纖維素轉(zhuǎn)化菌體蛋白的原因；同時乳酸菌產(chǎn)生的乳酸降低了基質(zhì)pH，抑制有害菌群生長，從而提升粗飼秸稈的品質(zhì)。由于氨化處理本身提高了秸稈含氮量，從而增加了秸稈中粗蛋白質(zhì)含量；但秸稈經(jīng)氨化處理后，具有強烈刺激氣味、影響適口性；有資料顯示，氨化處理的氮在秸稈中保留率僅為23%～26%，其余的74%～77%以氨形態(tài)散發(fā)到空氣中，既造成了氮源的浪費，也污染了大氣環(huán)境。

3.2 不同處理鮮麥秸對體外消化指標的影響通常情況下，體外產(chǎn)氣量可以在某種程度上反映飼料在反芻動物瘤胃中的降解特性，可反映飼糧能量水平。毛建紅等（2017）研究表明，飼糧中有機物的含量越高，瘤胃的產(chǎn)氣量就越高。張立霞等（2013）研究表明，秸稈經(jīng)微生物處理后，其細胞壁結(jié)構(gòu)被破壞，增加了瘤胃微生物附著的比表面積。飼料中可利用的有機物含量越多，瘤胃的產(chǎn)氣量就越高。本試驗結(jié)果表明，全株小麥經(jīng)微生物處理后其產(chǎn)氣量明顯高于其他處理，是因為全株小麥里含有大量的小麥粒，提升整體青貯有機物的水平，所以說全株微貯產(chǎn)氣量遠高于秸稈處理組。秸稈經(jīng)氨化處理后，其產(chǎn)氣量也顯著提升，造成這一結(jié)果的原因可能是加入秸稈中的尿素為瘤胃微生物的發(fā)酵提供了豐富的氮源，彌補了因單純的秸稈微生物發(fā)酵氮含量的不足限制的微生物生長，使秸稈的細胞壁結(jié)構(gòu)分解，同時氨化也可一定程度破壞秸稈結(jié)構(gòu)，所以說秸稈氨化產(chǎn)氣量高于其他秸稈處理組。與秸稈黃貯組相比，在秸稈中添加菌劑制得的小麥秸稈微貯并未使產(chǎn)氣量明顯提升，可能是因為秸稈缺乏微生物生長所必需的氮源，使秸稈微貯效果不明顯。

Brummel等（2015）、張文璐等（2009）研究表明，反芻動物體外產(chǎn)氣量與飼糧中營養(yǎng)物質(zhì)的消化率呈正相關(guān)；同時體外干物質(zhì)消化率反映了飼料消化的難易程度（馬俊南，2016）。本試驗結(jié)果表明，全株微貯組、氨化組的體外消化率顯著高于其他處理組，全株微貯組體外消化率高于秸稈氨化組，這一結(jié)果與體外產(chǎn)氣量結(jié)果是一致的。說明產(chǎn)氣量和消化率存在一定的正相關(guān)，與前人的研究相一致。

飼料被反芻動物攝入經(jīng)瘤胃微生物的厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生氫和CO2，在瘤胃內(nèi)甲烷菌作用下合成不能被機體利用的CH4。有資料表明，影響反芻動物產(chǎn)生CH4因素依次為粗飼糧類型 ＞飼糧精粗比＞能量水平；也有資料表明，CH4排放量與能量攝入水平呈正相關(guān)關(guān)系。本試驗結(jié)果表明，秸稈氨化處理和全株微貯處理含CH4高一些。其原因可能是全株微貯相對于秸稈處理組能量水平高且相對精細，所以CH4產(chǎn)量高于其他處理組。秸稈氨化、秸稈堿化CH4含量高于秸稈微貯和秸稈黃貯組可能是因為氨化、堿化處理有利于瘤胃中甲烷菌的生長，CH4排放相對高一些。

隨著飼草料中蛋白質(zhì)含量的增加，瘤胃NH3-N 和 TVFA 含量線性增加（Mccann，2017）；全株微貯組和秸稈氨化組蛋白質(zhì)含量高，結(jié)果顯示，其NH3-N和TVFA均高于其他組，與Mccann（2017）研究結(jié)果一致。VFA主要由瘤胃發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生，同時也是反芻動物能量利用的主要形式，包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸和異戊酸，其含量之和即為TVFA含量。Polyoraeh等（2014）研究表明，精料比例的提高會降低乙酸和丙酸。因為丙酸是反芻動物主要的生糖物質(zhì)，由于丙酸合成與瘤胃產(chǎn)甲烷菌需要共同的底物，二者在瘤胃發(fā)酵中存在競爭關(guān)系。本研究中隨著處理組精粗比的提高，丙酸的產(chǎn)量顯著提高，這與崔安等（2016）、張穎等（2014）的研究結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

全株微貯和秸稈微貯、氨化、堿化均可以一定程度上提高其感官性能及飼草料品質(zhì)；全株微貯、秸稈氨化均可顯著提升產(chǎn)氣量及消化率。氨化處理秸稈氣味刺鼻，影響適口性，造成氮源浪費，污染環(huán)境；相對于秸稈處理組，全株微貯可顯著提升體外消化液氨態(tài)氮、總揮發(fā)酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸及異戊酸含量。