挤压膨化微贮玉米秸秆的瘤胃降解特性

2018-11-24王玉婷祁宏伟

中国畜牧杂志 2018年11期

王玉婷，于维，祁宏伟*

（1.吉林农业大学动物科学技术学院，吉林长春 130118；2.吉林省农业科学院畜牧科学分院，吉林公主岭 136100 ）

我国是农业大国，每年都会产生大量的作物秸秆，主要包括稻草秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆。其中玉米秸秆产量较大，超过1.1亿t，约占作物秸秆总产量的28.99%[1]。但目前我国大量的玉米秸秆被废弃、燃烧，不仅造成资源浪费，还污染了环境[2]。玉米秸秆作为反刍动物饲料，由于其粗蛋白质含量低、粗纤维含量高、适口性差，导致其直接饲喂反刍动物时效果差、消化利用率低[3]。为提高玉米秸秆消化利用率需进行一定加工处理，目前的主要加工处理方式主要包括物理方法、化学方法、生物方法。物理方法主要包括切断、粉碎、碾压、浸泡、爆破等；化学方法包括酸化、碱化、氧化等；生物法包括黄贮、青贮、微贮等[4]。

但现阶段，我国玉米秸秆的加工处理方式较单一，处理效果也不是很理想。膨化微贮玉米秸秆是将物理和生物法结合起来的一种复合加工调制方法，其生产工艺流程为收获秸秆、铡段、送料、挤压膨化、补水加菌、打捆、裹膜、入库发酵、饲用。一些研究表明，玉米秸秆经过膨化处理后，秸秆中的木质素对纤维素和半纤维素的包裹和致密的纤维素结构被破坏，从而使玉米秸秆的物理结构发生一定变化，提高反刍动物对玉米秸秆的消化利用率[5-6]。但未见关于膨化微贮玉米秸秆瘤胃降解率评定的报道。因此，本试验利用半体内法—瘤胃尼龙袋法测定膨化微贮玉米秸秆的瘤胃动态降解率，并将其与传统加工方法处理的玉米秸秆的瘤胃降解率进行比较，旨在客观评价膨化微贮玉米秸秆的营养价值，并为膨化微贮玉米秸秆的推广使用提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料本试验用的玉米秸秆均来自吉林省公主岭地区，收获时期相同。常规玉米秸秆是未经任何处理的玉米秸秆。膨化微贮玉米秸秆是将常规玉米秸秆切断为3 cm后用辽源市牧兴机械有限公司生产的9 P-150型多功能秸秆膨化机进行膨化（在膨化过程中加入适量的水防止秸秆焦糊），之后加菌打捆裹膜。菌剂来自大连吉翔农业科技有限公司（其主要成分是乳酸菌、酵母菌及其培养物），发酵时间为45 d。除未经膨化处理外，黄贮玉米秸秆其他工艺均与膨化微贮玉米秸秆的加工工艺相同。

选取膨化微贮、黄贮、常规玉米秸秆样品，65烘干，回潮24 h制成风干样本，粉碎，过1 mm筛后，密封保存备用。膨化微贮、黄贮、常规玉米秸秆干物质（DM）、粗蛋白质（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、粗脂肪（EE）、粗灰分（Ash）见表1。

1.2 试验动物及日粮选取3头月龄相近、体重（500±30）kg、健康且装有永久性瘤胃瘘管的草原红牛为试验动物。基础日粮按照中国肉牛饲养标准进行配制，精粗比为40:60，于06:00和16:30分2次等量饲喂，自由饮水。日粮的配方及营养成分见表2。

1.3 瘤胃降解率测定选取孔径为43 μm的尼龙布，将其缝制成8 cm×12 cm的尼龙袋，用酒精灯将尼龙袋边缘烤焦，并将胶棒均匀涂抹于缝制处。在试验前用瘤胃液将尼龙袋浸泡2 h，然后65 烘干、称重。称取5 g样品置于尼龙袋底部，并用细绳将尼龙袋口扎紧。每种样品在同一瘘管牛内设置3个平行，共3头牛。将平行样品分别置于网袋中，在晨饲前置于瘤胃。尼龙袋放入取出遵循“分别放入，同时取出”的原则，在体内放置的时间分别为 4、8、12、24、36、48、72 h。将取出的尼龙袋用自来水冲洗，直至水至澄清，65 烘干，称重，将尼龙袋中残渣取出，密封保存，用于测定残渣的NDF、ADF、CP含量[7]。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 营养成分样品中DM、CP、EE、Ash依据张丽英[8]的方法测定，ADF、NDF依据范式纤维法（Van Soest）[9]，用纤维分析仪测定。

1.4.2 NDF、ADF、CP各个时间点降解率 CP、ADF、NDF各个时间点降解率计算公式[10]：

其中，A为某营养成分某时间点的降解率（%），B为降解前袋内该营养成分的含量（g），C为降解后袋内该营养成分的含量（g）。

表2 日粮配方及营养成分（干物质基础）

1.4.3 瘤胃降解参数及有效降解率各营养成分的瘤胃降解动力参数利用尼龙袋法测出的各时间点降解率和指数模型 dP（t）=a+b（1-e-ct）计算出降解参数 a、b、c后，依据有效降解率（ED）计算公式：

式中，dP（t）为t时间点的某营养成分的降解率，a为该营养成分的快速降解部分（%），b为慢速降解部分（%），c为慢速降解部分的降解速率（%/h），k为待测样品的瘤胃外流速度（%/h）[11]，本试验k值取2.5（%/h）[12]。

1.5 统计分析数据在Excel（2016）中整理后，用SAS（6.0.0.3）软件非线性分析（NLⅠN）处理计算出a、b、c，用SPSS（21.0）进行单因素方差分析中Duncan's法分析，结果用平均值±标准差表示。

表1 不同处理玉米秸秆的营养成分 %

2 结果与分析

2.1 CP瘤胃降解特性由表3可以看出，膨化微贮玉米秸秆CP在各个时间点的降解率均极显著高于常规玉米秸秆（P＜0.01）；除8 h外，也极显著高于黄贮（P＜0.01）。黄贮玉米秸秆CP的降解率在4、8、12 h极显著高于常规玉米秸秆（P＜0.01），在24、48、72 h的降解率显著高于常规玉米秸秆（P＜0.05）。膨化微贮玉米秸秆的a、b、a+b、ED均极显著大于黄贮和常规玉米秸秆（P＜0.01）。黄贮玉米秸秆的a极显著大于常规玉米秸秆（P＜0.01），a+b大于常规玉米秸秆（P＜0.05），b极显著小于常规玉米秸秆（P＜0.01），但其ED极显著大于常规玉米秸秆（P＜0.01）。

表3 CP瘤胃降解率及降解参数

2.2 NDF瘤胃降解特性由表4可以看出，膨化微贮、常规、黄贮玉米秸秆各时间点的NDF的降解率差异不显著（P＞0.05）。膨化微贮和黄贮玉米秸秆的NDF的a含量差异不显著（P＞0.05），但两者均显著高于常规玉米秸秆（P＜0.05）。膨化微贮玉米秸a+b及ED显著高于常规玉米秸秆（P＜0.05）；黄贮玉米秸秆的a+b及ED高于常规玉米秸秆，低于膨化微贮玉米秸秆（P＞0.05）。

2.3 ADF瘤胃降解特性由表5可以看出，膨化微贮和黄贮玉米秸秆各时间点ADF的降解率均高于常规玉米秸秆（P＞0.05）。黄贮玉米秸秆12、24、36 h的NDF降解率大于膨化微贮玉米秸秆（P＞0.05），其他时间点低于膨化微贮玉米秸秆（P＞0.05）。膨化微贮玉米秸秆的b显著高于黄贮、常规玉米秸秆（P＜0.05），a+b极显著高于黄贮、常规玉米秸秆（P＜0.01），ED极显著高于常规玉米秸秆（P＜0.01）。黄贮玉米秸秆的a、b与常规玉米秸秆差异不显著（P＞0.05），但其b及ED极显著高于常规玉米秸秆（P＜0.01）。

表4 NDF瘤胃降解率及降解参数

表5 ADF瘤胃降解率及降解参数

3 讨论

饲料中CP瘤胃降解率是反刍动物蛋白新体系的重要参数，并已逐渐应用到生产实践中[13]。饲料原料的CP瘤胃降解率不仅受饲料本身的物理、化学特性影响外，还与其发酵程度、瘤胃滞留时间、瘤胃微生物对饲料侵袭的有效面积和某些成分的保护性有关[14]。饲料中纤维物质的降解率是评价粗饲料营养价值的一个重要指标，主要包括木质素、纤维素、半纤维素、果胶、硅酸盐等，但这些物质又难以被反刍动物消化吸收[15]。饲料中的纤维物质相互交联形成复杂的紧密结构，溶解性极低，瘤胃微生物必须首先紧密附着在底物上才能进行消化。NDF主要包括纤维素、半纤维素、木质素，而木质素完全不被微生物利用，所以木质素占NDF的比例也会影响NDF的降解率。

本试验测得不同方式处理的玉米秸秆中CP含量为膨化微贮＞黄贮＞常规。玉米秸秆经过膨化后其细胞壁结构在一定程度上受到破坏，使蛋白质可与微生物充分接触，从而提高CP的降解率。本研究结果表明，膨化微贮玉米秸秆CP的ED极显著高于黄贮，黄贮玉米秸秆极显著高于常规玉米秸秆，可能与其CP含量有关。冷静等[16]认为牧草含量高有利于蛋白质的降解。

本试验中，膨化微贮玉米秸秆的NDF、ADF的ED高于常规玉米秸秆，可能是由于玉米秸秆经过高温膨化后，秸秆中的木质素对纤维素和半纤维素的包裹和致密的纤维素结构被破坏，有利于瘤胃微生物附着在底物上，提高其降解率。同时玉米秸秆经过微生物发酵过程，一些微生物菌群附着在纤维物质上，使玉米秸秆的细胞壁结构发生改变，提高其NDF、ADF的降解率。王立明等[17]的研究中，常规玉米秸秆CP、NDF、ADF的 ED为 39.76%、33.09%、29.56%，黄贮玉米秸秆CP、NDF、ADF的ED为45.01%、33.79%、29.56。这与本试验结果基本一致。但其常规玉米秸秆CP、NDF、ADF的a含量为4.69%、6.44%、2.18%，黄贮玉米秸秆CP、NDF、ADF的a含量为29.40%、6.44%、2.18%[17]，较本试验结果略低，这可能是与玉米秸秆的产地、收割时间及黄贮的发酵时间长短有关。韩浩然等[18]研究表明，蒸汽爆破可降低玉米秸秆中木质素含量，从而提高纤维素物质的降解率。这与本试验结果一致。孙文等[19]研究表明，黄贮玉米秸秆NDF的ED与常规玉米秸秆差异不显著，但ADF的ED显著提高，这与本试验结果一致。