收割时期及发酵处理对张杂谷营养成分及其在奶牛瘤胃中降解率的影响

孙全文， 韩 昱， 赵治海， 范光宇， 郭 鹏， 刘春阳， 孙茂红， 靳玲品， 赵月平

（1.河北北方学院，河北张家口 075000；2.张家口市农业科学院，河北张家口 075000；3.北京好友巡天生物技术有限责任公司，北京海淀 100080）

张杂谷秸秆中所含的粗蛋白质为6.22%～7.35%，其营养价值与有“饲草之王”称号的苜蓿接近，高于其他禾本科牧草。由此看来，“张杂谷”在饲料业方面也有着很大的开发前景。

奶牛采食量、产奶量、原料奶质量和奶牛的健康受粗饲料品质影响很大，粗饲料的品质除了受到播种土地、环境以及加工工艺影响外，最重要的还受其收割时期的影响。不同的牧草收割期会很大程度上影响牧草干物质（DM）、粗蛋白质（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）和水溶性碳水化合物（WSC）等营养成分含量，因此合适的收割期会带来最大的经济效益（Coblentz，1998）。

微生物发酵饲料是以植物性农副产品为主要原料，在有益微生物的代谢作用下，部分蛋白质、脂肪和多糖等大分子物质被降解，生成可溶性多肽和有机酸等小分子物质，最终产生活菌含量高、适口性好、营养丰富的生物饲料。其有效成分包括酶类、有益微生物菌体蛋白、氨基酸、活性益生菌、有机酸等。通过发酵处理不仅可以提高饲料的消化利用率、改善饲料品质，还能调节动物体内的微生态平衡，实现增强机体免疫力、抗腹泻、促生长等作用（孙汝江，2012）。

张杂谷是一类高营养物质含量的饲料，蛋白质、维生素、矿物质等含量均高于其他谷草（邱风仓，2013）。然而，目前关于不同收割时期的张杂谷及其发酵处理，其营养价值有何变化以及作为奶牛日粮对其瘤胃降解率影响的相关研究鲜有报道。因此，本试验研究收割期及发酵处理对张杂谷常规营养组分及氨基酸含量的影响，以及分析不同收获期及发酵处理后的张杂谷对奶牛瘤胃发酵性能的影响，以期为张杂谷在奶牛业中的应用提供理论依据。

1 试验材料及方法

1.1 张杂谷处理 试验用张杂谷在4月下旬开始种植，8月中旬进行早期收割。在草地中随机选取5块15 m2大小的地块，在每个地块中随机割取4～5 kg张杂谷，作为早期收割样本。待谷草继续生长半个月后，在同样5个地块中继续随机割取4～5 kg张杂谷，作为晚期收割样本。将所取样本分为4组。每个早期收割及晚期收割的样本各留一半，即为早期收割干草组（EH组）和晚期收割干草组（LH组）。另外分取一半进行发酵处理，即为早期收割发酵干草组（EF组）和晚期收割发酵干草组（LF组）。将该2组干草切短成5～8 cm，选择活化后2 h活菌数达到20亿/mL的细菌，30℃厌氧发酵7 d后，粉碎处理，并过40目筛保存备用。在65℃下烘48 h，取出后在空气中放置48 h。

1.2 试验动物及日粮配方 选择4头体况良好，年龄、体重、胎次相近，安装永久性瘤胃瘘管的健康荷斯坦青年牛作为供体牛，按照1.3倍维持需要配制日粮，基础日粮配方及营养水平见表1。

表1 基础日粮组成和营养水平（DM基础）

1.3 试验方法

1.3.1 张杂谷营养成分测定 参考 《饲料分析及饲料质量检测技术》，分别测定4个组中张杂谷样本的营养成分。

1.3.2 奶牛瘤胃降解率测定 采用尼龙袋法测定张杂谷在奶牛瘤胃内的降解率，试验方法参见Фrskov（1979）及冯仰廉（2004）方法。 选用 40 ～60 mm孔径的尼龙布，制成8 cm×12 cm的尼龙袋，袋底部两角呈钝圆形。选择直径为0.5～0.8 cm的半软塑料管，长度为50 cm，用橡皮筋将装好样品的尼龙袋绑紧，在塑料管另一端用尼龙线系紧，将塑料管固定在瘤胃瘘管盖。测定22个饲料样本在奶牛瘤胃内 0、4、8、12、24、48、72 h 的 DM、CP、NDF及ADF的实时降解率并基于实时降解率值计算有效降解率和瘤胃发酵参数。

1.4 数据处理

1.4.1 目标成分实时降解率的测定 装袋样品逃逸率、校正装袋样品量、目标成分降解量和目标成分实时降解率的计算公式如下：

校正装袋样品量/g=实际装袋样品量×[1-样品逃逸率]；

某目标成分某培养时间点的降解量/g=[校正装袋样品量/g×空白试验残余物中某目标成分的含量/%]- [某培养时间点残余物的重量/g×某培养时间点残余物中某目标成分的含量/%]；

某目标成分某培养时间点的实时降解率/g=

1.4.2 降解参数的计算 饲料中某成分在瘤胃中的实时降解率符合指数曲线：

式中：P为t时刻被测样品某目标成分的实时瘤胃降解率，%；a为被测样品某目标成分的快速降解部分，%；b为被测样品某目标成分的慢速降解部分，%；c为b部分的降解速率，%/h；t为饲料在瘤胃内停留的时间，h。

利用各培养时间点实时降解率的数据 （P和t），采用饲料瘤胃降解参数计算软件，计算式中a、b和c值。

1.4.3 有效降解率的计算 利用计算结果（a、b、c值）采用下式计算待测饲料目标成分的有效降解率：

式中：P为待测样品某目标成分的有效降解率，%；a为待测样品某目标成分的快速降解部分，%；b为待测样品某目标成分的慢速降解部分，%；c为b部分的降解速率，%/h；k为待测样品某目标成分的瘤胃外流速率，%/h。

表2 收割时间与发酵处理对张杂谷营养指标的影响

式中的k值为0.025。试验数据用Excel整理统计后，试验按照两因素设计，采用SAS 9.2的MIXED程序进行分析。数据采用以下分析模型：Y=F1+F2+F1×F2+μ，所有数据采用Tukey检验进行多重比较。

2 结果

2.1 收割时期及发酵处理对张杂谷营养指标的影响 由表2可知，随着植物生长时间延长，成熟度提高，早期收割张杂谷粗灰分、粗蛋白质、NDF及ADF的含量极显著低于晚期收割张杂谷 （p＜0.01）。说明早期收割的张杂谷纤维和有机物含量优于晚期收割张杂谷，但蛋白质含量较晚期收割张杂谷较低。发酵处理极显著降低张杂谷干物质含量 （p＜0.01），显著降低张杂谷粗蛋白质含量（P ＜ 0.05）；显著增加 WSC 含量（P ＜ 0.05）。收割时间和发酵处理二因素互作对张杂谷粗灰分、ADF及WSC含量有显著影响 （p＜0.05），EF组张杂谷WSC含量最优。

2.2 收割时期及发酵处理对张杂谷氨基酸含量的影响 由表3可知，早期收割张杂谷的赖氨酸、精氨酸、苏氨酸、缬氨酸、天冬氨酸、脯氨酸、甘氨酸含量均显著低于晚期收割张杂谷（p＜0.05），亮氨酸和谷氨酸的含量显著高于晚期收割张杂谷（P ＜ 0.05）。

发酵处理张杂谷中天冬氨酸及脯氨酸含量显著降低（p＜0.05），谷氨酸、甘氨酸和丙氨酸含量显著增加（p＜0.05）。天冬氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、甘氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、丝氨酸、精氨酸、脯氨酸亮氨酸和赖氨酸含量受到收割时间与发酵处理交互作用的影响（p＜0.05）。

综上所述，EF组张杂谷WSC含量及丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸和亮氨酸含量较高。

2.3 收割时间与发酵处理对张杂谷干物质有效降解率的影响 由表4和图1可知，收割时期对张杂谷在瘤胃内干物质有效降解率无显著影响，发酵处理对早期收割张杂谷在瘤胃内干物质有效降解率有降低的趋势（P=0.07），收割时间及发酵处理对张杂谷干物质有效降解率有显著互作效应（P=0.05），EF组张杂谷干物质有效降解率（35.05%）低于 EH 组（39.05%）、LF 组（37.76%）及LH 组（37.70%）。

表3 收割时间与发酵处理对张杂谷氨基酸含量的影响%

表4 收割时间与发酵处理对张杂谷干物质有效降解率的影响

图1 干物质有效降解率

2.4 收割时间与发酵处理对张杂谷粗蛋白质有效降解率的影响 由表5和图2可知，早期收割张杂谷粗蛋白质有效降解率显著低于晚期收割张杂谷（p＜0.05），发酵处理张杂谷粗蛋白质有效降解率显著低于未发酵张杂谷（p＜0.05）。收割时间及发酵处理互作效应对张杂谷粗蛋白质有效降解率无显著影响。然而，EF组张杂谷粗蛋白质有效降解率（31.87%）低于其他三组。

表5 收割时间与发酵处理对张杂谷粗蛋白有效降解率的影响

2.5 收割时间与发酵处理对张杂谷有机物有效降解率的影响 由表6和图3可知，收割时期、发酵处理二者互作效应对张杂谷有机物有效降解率无显著的影响（P＞0.05）。

图2 粗蛋白有效降解率

表6 收割时间与发酵处理对张杂谷有机物有效降解率的影响

图3 有机物有效降解率

2.6 收割时间与发酵处理对张杂谷中性洗涤纤维有效降解率的影响 由表7和图4可知，早期收割张杂谷NDF有效降解率显著低于晚期收割张杂谷（p＜0.05），发酵处理及二者互作效应对张杂谷NDF有效降解率无显著影响。EF组张杂谷NDF有效降解率（23.45%）低于其他三组（EH组25.20%、LF组31.12%、LH组30.68%）。

表7 收割时间与发酵处理对张杂谷中性洗涤纤维效降解率的影响

图4 NDF有效降解率

3 讨论

饲料成本占奶牛总成本的60%～70%，其中优质粗饲料在奶牛日粮中占有至关重要的地位。粗饲料来源广泛，种类繁多，常规的一般为各类青贮、干草和作物秸秆。在我国奶牛饲养中，干草主要有羊草、燕麦草和苜蓿，但是国内种植的品质普遍不如进口品质高，因此常需从国外进口，增加饲料成本；羊草主要来自于天然草场，因此在牧草中常常混有其他牧草，而且由于天然草场比较贫瘠，能够生长在天然草场上的牧草中营养成分也很低，同时还受到气候的影响，这样导致羊草的营养成分并不是很稳定（孙茂红，2015）。

张杂谷由张家口农科院研制而成，截至目前，已育成“张杂谷”品种9个。张杂谷的高产高抗性能是人们最关注的，其和普通谷子的干物质积累虽都表现出“慢-快-慢”的生长规律，但张杂谷的干物质积累量比普通谷子有明显优势 （卢海博，2014；邱风仓，2013）。有研究表明，用张杂谷谷草完全代替羊草作为饲草对奶牛采食量、乳脂率和乳蛋白率等乳成分指标几乎无影响，而且日产奶量有增加趋势，其间未见奶牛有不良反应 （孙茂红，2015）。

本试验发现，早期收割并经过发酵处理的张杂谷WSC及苏氨酸、丝氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸含量较高。早期收割并经过发酵处理的张杂谷总能含量为16.71 MJ/kg，粗蛋白质含量为8.93%，NDF含量为52.77%，ADF含量为28.59%，粗灰分含量仅为6.93%。从营养成分指标分析，品质优于一般的羊草及秸秆类饲草，与优质燕麦草营养组分相似，以营养组分为评定指标，可作为奶牛日粮的一种优质禾本科牧草。

瘤胃作为奶牛重要的消化器官，可以被看作是一个厌氧的发酵罐，内容物包括原虫、厌氧真菌及细菌等，饲料在瘤胃内的降解能力受到这些内容物的影响。虽然针对瘤胃内进行的消化和代谢研究不能代表全部消化道的真实结果（Alhadhrami，1992），但由于瘤胃独有的微生物降解、发酵产酸和产气等生理过程使得其一直作为研究奶牛营养的重点。因此，饲料在奶牛瘤胃内的降解率对于评定饲料的营养价值有重要意义。研究发现，不同饲料在瘤胃内的降解率都随着培养时间的增加而显著升高，但不同饲料的降解速度和降解参数差异很大。谷物类型和粗饲料类型均对瘤胃发酵有显著影响，但二者之间无交互作用 （曹善勇，2015）。 另有研究发现 （李洪涛，2016），小麦和玉米 DM、OM、NDF和 ADF的降解特性不同，谷物类型显著影响NDF和ADF的降解特性，而DM和OM的降解特性受谷物类型和淀粉性质的共同影响。

本试验发现，奶牛瘤胃可消化并降解部分张杂谷的营养成分，早期收割且经过发酵处理的张杂谷营养指标（DM、CP和OM）在奶牛瘤胃内有效降解率较低，过瘤胃效果较好，为营养物质进入后肠道消化提供良好条件。

4 结论

对张杂谷进行早期收割并发酵处理，能够比较明显地改善其营养价值，在饲喂奶牛时，张杂谷中的营养成分能够较多的被奶牛消化吸收，从而在奶牛业中发挥重要作用。