氨化和微贮对水稻秸秆营养成分和体外消化率的影响

2020-11-18马玉林肖鉴鑫王靖俊曹志军

中国畜牧杂志 2020年11期

马玉林，陈旭，肖鉴鑫，刘帅，王靖俊，曹志军

（中国农业大学动物科学技术学院，动物营养学国家重点实验室，北京 100193）

我国秸秆资源丰富，年产量可达8.20 亿t[1]，以水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆为主，但秸秆资源利用程度较低，造成资源浪费[2]。秸秆在作为反刍动物饲料利用时因其纤维含量较高，导致消化率低，不能被反刍动物较好地利用[3]。因此，秸秆饲料化利用时进行适当的预处理十分重要。

玉米浆是玉米淀粉生产过程中得到的副产品，富含可溶性蛋白质、碳水化合物等营养物质。将玉米浆添加到干稻秸中进行黄贮，有助于改善秸秆营养价值[4]。氨化秸秆可以增加反刍动物瘤胃微生物对秸秆纤维的接触面积，同时可以保证反刍动物在采食大量的精料时还可以维持瘤胃pH 环境，使得瘤胃微生物有一个良好的生长环境[5]。酶制剂能够将秸秆中的粗纤维降解为单糖，解决秸秆饲料中粗纤维含量过高的问题[6]，同时添加乳酸菌与酶制剂可促进乳酸菌快速繁殖，使pH 迅速下降，抑制有害微生物的活性，减少干物质损失，提高秸秆营养价值[7]。

本试验采用裹包制作工艺，探究氨化和微贮对秸秆营养成分和体外消化率的影响，寻找出秸秆最适的预处理方式，以期提高秸秆的营养价值，为秸秆饲料化利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料水稻秸秆取自河南省信阳市固始县郊区农田，粉碎至3～5 cm。水稻秸秆营养成分见表1。尿素（总氮含量≥46%，氨挥发抑制率≥5%）购自河南手拉手肥业有限公司，总氮含量和氨挥发抑制率为产品分析保证值。玉米浆购自河南焦作市豫新药辅有限公司，营养成分均为产品分析保证值（表1）。乳酸菌（活菌数含量≥1.0×1011CFU/g）购自和美科盛生物技术有限公司。酶制剂为纤维素酶（≥1.4万U/g）和木质素酶（≥0.8万U/g），购自布兰格生物技术有限公司。有效微生物（EM）菌液（有效菌含量≥1.0×1011CFU/g）由河南铸林农业有限技术公司提供。

1.2 试验设计设置EM 菌液对照组（E）、玉米浆+乳酸菌组（CL）、9%玉米浆+5%尿素组（9C5U）、纤维素酶+乳酸菌组（CEL）4 组，每个处理组制作3个裹包重复。EM 菌液按秸秆鲜重的5%添加后，加水将水分含量调整至60%；CL 组将玉米浆和水稻秸秆按鲜重1:3 混合后，按每千克水稻秸秆喷洒50 mL 活化后复合乳酸菌液，使初始乳酸菌数量达到1×108CFU/g，最后将水分含量调整为60%；9C5U 组将玉米浆和尿素分别按秸秆鲜重9%和5%添加，水分含量调整为45%；CEL 组在水稻秸秆中按2.5 g/t 和2.5 g/t 分别添加纤维素酶和乳酸菌制剂，最后加水使水分含量调整为65%。

表1 试验材料化学成分分含量（干物质基础） %

1.3 裹包制作由于水稻秸秆吸水性较差，在将其投入揉丝机之前充分让其吸水，然后经揉丝机粉碎揉丝后通过传输带运向裹包机，传送带边上各设3 个连接自来水的喷头，用来调节含水量。另准备一个大铁桶，提前将各处理试剂原料用水调和后装入大铁桶，距离裹包机较近的传送带末端设2 个喷头连接大铁桶，将调和好的试剂原料喷入到水稻秸秆中，用压捆机进行打捆，形成直径50 cm、高度60 cm 的圆柱形，之后用5 层拉伸膜裹包，每个处理组制作1 000 个裹包，每个裹包平均重50 kg。置于室外露天存放，发酵60 d 后取各处理样品进行检测和分析。

1.4 测定指标及方法原料样品在65℃鼓风干燥机中烘48 h，再经筛孔为1 mm 粉碎机粉碎。然后根据张丽英[8]的方法测定样品DM、CP。根据Van Soest 等[9]所描述的方法使用ANKOM 2000i 全自动纤维分析仪测定样品NDF、ADF 含量。使用ANKOMXT15 全自动脂肪提取仪检测EE。将饲料样品放在马弗炉中550℃下灼烧30 min测定Ash 含量。

1.5 饲养管理及样品采集

1.5.1 试验动物饲养管理瘤胃液来自3 头装有永久性瘘管的荷斯坦奶牛。每天饲喂3 次（07:30、14:30、18:30）。基础日粮组成及营养成分见表2。

1.5.2 样品采集收集足够的瘤胃液，置于经39℃预热并充满二氧化碳的塑料瓶内，混合均匀后用4 层纱布过滤，整个操作过程严格厌氧。

表2 瘘管奶牛基础日粮组成和营养成分（干物质基础）

准确称取样品0.5 g 作为底物置于150 mL 厌氧发酵瓶，加入25 mL 瘤胃液和50 mL 缓冲液，通入氮气排出空气后塞紧瓶塞，并通过64 通路AGRS-Ⅲ型微生物发酵微量产气自动记录仪，实时测定微生物发酵累积产气量，每种样品设置10 个重复，在39℃恒温厌氧条件下连续培养72 h。

72 h 发酵终止时，可将发酵瓶上的气路连接输液针头取下后，将所取出的所有发酵瓶置于冰水中（冰水量以发酵瓶不出现漂浮为宜）。将发酵瓶中所有内容物，轻轻摇匀后，导入已知重量的尼龙袋中，收集滤液并立即测定pH 后可进行发酵液取样；底物发酵残渣连同尼龙袋，用自来水进行漂洗，直至漂洗水至无色，取出烘干至恒重（65℃，72 h），取出置于干燥器冷却至室温后立即称重。采用差减法计算发酵后干物质消失率（IVDMD），发酵残渣亦可用于NDF、ADF 测定，并计算体外中性洗涤纤维消化率（IVNDFD）、体外酸性洗涤纤维消化率（IVADFD）。

产气动力学模型：

GPt=A/[1+（C/t）B]

式中，GPt表示累积产气量（mL/g DM），A 表示理论最大产气量（mL/g DM），B 表示曲线平滑参数，C 表示到1/2 理论最大产气量的时间（h）。

1.6 统计分析采用Excel 2007 整理数据，利用SPSS 24.0 进行方差分析，用Duncan's 多重比较方法比较。当P＜0.05 作为显著性分析依据。

2 结果分析

2.1 不同处理对水稻秸秆营养成分的影响由表3 可知，不同处理组之间水稻秸秆DM 含量没有显著差异。CL组、9C5U 组和CEL 处理组水稻秸秆CP 极显著高于E组，其中CL 处理组水稻秸秆CP 含量最高。9C5U 处理组水稻秸秆NDF 和ADF 含量均显著低于E 组。各处理组水稻秸秆Ash 和EE 含量没有显著差异。

表3 不同处理对水稻秸秆营养成分的影响（干物质基础） %

2.2 不同处理对水稻秸秆体外发酵消化率的影响由表4 可知，不同处理组之间各营养物质体外消化率之间存在显著差异，其中9C5U 处理组IVDMD、IVNDFD、IVADFD 均处于最高水平。

2.3 不同处理对水稻秸秆体外发酵72 h GP 的影响由图1 可以见，随着发酵时间的延长，各处理组的GP 均呈上升趋势，发酵后期GP 趋于平缓；72 h 的GP 排序为9C5U＞CL＞CEL＞E。

表4 不同处理对水稻秸秆体外发酵消化率的影响 %

2.4 不同处理对水稻秸秆体外发酵参数的影响由表5可知，不同处理对水稻秸秆体外瘤胃液pH 有极显著影响，其中CL 处理组pH 低于E 组，且处于最低水平。9C5U 组氨态氮含量极显著低于其他组。9C5U 处理组乙酸含量显著高于E 组，且处于最高。CL 组、9C5U组和CEL 组丙酸和总挥发酸含量显著高于E 组。各处理组丁酸含量没有显著差异。

表5 不同处理对水稻秸秆体外瘤胃发酵参数的影响

2.5 不同处理对水稻秸秆产气动力学参数的影响由表6 可知，9C5U 组72 h 的GP、A 值均极显著高于E 组，且处于最高。CL 组体外发酵C 值极显著小于E 组。

表6 不同处理对水稻秸秆产气动力学参数的影响

3 讨论

3.1 不同处理对水稻秸秆营养成分的影响本试验结果表明，氨化和微贮能显著提高秸秆CP 含量，降低NDF和ADF 含量；CL 组、9C5U 组和CEL 组水稻秸秆中CP含量显著高于E 组。CL 组CP 含量高于E 组，一方面可能是乳酸菌发酵时主要消耗可溶性糖类物质，快速降低pH，有效抑制了有害微生物和蛋白质降解酶的活性[10]，另一方面可能是由于玉米浆自身蛋白质含量较高[11]。秸秆经尿素处理后，一方面秸秆中的木质素与纤维素、半纤维素之间的脂键被打断，破坏其镶嵌结构，细胞壁中纤维性物质通过吸附作用与尿素等大分子结合[12]，另外一方面，玉米浆有固氮作用，玉米浆和尿素混合可以提高氮在秸秆中的留存率[13]，进而提高了秸秆中CP含量。刘凯玉等[14]用5%尿素处理水稻秸秆，显著提高了水稻秸秆中CP 含量，与本试验结果相一致。此外，本试验中CEL 组CP 含量高于E 组，原因可能是乳酸菌数量增加可以迅速降低pH，抑制了有害菌对含氮化合物的降解，同时酶制剂可以分解秸秆中细胞壁的特殊结构，释放出细胞内容物，增加了秸秆中可溶性糖含量，为乳酸菌的生长提供了营养物质[15]，进而改善了水稻秸秆营养价值。本试验中9C5U 组和CL 组水稻秸秆NDF和ADF 含量低于E 组，可能由于氨化处理破坏了秸秆纤维的内部结构，使纤维之间的氢键结合变弱[16]，且复合乳酸菌中的布氏乳酸菌繁殖产生阿魏酸酯酶，此酶可以水解木质素和半纤维素之间的阿魏酸酯键，破坏秸秆的纤维结构，从而降低了秸秆中NDF 和ADF 含量[17]。

3.2 不同处理对水稻秸秆体外消化率的影响本试验中，CL 组和9C5U 组水稻秸秆DM、NDF 和ADF 体外消化率显著高于E 组，可能是由于秸秆经尿素处理后纤维结构蓬松，增加了瘤胃纤维分解菌的附着面积[18]，提高了水稻秸秆NDFD 和ADFD。王佳堃等[19]研究发现，秸秆中的二氧化硅含量与DMD 呈负相关，水稻秸秆经氨化处理可以降低秸秆中的二氧化硅含量，使水稻秸秆DMD 提高。而且秸秆IVNDFD 和NDF 呈显著的负相关[20]，9C5U 组水稻秸秆中NDF 含量最低，IVNDFD高于其他处理组。添加乳酸菌可以改善秸秆的发酵品质，抑制有害微生物的活性，使得秸秆中营养物质的损失较少，进而提高了水稻秸秆的IVDMD、IVNDFD 和IVADFD[21]。Harrison 等[22]研究表明，添加乳酸菌可以有效提高混合饲草的IVDMD 和IVNDFD。Menke 等[23]研究发现，饲料中的营养物质的消化率和体外培养的产气量呈正相关关系，每单位发酵物料产生的气体量反映了秸秆的发酵水平。这表明经过氨化处理的秸秆在瘤胃中更有利于发酵，这与本试验研究结果一致，9C5U 组72 h 的 GP 显著高于E 组，且高于其他处理组。李菲菲等[17]研究表明，布氏乳杆菌可以有效抑制发酵过程中秸秆营养物质的损失，处理后的秸秆向瘤胃微生物提供更多的营养成分，能显著提高秸秆NDF 降解率，与本试验中CL 组IVNDFD 显著高于对照组的结果一致。

3.3 不同处理对水稻秸秆体外发酵参数的影响瘤胃内产生的挥发性脂肪酸主要源自瘤胃微生物对秸秆中营养物质的降解。挥发性脂肪酸为反刍动物提供机体所需能量的70%～80%，主要包括乙酸、丙酸和丁酸，乙酸主要是由微生物降解秸秆中的纤维产生，即结构性碳水化合物的分解[24]。丙酸主要是由原虫对脂肪和淀粉的降解，其与瘤胃内营养物质的消化密切相关[25]，饲料的消化率与挥发酸产量呈正相关，这可能是由于饲料的发酵程度增加，乙酸含量增加，导致总的挥发酸含量增加，这与本试验结果相一致。