发酵全混合日粮对肉羊消化吸收功能和生长性能的影响研究

2020-11-26王文飞姜灵伟赵焕军葛胜修

中国农业大学学报 2020年12期

王文飞段娜* 姜灵伟陈锐赵焕军刘娟葛胜修林聪

(1.中国农业大学水利与土木工程学院/农业农村部设施农业工程重点实验室，北京 100083;2.内蒙古五原县巴美养殖开发有限责任公司，内蒙古巴彦淖尔 015100；3.克明面业股份有限公司，长沙 410004)

西北地区是我国粮食主产区和畜牧业发达地区之一，利用农作物秸秆作为饲料既可满足畜牧业发展的饲料需求，同时可实现农业废弃物的资源化利用，符合国家可持续发展的政策，在我国西北地区具有良好的应用前景。

全混合日粮(Total mixed ration, TMR)是根据反刍动物不同生长生育阶段的营养需求，将干草、青贮饲料或其他农副产品等粗饲料与精饲料、矿物质及维生素等按照适当比例配制的一种营养平衡日粮[1]。TMR饲料能够使反刍动物饲养科学化、定量化和营养均衡化，可解决传统饲养精粗分饲、营养不均衡、难以定量和效率低下的问题[2]。但TMR在实际应用过程中，往往需要通过调节水分至40%～50%以保证日粮的均匀度，这使得好氧微生物易增殖，造成TMR腐败变质，不利于长途运输。为克服上述问题，日本在 20世纪90年代率先提出了发酵全混合日粮(Fermented total mixed ration, FTMR)技术[1]，通过拉伸膜裹包或袋装等青贮技术将调制好的TMR饲料进行一段时间的密封贮藏，经过乳酸发酵而调制成营养相对平衡且能长期保存的全价发酵饲料[3]。FTMR在奶牛生产上已得到了广泛应用。周振峰等[4]选取泌乳中期的奶牛进行试验，研究表明饲喂裹包TMR 可以显著增加干物质的采食量和提高产奶量，同时还可显著提高粗蛋白和粗脂肪的表观消化率。王晶等[5]对泌乳末期奶牛进行饲喂试验，结果表明，与常规 TMR 相比，饲喂裹包 TMR可显著提高产奶量和产奶效率。李成会等[6]研究裹包技术在后备奶牛饲料贮存中的应用时发现，裹包TMR贮存60 d后外观和感官表现良好，而且营养物质含量几乎不受影响。相比于FTMR在奶牛上的应用，其在肉羊生产上的应用尚不成熟[2]，在原料组成和生产效率等方面均有待于进一步探究。西北地区秸秆资源丰富，但秸秆附着乳酸菌数目有限，仅依靠植物自带的乳酸菌来实现理想的乳酸型发酵，较难获得优质的FTMR。与此同时，玉米秸秆纤维类物质含量高、质地粗硬、适口性差和消化率低，很难被降解及被家畜消化利用[7]。因此，如何改善秸秆的饲料应用价值并提高生产效率具有重要的意义。

本研究以玉米秸秆占比60%的TMR接种混合微生物菌剂制备FTMR，一方面分析FTMR的品质变化，另一方面通过肉羊饲喂试验，分析肉羊生长性能，探究FTMR应用对肉羊营养物质消化吸收功能和生长性能的影响，为玉米秸秆饲料化应用提供参考和基础数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在内蒙古自治区巴彦淖尔市五原县巴美养殖开发有限责任公司进行，试验时间为2019年5—7月，试验用全混合日粮原料配比和化学组成如表1所示。混合微生物菌剂由北海市翰华生物技术有限公司生产，主要菌种为乳酸菌类、酵母菌类和芽孢杆菌类，母种菌种密度>1×109CFU/g。

1.2 试验组和对照组饲料配制

试验组FTMR饲料制作方法为将全混合日粮放入饲料搅拌机中，在搅拌过程中缓慢加水和扩培好的混合微生物菌剂，混合微生物菌剂添加量为4 g/kg，将饲料含水率调至40%左右。搅拌均匀后，将其装进专用饲料发酵袋(55 cm×85 cm)中，压实并密封袋口。发酵过程中控制室温在 15 ℃以上，经5～7 d发酵后作为试验用发酵全混合日粮，进行品质测定及饲喂试验。对照组TMR饲料不添加微生物菌剂也不进行发酵，在饲喂前添加与试验组等量的去离子水并搅拌均匀。

1.3 肉羊饲喂试验设计与管理

试验将 16只、4月半龄和体重为 47±2 kg的巴美母肉羊随机分成 2 组，每组8只，对各组活重进行方差分析，组间、组内差异不显著。试验前统一进行驱虫和防疫，定期进行消毒。试验羊以组为单位分栏饲养，对照组饲喂TMR，试验组饲喂FTMR，饲喂当天打开新鲜的FTMR，以保证饲料的安全性。试验持续35 d(6 d过渡期和29 d试验期)，饲喂时间为每日2 次(08：00和16：00)，采用定量饲喂(2 kg/d/只)，自由饮水，其他管理措施均一致。

表1 全混合日粮原料配比和营养指标含量Table 1 Composition and nutrient level of the total mixed ration

1.4 样品采集

饲喂试验开始后，分别在第0、7、14、21、28和35 d下午饲喂之前采集饲料样品(400 g/次左右)和新鲜羊粪(200 g/次左右)放入样品保存箱中。样品从保存箱中取出后立即储存在-20 ℃冰箱，待测定各营养成分的含量以及试验组FTMR的发酵指标。样品检测需要在室温条件下回温到10 ℃以上并将袋内游离出的水分重新吸附并混匀。

在试验期的最后一天早上饲喂前同时采集对照组和试验组的瘤胃液样品，样品由专业人员采用胃管式瘤胃液采样器进行采集，瘤胃液的pH现场立即测定，然后将瘤胃液尽快放在-20 ℃的冰箱用于其他指标的检测。

1.5 测定指标和方法

1.5.1FTMR发酵指标及瘤胃液发酵指标的测定

准确称取剪碎的试验组发酵全混合日粮样品 5 g 于广口三角瓶中，加入150 mL离子水，在4 ℃冰箱内浸取24 h，期间摇晃三角瓶4次以上，以保证浸取完全，用4层纱布过滤后，于-20 ℃冰箱保存[8]。测定的发酵指标包括样品pH、氨态氮(NH3-N)、乙酸(AA)、丙酸(PA)、丁酸(BA)和乳酸(LA)。pH利用酸度计(PHS-3C，上海雷磁)测定。氨态氮采用苯酚-次氯酸钠比色法测定[9]。挥发性有机酸用液相色谱法测定[10]。

瘤胃液发酵指标包括pH、氨态氮、乙酸、丙酸和丁酸，NH3-N和挥发性有机酸的检测方法与上述一致。

1.5.2营养指标及表观消化率的测定

干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、酸性洗涤木质素(ADL)粗灰分(Ash)和粗脂肪(EE)检测方法参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[11]。可溶性碳水化合物(WSC) 测定采用蒽酮比色法测定[12]。采用内源指示剂酸不溶灰分法测定消化率，见公式(1)[13]：

(1)

1.5.3肉羊体重变化测定

增质量和平均日增重: 试验开始和结束时，分别于晨饲前空腹称量试验羊体质量，计算全期的增质量和平均日增重，平均日增重计算见公式(2)。

(2)

1.6 统计方法

Excel 2016和SPSS 17.0软件用于对试验数据进行统计分析。采用独立样本T检验进行显著性检验，以P>0.05为不存在显著差异，以P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

2 结果与分析

2.1 试验组FTMR发酵指标

图1表明，饲料中的乳酸和乙酸含量在发酵后显著增加(P<0.05)，丙酸含量显著降低(P<0.05)，乳酸含量从0%DM增加到0.38%DM，乙酸含量从0.11%DM增长到3.88%DM，丙酸含量从2.09%DM减少到1.44%DM，丁酸含量发酵前后几乎不变，且这4种有机酸含量随着贮藏时间的延长不存在显著性差异(P>0.05)。由图2(a)可知，FTMR发酵0 d(发酵前)的pH为6.82，而FTMR的pH在发酵后的贮藏过程中，稳定维持在5.38左右。由图2(b)可以看出，随着贮藏时间的延长，FTMR的氨态氮占总氮比例呈上升趋势，发酵0 d和发酵35 d氨态氮/总氮值有显著差异(P<0.05)。

2.2 FTMR营养指标

从表2可以看出，与对照组相比，试验组的干物质含量极显著降低(P<0.01)，减少约4%。另外，试验组的中性洗涤纤维含量比对照组降低了4.13%(P<0.05)，可溶性碳水化合物的含量也极显著地减少(P<0.01)。其他营养指标与对照组相比，没有显著变化(P>0.05)。

图1 不同贮藏时间FTMR的有机酸变化Fig.1 Change of organic acid of FTMR at different storage time

图2 不同贮藏时间FTMR的pH(a)和氨态氮/总氮(b)Fig.2 pH (a) and NH3-N/TN (b) of FTMR at different storage time

表2 全混合日粮发酵前后的营养含量比较Table 2 Comparison of nutrition content for TMR and FTMR

2.3 营养物质的表观消化率

从表3可以看出，试验组的粗蛋白质、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和酸性洗涤木质素的表观消化率比对照组都有显著性提高(P<0.05)，尤其是酸性洗涤木质素的表观消化率增加最为明显，比对照组提高了29.92%(P<0.05)。试验组的有机质和可溶性碳水化合物的表观消化率有所增加，但与对照组不存在显著性差异(P>0.05)，分别提高了3.56%和0.46%。干物质和总能的消化率也有所增加。从总体上来看，试验组饲喂FTMR后，营养物质表观消化率改善效果明显，表明肉羊的消化吸收能力有所提高。

表3 不同处理组各营养指标的表观消化率对比Table 3 Comparison of apparent digestibility of nutrient indicator indifferent treatment groups %

2.4 试验肉羊瘤胃液发酵指标

从表4中发现，试验组的瘤胃pH比对照组降低了0.32(P<0.05)，同时与pH相关的有机酸(AA、PA、BA)浓度也有一定的提升，但2组之间不存在显著性差异(P>0.05)。瘤胃中氨态氮含量也是一个重要的指标，FTMR的应用使得瘤胃液氨态氮浓度降低了8.8 mg/dL，减少了50%以上(P<0.01)。

表4 不同处理组羊瘤胃液各发酵指标对比Table 4 Comparison of rumen fluid fermentation index in different treatment groups

2.5 肉羊体重变化

从表5可以看出，与对照组相比，试验组肉羊的平均日增重提高了50%(P<0.05)，表明两组肉羊的生长性能存在显著性差异。

表5 不同处理组羊体重变化Table 5 Weight change of sheep in different treatment groups

3 讨论

3.1 混合微生物菌剂对肉羊FTMR发酵品质的影响

本试验FTMR的pH随贮藏时间延长，稳定在5.38±0.06，虽然没有达到高品质青贮pH<4.2的要求[14]，但仍然具有良好的保存效果，这是因为乳酸菌活性与发酵原料的干物质含量有关[15]。Morgan等[16]将青贮玉米的干物质含量由175 g/kg提高至360 g/kg，结果乳酸含量从165 g/kg降至34 g/kg，pH由4.00上升至5.09，但仍然能很好的保存。另外，FTMR发酵后，乙酸含量远远高于乳酸，说明发酵是以异型乳酸发酵为主。乙酸含量显著增加，维持在4%DM左右，乙酸主要是由异型乳酸菌以葡萄糖为底物发酵产生的，有较强的抗真菌能力，可防止饲料腐败变质[17]。另外pH和4种有机酸随着贮藏时间的延长没有发生显著性变化可能是乳酸和其他VFA积累产生了负反馈抑制作用，乳酸菌等微生物活性受到抑制[18]。本试验中氨态氮/总氮值随着贮藏时间的增加有所上升，这可能与玉米秸秆等物料结构粗糙，茎秆中空，难以压实有关，较多的空气残留导致好氧微生物降解蛋白质产生氨态氮[19]。但氨态氮/总氮始终<6%，符合高品质青贮<10%的要求[14]。

3.2 混合微生物菌剂对肉羊TMR营养品质的影响

添加混合微生物菌剂进行TMR发酵后，FTMR的干物质减少了约4%，这可能是因为贮存后物料的呼吸作用消耗了干物质，以及干物质在发酵过程中合成或转化为了其他营养物质。此结果与李成会等[20]研究结果一致。另外，试验组FTMR的中性洗涤纤维呈现显著降低。本研究全混合日粮的配料中玉米秸秆占60%，因此纤维类物质含量较高，通过添加微生物菌剂可有效降解玉米秸秆中的纤维类物质，提高其利用效率。郭盼盼等[8]在研究乳酸菌不同添加量及糖蜜对全混合日粮发酵品质的影响中表明，与对照组相比，添加乳酸菌剂试验组的中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维均有下降趋势，这与本研究的结果一致。

为保证乳酸菌的正常活动，需要保证充足的碳水化合物，在厌氧状态下碳水化合物是乳酸菌的主要发酵产物，它决定了乳酸菌能否快速发酵生成乳酸以降低pH[21]。与对照组TMR相比，试验组FTMR的水溶性碳水化合物显著降低，王力生等[22]在研究乳酸菌制剂对笋壳影响中也发现，各处理组的可溶性碳水化合物含量均有下降趋势，与本研究结果一致。

3.3 FTMR对肉羊消化吸收功能的影响

肉羊消化吸收功能的高低主要体现在对饲料中营养物质的利用情况。DM的表观消化率是反映饲料被动物利用程度大小的重要指标，降解率越高饲料的可利用程度就越高[23]。试验中，试验组DM的表观消化率比对照组增加了约10%，DM表观消化率提高可能与FTMR组中有益微生物的添加有关，这些有益微生物进入到瘤胃中，能够刺激瘤胃纤维分解菌和乳酸利用菌的生长，产生的酸性代谢物能够加强肠道蠕动，促进对各养分的吸收[24]。与此同时，试验组CP的表观消化率显著增加，FTMR饲料中存在大量的乳酸菌，乳酸菌可在肠道内大量增殖，产生大量乳酸使 pH降低，进而激活胃蛋白酶原并使胃蛋白酶活性提高，从而提高了对饲料蛋白质的消化率[25]。这一试验结果与王志军[26]研究发现FTMR能够提高饲粮CP的表观消化率一致。纤维在反刍动物的饲粮中占据重要地位，NDF、ADF和ADL的表观消化率能够反映纤维物质的消化情况[27]，试验结果表明，试验组NDF、ADF和ADL的表观消化率都显著增加，在FTMR发酵过程中，发酵微生物以及产生的有机酸和酶会促进半纤维素的降解，甚至能够打开纤维素和木质素之间的化学键，从而增加瘤胃微生物与纤维物质之间的接触[28]。

3.4 FTMR对肉羊瘤胃发酵指标的影响

瘤胃是羊最重要的消化器官，瘤胃微生态的好坏直接影响饲料的消化和利用。瘤胃pH是反映瘤胃发酵状况最基本、最重要的指标，受日粮性质、唾液分泌、挥发性有机酸和有机酸生成、吸收、排出速度的影响[29]。瘤胃pH为6.2～7.0时能够保证瘤胃的正常发酵[30]。本试验对照组和试验组的瘤胃 pH均在这个范围内，但试验组相对更低，推测原因是混合微生物菌剂促进了瘤胃微生物的活动，促进了纤维素类物质的降解，提高了挥发性有机酸的含量，这与姜鑫等[31]的试验研究结果一致。

另外一个重要的瘤胃发酵指标是NH3-N，其值反映了瘤胃内氮代谢水平，蛋白降解菌通过降解日粮中的蛋白质产生NH3-N，同时NH3-N也为瘤胃微生物合成菌体蛋白提供原料[32]，NH3-N含量一般处于动态平衡。从试验结果中可以发现试验组瘤胃液NH3-N含量显著低于对照组，因此，可以推知试验组的菌体蛋白较对照组有所增多。

3.5 FTMR对肉羊体重的影响

平均日增重(ADG)是动物生长发育的一个重要指标，试验结果表明饲喂混合微生物菌剂发酵的试验组FTMR可显著提高肉羊的ADG，这与刘广华等[33]在日粮中添加微生态制剂，提高了小尾寒羊羔羊日增重同时增加饲料利用效率的研究结果一致。发酵过程中高活性菌种的加入会使原来粗硬的TMR饲料变得膨松柔软，提高适口性，并产生酸香气味刺激反刍动物的嗅觉，增强其食欲[25]。另一方面，添加的有益微生物可在生长繁殖过程中产生大量的生理活性物质，这些活菌和活菌的代谢产物进入反刍动物瘤胃，对改善瘤胃的微生物区系起到很好的促进作用[25]。本研究也发现试验组瘤胃液的NH3-N含量与对照组相比显著降低，说明试验组瘤胃微生物菌体蛋白合成能力明显提高，从而增加了对动物机体微生物蛋白的供应量，进一步改善了肉羊的生长性能。