沙柳等灌木类植物饲料化利用技术和研究现状

2022-12-06薛树媛王菊花李九月

畜牧与饲料科学 2022年2期

薛树媛，王菊花，黄娟，李九月，金海

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古呼和浩特 010031；2.安徽农业大学动物科技学院，安徽合肥 230036；3.内蒙古农业大学，内蒙古呼和浩特 010018）

近几十年来我国畜牧业取得了快速发展，家畜的养殖数量和品种改良都有了很大程度的提升。但是，在大力发展畜牧业的同时，也面临饲料资源紧缺以及饲料利用率低的问题，粗饲料资源短缺已经成为制约家畜高效健康生产的瓶颈问题［1］，因此，解决我国饲料资源不足的问题，是我国饲料产业进一步升级和畜牧业可持续发展的关键。开发和利用新的饲料资源以及提高现有粗饲料资源的利用率，是减少资源浪费和解决饲料资源不足问题的有效途径。沙柳主要分布在我国北方地区，资源储量巨大，具有抗逆性强、数量多、分布广、价格低廉、营养价值丰富等特点，是较好的粗饲料资源。目前人们在沙柳等灌木类植物饲料资源的开发利用上取得了一定进展，但研究仍不够深入。为此，笔者对沙柳的生态学特征、营养物质含量、饲用价值进行了概述，并对以沙柳为代表的灌木类粗饲料资源的开发和利用现状进行了分析，以期为充分利用非常规粗饲料植物资源，实现畜牧业安全可持续发展提供参考。

1 沙柳的生态学特征及生态和经济价值

沙柳（Salix psammophila）又称北沙柳，属杨柳科柳属落叶丛生灌木，是我国荒漠化地区改善生态环境、防风固沙和开发工业原料林的重要树种［1］，也是沙产业开发的重要植物资源，特别是在内蒙古的生态环境建设中占有重要的地位。沙柳树皮呈灰色，老龄化后变为浅灰色、黄褐色或紫红色，条形枝叶微具柔毛［2］。沙柳生长过程中具有广泛的生态可塑性、较强的抗逆性以及一定的耐盐碱力等特点［3］，沙柳枝条不怕沙压，根系发达，萌芽率高，易扦插繁殖成活，生长速度快，有较强的固沙保土作用［4-5］。目前，我国北方地区沙柳的自然分布区主要位于内蒙古自治区鄂尔多斯市境内的毛乌素沙地，以及陕西省榆林市和宁夏回族自治区河东地区［6］。沙柳在初春时期开始萌发，11 月中旬落叶；6 月生长速度达到峰值，7 月开始减慢，8月下旬以后生长停止。灌木类植物生长到一定年限就会出现生长缓慢、枯枝、死亡的现象。一方面，由于缺乏管理，使沙柳生长不良，防风固沙的生态作用减退，导致沙地环境不稳定；另一方面，沙柳的补种要消耗巨大的人力、物力、财力，因此，在实际种植中，应在沙柳成林以后对其进行科学管理，通过平茬的方式促进沙柳生长，萌发新生枝条和更新复壮。

沙柳是可再生性资源，用途广泛，在发挥防风固沙作用的同时，也可带来较大的经济效益。沙柳养分含量和燃烧值都很高，具备高能源价值，同时是一种较为理想的造纸原料，可生产出优质高档箱板纸［7］。此外，沙柳也可以作为人造板的原材料，生产出成本低和质量稳定的产品［8］。宋江湖等［9］研究表明，沙柳燃烧值较高，所含热量和煤相当，可用于发电。沙柳燃烧后二氧化碳排放量少、清洁环保，可缓解燃煤有效供应不足和对环境高污染的压力［7］。

2 沙柳的营养成分及饲用价值

灌木类植物属于多年生植物，营养成分含量除了受到季节变化、降水量等因素的影响，还与植物的生长期和部位有关。沙柳灌木林的生物学特性要求2～3 年进行1 次抚育性平茬，这是灌木复壮的必要措施。平茬后的灌木生命力强，生长茂盛，具有明显的生态效益。

平茬的沙柳萌生大量幼嫩枝叶，营养成分比较丰富。有研究表明，平茬后沙柳枝条大约有15%的嫩枝叶，粗脂肪含量为4.32%，粗蛋白质含量为13.79%，是动物冬春季节的优质饲料［10］。也有研究人员报道了沙柳的幼枝嫩叶是较好的饲料，营养成分较丰富［11-13］。以上研究表明，平茬沙柳的嫩枝和树叶营养成分丰富，经过适当处理可作为牲畜重要的饲料来源。崔瑞梅［14］对从榆林市采集的沙柳进行了主要常规营养成分及干物质、粗蛋白质和粗纤维降解率的测定，结果表明，沙柳中粗灰分含量为4.45%、粗脂肪含量为1.41%、粗蛋白质含量为9.44%、粗纤维含量为50.33%、干物质含量为89.65%，表明沙柳具有极高的营养价值。叶宝宏等［15］对榆林市采集的4 种沙生植物饲料原料进行了营养成分测定及分析比较，发现沙柳的中性洗涤不溶蛋白质占原蛋白质含量的比例最高，柠条和沙棘次之，紫穗槐最低；同时，沙柳的酸性洗涤不溶蛋白质占原蛋白质含量的比例最高，紫穗槐和沙棘次之，柠条最低。许冬梅等［16］研究了宁夏回族自治区盐池县毛乌素沙地的锦鸡儿、柠条锦鸡儿、花棒、杨柴和沙柳5 种沙生灌木的主要化学成分，结果表明沙柳在开花期的有机物质（97.20%）和粗蛋白质（10.80%）含量丰富，纤维性物质（NDF为52.77%、ADF 为42.34%、木质素为16.57%）含量在果后营养期降到最低，具有较高的营养价值和饲用价值。李会科等［17］研究表明沙柳中氨基酸含量略低于混合牧草，但其镁、锰、锌、铜、钴元素含量比混合牧草高。由以上研究可知，沙柳中富含多种营养成分和多种微量元素，且不同的生态环境条件和采集时间会对沙柳的营养成分产生较大的影响。有学者进一步对不同生长时期的沙柳及沙柳叶片的营养成分进行分析，发现随着生长期的延长，沙柳的粗蛋白质含量逐渐降低，而粗脂肪、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量逐渐升高，进一步证实在沙柳不同的生长时期，营养成分变化明显［18］，所以确定适宜的收割采集时间显得尤为重要。

沙柳可直接作为牛、羊、骆驼等反刍动物的粗饲料，也可与牧草、农作物秸秆等调配成混合饲料进行饲喂［10］。当前，对沙柳的饲用营养价值认识仍然十分有限，并且针对其主要营养成分的研究较少。因此，进一步系统研究收割时间和生态环境条件等因素对沙柳营养成分的影响，进而对其饲用价值进行科学评价，对反刍动物生产中沙柳作为非常规粗饲料资源的利用具有重要意义。

3 以沙柳为代表的灌木类植物饲料化加工利用技术

灌木类饲用植物具有营养丰富、贮量大等优点，对该类植物资源的开发利用得到大家越来越多的关注。但该类植物的枝条木质化程度高、植株体积大，不适宜直接饲喂动物。为了提高其饲用性，需要对饲用状态进行加工处理。目前主要的加工处理技术包括物理方法和生物化学方法等［6］。

3.1 物理处理方法

目前，灌木类非常规粗饲料常用的物理处理方法有切断、粉碎、揉丝以及膨化处理等［19-20］。沙生灌木的平茬也可归为一种简单的物理切断处理方法。沙柳作为一种灌木植物，需要定期进行平茬［21］。沙柳平茬是指在移植生长2～3 年后，从根颈处全部剪去上面的枝条，使之重新萌发出通直而粗壮的主干。平茬是经营沙柳的一项重要措施，能促进沙柳的生长发育，达到沙柳资源的永久利用［10］。也有研究表明，通过缩短平茬周期，可提高柠条饲料的粉碎效率、营养成分和利用效率［22］。

灌木类植物植株体积大，粉碎和揉碎是饲料化生产的重要工序。研究表明，柠条粉碎后，饲料制粒效果与动物适口性有所提高［23］。蒋建新等［24］研究发现蒸汽爆破处理对沙柳的纤维素和木质素含量没有显著影响，但可大幅度降低半纤维素含量；沙柳纤维表面和细胞壁出现不同程度的破裂，蒸汽爆破纤维素表观结晶度比原料纤维素有所提高，但绝对结晶度降低。一般认为，饲用灌木经适当的物理方法处理后，吸收表面积增大，在瘤胃中停留的时间缩短，有助于快速进入十二指肠，从而提高了微生物蛋白质和氨基酸的合成效率。但目前我国在灌木饲料生产加工技术方面的研究仍比较落后，有待进一步在加工机械设备和制粒等方面进行深入研究和应用推广。

3.2 生物化学处理方法

灌木类粗饲料的生物化学处理方法主要集中在青贮、发酵、微贮和氨化处理等方面［9］。研究发现，柠条灌木饲料经过氨化和微贮处理，粗蛋白质含量提高，而青贮处理后不影响粗蛋白质的含量变化，但显著降低纤维素和木质素的含量［25］。格根图［26］研究表明对柠条等非常规粗饲料氨化、青贮、微贮处理后，可降解结构性碳水化合物，提高饲料利用率；经过微贮添加剂处理，降解了非常规饲料的木质素，释放了束缚的粗蛋白质［25］。高文俊等［27］研究表明在青贮柠条时添加甲酸或蔗糖，可改善柠条青贮饲料的发酵品质。另有研究表明，在沙蒿与玉米秸秆混合物中添加乳酸菌制剂进行青贮发酵，可改善饲料的发酵品质，提高混合物的营养价值和体外消化率［28］。沙柳作为一种常规的灌木类粗饲料，也可以尝试采取多种灌木类粗饲料生物化学处理方法提高其饲料化利用率，但相关研究报道甚少。

随着对沙柳饲料资源的开发应用研究不断深入，研究人员已经开始探索对沙柳进行发酵处理，进而探讨其发酵效率和动物饲喂效果。李满双［4］利用乳酸菌、枯草芽孢杆菌和细菌生长促进剂发酵沙柳和混合草，对发酵饲料的品质进行综合评价，结果显示，制备的沙柳混合发酵饲料达到了优质发酵饲料的标准，随着发酵时间的延长，沙柳混合发酵饲料逐渐趋于稳定，可长期保存。但进一步研究发现，随着沙柳混合发酵饲料贮藏时间的延长，干物质、有机物、可溶性碳水化合物、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维和木质素的含量出现显著下降的趋势，而粗脂肪和粗蛋白质含量升高［29］。之后又通过体外产气法研究了沙柳混合发酵饲料对绵羊瘤胃内环境参数的影响，发现可有效促进瘤胃微生物生长，提高瘤胃发酵的能量利用效率，增加微生物蛋白质在瘤胃内的合成［30］，由此表明沙柳混合发酵饲料有利于动物消化和营养物质利用；又用90%的沙柳混合发酵饲料替代羊草饲喂绵羊，发现绵羊体重和干物质采食量显著提高，说明沙柳经过发酵再进行饲喂可以提高反刍动物采食量，但增重效果不显著［30］。在该基础上，通过瘤胃微生物体外发酵法研究不同比例沙柳混合发酵饲料配方的组合效应，当日粮粗蛋白质水平为9%和12%时，沙柳的最佳添加比例均为45%［31］，但在动物体内沙柳混合发酵饲料在日粮中的适宜添加量以及粗饲料的组合效应尚待研究。

4 开发利用灌木类粗饲料存在的问题

前人对沙柳等灌木类粗饲料的开发利用开展了一系列探索性工作，目前已基本证实具有较高的饲用性和营养价值，同时对加工处理方法提供了一些研究思路。然而该类饲料的利用还存在局限性，主要有以下三点：一是，沙柳灌木混合饲料中含有多种抗营养因子和毒物，营养活性物质的种类及含量对动物的影响尚未明确，营养价值评定不准确；二是，沙柳灌木类植物经饲料化加工处理后的品质鉴定和营养标准评价体系还有待探索和建立；三是，沙柳灌木混合饲料配方中各原料的最佳添加量仍需通过大量试验确定。在非常规饲料原料开发过程中，添加的辅料和饲料添加剂的使用并无标准，虽然非常规饲料资源的开发可以代替常规饲料，降低成本，增加收益，但研究者大多关注应用效果的验证，而对营养数据的建立和营养机理的探索研究不足［32］。

5 开发利用灌木类粗饲料的有效措施

灌木类植物作为我国北方地区防风固沙、保持水土的主要植物，也是工业发展的基本原料。从作为非常规饲料资源进行开发利用的角度来看，该类植物大多存在粗纤维含量高、养分不均衡的问题，另外，受产地、加工条件、储藏条件等因素的影响，导致其开发、利用与推广存在一定局限性。同时，该类植物含有的一些毒性物质和抗营养因子，给营养价值评定标准的制定带来了一定困难。由于灌木类粗饲料具有以上特性，对该类粗饲料资源的开发利用就要因地制宜，从加工技术和检测技术两方面开展研究，这样才能有序推进非常规饲料的合理利用。

5.1 加工技术

目前，针对饲料原料的加工方法多种多样，主要分为物理方法、化学方法和生物方法。物理方法包括粉碎、脱皮、浸泡、挤压、膨化、水解、微波处理等；化学方法主要有氨化、碱化等；生物方法主要利用微生物发酵、酶解等途径体现饲料的利用价值［32］。沙柳通过粉碎、揉丝处理再进行微生物发酵，可在较大程度上降低粗纤维和有害物质含量，提高适口性。有研究表明，沙柳通过揉丝、粉碎和青贮处理后制备颗粒饲料，与饲喂玉米秸秆相比，饲喂沙柳颗粒饲料可显著提高小尾寒羊的抗氧化能力，显著降低血清中总蛋白、白蛋白和谷丙转氨酶的浓度，有利于小尾寒羊肝脏的健康［33］。

5.2 检测技术

灌木类粗饲料中含有多种有毒有害物质和抗营养因子。常见的抗营养因子有：①蛋白质代谢影响因子，如抗胰蛋白酶素、植物凝集素、酚类化合物、皂化物等;②碳水化合物代谢影响因子，如淀粉酶抑制剂、酚类化合物、胃胀气因子等；③矿物质元素代谢影响因子，如植酸、草酸、棉酚、硫葡萄糖苷等；④维生素拮抗物及维生素代谢影响因子，如双香豆素、硫胺素酶等;⑤对多种营养成分利用产生影响的因子，如水溶性非淀粉多糖、单宁等［34］。大面积推广非常规饲料的使用，需要准确检测抗营养因子物质的含量，并进行有效剔除，因此，了解灌木类粗饲料中抗营养因子和有毒有害物质的检测技术和方法尤为重要。目前，常用的检测方法包括气相（液相）色谱法、离子吸收法、近红外光谱分析法等。与重量法相比，以上方法精确度有大幅度提升，但是检测价格昂贵，分析成本较高［35］。