全 文 ： ＊ 中国科学院知识创新重要方向项目“长江中游生态系统变化与农业持续发展研究(KZCX2-SW-415)”和国家“十五”攻关项目“黄淮海
平原农区高效畜牧业发展模式与技术研究(2001 BA 508 B03)”资助
＊＊ 该文系作者在中国科学院研究生院学习期间完成
＊＊＊通讯作者
收稿日期:2004-12-15 改回日期:2005-01-04
不同禾本科牧草与组合秸秆混合
饲料的营养特性及利用效率研究＊
姜海林＊＊ 汤少勋 周传社 谭支良＊＊＊
(中国科学院亚热带农业生态研究所 长沙 410125)
摘 要 利用体外产气技术研究了青贮玉米秸秆与稻秆组合(50∶50)与 7 种禾本科牧草二次组合时体外发酵特性。
结果表明 ,不同比例组合产气量 、理论最大产气量 、产气速率及产气延滞时间变化趋势不同;青稻与皇竹草或黑麦草
按 25∶75 的比例组合时的组合效应明显好于其他组合;粗蛋白及中性洗涤可溶物与产气量及产气速率间极显著
(P<0.001)正相关 ,而中性洗涤纤维及酸性洗涤纤维则与之呈极显著(P <0.001)的负相关关系。生产实践中应针
对低质粗饲料营养特性 ,适当添补易发酵或高蛋白牧草 ,提高粗饲料利用效率。
关键词 秸秆组合 禾本科牧草 产气量 组合效应 粗饲料利用
Ef fects of the mixing way of different pastures and crop straws on the nutritive characteristics and utilization ef ficiency of
forage.JIANG Hai-Lin , TANG Shao-Xun , ZHOU Chuan-She , TAN Zhi-Liang (Institute of Subtropical Agriculture , Chi-
nese Academy of Sciences , Changsha 410125 , China), CJEA , 2006 , 14(4):190～ 194
Abstract The study w as conducted by using in vitro gas production technique to investigate the fermentation characteristics
o f a compound forage mixed by silage of corns and rice straws(50∶50)and different propo rtional g ramineae grasses.The
results show that the max imum theoretic gas production , rate of gas production and lag time of g as production present differ-
ent changing patterns , respectively , with the variation of mixed propor tion.The obvious positive associative effects are noted
when the mixture of rice straw and silage corn is mixed with Ponnisetum hydridumo r Lolium perenne with the propor tion
o f 25∶75.The significantly(P<0.001)positive relationship is observ ed betw een gas production and content of crude protein
o r neutral detergent soluble matter , and the significantly(P<0.001)nega tive relationship is found be tw een gas production
and content of neutral detergent fiber or acid detergent fiber.I t can be concluded that adding pastures rich in fermentable
carbohydrate and / or dig estible protein into low-quality fo rag e is essential and necessary to improve utilization efficiency of
crude fo rage.
Key words Mix ture forage of crop straws , Gramineae grasses , Gas production , Associative effect , Forage utilization
(Received Dec.15 , 2004;revised Jan.4 , 2005)
饲料之间的组合效应(Associative effects)具有普遍性与可控性。充分应用系统组合营养技术[ 1] ,增加饲
料间正组合效应 ,可有效提高反刍动物对饲料尤其是低质粗饲料(农作物秸秆 、低质牧草)的采食量和利用
率。如何合理利用这些粗饲料资源 ,一直是国内外营养学家们关心的热点[ 1 , 4] 。本试验主要研究稻秆与青
贮玉米秸(50∶50)组合与 7种禾本科牧草二次组合时体外发酵特性 ,并据其组合效应评价营养特性 ,旨在为
合理利用粗饲料资源提供部分参考数据 。
1 试验材料与方法
7种牧草及 2种粗饲料分别采自中国科学院亚热带农业生态研究所(稻秆 , Oryza)、湖南省农业科学
院(黑麦草 , Lolium perenne)、中国科学院禹城农业生态试验站(青贮玉米秸秆 , Zea mays;冬牧 70 , Secale
第 14 卷第 4 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol.14 No.4
2 0 0 6年 1 0月 Chinese Journal of Eco-Agriculture Oct., 2006
carele L .)、湖南农业大学(苏丹草 , Sorghum sudanense)和湖南省畜牧兽医研究所(桂牧 1号 , Pennisetum
purpureum ;矮象草 , Pennisetum purpureum ;皇竹 , Ponnisetum hydridum ;牛鞭草 , Hemarthria copressa)。
牧草采集后 ,在 65℃烘箱中烘 48h ,粉碎过1mm 筛 ,室温保存于采样袋中备用 。按实验室常规方法[ 2]测定干
物质 、有机物 、粗蛋白 、中性洗涤纤维 、酸性洗涤纤维 、半纤维素和中性洗涤可溶物 ,结果见表 1。
表 1 禾本科牧草及组合粗料营养成分(干物质基础)
Tab.1 Chemical composition of different g ramineae g rasses and mixed forage(dry matter)
牧 草
Fo rage
干物质/g·kg-1
Dry
mat ter
有机物/g·kg-1
Organic
matter
粗蛋白/g·kg-1
Crude
pro tein
中性洗涤纤
维/ g·kg-1
Neutral deter-
gent fibre
酸性洗涤纤
维/g·kg -1
Acid de ter-
gent fibre
半纤维
素/g·kg-1
Hemicellulose
灰分/g·kg-1
Ash
中性洗涤可
溶物/ g·kg-1
Neutral deter-
gent soluble
矮 象 草 877.0 848.1 123.8 629.2 387.8 241.4 151.9 370.8
冬 牧 70 876.4 941.6 133.0 682.1 433.1 249.1 58.4 317.9
桂牧1号 887.1 855.4 124.7 637.3 375.4 261.9 144.6 362.7
黑 麦 草 839.0 893.5 211.1 443.2 272.5 170.7 106.2 556.8
皇 竹 草 882.0 914.3 150.2 658.8 392.7 266.1 85.7 341.2
苏 丹 草 933.1 927.4 87.8 673.5 400.0 274.5 72.6 326.5
牛 鞭 草 875.1 908.9 73.5 705.8 405.5 300.2 91.1 294.2
青 稻＊ 873.2 888.2 101.8 638.2 398.8 240.1 111.8 361.9
＊青贮玉米秸+稻秆(50∶50)组合。
制备组合粗饲料时先将青贮玉米秸与稻秆按 50∶50的比例混合(简称青稻),再分别与 7种禾本科牧草
(皇竹 、桂牧 1号 、冬牧 70 、矮象草 、牛鞭草 、黑麦草和苏丹草)以干物质重为基础 ,按 0∶100 、25∶75 、50∶50 、
75∶25和 100∶0的比例进行组合制成混合粗料 。试验中 ,收集 3只安装有永久瘤胃瘘管的羯山羊(浏阳黑山
羊)瘤胃液 ,羯山羊的饲养水平为 1.3倍维持水平 ,以稻秆作为基础粗饲料 ,日粮精粗比为 40∶60 ,晨饲前收
集瘤胃液。采集的瘤胃液立即放入保温瓶中保温 ,并迅速运回实验室。参照卢德勋等[ 3]的方法配制培养
液 ,首先分别配制常量元素溶液 、微量元素溶液 、还原剂溶液 、刃天青溶液和缓冲溶液。然后在装有 400mL
蒸馏水的容量瓶内依次加入 0.5mL 微量元素液 、200mL 缓冲溶液 、200mL 常量元素液 、1.0mL 刃天青溶液
和 1.6mL 还原液 ,配制成培养液 。瘤胃液与培养液混合前 ,在 39℃水浴下 ,向培养液中连续冲入 CO2 ,不断
搅拌 ,将其 pH 值调整至 6.9 ～ 7.0之间。收集的瘤胃液用 4层纱布过滤 ,与厌氧缓冲液(培养液)按 1∶2混
合 ,取 10mL 的瘤胃液与 20mL 培养液组成混合培养液 。混合培养液在发酵前迅速通入 CO2 至少 2 ～ 3min
后 ,再放入水浴 39℃的摇床上等待培养 。每批样品经上述处理 ,前后不得超过 30min。测定产气量时称取不
同品种牧草 200±1mg(设 3个重复)放入孔径 37μm 的尼龙袋(2.0cm×2.0cm)中 ,将尼龙袋的开口密封 1/2
(以减少发酵底物黏附在注射器内壁的量),然后将尼龙袋放入 100mL 的注射器中 ,用注射器准确抽取培养
液 30mL(设 3个空白),放入 39℃水浴摇床上 ,开始记录 0.5h 、1h 、1.5h 、2h 、4h 、6h 、8h 、10h 、12h 、16h 、20h 、
24h 、30h 、36h 、48h的体外发酵产气量 。利用Gompertz[ 5]方程计算累计产气量:
GP = Aexp -exp 1 +be
A
(LAG -t) (1)
应用非线性软件(NLREG)程序对不同品种牧草的体外发酵产气参数进行拟合 ,式中 , GP 表示 t 时刻累积产
气量(mL), A 表示理论最大产气量(mL), b 表示产气速率常数(mL/h), LAG 表示体外发酵产气延滞时间
(h), t 表示发酵时间点。用 SAS 软件对模型中的参数进行数据统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同牧草与秸秆组合对粗饲料发酵特性的影响
表 2表明不同禾本科牧草与青贮玉米秸-稻秆(50∶50 ,以下简称青稻)组合时 ,不同时间的产气量与模型
参数变化趋势不同。青稻与皇竹草 、黑麦草及桂牧 1号组合时 ,48h产气量随青稻所占比例的上升而下降;
而青稻与冬牧 70 、矮象草组合时 ,48h产气量随青稻所占比例的上升而上升;牛鞭草与青稻组合时 ,48h产气
量随牛鞭草含量的下降呈先降后升趋势 ,苏丹草则与之相反 。皇竹草 、冬牧 70和苏丹草的实际产气量与理
第 4 期 姜海林等:不同禾本科牧草与组合秸秆混合饲料的营养特性及利用效率研究 191
论最大产气量(A)变化趋势不一致;黑麦草 、牛鞭草 、桂牧 1号 、矮象草实际产气量与理论最大产气量变化趋
势基本一致。黑麦草与青稻组合时 ,不同比例间理论最大产气量差异显著(P<0.05),且以 25∶75组合时理
论最大产气量比按 75∶25组合的高 24.4%(P<0.05)。
表 2 不同禾本科牧草与青稻组合的发酵参数值
Tab.2 Fermentation parameters of different gramineae grasses mixed with forage at different propor tion
禾本科牧草及其比例/ %
Gramineae grasses and
their p roport ion
产气量/mL Gas production
发酵时间/ h Fermentation t ime
模型参数
Parameters of Gompertz funct ion
6 12 24 48 A/mL b/mL·h-1 LAG/ h
青稻∶皇竹草 0∶100 5.27 13.90 24.83 33.58 34.05±1.73a＊ 1.31±0.12a 2.30±0.26a
25∶75 8.53 20.39 33.58 42.98 42.72±3.47a 1.78±0.23a 0.78±0.53b
50∶50 5.94 13.89 27.57 38.38 39.77±3.47a 1.32±0.23a 1.68±0.53ab
75∶25 8.28 15.02 27.20 38.31 40.51±3.47a 1.18±0.23a -0.88±0.53c
100∶0 15.56 24.34 34.95 41.78 41.19±2.83a 1.57±0.19a -3.49±0.43d
青稻∶牛鞭草 0∶100 5.73 19.51 31.54 39.48 39.10±1.01a 1.86±0.13a 2.35±0.71a
25∶75 6.65 16.39 29.60 39.01 39.53±1.60a 1.44±0.20a 1.12±1.12a
50∶50 7.06 16.01 28.02 37.25 38.02±1.60a 1.28±0.20a -0.31±1.12ab
75∶25 10.18 19.87 31.34 41.32 42.34±1.30a 1.35±0.17a -2.10±0.92b
100∶0 15.56 24.34 34.95 41.78 41.19±1.30a 1.57±0.17a -3.49±0.92b
青稻∶黑麦草 0∶100 13.69 29.56 41.77 44.47 44.36±2.27ab 2.67±0.15a 0.46±0.60a
25∶75 16.90 33.21 44.05 51.65 50.21±2.27a 2.49±0.15a -1.24±0.60a
50∶50 9.74 22.08 35.36 44.85 45.06±2.27ab 1.74±0.15b 0.06±0.60a
75∶25 11.34 20.90 32.38 40.91 40.37±2.27b 1.57±0.15b -1.47±0.60a
100∶0 15.56 24.34 34.95 41.78 41.19±1.86b 1.57±0.12b -3.49±0.49b
青稻∶桂牧 1号 0∶100 2.93 13.06 22.43 31.15 30.95±1.38b 1.46±0.18a 4.36±0.46a
25∶75 3.63 14.06 29.82 40.58 40.64±2.38a 1.62±0.31a 3.64±0.80a
50∶50 8.25 17.39 29.57 39.36 38.38±1.95a 1.49±0.26a 0.68±0.65b
75∶25 6.96 15.49 27.64 36.33 36.82±1.95ab 1.25±0.26a 0.02±0.65b
100∶0 15.56 24.34 34.95 41.78 41.19±1.95a 1.57±0.26a -3.49±0.65c
青稻∶冬牧 70 0∶100 7.11 13.10 24.54 36.99 39.33±2.27a 1.05±0.05b -0.25±0.73a
25∶75 6.66 11.77 19.70 31.75 35.27±3.21a 0.84±0.06c -1.87±1.03ab
50∶50 5.73 10.98 22.92 32.25 34.85±3.21a 0.96±0.06bc -0.10±1.03a
75∶25 8.80 15.15 26.90 35.37 37.11±2.62a 1.09±0.05b -2.03±0.84ab
100∶0 15.56 24.34 34.95 41.78 41.19±2.62a 1.57±0.05a -3.49±0.84b
青稻∶苏丹草 0∶100 12.91 23.66 36.20 48.61 50.58±1.13a 1.57±0.09a -2.70±0.45bc
25∶75 7.30 16.46 31.21 39.74 41.87±1.46b 1.42±0.11a 0.44±0.58a
50∶50 8.67 17.25 30.96 40.38 41.66±1.78b 1.35±0.14a -0.89±0.71ab
75∶25 6.80 13.82 27.75 38.51 40.78±1.78b 1.21±0.14a 0.27±0.71a
100∶0 15.56 24.34 34.95 41.78 41.19±1.46b 1.57±0.11a -3.49±0.58c
青稻∶矮象草 0∶100 6.50 15.89 27.37 32.62 32.75±1.41b 1.57±0.15a 1.51±0.74ab
25∶75 5.28 13.65 28.70 37.47 38.02±1.99ab 1.48±0.21a 2.34±1.05a
50∶50 4.87 13.57 28.55 39.12 39.52±1.99a 1.45±0.21a 2.79±1.05a
75∶25 9.81 20.09 31.32 40.73 39.98±1.63a 1.55±0.17a -0.83±0.85bc
100∶0 15.56 24.34 34.95 41.78 41.19±1.63a 1.57±0.17a -3.49±0.85c
＊相同组合同列中字母相同表示差异不显著(P>0.05),相邻表示差异显著(P<0.05),相间表示差异极显著(P<0.01)。
192 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 卷
产气速率(b)是反映饲料降解快慢的一个重要指标 。从发酵结果来看 ,产气速率主要表现 3个变化趋
势(表 1):青稻与皇竹草 、黑麦草 、桂牧 1号和苏丹草组合时 ,产气速率随青稻比例的上升而下降;青稻与冬
牧 70组合时 ,产气速率随青稻比例的上升而上升;青稻与牛鞭草 、矮象草组合时 ,产气速率随青稻比例的上
升先下降后上升。黑麦草及冬牧 70与青稻组合时不同比例间的产气速率差异显著(P <0.05),黑麦草75%
组合显著高于 25%组合 ,冬牧 70占 25%的组合显著高于 75%组合;其余 5 种牧草与青稻组合时不同比例
组合间的产气速率差异不显著(P>0.05)。与单一牧草或青稻相比 ,青稻与皇竹草或桂牧 1 号 75∶25组合
时 ,产气速率低于单一禾本科牧草与青稻 ,但差异不显著(P >0.05)。青稻与皇竹草或桂牧 1 号按50∶50组
合时 ,产气速率高于单一牧草 ,但低于青稻。青稻与黑麦草组合时 ,3种比例组合产气速率都低于黑麦草 ,且
黑麦草低于 75%时 ,差异显著(P <0.05);黑麦草高于 25%时 ,产气速率高于青稻 ,且黑麦草达到 75%时 ,显
著高于青稻(P<0.05)。不同组合不同比例间产气延滞时间(LAG)的差异比较明显(表 1)。青稻与皇竹
草 、牛鞭草 、桂牧 1号及矮象草组合时 ,禾本科牧草占 75%时产气延滞时间显著高于25%组合。青稻与黑麦
草 、冬牧 70及苏丹草组合时 ,不同比例组合间产气延滞时间无显著差异 。不同禾本科牧草与青稻二次组合
时的产气延滞时间与单一禾本科牧草比 ,不同时间点不同比例间差异较大 。
2.2 不同比例组合产气量的组合效应
表 3表明 7种禾本科牧草与青稻组合在不同发酵时间产气量的组合效应。青稻与皇竹草 、黑麦草组合
时 ,皇竹草与黑麦草占 75%时 ,各发酵时间点产气量的组合效应都为正 ,随其比例下降 ,组合效应开始由正
转负。青稻与牛鞭草 、矮
象草组合时 ,发酵 6h 后 ,
牧草比例为 25%时 ,产气
量的组合效应都为正 。青
稻与桂牧 1号 50∶50组合
时 ,不同发酵时间产气量
均表现出正组合效应 。当
青稻与冬牧 70或苏丹草
组合时 ,无论以何种比例
组合 ,不同发酵时间的产
气量组合效应均为负 。发
酵 48h后二次组合效应 ,
青稻与皇竹草 、黑麦草 、桂
牧 1号 25∶75时表现出显
著正效应 。矮象草在发酵
48h后 ,各比例产气量表
现出正组合效应 ,而冬牧
70 、苏丹草则为负效应。
2.3 发酵参数与营养成
分的相关关系
表 4表明不同禾本科
牧草与青稻组合时主要营
表 3 不同禾本科牧草与粗饲料组合时不同发酵时间产气量的组合效应
Tab.3 Associative effects of gas production at different incubation times
of different gramineae parstures mixed with associative forage
禾本科牧草及其比例/ %
Gramineae grasses and
their proportion
产气量的组合效应＊＊ Associative ef fects of gas product ion
发酵时间/ h Fermentation time
6 12 24 48
青稻∶皇竹草 25∶75 1.28＊ 5.19＊ 7.44＊ 7.60＊
50∶50 -3.26＊ -2.59 0.08 1.23
75∶25 -2.87＊ -2.75 -1.64 -0.61
青稻∶牛鞭草 25∶75 -0.90 -3.00 -1.58 -0.79
50∶50 -2.35 -3.27 -2.83 -2.85
75∶25 -1.07 0.70 0.82 0.93
青稻∶黑麦草 25∶75 3.36 6.25＊ 5.15 8.10
50∶50 -3.66 -2.25 -0.64 2.25
75∶25 -1.91 -0.79 -0.71 -0.73
青稻∶桂牧 1号 25∶75 -1.82 -0.53 5.48 7.00
50∶50 0.26 1.32＊ 3.28 3.42
75∶25 -3.58＊ -2.08 -0.60 -1.99
青稻∶冬牧 70 25∶75 -1.94 -2.83 -6.22 -6.18＊
50∶50 -4.37＊ -5.10 -4.43 -6.59＊
75∶25 -2.80＊ -2.42 -1.86 -4.40＊
青稻∶苏丹草 25∶75 -5.65＊ -6.07＊ -3.48 -6.88＊
50∶50 -4.33 -4.13 -2.23 -4.26
75∶25 -6.25＊ -6.40＊ -3.94 -4.16
青稻∶矮象草 25∶75 -2.87 -3.04 0.60 2.84
50∶50 -4.93 -3.91 -0.24 2.48
75∶25 -1.63 1.82 1.83 2.06
＊表示 P<0.05;＊＊组合效应=[(观测值-预测值)/预测值] ×100%。
养成分与发酵参数的相关关系。理论最大产气量(A)、产气速率(b)及实际产气量(Gas)与粗蛋白(P <
0.01)和中性洗涤可溶物(P <0.001)呈极显著的正相关 ,而与中性洗涤纤维 、酸性洗涤纤维呈极显著负相
关 ,并与半纤维素呈显著负相关 。理论最大产气量 、产气速率及实际产气量三者呈极显著正相关。产气延
滞时间(LAG)仅与有机物呈显著负相关 ,与灰分呈显著正相关 ,与中性洗涤纤维 、酸性洗涤纤维及半纤维素
正相关不显著 ,与粗蛋白及中性洗涤可溶物负相关不显著。
第 4 期 姜海林等:不同禾本科牧草与组合秸秆混合饲料的营养特性及利用效率研究 193
表 4 营养成分与发酵参数的相关关系
Tab.4 Correlativity between nutritional composition and fermentation parameters
项目
Items
有机物 粗蛋白 中性洗涤纤维酸性洗涤纤维 半纤维 灰分 中性洗涤可溶物 理论最大产 产气速率(b)延滞时间 产气量
Organic C rude Neut ral Acid Hemi- Ash Neut ral 气量(A) Gas Lag time Gas
mat ter protein detergent detergent cellulase detergent Max.gas production production
fibre f ibre soluble product ion rate
A -0.07 0.55＊＊ -0.73＊＊＊ -0.82＊＊＊ -0.52＊ 0.07 0.73＊＊＊ 1.00 0.86＊＊＊ -0.06 0.96＊＊＊
b -0.36 0.64＊＊ -0.77＊＊＊ -0.88＊＊＊ -0.54＊ 0.35 0.77＊＊＊ 0.86＊＊＊ 1.00 0.16 0.95＊＊＊
LAG -0.54＊ -0.05 0.12 0.00 0.25 0.54＊ -0.12 -0.06 0.16 1.00 0.01
Gas -0.25 0.57＊＊ -0.76＊＊＊ -0.87＊＊＊ -0.53＊ 0.25 0.76＊＊＊ 0.96＊＊＊ 0.95＊＊＊ 0.01 1.00
＊表示 P<0.05;＊＊表示 P<0.01;＊＊＊表示 P<0.001。
3 小结与讨论
资料表明 ,牧草或粗饲料体外发酵特性与采食量[ 6] 、体内降解速率[ 7] 、微生物蛋白合成[ 8]存在很高的相
关性。基于此 ,本试验利用 7种禾本科牧草与粗饲料组合体外发酵产气特性来推测或表征其体内发酵动态
模型 。结果表明 ,青稻与皇竹草 、黑麦草 25∶75组合效应明显好于其他组合 。不同营养成分对体外产气贡献
或效应不同 ,粗蛋白或中性洗涤可溶物含量高可提高产气量;而中性洗涤纤维 、酸性洗涤纤维含量与产气
量 、产气速率呈负相关 ,抑制产气量 。产生组合差异的主要原因是营养成分的合理配比与平衡[ 1] 。可发酵
碳水化合物(淀粉 、果胶 、糖等)是体外发酵气体主要来源 ,并为微生物生长提供能源和碳源;蛋白质在发酵
过程中主要为微生物生长提供氮源 。蛋白质不足或可发酵碳水化合物不足都会影响微生物生长 ,从而影响
饲料体外发酵动力学特性 。因此 ,生产实践中应针对粗饲料(农作物秸秆 、低质牧草)营养特性 ,适当添补高
蛋白质牧草或可发酵碳水化合物 ,以发挥其正组合效应 ,提高利用效率 ,从而降低畜禽排泄污染 ,有利于生
态环境建设。
参 考 文 献
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194 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 卷