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(KZCX2SW415)”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 :20041215 改回日期 :20050104
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 < 0001)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 < 0001)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
Effects of the mixing way of different pastures and crop straws on the nutritive characteristics and utilization efficiency of
forage .JIANG HaiLin ,TANG ShaoXun ,ZHOU ChuanShe ,TAN ZhiLiang (Institute of Subtropical Agriculture ,Chi
nese Academy of Sciences ,Changsha 410125 ,China) ,CJEA ,2006 ,14(4) :190 ~ 194
Abstract The study was conducted by using in vitro gas production technique to investigate the fermentation characteristics
of a compound forage mixed by silage of corns and rice straws(50∶50)and different proportional gramineae grasses .The
results show that the maximum theoretic gas production ,rate of gas production and lag time of gas production present differ
ent changing patterns ,respectively ,with the variation of mixed proportion .The obvious positive associative effects are noted
when the mixture of rice straw and silage corn is mixed with Ponnisetum hydridumor Lolium perenne with the proportion
of 25∶75 .The significantly(P < 0001)positive relationship is observed between gas production and content of crude protein
or neutral detergent soluble matter ,and the significantly( P < 0001)negative relationship is found between gas production
and content of neutral detergent fiber or acid detergent fiber .It can be concluded that adding pastures rich in fermentable
carbohydrate and /or digestible protein into lowquality forage is essential and necessary to improve utilization efficiency of
crude forage .
Key words Mixture 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 EcoAgriculture 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 gramineae grasses and mixed forage(dry matter)
牧 草
Forage
干物质/g·kg - 1
Dry
mat ter
有机物/g·kg - 1
Organic
mat ter
粗蛋白/g·kg - 1
Crude
protein
中性洗涤纤
维/g·kg - 1
Neutral deter
gent fibre
酸性洗涤纤
维/g·kg - 1
Acid deter
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 8770 8481 1238 6292 3878 2414 1519 3708
冬 牧 70 8764 9416 1330 6821 4331 2491 584 3179
桂 牧 1号 8871 8554 1247 6373 3754 2619 1446 3627
黑 麦 草 8390 8935 2111 4432 2725 1707 1062 5568
皇 竹 草 8820 9143 1502 6588 3927 2661 857 3412
苏 丹 草 9331 9274 878 6735 4000 2745 726 3265
牛 鞭 草 8751 9089 735 7058 4055 3002 911 2942
青 稻 8732 8882 1018 6382 3988 2401 1118 3619
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 13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 05mL 微量元素液 、200mL 缓冲溶液 、200mL 常量元素液 、10mL 刃天青溶液
和 16mL 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 69 ~ 70 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(20cm × 20cm)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 05h 、1h 、15h 、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 + beA ( L AG - 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) ,L AG 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
21 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 < 005) ,且以 25∶75 组合时理
论最大产气量比按 75∶25组合的高 244 % ( P < 005) 。
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 proportion
禾本科牧草及其比例/ %
Gramineae grasses and
their proportion
产气量/mL Gas production
发酵时间/h Fermentation time
模型参数
Parameters of Gompertz function
6 12 24 48 A/mL b/mL·h - 1 L A G/h
青稻∶皇竹草 0∶100 527 1390 2483 3358 3405 ± 173a 131 ± 012a 230 ± 026a
25∶75 853 2039 3358 4298 4272 ± 347a 178 ± 023a 078 ± 053b
50∶50 594 1389 2757 3838 3977 ± 347a 132 ± 023a 168 ± 053ab
75∶25 828 1502 2720 3831 4051 ± 347a 118 ± 023a - 088 ± 053c
100∶0 1556 2434 3495 4178 4119 ± 283a 157 ± 019a - 349 ± 043d
青稻∶牛鞭草 0∶100 573 1951 3154 3948 3910 ± 101a 186 ± 013a 235 ± 071a
25∶75 665 1639 2960 3901 3953 ± 160a 144 ± 020a 112 ± 112a
50∶50 706 1601 2802 3725 3802 ± 160a 128 ± 020a - 031 ± 112ab
75∶25 1018 1987 3134 4132 4234 ± 130a 135 ± 017a - 210 ± 092b
100∶0 1556 2434 3495 4178 4119 ± 130a 157 ± 017a - 349 ± 092b
青稻∶黑麦草 0∶100 1369 2956 4177 4447 4436 ± 227ab 267 ± 015a 046 ± 060a
25∶75 1690 3321 4405 5165 5021 ± 227a 249 ± 015a - 124 ± 060a
50∶50 974 2208 3536 4485 4506 ± 227ab 174 ± 015b 006 ± 060a
75∶25 1134 2090 3238 4091 4037 ± 227b 157 ± 015b - 147 ± 060a
100∶0 1556 2434 3495 4178 4119 ± 186b 157 ± 012b - 349 ± 049b
青稻∶桂牧 1 号 0∶100 293 1306 2243 3115 3095 ± 138b 146 ± 018a 436 ± 046a
25∶75 363 1406 2982 4058 4064 ± 238a 162 ± 031a 364 ± 080a
50∶50 825 1739 2957 3936 3838 ± 195a 149 ± 026a 068 ± 065b
75∶25 696 1549 2764 3633 3682 ± 195ab 125 ± 026a 002 ± 065b
100∶0 1556 2434 3495 4178 4119 ± 195a 157 ± 026a - 349 ± 065c
青稻∶冬牧 70 0∶100 711 1310 2454 3699 3933 ± 227a 105 ± 005b - 025 ± 073a
25∶75 666 1177 1970 3175 3527 ± 321a 084 ± 006c - 187 ± 103ab
50∶50 573 1098 2292 3225 3485 ± 321a 096 ± 006bc - 010 ± 103a
75∶25 880 1515 2690 3537 3711 ± 262a 109 ± 005b - 203 ± 084ab
100∶0 1556 2434 3495 4178 4119 ± 262a 157 ± 005a - 349 ± 084b
青稻∶苏丹草 0∶100 1291 2366 3620 4861 5058 ± 113a 157 ± 009a - 270 ± 045bc
25∶75 730 1646 3121 3974 4187 ± 146b 142 ± 011a 044 ± 058a
50∶50 867 1725 3096 4038 4166 ± 178b 135 ± 014a - 089 ± 071ab
75∶25 680 1382 2775 3851 4078 ± 178b 121 ± 014a 027 ± 071a
100∶0 1556 2434 3495 4178 4119 ± 146b 157 ± 011a - 349 ± 058c
青稻∶矮象草 0∶100 650 1589 2737 3262 3275 ± 141b 157 ± 015a 151 ± 074ab
25∶75 528 1365 2870 3747 3802 ± 199ab 148 ± 021a 234 ± 105a
50∶50 487 1357 2855 3912 3952 ± 199a 145 ± 021a 279 ± 105a
75∶25 981 2009 3132 4073 3998 ± 163a 155 ± 017a - 083 ± 085bc
100∶0 1556 2434 3495 4178 4119 ± 163a 157 ± 017a - 349 ± 085c
相同组合同列中字母相同表示差异不显著( P > 005) ,相邻表示差异显著( P < 005) ,相间表示差异极显著( P < 001) 。
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 < 005) ,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 > 005) 。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 > 005) 。 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 < 005) ;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 < 005) 。 不同组合不同比例间产气延滞时间( L AG)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 。
22 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 。
23 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
Tab3 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 effects of gas production
发酵时间/h Fermentation time
6 12 24 48
青稻∶皇竹草 25∶75 128 519 744 760
50∶50 - 326 - 259 008 123
75∶25 - 287 - 275 - 164 - 061
青稻∶牛鞭草 25∶75 - 090 - 300 - 158 - 079
50∶50 - 235 - 327 - 283 - 285
75∶25 - 107 070 082 093
青稻∶黑麦草 25∶75 336 625 515 810
50∶50 - 366 - 225 - 064 225
75∶25 - 191 - 079 - 071 - 073
青稻∶桂牧 1 号 25∶75 - 182 - 053 548 700
50∶50 026 132 328 342
75∶25 - 358 - 208 - 060 - 199
青稻∶冬牧 70 25∶75 - 194 - 283 - 622 - 618
50∶50 - 437 - 510 - 443 - 659
75∶25 - 280 - 242 - 186 - 440
青稻∶苏丹草 25∶75 - 565 - 607 - 348 - 688
50∶50 - 433 - 413 - 223 - 426
75∶25 - 625 - 640 - 394 - 416
青稻∶矮象草 25∶75 - 287 - 304 060 284
50∶50 - 493 - 391 - 024 248
75∶25 - 163 182 183 206
表示 P < 005 ; 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 <
001)和中性洗涤可溶物( P < 0001)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( L AG)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
Tab4 Correlativity between nutritional composition and fermentation parameters
项目
I tems
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 Crude Neut ral Acid Hemi Ash Neutral 气量( A) Gas Lag time Gas
matter protein detergent detergent cellulase detergent Max . gas production production
fibre fibre soluble production rate
A - 007 055 - 073 - 082 - 052 007 073 100 086 - 006 096
b - 036 064 - 077 - 088 - 054 035 077 086 100 016 095
L A G - 054 - 005 012 000 025 054 - 012 - 006 016 100 001
Gas - 025 057 - 076 - 087 - 053 025 076 096 095 001 100
表示 P < 005 ; 表示 P < 001 ; 表示 P < 0001 。
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
1 卢德勋 .反刍动物营养调控理论及其应用 .内蒙古畜牧科学特刊 ,1993
2 杨 胜 .饲料分析及饲料质量检测技术 .北京 :北京农业大学出版社 ,1993
3 卢德勋 ,谢崇文等 .现代反刍动物研究方法和技术 .北京 :农业出版社 ,1990 .62 ~ 65
4 Menke KH .,Steingass H .Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen flu
id .Anim .Res .Dev .,1988 ,28∶7 ~ 55
5 Schofield PR .,Pitt E ., Pell A .N .Kinetics of fiber digestion from in vitro gas production .J .Anim .Sci .,1994 ,72 :2980 ~ 2991
6 Blummel M .,Orskov E .R .Comparison of in vit ro gas production and nylon bag degradability of roughages in predicting intake in cattle .An
im .Feed Sci .Technol .,1992 ,40 :109 ~ 119
7 Sileshi Z .,Owen E .,Dhanoa M .S ., et al . Prediction of in situ rumen dry matter disappearance of Ethiopian forages from an in vit ro gas
production technique using a pressure transducer ,chemical analyses or in vitro digestibilit y .Anim .Feed Sci .Technol .,1996 ,61(7) :73 ~ 87
8 Krishnamoorthy U .,Steingass Hm Menke K .H .Preliminary observations on the relationships bet w een gas production and microbial protein
synthesis in vit ro .Arch .Anim .Nutr .Berlin .,1991 ,41(5) :521 ~ 526
194 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14卷