作者简介:周恩光(1992-),男,河南商丘人,在读硕士。E-mail: zhoueg17@lzu.edu.cn
本试验旨在研究不同收割时期饲用甜高粱的饲用价值及其绵羊体外瘤胃发酵产气性能,分别对8-11月收割的甜高粱(大奖3180,标记为S1、S2、S3与S4)的养分含量及相对饲喂价值(RFV)、总可消化养分(TDN)、干物质采食量(DMI)、可消化干物质(DDM)和牧草相对饲用品质(RFQ)进行评价。利用体外模拟发酵产气技术评定不同收割时期的甜高粱在3、6、9、12、24、36和48 h体外产气规律,估算降解率。结果表明,1)不同收割时期的甜高粱的干物质(DM)、粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗脂肪(EE)和粗灰分(Ash)含量差异均显著( P<0.05)。2)不同收割时期的甜高粱的RFV、DMI、RFQ呈现出S1>S4>S3>S2,差异极显著( P<0.001)。S1和S4的TDN和DDM含量差异不显著( P>0.05),但极显著高于S2和S3( P<0.001)。3)在培养12 h之前,不同收割时期的甜高粱产气量(GP)差异极显著( P<0.001),且S3的GP最高;24 h后,S4的GP显著高于S2( P<0.05);培养36 h后不同收割时期的甜高粱GP差异不显著( P>0.05)。4)不同时期收割的甜高粱在发酵12、24、48 h的干物质消失率(DMD)均无显著差异( P>0.05)。综上结果,8月对黄土高原丘陵沟壑区甜高粱进行收割时饲用价值最好。
This experiment studied the nutritional value and gas production performance, when incubated with sheep rumen fluid, of sweet sorghum forage harvested at different crop growth stages. The forage sweet sorghum cultivar Dajiang 3180 was harvested in August (S1), September (S2), October (S3) and November (S4), the herbage nutritive value analyzed. And the relative feeding value (RFV), total digestible nutrient (TDN), dry matter intake (DMI), digestible dry matter (DDM) and relative forage quality (RFQ) were evaluated. Herbage digestibility and the gas production at 3, 6, 9, 12, 24, 36 and 48 h were evaluated by in vitro simulated fermentation. It was found that: 1) There were significant differences in dry matter, crude protein, neutral detergent fiber, acid detergent fiber, ethanol extract and crude ash levels at the different harvest dates ( P<0.05). 2) There were significant differences across the four harvest periods in RFV, DMI and RFQ (S1>S4>S3>S2) ( P<0.001). The TDN and DDM of S1 and S4 were higher than the S2 and S3 harvests ( P<0.001). 3) For the first 12 h of fermentation, there were gas production (GP) differences between the four harvest periods ( P<0.001), with the GP of S3 being the highest. After 24 h, the GP of S4 was higher than S2 ( P<0.05); There were no significant differences in GP between the four harvest periods after 36 h incubation ( P>0.05). 4) There were no significant difference in DMD between the four harvest periods at 12, 24 and 48 h of incubation ( P>0.05). In summary, the feeding value of sweet sorghum in the ‘hill and gully’ region of the Loess Plateau, China, is highest in August.
饲草作物作为反刍动物的主要饲料来源, 在畜牧业中占有很重要的地位。大力推广优质饲草种植和提高饲料的利用率对缓解我国草畜发展不平衡有重要意义[1, 2]。而同种饲草在不同时期其营养价值不同, 掌握牧草的营养动态变化规律, 对于改善和调控家畜营养状况有重要意义。在众多反刍动物营养价值评定方法中体外法因其操作简单、能够较快速地反映饲料在瘤胃内的消化状况而被广泛应用[3, 4]。甜高粱(Sorghum dochna)因其生物产量高、营养丰富、耐寒、耐旱、抗涝等特性被用作动物粗饲料广泛种植[5, 6]。唐桃霞等[7]研究表明, 适度的刈割频率有利于甜高粱的粗蛋白(crude protein, CP)、粗脂肪(ethanol extract, EE)、粗灰分(crude ash, Ash)和可溶性糖的积累, 提高甜高粱的饲用价值。李春宏等[8]研究表明, 江苏地区的头茬甜高粱在早期和中期进行刈割, 其生物学产量高, 品质较好。李珊珊等[2]研究表明, 随着生育期的推进, 甜高粱的CP和Ash含量显著降低, 中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量显著升高, 饲用价值降低。梁万平[9]研究表明, 采用间隔72 d二茬刈割技术能有效提高饲用型产量和茎秆品质。而目前针对西北黄土高原丘陵沟壑区栽培的饲用甜高粱的营养价值变化规律及适宜收割期的研究鲜有报道, 为此本研究以甘肃省定西市推广应用的甜高粱为研究对象, 参照当地利用方式, 设置不同的收割时期, 进而分析其营养品质及饲用价值, 同时利用体外瘤胃发酵技术评定其产气性能, 为该地区的甜高粱合理高效利用提供科学依据。
甜高粱(大奖3180)种植于甘肃省定西市祥泰养殖场甜高粱试验田, 播种时间为2017年5月27日, 分别在8-11月(二茬)对甜高粱进行离地10~15 cm收割, 并分别标记为S1、S2、S3和S4组, 将收割后的甜高粱用轧草机轧碎, 65 ℃烘干72 h之后用粉碎机粉碎过40目(0.425 mm)筛, 用四分法取样, 放在自封袋中保存备检。
选用3只体况良好, 体重约为28 kg的小尾寒羊作为瘤胃液供体动物, 试验期间试验羊进行群饲, 保持圈内清洁卫生, 定期消毒, 每天喂料两次(8:00和17:00), 自由饮水。
1.3.1 营养成分和饲喂价值的评定 甜高粱饲草营养成分测定参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[10], 采用105 ℃烘干法测定干物质(dry matter, DM)含量, 使用全自动纤维分析仪(ANKOM-2000i型, 美国)测定中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量; 使用全自动凯氏定氮仪(JK-9830, 上海)测定粗蛋白(CP)含量; 采用550 ℃高温灼烧法测定粗灰分(Ash)含量。营养成分测定结果用于饲喂价值的评估, 包括总可消化养分(total digestible nutrient, TDN)=82.38-(0.7515× ADF); 相对牧草品质(relative forage quality, RFQ)=TDN× DMI/1.23; 相对饲用价值(relative feeding value, RFV)=(DDM× DMI)/1.29, 其中DDM(digestible dry matte)为可消化干物质, DMI(dry matter intake)为粗饲料的干物质随意采食量[11, 12, 13]。DDM和DMI的预测模型分别是:
DMI=120/NDF
DDM=88.9-0.779× ADF
1.3.2 体外发酵测定 在晨饲前用瘤胃液采集器(科立博A1164K, 武汉)经口腔采集3只羊的瘤胃液混合均匀后用4层纱布过滤, 参考Menke[14]的方法配制缓冲液, 并将缓冲液与过滤后的瘤胃液以2∶ 1的比例混合, 得到混合液, 配制期间保持39 ℃恒温, 并持续通入CO2, 磁力搅拌器不断搅拌, 直至溶液颜色变为无色透明(厌氧指示剂为刃天青溶液)。把采集到的4组甜高粱作为发酵底物, 每个样品设3个平行。准确称取400 mg饲料样品于已先装入10 g左右玻璃珠的尼龙袋(0.050 mm, 5 cm× 3 cm)中, 封口后置入特制的100 mL玻璃注射器中, 将40 mL混合液迅速注入装样注射器中, 密封排气后置于39 ℃恒温振荡器中进行体外发酵试验。每个样3个重复, 并设置3个空白组, 即没有发酵底物, 其他条件不变, 作为产气量校正。记录3、6、9、12、24、36、48 h共7个时间点的产气量(gas production, GP); 在12、24及48 h 3个发酵时间点取出装有底物的尼龙袋, 反复用水洗涤后, 晾干, 105 ℃烘4 h后称重测定其干物质降解率。
产气动力学参数采用模型GP=(a+b)× (1-e-ct)计算。其中, GP为某一时刻的产气量, a为快速产气量(mL· g-1), b为缓慢产气量(mL· g-1), c为产气速率(%· h-1), a+b为潜在产气量(mL· g-1)。
按照Menke[14]的体外有机物消化率模型, 以体外发酵24 h产气量估算体外有机物消失率(organic matter disappearance, OMD), 计算公式为:OMD=(0.986GP+0.0606CP+11.03)× 100%, 式中:GP为24 h产气量, CP为粗蛋白含量。
试验开始前, 对放入注射器中的尼龙袋和样的总重进行称量, 记录数值为M1, 取出12、24与48 h发酵的尼龙袋迅速放入冷水中终止发酵, 然后用蒸馏水冲洗至溶液不再浑浊, 用烘箱在105 ℃烘干48 h后称重, 记录数值为M2。
计算公式:DMD=[(M1-M2)/M1]× 100%
试验数据经Excel 2016初步整理后, 使用SPSS 21.0 进行单因素方差分析(One-Way ANOVA), 采用Duncan法对不同处理组均值进行多重比较。用非线性回归参数估计程序求出产气动力学参数; 结果用平均值表示, P< 0.05作为显著的判断标准。
S1时期的甜高粱饲草干物质含量显著高于其他3个时期(P< 0.05), 且从S1~S4呈先下降后上升的趋势(表1)。4个不同收割期的甜高粱的CP含量呈先下降后上升的趋势, 其中S4时期CP含量最高, 达14.46%, S2时期含量最低, 为8.34%。不同收割期的甜高粱EE含量呈逐渐下降的趋势。甜高粱的4个不同的收割期中S4时期Ash含量最高, 达15.98%, S3时期含量最低, 为9.33%。4个时期的Ash含量差异极显著(P< 0.001), 且呈先降低后升高的趋势。4个收割期的甜高粱中的NDF含量差异极显著(P< 0.001), S2时期甜高粱的NDF含量最高, 达67.60%, S1时期最低, 为48.44%, 且4个时期的NDF含量呈现出先升高后降低的趋势。4个不同收割期的甜高粱的ADF含量差异极显著(P< 0.001), 其中S2时期ADF含量最高, 达37.34%, S4时期最低, 整体上呈先升高后降低的趋势。
不同收割期的甜高粱的RFV、DMI、RFQ呈现出S1> S4> S3> S2, 且4个时期差异极显著(P< 0.001)(表2)。S1和S4时期甜高粱的TDN和DDM均较高且差异不显著(P> 0.05), 两个时期极显著高于S2和S3时期(P< 0.001)。
随着发酵时间的延长, 每个时期的甜高粱的产气量均逐渐增加, 在培养12 h之前, 不同收割期的甜高粱产气量均差异极显著(P< 0.001), 且S3时期均最高, S2时期均最低, 培养24 h后4个时期的甜高粱GP差异均不显著(P> 0.05)(表3)。4个不同收割期的甜高梁快速降解部分产气量、慢速降解部分产气量以及潜在产气量差异均不显著(P> 0.05)。S4时期的产气速率显著高于其他3个时期(P< 0.05)(表4)。
同一时期的甜高粱DMD均随培养时间的延长呈现出逐渐增高的趋势, 4个不同收割期的甜高粱培养12、24、48 h后DMD均差异不显著(P> 0.05), 培养24 h后4个不同收割时期的甜高粱的OMD差异不显著(P> 0.05)(表5)。
植物的不同生长期, 其营养物质含量也有很大差异, CP含量是衡量粗饲料营养水平的一个重要指标。本研究发现, 甜高粱CP含量表现为S4> S1> S3> S2。罗峰等[15]研究表明, 甜高粱CP积累过程中呈现出先降低后升高的趋势, 而S4处于二茬时的分蘖期, 此时的CP含量极显著高于其他3个时期, 这与李珊珊等[2]的研究结果一致, 所以从CP含量来看, S1和S4时期的甜高粱营养水平更高。NDF和ADF与家畜的干物质采食量和可消化干物质呈负相关, 本研究结果表明, 4个不同收割期甜高粱的NDF和ADF均呈现出先降低后升高的趋势, 且S2时期甜高粱显著高于其他3个时期, 表现为S2> S3> S4> S1, 而S1和S4是处于不同茬次的相同时期, 所以甜高粱随着生长期的推进CP总体上为逐渐降低的趋势, ADF和NDF总体上为逐渐升高的趋势, 这与陈鹏等[16]的研究结果一致。李珊珊等[2]认为随着生育期的推进, 植株纤维增加, 粗蛋白质减少, 适口性降低, 动物的随意采食量也会降低, 所以 S4和S1时期的甜高粱更适宜饲喂动物。
饲喂价值是评价粗饲料的重要指标, 也是粗饲料的一种重要的经济性状。RFV是NDF和ADF的综合反映, 指数越高, 说明该饲料的营养价值越高, 若RFV> 100, 则说明该粗饲料的营养价值较高[11]。本试验中4个时期甜高粱的RFV值均大于100, 且S1> S4> S3> S2, 说明甜高粱是一种优质的粗饲料资源, 适宜饲喂动物, 相对于S2和S3, S1和S4时期的甜高粱有更高的饲喂价值。TDN是综合反映粗饲料的消化率和动物消化能力的重要指标, 其值越高说明粗饲料的CP含量较高, 纤维含量较低, 粗饲料品质越好[13, 17]。本研究表明, S4和S1的TDN值显著高于S3和S2, 说明在S1和S4时期收割的甜高粱品质较好。RFQ与RFV类似, 都是提供粗饲料饲用价值的相对估计值, 但RFQ能更精确的评定饲料品质尤其适用于禾本科牧草, RFQ值较高的牧草其饲料品质也越好[12]。本试验中4个收割时期甜高粱的RFQ值为:S1> S4> S3> S2, 说明S1时期的饲料品质更好, 饲喂价值更高。
饲料在瘤胃中产生的气体主要来源于微生物对饲料中碳水化合物和蛋白质含碳部分的分解, 其终产物主要包括CO2、CH4和
DMD和OMD是反映饲料被动物利用程度大小的重要指标, 也是影响反刍动物采食量的一个重要因素, 降解率越高, 饲料的可利用程度就越高, 动物的采食量就越大。因此其也是评定饲料营养价值的重要依据[22, 23, 24, 25]。DM的降解主要由饲料中粗蛋白、粗脂肪和粗纤维决定, 反映了饲料在瘤胃中降解的难易程度[26]。张颖等[27]通过瘤胃尼龙袋法对云南地区5种牧草研究表明干物质和有机物质降解率与粗蛋白含量有较强的正相关关系, 而与纤维素含量有较强的负相关关系。本研究结果表明, 4个不同收割期甜高粱DMD和OMD差异均不显著, 说明不同收割期对甜高粱的可利用程度影响不大。
8月的甜高粱CP含量高, 且NDF和ADF含量较低, 相对饲喂价值高, 8月的甜高粱能很好地优化瘤胃体外发酵过程, 提高饲料的利用效率。所以8月收割的甜高粱更适宜作为动物的粗饲料来源。
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