何香玉,慕春龍,蔡旻,吳艷萍,楊宇翔,毛勝勇,成艷芬,朱偉云
(江蘇省消化道營養與動物健康重點實驗室,南京農業大學動物科技學院消化道微生物研究室,江蘇 南京210095)
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不同溫度和CO2濃度生長環境下小麥麥秸的消化率研究
何香玉,慕春龍,蔡旻,吳艷萍,楊宇翔,毛勝勇,成艷芬*,朱偉云
(江蘇省消化道營養與動物健康重點實驗室,南京農業大學動物科技學院消化道微生物研究室,江蘇 南京210095)
本試驗以優良中筋小麥“揚麥14”為試驗材料,在小麥整個生育期提高CO2濃度和溫度,分為4組:空白組,升溫組,CO2組,升溫和CO2混合組,空白組小麥生長平均溫度10.5 ℃,CO2濃度413 μmol/mol,升溫組溫度高于空白組2 ℃,CO2組濃度500 μmol/mol,升溫和CO2混合組同時提高溫度與CO2濃度,收割時采集麥秸用于體內消化試驗。用3頭裝有永久性瘤胃瘺管的荷斯坦奶牛,采用尼龍袋法評定溫度和CO2濃度升高環境下小麥秸瘤胃的降解特性。結果顯示,與空白組相比,升溫組DM快速降解部分顯著升高(P<0.05),ADF降解率與ADF慢速降解部分顯著降低(P<0.05);CO2組DM,OM,NDF及ADF降解率均顯著降低(P<0.05),且DM,OM與NDF有效降解率顯著降低(P<0.05);混合組DM,OM,NDF及ADF降解率均顯著降低(P<0.05),DM,OM及ADF慢速降解部分顯著降低(P<0.05),DM,OM與NDF有效降解率顯著降低(P<0.05)。不同處理后麥秸DM,OM,NDF與ADF瘤胃內降解率從高到低為空白組、升溫組、CO2組和混合組。綜合以上結果表明,溫度和CO2濃度升高降低了麥秸DM,OM,NDF及ADF瘤胃內降解率,導致麥秸營養價值降低,溫度升高對降解率影響最小,其次為CO2濃度升高,溫度和CO2濃度同時升高對麥秸營養價值的影響最為顯著。
麥秸;CO2和溫度;瘤胃降解率
我國每年農作物秸稈資源量約為8.20億t,主要來源以三大糧食作物副產物為主,玉米秸最高為2.65億t;占總量的32.3%;稻草約為2.05億t,占總量的25%;麥秸為1.50億t,占總量的18.3%[1]。其中作為飼料使用量約為2.11億t,占30.69%;用于還田約1.02億t,占14.78%;作為燃料使用量約為1.29億t,占18.72%;廢棄及焚燒約為2.15億t,占31.31%[1]。麥秸廣泛應用于反芻動物的生產,能被瘤胃微生物消化利用,對畜牧業的發展有重要作用。瘤胃中的纖維降解菌、原蟲和真菌等微生物,在厭氧條件下分泌纖維素降解酶可以將麥秸發酵降解為揮發性脂肪酸等為宿主提供能量[2]。麥秸的飼用價值是評定其品質優劣的重要指標之一,包括營養組成和有效降解率等,決定了它在反芻動物中的應用價值[3]。目前用于評定反芻動物粗飼料飼用價值的方法主要有體內法、半體內法和體外法[4]。其中半體內法即瘤胃尼龍袋法,其應用普遍、花費較少、操作簡單、試驗周期短,便于大批量樣品的研究、具有較好的重復性和穩定性等特點[5],能直接為實際生產提供可靠的參數。
近百年來,隨著全球溫室效應加劇,大氣中二氧化碳濃度和溫度不斷增長,全球氣候變暖受到人們的廣泛關注。據研究報告2011年大氣中二氧化碳的濃度達到了391 μmol/mol,和工業化時期相比大約上升了40%[6]。預計到21世紀末,全球平均地表氣溫將會上升1.8~4.0 ℃,浮動范圍在1.1~6.4 ℃[6]。農業對氣候變化非常敏感,溫度和二氧化碳濃度的升高對作物生產有很大影響,尤其在整個作物的生長周期[7]。溫度和二氧化碳升高對小麥(Triticumaestivum)會產生或利或弊的影響,但基本上是以不利影響為主。二氧化碳是植物進行光合作用的底物,溫度影響植物的光合、呼吸、蒸騰等諸多生理過程,而光合作用和呼吸作用所需要的各種酶、次級代謝產物的合成及同化物的運輸等都與養分有關。因此,小麥對大氣二氧化碳濃度和溫度升高的影響不僅表現在光合作用、呼吸作用、蒸騰作用和氣孔導度等方面,小麥養分的積累和分配也發生了相應的變化。養分的獲得、分配和代謝將影響小麥的生長、產量和對環境因子的響應[8]。一般來說,植物生長中增加二氧化碳會提高光合作用、水的利用率和降低谷物蛋白濃度,從而導致谷物的質量降低[9]。與此同時,植物發育階段對氣候條件非常敏感,特別是溫度[10],據前人的研究報道物候溫度上升1 ℃,小麥的產量就會降低9%[11]。麥秸作為小麥生產中最重要的農副產物,在溫度和二氧化碳濃度升高的生長環境下,營養價值也會受到影響,但對其在反芻動物中消化降解的影響卻鮮有報道。因此,本試驗以優質中筋小麥“揚麥14”秸稈為研究對象,通過尼龍袋法研究CO2濃度與溫度升高對小麥秸在瘤胃內消化率的影響,為實際生產中合理利用麥秸提供基本參數和理論依據。
1.1 材料
1.1.1 小麥種植與麥秸采集 中筋優質小麥“揚麥14”于2012年11月至2013年6月種植于江蘇省常熟市(31°32.93′ N, 120°41.88′ E)稻麥輪作FACE和FATI試驗平臺。該區屬亞熱帶季風氣候,年平均氣溫、降水量及太陽輻射量分別為15.4 ℃、1054 mm及4540 MJ/(m2·yr)。該試驗平臺耕作方式為水稻(Oryzasativa)和小麥輪作,6-10月為水稻種植季,11月-第2年6月初為冬小麥種植季。土壤中有機物14.2 g/kg;全氮1.1 g/kg,有效磷41.9 mg/kg,速效鉀 93.3 mg/kg。小麥全生育期施肥量為N 120 kg/m2,P2O560 kg/m2及K2O 120 kg/m2。試驗共分4組,分別為空白組,升溫組(temperature, TEM,+2 ℃),CO2組(CO2,500 μmol/mol)及混合組(CO2+TEM),每組3個重復,每重復面積為50 m2(八邊形構造,外接圓直徑8 m)。為了達到統一的遮陽效果,所有處理圈都從外觀上基本保持一致。各實驗圈從小麥返青開始進行全天CO2濃度增加和增溫處理,利用計算機網絡系統對各個平臺的CO2濃度和溫度進行監測控制,并根據大氣中CO2濃度、溫度、風向、風速等因素的變化調節增溫和CO2氣體的釋放速度及方向,從而實現處理圈內的CO2濃度和溫度達到試驗要求。小麥收割后采集麥秸65 ℃烘干,粉碎后過0.84 mm及0.60 mm雙層篩,取中間粉料為試驗底物,室溫保存于樣品袋中備用。
1.1.2 試驗動物與樣品采集 試驗于2014年11月在南京農業大學江浦農場進行,選用健康、平均體重為(474±50) kg且裝有永久性瘤胃瘺管的3頭荷斯坦奶牛作為試驗動物。每天飼喂兩次,自由飲水,粗料由玉米(Zeamays)青貯和羊草(Leymuschinensis)組成,精料由玉米、豆粕等組成。準確稱取麥秸樣品2.5 g放入已知重量的尼龍袋中,每個組的樣品固定于一根尼龍繩上,每個時間點的同一瘺管牛設置兩個平行樣。于晨飼前(4:00)通過瘤胃瘺管將裝有麥秸的尼龍袋投入瘤胃中,每頭瘺管牛一次性放入4組的尼龍袋(共40個),并將尼龍繩固定在瘺管蓋的鉤子上,每組分別于2,6,12,24和48 h從每頭牛瘤胃內取出2個尼龍袋(0 h的尼龍袋不放入瘤胃中),用細流水沖洗,按壓,直至尼龍袋中流出水清澈明亮,無味為止。于65 ℃烘干至恒重,測定營養成分。
1.2 測定指標與測定方法
按AOAC[12]方法測定烘干樣品中干物質(dry matter, DM)、有機物(organic matter, OM)、粗灰分(Ash)含量,采用Van Soest等[13]方法測定中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)及酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)含量,計算底物降解率。營養成分降解率計算公式為:Y=[(放入袋內某營養成分含量-某時間點殘留袋內該營養成分含量)/放入袋內某營養成分含量]×100%。參照?rskov等[14]公式Y=a+b×(1-e/ct),采用最小二乘法,計算式中a(快速降解部分),b(慢速降解部分)和c值(降解速率常數)。有效降解率計算公式為:F=a+(b×c)/(c+k),k=0.032。式中:F為各營養成分的有效降解率;k為瘤胃食糜外流速率。
1.3 數據處理
試驗數據經Excel 2013初步整理后,采用SAS 8.0中的GLM模型進行單因素方差分析,Duncan’s法進行多重比較,以P<0.05表示差異顯著。
2.1 溫度和CO2濃度升高對麥秸DM降解特性的影響
溫度和CO2濃度升高對麥秸DM瘤胃內降解率的動態變化見圖1,由圖可知,各試驗組DM降解率變化基本一致,隨著瘤胃內培育時間的延長,各試驗組DM降解率逐漸增加。在0~6 h內麥秸DM降解最快,6 h后降解速率逐漸降低,在培養48 h時,空白組DM瘤胃降解率最高為(36.35±0.83)%;升溫組[(34.82±0.54)%]次之,但差異不顯著;CO2組DM降解率[(32.82±0.43)%]顯著低于空白組與升溫組(P<0.05);混合組DM降解率[(29.95±0.30)%]最低,且顯著低于CO2組(P<0.05)。
溫度和CO2濃度升高對麥秸DM瘤胃降解模型參數a,b,c以及有效降解率F值的影響如表1所示。與空白組相比,升溫組快速降解部分(a)含量顯著升高(P<0.05),CO2組有效降解率(F)顯著降低(P<0.05),混合組a,b,F值均顯著降低(P<0.05)。與升溫及CO2組相比,混合組b,F值均顯著降低(P<0.05),a值顯著低于CO2組(P<0.05)。溫度及CO2濃度升高對麥秸DM降解速率常數(c)沒有顯著影響。

圖1 麥秸DM和OM瘤胃動態降解率Fig.1 The degradability of DM and OM of wheat straw in the rumen
表1 溫度和CO2濃度升高對麥秸DM降解參數及有效降解率的影響
Table 1 Effects of increased temperature and concentration of CO2on DM degradation parameters and effective degradability of wheat straw

指標Items空白組Control升溫組TEMCO2混合組TEM+CO2標準誤SEMP值P-valuea(%)8.03±0.07a8.72±0.20b7.85±0.02a7.79±0.10a0.168<0.05b(%)32.97±1.44a31.61±1.49a33.58±3.11a24.96±1.05b2.745<0.05c(%)0.04±0.000.04±0.010.03±0.010.05±0.010.0100.404F(%)26.68±0.41a25.65±0.52a24.06±0.42b22.48±0.30c0.594<0.05
TEM: Temperature (+2 ℃);a: 快速降解部分Rapid degradation;b: 慢速降解部分Slow degradation;c: 降解速率常數Degradation rate;F: 有效降解率Effective degradation。同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。Different small letters within the same row superscripts mean significant differences (P<0.05). The same below.
2.2 溫度和CO2濃度升高對麥秸OM降解特性的影響
由圖1可知,溫度和CO2濃度升高對麥秸OM瘤胃內降解率的影響與DM降解率變化相似,0~6 h內降解最快,6 h后逐漸變慢。48 h時,空白組OM降解率最高為(32.24±0.31)%;其次為升溫組[(31.34±0.78)%],但差異不顯著;CO2組OM降解率[(29.44±0.73)%]顯著低于空白組(P<0.05),但與升溫組差異不顯著;混合組OM降解率[(27.49±0.76)%]最低,顯著低于空白組與升溫組(P<0.05)。
溫度和CO2濃度升高對麥秸OM降解相關參數的影響如表2所示。與空白組相比,升溫組相關參數沒有顯著變化(P>0.05),CO2組F值顯著降低(P<0.05),混合組b、F值均顯著降低(P<0.05)。與升溫組相比,混合組b、F值均顯著降低(P<0.05);與CO2組相比,混合組F值顯著降低(P<0.05)。溫度與CO2處理對a、c值沒有顯著影響(P>0.05)。
2.3 溫度和CO2濃度升高對麥秸NDF和ADF降解特性的影響
圖2為瘤胃內麥秸NDF和ADF動態降解率變化曲線,由圖可知,麥秸NDF和ADF降解率均隨著培養時間的延長而逐漸增加。在0~6 h,NDF和ADF降解較快,6~48 h降解率逐漸降低。48 h時,空白組NDF最高,為[(41.55±1.96)%];其次為升溫組[(38.20±1.37)%],但差異不顯著;CO2組,為[(36.14±1.55)%],顯著低于空白組(P<0.05);混合組最低,為[(35.37±1.34)%],顯著低于空白組(P<0.05)。48 h時,空白組ADF最高,為[(43.10±0.35)%];升溫組[(39.03±1.41)%]、CO2組[(39.75±0.69)%]與混合組[(37.81±0.85)%]均顯著低于空白組(P<0.05),且混合組最低。
溫度和CO2濃度升高對麥秸NDF降解相關參數a、b及c沒有顯著影響,由表3可知,與空白組相比,CO2處理組和混合組b值顯著降低(P<0.05),兩組間差異不顯著。對ADF降解參數的影響如表4所示,溫度和CO2濃度升高對麥秸ADF中降解參數a、c及F值均無顯著影響(P>0.05)。與空白組相比,升溫組和混合組b值顯著降低(P<0.05),兩者間差異不顯著。
表2 溫度和CO2升高處理麥秸OM的降解參數及有效降解率
Table 2 Effects of temperature and CO2treatments on OM degradation parameters and effective degradability of wheat straw

指標Items空白組Control升溫組TEMCO2混合組TEM+CO2標準誤SEMP值P-valuea(%)7.08±0.117.02±0.116.52±0.566.53±0.190.1960.448b(%)26.94±0.57a25.91±1.17a24.59±0.75ab21.64±1.16b0.809<0.05c(%)0.06±0.000.06±0.000.06±0.010.07±0.010.0020.802F(%)24.64±0.23a24.03±0.47a22.78±0.25b21.27±0.41c0.403<0.05

圖2 麥秸NDF和ADF (d)瘤胃動態降解率Fig.2 NDF and ADF rumen degradability of wheat straw
表3 溫度和CO2升高處理麥秸NDF的降解參數及有效降解率
Table 3 Effects of temperature and CO2treatments on NDF degradation parameters and effective degradability of wheat straw

指標Items空白組Control升溫組TEMCO2混合組TEM+CO2標準誤SEMP值P-valuea(%)5.84±0.145.65±0.824.75±0.344.76±0.310.2530.294b(%)37.79±2.7835.21±1.4533.48±2.2632.59±1.371.0590.354c(%)0.07±0.010.07±0.010.07±0.010.07±0.000.0020.864F(%)31.46±1.19a29.24±0.94ab27.69±1.29b27.33±0.97b0.6800.102
表4 溫度和CO2升高處理麥秸ADF的降解參數及有效降解率
Table 4 Effects of temperature and CO2treatments on ADF degradation parameters and effective degradability of wheat straw

指標Items空白組Control升溫組TEMCO2混合組TEM+CO2標準誤SEMP值P-valuea(%)5.68±0.605.35±1.044.65±0.635.11±0.150.3120.753b(%)40.46±0.63a35.46±0.41b40.08±1.71a36.24±1.21b0.824<0.05c(%)0.06±0.000.07±0.010.06±0.010.06±0.010.0050.498F(%)32.11±0.2030.01±1.7429.34±1.2428.20±0.770.6490.183
粗飼料在瘤胃內的干物質降解率越高,動物的干物質采食量就越大,飼料干物質降解率隨飼料的營養成分含量不同而不同[15]。本試驗中不同處理的麥秸隨著在瘤胃中發酵時間的增加,DM和OM消失率升高。發酵24 h之后,DM和OM降解率都是空白組最高、其次為升溫組和CO2組、混合組最低。He等[16]利用體外發酵法研究也發現溫度和CO2濃度升高能顯著降低麥秸體外降解率。這可能是由于環境中溫度和CO2濃度升高導致麥秸中粗蛋白與可消化碳水化合物含量降低,從而使得在瘤胃中的降解率降低。Wayne等[17]報道提高環境中溫度和CO2的濃度會降低黃樺樹葉子中蛋白質的含量。同時Erice等[18]研究溫度和CO2濃度對苜蓿(Medicagosativa)營養成分的影響中發現,溫度和CO2濃度升高能顯著降低苜蓿粗蛋白的含量。He等[16]研究溫度和CO2濃度對麥秸營養成分的影響也發現溫度和CO2濃度升高使得麥秸粗蛋白含量和可溶性碳水化合物含量由1.45%和17.05%顯著降低至1.17%和15.28%。余苗等[19]研究不同生育期虎尾草(Chlorisvirgate)的瘤胃降解率發現,返青期虎尾草瘤胃降解率顯著高于干枯期,這可能與返青期虎尾草粗蛋白(15.85%)和可溶性碳水化合物(42.72%)含量較高有關。DM和OM瘤胃降解率受到飼料原料纖維素含量和木質化程度的影響,反映飼料降解難易程度,主要取決于快速降解部分和慢速降解部分的含量[20]。其中快速降解部分主要受易消化的可溶性碳水化合物影響,而慢速降解部分主要取決于不易消化結構性碳水化合物的含量。冷靜等[3]研究6種牧草在云南黃牛瘤胃中的降解率發現,一年生黑麥草(Loliumperenne)降解率顯著高于非洲狗尾草(Setariaanceps)、大麥秸粉和苜蓿草塊,同時其DM和OM的快速降解組分(28.81%和25.96%)也顯著高于非洲狗尾草(13.09%和9.77%),這可能是非洲狗尾草營養結構不易于瘤胃的消化。González等[21]研究青黑麥草和黃貯黑麥草的瘤胃降解率也發現,青黑麥草降解率(64.9%)顯著高于黃貯黑麥草(55.9 %),其快速降解組分(35.8%)也顯著高于黃貯黑麥草組(26.2%),這主要是由于青黑麥草可溶性碳水化合物的含量更高,易于動物的消化吸收。
麥秸NDF和ADF在瘤胃中的降解率大小能反映其消化程度的難易。本研究中發現,不同處理組麥秸NDF和ADF的動態降解率都隨著其在瘤胃中停留時間的延長而逐漸增加。 本試驗中CO2組和混合組NDF降解率顯著低于空白組、升溫組、CO2組及混合組ADF降解率顯著低于空白組。這可能是由于溫度和CO2濃度處理時,加速了小麥的生長發育,促進了小麥的無效分蘗,同時促進碳水化合物向籽粒中轉運,造成麥秸中NDF和ADF含量升高,營養價值降低。前期的研究發現,升溫與CO2處理能增加不消化的NDF含量[16],造成麥秸的品質降低。Erice等[18]研究溫度和CO2處理對紫花苜蓿營養成分的影響也發現,溫度和CO2同時處理時不易消化的NDF從39.4 mg/g含量顯著增加到57.3 mg/g,造成瘤胃中降解率降低。Stalker等[22]研究不同飼草的瘤胃降解率發現,生長期苜蓿降解率(55.7%)顯著高于干草(46.4%);作者分析表示這可能與生長期苜蓿NDF(42%)和ADF(29.5%)含量較低有關。Hoffman等[23]研究報告指出,當牧草快速降解組分很小時,其NDF和ADF降解率主要取決于慢速降解部分,本研究結果與其類似,瘤胃中ADF降解率與慢速降解部分直接相關。Carmi等[24]對不同種生長期和種植密度的高粱降解率的研究中發現,種植密度為20 mm,中期的高粱降解率最高(74%),主要是由于其NDF(583 g/kg)和木質素(29.4 g/kg)的含量最低。Karabulut等[25]對山羊的幾種常見粗飼料體外降解率比較研究中發現,底物中粗纖維含量越高,體外消化率越低。其中半體外24 h麥秸最低(42.5%),風滾草(Salsolatragus)最高(55.4%);其中麥秸的快速降解部分和慢速降解部分分別為15.4%和42.8%,風滾草分別是28.0%和39.7%。
本研究還發現與CO2及升溫單獨處理組相比,CO2與升溫混合組對麥秸消化率影響最大。這可能是CO2濃度和溫度同時升高,對植物葉片光合速率有更強的抑制作用。Gesch等[26]在水稻上的研究表明,CO2濃度和溫度升高條件下的農作物,光合作用受阻。Krishnan等[27]利用ORYZA1和INFOCROP rice模型研究水稻,當溫度升高1 ℃,水稻產量分別降低7.2%。謝立勇等[28]研究發現,隨著CO2濃度和溫度升高,稻米的營養品質和外觀品質均有下降。目前關于CO2濃度和溫度升高對作物影響的研究多集中在產量與生理性狀上,而在作物秸稈營養價值方面研究較少。因此,關于CO2濃度和溫度升高對麥秸的影響有待進一步的深入研究。
溫度升高顯著降低了麥秸ADF降解率;CO2濃度升高與混合處理均顯著降低了麥秸DM,OM,NDF及ADF降解率,但混合處理對降解率影響更顯著。
[1] Compiled by National Bureau of Statistics of China. China statistical yearbook 2010. http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2011/indexch.htm, 2011-10-15.
[2] Zhou Y W, Zhang Y J, Li B,etal. Microbial interactions in ruminal methanogenesis. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2011, 23(4): 556-562.
[3] Leng J, Zhang Y, Zhu R J,etal. Rumen degradation characteristics of six types of forages in the Yunnan yellow cattle. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2011, 23(1): 53-60.
[4] Cao Z J, Shi H T, Li D F,etal. Progress on nutritional evaluation of ruminant feedstuff in China. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(3): 1-19.
[5] Nocek J E.Insituand other methods to estimate ruminal protein and energy digestibility: a review. Journal of Dairy Science, 1988, 71(8): 2051-2069.
[6] Qin D, Plattner G K, Tignor M,etal. Climate Change 2013: The Physical Science Basis[M]. Cambridge, UK, and New York: Cambridge University Press, 2014.
[7] Ye L, Xiong W, Li Z,etal. Climate change impact on China food security in 2050. Agronomy for Sustainable Development, 2013, 33: 363-374.
[8] Morison J I L, Lawlor D W. Interactions between increasing CO2concentration and temperature on plant growth. Plant, Cell & Environment, 1999, 22(6): 659-682.
[9] Ludwig F, Asseng S. Climate change impacts on wheat production in a Mediterranean environment in Western Australia. Agricultural Systems, 2006, 90: 159-179.
[10] Cleland E E, Chuine I, Menzel A,etal. Shifting plant phenology in response to global change. Trends In Ecology & Evolution, 2007, 22: 357-365.
[11] Mitchell R, Mitchell V, Driscoll S,etal. Effects of increased CO2concentration and temperature on growth and yield of winter wheat at two levels of nitrogen application. Plant, Cell & Environment, 1993, 16: 521-529.
[12] Horowitz W. Official Methods of Analysis of AOAC International[M]. AOAC International, 2005.
[13] Van Soest P J, Robertson J B, Lewis B A. Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber, and non-starch polysaccharides in relation to animal nutrition. Journal of Dairy Science, 1991, 74(10): 3583-3597.
[14] ?rskov E R, McDonald I. The estimation of protein degradability in the rumen from incubation measurements weighted according to rate of passage. The Journal of Agricultural Science, 1979, 92(2): 499-503.
[15] Zhang Y G, Li C L, Wang Y F,etal. Degradation characteristics of crude protein and dry matter in the rumen and small intestinal digestibility of commonly used feedstuff for dairy cows. Journal of Northeast Agricultural University, 2013, 44(9): 1-6.
[16] He X, Wu Y, Cai M,etal. The effect of increased atmospheric temperature and CO2concentration during crop growth on the chemical composition andinvitrorumen fermentation characteristics of wheat straw. Journal of Animal Science and Biotechnology, 2015, 6(1): 1-8.
[17] Wayne P M, Reekie E G, Bazzaz F A. Elevated CO2ameliorates birch response to high temperature and frost stress: implications for modeling climate-induced geographic range shifts. Oecologia, 1998, 114(3): 335-342.
[18] Erice G, Irigoyen J J, Pérez P,etal. Effect of elevated CO2, temperature and drought on photosynthesis of nodulated alfalfa during a cutting regrowth cycle. Physiologia Plantarum, 2006, 126(3): 458-468.
[19] Yu M, Zhong R Z, Zhou D W,etal. Nutrient components and rumen degradability dynamics ofChlorisvirgateat different growth stages. Acta Agrestia Sinica, 2014, 22(1): 175-181.
[20] Chen X L, Liu Z K, Sun J,etal. Ruminal degradability characteristics of different forages in sheep. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(2): 268-276.
[21] González J, Faría-Mármol J, Rodríguez C A,etal. Effects of ensiling on ruminal degradability and intestinal digestibility of Italian rye-grass. Animal Feed Science and Technology, 2007, 136(1): 38-50.
[22] Stalker L A, Lorenz B G, Ahern N A,etal. Inclusion of forage standards with known in vivo digestibility ininvitroprocedures. Livestock Science, 2013, 151(2): 198-202.
[23] Hoffman P C, Sievert S J, Shaver R D,etal. In situ dry matter, protein, and fiber degradation of perennial forages. Journal of Dairy Science, 1993, 76(9): 2632-2643.
[24] Carmi A, Aharoni Y, Edelstein M,etal. Effects of irrigation and plant density on yield, composition andinvitrodigestibility of a new forage sorghum variety, Tal, at two maturity stages. Animal Feed Science and Technology, 2006, 131(1): 121-133.
[25] Karabulut A, Ozkan C O, Kamalak A,etal. Comparison of the nutritive value of a native Turkish forages, tumbleweed hay (GundeliatournefortiiL.), wheat straw and alfalfa hay using in situ andinvitromeasurements with sheep. Archivos Latinoamericanos de Produccion Animal, 2006, 14(3): 78-83.
[26] Gesch R W, Kang I H, Gallo-Meagher M,etal. Rubisco expression in rice leaves is related to genotypic variation of photosynthesis under elevated growth CO2and temperature. Plant, Cell & Environment, 2003, 26(12): 1941-1950.
[27] Krishnan P, Swain D K, Bhaskar B C,etal. Impact of elevated CO2and temperature on rice yield and methods of adaptation as evaluated by crop simulation studies. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2007, 122(2): 233-242.
[28] Xie L Y, Ma Z Y, Han X,etal. Impacts of CO2enrichment and temperature increasing on grain quality of rice. Journal of Northeast Agricultural University, 2009, 40(3): 1-6.
[1] 國家統計局網站. 中國統計年鑒2010. http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2011/indexch.htm, 200-10-15.
[2] 周亞文, 張玉杰, 林波, 等. 瘤胃甲烷生成過程中微生物之間的相互關系. 動物營養學報, 2011, 23(4): 556-562.
[3] 冷靜, 張穎, 朱仁俊, 等. 6 種牧草在云南黃牛瘤胃中的降解特性. 動物營養學報, 2011, 23(1): 53-60.
[4] 曹志軍, 史海濤, 李德發, 等. 中國反芻動物飼料營養價值評定研究進展. 草業學報, 2015, 24(3): 1-19.
[15] 張永根, 李春雷, 王艷菲, 等. 奶牛常用飼料干物質和蛋白質瘤胃降解特性及小腸消化率研究. 東北農業大學學報, 2013, 44(9): 1-6.
[19] 余苗, 鐘榮珍, 周道瑋, 等. 虎尾草不同生育期營養成分及其在瘤胃的降解規律. 草地學報, 2014, 22(1): 175-181.
[20] 陳曉琳, 劉志科, 孫娟, 等. 不同牧草在肉羊瘤胃中的降解特性研究. 草業學報, 2014, 23(2): 268-276.
[28] 謝立勇, 馬占云, 韓雪, 等. CO2濃度與溫度增高對水稻品質的影響. 東北農業大學學報, 2009, 40(3): 1-6.
Effects of increased atmospheric temperature and CO2concentration during crop growth on the rumen degradability of wheat straw
HE Xiang-Yu, MU Chun-Long, CAI Min, WU Yan-Ping, YANG Yu-Xiang, MAO Sheng-Yong,CHENG Yan-Fen*, ZHU Wei-Yun
JiangsuKeyLaboratoryofGastrointestinalNutritionandAnimalHealth,LaboratoryofGastrointestinalMicrobiology,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China
This experiment was conducted to investigate the effects of increasing atmospheric temperature and CO2concentration during crop growth on the rumen degradability of wheat straw. The experiment consisted of a control group (wheat plants grown with a mean temperature of 10.5 ℃ and a CO2concentration of 413 μmol/mol) and three treatments: elevated CO2(CO2group, wheat plants grown with a CO2concentration of 500 μmol/mol); an elevated temperature group (TEM group, wheat plants grown under a 2 ℃ increase in temperature); and a CO2and temperature group (CO2+TEM group, wheat plants grown with elevated temperature and CO2concentration). At harvest, the wheat straw was collected and theinsitudegradability was monitored in three fistulated Holstein dairy cows. The results showed that the proportion of rapidly degraded dry matter (DM) was significantly greater in the TEM group than in the control group (P<0.05). The slowly degraded proportion and rumen degradability of acid detergent fiber (ADF) were significantly decreased in the TEM group compared with the control group (P<0.05). In the CO2group, the rumen degradability of DM, organic matter (OM), neutral detergent fiber (NDF), and ADF was significantly decreased (P<0.05), and the effective degradability of DM, OM, and NDF was significantly decreased also (P<0.05). In the CO2+TEM group, the rumen degradability of DM, OM, NDF, and ADF was significantly decreased (P<0.05), and the slowly degraded proportion and the effective degradability of DM, OM, and ADF was significantly decreased also (P<0.05). The treatments were ranked, from highest rumen degradability of DM, OM, NDF, and ADF to lowest, as follows: control group>TEM group>CO2group>CO2+TEM group. These results showed that increased temperature and CO2concentration significantly decreased theinsitudegradation of DM, OM, NDF, and ADF, and resulted in decreased nutritional value of wheat straw. The lowest nutritional value of wheat straw was in the CO2+TEM group.
wheat straw; CO2and temperature; rumen digestibility
10.11686/cyxb2016053
http://cyxb.lzu.edu.cn
2016-02-01;改回日期:2016-04-07
公益性行業(農業)科研專項(200903003)資助。
何香玉(1989-),女,四川成都人,在讀碩士。E-mail:hexiangyu@njau.edu.cn*通信作者Corresponding author. E-mail: yanfencheng@njau.edu.cn
何香玉, 慕春龍, 蔡旻, 吳艷萍, 楊宇翔, 毛勝勇, 成艷芬, 朱偉云. 不同溫度和CO2濃度生長環境下小麥麥秸的消化率研究. 草業學報, 2016, 25(12): 111-118.
HE Xiang-Yu, MU Chun-Long, CAI Min, WU Yan-Ping, YANG Yu-Xiang, MAO Sheng-Yong, CHENG Yan-Fen, ZHU Wei-Yun. Effects of increased atmospheric temperature and CO2concentration during crop growth on the rumen degradability of wheat straw. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(12): 111-118.