不同厭氧處理方式對鮮麥秸品質、活體外瘤胃發酵及甲烷產量的影響

徐 芳， 降 磊，張元慶*， 張丹丹， 王 曦， 程 景， 靳 光，孫志強， 張變英， 孫銳鋒， 薛艷蓉， 李 博， 陳 澤， 陳劍波

（1.山西省農業科學院畜牧獸醫研究所，山西太原 030032；2.山西省農業科學院農業資源與經濟研究所，山西太原 030032；3.中國農業大學動物科學技術學院，北京海淀 100193）

我國是農業大國，每年秸稈產量高達8億t左右，通常粉碎后直接掩埋或就地焚燒（Wang，2013）。隨著人口的增長和生活品質的不斷提高，人們對牛羊肉食品的需求不斷加大，由于地理環境和養殖水平的客觀原因，飼草料的不足成為困擾我國反芻畜牧業發展的難題。開發利用秸稈飼草料是緩解人畜爭糧的一大途徑。反芻動物由于本身特殊的瘤胃結構可以利用秸稈中的纖維素，但由于秸稈本身蛋白質含量低、適口性差、易于霉變、整體營養價值及動物機體對其消化利用率較低等問題（曹俊偉，2010），不適宜作為越冬的干草料，限制了秸稈在養殖上的應用。為提高秸稈資源的利用率，有必要對其進行科學合理的處理加工。目前通常所用處理方法有破碎、酸處理法、堿處理法、全株青貯、黃貯和微貯等。人們對秸稈的處理方法進行了大量的探索，結果顯示秸稈經過處理均可以不同程度提高秸稈品質，但不同方法處理的小麥秸稈在感官、營養成分、產氣量、消化率及產CH4量等方面缺乏系統性對比。本文主要研究不同厭氧處理方式對鮮麥秸營養成分、活體外瘤胃發酵及發酵氣體中CH4和CO2含量的影響，為小麥秸稈作為飼草料在反芻動物上的運用提供理論依據和試驗基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

原料：選用產自山西省晉中的晉作80（晉審麥2016007）全株小麥及小麥秸稈，在蠟熟期249 d刈割全株小麥、完熟期280 d刈割小麥秸稈，制作桶裝處理樣品。

儀器：CH4、CO2及揮發性脂肪酸（VFA）采用安捷倫7890A氣相色譜儀檢測。熱導（TCD）檢測器、Agilent Porapak Q 6Ft （1.83 m）×80/100 填充柱；氫火焰離子 （FID）檢測器、Agilent HP-INNOWax 19091-1131 30.00 m×0.320 mm×0.25Micron毛細柱。

1.2 試驗方法

菌制劑：由植物乳桿菌、布氏乳桿菌、香腸乳桿菌和類谷糠菌組成的混合菌凍干粉，活菌數1×1010cfu/g，由濟南三峰公司提供，于4℃冰箱保存。

瘤胃液供體動物：選用4頭年齡四歲、健康狀況良好、體重均為430 kg左右、安裝有永久性瘤胃瘺管的晉南閹公牛作為瘤胃液供體動物。試驗牛每日飼喂兩次（8：00 和 16：00），精粗比 50∶50，精料（玉米69.8%，豆粕23.7%，石粉1.8%，骨粉2.3%，食鹽1.2%，預混料1.2%），處理后飼草料5 kg，自由飲水。預飼7 d后，晨飼前采取瘤胃液。

樣品處理：于正式處理前刈割小麥樣品65℃烘干測粗水分，計算加水量。全株小麥及小麥秸稈刈割后，立即切碎揉搓機切短至1.5～2.5 cm，按表1分組，每組處理3個重復，均勻噴灑及充分攪拌后分別裝入5 L塑料桶壓實密封，22～25℃室溫貯存。

表1 分組及調制方法

1.3 樣品的采集與測定 桶裝樣品貯存56 d時開桶進行感官性能評價，并根據四分法取樣。按照國標測定其干物質、粗蛋白質、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維。并取樣經65℃烘干48 h后，粉碎過1.00 mm金屬篩，密封保存，用于營養成分測定和體外產氣、消化率及VFA的測定。

采用活體外瘤胃模擬裝置系統測定1、2、3、4、6、8、12、16、20、24、28、36、40、48、54、60、72 h 產氣量，在72 h時冰水浴終止發酵，將發酵液低溫離心 （4℃，5400 r/min×15 min），提取上清液-80℃過夜用于NH3-N和VFA檢測。NH3-N含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定，VFA （TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸及異戊酸）濃度使用安捷倫7890A氣相色譜儀測定，方法均參照董曉玲（2006）；發酵殘渣用蒸餾水反復清洗、離心，測定DM消化率；CH4和CO2濃度，于活體外瘤胃發酵 12、24、36、48、60、72 h 時， 使用安捷倫 7890A氣相色譜儀測定，具體方法參照張元慶等（2006）。

1.4 統計分析 本試驗中不同處理試驗結果采用Excel（2007）進行預處理，試驗數據采用統計軟件SPSS 17.0進行單因素方差分析 （One-Way ANOVA）和Duncan’s多重比較檢驗，以 P＜0.05為差異顯著性標準；結果以“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 不同處理鮮麥秸對感官指標的影響 感官評分可以快速評價出秸稈質量的優劣。從表2可以看出，在小麥全株或秸稈中加入混合菌可以保持秸稈飼料色澤鮮亮，并伴有酸香味，質地相對柔軟，而單純的秸稈黃貯，顏色偏深，并有較少結塊現象；秸稈氨化組和秸稈堿化組質地柔軟、結構松散，但具有刺激性氣味。說明從感官評價方面，全株小麥或小麥秸稈中添加一定量的混合菌可以改善粗飼料的氣味、色澤和質地等。

2.2 不同處理鮮麥秸對其營養成分的影響 從表3可以看出，各試驗組干物質含量無顯著差異。與秸稈黃貯組相比，全株微貯組、秸稈微貯組、秸稈氨化組及秸稈堿化組粗蛋白質含量分別提高219.21%（P ＜ 0.05）、16.75%（P ＞ 0.05）、112.81%（P＜ 0.05）、13.79%（P ＞ 0.05）。全株微貯組中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維的含量約是秸稈組的1/2（P＜0.05）；與秸稈黃貯組相比，秸稈微貯組、秸稈氨化組、秸稈堿化組中性洗滌纖維顯著降低8.24%、13.01%、9.09%（P＜0.05），酸性洗滌纖維顯著降低 17.67%、17.68%、15.61%（P ＜0.05）。 秸稈微貯組、秸稈氨化組、秸稈堿化組之間粗蛋白質、中性洗滌纖維及酸性洗滌纖維的含量均無顯著差異（P＞0.05）。小麥秸稈經過氨化、堿化及微貯處理均降低了其中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的含量，氨化處理增加了粗蛋白質含量；全株小麥青貯的品質優于小麥秸稈。

表2 不同處理鮮麥秸對感官指標的影響

表3 不同處理鮮麥秸對其營養成分的影響（風干基礎） %

2.3 不同處理鮮麥秸對活體外瘤胃發酵產氣量的影響 由圖1可得，在0～72 h內，各組產氣量迅速增加，然后逐漸趨于平緩。全株微貯組產氣量明顯高于秸稈各處理組；秸稈氨化組產氣量高于秸稈黃貯組、秸稈微貯組、秸稈堿化組。全株微貯及秸稈氨化均可不同程度提高產氣量。

圖1 不同處理鮮麥秸對體外模擬消化產氣量的影響

2.4 不同處理鮮麥秸對活體外瘤胃發酵72 h消化率的影響 由圖2可得，秸稈黃貯組比全株微貯組、秸稈氨化組體外消化率降低了56.39%、24.03%（P＜0.05）；相對于秸稈氨化組，全株微貯組體外消化率提高26.09%（P＜0.05）；秸稈黃貯組、秸稈微貯組、秸稈堿化組之間無顯著性差異（P＞0.05）。說明全株微貯及秸稈氨化均可不同程度提高秸稈的消化率。

圖2 不同處理鮮麥秸對體外模擬消化率的影響

2.5 不同處理鮮麥秸對CH4產生的影響 從表4可以看出，各試驗組CH4產量隨著體外發酵時間的增加先快速增加，后逐漸趨于平穩。在整個試驗階段，全株微貯組CH4產量顯著高于其他組（P＜0.05）；在72 h時，秸稈微貯產CH4量最低，與秸稈微貯組相比，全株微貯組、秸稈氨化組及秸稈堿化組CH4產量分別提高了84.09%、45.73%、35.34%（P ＜ 0.05）；12 h時，與秸稈黃貯組相比，秸稈微貯組、秸稈氨化組、秸稈堿化組CH4提高了36.36%、47.73%、27.27%（P＜0.05）；36～48 h秸稈黃貯組和秸稈微貯組體外產CH4的產量顯著低于秸稈氨化組和秸稈堿化組（P＜0.05）；在60～72 h秸稈微貯組CH4產量顯著低于其他處理組（P＜0.05）。總的來說全株微貯體外產CH4量相對提高，秸稈微貯組體外產CH4量相對較低。

表4 不同處理鮮麥秸對CH4產生的影響mL

2.6 不同處理鮮麥秸對CO2產生的影響 從表5可以看出，各試驗組CO2隨著體外發酵的時間增加先快速增加，后逐漸趨于平穩。與秸稈黃貯組相比，在12 h秸稈氨化組、全株微貯組CO2含量顯著提高39.83%、38.78%，24 h時CO2含量顯著提高8.7%、4.9%（P ＜ 0.05）；與秸稈氨化組相比，在 36 h時，秸稈黃貯組、秸稈微貯組、秸稈堿化組CO2含量顯著降低12.21%、13.36%、17.79%（P ＜ 0.05）；在 48 h時，秸稈黃貯組、秸稈微貯組、秸稈堿化組CO2含量顯著降低 7.00%、13.64%、16.33%（P ＜ 0.05）；在60、72 h時，秸稈黃貯組、秸稈氨化組、秸稈堿化組、秸稈微貯組CO2含量均差異不顯著（P＞0.05）。

表5 不同處理鮮麥秸對CO2產生的影響mL

2.7 不同處理鮮麥秸對體外發酵液NH3-N和VFA的影響 從表6可以看出，全株微貯組體外發酵液 NH3-N、TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸及異戊酸含量顯著高于其他各處理組 （P＜0.05）；與秸稈微貯組相比，全株微貯組體外發酵液 NH3-N、TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸及異戊酸含量分別提高41.29%、20.99%、10.48%、41.99%、14.61%、166.67%、43.75%及 64.71%（P＜0.05）；秸稈黃貯組、秸稈微貯組、秸稈氨化組及秸稈堿化組NH3-N、TVFA、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸及異戊酸含量差異不顯著（P＞0.05）。

表6 不同處理鮮麥秸對體外發酵液NH3-N和VFA的影響

3 討論

3.1 不同處理鮮麥秸對感官指標和營養成分的影響 本試驗中，全株小麥和小麥秸稈添加菌劑、秸稈氨化、堿化處理均一定程度上提高了其蛋白質的含量，降低了其纖維的含量，并一定程度上提升了小麥秸稈粗飼的質量。馬廣英（2014）研究小麥秸稈的黃貯優化結果表明，黃貯提高了秸稈的感官品質，改善了秸稈適口性。Wan等（2010）研究發現，在玉米秸稈青貯中添加植物乳桿菌，可以提高青貯發酵品質并且提高體外干物質降解率；熱杰（2009）研究表明，乳酸菌添加劑可改善青貯燕麥的品質，增加其干物質、粗蛋白質含量；Yan等（2008）研究結果表明，稻草經過堿預處理后纖維素、半纖維素等被分解，稻草秸稈結構有較大變化。劉培劍等（2018）研究表明，秸稈中添加尿素可以降低纖維素的水平。本試驗采用的全株鮮麥秸添加微生物處理，其營養成分顯著高于黃貯，且感官性能優越，與報道的試驗結果類似。本試驗全株微貯、秸稈氨化組蛋白質水平提升、纖維素水平下降可能是因為添加一定量混合菌可以降解纖維素轉化菌體蛋白的原因；同時乳酸菌產生的乳酸降低了基質pH，抑制有害菌群生長，從而提升粗飼秸稈的品質。由于氨化處理本身提高了秸稈含氮量，從而增加了秸稈中粗蛋白質含量；但秸稈經氨化處理后，具有強烈刺激氣味、影響適口性；有資料顯示，氨化處理的氮在秸稈中保留率僅為23%～26%，其余的74%～77%以氨形態散發到空氣中，既造成了氮源的浪費，也污染了大氣環境。

3.2 不同處理鮮麥秸對體外消化指標的影響通常情況下，體外產氣量可以在某種程度上反映飼料在反芻動物瘤胃中的降解特性，可反映飼糧能量水平。毛建紅等（2017）研究表明，飼糧中有機物的含量越高，瘤胃的產氣量就越高。張立霞等（2013）研究表明，秸稈經微生物處理后，其細胞壁結構被破壞，增加了瘤胃微生物附著的比表面積。飼料中可利用的有機物含量越多，瘤胃的產氣量就越高。本試驗結果表明，全株小麥經微生物處理后其產氣量明顯高于其他處理，是因為全株小麥里含有大量的小麥粒，提升整體青貯有機物的水平，所以說全株微貯產氣量遠高于秸稈處理組。秸稈經氨化處理后，其產氣量也顯著提升，造成這一結果的原因可能是加入秸稈中的尿素為瘤胃微生物的發酵提供了豐富的氮源，彌補了因單純的秸稈微生物發酵氮含量的不足限制的微生物生長，使秸稈的細胞壁結構分解，同時氨化也可一定程度破壞秸稈結構，所以說秸稈氨化產氣量高于其他秸稈處理組。與秸稈黃貯組相比，在秸稈中添加菌劑制得的小麥秸稈微貯并未使產氣量明顯提升，可能是因為秸稈缺乏微生物生長所必需的氮源，使秸稈微貯效果不明顯。

Brummel等（2015）、張文璐等（2009）研究表明，反芻動物體外產氣量與飼糧中營養物質的消化率呈正相關；同時體外干物質消化率反映了飼料消化的難易程度（馬俊南，2016）。本試驗結果表明，全株微貯組、氨化組的體外消化率顯著高于其他處理組，全株微貯組體外消化率高于秸稈氨化組，這一結果與體外產氣量結果是一致的。說明產氣量和消化率存在一定的正相關，與前人的研究相一致。

飼料被反芻動物攝入經瘤胃微生物的厭氧發酵，產生氫和CO2，在瘤胃內甲烷菌作用下合成不能被機體利用的CH4。有資料表明，影響反芻動物產生CH4因素依次為粗飼糧類型 ＞飼糧精粗比＞能量水平；也有資料表明，CH4排放量與能量攝入水平呈正相關關系。本試驗結果表明，秸稈氨化處理和全株微貯處理含CH4高一些。其原因可能是全株微貯相對于秸稈處理組能量水平高且相對精細，所以CH4產量高于其他處理組。秸稈氨化、秸稈堿化CH4含量高于秸稈微貯和秸稈黃貯組可能是因為氨化、堿化處理有利于瘤胃中甲烷菌的生長，CH4排放相對高一些。

隨著飼草料中蛋白質含量的增加，瘤胃NH3-N 和 TVFA 含量線性增加（Mccann，2017）；全株微貯組和秸稈氨化組蛋白質含量高，結果顯示，其NH3-N和TVFA均高于其他組，與Mccann（2017）研究結果一致。VFA主要由瘤胃發酵碳水化合物產生，同時也是反芻動物能量利用的主要形式，包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸和異戊酸，其含量之和即為TVFA含量。Polyoraeh等（2014）研究表明，精料比例的提高會降低乙酸和丙酸。因為丙酸是反芻動物主要的生糖物質，由于丙酸合成與瘤胃產甲烷菌需要共同的底物，二者在瘤胃發酵中存在競爭關系。本研究中隨著處理組精粗比的提高，丙酸的產量顯著提高，這與崔安等（2016）、張穎等（2014）的研究結果相一致。

4 結論

全株微貯和秸稈微貯、氨化、堿化均可以一定程度上提高其感官性能及飼草料品質；全株微貯、秸稈氨化均可顯著提升產氣量及消化率。氨化處理秸稈氣味刺鼻，影響適口性，造成氮源浪費，污染環境；相對于秸稈處理組，全株微貯可顯著提升體外消化液氨態氮、總揮發酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、異丁酸及異戊酸含量。