返青期和盛草期牧場放牧的高山美利奴種公羊營養盈虧監測

張樹淼 趙志偉* 孫曉萍 王虎成** 李發弟 楊博輝

(1.蘭州大學草地農業科技學院反芻動物研究所，蘭州大學草地農業生態系統國家重點實驗室，蘭州大學農業農村部草牧業創新重點實驗室，蘭州730020；2.中國農業科學院蘭州畜牧與獸藥研究所，蘭州730050)

隨著草地退化和沙化的加劇，草場和生態環境進一步惡化，這對我國生態系統和畜牧業經濟的可持續性造成嚴重威脅[1]，過度放牧被認為是導致草地退化的主要原因之一。因此需要對放牧動物進行營養監測，確定草原的合理載畜量，建立科學的放牧管理制度，保證草場環境的可持續發展。高山美利奴羊是近年新育成的綿羊品種，其種公羊核心群主要以放牧為主[2-4]。該新品種主要分布在青藏高原祁連山北麓的甘肅省張掖市肅南裕固族自治縣、金昌市永昌縣、武威市天祝藏族自治縣的牧區、半農半牧區和農區[5]。這些地區主要屬高海拔寒冷與干旱山區，境內山巒起伏，海拔2 400～4 070 m，牧草生長期短，但品質優良，適宜放牧[6-8]。然而，目前對高山美利奴種公羊的營養需求規律尚不明確，對高山美利奴種公羊進行放牧營養監測，對其推廣養殖、保持放牧區草畜平衡以及畜牧業和生態環境的可持續發展具有重要意義。所謂動物營養監測就是對動物的營養狀況做出準確判定，及時發現問題，為最優化的飼養決策提供理論依據，這一概念最早是由獸醫學家為診斷家畜營養缺乏病而提出來的，在方法上主要依靠臨床癥狀和血相分析[9]。1970年，英國科學家Payne等[10]首次使用計算機處理的“代謝相檢測法”對乳牛進行營養檢測，這一方法的提出和推廣，推動了家畜營養監測的研究。1987年，盧德勛[11]對放牧綿羊營養監測技術進行了初步探究，并在1994年提出了一種以對反芻動物瘤胃生態環境和功能的檢測為基礎，應用系統科學理論、模糊數學方法以及計算機技術對羊的整體的能量和蛋白質營養狀況進行監測的技術方案[9]。隨著放牧生態學和科學技術的發展，放牧營養監測技術與手段也在不斷地更新，到目前為止，國內外常用主要方法有模擬采食法、群牧差額法、鹽酸不溶灰分(AIA)法、鏈烷技術指示劑法、外指示劑法、三結合法[12]、無人機技術[13]、遙感技術[14]等，并圍繞山羊[15]、綿羊[16]、牦牛[17]、奶牛[18]等動物的放牧營養監測做了大量的研究。前人圍繞其他動物以及其他品種羊的放牧營養已做了較多研究，而高山美利奴羊作為一個新品種，其營養需求特點尚不明確。因此，本研究旨在揭示高山美利奴種公羊放牧地牧草營養物質的季節變化規律，以及其在放牧條件下營養的盈缺，為其科學飼養提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

放牧試驗于2018年6月和8月在甘肅省綿羊繁育技術推廣站進行，試驗分析及數據處理在蘭州大學草地農業生態系統國家重點實驗室完成。

1.2 研究地概況

研究地位于甘肅省張掖市肅南裕固族自治縣皇城鎮甘肅省綿羊技術推廣站(101°45′E、37°48′N，海拔2 600～4 000 m)，該地區為典型的高山草原，年平均溫度0.6～3.8 ℃，年降水量約361.6 mm，蒸發量約1 112 mm，無霜期45～60 d，絕對無霜期45 d，全年日照時間2 272 h，年平均相對濕度38%～58%，天然草場牧草4月份萌發，9月份開始枯黃，枯草期達7個月以上，具有海拔高、枯草期長、氣候寒冷的特點[6]。

返青期牧場植被以禾本科(Poaceae)、莎草科(Cyperaceae)、豆科(Leguminosae)、菊科(Asteraceae)為主，優勢物種為嵩草、披堿草、針茅、委陵菜。盛草期牧場植被以禾本科、莎草科、豆科、菊科、蓼科(Polygonaceae)為主，優勢物種為嵩草、披堿草、針茅、發草、委陵菜、青海苜蓿、柴胡、珠芽蓼。

1.3 試驗材料與方法

1.3.1 試驗設計與管理

于牧群中隨機選取成年、健康、體重[(104.94±5.15) kg]相近的高山美利奴種公羊6只，作為試驗動物。返青期(6月份)每天08：00出牧，18：00歸牧；盛草期(8月份)每天06：00出牧，19：00歸牧。隨群放牧，無補飼，在牧場圈舍周圍設置水槽，保證充足飲水。

采用糞袋全收糞和AIA結合法測定高山美利奴種公羊在返青期和盛草期的采食量。主要進行牧草、糞、瘤胃液等樣品的采集，牧草采集采用模擬采食法，糞樣采集采用全收糞法，在試驗期最后1天采集瘤胃液。

植被調查：以牧場中心點(圈舍)為起點向圍欄引一直線，在不同啃食區等分9個0.5 m×0.5 m大小的樣方，記錄樣方內植被的名稱、數量、高度等信息，刈割后計算植物的優勢度指數、多樣性指數、均勻度指數、豐富度指數[19]，然后扣除毒雜草、立枯物和凋落物，并稱其鮮重，帶回實驗室65 ℃烘干后再稱其重。植被物種指數計算公式如下：

豐富度指數=(S-1)/lnN；
多樣性指數=-∑lnPi；
優勢度指數=1-∑(Pi)2；
均勻度指數=多樣性指數/lnS。

式中：S為樣方內總出現的物種數目；N為樣方內出現物種個體總數；Pi為第i種的個體數目占群落中所有物種的個體總數的比值。

模擬采食：于返青期和盛草期牧場采樣期，跟隨羊只觀察其采食牧草的種類和部位，進而進行模擬采樣，將采集的牧草，棄去不可食部分，并將5 d所采集的牧草混勻，四分法取樣后測定初水分，并粉碎制樣備存，以測定AIA及常規營養成分含量。

糞樣采集：采用全收糞法，用防漏糞袋收集返青期和盛草期牧場消化代謝期間試驗動物的糞樣，各收集5 d。每天出牧前，打開糞袋稱糞樣鮮重后將鮮糞樣混勻，用四分法采集5%的鮮糞樣，充分混勻5 d所采集糞樣，65 ℃烘干24 h后稱重，粉碎過40目篩后用于測定常規營養成分及AIA含量；同時用四分法采集每天2%的鮮糞樣，裝入250 mL棕色瓶，加入10%硫酸充分混勻，然后將5 d所采集糞樣混勻后，于-20 ℃冷藏，以測定粗蛋白質含量。

瘤胃液采集：早晨出牧前，用瘤胃液采集器(科立博A1164K)經口腔采集每只羊的瘤胃液，約50 mL，測定pH并經4層紗布過濾后分裝到2×10 mL的離心管，于-20 ℃冷藏。

1.3.3 測定指標與方法

常規營養成分測定：干物質、粗蛋白質、粗灰分含量測定參照《飼料分析及飼料質量檢驗技術》[20]；中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量測定參照Van Soest[21]。

綜上所述，對于患有缺血性心臟病在圍術期間血氧飽和度減少的患者，采用相關護理干預措施，能夠提升患者的血氧飽和度，使患者的生命健康得到保障，值得在醫學臨床上進行推廣和應用。

AIA法測定采食量：稱取5 g模擬采食樣品于錐心瓶中，加入75 mL濃度為4 mol/L的鹽酸，放入99 ℃的水浴鍋中45 min，取出用玻璃漏斗加定量濾紙過濾，蒸餾水沖洗至中性，放入全自動水分灰分分析儀(prepASH 340 series，瑞士)550 ℃灰化5 h，記錄灰分重量，并參照任繼周[22]《草業科學研究方法》中的放牧綿羊干物質采食量計算公式，計算放牧高山美利奴種公羊的干物質采食量：

干物質采食量(kg/d)=(F×a)/b。

式中：F為糞干物質含量(kg/d)；a為糞干物質中AIA含量(%)；b為采食牧草干物質中AIA含量(%)。

瘤胃內環境參數測定：氨態氮(NH3-N)含量測定參照周建偉[23]的方法進行，揮發性脂肪酸(VFA)含量采用氣相色譜儀(Thermo Scientific，TRACE，意大利)，參照李曉亞[24]的方法進行測定。

代謝能采食量(MEI)參照王洪榮等[25]提出的模型來計算：

代謝能采食量(MJ/d)=6.397+0.477a-0.288b。

式中：a表示瘤胃液NH3-N的含量(mg/dL)；b表示瘤胃液中總揮發性脂肪酸(TVFA)含量(mmol/dL)。

1.4 數據處理

使用Excel 2010進行數據整理，其中返青期和盛草期數據顯著性采用SPSS 25軟件中的獨立樣本t檢驗程序進行分析，P<0.05為差異顯著，所有數據用“平均值±標準誤”表示。

2 結 果

2.1 返青期和盛草期牧草生產力

由表1可知，盛草期牧草優勢度指數、多樣性指數、均勻度指數、地上生物量顯著高于返青期牧草(P<0.05)，返青期牧草和盛草期牧草的豐富度指數差異不顯著(P>0.05)。

表1 返青期和盛草期草地植被物種指數及生物量

2.2 返青期和盛草期牧草營養品質

由表2可知，返青期牧草有機物含量顯著高于盛草期牧草(P<0.05)，盛草期牧草粗灰分、粗蛋白質含量顯著高于返青期牧草(P<0.05)，返青期牧草和盛草期牧草中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量差異不顯著(P>0.05)。

表2 返青期和盛草期牧草營養品質(干物質基礎)

2.3 返青期和盛草期高山美利奴種公羊的采食量和營養物質消化率

由表3可知，盛草期高山美利奴種公羊的干物質采食量高于返青期，但差異不顯著(P>0.05)；盛草期高山美利奴種公羊的代謝能采食量、粗蛋白質采食量顯著高于返青期(P<0.05)。返青期和盛草期高山美利奴種公羊的干物質消化率、有機物消化率差異不顯著(P>0.05)，返青期高山美利奴種公羊的粗蛋白質消化率、中性洗滌纖維消化率和酸性洗滌纖維消化率顯著高于盛草期(P<0.05)。

表3 返青期和盛草期高山美利奴種公羊的采食量和營養物質消化率

2.4 返青期和盛草期高山美利奴種公羊瘤胃發酵性能

由表4可知，返青期高山美利奴種公羊的瘤胃pH顯著高于盛草期(P<0.05)；盛草期高山美利奴種公羊的瘤胃NH3-N含量高于返青期，但差異不顯著(P>0.05)；盛草期高山美利奴種公羊的瘤胃丁酸、異丁酸、異戊酸比例顯著高于返青期(P<0.05)，返青期和盛草期高山美利奴種公羊的瘤胃乙酸、丙酸、戊酸比例和乙酸/丙酸以及TVFA含量差異不顯著(P>0.05)。

表4 返青期和盛草期高山美利奴種公羊瘤胃發酵性能

續表4項目Items返青期Regreening stage盛草期Growing stageP值P-value丙酸 Propionic acid/%14.53±0.2014.25±0.370.54異丁酸 Isobutyric acid/%0.83±0.061.40±0.09<0.01丁酸 Butyric acid/%6.37±0.338.57±0.40<0.01異戊酸 Isovaleric acid/%0.95±0.102.00±0.19<0.01戊酸 Valeric acid/%0.71±0.050.84±0.040.08乙酸/丙酸 Acetic acid/propionic acid4.97±0.094.95±0.190.93

3 討 論

3.1 返青期和盛草期牧草生產力和營養品質差異

有報道顯示，氣溫和降水是影響草原地上生物量的關鍵因素[26]。賈文雄等[27]研究表明，植物群落地上生物量的積累與當月0～10 cm的地表溫度呈正相關；苗百嶺等[28]研究發現，群落生物量與生長季降水量、降水集中度呈顯著的正相關關系。這也可能是造成本試驗中返青期和盛草期牧草生產力差異的主要原因。返青期與盛草期相比，植物新陳代謝較為緩慢[29]，且降水量少，使得返青期牧草中干物質、有機物含量相對較高。盛草期充足的光照和降水使得植物新陳代謝加快，有機物質加速沉積[30]。因此，盛草期牧草中粗蛋白質和粗灰分含量較返青期牧草高。

3.2 返青期和盛草期高山美利奴種公羊的采食量和營養物質消化率差異

本研究采用糞袋全收糞和AIA結合法測定采食量，AIA法的特點是設備需求和測定手續簡便，但常因枯草泥土的沾染，使糞中AIA含量高于食入牧草中的含量，因此不適合用于測定枯草季節放牧動物的采食量[22]。為此，本研究是在返青期和盛草期開展。此外，有報道顯示，給動物飼糧中添加0.5%～1.0%的硅藻土時，AIA法的測定結果與全收糞法測定結果差異不顯著，兩者具有可比性[31-33]。因此，在本研究條件下采用糞袋全收糞和AIA結合法測定高山美利奴種公羊在返青期和盛草期的采食量雖有一定的偏差，但測定結果也具有一定的參考價值。消化率與植物成熟度密切相關，在早期生長階段，牧草較為幼嫩，具有較高的消化率，隨著牧草成熟，消化率下降[34]，其主要原因是，在早期生長階段，組織細胞不具有木質素，但隨著牧草的逐漸成熟，木質素開始生成，并與纖維素和半纖維素形成不易分解的復合體，這就大大的降低了牧草的消化率[35-36]，在本試驗中，盛草期牧草與返青期牧草相比，成熟度更高，因此營養物質的消化率較低。

3.3 返青期和盛草期牧場高山美利奴種公羊瘤胃發酵特性差異

瘤胃pH、NH3-N和VFA是衡量反芻動物瘤胃發酵的重要指標[37]，其中pH波動受諸多因素的影響[38-40]。有研究顯示，不同采樣時間會造成綿羊瘤胃pH的變化[41]，在正常情況下瘤胃pH晝夜變化范圍在5.23～7.50[42-43]。本試驗中，盛草期牧場瘤胃pH為7.48，在正常范圍內，但返青期牧場瘤胃pH為7.91，有點偏高，這可能是跟采樣時間有關，因為在返青期出牧時間較盛草期晚，采樣時間也晚于盛草期，使得pH更高。VFA是反芻動物能量的主要來源，約占進入機體代謝碳流量的67%[44]。當飼糧精粗比低時，瘤胃內為乙酸型發酵；飼糧精粗比高時，為丙酸型發酵[45]。在本試驗中，高山美利奴種公羊均為天然放牧，主要采食粗飼料，故瘤胃內乙酸含量較高；β-羥基丁酸是肌肉組織的能量來源，其由丁酸來生成[46]，盛草期瘤胃內丁酸含量高于返青期，說明盛草期牧草能為高山美利奴種公羊提供更多的能量。Ferreira等[47]報道，放牧綿羊的瘤胃TVFA含量為64.1 mmol/L；徐睿[48]通過對比圈養和放牧黑山羊瘤胃TVFA含量發現，放牧組TVFA含量為39.76 mmol/L，圈養組TVFA含量為41.89 mmol/L。本試驗中，高山美利奴種公羊在返青期瘤胃TVFA含量為6.84 mmol/dL，盛草期瘤胃TVFA含量為7.13 mmol/dL，這說明不同飼養管理方式以及品種對羊瘤胃TVFA含量影響較大。

NH3-N是瘤胃內微生物合成菌體蛋白的原料，其主要來源是外源攝入蛋白質和內源含氮物質[49]。Satter等[50]通過體外發酵試驗發現，瘤胃液NH3-N含量為5 mg/dL時就能滿足瘤胃微生物生長的最大需要量。楊紅建等[51]報道，當瘤胃液NH3-N含量為11.9 mg/dL時，瘤胃微生物利用氮的效率達到最大，當瘤胃液NH3-N含量升高到34 mg/dL時，微生物利用氮的效率降到最低；Broderick[52]得出與其相似的結果。有研究發現，NH3-N一般與動物采食的蛋白質含量呈正相關[53]。在本試驗中，返青期高山美利奴種公羊的瘤胃NH3-N含量為9.64 mg/dL，盛草期為11.02 mg/dL，說明返青期和盛草期高山美利奴種公羊瘤胃微生物的氮利用效率均較高，且瘤胃NH3-N含量的變化與牧草中粗蛋白質含量變化規律趨于一致。

3.4 返青期和盛草期牧場放牧的高山美利奴種公羊養分盈缺分析

能量和蛋白質是綿羊飼料營養的主體[54]，適當提高飼糧能量水平，可加快肉羊生長速度，宰前活重、胴體重和屠宰率[55]。閆文清[56]研究發現，適當的飼糧粗蛋白質水平有利于遼寧絨山羊育成公羊正常生長并能有效防控尿結石的發生。種公羊作為一個羊群的核心，即使在非配種期內，飼糧中應保持較高的能量和粗蛋白質水平[57]。在本試驗中，盛草期高山美利奴種公羊的代謝能和粗蛋白質采食量顯著高于返青期。參照內蒙古細毛羊飼養標準可知，高山美利奴種公羊返青期代謝能采食量比營養需要量低9.38 MJ/d，粗蛋白質采食量比營養需要量低105 g/d；盛草期代謝能采食量比營養需要量低8.81 MJ/d，粗蛋白質采食量比營養需要量低53 g/d。由此可知，返青期和盛草期牧場放牧的高山美利奴種公羊代謝能采食量和粗蛋白質采食量均嚴重不足。因此，在返青期和盛草期均需給高山美利奴種公羊補飼適量的能量和蛋白質飼料。

4 結 論

① 盛草期牧草的生產力及營養品質均優于返青期牧草。

② 返青期和盛草期高山美利奴種公羊的瘤胃微生物的氮利用效率均較高，但由于返青期牧草營養品質較差，使得瘤胃發酵效率較低。

③ 返青期和盛草期高山美利奴種公羊的代謝能采食量、粗蛋白質采食量均嚴重不足。因此，在返青期和盛草期均需給高山美利奴種公羊補飼適量的能量和蛋白質飼料。