侯明杰,付曉悅,尚占環(huán),王虎成
(1.蘭州大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部草牧業(yè)創(chuàng)新重點實驗室,甘肅 蘭州 730020; 2.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院,蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室,甘肅 蘭州 730020; 3.蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000)
大力發(fā)展草產(chǎn)業(yè),不僅關(guān)乎我國經(jīng)濟的發(fā)展,而且對國家糧食安全和生態(tài)保護具有重要的意義[1-2]。近30年來,隨著我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)變化以及政府對草產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大力支持,我國草業(yè)的產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)代化程度得以不斷提高,已經(jīng)基本形成了一個較為完善的產(chǎn)業(yè)體系[3]。但是,我國養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)嚴重脫節(jié)[4]。這種種養(yǎng)分離的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式存在很大弊病,是影響我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的隱患。實行種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式,不僅能夠降低糧食種植成本,還能降低畜禽養(yǎng)殖成本。飼用甜高粱(Sorghumbicolor)適應(yīng)性強、耐刈割、含糖量高,是優(yōu)良的飼料作物[5-9],對有效解決我國人多地少的矛盾和推動我國種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的發(fā)展意義重大。目前,在我國西北地區(qū),甜高粱青貯在奶牛、肉牛飼糧中已經(jīng)得到推廣應(yīng)用[10-14],但是在種養(yǎng)結(jié)合循環(huán)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)背景下如何將甜高粱青貯科學(xué)應(yīng)用于肉羊產(chǎn)業(yè),目前尚未見系統(tǒng)研究。小尾寒羊因體格大、生長發(fā)育快、成熟早、四季發(fā)情、多胎多產(chǎn)等優(yōu)勢,已成為黃土高原丘陵溝壑區(qū)主要肉羊品種。因而,研究甜高粱青貯對其的飼用性能顯得尤為重要。而瘤胃的pH、氨態(tài)氮(ammonia nitrogen,NH3-N)和揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)濃度是目前研究瘤胃發(fā)酵主要的內(nèi)環(huán)境指標(biāo),可以反映瘤胃內(nèi)環(huán)境狀況以及飼料在瘤胃內(nèi)的發(fā)酵程度。影響瘤胃發(fā)酵指標(biāo)的因素有很多,但根本原因是飼糧結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)水平[15],研究發(fā)現(xiàn),改變綿羊飼糧后,瘤胃微生物、瘤胃發(fā)酵參數(shù)發(fā)生適應(yīng)性的改變[16]。故本研究以小尾寒羊作為研究對象,通過改變飼糧,飼喂玉米(Zeamays)青貯(corn sliage)和甜高粱青貯(sweet sorghum silage),對比研究試驗羊在不同適應(yīng)階段(1、7和30 d)瘤胃液pH、瘤胃液NH3-N濃度和VFA濃度的變化,旨在為小尾寒羊新型飼料資源的開發(fā)利用以及甜高粱在西北地區(qū)的推廣提供技術(shù)支持。
2016年7月,試驗在定西祥泰養(yǎng)殖有限公司進行,位于定西市安定區(qū)。試驗所用甜高粱青貯購自甘肅省機械研究院,玉米青貯和苜蓿顆粒(Medicagosativa) 購自甘肅民祥牧草有限公司。其中,玉米青貯為揉絲處理,甜高粱青貯為橫截式鍘短處理。
試驗選取8只體況一致的小尾寒羊[體重為(26.6±1.1) kg,♀],隨機分為兩組,即飼用甜高粱青貯飼喂組(HG)和玉米青貯飼喂組(HY),每組4只;試驗羊進行單欄飼養(yǎng),自由飲水;試羊分組及飼喂方案如表1所列。
試驗分為兩個階段:其中第1階段為所有試羊統(tǒng)一飼喂管理期(15 d),該階段8只羊均飼喂基礎(chǔ)飼糧(50%玉米青貯+50%小麥秸稈+400 g玉米顆粒)。第2階段為換料采樣階段(30 d),于換料的第1(D1)、7(D7)、30天(D30)采集瘤胃液樣品。該階段兩組羊飼喂同一精飼料及苜蓿顆粒,二者投喂量按動物體重的1%及0.5%分兩次飼喂;青貯飼料按對應(yīng)組別飼喂,稱重記錄每只羊每天青貯料的投喂量和剩余量(保證每天都有剩余),根據(jù)3種飼料的實際采食量合計計算日糧采食量。其中,甜高粱青貯、玉米青貯、苜蓿顆粒養(yǎng)分含量,以及精料補充料構(gòu)成及營養(yǎng)水平數(shù)據(jù)見文獻[17]。
在試驗第2階段的D1、D7、D30期,分別在晨飼前用瘤胃液采集器(科立博A1164K)經(jīng)口腔采集瘤胃液約100 mL,立即測其pH,經(jīng)4層無菌紗布過濾收集瘤胃液、滴加2滴飽和HgCl2,分裝、于-20 ℃保存,用于測定NH3-N及VFA濃度。
瘤胃液pH測定用筆式pH計(SX620);瘤胃液NH3-N濃度按照馮宗慈和高民[18]的方法測定;瘤胃液VFA濃度按照Zhou等[19]方法,采用Aglient 689N氣相色譜儀測定(HP-CHEM色譜工作站,色譜柱FFAP 30 m×0.32 mm×0.5 μm)。
各測試指標(biāo)經(jīng)Excel 2003初步整理后,利用SPSS 20對采食量、瘤胃液pH、NH3-N濃度及瘤胃液VFA進行一般線性模型分析,分析模型為Y=β0+β1X1+β2X2+β3X1X2,其中,Y代表因變量,X1代表飼糧處理,X2代表試驗期,X1X2代表飼糧處理和試驗期的交互作用,β0、β1、β2、β3為相關(guān)系數(shù),交互作用差異顯著時,采用獨立樣本T檢驗對同一飼喂階段組間采食量及瘤胃代謝參數(shù)和不同階段組內(nèi)采食量進行分析,不同階段組內(nèi)瘤胃代謝參數(shù)進行單因素ANOVA分析。
經(jīng)1個月飼喂,兩組試羊?qū)η噘A飼糧的采食量在不同時期存在顯著差異(P<0.05),D30期采食量高于D7期,HY組采食量高于HG組,但差異不顯著(P>0.05)。此外,兩組試羊?qū)η噘A飼糧、苜蓿顆粒、精料的采食量和總采食量均無顯著差異(P>0.05)(表2)。
表1 試羊分組情況Table 1 Test sheep group
表2 小尾寒羊?qū)θ占Z的采食量Table 2 Feed intakes of small-tail han sheep fed different silage diets
HG,甜高粱青貯組;HY,玉米青貯組;D7、D30分別表示青貯型飼糧飼喂第7、30天;同行不同小寫字母表示同一指標(biāo)間差異顯著(P<0.05),同列不同大寫字母表示同一指標(biāo)差異顯著(P<0.05)。下同。
HG, Sweet sorghum silage group; HY, Corn sliage group; D7, D30indicate silage was fed 7 and 30 d, respectively. Different lower case letters within the same row indicate significant difference at the 0.05 level, and different capital letters within the column indicate significant difference at the 0.05 level; similarly for the following tables.
在試驗第2階段,飼糧處理、飼喂時期及其互作對兩組試羊瘤胃液pH無顯著影響(P>0.05)(表3),但HG組瘤胃液pH高于HY組,且HG組瘤胃液pH隨著試驗期延長有增加的趨勢,但HY組瘤胃液pH呈先增加后降低。
在試驗第2階段,飼糧處理、飼喂時期及其互作對兩組試羊瘤胃液NH3-N濃度有顯著影響(P<0.05)(表3);在試驗第2階段,D7期瘤胃液NH3-N濃度最高,D1期最低,且在D30期,HG組瘤胃液NH3-N濃度顯著高于HY組。
在試驗第2階段,飼糧處理對瘤胃液支鏈脂肪酸(異丁酸和異戊酸)有顯著影響(P<0.05)(表4),在D7、D30期,HG組支鏈脂肪酸顯著高于HY組;飼糧處理和飼喂時期的交互作用對乙酸∶丙酸(A∶P)有顯著影響(P<0.05),HG組乙酸百分含量呈下降趨勢,而HY組的乙酸百分含量則呈上升趨勢,但丙酸有相反的趨勢,導(dǎo)致在飼喂兩種不同的青貯型飼糧后,乙酸∶丙酸有較大的變化;飼糧處理、飼喂時期及其交互作用對總揮發(fā)性脂肪酸(Total volatile fatty acids,TVFA)以及其余揮發(fā)性脂肪酸均無顯著影響(P>0.05);在試驗第2階段,瘤胃液總的揮發(fā)性脂肪酸濃度介于48.49~54.21 mmol·L-1,其中乙酸66.97%~70.63%,丙酸15.58%~21.43%,丁酸8.34%~10.65%;戊酸0.81%~1.06%,異丁酸0.78%~1.58%,異戊酸1.49%~2.72%。
表3 不同青貯型飼糧對小尾寒羊瘤胃液pH及NH3-N濃度的影響Table 3 Effects of different silage diets on pH and NH3-N concentration of rumen fluid in small-tail han sheep
表4 不同青貯型飼糧對小尾寒羊瘤胃液VFA構(gòu)成的影響Table 4 Effect of different silage diets on rumen fluid VFA profile in small-tail sheep
瘤胃pH是反映動物瘤胃發(fā)酵狀態(tài)最直觀的一項指標(biāo),可以綜合反映瘤胃微生物區(qū)系以及瘤胃代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生、吸收、排除及中和的狀況,對維持瘤胃內(nèi)環(huán)境相對恒定具有主導(dǎo)作用。瘤胃pH受到飼糧構(gòu)成、胃酸及唾液分泌量、采食速度、瘤胃內(nèi)VFA和其他有機酸生成、瘤胃的吸收和排出速度等多種因素的影響[15,20]。研究發(fā)現(xiàn),綿羊瘤胃pH通常介于5.5~7.5[15,21-23],本研究中所有試羊瘤胃液pH保持在6.84~7.47,在正常范圍內(nèi),說明飼喂甜高粱青貯和玉米青貯均未使瘤胃pH產(chǎn)生異常。此外,飼糧構(gòu)成和采食量的變化是導(dǎo)致反芻動物瘤胃pH發(fā)生波動的主要因素[15,20-22]。飼糧里粗纖維含量的增高以及動物采食量的增加,均會導(dǎo)致反芻動物采食時間的增加,這會導(dǎo)致動物唾液分泌量增多,唾液(富含碳酸氫鈉和各種磷酸鹽)不斷進入瘤胃,與胃酸發(fā)生中和作用,進而使得瘤胃內(nèi)環(huán)境趨于堿性[12];反之,隨著飼糧里粗纖維含量減少以及采食量的減少,反芻動物瘤胃內(nèi)環(huán)境則會趨于酸性。本研究中,兩組試羊瘤胃液pH均有不同程度的增加,主要是由于在兩種青貯型飼糧調(diào)控下飼糧構(gòu)成中粗纖維含量增高;此外,隨著對飼糧的適應(yīng),綿羊?qū)Υ诛暳系牟墒沉恳仓饾u增加,進而使得pH升高。研究發(fā)現(xiàn),飼糧高非纖維性碳水化合物(non-fibrous carbohydrate,NFC)與中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)比值則可以提供更多的易發(fā)酵碳水化合物(淀粉),使得瘤胃產(chǎn)生大量的有機酸,飼糧中NDF減少,使動物采食和反芻消化的時間減少,從而造成了瘤胃pH下降,形成較酸性環(huán)境[15,23]。本研究發(fā)現(xiàn),試驗第2階段HY組瘤胃pH低于HG組,主要由于玉米青貯組淀粉含量高于甜高粱青貯組,而NDF則低,與前人研究的玉米青貯淀粉含量高于甜高粱青貯的結(jié)果是一致的[12-13]。
NH3-N是內(nèi)外源含氮物質(zhì)分解的終產(chǎn)物,瘤胃NH3-N濃度能夠反映出瘤胃微生物對飼糧蛋白質(zhì)的合成利用狀況,NH3-N濃度太高表明釋放氨氣(NH3)的速率高于瘤胃微生物合成蛋白質(zhì)的速率,會造成氮素的損失,NH3-N濃度太低則會導(dǎo)致瘤胃分解纖維素的效率降低[15,21-22,24-26]。飼料類型、飼喂方式、瘤胃壁吸收和食糜的排空速度等影響瘤胃內(nèi)NH3-N濃度[27]。在本研究中,兩組試羊NH3-N濃度保持在20.6~82.6 mg·mL-1,介于瘤胃微生物合成蛋白質(zhì)所需的范圍(3.5~290 mg·mL-1)[22,28],說明飼喂兩種不同的青貯型飼糧后,試羊瘤胃內(nèi)NH3-N濃度均有助于高效合成瘤胃微生物蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),隨著精飼料水平增加瘤胃NH3-N濃度呈增加趨勢[27,29];隨著結(jié)構(gòu)性碳水化合物(structural carbohydrate,SC)與非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(non-structural carbohydrate,NSC)比值的降低,飼糧可發(fā)酵能增多,易降解蛋白質(zhì)增加,微生物活力增強,山羊瘤胃液、瘤胃NH3-N濃度增高[30-31]。本研究中,在D7期,瘤胃NH3-N濃度大幅度升高,主要是由于綿羊在適應(yīng)飼糧的過程中,對青貯飼糧的采食比例較少,進而相對增加了精粗比,使得氨氮濃度增加;在D30期,瘤胃NH3-N濃度又有所降低,可能是由于隨著對青貯飼糧的適應(yīng),其采食量增加導(dǎo)致的。此外,在D30期,由于HG組對青貯型飼糧的采食比例低于HY組,進而導(dǎo)致瘤胃NH3-N濃度高于HY組。
VFA是瘤胃微生物降解飼糧中的碳水化合物而產(chǎn)生的,是反芻動物重要的能量來源,張建勛等[32]對南江黃羊研究發(fā)現(xiàn),隨著精料比例的升高,乙酸和丙酸的比值下降,瘤胃的能量利用效率提高;多項研究結(jié)果表明,高精料水平能顯著降低奶牛瘤胃液乙酸濃度和增加丙酸濃度,但不影響TVFA的濃度[15,33-37]。本研究中,TVFA未受到不同青貯、適應(yīng)期及其交互作用的影響,與之前研究結(jié)果一致;此外,HG組A∶P值有明顯的下降趨勢,但HY組A∶P值有上升的趨勢,主要是由于在D30期HG組采食較高比例的精料所致。瘤胃液中的支鏈脂肪酸(BCVFA)主要來源于日糧和瘤胃微生物的降解,BCVFA是瘤胃纖維降解菌生長的必需因子,其缺乏將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性碳水化合物分解菌微生物量的下降,繼而影響微生物區(qū)系[38-39],在本研究中,HG組BCVFA(異丁酸、異戊酸)在D7期和D30期顯著高于HY組,可能是由于甜高粱青貯中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量高于玉米青貯,在適應(yīng)過程中,有較大比例的纖維降解菌導(dǎo)致,相關(guān)機理需進一步研究驗證。
本研究條件下,兩種青貯型日糧飼喂1個月后,生長期小尾寒羊青貯采食量分別為520 g·d-1(HG)和310 g·d-1(HY)。飼喂1個月后,玉米青貯組的采食量及瘤胃液乙酸與丙酸比均高于甜高粱青貯組,但瘤胃液NH3-N、支鏈脂肪酸濃度低于甜高粱青貯組,表明小尾寒羊瘤胃內(nèi)環(huán)境對不同青貯型飼糧適應(yīng)性存在差異。甜高粱青貯可安全用于肉羊育肥,相關(guān)系統(tǒng)研究需深入開展。
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