曾银  贺呜  曹志军  李胜利

摘要：本研究旨在研究全混合日粮（TMR）中粗饲料长度对奶牛咀嚼行为和瘤胃发酵的影响。以3头平均体重为（700±50）kg安装永久性瘤胃屡管的荷斯坦干奶牛为试验动物，采用3×3拉丁方设计，饲喂3种粗饲料长度不同的TMR（粗饲料为苜宿干草，其理论切割长度分别为2、4和8cm），每期21d。结果表明，增加粗饲料长度，改变了TMR和剩料中粗饲料长度分布，提高了TMR中物理有效中性洗涤纤维（peNDF）含量。随着粗饲料长度的降低，动物干物质采食量显著增加（P<0.05），瘤胃液中乙酸／丙酸和氨态氮含量显著降低（P<0.05），但并未影响瘤胃液中总挥发性脂肪酸含量（P>0.05）。4cm组和8cm组的采食时间和咀嚼时间无显著差异（P>0.05），但均显著大于2cm组（P<0.05）。结果提示，TMR中粗饲料过短或过长均会对动物产生一定的不良影响。
关键词：粗饲料长度  全混合日粮  咀嚼行为  瘤胃发酵
       近年来，随着生产性能的不断提高，奶牛饲粮的精粗比越来越高，以满足其高产奶量的营养需要。为了使奶牛保持正常的反刍活动和唾液分泌，所有饲粮的精粗比都会有一个上限，超过此限度，奶牛瘤胃缓冲能力不足会出现瘤胃酸中毒、纤维消化率下降、乳脂率下降等问题。但是饲粮中纤维含量过高会使动物的瘤胃填充程度增加，采食量下降。因而，有必要根据国内的实际情况研究饲粮中粗饲料长度、有效中性洗涤纤维（eNDF）和物理有效中性洗涤纤维（peNDF）的含量对反刍动物咀嚼行为以及瘤胃发酵的影响，以达到动物最佳的生产性能和健康水平。研究证明，饲粮粗饲料长度的变化会影响奶牛的瘤胃发酵、外流速度、微生物蛋白质合成以及后部消化道和全消化道消化率。提高饲粮纤维含量和粗饲料长度可以有效地增强动物咀嚼活动和唾液分泌，提高瘤胃PH、乙酸／丙酸比例和乳脂率。但是饲粮中大量过长的粗饲料会限制动物的干物质采食量和消化率，并最终影响动物的能量平衡。本试验拟通过3×3拉丁方设计来研究全混合日粮（TMR）中不同的粗饲料长度对奶牛采食、反刍行为和瘤胃发酵的影响，阐明纤维饲料物理特性与动物咀嚼行为及瘤胃发酵参数的关系，为生产中制订有效纤维的分析方法以及确定合理的饲粮配制标准提供依据。

1  材料与方法

    1.1  试验动物及饲粮

       选用3头体况良好，体重为（700±50）kg的荷斯坦干奶牛，安装永久性瘤胃屡管，待屡管牛恢复体质后开始试验。饲粮每天配制，将精料、苜宿干草、全株玉米青贮按比例混合，以TMR形式饲喂。配制标准参照中国奶牛饲养标准，饲粮精粗比为2:8。
使用多功能铡草机（40型，北京顺诚明星农牧机械厂）分别将3组饲粮的苜蓿干草铡为2、4和8cm（理论长度），3组饲粮中精料和全株玉米青贮无任何差别。试验饲粮组成及营养水平见表1。

    1.2  试验设计与饲养管理

       本试验采用3×3拉丁方设计，每期试验21d，其中包括预试期14d，正试期7d。上一试验期的正试期结束后立即转入下一试验期的预试期。奶牛每天饲喂2次（06:00和18:00），TMR自由采食，保证食槽中有至少5%的剩料，自由饮水。

    1.3  样品采集与分析

       1.3.1  饲粮样品
       正试期内每天人工配制3个组的TMR，收集每头牛饲喂前的TMR样品。待每晚奶牛采食结束后收集剩料样品，称重并置于65℃烘箱中48h。烘干后过1mm粉碎筛粉碎，20℃冰箱冷冻保存，每期试验结束后根据动物日采食量按采食剩料比将TMR和剩料样品混合，留待实验室进行常规营养成分的检测。
       每期试验中所收集的TMR和剩料样品烘干前用宾州粗饲料分级筛（PSPS）（美国Nasco公司）分析样品的粗饲料长度，具体操作方法参照文献。
       1.3.2  瘤胃液pH、挥发性脂肪酸（VFA）和氨态氮（NH₃-N）含量的测定
       瘤胃液样品在每个正试期的4～6d采集。每天晨饲后7～8h，经瘤胃瘦管采集约200mL瘤胃液，经4层纱布过滤，立即用pH计测定瘤胃液pH。瘤胃液用冷冻离心机以3500r/min离心15min，取上清液冷冻保存，以备测定VFA（乙酸、丙酸、丁酸）、NH₃-N指标。VFA含量测定采用气相色谱法，气相色谱（SP-3420，北京分析仪器厂）条件设定为:FID检测器，色谱柱为4mm（外直径）×2.6m玻璃柱（15%PEGS，ChromsorbW80/100目），柱温140℃，气化室温度为250℃，检测器温度为250℃，载气（氮气）流速30mL/min，样品进样量1.0µL。NH₃-N含量的测定采用苯盼次氯酸纳比色法。

    1.4  咀嚼行为指标

       每头牛的采食和反刍活动在每个正试期的5～7d进行人工观察。在连续的48h内以5min为间隔单位记录其采食时间和反刍时间。动物停止采食后20min内不再继续采食，则认定采食停止；前一次反刍结束后5min内不开始下一次反刍，则认定反刍结束。咀嚼时间以采食时间+反刍时间的形式表示。

    1.5  样品测定与分析

       TMR和剩料的干物质含量测定采用105℃烘干法测定（GB/T6435-1986）；灰分含量采用550℃灼烧法测定（GB/T6438-1992）；粗蛋白质含量采用凯氏定氮法测定（GB/T6432-1994）；NDF采用ANK0M2000i全自动纤维分析仪测定。

    1.6  统计分析

       数据采用SAS中3×3拉丁方设计的广义线性模型（GLM）进行统计分析和显著性检验，并对显著者进行Duncan氏多重比较。统计变量的线性模型为:

Y_ijk=µ+T_i+P_j+S_k+E_ijk（i，j，k=1，2，3）。

式中:Y_ijk为观察值；µ为总体平均数；T_i为处理效应；P_j为试验期效应；S_k为动物效应；E_ijk为随机误差。以P<0.05作为显著性分析依据，0.05

2  结果与分析

    2.1  TMR和剩料中粗饲料长度分布和TMR中peNDF含量

       从表2中可以看出，4cm组和8cm组TMR在PSPS各层筛上的干物质含量均没有显著差异（P>0.05）。将苜蓿干草切短至2cm后TMR在19.00mm筛和8.00mm筛上的粗饲料干物质残留量显著或极显著减少（P<0.05或P<0.01），而1.18mm筛上的粗饲料干物质含量极显著增加（P<0.01）。由于最短的粗饲料切割长度设为2cm，通过1.18mm筛孔落入底盘的干物质含量在4cm组和8cm组间没有显著差异。NDF含量方面，随着苜蓿干草切割长度的变化，2cm组中更多的粗饲料可以通过8.00mm筛和1.18mm筛，因此1.18mm筛和底盘上的TMR中NDF含量显著或极显著高于4cm组和8cm组（P<0.05或P<0.01）。
       对收集的剩料进行粗饲料长度分析可知，2cm组剩料中存在于19mm筛和8mm筛上的干物质含量极显著低于4cm组和8cm组（P<0.01），而1.18mm筛和底盘上的干物质含量则极显著高于4cm组和8cm组（P<0.01）。此结果与TMR的干物质颗粒分层情况一致。NDF含量方面，2cm组19mm筛上NDF含量远低于4cm组和8cm组（P<0.01），而剩余2层筛和底盘上的NDF含量远高于4cm和8cm组（P<0.01）。
       peNDF含量随着TMR粗饲料长度的降低而有下降的趋势，4cm组和8cm组之间的数值差异较小且不显著（P>0.05），但是2cm组显著低于4cm组和8cm组（P<0.05）。由于PeNDF主要反应饲粮中与粗饲料长度有关的纤维物理特性，因此对于剩料中的peNDF由于意义不大不予计算。

    2.2  干物质采食量（DMI）和中性洗涤纤维采食量（NDFI）

       各组奶牛的DMI和NDFI见表3。随着粗饲料长度的增加，DMI和NDFI呈线性递减，其中2cm组和8cm组差异达显著水平（P<0.05）。

    2.3  咀嚼行为

       2.3.1  采食、反刍和咀嚼时间
       由表4可知，试验牛采食时间范围为273.33～410.00min/d，2cm组奶牛的采食时间显著少于4cm组和8cm组（P<0.05），而4cm组和8cm组的采食时间差异不显著（P>0.05）。8cm组奶牛的反刍时间少于2cm组和4cm组，但各组间差异不显著（P>0.05）。奶牛的咀嚼时间包括采食时间和反刍时间2部分，就咀嚼时间来说，8cm组显著高于2cm组（P<0.05），但与4cm组无显著差异（P>0.05）。由此可见，对于纤维较长的粗饲料，动物将花费较长的时间用于采食和咀嚼。

       2.3.2  每千克干物质的采食、反刍和咀嚼时间
       由表5可知，随着粗饲料长度的增加，奶牛对每千克干物质的采食时间由2cm组的21.72min/kg上升至8cm组的43.54min/kg，3个组间均存在显著的差异（P<0.05），其中2cm组与8cm组差异达到极显著水平（P<0.01）。随着粗饲料长度的增加，奶牛对每千克干物质的反刍时间也有所增加，但组间差异不显著（P>0.05）。奶牛对每千克干物质的咀嚼时间亦随着粗饲料长度的增加而增加，且2cm组显著低于8cm组（P<0.05）。

       2.3.3  每千克NDF的采食、反刍和咀嚼时间
       由表6可知，粗饲料长度的增加使得奶牛对每千克NDF的采食时间显著增加（P<0.05），其中2cm组与8cm组差异达到极显著水平（P<0.01）。在奶牛对每千克NDF的反刍时间方面，2cm组与4cm组、4cm组与8cm组没有显著差异（P>0.05），但是8cm组显著高于2cm组（P<0.05）。此外，8cm组奶牛对每千克NDF的咀嚼时间显著高于2cm和4cm组（P<0.05），2cm组与4cm组间没有显著差异（P>0.05）。

    2.4  瘤胃发酵参数

       由表7可知，瘤胃液PH由小到大排列分别为2cm组、8cm组和4cm组，其中2cm组瘤胃液PH显著低于4cm组（P<0.05），但与8cm组元显著差异（P>0.05）。奶牛瘤胃液中总VFA含量随TMR中粗饲料长度的下降而升高，但组间差异不显著（P>0.05）。粗饲料长度的增加使得瘤胃液中乙酸/丙酸和NH₃-N含量呈上升趋势，且2cm组与8cm组间差异达显著水平（P<0.05）。

3  讨论

    3.1  TMR和剩料中粗饲料长度分布及TMR中peNDF含量分析

       含有不同长度苜蓿干草的TMR在PSPS各层上的分层情况不同，其NDF含量反映了每层TMR样品的特性。剩料的干物质和NDF的分配可以清楚地反映出TMR中粗饲料长度对动物采食习性的影响。将由PSPS测定的TMR和剩料的粗饲料长度分布进行对比发现，与2cm组相比，4cm和8cm组TMR中粗饲料长度>8mm部分含量较多，剩料中粗饲料长度<8mm部分的含量虽然低于2cm组，但是其相对比例有明显降低趋势，说明饲喂含有较长粗饲料的TMR的奶牛更倾向于采食长度在8mm以下的粗饲料，与Kononoff等的研究结果一致。peNDF指的是饲粮中促进咀嚼活动和形成瘤胃食团的那部分纤维，主要指与粗饲料长度有关的纤维物理特性。peNDF与粗饲料的长度以及奶牛咀嚼、反刍活动密切相关，它决定了较长的粗饲料在瘤胃的选择性滞留、瘤胃蠕动强度和食廉排空的能力，并且通过刺激咀嚼和反刍，促进唾液的分泌，稳定瘤胃PH，从而影响奶牛的瘤胃内环境。本研究结果显示，peNDF含量随着TMR粗饲料长度的减少而有下降的趋势。

    3.2  TMR中粗饲料长度对奶牛DMI和NDFI的影响

       本试验的结果表明，增加TMR中粗饲料长度（物理有效纤维含量）会减少动物的干物质采食量、NDF采食量，使剩料中的NDF含量显著提高，这与之前许多研究的结论相一致。足够的粗纤维含量是维持正常的瘤胃发酵和功能所必需的，但是当奶牛采食粗饲料含量较高的饲粮时，干物质采食量会受到瘤胃大小的限制。而降低粗饲料长度可以加快瘤胃外流速度，使动物采食更多的饲粮。但是饲粮粗饲料长度对反刍动物瘤胃外流速度的影响只出现在低精料的饲粮上，而高精料对瘤胃外流速度产生的代谢影响要大于粗饲料长度所产生的影响。本试验中，由于3组饲粮的营养水平一致，NDFI和DMI的变化规律基本一致，但是较小的粗饲料长度（2cm组）导致剩料量减少，并且使奶牛对于高纤维含量的粗饲料采食更为完全。

    3.3  TMR中粗饲料长度对奶牛咀嚼行为的影响

       咀嚼行为是动物对饲粮中NDF部分的物理有效性做出的反应。咀嚼活动可以有效地降低饲粮粗饲料长度并且促进肠道内容物的排空。国外许多试验通过采用粉碎、细切和制粒等方法研究了降低粗饲料长度对动物反刍和采食行为的影响，但是在PSPS作为测定标准出现之前，很少有试验将数据与饲粮的长度分层联系起来。
       本试验结果发现，动物的采食时间受到粗饲料切割长短的影响，采食时间从2cm组的273min/d提高到8cm组的410min/d。这与前人得出的动物采食长的苜蓿青贮的时间比采食短的苜蓿青贮的时间长，并且每千克干物质的咀嚼行为更强，每千克干物质的采食时间会随着粗饲料长度的减小而缩短的试验结果一致［19J。此外，本试验中3组动物的反刍时间没有显著差异，说明在本试验的粗饲料长度范围内，咀嚼时间的差异主要由采食时间造成。动物的咀嚼时间受到2个对立因素的影响，即总采食量和长粗饲料（长度>19mm）采食量，一方面粗饲料长度的减小增加了总采食量，瘤胃内容物含量增多延长了动物反刍的时间；另一方面，较短的粗饲料刺激动物反刍活动的效果又不如较长的粗饲料明显。本试验中，2cm组、4cm组和8cm组的咀嚼时间呈依次递增趋势，且8cm组的咀嚼时间显著高于2cm组。将这一结果与TMR在PSPS上的分层情况对比起来看，可发现较长的粗饲料（长度>19mm）对动物咀嚼行为方面的影响要大于采食量的影响。这与前人得出的增加饲粮中长度>19mm的粗饲料的比例是影响奶牛咀嚼行为的首要因素，并且当使用PSPS测定TMR样品时，用19mm筛网上的干物质含量评价动物的咀嚼行为比peNDF指标更方便、更准确［21J的研究结果相一致。
       每千克NDF的咀嚼时间是评价peNDF的有效指标。随着粗饲料长度的提高，peNDF含量增加，动物咀嚼活动、唾液分泌和瘤胃液PH均呈上升趋势。奶牛饲粮中peNDF含量至少为19.7%才能维持3.4%的乳脂率，并且要维持瘤胃液的PH在6.0时的peNDF含量要不低于22.3%［22J。当以每千克NDF的咀嚼时间来评价本试验中3个组的TMR时，2cm组只有8cm组的61.93%。因此，缩短粗饲料的长度降低了其NDF的物理有效性。

    3.4  TMR中粗饲料长度对奶牛瘤胃发酵的影响

       TMR中粗饲料长度的不同对动物咀嚼行为会造成不同的影响，并可间接调控瘤胃发酵。通常认为，降低粗饲料的长度会增加瘤胃液中总VFA的含量，降低pH。其原因可能是粗饲料长度降低使瘤胃中供微生物发酵的底物含量增加，或者增大了粗饲料与微生物接触面积使得粗饲料消化更为完全，从而进一步增加了采食量和瘤胃发酵速度。
       唾液含有维持瘤胃正常环境的缓冲物质，提高粗饲料长度会导致动物咀嚼活动和唾液分泌增强，对瘤胃PH的调控增强。本试验中2cm组咀嚼时间较短、总VFA产量较高并且瘤胃液PH较低，这与动物瘤胃中缺乏唾液的缓冲有关。但是8cm组的瘤胃液PH却低于4cm组，这说明除咀嚼活动以外的还有其他因素影响瘤胃液PH。TMR中粗饲料长度对瘤胃液PH的影响在众多试验中结论并不一致。Calberry等研究发现，降低TMR中粗饲料长度可以降低瘤胃液pH，但另有研究发现，瘤胃液PH和唾液分泌并未受到玉米青贮颗粒长短的影响。以上试验结论的差异可能是由于存在临界值造成的，也就是说只有在某一临界值以下，peNDF和粗饲料长度才会对瘤胃PH产生影响。由于粗饲料粉碎较细（如本试验中的2cm组），peNDF含量小于临界值，因而动物有较低的瘤胃PH；同样，粗饲料粉碎较粗（4cm和8cm）时，peNDF含量超过了临界值，因此粗饲料长度对动物瘤液胃PH没有显著的影响。所以增加TMR中peNDF含量可以改善瘤胃液PH环境，使其更有利于纤维饲料的发酵。
       国外许多试验研究了降低粗饲料长度对总VFA含量和乙酸／丙酸的影响，但结果并不统一：瘤胃液总VFA含量增加，乙酸／丙酸比例下降；总VFA含量增加，乙酸／丙酸比例不受影响；总VFA含量和乙酸／丙酸比例均不受粗饲料长度影响。以上结论的差异表明，还有很多其他因素影响着瘤胃液VFA的产量，如粗饲料来源、瘤胃容积、外流速度、动物个体差异，以及这些因素与粗饲料长度之间的互作。实际上，瘤胃液中VFA含量并不能完全反映VFA产生量，因为VFA含量受到其产生量、瘤胃壁吸收量和外流量的共同影响。本试验中尽管2cm组和8cm组在DMI方面有显著差异，但是3个组间瘤胃液总VFA含量的差异并不显著，也证明了粗饲料长度并不是影响瘤胃液VFA含量的唯一因素。TMR中粗饲料长度降低，唾液分泌减少，瘤胃中液相部分的外流速度和容积均减小，3种TMR在瘤胃发酵和外流速度方面的差异有可能抵消了粗饲料长度对VFA产生量的影响。
       本试验发现，随着TMR中粗饲料长度的增加，乙酸、丙酸、T酸含量均有下降趋势。这一指标受到2个对立因素的共同影响，即淀粉消化率和纤维采食量。纤维类碳水化合物（粗饲料）在瘤胃中降解主要产生乙酸，而淀粉类碳水化合物（精饲料）在瘤胃中降解主要产生丙酸。粗饲料长度增加导致乙酸／丙酸升高，原因可能是较长的粗饲料降低了瘤胃中淀粉消化率。
       本试验中，随着TMR中粗饲料长度的增加，瘤胃液中NH₃-N含量显著升高。有研究发现，当燕麦青贮切割长度从19mm下降到10mm后，瘤胃液中NH₃-N含量显著下降。瘤胃液中NH₃-N的含量主要受到饲粮粗蛋白质含量、瘤胃外流速度和DMI三者的共同影响。由于本试验3组TMR的粗蛋白质含量相同，因此瘤胃外流速度对NH₃-N含量的影响要大于DMI对其的影响。同时根据NRC(2001)估测的粗饲料外流速度的模型[K_P=3.054+0.614X,其中K_P为瘤胃内容物外流速度(%/h),X为DMI(%,相对于体重)]计算,2cm组的外流速度加快,导致瘤胃消化率尤其是蛋白质降解率下降,因此瘤胃中NH₃-N的产量降低。

4  结论

       ①TMR粗饲料长度的增加降低了奶牛的DMI,并且延长了奶牛的咀嚼时间。相对于反刍时间,采食时间受TMR粗饲料长度影响较大并与其呈正相关。
       ②动物的咀嚼行为受到采食量和TMR中长度>19mm的粗饲料含量的共同影响,后者的影响效果更为明显。
       ③瘤胃液中总VFA含量在不同粗饲料长度的TMR之间没有显著差异,但乙酸/丙酸和氨态氮含量会随着粗饲料长度的增加而提高。
参考文献（略）
转自动物营养学报