试验动物为3头5岁的大通阉牦牛, 体重约296.7 kg, 装有永久性瘤胃瘘管。试验日粮包括小麦(Triticum aestivum)秸秆、燕麦(Avena sativa)青干草和精料^[17]。精料日供给量为每头400 g· d^-1, 燕麦干草和小麦秸秆自由采食, 分早晚两次投喂(08:00, 18:00)。单头饲喂, 自由饮水, 正式试验时, 清晨空腹采集瘤胃液。

玉树州是一个以牧为主、农牧兼营的地区。现有草地1 400万hm², 其中可利用草地1 133万hm^{2 [18]}。经青海省草地资源统计, 藏嵩草草地型天然牧草的可利用面积达167.18万hm², 占玉树州可利用草地的14.75%, 是玉树州所有草地类型中可利用面积最大的草地, 比玉树州排行第二的高山嵩草(K. pygmaea)草地型的可利用面积还高出49.74万hm²。藏嵩草草地在青藏高原东缘呈零散分布, 主要集中在海拔3 500 m以上的河谷滩地及高山顶部的低洼处, 属于沼泽化草甸类型。由于它具有典型的湿地类草地生态特征, 是自然环境中的重要组成部分, 也是区域内最具有生物多样性的生态系统之一。草地群落中共有植物70多种, 主要包括莎草科草、禾草、菊科草、豆科草等, 群落中主要伴生种为华扁穗草(Blysmus sinocompressus)、大花嵩草(K. macrantha)、裸果扁穗苔草(Blysmocarex nudicarpa)、星状风毛菊(Saussurea stella)、条叶垂头菊(Cremanthodium lineare)、藨草(Scirpus triqueter)、鹅绒萎陵菜(Potentilla anserina)、驴蹄草(Caltha palustris)、矮金莲花(Trollius farreri)等。藏嵩草为优势种, 在群落中的平均优势度达32.2%, 占草地密度的57.6%, 占植物量的比率为46.8%^[19], 藏嵩草在整个地上植物量动态变化中, 一直处于主导和决定地位。因此, 本研究验选择藏嵩草草地类型为试验对象。

本研究依据1988年《青海省草地资源统计册》和《青海省草地类型分布图》等相关资料, 对各采样点利用GPS定位仪精确定位, 采集藏嵩草的样品。

采用1 m× 1 m样方, 齐地面刈割(剔除毒害草及杂质), 称鲜重, 并及时带回实验室进行处理。经过现场确定类型的天然牧草, 带回实验室后, 为了试验数据的准确性, 特聘请了省内草原学专家2名, 对天然牧草样品进行再次确认定名。可食牧草样品经风干处理, 称取风干重, 后粉碎过筛(筛网孔径0.45 mm), 待测。

粗蛋白测定:GB/T 6432-94《饲料中粗蛋白测定方法》(采用凯氏半微量定氮法)^[20]; 粗脂肪测定:GB/T 6433-94《饲料中粗脂肪测定方法》(采用Soxhlet脂肪提取法)^[21]; 酸性洗涤纤维测定:NY/T 1459-2007《饲料中中酸性洗涤纤维的测定》(采用Van Soest法)^[22]; 粗灰分测定:GB/T 6438-92《饲料中粗灰分的测定方法》^[23]; 干物质测定:GB/T 6435-86《饲料中水分的测定方法》^[24]; 钙含量测定:GB/T 6436-2002《饲料中钙的测定方法》(采用高锰酸钾法)^[25]; 磷含量测定:GB/T 6437-2002《饲料中总磷量的测定方法》(采用钼黄显色光度法)^[26]。

1.5.1 测定方法 将藏嵩草草地类型天然牧草样品(220 mg)作为试验组发酵底物, 同时设置空白组(只有培养液而没有底物), 作为产气量的校正。试验中通过瘤胃瘘管抽取3头供饲牦牛瘤胃液, 混合培养, 并且试验组和对照组都设置3个重复, 用以降低试验误差。人工瘤胃营养液的配制采用Menke等^[27]的方法, 包括常量元素溶液、微量元素溶液、缓冲液、指示剂、还原剂^[28]。

瘤胃液经4层纱布过滤, 按照瘤胃液与人工瘤胃营养液1:2的体积比制成人工瘤胃培养液, 不断通入CO₂使其达到厌氧环境。分别向每个培养管中用自动分液装置加入混合培养液30.0 mL, 并将初始刻度值记录下来, 立即转入人工瘤胃培养箱(已预热39.0 ℃)中开始培养^{[29, 30]}, 间隔一定时间, 取出培养管, 快速读取刻度值。为了防止气体超过刻度而无法读数, 若某一时间点读数超过80.0 mL时, 就需要排气, 并且记录排气前后的刻度值^{[31, 32]}。待120 h体外培养结束后, 将培养管取出放入冰水浴中终止发酵, 再将培养管中的发酵液转移至50 mL离心管中, 立即测定发酵液pH值; 发酵液经离心(4 000 r· min^-1)后, 取上清液冷冻保存, 用以测定发酵液的NH₃-N浓度; 同时洗涤培养管中的残渣, 并与对应样品离心所得沉淀在105 ℃烘干12~24 h, 称重并计算样品干物质消化率^{[33, 34]}。

1.5.2 测定指标

有机干物质消化率(DOM)=0.760 2× GP+0.636 5%× CP+22.5;

消化能(DE)=0.138 4× GP+0.142%× CP+0.111%× EE+2.86;

代谢能(ME)=0.145 6× GP+0.076 75%× CP+0.164 2%× EE+1.198。

式中, GP为产气总量, CP为草样的粗蛋白含量, EE为草样的粗脂肪含量。

体外干物质消化率(IVDMD)的计算体外干物质消化率, 根据公式:

消化率(IVDMD)=[(样本DM重-残渣DM重+空白管DM重)/样本DM重]× 100%;

酸碱度采用HANNA HI221型台式酸度计测定; NH₃-N浓度采用冯宗慈和高民^[35]改进的瘤胃液NH₃-N浓度比色法测定; 本试验NH₃-N浓度标准曲线拟和公式为:

y=0.658 5x+0.052 R²=0.984, n=5.

式中, y为NH₃-N浓度, x为吸光度值。

样品中NH₃-N浓度为 [10 mL/取瘤胃液量(mL)]× y; 单位为mg· 100 mL^-1。

1.6.1 营养载畜量

DCP载畜量= 草地CP总输出量(kg)×利用率(%)放牧天数(d)×DCP需要量(kg·d-1)(1)^[15]

ME载畜量= 草地ME总输出量(MJ)×利用率(%)放牧天数(d)×ME需要量(MJ·d-1)(2)^[15]

根据相关标准^{[36, 37]}, 每个绵羊单位(即体重40 kg的母羊及其哺乳的羊羔)每天采食1.33 kg可食干草。同时根据相关研究^[38], 结合美国NRC标准^[39]可知, 绵羊可消化粗蛋白(DCP)、代谢能(ME)需要量分别为0.053 9 kg· d^-1与8.38 MJ· d^-1; 牧草DCP暖季利用效率为62.25%; 玉树州暖季实际放牧时间为152 d, 可食性牧草暖季利用率为50%^{[40, 41, 42]}。

1.6.2 数量载畜量

暖季载畜量^[43]= 暖季可食牧草产量(kg)×暖季利用率(%)暖季放牧天数(d)×日食量(kg·d-1)(3)

草地是三江源区草地畜牧业的基本生产资料, 产草量是评价草地生产能力的最直接指标之一^[44]。结果表明, 三江源区玉树州藏嵩草草地类型天然牧草的鲜草产量高(1 272 g· m^-2), 可食牧草(341.29 g· m^-2)干草产量高, 占到干草产量(349.04 g· m^-2)的97.80%。因此, 在畜牧业生产中应当充分利用藏嵩草草地类型天然牧草产量高的优势, 制定合理的放牧计划, 划区轮牧, 使草地资源得到最大化利用。

试验测得藏嵩草DM(94.34%)、CP(10.16%)(表1)均比邹彩霞等^[45]应用体外产气法评定广西青贮玉米(Zea mays)DM(18.80%)、CP(9.41%)高, 而ADF (34.07%)、Ash(4.76%)值却比青贮玉米的ADF(64.84%)、Ash(27.70%)含量低, 粗脂肪(EE)含量2.26%。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 玉树州藏嵩草草地型天然牧草常规营养成分和体外发酵参数 Table 1 Nutrient content and in vitro fermentation indicators of native grass of Kobresia tibetica grassland in Yushu Prefecture 指标 Parameter 营养成分 Nutrient content 指标 Parameter 发酵参数 Fermentation indicator 粗蛋白CP/% 10.16± 0.21 体外干物质消化率IVDMD/% 62.67± 12.01 粗脂肪EE/% 2.26± 0.08 有机物质消化率DOM/% 81.21± 4.21 酸性洗涤纤维ADF/% 34.07± 0.64 消化能DE/MJ· kg-1 9.16± 0.24 粗灰分Ash/% 4.76± 0.03 代谢能ME/MJ· kg-1 10.33± 0.32 钙Ca/% 0.31± 0.04 磷P/% 0.11± 0.01 干物质DM/% 94.34± 0.52

表1 玉树州藏嵩草草地型天然牧草常规营养成分和体外发酵参数 Table 1 Nutrient content and in vitro fermentation indicators of native grass of Kobresia tibetica grassland in Yushu Prefecture

玉树州典型藏嵩草草地型天然牧草Ca、P含量分别为0.31%和0.11%, 但Ca/P为2.82, 超出了最适比例(1.01:1), 缺磷。

消化率是评定藏嵩草营养价值的重要指标, 在一定程度上反映出饲料营养成分在动物体内的降解程度^[16]。藏嵩草草地类型牧草的有机物质消化率(DOM)、体外干物质的消化率(IVDMD)、消化能(DE)、代谢能(ME)分别为81.21%、62.67%、9.16 MJ· kg^-1、10.33 MJ· kg^-1, ME比邹彩霞等^[45]应用体外产气法评定的广西饲草青贮玉米(7.96 MJ· kg^-1)和象草(7.92 MJ· kg^-1)高。此结果表明藏嵩草草地型牧草相对优良。

瘤胃是复杂多样而又独特的微生物生态系统, 包括细菌、真菌、原虫。NH₃-N水平的高低, 意味着瘤胃内可降解蛋白的多少, 反映出微生物分解含氮物质产生氨的速度及对氨的摄取情况。瘤胃中NH₃-N浓度过低会影响微生物蛋白的产量, 过高会造成氨的损失。适量的NH₃-N浓度才能促进微生物对碳水化合物的分解和微生物蛋白的合成。因此, 瘤胃液NH₃-N浓度可间接反映出牧草的营养价值^[46]。本试验测得瘤胃液NH₃-N浓度为7.72 mg· dL^-1, 瘤胃液中最佳NH₃-N浓度为6.3~27.5 mg· dL^-1, 试验所测的NH₃-N浓度属于正常范围之内, 有利于瘤胃微生物的生长繁殖, 从而提高菌体蛋白数量, 有利于饲草蛋白的充分利用。

研究表明瘤胃内pH值为6.5~7.0最适于瘤胃纤维素的分解, pH值过高过低都不利于纤维素的分解消化^[47]。试验测得瘤胃液的pH为6.65, 属于正常范围之内, 说明瘤胃内环境能较好的维持微生物对纤维素的消化功能, 有利于瘤胃发酵的进行。

在39.0 ℃的条件下经过120 h的体外发酵产气, 得到藏嵩草草地类型天然牧草120 h体外发酵产气速率的动态变化(图1)。从曲线的整体走势可以看出, 产气速率随着体外培养时间的推移先增加达到峰值而后又下降趋于平缓。这与诸多研究表明的“ 在体外产气法培养过程中, 可降解的碳水化合物容易被降解, 首先被微生物所利用, 故产气速率大; 随着可降解物质的逐渐消耗, 产期速率逐渐降低, 最终趋近于0的结果” 相一致。

图1

Fig.1

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	图1 藏嵩草草地类型天然牧草120 h体外发酵产气速率动态Fig.1 Invitro gas production rate of forage of Kobresia tibetica grassland

根据玉树州藏嵩草草地营养输出量及相关公式, 计算得出玉树州草地的营养载畜量及数量载畜量。

DCP载畜量=579 698 306.76(kg)× 62.25%× 50%÷ 152(d)÷ 0.053 9(kg· 羊单位^-1· d^-1)≈ 2 202万个羊单位。

ME载畜量=52 264 138 680.16(MJ)× 50%÷ 152(d)÷ 8.38(MJ· 羊单位^-1· d^-1)≈ 2 051万个羊单位。

数量载畜量=5 705 691 995.65(kg)× 50%÷ 152(d)÷ 1.33(kg· 羊单位^-1· d^-1)≈ 1 411万个羊单位。

玉树州藏嵩草草地类型的数量载畜量约为1 411万个羊单位(合8.44个羊单位· hm^-2), 营养载畜量中的DCP和ME载畜量分别为2 202万个羊单位(合13.16个羊单位· hm^-2)和2 051万个羊单位(合12.26个羊单位· hm^-2)。玉树州藏嵩草草地类型天然牧草合理载畜量为1 411万个羊单位, 合8.44个羊单位· hm^-2, 即每个羊单位所需的草地面积为0.12 hm²。

评价某种草地类型营养输出能力的基本指标是天然牧草的产草量, 通常用鲜草产草量和干草产草量这两个指标来描述, 在本研究当中, 还根据放牧家畜的择食情况, 测定了可食牧草的产量。试验测得, 典型藏嵩草草地类型天然牧草的鲜草产量为1 272 g· m^-2, 风干草样为349.04 g· m^-2, 可食牧草产量为341.29 g· m^-2, 占到干草含量的97.80%。郝力壮等^[16]的研究表明, 玛多县高山嵩草草地类型天然牧草的鲜草产量、风干草样、可食牧草产量分别为289.78、92.60、64.65 g· m^-2, 可食牧草占到干草含量的69.82%。相比可见, 玉树州藏嵩草草地类型的产草量高, 且可食性好。

典型藏嵩草草地类型天然牧草的常规营养成分中粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗灰分(Ash)、钙(Ca)、磷(P)含量分别为10.16%、2.26%、34.07%、4.76%、0.31%、0.11%, CP、EE含量高, 而ADF含量低, 对于反刍动物而言, CP含量越高, 降解产生的NH₃浓度也就越高, 瘤胃微生物依靠NH₃-N生长, NH₃-N水平低时, 可影响微生物的活性, 从而降低纤维分解的速度和程度, 因此适度的CP含量才有利于瘤胃发酵。EE在瘤胃发酵时可提供能量, 能量不足, 即使有充足的氮源, 微生物合成蛋白也会受阻, 能量过高又会造成能量浪费, 饲养成本加大。ADF含量过高时可消化物质减少, 消化率降低。本研究结果表明, 青草期藏嵩草草地型天然牧草品质优良。

典型藏嵩草草地类型牧草经体外产气法评定, 估测的有机物质消化率(DOM)、体外干物质消化率(IVDMD)、代谢能(ME)、消化能(DE)分别为81.21%、62.67%、10.33 MJ· kg^-1、9.16 MJ· kg^-1。试验估测的藏嵩草草地类型天然牧草的ME、DE, 与中国农科院特产所和中国农业大学利用体外产气法估测的几种粗饲料(玉米秸8.42 MJ· kg^-1、6.77 MJ· kg^-1, 羊草7.51 MJ· kg^-1、5.77 MJ· kg^-1, 玉米青贮10.37 MJ· kg^-1、8.73 MJ· kg^-1)相比较高, 也再次证明了藏嵩草草地类型的天然牧草品质优良。试验测得瘤胃液中NH₃-N浓度为7.72 mg· 100 mL^-1, pH值为6.65, 均在正常范围之内, 能保证瘤胃的正常发酵功能。在培养过程中产气速率变化曲线呈现先增加达到峰值后下降趋于平缓的趋势。通过体外产气法结合常规营养成分分析法评定, 藏嵩草草地类型天然牧草的营养价值高, 是一种优质的饲草来源。

玉树州藏嵩草草地类型天然牧草的数量载畜量、DCP载畜量、ME载畜量分别为1 411万、2 202万和2 051万个羊单位, 合理载畜量为1 411万个羊单位, 合8.44个羊单位· hm^-2, 即每个羊单位所需的草地面积为0.12 hm², 与郝力壮等^[16]估测玛多县高山嵩草草地类型天然牧草的载畜量合2.27个羊单位· hm^-2相比更高, 再一次证明玉树州藏嵩草草地天然牧草的优质性。并且, 比较藏嵩草草地类型天然牧草的数量载畜量和营养载畜量可以看出, 两种营养载畜量基本接近, 但营养载畜量的数值远远高于数量载畜量, 这是因为玉树州地处青藏高原, 日照时间长, 昼夜温差大, 蛋白质和能量物质合成多而消耗少, 在天然牧草中贮存的含量高, 因此使用营养载畜量计算出来的值远高于数量载畜量。由此也可以看出, 玉树州藏嵩草草地类型暖季牧草中粗蛋白和能量的含量高, 营养价值丰富, 能够充分保证家畜的营养需求, 为暖季家畜的补偿性生长提供了物质基础。

综上所述, 当藏嵩草满足放牧家畜营养需求的时候, 家畜可能感觉因为未吃饱还继续采食, 若完全使用营养载畜量指导放牧, 很有可能造成过度放牧, 草地退化。因此, 从生态平衡的角度考虑, 推荐玉树州藏嵩草草地类型天然牧草合理载畜量为1 411万个羊单位。但这种载畜量的评定方法, 不能够准确衡量玉树州藏嵩草草地类型的总营养价值水平, 导致不能够根据营养需要对家畜进行合理的补饲, 局限了当地的经济效益。考虑到经济效益最大化, 采用放牧加补饲的方式就显得很有必要, 这就需要准确评定牧草的营养价值, 核定草地类型的营养载畜量, 只有这样才能为实现草畜营养平衡、制定补饲策略提供理论依据和技术支撑, 为最终实现草地畜牧业生产的生态、经济双重效益奠定基础。