刈割对于饲草作物有着重要的意义, 不同的刈割制度会不同程度的影响饲草作物的生长状况, 如饲用型甜高粱, 刈割可以增加产量, 但超过一定的刈割次数反而会适得其反^[5]。孙学保^[6]在研究了种植模式和多茬收割对饲用型甜高梁产量的影响后, 指出饲用型甜高梁在生育期只有150 d左右的情况下, 刈割2次产量最高, 刈割3次产量最低; 在单茬和多茬收割下, 单茬收割效益最高, 其次为收割两茬, 收割3茬效益最低。梁万平通过研究提出建议:饲用型甜高粱可选择两茬刈割, 第1次刈割选择在其生育期78 d、株高130 cm左右进行为宜, 这是进行青贮和制糖榨汁的最佳收获时节; 第2次刈割时间选择早霜来临之前, 与头茬间隔75 d后刈割^[7]。

适时刈割不仅可以提高饲草作物的产量, 还可以优化其品质^[8]。甜高粱刈割时间过早, 在青嫩状态下收获, 会导致糖分等营养物质不能有效地积累, 降低甜高粱的产量, 刈割时间过迟则会造成第2茬减产^[7]。研究表明, 青贮甜高粱在蜡熟期具有最大干物质产量和优良的牧草品质^[9], 此时是收获的最佳时期, 收获过早或者过迟都会影响甜高粱的青贮品质和营养价值^{[10, 11]}。也有文献^[12]报道, 甜高粱的收获时间是其产量的关键, 收获时全株含水量应在65%~70%。

作物秸秆中含有丰富的木质素、纤维素和半纤维素, 不易被降解利用, 因此怎样对秸秆进行预处理, 以较低的成本最大限度地提高秸秆原料利用率, 是各国研究的重点^[13]。目前对甜高粱秸秆有多种预处理方式, 如机械处理、高温处理、超声波处理、无机溶剂处理、有机溶剂处理等。总体可归结为三大类, 即物理预处理、化学预处理和生物预处理。

1.2.1 物理预处理 切短、粉碎及软化是秸秆物理预处理的主要方式, 甜高粱切割后能有效提高青贮品质, 适宜的切割长度不仅能够使反刍动物有效利用饲料, 而且很好地节约了饲料, 切割过细过长都会影响动物对饲料的利用效率。张华琦等^[14]研究了3种切割长度(1.5、2和3 cm)对甜高粱青贮品质的影响, 结果表明, 1.5 cm青贮组的甜高粱青贮品质最好。此方法简便易行, 但应用在生产中效率较低。饲料的粉碎粒度越小, 越能增加动物吸收消化过程中饲料营养成分与消化酶的接触机会, 从而减少消化过程中的能量消耗, 提高动物对营养物质的消化率^[15]。研究表明, 粉碎的高粱秸秆可使奶牛的饲养价值提高8%, 与经碾压并恢复了水分的高粱秸秆有相似的饲喂价值^[16]。

甜高粱饲草与玉米饲草相比, 含糖量、粗纤维、含氮浸出物、均高出玉米饲草, 无论是作青饲料, 还是作青贮对畜禽来说都是一种优质的饲料作物, 具有较高的饲用价值^[17]。但由于甜高粱外周胚乳区的质地较为坚硬, 不利于动物的消化吸收, 通过粉碎、滚压、磨碎、蒸汽压片的方式可以提高动物对甜高粱的消化率, 其中蒸汽压片是提高甜高粱降解率的最佳办法, 用蒸汽压片的方法处理高粱秸秆后, 淀粉在瘤胃中的降解率提高22%, 过瘤胃淀粉消化率提高16%, 全肠道消化率提高9.2%, 微生物蛋白生成量提高10%左右; 蒸汽压片后的高粱籽粒可代替30%~45%的精料, 饲喂奶牛后其干物质采食量和奶牛产奶量可明显提升^[18]。研究表明, 奶牛饲喂蒸汽压片高粱籽粒后的干物质摄入量、产奶量、乳蛋白含量与蒸汽压片后的玉米籽粒饲喂效果相似, 而且用蒸汽压片后的高粱籽粒代替蒸汽压片后的玉米籽粒能降低饲料成本, 增加经济效益^[18]。美国国家科学研究委员会(National Research Council, NRC)中也提到, 在奶牛泌乳前期, 用蒸汽压片高粱籽粒代替压扁的玉米籽粒时产奶量增加^[19]。但是此方法价格昂贵, 成本较高。

1.2.2 化学预处理 对秸秆进行酸、碱、有机溶剂等的处理是秸秆化学预处理的主要方式。秸秆的氨-碱化处理能有效改善牲畜对于秸秆饲料的消化率、适口性, 增加采食量, 提高利用率^{[20, 21]}。而秸秆的酸处理对于去除半纤维素效果显著, 对去除木质素也有一定作用^[22]。孙麟等^[22]用稀酸、稀碱和有机溶剂等方式处理甜高粱秸秆, 以探讨不同的预处理方式对甜高粱秸秆纤维素酶降解效率的影响(表1), 结果表明, 影响程度高低表现为高温> 超声波> 有机溶剂> 粉碎粒度> 稀酸, 其中高温处理中干燥高温处理影响效果最好。在用甜高粱饲草饲喂奶牛的生产实践中, 可以将甜高粱秸秆预先进行处理, 降低甜高粱秸秆中纤维的含量, 提高奶牛对饲料的利用率, 增加经济效益。将甜高粱秸秆进行化学预处理能产生很好的效果, 但是不易操作, 且有些化学物质对动物有害, 同时可能对环境产生一些不利的影响。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 不同预处理对甜高粱秸秆纤维素酶降解效率的影响[22] Table 1 The influence of different pretreatment on the efficiency of the enzymatic degradation of sweet sorghum straw cellulose[22] 预处理方法 Pretreatment method 还原糖量 Sugar/ mg· g-1 高温High temperature 高温 High temperature 8.31 蒸煮 Stewing 6.64 酶解 Enzymatic hydrolysis 2.85 粉碎粒度 Grinding particle size 粗粉 Coarse powder 1.32 0.2 mm 1.98 0.125 mm 2.67 0.115 mm 2.85 酸处理 Acid treatment 稀酸 Dilute acid 0.19 Fe3+和稀酸 Fe3+ and dilute acid 0.24 有机溶剂 Organic solvents 丙酮 Acetone 4.37 乙醇 Ethanol 3.41 甲醇 Methanol 2.00 碱处理 Alkali treatment 10% NaOH 0.20 20% NaOH 0.06 液氨 Liquid ammonia 0.09 10% 氨水 10% ammonia 0.42 超声波 Ultrasonic wave 有水 Presence of water 1.78 无水 Absence of water 7.70

表1 不同预处理对甜高粱秸秆纤维素酶降解效率的影响[22] Table 1 The influence of different pretreatment on the efficiency of the enzymatic degradation of sweet sorghum straw cellulose[22]

1.2.3 生物预处理 在固态发酵中产生的微生物发酵饲料能够有效地提高饲料的蛋白质水平, 促进动物对饲料的消化和吸收, 是当前应用广泛和推广的新型饲料^[23]。董妙音等^[24]利用3种由中国科学院近代物理研究所自主研发的甜高梁专用微生物复合菌剂(分别命名为FHⅠ 、FHⅡ L、FHⅢ )探究青贮菌剂对甜高粱青贮品质的影响, 结果表明, 在添加不同的青贮菌剂青贮后, 与未添加对照相比, 青贮料的pH、中性洗涤纤维含量都显著降低, 乳酸含量显著提高(P< 0.05); FHⅠ 菌剂处理组的总糖含量比未添加对照提高了7.88%; FHⅡ L菌剂处理组粗蛋白含量比未添加对照提高了18.61%; 乳酸作为一种可以提高青贮有氧稳定性的青贮发酵物, 有利于青贮的进行和保存^[25]。

饲料酶制剂是一种能够有效提高饲料加工速度和质量的制品, 晏和平^[26]研究了添加不同酶量的纤维素酶和木聚糖酶对高粱青贮60 d青贮品质的影响, 结果表明, 高粱加酶青贮后在各个阶段均表现出pH、氨氮、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量下降, 乳酸和可溶性糖含量上升的趋势。Jaakkola等^[27]在青贮料中添加酶制剂后增加了干物质的损失, 但有机物、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维没有明显区别, 而纤维消化率却有所提高。使用酶制剂预处理饲料不会对环境造成污染, 但是效果不稳定, 对试验的结果没有预见性。

青饲料又称青绿饲料, 资源丰富, 种类繁多, 包括天然牧草、栽培牧草、田间杂草、枝叶等, 其含水率较高, 适口性好, 低成本、高效率, 在畜牧生产中占有较大的比重^{[28, 29]}。作青饲料用的饲用高粱最好选用分蘖多的品种, 因分蘖性强, 茎叶产量较高, 茎内含糖量较高, 饲喂家畜后既清香可口, 又易于乳酸发酵^[30]。有研究^[31]指出, 饲用高粱作青饲料的最佳时期是拔节后期到抽穗期这一阶段, 因为此时不仅生物产量最高, 而且茎叶多汁, 粗纤维含量少, 家畜容易消化, 氰化物含量较低, 不致于引起牲畜中毒。

甜高粱可以制作为青干草或直接青饲来饲喂家畜; 青饲时切碎, 再配合其它牧草饲喂奶牛, 其适口性要明显好于玉米青贮和青干草^[32]。但需要注意, 甜高粱制作青干草时要避免在雨天刈割和晾晒, 否则易造成糖分流失; 此外甜高粱的青绿叶片中含有氰糖甙, 生长阶段它被水解后产生有害物质氢氰酸。据报道^[33], 在苗期, 甜高粱体内的氰化物含量会随着植株的生长逐渐升高, 因此幼苗期的甜高粱不宜用来饲喂家畜, 以防止家畜中毒而亡。由于甜高粱遇热会释放氢氰酸, 因此最好不要给家畜饲喂隔夜的饲用高粱鲜草^[34]。研究表明^[35], 饲喂含有单宁含量65%以上的甜高粱会阻碍动物的生长。因此, 甜高粱籽实作为精料饲喂家畜时, 可用加热的方法减少单宁的含量, 饲喂时最好和其它饲料配合使用, 有利于提高营养成分的利用率^[36]。

饲用高粱籽实含有蛋白质、脂肪、矿物质等营养成分, 与玉米籽粒相比, 两者在籽粒结构和养分含量上差别不大, 高粱籽粒的蛋白质含量略高于玉米籽粒, 但其脂肪含量低于玉米, 因此高粱籽实多被用作粗饲料来喂养家畜^[36]。在国外, 法国近70%的高粱被用作工业发酵饲料^[37]。美国、澳大利亚等国家, 将10%~25%的高粱籽粒用于配合饲料, 可以防止畜禽疾病, 还可以提高牛、羊等牲畜的肉品质^[31]。在我国, 甜高粱籽粒作为饲料主要是直接饲喂家畜, 其用量约占饲料总量的1/3^[31]。此外, 高粱种皮、籽粒含少量单宁, 且不同品种的高粱, 单宁的含量也不同, 会影响动物的消化率和生产性能, 为解决这一问题, 美国、澳大利亚等国采用栽培低单宁含量的高粱品种^[36], 巴基斯坦费萨拉巴德农业大学对7个高粱品种的研究和在家禽中的大量检测表明, 低单宁含量的高梁可以作为日粮中小麦(Triticum aestivum)和玉米理想的替代物^[37]。

近年来, 甜高粱作为一种新兴的可替代粮食来生产乙醇, 受到了广泛的关注, 同时, 对于其发酵后的副产物酒糟的处理问题, 也引发了人们的关注。酒糟历来有被用作饲料来喂养家畜的历史, 尤其近几年, 越来越被重视^{[38, 39]}。通过菌种添加量、菌种活化时间和发酵天数3个方面进行不同发酵工艺, 对所得到的甜高粱秸秆酒糟进行基本营养成分分析的结果表明, 不同发酵工艺所得的酒糟均可作为粗饲料使用, 且较其它发酵工艺而言, 由甜高粱秸秆固态发酵酒精基本生产工艺所产的酒糟最适宜作为粗饲料使用^[40]。考虑到甜高粱酒糟饲料的适口性、生产成本、利用效率等综合方面的因素, 利用甜高粱秸秆发酵乙醇后的酒糟作为原料, 与其它饲料进行配合, 研究人员初步研制出适口性好、价格低廉、具有一定饲用价值的复合饲料^[41]。研究表明, 用青贮玉米饲草和甜高粱酒糟饲喂泌乳早期奶牛后, 短期内奶牛的泌乳性能是相似的^[42]。

大量的研究数据表明, 用饲用高粱替代泌乳奶牛日粮中的玉米饲草, 不会降低奶牛的产奶量和生产性能^[43]。近年来, 甜高粱在美国常常被作为青贮玉米的替代品进行研究^[44]。Amer等^[45]分别用青贮甜高粱(占日粮粗饲料的70%)、青贮苜蓿(Medicago sativa)(占日粮粗饲料的70%)饲喂奶牛, 结果表明, 两种日粮饲喂的奶牛干物质采食量、能量校正乳含量和牛奶转化率相似。高立芳等^[46]分别用对照组(混合精料+青贮玉米+干草)和试验组(混合精料+青贮玉米+50%干草+50%青贮甜高粱)饲喂奶牛, 结果表明, 试验组奶牛的日产奶量比对照组多2.33 kg, 每头牛每天可增加经济效益9.94元。Colombini等^[47]的研究表明, 在有充足的淀粉补充的条件下, 高粱青贮可以代替奶牛全混合日粮中的玉米青贮而对奶牛产量没有任何负面影响。甜高粱青贮与其它饲草比较, 营养成分各有不同(表2)。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 甜高粱青贮与其它饲草营养成分比较 Table 2 Comparison of nutritional components between sweet sorghum silage and other forage 青贮饲草 Silage forage 营养成分Nutritional component/% 参考文献 Reference 粗蛋白 CP 粗脂肪 EE 水溶性碳水 化合物WSC pH 酸性洗涤 纤维ADF 中性洗涤 纤维NDF ‘ 辽甜一号’ Liaotian 1 6.95 2.83 4.77 4.29 36.80 53.60 [48] 甜高粱(CSSH45)Sweet sorghum CSSH45 6.70 1.60 2.80 3.81 39.20 61.40 [45] 玉米Corn 7.07 3.26 3.82 4.48 26.40 52.50 [48] 紫花苜蓿Alfalfa 24.60 2.20 1.00 4.75 38.90 47.40 [45]

表2 甜高粱青贮与其它饲草营养成分比较 Table 2 Comparison of nutritional components between sweet sorghum silage and other forage

全株青贮玉米有较高的饲用价值, 饲用甜高粱生物产量高, 茎秆中含有较高的糖分, 全株青贮玉米与饲用甜高粱混贮后能解决甜高粱中淀粉含量不足的缺点, 弥补全株青贮玉米糖分较少的不足, 是一种高效的青贮方式^[49]。据报道^[50], 全株青贮玉米和饲用甜高粱混贮后, 可以提高玉米籽实的过瘤胃保护, 提高畜禽对营养物质的消化吸收, 而且营养全面, 对牛羊来说有较好的适口性, 但应注意的是由于全株青贮玉米能量和蛋白显著高于饲用甜高粱, 在用混贮饲料饲喂奶牛时, 饲料中饲用高粱的含量不可以超过30%。将甜高粱与紫花苜蓿按照(0∶ 100, 20∶ 80, 40∶ 60, 60∶ 40, 80∶ 20, 100∶ 0)6个比例混合青贮, 结果表明甜高粱和紫花苜蓿比例在20∶ 80和40∶ 60时青贮品质较好, 比甜高粱和紫花苜蓿单独青贮效果好^[51]。

李新胜等^[52]将安特青贮酶(纤维素酶、β -葡聚糖酶、蛋白酶)处理的甜高粱青贮作为试验组, 全株青贮作为对照组, 两组每天分别饲喂奶牛20 kg青贮, 干草及混合精料成分和饲喂量完全一致, 试验结果显示, 用安特青贮酶处理的青贮甜高粱饲喂奶牛效果比饲喂全株玉米青贮日平均产奶量高2.72 kg。而使用添加复合微生物菌剂的甜高粱渣青贮料(每天每头奶牛饲喂青贮甜高粱28 kg+苜蓿干草4 kg+精料13.54 kg)作为试验组, 青贮玉米(每天每头奶牛饲喂青贮玉米28 kg+苜蓿干草4 kg+精料13.54 kg)作为对照组饲喂奶牛, 结果显示, 试验组比对照组奶牛日平均产奶量增加了4.33%, 乳蛋白含量增加了6.51%^[53]。

褐色中脉(brown midrib, bmr)最早发现在玉米中^[54], 具有沉着色素的作用。研究普遍认为, bmr基因突变可以降低饲草高粱体内木质素的含量, 从而提高饲用价值^[55]。据报道, 奶牛对bmr12饲草高粱的干物质摄入量为25.3 kg· d^-1, 传统高粱为20.4 kg· d^-1, 青贮玉米为19.6 kg· d^-1, 苜蓿为23.1 kg·d-156。还有研究表明, 由于bmr高粱中木质素含量较低, 饲喂奶牛后其产奶量与青贮玉米相当^[57]。

bmr高粱饲喂奶牛后的产奶量及奶品质均高于饲喂普通高粱(表3), 主要原因是bmr高粱体内木质素含量较低, 动物对其适口性好, 消化率高, 这也有效地解决了反刍动物对饲草高粱消化率较低的问题。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 褐色中脉bmr基因对奶牛产奶性能的影响[58] Table 3 Effects of the bmr gene on dairy cow milk production[58] 基因型 Genotype 产奶量 Milk/kg· d-1 乳脂率 Mike fat/% 4%标准乳 4% fat corrected milk/kg· d-1 乳蛋白 Milk protein/% 乳糖 Lactose/% 野生型Wild type 31.0 3.57 29.1 2.89 4.84 bmr6 34.1 3.89 33.7 2.89 4.88 bmr18 32.2 3.77 31.2 2.98 4.90

表3 褐色中脉bmr基因对奶牛产奶性能的影响[58] Table 3 Effects of the bmr gene on dairy cow milk production[58]