秸秆发酵饲料的研究与应用
2010-11-05 20:46:20   来源：本站原创   评论：0 点击：

摘要： 微生物发酵秸秆饲料是利用高活性微生物菌剂，将秸秆饲料的某些成分进一步合成为营养价值较高或适口性较好的物质，使秸秆变成质地松软、湿润蓬松、酸香适口的粗饲料，是解决人畜争粮矛盾的有效途径之一。

关键词： 农作物秸秆；发酵；饲料；草食家畜

中图分类号： S816.5文献标识码： A文章编号： 2027/YC-（2006）01-0068-04

前言

世界上最丰富的多糖物质是纤维素，全球天然纤维素年产量在100～500亿t左右（冀凤杰，2002）。我国的纤维素资源极为丰富，每年秸秆产量在5.7亿t，占世界秸秆总产量的20%～30%，稻草、小麦秸和玉米秸是我国三大农作物秸秆，也是世界各国的主要秸秆。现阶段我国每年粮食需求量约为5.2亿t，粮食总产量4.9亿t（王建华等，2001），供需间还有缺口，目前的实际情况是人畜共粮、粮饲不分，面临着粮饲供需矛盾的双重压力。据全国饲料工业办公室预测，到2010年、2020年，全国能量饲料资源缺口分别为4300万t和8300万t，蛋白质饲料缺口分别为3800万t和4800万t（卢良恕等，1995）。然而农作物秸秆作为一种非竞争性资源，在我国用作饲料的不足10%（冀凤杰，2002）。如果能充分、有效的利用这些资源，将成为缓解当今人类面临的“粮食、能源、环境”三大危机，以及实现农业可持续发展的重要途径之一。但由于秸秆饲料粗纤维含量高，蛋白质、可利用矿物质含量低，畜禽消化率低，适口性差，因而限制了它的应用，在饲喂动物时必须进行预处理。纵观秸秆饲料工业的发展，已经走过了三个阶段——青贮、氨化及目前正在兴起的微生物发酵处理。

1微生物发酵秸秆饲料的研究意义

农作物秸秆在自然条件下是一种劣质饲料，其特点是：蛋白质含量低，而且品质不佳；粗纤维含量高，其中不易被家畜消化的木质素含量较高，有些秸秆质地粗硬，适口性差，采食率极低。提高秸秆饲用价值的实质，就是在以秸秆为日粮基础成分的情况下为瘤胃微生物的生长繁衍提供适宜条件。常用的方法主要有物理处理、化学处理、微生物处理及改进日粮搭配。我国目前主要采取秸秆青贮和秸秆氨化两项成熟的技术处理秸秆。由于秸秆青贮受季节限制，饲料中有益菌群单一，蛋白质含量低，而且因为酸度较低，在取料时很容易造成“二次发酵”，即霉菌感染，使外层青贮料发黑、发霉，不能喂牲畜而浪费掉；同时，青贮若以农作物秸秆为原料，有时要以牺牲籽实的收成为代价。而秸秆氨化成本较高，成熟后若一次使用不完，往往发霉变质，而且饲喂量太大时易引起氨中毒，适口性差，与农业争肥。时至2000年，全国氨化秸秆仅占秸秆资源的0.85%，青贮占全国青贮资源的4%，绝大部分秸秆被浪费。

微生物发酵秸秆饲料具有成本低、消化率高、适口性好、秸秆来源广泛、制作季节长、保存期长、不争农时、无毒无害、制作简便、蛋白质含量高、营养成分丰富的特点，它部分消除了青贮、氨化的不足，改善了秸秆的柔软性和适口性，提高了安全性，成为当前最具应用潜力和发展前景的秸秆饲料生产技术。

1. 1秸秆发酵饲料能降低养殖成本，获取良好的经济效益

用秸秆发酵饲料来养畜，并不是不喂精饲料，只是把秸秆通过科学的加工处理，提高秸秆的营养价值和消化率，改善其适口性，用以替代牧草和少量精饲料，以最小的投入换取最大的效益。

1.2秸秆发酵饲料实现了资源的充分利用

我国可以制作发酵饲料的秸秆资源十分丰富，收获了粮食后的各类禾本科作物，如麦秸、稻草、玉米秸、高粱秸、棉秸以及豆科秸秆、薯藤、无毒野草等都可以用来制作微生物发酵饲料。这些秸秆只要通过科学合理的处理，就可以得到充分的利用。

1.3秸秆过腹还田，增加土壤中的养分含量

农作物的秸秆若不通过过腹还田，直接被翻到土壤里，由于秸秆里的有机质和钾的含量较多，而氮和磷的含量较少，埋在土壤中要经过相当长的时间才能分解，尤其是含量高达70%～80%的纤维素、半纤维素要经过数月才能分解，含量占10%～15%的木质素要经过数年完成，因此不但不能及时为土壤提供营养，反而在分解过程中与作物争氮肥。此外，秸秆在土壤潮湿厌氧环境中还能产生大量对植物幼芽有害的物质，能抑制植物根系和幼苗的生长。但秸秆经过牲畜过腹还田，其分解的速度就快得多了，而且能较快地增加土壤中的养分含量。过腹还田还可以杀灭秸秆上的一些作物害虫、杂草种子，对下一年作物生长很有好处。

1.4秸秆资源充分利用可减轻环境污染

大量秸秆过腹还田，不仅降低了农产品成本，提高市场竞争力，促进农业增产，减少生态灾害的发生几率，也减轻了焚烧秸秆所引起的大气污染。由于焚烧秸秆，烟雾造成一些机场航班不能正常起降，高速公路汽车“追尾”，酿成严重交通障碍和恶性事故。这种日益严重的秸秆焚烧已引起国家领导人的高度关注，中央六部委早已发文明令禁烧，但仍屡禁不止，主要原因是剩余秸秆暂时还没有找到更多的出路。因此，发展微生物发酵秸秆既有生态效益，又有经济效益和社会效益，一举多得。 

早在20世纪70年代，国内外学者就开始研究秸秆的微生物发酵方法，以提高其饲用价值。目前，美、日、欧洲、中南美洲、东南亚等地均在使用，并有推广普及的趋势。我国自20世纪90年代以来研究较多，并取得了一定的成果。

2微生物发酵秸秆饲料的研究现状

选择优良的微生物菌株，采用适当的发酵技术，是生产实际中要解决的关键问题。

2.1微生物发酵秸秆的原理

微生物发酵秸秆饲料的原理是利用高活性微生物菌剂，主要有霉菌、酵母及细菌的一些类群，其一是利用霉菌分泌多种酶类，同时将饲料中纤维物质、淀粉及果胶等转化为各种糖类；二是利用酵母和乳酸类细菌将饲料的某些成分进一步合成营养价值较高或适口性较好的物质，如蛋白质、氨基酸、维生素、有机酸、未知生长因子等。

2.2微生物发酵秸秆的制作工艺

微生物发酵秸秆饲料的制作工艺可分为厌氧发酵和需氧发酵、固体发酵和液体发酵等。液体发酵有摇瓶和发酵罐接种两种，摇瓶培养产量低，只适用斜面菌种的扩大培养，发酵罐发酵适合于大规模生产，液体发酵制种时间短，效率高，菌种活力强，容易制作纯种，污染少，接入原料后能很快吃料，因纯种而很快形成优势生长，几乎没有迟滞期。但一次性投资很大，能耗高，要求辅助设备和专业技术性高，菌种存放困难。固体发酵即传统的制曲法，这种方法具有投资小，方法简单，容易掌握，菌种容易存放的特点，但是周期长，效率相对较低，制曲过程中易污染，不好控制，在接入原料后有迟滞期，适合于个体养殖户或小型乡镇企业。现在开展的微生物发酵秸秆饲料一般是采用厌氧固体发酵，其工艺流程如下：

技术要点：①菌种复活：将菌剂溶于水或1%蔗糖液中，是菌种复活。复活菌剂当天用完；②秸秆切碎或揉搓：养牛用长度为5cm～8cm，养羊用长度为3cm～5cm或揉搓。这关系到装窑秸秆的铺平、压实的程度，以及减少开窑后发酵秸秆的二次发酵程度；③调节水分：将秸秆水分调节至70%左右（一般在酵母菌、乳酸菌发酵的情况下），这关系到发酵程度；④铺平、压实：这两者关系到装窑秸秆的厌氧程度，厌氧状态的维持状况，开窑后容易层层取料、减少有氧发酵；⑤密封：可防止在发酵期空气进入，确保发酵质量。饲喂期每次取完料后，在发酵料表面铺一层塑料膜，尽可能减少与空气的接触面积和二次发酵。

2.3微生物发酵秸秆的菌种

秸秆发酵饲料中菌种是至关重要的，目前常用的菌种有：霉菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌等。菌种因发酵饲料的营养要求、发酵工艺和原料的不同而有差异，相应的菌种应达到以下要求： A、能够分解纤维素。B、能够利用无机氮转化为菌体蛋白，合成和分泌更多的营养物质。C、能够改变原料的适口性。D、能够产生多种分解酶。E、菌种必须是安全的。F、具有促生长快的优势特性。G、菌体耐性高，不容易自溶分解（李彩霞，2000）。

3微生物发酵秸秆的应用效果

3.1感官效果

优质发酵秸秆呈金黄色或褐色，如有霉烂、霉结块，则质量低劣；手感松散、质地柔软、比较湿润为宜。若手感发粘，或者粘在一块，说明开始霉烂；有的虽松散，但干燥粗硬，也属不良饲料，多为水分偏低所致。而气味则带有酸香、醇香味为佳。若有强酸味，表明乙酸过多，是水分过多或高温所致。若有腐臭的丁酸味、霉味等则不能饲喂，这是由于压实程度不够和密封不严，因有害微生物污染造成的。

3.2饲喂效果

孟庆翔等（1999）研究报道，给生长育肥牛饲喂8周微生物处理小麦秸，使小麦秸的干物质进食量提高19.4%(P﹤0.001),日增重提高22.9%（P﹤0.001），饲料转化效率提高20.7%（P﹤0.001）。微生物发酵小麦秸与未发酵小麦秸相比，微生物发酵小麦秸的化学成分均有不同程度的变化。（表1）。

表1微生物发酵秸秆的主要化学特性项目[]未处理小麦秸[]发酵小麦秸常规化学成分CP/%[]3.30±0.08[]5.9±0.17NDF/%[]83.1±0.05[]79.1±0.86ADF/%[]59.9±0.32[]57.5±0.74纤维素/%[]45.4±0.23[]42.8±0.12半纤维素/%[]23.1±0.27[]21.9±0.92灰分/%[]7.5±0.46[]7.6±1.23发酵参数pH值/（%DM）[][]5.1乳酸/（%DM）[][]3.78乙酸/（%DM）[][]4.62丙酸/（%DM）[][]0.69丁酸/（%DM）[][]1.78其中，粗蛋白含量（包括尿素氮量）提高78.8%，NDF、ADF、纤维素、半纤维素含量分别下降4.8%、4.5%、5.7%和5.2%，而木质素和灰分含量没有明显改变。

宋金昌等（2000）报道秸秆生化培养剂发酵稻草，蛋白质可提高2.6%～3.5%，粗纤维可降低12%～16%，饲喂肉牛后日增重达到500～1833g。王汝富（2001）曾用发酵活干菌处理玉米秸秆，其粗蛋白提高2.4%，饲喂肉牛日增重提高73.5%。河北省玉田县进行大规模秸秆微贮饲料饲喂肉牛对比试验，平均日增重894g，比氨化饲料组多增重172g，比对照组增重319.45g。（杨文大，2000）。

生物处理玉米秸秆饲喂绵羊，可使其表观消化率提高35.3%，采食量增加（P﹤0.05），同时提高羊的增重（P﹤0.01）（李秋玫，2001）。

孟冬丽（2001）秸秆厌氧发酵活干菌的研究报道，用绵羊进行消化试验证明，秸秆微贮饲料体内消化率为DM55.68%，CF71%，OM57.04%，分别比未处理麦秸提高21.14%，43.77%和29.40%。麦秸处理前后总能量无损失，而消化率和代谢能比未处理麦秸提高了36.28%和21.25%。经牛羊饲养试验证明，采食速度提高40%～43%，采食量增加20%～40%。在同样的饲养管理条件下，试验绵羊日增重30.91g，育肥牛日增重1.28kg，犊牛日增重702g。牛乳中的乳糖、乳脂及干物质比对照组提高4.35%、6.63%和5.99%。

潘锋等（2001）采用真菌、酵母和白地霉发酵稻草，可使粗蛋白提高224.98%，纤维素、半纤维素降解率分别为29.49%、17.58%。李日强（2001）用青霉、白地霉等发酵玉米秸秆后粗蛋白提高259.6%，纤维素降解率由38.17%下降到36.07%。陈敏（1999）试验证明康氏木霉和热带假丝酵母发酵稻草，产物的粗蛋白增加量（绝干）达到18.86%，同时粗纤维含量下降14.6%。我国近年用尼纤87号菌种发酵粗饲料，可使真蛋白提高0.6%，粗纤维降低21%。广东微生物研究所采用4321系列菌株、868协生菌组，用固态发酵法生产发酵草粉，使低质杂草的蛋白质含量从5.9%提高到20%。新疆乌鲁木齐海星农业科学技术推广服务站研制生产的“微贮王”，可利用秸秆等粗饲料，生产优质微贮饲料。据试验，经微贮的麦秸干物质体内消化率提高24.14%，粗纤维体内消化率提高43.77%，有机物质体内消化率提高29.4%，代谢能达8.73MJ/kg（李建国等，2001）。

目前许多报告都称秸秆经发酵或微贮后喂猪，可大幅度降低养猪成本。实际上秸秆经过处理后喂猪虽然有一定效果但没有报告中那么大。秸秆主要成分是粗纤维(由纤维素、半纤维素、木质素组成)。猪是单胃动物，它的胃只能分解少量纤维素，对半纤维素和木质素没有分解利用的能力,粗纤维在日粮中占的比例大，还会影响其他营养成分的消化吸收。

4微生物发酵秸秆饲料研究中存在的问题

目前微生物发酵秸秆饲料的研究还存在以下问题：①秸秆的纤维素、木质素与蜡质紧密结合在一起，防止和降低了各种酶的活性；②菌种在制作中的培养、干燥、分装、保存过程和加工中的高温、机械、制粒等过程都有可能减少菌种的活性；③发酵秸秆饲料对各类家畜的营养作用缺乏比较深入的研究；④因发酵菌种、工艺、管理等因素的不同，其发酵品质差异很大。冯仰廉（2001）研究发现，如果菌种选择不当，会造成瘤胃微生物菌群的紊乱；由于干枯秸秆中不含胡萝卜素，所以会造成维生素A缺乏症。

秸秆资源是尚未充分开发利用的最大量的碳水化合物资源，而微生物是尚未充分开发利用的三大生物资源之一。微生物发酵秸秆饲料将上述两者有机结合、统一起来，将两者所具有的优势巧妙的开发出来。虽然目前还存在一些缺陷，但作为一种非竞争性饲料资源开发技术，从农业可持续发展的角度来看，发展微生物发酵秸秆饲料是必然趋势。1996年国务院《1996-2000年全国秸秆养畜过腹还田发展纲要》中，秸秆微贮已正式列为成熟技术向全国推广。加强其基础理论研究和应用研究，将为秸秆资源和微生物资源的开发利用提供广阔的前景。

参考文献：

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［3］潘锋，史小丽.多菌种混合发酵稻草生产蛋白饲料的研究［J］.粮食与饲料工业，2001,8：25-26

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［6］李彩霞，李鹏.微生态高蛋白秸秆饲料研究中的各种问题［J］.饲料研究，2000，8：28-33

［7］孟冬丽.秸秆厌氧发酵活干菌的研究及应用［J］.饲料研究，2001，5：30-32

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［9］张文举，王加启，龚月生等.秸秆饲料资源开发利用的研究进展［J］.国外畜牧科技，2001，28(3)：15-18

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［11］冀凤杰.粗饲料生物发酵剂研究及进展［J］.吉林畜牧兽医，2002，11：5-7

［12］Dusan J et.al,Appl.Microbiol 1997,43:133-137

［13］Quinlin,Feed Management 1991,42:26-32

［责任编辑：杨子红］

Research and Application of Fermented Straw Feed

MA Ming-jun1TAN Ge2

(1.Bioengineering Department, Hubei Three Gorges Vocational and Technical College, Yichang 443000, Hubei, China;2.Yichang Animals Quarantine Station, Yichang 443000, Hubei, China)

Abstract: The fermentation of microorganism of straw Feed is to take advantage of highly active microorganism vaccine and make certain composition in the feed compose some substances having high nutrition value and better taste, and thus the straw becomes a kind of soft, puffy and delicious coarse feed. The fermentation of microorganism is one of the effective ways to solve the contradiction about man and livestock’s fight for grain.

Key Words: crop straw；fermentation；feed；living-on-grass livestock