利用CNCPS V5.0預(yù)測(cè)我國(guó)雜種肉牛干物質(zhì)采食量的效果評(píng)價(jià)

杜晉平,楊曉林,殷裕斌,李助南,曹志華

(長(zhǎng)江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

利用CNCPSV5.0預(yù)測(cè)我國(guó)雜種肉牛干物質(zhì)采食量的效果評(píng)價(jià)

杜晉平,楊曉林,殷裕斌,李助南,曹志華

(長(zhǎng)江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

通過2個(gè)動(dòng)物試驗(yàn)比較了康奈爾凈碳水化合物和蛋白系統(tǒng)(CNCPS)模型預(yù)測(cè)的我國(guó)雜種肉牛干物質(zhì)采食量(DMI)與實(shí)際觀察值間的吻合程度，目的在于評(píng)估該模型是否適合于預(yù)測(cè)我國(guó)雜種肉牛生產(chǎn)性能。試驗(yàn)1選用45頭西門塔爾(♂)與蒙古牛(♀)雜交一代公牛隨機(jī)分為3個(gè)組，每組15頭；試驗(yàn)2選用60頭利木贊(♂)與福州牛(♀)雜交二代公牛,隨機(jī)分為4個(gè)組，每組15頭。各組中所有牛DMI實(shí)際觀測(cè)平均值作為該組牛DMI值，隨后對(duì)模型預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)際觀測(cè)值進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：(1)試驗(yàn)1中3個(gè)處理組分別有93%、80%和73%的點(diǎn)落在95%的置信區(qū)間內(nèi)，試驗(yàn)2的4個(gè)處理組分別有 87%、73%、73%和80%的點(diǎn)落在95%的置信區(qū)間內(nèi)，說明CNCPS較好地預(yù)測(cè)了我國(guó)雜種肉牛的DMI。(2)經(jīng)線性回歸分析，2個(gè)試驗(yàn)中觀察和預(yù)測(cè)的DMI間相關(guān)系數(shù)分別為0.83和0.79,具有較高的可信度；所有處理組的DMI誤差均方根(RMSE)都較小。由此說明,CNCPS對(duì)中國(guó)雜種肉牛DMI具有較好的預(yù)測(cè)能力。

康奈爾凈碳水化合物和蛋白質(zhì)體系模型；雜種肉牛；干物質(zhì)采食量；預(yù)測(cè)評(píng)估

準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)肉牛飼料采食量對(duì)于預(yù)測(cè)平均日增重以及營(yíng)養(yǎng)需要量都非常關(guān)鍵[1]。影響飼料采食量的因素包括生理因素(體組成，特別是體脂肪、動(dòng)物年齡、生理階段、體重、性別等)、環(huán)境因素(溫度、濕度、應(yīng)激、泥濘等)、管理和日糧因素(埋植生長(zhǎng)激素、添加瘤胃素、粗飼料質(zhì)量、日糧營(yíng)養(yǎng)素缺乏、飼料加工等)[2]。目前，關(guān)于肉牛干物質(zhì)采食量的研究，已經(jīng)有許多預(yù)測(cè)公式和模型?？的螤杻籼妓衔锖偷鞍紫到y(tǒng)第五版(CNCPS V5.0)是比較新的一個(gè)版本，包含了一個(gè)生物學(xué)基礎(chǔ)架構(gòu)，使得它能夠在比較廣的范圍內(nèi)，對(duì)不同品種、飼料、管理和環(huán)境條件下的動(dòng)物作出營(yíng)養(yǎng)需要、飼料利用和生產(chǎn)性能預(yù)測(cè)[3]。

CNCPS是一個(gè)基于瘤胃功能、微生物生長(zhǎng)規(guī)律、飼料的瘤胃消化和外流及動(dòng)物生理模型的飼料評(píng)價(jià)系統(tǒng)。CNCPS甚至已經(jīng)被擴(kuò)展開發(fā)用作農(nóng)場(chǎng)管理工具來進(jìn)行作物種植計(jì)劃，優(yōu)化“農(nóng)場(chǎng)自種植飼料”獲得最大飼料產(chǎn)量，降低購(gòu)買飼料的數(shù)量，優(yōu)化畜群結(jié)構(gòu)，降低飼料花費(fèi)，增加收入。

動(dòng)物品種、年齡、飼料及所處環(huán)境在不同國(guó)家和地區(qū)都有很大差別，為了使CNCPS在中國(guó)得到很好的應(yīng)用，需要大量的動(dòng)物試驗(yàn)驗(yàn)證。然而到目前為止，國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的研究很少[4]。為此，本研究對(duì)CNCPS V5.0用于預(yù)測(cè)我國(guó)雜種肉牛干物質(zhì)采食量的情況進(jìn)行了初步評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過2個(gè)獨(dú)立的肉牛飼養(yǎng)試驗(yàn)進(jìn)行肉牛干物質(zhì)采食量的預(yù)測(cè)效果評(píng)價(jià)。

試驗(yàn)1：在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)肉牛研究中心試驗(yàn)基地(北京金維福仁清真食品有限公司養(yǎng)殖廠)進(jìn)行。選用45頭西門塔爾(♂)與蒙古牛(♀)雜交一代公牛(平均初始體重387 kg)，按體重隨機(jī)分配到3個(gè)試驗(yàn)組。第1組為對(duì)照組(T1)，飼喂混合精料飼糧，第2組飼喂20%棕櫚仁粕飼糧(T2)，第3組飼喂40%棕櫚仁粕飼糧(T3)。試驗(yàn)牛單欄栓系飼養(yǎng)，每頭牛有獨(dú)立的料槽和水槽，自由采食和飲水。試驗(yàn)期從2008年1月31日至5月16日，共98 d。其中預(yù)飼期2周，正試期12周。每天喂料2次(6:00和17:00)。

試驗(yàn)2：地點(diǎn)同試驗(yàn)1。選用60頭利木贊(♂)與福州牛(♀)雜交二代公牛(平均初始體重345 kg)，按體重隨機(jī)分為4個(gè)組，每組15頭。第1組飼喂基礎(chǔ)日糧(T4，作為對(duì)照)，第2組每天添加5 g保護(hù)性賴氨酸(T5)，第3組每天添加10 g賴氨酸(T6)，第4組每天添加15 g賴氨酸(T7)。試驗(yàn)期從2008年6月6日至10月9日，為期126 d，其中預(yù)飼期2周，正試期16周，其他飼喂程序及管理同試驗(yàn)1。

1.2 試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定

2個(gè)飼養(yǎng)試驗(yàn)所用飼料根據(jù)Zhao等[4]所介紹的CNCPS推薦的方法測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。干物質(zhì)采食量的測(cè)定按照1.1所介紹的方法飼喂，每周連續(xù)3 d收集剩余飼料并稱重。記錄每頭牛連續(xù)3 d的采食量，其平均值作為該周該頭牛的平均采食量。每組中所有牛的采食量平均值作為該組牛采食量的觀測(cè)值。

試驗(yàn)期間，每天8:00和16:00采用溫濕度儀(610溫濕度儀，北京柏誠(chéng)佳通科技有限公司)記錄牛舍的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度。

1.3 模型輸入和輸出

將牛舍環(huán)境溫度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)和管理指標(biāo)全部輸入軟件(CNCPS V5.0)。表1和表2列出了所有CNCPS需要的輸入量及對(duì)應(yīng)值。利用模型軟件對(duì)單個(gè)牛只進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到個(gè)體干物質(zhì)采食量(DMI)預(yù)測(cè)值。

表1 評(píng)價(jià)CNCPS預(yù)測(cè)肉牛干物質(zhì)采食量時(shí)所需的各種輸入量描述Table 1 Description of the model inputs common to all the animals,within each trial group,used for evaluation of the DMI predictions by the CNCPS model

注：default，默認(rèn)值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

對(duì)比CNCPS預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)觀察值，用兩樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析。

評(píng)價(jià)模型精確性的一個(gè)方法是計(jì)算預(yù)測(cè)值與觀察值之差的偏移程度[5]，并設(shè)定可接受的最大范圍。本研究中，依據(jù)DMI平均值落在95%的置信區(qū)間之內(nèi)，設(shè)定DMI預(yù)測(cè)值可接受的最大范圍是-0.4～0.4 kg/d。

表2 試驗(yàn)日糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平Table 2 Composition and nutrition level of the diets fed to cattle

注：a為基礎(chǔ)日糧中粗蛋白含量，未計(jì)算添加的賴氨酸；b為基礎(chǔ)日糧中賴氨酸含量，未計(jì)算添加的賴氨酸量。

同時(shí)，模型預(yù)測(cè)能力采用對(duì)觀察值和預(yù)測(cè)值回歸的方法進(jìn)行分析[6]。分別對(duì)2個(gè)試驗(yàn)及其不同組別動(dòng)物的干物質(zhì)采食量進(jìn)行線性回歸分析，對(duì)回歸參數(shù)(截距、斜率、決定系數(shù)和誤差均方的平方根)進(jìn)行分析。

所有的統(tǒng)計(jì)分析均采用SAS 8.02軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 干物質(zhì)采食量觀察值和預(yù)測(cè)值的比較

分別對(duì)2個(gè)試驗(yàn)中不同組牛的干物質(zhì)采食量的觀察值和CNCPS預(yù)測(cè)值進(jìn)行了配對(duì)性的t檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。

從表3可以看到，試驗(yàn)1的觀察和預(yù)測(cè)的DMI都高于試驗(yàn)2。由于2個(gè)試驗(yàn)中動(dòng)物在同一個(gè)牛場(chǎng)和相似的管理?xiàng)l件下，因此可以認(rèn)為動(dòng)物品種選擇是造成此差異的一個(gè)重要原因(在應(yīng)用該模型時(shí)選用了純種的西門塔爾或利木贊牛作為默認(rèn)品種進(jìn)行預(yù)測(cè)，而本研究中的2個(gè)試驗(yàn)均為雜交牛)，另外2個(gè)試驗(yàn)中動(dòng)物初始體重的不同也可能是造成該結(jié)果的原因之一。在所研究的7個(gè)處理中，T1、T3和T4處理的平均數(shù)偏差(模型預(yù)測(cè)值減去觀察值)很小，顯示出模型較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)能力；但是其余的處理(T2、T5、T6和T7)有相對(duì)較大的平均數(shù)偏差，說明模型對(duì)這些處理的DMI預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性要差些。

2個(gè)試驗(yàn)中平均數(shù)偏差均為正值，揭示出本研究中模型高估了動(dòng)物的干物質(zhì)采食量。Zhao等[4]發(fā)現(xiàn)在所評(píng)估的12組牛中，CNCPS高估了其中3組的DMI，而低估了其余9組的DMI； Molina等[7]的研究中發(fā)現(xiàn)CNCPS均低估了DMI。這些研究與本研究所得結(jié)果并不一致，盡管本研究中CNCPS預(yù)測(cè)與實(shí)際觀察的DMI差值并不是很大(試驗(yàn)1最大為0.18，試驗(yàn)2最大為0.25 kg/d)。但試驗(yàn)1中棕櫚仁粕含較高的脂肪(8% DM)以及試驗(yàn)2中日糧較高的賴氨酸水平(由于添加了賴氨酸)可能是引起該結(jié)果的主要原因。結(jié)果說明在我國(guó)應(yīng)用CNCPS進(jìn)行采食量預(yù)測(cè)時(shí)，為使結(jié)果更加準(zhǔn)確，仍然需要進(jìn)一步的細(xì)化試驗(yàn)條件(如日糧類型、牛品種等)，并需要大量的動(dòng)物試驗(yàn)進(jìn)行校正。

試驗(yàn)1中T1和T3處理組DMI預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀察值差異不顯著(P=0.08和0.07)，而T2處理組差異顯著(P=0.03)；試驗(yàn)2中T4和T5處理組干物質(zhì)采食量預(yù)測(cè)值與觀察值間差異不顯著(P=0.12和0.05)，而T6和T7處理組差異極顯著(Plt;0.01和P=0.01)。試驗(yàn)1與試驗(yàn)2比較，有一個(gè)相對(duì)較小的差值(預(yù)測(cè)值減觀察值)平均數(shù)(試驗(yàn)1為0.07～0.18 kg/d，試驗(yàn)2為0.11～0.25 kg/d)，從數(shù)值上看似乎CNCPS對(duì)試驗(yàn)1中DMI預(yù)測(cè)的結(jié)果更準(zhǔn)確些，但由于2個(gè)試驗(yàn)中均有預(yù)測(cè)值與觀察值的顯著差異組存在，并不能說明本研究中CNCPS對(duì)哪個(gè)試驗(yàn)的DMI預(yù)測(cè)更準(zhǔn)確。

圖1顯示了試驗(yàn)1各組牛DMI預(yù)測(cè)值和觀察值的對(duì)比情況，從圖1可看出，大部分點(diǎn)(45個(gè)數(shù)據(jù)中有34個(gè))落在y=x線的上方，這也表明CNCPS高估了DMI(表3)。圖2顯示了試驗(yàn)1中3組牛DMI差值(預(yù)測(cè)值減觀察值)的分布情況。經(jīng)計(jì)算，試驗(yàn)1中3組分別有93%、80%和73%的點(diǎn)(14、12和11頭)落在95%的置信區(qū)間內(nèi)(差值為-0.4～0.4 kg/d)，這說明CNCPS對(duì)試驗(yàn)1的DMI具有較好的預(yù)測(cè)，可以用于實(shí)際生產(chǎn)中。

表3 觀察的和預(yù)測(cè)的干物質(zhì)采食量比較Table 3 Comparison of observed DMI and CNCPS-predicted DMI kg/d

圖1 試驗(yàn)1各組牛干物質(zhì)采食量觀察值和預(yù)測(cè)值比較Figure1 ComparisonofobservedDMIandCNCPS-predictedDMIinTrial1圖2 試驗(yàn)1各組牛預(yù)測(cè)與觀察的DMI之差分布Figure2 VariationofCNCPS-predictedminusobservedDMIvs.observedDMIinTrial1

圖3顯示了試驗(yàn)2中4組牛DMI預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀察值的關(guān)系，圖4顯示了試驗(yàn)2中4組牛DMI差值(預(yù)測(cè)值減觀察值)的分布情況。從圖3也可發(fā)現(xiàn)大多數(shù)點(diǎn)落在y=x的上方(60個(gè)數(shù)據(jù)中有44個(gè))，揭示出CNCPS高估了DMI(表3)。經(jīng)計(jì)算，試驗(yàn)2中4組分別有 87%、73%、73%和80%的點(diǎn)(13、11、11和12頭)落在95%的置信區(qū)間內(nèi)(差值為-0.4～0.4 kg/d)，同樣說明CNCPS較好地對(duì)試驗(yàn)2的DMI進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

圖3 試驗(yàn)2各組牛干物質(zhì)采食量觀察值和預(yù)測(cè)值比較Figure3 ComparisonofobservedDMIandCNCPS-predictedDMIinTrial2圖4 試驗(yàn)2各組牛預(yù)測(cè)與觀察的干物質(zhì)采食量之差分布Figure4 VariationofCNCPS-predictedminusobservedDMIvs.observedDMIinTrial2

2.2 觀察值和預(yù)測(cè)值的回歸分析

試驗(yàn)中對(duì)不同組牛觀察和預(yù)測(cè)的干物質(zhì)采食量(DMI)進(jìn)行了線性回歸分析，結(jié)果見表4。由表4可知，試驗(yàn)1中各處理組DMI觀察值和預(yù)測(cè)值有較高的相關(guān)系數(shù)且數(shù)值接近(0.93、0.80和0.81)，這說明對(duì)試驗(yàn)1中DMI的觀察值和預(yù)測(cè)值進(jìn)行相關(guān)分析是較為可信的。試驗(yàn)2中各組DMI觀察值和預(yù)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)變化范圍較大(0.57、0.68、0.92和0.80)，但T6和T7處理組的相關(guān)系數(shù)較大，說明這2組的相關(guān)分析是可信的。2個(gè)試驗(yàn)所有動(dòng)物比較，DMI觀察值和預(yù)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)接近(0.83和0.79)且達(dá)到一個(gè)較高的數(shù)值，表明CNCPS對(duì)DMI預(yù)測(cè)具有較好的可信度。

表4 觀察和預(yù)測(cè)的DMI回歸分析Table 4 Regression analysis of observed and CNCPS-predicted DMI

注：a:參數(shù)估計(jì)值±標(biāo)準(zhǔn)誤;b:RMSE:誤差均方的平方根，即剩余標(biāo)準(zhǔn)差。﹡表示Plt;0.05。

除了試驗(yàn)2的T4處理組斜率差異不顯著外，其余6個(gè)處理組的斜率差異均顯著(Plt;0.05)，說明所建立的回歸方程是有意義的。

決定系數(shù)(R2)的大小反映了所建立的回歸方程的可靠性高低。試驗(yàn)1各組有一個(gè)中等程度的決定系數(shù)(R2=0.87、0.64和0.66)，說明預(yù)測(cè)的DMI與觀察值相比較可以接受。試驗(yàn)2中各組的決定系數(shù)范圍變化 (R2=0.57、0.68、0.92和0.80)很大，其中T4處理組的值很小(R2=0.57)，而T6處理組的值最高(R2=0.92)，T7處理組的值中等(R2=0.80)，說明對(duì)T6和T7處理組的DMI有較好的預(yù)測(cè)。

試驗(yàn)各組的誤差均方根(RMSE)都很小，其中T1處理組最小而T5處理組最大。低的RMSE值說明CNCPS對(duì)各處理組DMI的預(yù)測(cè)都比較準(zhǔn)確。

3 討論與結(jié)論

CNCPS V5.0是針對(duì)動(dòng)物群體的飼料需求和養(yǎng)分排泄的預(yù)測(cè)而設(shè)計(jì)的[3]。因此雖然在本研究中2個(gè)試驗(yàn)都包含不止1個(gè)處理，但還是可以將其作為一個(gè)整體來比較觀察值和預(yù)測(cè)值間的差異。該模型預(yù)測(cè)干物質(zhì)采食量是基于可獲得的信息，如動(dòng)物來源因子、天氣條件、日糧營(yíng)養(yǎng)濃度、飼料可利用能等[4]，在此基礎(chǔ)上對(duì)單個(gè)動(dòng)物的采食量進(jìn)行預(yù)測(cè)。本研究中日糧根據(jù)NRC[2]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制，然后將各指標(biāo)輸入CNCPS，以每個(gè)處理(15頭)為單位計(jì)算預(yù)測(cè)的平均采食量，實(shí)際采食量根據(jù)記錄進(jìn)行計(jì)算和分析。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，本研究中沒有顯著的處理效應(yīng)(Plt;0.05)。

2個(gè)試驗(yàn)中動(dòng)物年齡為13～14月齡，差別不大，飼喂和管理方式相似，但動(dòng)物品種、原始體重、日糧代謝能水平及天氣條件差別很大，這些方面能代表中國(guó)北方地區(qū)典型的肉牛飼喂方式。但是，由于采用了CNCPS模型中用來預(yù)測(cè)1歲左右牛干物質(zhì)采食量的公式，可能導(dǎo)致了預(yù)測(cè)誤差的產(chǎn)生。該公式是在典型的北美條件下，以純種公牛為研究對(duì)象，同時(shí)飼喂高精料飼糧得出的，與本研究采用的雜種公牛和飼喂中等精料的情況是不同的。

利用線性回歸對(duì)預(yù)測(cè)和觀察的DMI進(jìn)行分析時(shí)，理想的模型需要滿足下面3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：(1)高的R2值(gt;0.75作為參照標(biāo)準(zhǔn))；(2)截距接近0(與0差異不顯著)；(3)斜率接近1(與1差異不顯著)。本研究中干物質(zhì)采食量的觀察值(Y變量)和模型預(yù)測(cè)值(X變量)的回歸方程有較高的R2值(R2=0.79)，截距與0差異不顯著(P=0.27)，但斜率與1差異顯著(Plt;0.01)，暗示了該模型對(duì)干物質(zhì)采食量的預(yù)測(cè)基本可以接受但存在一定偏差。

必須認(rèn)識(shí)到預(yù)測(cè)采食量并非易事，因?yàn)橹T多因素的相互作用(動(dòng)物和日糧等)都會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)產(chǎn)生影響[7,8]。而且在我國(guó)，由于可利用資料的限制及動(dòng)物品種的差異，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)肉牛采食量更困難。

本研究結(jié)果表明，CNCPS模型對(duì)我國(guó)生產(chǎn)條件下雜種肉牛干物質(zhì)采食量的預(yù)測(cè)基本可以接受，但仍然存在某些偏差，需要進(jìn)行大量的工作才能使該模型在我國(guó)得到更好的應(yīng)用。

[1]National Research Council.Predicting Feed Intake of Food-Producing Animal [M].Washington D C，USA:National Academy Press,1987.176～177.

[2]National Research Council.Nutrient Requirements of Beef Cattle(seventh revised ed)[M].Washington D C，USA:National Academy Press,1996.132～134.

[3]Fox D G,Tylutki T P,Tedeschi L O,etal.The net carbohydrate and protein system for evaluating herd nutrition and nutrient excretion:Model Documentation[M].Ithaca,New York,USA:Department of Animal Science,Cornell University,2003.41～82.

[4]Zhao J S,Zhou Z M,Ren L P,etal.Evaluation of dry matter intake and daily weight gain predictions of the Cornell Net Carbohydrate and Protein System with local breeds of beef cattle in China[J].Animal Feed Science and Technology,2008,142:231～246.

[5]Mitchell P L,Sheehy J E.Comparison of predictions and observations to assess model performance:a method of empirical validation[M].Boston,MA,USA:Kluwer Academic Press,1997.437～451.

[6]Mayer D G,Butler D G.Statistical validation[J].Ecol Model,1993,68:21～32.

[7]Molina D O,Matamoros I,Almeida Z,etal.Evaluation of the dry matter intake predictions of the Cornell Net Carbohydrate and Protein System with Holstein and dual-purpose lactating cattle in the tropics[J].Animal Feed Science and Technology,2004,114:261～278.

[8]Forbes J M.Integration of regulatory signals controlling forage intake in ruminants [J].J Anim Sci,1996,74:3029～3035.

2009-11-04

國(guó)家支撐項(xiàng)目 (2006BAD12B02-06，2008BADA7B04)

杜晉平(1974-)，男，山西鄉(xiāng)寧人，農(nóng)學(xué)博士，講師，主要研究方向?yàn)閯?dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料學(xué).

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2010.01.006

S815

A

1673-1409(2010)01-S019-06