日糧類型對(duì)奶牛能量代謝的影響

內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院 娜仁花中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 董紅敏

奶牛為了維持生長(zhǎng)和高水平的產(chǎn)奶性能，需要從日糧中獲取滿足需要的以及符合飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的營(yíng)養(yǎng)成分。即合理地配合、加工奶牛的日糧以及對(duì)奶牛進(jìn)行科學(xué)的飼養(yǎng)管理是提高奶牛對(duì)飼料轉(zhuǎn)化效率與生產(chǎn)效益的重要保證。奶牛雖然對(duì)低質(zhì)粗飼料有較高的消化能力，但是能量如果不平衡時(shí)，不僅造成能量的浪費(fèi)及生產(chǎn)水平的下降，而且產(chǎn)生的甲烷是造成氣候變暖的主要成分。目前，國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)條件下對(duì)奶牛進(jìn)行不同日糧對(duì)奶牛能量代謝的影響以及利用六氟化硫（SF6）示蹤法進(jìn)行泌乳奶牛的甲烷（CH4）排放測(cè)定鮮見(jiàn)報(bào)道。

本研究用不同類型日糧飼喂奶牛，在生產(chǎn)條件下對(duì)泌乳奶牛的能量平衡進(jìn)行測(cè)定，研究不同日糧類型對(duì)奶牛能量代謝的影響以期為有效改善能量平衡，提高飼料利用率，改善畜產(chǎn)品質(zhì)量和降低飼養(yǎng)成本，減少環(huán)境影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)動(dòng)物及試驗(yàn)日糧 選用12頭身體健康、體重及泌乳期相近的3～5歲中國(guó)荷斯坦奶牛作為試驗(yàn)動(dòng)物。以玉米、麥麩、青貯玉米、玉米干秸稈為主要原料配制3種不同精粗比的試驗(yàn)日糧，分別為40∶60的秸稈型A日糧（粗料為干玉米秸稈）、40∶60 和 60∶40 的青貯型 B 及 C 日糧（粗料均為青貯玉米），試驗(yàn)原料及試驗(yàn)日糧的營(yíng)養(yǎng)水平分別見(jiàn)表1和表2。

表1 試驗(yàn)原料的營(yíng)養(yǎng)水平

表2 試驗(yàn)日糧的主要營(yíng)養(yǎng)成分

試驗(yàn)?zāi)膛＞虾痛至系娘曃勾螖?shù)分別為每日2次和3次。日擠奶2次，自由飲水。

1.1.2 SF6滲透管及牛扼的制備 制備SF6滲透管時(shí)，將外徑12 mm、內(nèi)徑9.5 mm、長(zhǎng)度30 mm的圓柱體銅管浸入液氮（-196℃）中，待管體溫度和液氮相同時(shí)，取出管體，向其中迅速注入約1200 mg的SF6純氣，將螺帽擰緊，然后把SF6滲透管放在溫度為39℃的生化培養(yǎng)箱中，并通入大約40 mL/min流量的氮?dú)?，以模擬反芻動(dòng)物瘤胃環(huán)境。每隔7 d稱量取SF6滲透管重，對(duì)滲透管重隨時(shí)間變化減少的趨勢(shì)進(jìn)行線性回歸分析，回歸方程的斜率即為SF6的滲透速率。然后挑選出SF6剩余量≥400 mg、SF6滲透速率≥1.8 mg/d的滲透管準(zhǔn)備放入奶牛瘤胃內(nèi)。

牛扼采用pvc管制成密封的U型形狀，安裝有可開(kāi)關(guān)的閥門。使用之前抽成真空，使壓力達(dá)到-0.08 MPa以上，安裝前保證牛扼在24 h內(nèi)保持真空狀態(tài)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將12頭奶牛根據(jù)年齡和泌乳期分為3組，每組4頭。3組奶牛依次飼喂A、B、C三種日糧。試驗(yàn)期25 d，其中預(yù)飼期15 d，氣體及糞尿采樣期分別為5 d。

1.2.2 樣品的采集和制備 在預(yù)飼期內(nèi)將已知滲透速率的SF6滲透管放置到相應(yīng)試驗(yàn)牛的瘤胃內(nèi)，氣體采樣期間記錄每次打開(kāi)牛扼和關(guān)閉牛扼結(jié)束采樣的時(shí)間，保證牛扼中收集的氣樣為奶牛24 h呼出的氣體。每天早上飼喂牛前更換牛扼收集氣樣，每次采集2袋氣樣作為平行樣進(jìn)行SF6和CH4濃度的測(cè)定。

糞尿采樣期間將奶牛進(jìn)行單頭定位飼養(yǎng)，試驗(yàn)牛只能站立、蹲臥、不能轉(zhuǎn)身。采用自制的糞尿接收裝置在采樣期內(nèi)按個(gè)體全天收集試驗(yàn)牛的全部糞便和尿液，并進(jìn)行稱重，混合均勻后分別制樣。

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)及方法 CH4濃度測(cè)定：SF6和CH4濃度由帶工作站的島津GC-14B型氣相色譜儀 （日本島津公司生產(chǎn)）測(cè)定，電子捕獲檢測(cè)器（ECD）測(cè)定SF6濃度，火焰離子檢測(cè)器（FID）測(cè)定CH4濃度。色譜條件：柱溫 80℃，進(jìn)樣口溫度100℃，檢測(cè)器溫度 200℃，空氣流速50 mL/s，氫氣流速60 mL/s，氮?dú)饬魉?70 mL/s，進(jìn)樣量1 mL。 SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度為 10.4×10-12V/V，CH4標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度為24.9×10-6V/V。

通過(guò)測(cè)定SF6和CH4濃度，用下列公式計(jì)算出CH4的排放速率。

式中，RCH4為反芻動(dòng)物甲烷排放速率，L/d；RSF6為SF6的釋放速率，mg/d；6.518為SF6的密度，kg/m3；CH4為采樣氣體中 CH4的濃度，10-6V/V；SF6為采樣氣體中SF6的濃度，10-12V/V。

糞便總能和尿能的測(cè)定∶采用ISO9831∶1998方法。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)分析 用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，以SAS統(tǒng)計(jì)軟件中ANOVA過(guò)程進(jìn)行方差分析，Duncan’s法進(jìn)行多重比較，試驗(yàn)結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 日糧類型對(duì)奶牛能量代謝的影響 從表3可見(jiàn)，日糧精粗比相同（40∶60）條件下，秸稈型日糧的糞能顯著高于青貯型日糧（P＜0.05），同時(shí)該日糧的能量消化率顯著低于青貯型日糧 （P＜0.05），原因在于秸稈型日糧的粗纖維含量高而且品質(zhì)較為低劣。糞能的高低與動(dòng)物攝入的碳水化合物含量也密切相關(guān)，與TC攝入量間呈強(qiáng)正相關(guān)（R2=0.929），如圖 1。 本試驗(yàn)中，A、B、C 三種日糧總碳（TC）攝入量分別為 5.07、3.87、4.36 kg/d，與其糞能值的結(jié)果表現(xiàn)一致。

粗料均為青貯玉米時(shí)，糞能、能量消化率同樣隨著精料比例的增加而增加，差異不顯著 （P＞0.05）。消化能隨著精料比例的增加而顯著增加（P＜0.05）。秸稈日糧的糞能占攝入總能的比例（FE/GE）顯著高于青貯型日糧（P ＜ 0.05），B 日糧和C日糧間差異不顯著（P＞0.05）。

尿能結(jié)果表現(xiàn)為C日糧﹥B日糧﹥A日糧，各組無(wú)顯著差異 （P＞0.05）；尿能占總能的比例（UE/GE）為B日糧﹥C日糧﹥A日糧，B日糧分別比C和A日糧高9.66%、23.89%，C日糧比A日糧高12.98%，差異不顯著（P＞0.05）；尿能占消化能（UE/DE）的結(jié)果為B日糧﹥A日糧﹥C日糧，B日糧分別比A和C日糧高6.24%、9.66%，A日糧比C日糧高3.22%，差異不顯著 （P＞0.05）。

表3 不同試驗(yàn)日糧對(duì)奶牛能量代謝的影響

圖1 TC攝入量與糞能的關(guān)系

本研究中秸稈型日糧的甲烷能（CH4E）及甲烷能／總能（CH4E/GE）顯著高于青貯型日糧（P＜0.05），粗料均為青貯玉米時(shí)隨日糧精料水平的增加CH4E及CH4E/GE明顯下降（P＞0.05）。日糧精粗比相同情況下，秸稈型A日糧組的消化能占總能的比例 （DE/GE）以及代謝能占總能的比例（ME/GE）均低于青貯型日糧，差異顯著 （P＜0.05），粗料均為青貯玉米條件下，高精比（60∶40）C日糧組的DE/GE以及ME/GE略高于低精比（40∶60）B 日糧組，差異不顯著（P ＞ 0.05）。 高精比C日糧的代謝能顯著高于低精比B日糧和秸稈型A 日糧（P ＜ 0.05）。

2.2 日糧類型對(duì)奶牛日糧能量損失的影響 A、B、C三種日糧從攝入總能中通過(guò)糞便、尿液、甲烷等途徑一共損失的能量為 103.25、69.46、73.62 MJ/d，它們分別占總能的比例為51.65%、42.63%、41.05%。說(shuō)明青貯玉米代替干玉米秸稈或適當(dāng)增加日糧中精料比例均可以減少能量的損失。

A、B、C三種日糧糞能占損失能的比例為79.84%、73.94%、76.48%；尿能能占損失能的比例為6.57%、9.85%、9.33%；甲烷能占損失能的比例為13.59%、16.21%、14.19%，由此可見(jiàn)，日糧能量主要通過(guò)糞便途徑損失。

3 討論

動(dòng)物采食飼料后，蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪通過(guò)消化吸收進(jìn)入體內(nèi)，經(jīng)過(guò)一系列的代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的能量最終以ATP的形式滿足機(jī)體的各種需要，其中碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生的乙酸、丙酸、丁酸等揮發(fā)性脂肪酸（VFA）是反芻動(dòng)物主要的能量來(lái)源，研究表明，VFA能約占反芻動(dòng)物攝入可消化能的70% ～80%（馮仰廉，2006）。飼料中的能量不能被動(dòng)物完全利用，通過(guò)糞便、尿液、甲烷氣體等途徑要損失浪費(fèi)一部分，因此日糧類型對(duì)動(dòng)物能量代謝影響較大。糞能（FE）約占飼料攝取總能（GE）的 1/3（王新謀，1997），是飼料能量中損失最大的部分。糞能的多少與飼料性質(zhì)有很大的關(guān)系，反芻動(dòng)物采食粗料時(shí)糞能占總能的40%～50%，采食精料時(shí)為20%～30%，采食低質(zhì)粗料時(shí)為 60%（楊鳳，2006）。 在本研究中，A、B、C 三種日糧的糞能占總能的比例分別為41.24%、31.52%、31.39%，而且秸稈型日糧A顯著高于青貯型日糧B和C（P＜0.05）。

日糧精粗比對(duì)能量代謝也有一定的影響。王吉峰（2004）利用精粗比為 30∶70、50∶50、65∶35 的日糧（粗料由羊草、苜蓿干草及玉米青貯組成）飼喂泌乳奶牛的研究數(shù)據(jù)表明，其糞能、消化能（DE）以及能量消化率均隨著精料比例的提高而顯著增加（P＜0.05）。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，高精比C日糧（60∶40）的糞能、能量消化率分別比低精比B日糧（40∶60）增加了 9﹒62%、0﹒19%，但差異不顯著（P＞0.05）。C日糧消化能比B日糧顯著增加了10﹒26%（P ＜ 0.05）。

飼料中可消化能并不能完全被機(jī)體所利用，其中一部分隨尿液排出，尿能（UE）是尿中蛋白質(zhì)的代謝產(chǎn)物——含氮有機(jī)物的能量。尿能的多少?zèng)Q定于飼料的結(jié)構(gòu)，尤其是飼料中蛋白質(zhì)水平、尿中氮含量、氨基酸平衡情況、能量攝入狀況、飼料中有害成分（如芳香油等）的含量等方面。由于C日糧組的蛋白質(zhì)攝入水平要明顯大于其他兩組，因此其尿能分別比A、B日糧高1.33%、0.44%。尿能損失量較為穩(wěn)定，反芻動(dòng)物的尿能約占總能的3%～5%（王新謀，1997）。用牛體內(nèi)法實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，混合日糧的尿能占消化能平均為3.67%，稻草的尿能占消化能平均為5.75%（馮仰廉，2006）。 本研究中，A、B、C 三種日糧的尿能占總能比例范圍為3.39%～4.20%，尿能占消化能為5.59%～6.13%，和報(bào)道較為一致。

CH4是反芻動(dòng)物飼料中碳水化合物在其瘤胃內(nèi)發(fā)酵時(shí)必然產(chǎn)生的一種氣體，其產(chǎn)生量主要受飼料類型、采食量、環(huán)境溫度與食糜外流速度等的影響。而飼料類型對(duì)其的影響主要是通過(guò)瘤胃內(nèi)發(fā)酵模式產(chǎn)生。關(guān)于飼料對(duì)動(dòng)物甲烷排放影響，多數(shù)在實(shí)驗(yàn)室條件下采用呼吸代謝室測(cè)定 （韓繼福等，1997），目前已有研究者在生產(chǎn)條件下采用不同方法進(jìn)行了日糧類型對(duì)肉牛、奶牛CH4排放的研究（孫德成，2008；游玉波，2007；樊霞等，2006；彭小培，2002；Hironaka 等，1996）。 甲烷能意味著飼料總能的浪費(fèi)。通過(guò)甲烷損失的能量占攝入總能的5% ～12%（Holter和Yong，1992）。 本試驗(yàn)中，三種日糧CH4能占飼料總能（GE）的比例分別為7.13%、6.50%、5.91%，說(shuō)明改變飼料類型對(duì)甲烷能的減少具有明顯的效果。該結(jié)果與國(guó)內(nèi)其他研究報(bào)道的范圍較為一致，具體比較見(jiàn)表4。因此利用營(yíng)養(yǎng)調(diào)控技術(shù)，控制反芻動(dòng)物甲烷產(chǎn)生，是提高能量轉(zhuǎn)化率的有效措施，對(duì)提高反芻動(dòng)物生產(chǎn)水平和飼料轉(zhuǎn)化率意義重大。

表4 不同用途牛間CH4E/GE的影響比較

4 結(jié)論

4.1 青貯型B和C日糧（粗料為青貯玉米，精粗比 40∶60和 60∶40）糞能分別比秸稈型 A 日糧（粗料為干秸稈玉米，精粗比40∶60）減少了37.69%和31.70%，能量消化率分別比A日糧提高了16.41%和 16.76%，均差異顯著（P ＜ 0.05），說(shuō)明玉米秸稈經(jīng)過(guò)青貯處理后有助于提高其能量消化率。粗料均為青貯玉米時(shí)，糞能和能量消化率隨著精料比例的提高而增加，均差異不顯著 （P＞0.05）。尿能結(jié)果為C日糧﹥B日糧﹥A日糧，差異不顯著（P ＞ 0.05）。

4.2 A日糧的甲烷損失能分別比B和C日糧提高了24.60%和34.26%，顯著高于青貯型日糧（P＜0.05），粗料均為青貯玉米條件下隨日糧精料水平的增加甲烷能下降了7.19%，差異不顯著（P＞0.05）。玉米秸稈經(jīng)青貯處理或適當(dāng)提高精料比例可以降低甲烷能的損失。

4.3 三種日糧損失的能量（從糞便、尿液、甲烷途徑）分別占攝入總能的比例為51.65%、42.63%、41.05%，說(shuō)明青貯玉米代替干玉米秸稈或適當(dāng)增加日糧中精料比例均可以減少能量的損失。其中糞能占損失能的比例分別為79.84%、73.94%、76.48%，尿能能占損失能的比例為6.57%、9.85%、9.33%，甲烷能占損失能的比例為13.59%、16.21%、14.19%，表明奶牛能量的損失主要通過(guò)糞能，其次為甲烷能和尿能，這和日糧類型無(wú)關(guān)。

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