肉羊隨意采食量預測模型研究進展

王 斐 李長青 金 海 薛樹媛 郭天龍 田豐 呼和

1 放牧家畜采食量的研究方法概述

放牧家畜干物質采食量（DMI）歷來是一個非常重要的研究領域，在生產(chǎn)實踐中，隨意采食量（Voluntary Intake，VI）的大小往往是動物營養(yǎng)的第一限制因素，是衡量動物生產(chǎn)性能和潛力的一項重要指標，是決定反芻家畜生產(chǎn)力水平高低的重要因素（Van soest，1994）。

國內(nèi)外許多學者在放牧家畜采食測定方法研究上注入了大量心血,進行了長期的研究。從20世紀70年代起，不少學者得出結論：飼草(料)采食量是反芻家畜生產(chǎn)力(泌乳和生長)的主要限制因子。是調整家畜所需能量或其他營養(yǎng)物質的供給以及家畜機體的總代謝速率的主要變量，是決定季節(jié)內(nèi)放牧和飼養(yǎng)管理的最適標準。準確掌握采食量的測定方法，對飼草(料)品質評定和家畜營養(yǎng)代謝調控具有十分重要的意義。

關于放牧家畜采食量的測定方法就有10余種,歸納起來可分為3類,即直接測定法、間接測定法和利用大部分基礎數(shù)據(jù)計算。當前國內(nèi)外測定放牧牛羊采食量的方法有大致以下幾種:①模擬采食法；②群牧差額法；③鹽酸不溶灰分法或木質素比例內(nèi)指示劑法；④內(nèi)外指示劑結合法；⑤食道瘺管采樣,三氧化二鉻外指示劑估測排糞量和兩級離體消化率法測定牧草消化率的“三結合法”；⑥類氮指數(shù)法；⑦反芻時間指數(shù)法；⑧稱重法(包括口罩法)；⑨自動儀器裝置直接測定法；⑩根據(jù)家畜生產(chǎn)性能計算等。

2 采食量測定方法

2.1 模擬采食法

選擇4～6個觀察個體,全天跟群放牧,記錄出牧、游走、采食、反芻、臥息和站立時間,以及歸牧時間。在家畜穩(wěn)定采食時,觀察其單位時間內(nèi)采食口數(shù),以及每種牧草的采食口數(shù),一般每天測定采食速度5次左右,每次測定延續(xù)10 min。在家畜采食點附近,模擬家畜采食的牧草種類、高度和數(shù)量,一般模擬采食200口左右。采食量計算方法如下:

I=IR×W×T

式中：I——采食量；

IR——采食速度；

W——單口采食量；

T——全天采食時間。

2.2 群牧差額法

群牧差額法就是用牧前、牧后草地牧草的減少量求得采食量的方法。在放牧圍欄內(nèi),選擇植被均勻的地段,放牧前刈草取樣測定其放牧面積上的牧前產(chǎn)量(A);放牧2～3 d,測定其剩余量(B),則A-B為家畜群體采食量,再求出每只家畜日平均采食量。在牧草生長季節(jié),放牧天數(shù)超過3 d以上時,在放牧區(qū)還應設置5～10個(1 m2/個)保護樣方，用以校正牧草生長量。采食量計算公式為:

I=M-Mf+g×△Me

式中：I——采食量；

M——牧前草地產(chǎn)量；

Mf——牧后草地剩余量；

G——牧草積累系數(shù)；

△Me——保護樣方牧草積累量。

2.3 內(nèi)指示劑法

選擇家畜3～5只，帶上特制不透水的集糞袋，收集全糞量，并測定其干物質含量。然后分別測定牧草與糞便中的內(nèi)指示劑含量，測定出干物質的消化率,利用下式計算采食量：

I=M/N×100

式中：I——采食量；

N——每100 g牧草中所含內(nèi)指示劑量；

M——糞便排出的內(nèi)指示劑量。

2.4 外指示劑法

所謂的外指示劑就是人為喂飼給家畜的某些牧草中本身不含有,且不被家畜消化吸收的物質。常用的外指示劑有Cr2O3、聚乙二醇、二氧化硅等。每天喂飼家畜一定數(shù)量的外指示劑,使其在消化道內(nèi)與家畜食物充分混合,從糞便排出時可抽取糞樣,測定這一指示劑在糞中所占的百分數(shù),推算出每日畜糞的排出量。

DM=W1/W2

式中：DM——日排糞量；

W1——每日食入外指示劑量(kg)；

W2——每千克糞中外指示劑量(kg)。

同時進行有機物消化率(DOM)的測定,然后計算采食量:

I=W/（100-DOM）

式中：I——采食量；

W——全糞中的有機物重量。

2.5 4 N鹽酸不溶灰分法

用集糞袋收集家畜排糞量,從中取糞樣50 g烘干后測定4 N鹽酸不溶灰分含量。在放牧時觀察家畜的采食行為,包括采食牧草的種類、留茬高度和部位,每天手工采集草樣2次,每次200 g(或用食道瘺管收集草樣最為理想),在70℃下烘干,然后將全部試驗草樣混合均勻,粉碎后200～250 g分析4 N鹽酸不溶灰分量。用下式計算:

I=F×a/b

式中：I——采食量；

F——家畜日排糞的干物質量；

a——糞干物質中AIA(4N不溶灰分)的含量(%)；

b——采食牧草干物質中AIA的含量(%)。

2.6 口罩糞袋法

選擇體重相同或相近的兩組家畜,每組6～10只(頭),放牧前分別稱量其體重,兩組家畜均用集糞袋和尿袋收集排糞量和排尿量,其中一組讓其自由采食稱為采食組,另一組戴上特制的口罩不讓采食稱為對照組。兩組家畜均隨大群放牧活動,牧后再稱其體重?？捎孟率接嬎悴墒沉?

I=W+F+(D-f)

式中：I——采食量；

W——采食組平均增加體重；

F——采食組平均排糞尿重；

D——對照組平均減輕體重；

f——對照組平均排糞尿重。

2.7 三結合法

三結合法即食道瘺管采樣,離體消化法測定牧草消化率,Cr2O3外指示劑估測排糞量。食道瘺管采樣可獲得放牧家畜真實采食牧草的樣品。Tilley等(1963)[7]首創(chuàng)了兩級離體消化,主要包括瘤胃液消化和酸性胃蛋白酶消化階段。Cr2O3估測排糞量的優(yōu)點在于避免母畜尿液污染和公、羯畜丟失糞便,同時解決收集全糞勞動量大的問題。三結合法用下式計算采食量：

I=FDM/（1-DMD）

式中：I——采食量；

FDM——排糞干物質量(g)；

DMD——牧草干物質消化率。

2.8 高度重量百分率法

此法首先測定各種牧草高度與重量的相對關系,制成重量-高度查對表,然后再根據(jù)放牧后牧草的剩余高度直接讀出采食牧草的重量。根據(jù)草地產(chǎn)量和采食率計算采食量。這一方法在美國使用已久,但它的缺點在于在制定查對表時,工作繁重且不易準確,至今未能廣泛使用。

2.9 糞N指數(shù)法

糞N是畜體內(nèi)源N的一部分,且代謝糞N與家畜所采食或消化的干物質成一定比例排出的。英國和新西蘭科學家首先發(fā)現(xiàn)放牧家畜的牧草消化率和糞N 濃度成正比 (Blaxter等，1948；Lancasten，1949)[8],后來研究發(fā)現(xiàn),全糞N排出量與采食量和糞便排出量的比率(I/F)關系更好,I/F與糞N的各種關系被廣泛用于放牧實驗,所建立的比較典型的回歸關系有I=bF+cFN；I=a+bFN；I=a+bF+cFN+dFN2和I=a+bFN2+cN。

此法已有許多科學工作者試驗，但準確性還有待于進一步研究，而且試驗前必須制定或驗證他人的回歸方程，然后使用，故此法只可配合食道瘺管使用，以供比較[9]。

2.10 根據(jù)家畜生產(chǎn)性能估測采食量

依據(jù)家畜維持代謝能、生產(chǎn)代謝能的需要與牧草中所含代謝能的關系,來計算采食量:

I=E(m+p)/Eh

式中：I——采食量；

E(m+p)——家畜維持代謝能與生產(chǎn)代謝能的總需要量；

Eh——牧草能量含量。

2.11 其它方法

龍瑞軍認為,通過測定與飼草水平密切相關的家畜尿液、血液或糞便中的代謝物水平將成為預測反芻家畜采食量的準確方法。他指出利用家畜體內(nèi)芳香族化合物的含量可以估測反芻動物采食量的潛力，但是現(xiàn)在還有待于進一步研究。

3 飽和烷烴技術

3.1 飽和烷烴技術的原理

Mayes(1986)提出植物表皮的蠟質是化學物質的混合物,包括:鏈烷、單酯、醇類、長鏈脂肪酸、β二酮等，對牧草而言,主要是飽和性碳氫化合物或稱飽和鏈烷烴(n－alkanes),它們通常由21～37個碳原子組成,在牧草中廣泛分布,易于分析。Grace(1986)發(fā)現(xiàn)這些鏈烷中,偶數(shù)碳原子含量少,奇數(shù)碳原子幾乎不被家畜吸收,在糞便中回收率高,這就暗示鏈烷烴是植物體內(nèi)在的一種標記。Dove(1992)和Mayes(1995)進一步研究表明,碳鏈越長,其回收率越高,且飽和鏈烷烴濃度模式在物種間有明顯的差異,每種植物都有其特定的鏈烷烴模式即“植物指紋”,這就為評定放牧家畜食性、食量奠定了物質基礎。此外,植物表皮蠟質中的飽和鏈烷烴在通過家畜消化道時幾乎不被吸收,是一種內(nèi)源指示劑，可以通過比較測定放牧草場植物種類和家畜糞便中飽和鏈烷烴種類、含量等指標來評定放牧家畜日糧的食物組成。由于不同家畜在腸道內(nèi)吸收的鏈烷烴數(shù)量和種類不盡相同，為了調整家畜糞便中鏈烷的回收率，可以通過投喂家畜人工合成的已知濃度的偶數(shù)碳原子飽和鏈烷烴膠囊來評估牧草的采食量,因為人工合成的鏈烷(偶數(shù)碳原子)和天然鏈烷(奇數(shù)碳原子)在動物排泄物中具有極其相似的回收率,從而能夠較為精確地估測家畜采食量和食物組成(Dove，1992)。

3.2 飽和烷烴法測定采食量的研究進展

飽和鏈烷烴第一次用來標記消化率是1984年，Mayes等(1984)研究發(fā)現(xiàn),鏈烷烴在排泄物中的回收率是不完全的,在綿羊糞便中鏈烷烴的回收率隨碳鏈長度的增加而增加,這些結論在許多試驗中得到論證(Dove，1991；Mayes，1995)。Mayes等(1988)在反芻動物消化試驗中發(fā)現(xiàn),鏈烷烴是可以合成的,但合成是可以忽略的,雖然鏈烷烴與某些消化物質的微粒有著密切的聯(lián)系,但糞便中回收不完全主要是由于小腸中吸收的緣故。如果要調整糞便中鏈烷烴的回收率,使用天然的鏈烷烴來評估消化率是非常必要的。Mayes等(1984)研究發(fā)現(xiàn),牧草中C35的回收率達97.5%；Dove等(1991)也發(fā)現(xiàn)C35的平均回收率為94.8%。基于以上結果,在測定綿羊消化率的研究中,鏈烷中C35被成功地使用,并且該方法比離體消化和木質素等方法準確性高。雖然鏈烷中C35可以較精確地計算出綿羊的消化率,Mayes等用植物飽和烷烴相類似的能回收的合成飽和烷烴（C32）飼喂羔羊，研究發(fā)現(xiàn)，不僅植物中的飽和烷烴在糞中的回收是不完全的，而且人工合成的飽和烷烴同樣不能在糞中完全回收。在后期的研究工作中，Mayes和他的同事發(fā)現(xiàn)，利用回收率相似的人工合成的飽和偶數(shù)鏈烷烴和植物中自然存在的奇數(shù)鏈烷烴作為內(nèi)外指示劑，就可以根據(jù)糞中兩者的比例來估測采食量，并可以消除不完全回收的特點。Dove等(1990)研究表明,飽和鏈烷烴的方法比三氧化二鉻標記法或體外消化法能更準確地估測食草動物的采食量,因為它能估測個體間牧草消化率的差異。通過投喂家畜人工合成的偶數(shù)飽和鏈烷烴緩釋膠囊,然后根據(jù)糞便中兩者之間的比例就可以消除掉不完全回收的缺點,從而準確地估測采食量。Piasentier等(1995)用兩種方法評定放牧母羊牧草采食量,一種是用飽和鏈烷烴方法,一種是用三氧化二鉻估測排糞量、離體消化測定牧草消化率,研究表明:糞便中Cr2O3的回收率是(94.9±5.5)%；C31、C32和 C33的回收率分別是(86.7±8.7)%、(89.6±8.5)%、(85.1±9.9)%,但三氧化二鉻估測的采食量超過真實采食量的5.5%，而鏈烷烴估測的采食量低于真實采食量的3.0%，方法間有顯著的差異。其原因可能與室內(nèi)消化試驗和田間放牧試驗設計有關。

3.3 飽和烷烴法測定動物采食日糧植物組成的研究進展

在過去的幾十年的研究里，用于評價食草動物日糧植物組成的物理學方法大致有糞便分析法、顯微技術和紅外及近紅外反射光譜法等。這些方法雖然被廣泛應用，但都存在一些不足之處,如主觀性誤差較大,而且需要有訓練有素的專業(yè)技術人員進行操作,限制性較大,很難廣泛地應用和推廣(Dove，1991；Norbury，1988)。而飽和烷烴技術克服了以往多種方法的缺點,正日益受到重視。

早在半個世紀以前，Chibnall(1934)等清楚地論證了植物表皮蠟質中鏈烷烴的存在,然而在當時,鏈烷烴的分析難度大,隨著色譜分離技術的發(fā)展和廣泛應用,植物表皮蠟質的化學成分分析成為可能。Mayes和Lamb第一次測定了植物蠟質中的鏈烷烴,通常,禾草鏈烷中碳原子在25～32范圍內(nèi)的奇數(shù)碳原子占總蠟質成分的 85%，其中最豐富的是C29、C31、C33。由于不同的植物都有它們自己的飽和鏈烷烴濃度的特征模式,所以植物體中飽和鏈烷便成為研究食草動物食性食量的理想方法之一。在研究中,他們發(fā)現(xiàn)草原牧草與其它許多植物一樣,都有它們自己的表皮蠟質層,且飽和鏈烷烴的模式存在明顯的種間差異。例如,禾草往往含有相對類似的C29、C31和C33飽和鏈烷烴水平,而豆科牧草如地三葉則有很高的C29和C31水平,但C33的水平則很低,禾草C33和C29原子濃度高于豆科牧草。落葉樹(Betta and Salix spp)相對于禾草以短碳鏈為主。這些飽和鏈烷烴模式的差異可以提供估測所食牧草種類組成的一種良好方法。進一步的研究表明,植物飽和鏈烷烴的濃度不僅受植物種類的影響,且在栽培種之間以及植物不同部位之間也存在差異。因此,可以將糞便中飽和鏈烷烴的模式與所能提供的植物種類的飽和鏈烷烴相比較,就可以估測所含植物的種類組成。利用飽和鏈烷烴濃度的模式可以估測混合牧草的植物組成，并用數(shù)學的方法,依據(jù)糞便(經(jīng)校對不完全回收后)和所食牧草中飽和鏈烷模式的關系,來估測家畜所食牧草的植物組成(Dove，1991；Dove，1992)。Dove等(1995)利用這種方法,對放牧于灌木入侵的半干旱林綠草地 (澳大利亞的新南威爾斯州)的山羊采食食性進行了研究，結果表明，在12個小區(qū)內(nèi)放牧的山羊有一致食物組成模式，但各種植物比例不同。這些研究表明，飽和鏈烷烴在估測動物食性組成方面有廣闊的前景，并可應用于不同家畜如綿羊-牛、綿羊-山羊等的混群放牧的研究。盡管飽和鏈烷烴的模式或植物指紋主要由植物種所決定,但是其模式在不同植物的不同部位也有變化。Dove(1992)研究表明,草場上不同植物部位的飽和鏈烷烴的濃度有一致的差異通過了解這些差異,還能估測家畜所選擇采食的植物部位。

4 利用預測模型預測放牧家畜采食量的研究進展

放牧家畜采食量是放牧營養(yǎng)和草地營養(yǎng)價值評定的基礎，也是制定草地載畜率，對草地進行合理利用的依據(jù)，而且動物采食量預測對于日糧配合、動物生產(chǎn)性能預測、動物營養(yǎng)狀況檢測、制定正確的飼養(yǎng)方案和預測放牧家畜與草地資源之間的平衡關系都是極其重要的一項基礎性技術，利用模型化技術預測動物采食量有助于進一步闡明采食調節(jié)機制，促進相關方面的研究深入進行。

正如前面所述,影響采食量的因素很多,而且,這些因素間的相互作用也較為復雜，到目前為止，用于動物采食量預測采用兩種數(shù)學模型，一是回歸模型；二是機理模型。不少預測技術同時采用兩種模型，以某一種模型為主(盧德勛，1991)。目前在動物采食量預測方面廣泛使用的仍然是回歸模型，機理模型的實用化仍有一段路要走。近年來對反芻家畜干物質隨意采食量（DMI）的研究已從對影響采食量因素的靜態(tài)描述進入建立DMI預測模型，并對預測模型不斷完善的新時期。目前，有關預測DMI的理論主要有：基于瘤網(wǎng)胃的物理填充機制、代謝反饋調節(jié)機制（Illius等，1996）和耗氧機制。但這些理論只能解釋在某些特定條件下的事實,Forbes認為這幾種機制可能同時發(fā)揮作用。近幾年國內(nèi)外研究者提出了一些羊采食量預測的模型：

①C.Fernández.(NRC，2001)按照奶牛采食量模型提出奶山羊采食量模型：

DMI(kg/d)=[a×FCM+b×BW0.75]×〔1-e[c×(week+d)]〕

式中：FCM——4%校正乳產(chǎn)量；

BW——體重(kg)；

WOL——泌乳周齡；

1-e[c×(week+d)]項是為了校正泌乳初期DMI下降校正項。

②張吉鹍(2005)提出綿羊常用粗飼料采食預測模型：

豆科牧草：DMI=51.26/NDF(%DM)；

禾本科牧草：DMI=45.00/NDF(%DM)；

秸稈類：DMI=29.76/NDF(%DM)；

玉米青貯：DMI=29/NDF(%DM)。

③黃大明(1991)提出不同物候期牧草綿羊采食量預測模型

牧草返青期：DMI=0.13790 BW0.75；

牧草豐盛期：DMI=0.06737 BW0.75；

牧草枯黃期：DMI=0.08849 BW0.75。

④中國農(nóng)業(yè)科學院畜牧所（2003）采用下列公式計算肉用綿羊的干物質采食量：

粗飼料型日糧指日糧中粗飼料比例大于55%時，按（1）計算干物質采食量：

DMI=(1+F×17.51)×(104.7×Qm-0.307×LBW-15.0)×LBW0.75（1）

精料型日糧指日糧中粗飼料比例小于55%時，按（2）計算干物質采食量：

DMI=(1+F×17.51)×(150.3-78×Qm-0.408×LBW)×LBW0.75（2）

式中：DMI——干物質采食量（kg/d）；

LBW——動物活體重（kg）；

Qm——維持飼養(yǎng)水平條件下總代謝能率，根據(jù)日糧代謝能除以總能計算得到；

F——校正系數(shù)，按式（3）計算。

F=-0.038+0.076×ME-0.015 ME2（3）

ME——給飼日糧干物質中代謝能濃度（MJ/kg）；

肉用山羊干物質需要量：

DMI=(26.45×W0.75+0.99×ADG)/1000

式中：DMI——干物質進食量(kg/d)；

ADG——平均日增重(g/d)

⑤王斐提出不同時期肉羊隨意采食量模型(待發(fā)表)。

綠草期：

PDMI=0.0486BW0.75+0.0032ADG-0.0001YM-0.0084 NDFP(R2=0.94)

枯黃期：

PDMI=0.0338BW0.75-0.0004ADG-0.0018YM+0.0134 NDFP(R2=0.89)

式中：PDMI——預測采食量；

BW——代謝體重；

ADG——平均日增重；

YM——可利用產(chǎn)草量；

NDFP——采食牧草中的中性洗滌纖維。

5 總結

綜上所述，飽和鏈烷烴技術克服了回收率變化的缺點，與其他方法相比具有不可比擬的優(yōu)點，具體表現(xiàn)在以下6個方面：①樣品中的飽和烷烴模式能夠代表單個動物所食日糧的飽和烷烴模式，能準確測定單個動物采食量，飽和烷烴法比所謂的Cr2O3或體外消化法更能準確地估測采食量。②在測定采食量的同時也可以較準確的測定日糧的消化率。劉忠軍[25]用C31和C35兩種烷烴作為內(nèi)源指示劑所測干物質消化率與全收糞法測得結果無顯著差異，并且兩種烷烴相結合測定結果的平均數(shù) (80.5%)與全收糞法測定的結果(80.5%)完全相同。說明用兩種烷烴測定結果的平均數(shù)估測消化率更為準確，這就為用全收糞法測定日糧消化率有困難的動物（如放牧動物，馴化程度較低而不易籠養(yǎng)的動物）提供了可靠的手段。③烷烴技術不僅適于舍飼條件、純放牧條件，也適于放牧加補飼條件下采食量的測定。④測定家畜采食量的方法，如Cr2O3或體外法等都需分析糞樣和測定消化率，而烷烴技術只需一個簡單的分析過程就可以準確測定家畜的采食量。⑤該方法能擴展到同時估測家畜所食牧草的植物組成。Dove（1995）[21]通過飽和烷烴濃度的模式用最小二乘法來估測混合牧草的植物組成，而且還能估測采食的植物種類和植物不同部位。⑥植物蠟質層中的飽和烷烴分布廣泛，容易分析，而且含量很大，足以用于分析估測采食量。鏈烷烴技術在測定采食量的同時，能夠測定放牧動物的采食植物組成，避免了多次取樣的差異性也節(jié)省了勞動量。

25篇，刊略，需者可函索）