斷奶羔山羊能量與蛋白質(zhì)需要量預(yù)測模型改進(jìn)與評價(jià)

劉慶華，邢啟銀，哈 斯，聶芙蓉，江 闊，侯玉芳

（河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院畜牧工程系，鄭州 450046）

營養(yǎng)與飼料

斷奶羔山羊能量與蛋白質(zhì)需要量預(yù)測模型改進(jìn)與評價(jià)

劉慶華，邢啟銀，哈 斯，聶芙蓉，江 闊，侯玉芳

（河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院畜牧工程系，鄭州 450046）

試驗(yàn)旨在探討改進(jìn)并評價(jià)小反芻動(dòng)物營養(yǎng)體系（SRNS）斷奶羔山羊能量與蛋白質(zhì)需要量預(yù)測模型。剔除SRNS維持代謝能需要量的性別、年齡與采食水平矯正因子，引入牛代謝蛋白質(zhì)（MP）利用效率方程重構(gòu)模型；選用中等體況、60日齡左右斷奶、體重12.77 kg±2.39 kg的波爾山羊羔羊42只（公、母各21只），每只為一個(gè)重復(fù)，飼喂參照NRC（2001）犢牛營養(yǎng)需要量配制的全混合日糧（TMR）。預(yù)試期7 d，正試期32 d。計(jì)算公、母及全部羔羊的平均日增重（ADG），比較模型預(yù)測值與實(shí)測值的差異。結(jié)果表明：公、母及全部羔羊ADG預(yù)測值與實(shí)測值的平均偏差（MB）分別為0.89、0.39和0.64 g（P＞0.05）；預(yù)測的均方誤差（RMSPE）分別為4.00、4.70和4.38 g/d；觀測值（y）對預(yù)測值（x）的線性回歸方程等同于y=x（P＞0.05）。結(jié)果提示，改進(jìn)后的模型能夠精確預(yù)測斷奶羔山羊的能量與蛋白質(zhì)需要量。

斷奶羔山羊；能量；模型；蛋白質(zhì)；需要量

近年來世界養(yǎng)羊生產(chǎn)方向發(fā)生了巨大變化，由原來的主要作為毛用轉(zhuǎn)向肉用，而肉用以羔羊肉生產(chǎn)為主。肉羊的工廠化、集約化飼養(yǎng)客觀上要求能夠精準(zhǔn)預(yù)測營養(yǎng)需要量，以便科學(xué)組織和管理養(yǎng)殖生產(chǎn)，高效利用飼料資源和提升養(yǎng)殖整體效益。實(shí)際生產(chǎn)條件下，斷奶羔山羊能量與蛋白質(zhì)需要量不僅取決于自身因素，例如體重、成熟度和生產(chǎn)潛力等，而且與飼養(yǎng)環(huán)境適宜與否密切相關(guān)。然而，我國和美國現(xiàn)行的山羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)中，以表格形式列出的斷奶羔山羊代謝能（ME）與代謝蛋白質(zhì)（MP）需要量，維持部分基于熱中性的理想飼養(yǎng)環(huán)境，增重部分則假定單位增重的營養(yǎng)需要量相同而采用固定值［1-2］。顯然，這不僅與各個(gè)不同養(yǎng)殖場的實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境不符，而且，也違背了單位增重成分因成熟度不同而有差異的事實(shí)［2-5］。因此，它們不能精準(zhǔn)預(yù)測生產(chǎn)條件下斷奶羔山羊能量與蛋白質(zhì)需要量，難以滿足“集約化、規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化”和“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效”的現(xiàn)代山羊養(yǎng)殖業(yè)對精準(zhǔn)營養(yǎng)的需求。

2006年，Cannas等集成山羊能量與營養(yǎng)成分需要量和供給量的科學(xué)知識，構(gòu)建了小反芻動(dòng)物營養(yǎng)體系（SRNS）山羊子模型，應(yīng)用動(dòng)物與環(huán)境因子預(yù)測不同生產(chǎn)情景下的ME與MP的需要量，以改進(jìn)營養(yǎng)利用，提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。后經(jīng)不斷改進(jìn)和增加新的方程，其模型預(yù)測的準(zhǔn)確性和效率大大提高［6-7］。SRNS在北美、歐洲和非洲一些國家已經(jīng)用來指導(dǎo)生產(chǎn)，并取得很好的效果。我國有關(guān)斷奶羔山羊在該領(lǐng)域的研究十分有限。本試驗(yàn)旨在基于山羊營養(yǎng)與飼養(yǎng)研究進(jìn)展，探索性地修訂SRNS預(yù)測斷奶羔山羊能量與蛋白質(zhì)需要量子模型，并用飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果評價(jià)其準(zhǔn)確性，以期為構(gòu)建我國的斷奶羔山羊營養(yǎng)體系提供參考。

1　材料與方法

1.1能量與蛋白質(zhì)需要量預(yù)測模型的構(gòu)建

根據(jù)析因法原理，斷奶羔山羊能量和蛋白質(zhì)需要量可計(jì)算為維持與增重兩部分之和。

1.1.1維持ME與MP需要量模型維持代謝能定義為維持山羊基礎(chǔ)代謝、放牧活動(dòng)、冷應(yīng)激和排泄過量氮需要的能量之和，按照方程（1）計(jì)算。

MEm=（SBW0.75×a1×a2+ACT+NEmcs+UREA）/Km……（1）

式中，MEm為維持代謝能需要量（MJ/d）；SBW0.75為代謝體重（kg）；SBW為絕食體重，等于全體重（FBW）的96%；a1為肉用山羊熱中性溫度下的維持需要量，等于0.272 8 MJ/kgSBW0.75［8-9］；UREA為排泄過量氮的凈能需要量（MJ/g）；Km為ME用于維持的效率，取值0.644。

方程（1）中的a2為前期溫度效應(yīng)校正因子，按方程（2）計(jì)算。

a2=1+0.009 1×（20－Tp）……（2）

式中，Tp為上月的日平均氣溫（℃）。

方程（1）中的ACT為放牧活動(dòng)的凈能需要量（Mcal/d），按方程（3）計(jì)算。ACT=（0.003498×FD+0.02799×SD）×FBW……（3）

式中，F(xiàn)D和SD分別為在地勢平坦和坡地上行走的距離（km/d）。

方程（1）中NEmcs為用于冷應(yīng)激的維持凈能需要量（MJ/d），按方程（4）～（10）計(jì)算。方程（10）中的r為山羊因子，羔羊和其他羊取值分別為50與120。如果方程（4）的NEmcs小于0，令NEmcs=0。

式中，SA為體表面積（m2）；LCT為最低適宜溫度（℃）；TC為當(dāng)月日平均溫度（℃）；IN和EI分別為總隔熱和外部隔熱［（℃×m2×d）/MJ］；HP為產(chǎn)熱量（MJ/d）；MEI為ME采食量（MJ/d）；Kg為ME用于生長的效率；WF為山羊被毛因子；WS為風(fēng)速（km/h）；RF為降雨量（mm/d）；WD為山羊被毛厚度（mm）。

用于維持的MP為皮屑（羊毛）蛋白質(zhì)、尿內(nèi)源蛋白質(zhì)和糞內(nèi)源蛋白質(zhì)損失之和。按照方程（11）計(jì)算。

MPm=0.112 5×FBW0.75+（0.147×FBW+3.375）/0.67+ 15.2×DMI/0.67……（11）

式中，MPm為用于維持的MP需要量（g/d）；DMI為干物質(zhì)采食量（kg/d）。

1.1.2用于生長的ME與MP需要量模型

生長需要的ME按方程（12）～（18）計(jì)算。

式中，EVG為空腹體增重的能量濃度（MJ/kg）；L為超過維持需要量的采食量因子，等于（MEI/MEm-1）；P為成熟度，等于體重/標(biāo)準(zhǔn)體重；NEg為增重需要的凈能（MJ/d）；ADG為平均日增重（g/d）；Kg為ME用于生長的效率；REp為以蛋白質(zhì)形式沉積的能量比率；REprot和REfat分別為以蛋白質(zhì)和脂肪形式沉積的能量（MJ）；MEg為增重需要的代謝能（MJ/d）。

生長需要的MP按方程（19）～（22）計(jì)算。

式中，TPFr為組織沉積蛋白質(zhì)濃度（小數(shù)形式）；NPg為蛋白質(zhì)沉積量（g/d）；Pg為MP轉(zhuǎn)化為NPg的效率；MPg為用于增重的MP需要量（g/d）。

1.2飼養(yǎng)試驗(yàn)

1.2.1試驗(yàn)動(dòng)物試驗(yàn)于2014年12月4日至2015年1月11日在河南舞鋼波爾山羊養(yǎng)殖場進(jìn)行，該場羊舍為雙列半開放式，地面為高床漏縫木地板。選取60日齡左右斷奶、體重12.77kg±2.39kg的羔羊42只。其中，斷奶體重13.37kg±2.53kg的公羔和斷奶體重12.20kg±2.14kg的母羔各21只。

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)飼糧42只斷奶羔羊，每只為一個(gè)重復(fù)。飼喂參照NRC（2001）犢牛營養(yǎng)需要量配制的全混合日糧（TMR），其組成與營養(yǎng)水平見表1。預(yù)試期7 d，正試期32d，總計(jì)39d。

表1　試驗(yàn)飼糧組成與營養(yǎng)水平（干物質(zhì)基礎(chǔ)）

1.2.3飼養(yǎng)管理試驗(yàn)羊單欄飼養(yǎng)，每天飼喂2次，分別在08：30和17：30準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行，自由采食，自由飲水。準(zhǔn)確記錄試驗(yàn)羊的日飼喂量和剩料量，最后計(jì)算實(shí)際采食量；每天記錄舍內(nèi)最低、最高溫度和風(fēng)速，最后計(jì)算日平均氣溫與風(fēng)速。其他飼養(yǎng)管理工作按養(yǎng)殖場的常規(guī)程序進(jìn)行。

正試期開始前與試驗(yàn)結(jié)束后在07：00對試驗(yàn)羊進(jìn)行空腹稱重。將終末體重減去初始體重再除以試驗(yàn)天數(shù)即為平均日增重（ADG）。

試驗(yàn)期初與期末分別測定試驗(yàn)羊肩部、體側(cè)、股部、背部和腹部5點(diǎn)最低與最高羊毛厚度，以其平均值作為羊毛厚度。

隨機(jī)選取試驗(yàn)場體況中等的成年空懷母羊與公羊各10只晨飼前稱重，作為成熟體重，計(jì)算試驗(yàn)羊只的成熟度。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與模型評價(jià)方法

飼養(yǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用EXCEL2007進(jìn)行處理，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。觀測值與模型預(yù)測值之間的比較，用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件的配對t檢驗(yàn)進(jìn)行分析；觀測值（y）對模型預(yù)測值（x）回歸分析用線性回歸模塊。

根據(jù)Haefner［10］的建議，用平均偏差（MB）評價(jià)模型預(yù)測精度；基于Wallach等［11］建議，誤差大小用均方預(yù)測誤差（MSPE）或其平方根（RMSPE）進(jìn)行評價(jià)。

MB=1/n∑（Pi－Oi），i=1-n；

MSPE=1/n∑（Pi－Oi）2

式中，n=模型預(yù)測值與觀測值的配對數(shù)；Pi和Oi分別為第i個(gè)模型預(yù)測值與觀測值。

根據(jù)Haefner［10］的建議，MSPE可被剖分為3組分：MSPE=（P-0）2+SP2（1－b）2+SO2（1－r2）

式中，SP2和SO2分別為模型預(yù)測值與觀測值的方差；b和r2分別為觀測值對模型預(yù)測值回歸方程的斜率和決定系數(shù)。方程右邊第一項(xiàng)為平均偏差；第二項(xiàng)為回歸偏差，定義為模型產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。如果回歸偏差大，表明模型預(yù)測目標(biāo)變量的能力不適當(dāng)；最后一項(xiàng)表示前二項(xiàng)不能說明的觀測值變異。MSPE的每一組分用占MSPE的百分?jǐn)?shù)表示。也計(jì)算了RMSPE，以便用同一單位表示預(yù)測值與觀測值變量。

如果模型良好，觀測值（y）對預(yù)測值（x）線性回歸的截距和斜率分別應(yīng)為0和1。Dent等［12］建議這兩個(gè)值可同時(shí)用F檢驗(yàn)。如果模型精確，F(xiàn)值小且不能拒絕截距和斜率分別為0和1的假設(shè)。

2　結(jié)果

表2列出了飼養(yǎng)試驗(yàn)動(dòng)物與環(huán)境因子及增重結(jié)果。模型預(yù)測的羔羊平均日增重準(zhǔn)確性評價(jià)見表3。由表3可見，模型預(yù)測的斷奶公羔、母羔以及所有羔羊的ADG與觀測值之間的差異均不顯著（P＞0.05），而且，表示預(yù)測誤差大小的RMSPE分別只有4.00、4.70和4.38 g/d。另外，觀測值（y）對預(yù)測值（x）的線性回歸方程等同于y=x（P＞0.05）。說明模型預(yù)測的精確性總體良好。

表2　飼養(yǎng)試驗(yàn)的條件與增重效果

表3　模型預(yù)測斷奶羔羊日增重的準(zhǔn)確性評價(jià)

3　討論

3.1斷奶羔山羊能量與蛋白質(zhì)需要量預(yù)測模型

SRNS計(jì)算維持ME需要量方程來源于ARC［13］和CSIRO［14-15］。原方程對基礎(chǔ)代謝需要量實(shí)施了性別、年齡與采食ME水平的矯正。然而，Dijkstra［16］和Freer等［17］研究認(rèn)為，上述因子均不應(yīng)被包含在計(jì)算方程中。本模型剔除了上述矯正而構(gòu)建了方程（1），以試圖改進(jìn)預(yù)測斷奶山羊能量平衡的準(zhǔn)確性。

NRC（2007）基于Sahlu［9］及其合作者研究，未考慮生長山羊的體重或相對體型大小，使用固定的單位增重ME值，預(yù)測山羊生長的能量需要量。SRNS最新版本應(yīng)用改進(jìn)的Tedechi等［18］方程計(jì)算Kg（方程14）。Tedechi等［18］提出的方程，考慮了隨著動(dòng)物逐漸成熟，增重中蛋白質(zhì)（下降）和脂肪（增加）的比例變化，依據(jù)增重的組成計(jì)算ME用于生長的效率（Kg）。然而，NRC（2000，2001）［3-4］、ARC（1980）［13］和CSIRO（1990，2007）［14-15］提出的經(jīng)驗(yàn)方程基于日糧ME濃度，應(yīng)用日糧的可利用性，計(jì)算生長NE需要的ME，這可能考慮了一些消化后的日糧效應(yīng)，而Tedechi等［18］建議的方程沒有考慮這種效應(yīng)。事實(shí)上，它們是解決同一問題的兩種不同方法。綜合考慮增重組成和日糧能量含量的方法或許是一種計(jì)算能量用于維持和生長效率的較好方法。瘤胃中產(chǎn)生的丙酸越多，通過糖異生作用產(chǎn)生的葡萄糖增加。與此同時(shí)，通過糖異生作用進(jìn)行的氨基酸氧化降低，節(jié)約氨基酸用于蛋白質(zhì)的合成。因此，增重中同樣的蛋白質(zhì)組成，如果丙酸與乙酸比增加，ME轉(zhuǎn)化為NEg效率或許由于氨基酸氧化供給能量減少而較高。Dijkstra［16］研究表明，兩種方法融合提高了生長預(yù)測的準(zhǔn)確性。

與NRC（2007）一樣，SRNS應(yīng)用固定值（0.7）作為MP轉(zhuǎn)化為NP的效率。然而，NRC（2000，2001，2012）［3-5］指出，隨著動(dòng)物逐漸成熟，MP轉(zhuǎn)化為NP的效率逐漸下降。為此，探索性地修訂NRC（2001）MP利用效率方程用于計(jì)算斷奶羔山羊MP轉(zhuǎn)化為NP的效率（方程21）。

3.2模型預(yù)測的準(zhǔn)確性

Cannas等［6］應(yīng)用包含乳用、肉用和本地品種山羊的8篇文獻(xiàn)（31處理的平均值）資料，評價(jià)了SRNS預(yù)測生長山羊ADG的精確性。結(jié)果表明，平均偏差和系統(tǒng)偏差非常小，并且RMSPE也較?。╮2為0.85，平均偏差為-6.4 g/d，RMSPE為32.5 g/d）。本試驗(yàn)的評價(jià)結(jié)果顯示了更好的精確性和準(zhǔn)確度（r2為0.987，平均偏差為0.64 g/d，RMSPE為4.38 g/d）?？赡艿脑颍阂皇翘蕹朔匠蹋?）中的基礎(chǔ)代謝矯正。Cannas等［8］報(bào)道，當(dāng)生產(chǎn)水平矯正從計(jì)算MEm中剔除時(shí)，SRNS對山羊能量平衡的預(yù)測效果得到顯著改進(jìn)。二是采用了以個(gè)體測定值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法。Cannas等［19］報(bào)道，與以處理平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析相比，以個(gè)體測定值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析預(yù)測的準(zhǔn)確度和精密度更好。三是考慮到羔羊甲烷產(chǎn)量非常低，選用NRC（2001）計(jì)算犢牛DE與ME轉(zhuǎn)化效率的方法，替代了SRNS中DE與ME的固定轉(zhuǎn)化效率（0.82）。本研究是在特定的試驗(yàn)條件下作出的準(zhǔn)確性評價(jià)，其他條件是否也有良好的精確性和準(zhǔn)確度，有待于進(jìn)一步研究。

4　結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，剔除SRNS維持代謝能需要量的性別、年齡與采食水平矯正因子，導(dǎo)入牛MP利用效率方程重構(gòu)的能量與蛋白質(zhì)需要量預(yù)測模型，精確地預(yù)測了斷奶羔山羊的ADG。

［1］ 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.肉羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 816—2004）［S］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2005.

［2］ NRC.Nutrient requirements of small ruminants［S］.Washington，D C: the National Academies Press，2007.

［3］ NRC.Nutrient requirements ofbeefcattle［S］.updated 7th ed.Washington，DC:the National Academies Press，2000.

［4］ NRC.Nutrient requirements of dairycattle［S］.7th ed.Washington，D C: the National Academies Press，2001.

［5］ NRC.Nutrient requirements of swine［S］.12th ed.Washington，D C:the National Academies Press，2012.

［6］Cannas A，Tedeschi L O，Atzori A S，et al.Prediction of the growth rate of kids with the small ruminant nutrition system［C］//Jaboticabal，SP：annual meeting of the Brazilian Society of Animal Science.2007a（44）：1-3.

［7］ Tedeschi L O，Cannas A，F(xiàn)ox D G.A nutrition mathematical model to account for dietary supply and requirements of energy and other nutrients for domesticated small ruminants：the development and evaluation of the small ruminant nutrition system［J］.Small Ruminant Research，2010，89（2）：174-184.

［8］ Cannas A，Tedeschi L O，F(xiàn)ox D G.Prediction of metabolizable energy intake and energy balance of goats with the small ruminant nutrition system［C］//Vichy:international symposium on energy and protein metabolismand nutrition.2007b（2）：569-570.

［9］ Sahlu T，Goetsch A L，LuoJ，et al.Nutrient requirements of goats：developed equations，other considerations and future research to improve them［J］.SmallRuminantResearch，2004，533（53）：191-219.

［10］Haefner J W.Modeling biologcal system［M］.NewYork：Chapman and Hall，1996.

［11］Wallach D，Goffinet P.Mean squared error of prediction as a criterion for evaluatingand comparingsystem models［J］.Ecol Model-Ecological Modelling，1989，44（3）：299-306.

［12］Dent J B，Blackie MJ.Systems simulation in agriculture［M］.London: Applied Science Pub Ltd，1979.

［13］ARC.The nutrient requirements of ruminant livestock［M］.London:the GreshamPress，1980：351.

［14］CSIRO.Feeding standards for Australian livestock-ruminants［M］.Melbourne:CSIROPub，1990:266.

［15］CSIRO.Nutrient requirements of domesticated ruminants［M］.Collingwood，VIC：CSIROPub，2007：270.

［16］Dijkstra J.Modelingnutrient utilization in farmanimals［M］.Cambridge，MA：CABI Pub，2006：99-113.

［17］Freer M，Moore A D，Donnelly J R.Decision support systems for Australian grazingenterprises：Ⅱ.The animal biologymodel for feed intake，production and reproduction and the grazfeed DSS［J］.Agric Syst，1997，54（1）：77-126.

［18］Tedeschi L O，F(xiàn)ox D G，Guiroy P G.A decision support system to improve individual cattle management.1.a mechanistic，dynamic model for animal growth［J］.Agric Syst，2006，89（2）：225-247.

［19］Cannas A，LinskyA，Erasmus LJ，et al.Evaluation ofperformance predictions of the small ruminant nutrition system using growing and composition data of Dorper and South African Mutton Merino［J］. AnimSci，2009，87（2）：522-523.

Improvement and Evaluation on Prediction Model for Energy and Protein Requirements of Weaned Kids

Liu Qinghua，XingQiyin，Ha Si，et al
（Animal Science Department，Henan UniversityofAnimal Husbandryand Economy，Zhengzhou 450046，China）

This study was conducted to modify the SRNS model on energy and protein requierments for weaned kids and to evaluate the newmodel with the experimental data.The adjustments of gender，age and feed intake for MEm were excluded from the SRNS model.NRC for cattle equations that are used to calculate metabolisable protein conversion efficiency were modified for goats.Forty-two healthy Boer weaned kids about 8 week-old with medium body condition，weighing 12.77kg±2.39 kg were selected and randomlydivided into42 replicates（halfmale，halffemale）.The kids were fed total mixed diets formulated according tocalfnutrient requirements（NRC，2001）.Feedingtrial was carried out tomeasure average dailygain（ADG）and tocompare with the model predicted ADG.The pre-trial period was 7 days，the feedingtrial period was 32 days.The results showed that the mean bias（MB）between predicted and observed ADG were 0.89，0.39，0.64 g in male，female and all kids，respectively（P＞0.05）；the root mean squared error ofprediction（RMSPE）were 4.00，4.70，4.38 g/d，respectively.The linear regression equation ofobserved（y）on predicted（x）ADGwas not different fromthe y=x line（P＞0.05）.The results suggest that the improved model can accurately predict the energyand protein requirements ofweaned kids.

weaned kid；energy；model；protein；requirement

S827.4+1

A

2095-3887（2016）00-0026-05

10.3969/j.issn.2095-3887.2016.01.008

2015-12-08

河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（142102110045）

劉慶華（1965-），男，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事動(dòng)物營養(yǎng)與飼料學(xué)研究。