應(yīng)用套算法估測肉羊精飼料代謝能

趙江波 魏時來 馬 濤 肖 怡 丁靜美 李嵐捷 馮文曉 賈 鵬 趙明明 刁其玉*

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，蘭州730070；2.中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所，農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點實驗室，北京100081)

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應(yīng)用套算法估測肉羊精飼料代謝能

趙江波1,2魏時來1*馬 濤2肖 怡2丁靜美2李嵐捷2馮文曉2賈 鵬2趙明明2刁其玉2*

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，蘭州730070；2.中國農(nóng)業(yè)科學院飼料研究所，農(nóng)業(yè)部飼料生物技術(shù)重點實驗室，北京100081)

本試驗旨在應(yīng)用套算法建立肉羊精飼料代謝能估測模型。選取66只18月齡體重為(49.6±1.3) kg的杜泊×小尾寒羊F1代去勢肉羊，采用完全隨機區(qū)組設(shè)計分為11組，包括1個基礎(chǔ)飼糧組和10個試驗飼糧組，每組6只羊。通過消化代謝試驗(為期8d)和氣體代謝試驗(為期3d)并結(jié)合套算法計算10種精飼料的消化能和代謝能，建立精飼料代謝能和其概略養(yǎng)分或可消化養(yǎng)分之間的模型。結(jié)果表明，1)10種精飼料總能、酸性洗滌纖維含量與消化能呈顯著相關(guān)(P<0.05)，有機物含量與消化能達到極顯著相關(guān)(P<0.01)；精飼料概略養(yǎng)分與代謝能之間則無顯著相關(guān)性(P>0.05)。2)10種精飼料的可消化養(yǎng)分與代謝能存在極顯著相關(guān)(P<0.01)，所建立的預(yù)測方程為：ME=-1.907+1.344DE+1.321DDM-5.347DOM-2.093DADF(R2=0.845，n=60，P<0.01)；ME=-2.105+1.349DE-6.577DOM(R2=0.842，n=60，P<0.01)。[ME為代謝能(MJ/kg)，DE為消化能(MJ/kg)，DDM為可消化干物質(zhì)(%)，DOM為可消化有機物(%)，DADF為可消化酸性洗滌纖維(%)。]綜上所述，本試驗條件下無法利用精飼料概略養(yǎng)分預(yù)測其代謝能，通過精飼料的可消化養(yǎng)分可準確預(yù)測其代謝能。

肉羊；精飼料；消化能；代謝能；可消化養(yǎng)分；預(yù)測模型

飼糧對動物的營養(yǎng)價值，一方面取決于其營養(yǎng)物質(zhì)的含量，另一方面取決于這些營養(yǎng)物質(zhì)在畜禽體內(nèi)的化學消化和生物轉(zhuǎn)化效率，只有從這2方面著手才能深入、完善和客觀地評定其營養(yǎng)價值[1]。目前反芻動物能量需要量的評定多采用代謝能(metabolizable energy,ME)或凈能(net energy,NE)體系，因此飼糧配方制作前需要明確原料的代謝能。但原料的代謝能一般難以直接測定，國內(nèi)外的飼養(yǎng)標準中精飼料的代謝能均為簡單推測值[2]。然而該值缺乏相應(yīng)的驗證研究，因此在實際應(yīng)用過程中可能會出現(xiàn)飼糧能量水平不能滿足動物需要或超出需要而造成資源浪費。因此，準確地預(yù)測飼料原料代謝能，對于科學配制飼糧滿足肉羊營養(yǎng)需要具有重要意義。在豬上的研究表明，可通過原料的概略養(yǎng)分作為預(yù)測因子，較為準確地建立代謝能的預(yù)測模型[3-5]。在肉羊上，劉潔等[1]建立了用概略養(yǎng)分預(yù)測配合飼料代謝能的預(yù)測模型，配合飼料制作完成后通過簡單的實驗室分析就可以預(yù)測出飼料在動物體內(nèi)的利用情況，然而原料在動物體內(nèi)的真實利用情況卻無從得知。精飼料原料是肉羊養(yǎng)殖過程中決定成本的重要因素，本試驗選取我國10種肉羊常用的精飼料，通過消化代謝試驗和氣體代謝試驗并結(jié)合套算法計算10種精飼料的代謝能，建立精飼料代謝能和其概略養(yǎng)分或可消化養(yǎng)分之間的相關(guān)性，從而實現(xiàn)肉羊常用精飼料代謝能的準確預(yù)測，為飼料營養(yǎng)價值評定以及我國肉羊飼養(yǎng)標準的建立提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

本試驗于2015年7月至2015年9月在中國農(nóng)業(yè)科學院南口中試基地進行。

1.2 試驗設(shè)計與動物

本試驗在前期試驗基礎(chǔ)上進行，選取66只18月齡體重為(49.6±1.3) kg的杜泊×小尾寒羊F1代去勢肉羊，采用完全隨機區(qū)組設(shè)計分為11組，包括1個基礎(chǔ)飼糧組和10個試驗飼糧組。每組6只羊。試驗期共16d，其中前8d為預(yù)試期，后8d為消化代謝試驗正試期。正試期的最后3d同時進行氣體代謝試驗，其中前24h使動物適應(yīng)呼吸代謝箱，確保動物正常狀態(tài)，后48h實測動物甲烷產(chǎn)量[6]。

1.3 試驗飼糧

本試驗基礎(chǔ)飼糧由羊草、玉米、豆粕和預(yù)混料等組成，所有飼糧采用同一批原料進行配制以確保原料的一致性。根據(jù)前期不同比例的精飼料不同梯度替換試驗結(jié)果，單一精飼料替換比例在30%時，所得的代謝能與實際測定值最為接近，所以在本試驗中飼糧分別由燕麥、大麥、小麥、玉米、高粱、豆粕、菜籽粕、棉籽粕、花生粕、干酒糟及其可溶物(DDGS)替換基礎(chǔ)飼糧中供能飼料的30%后重新組成，即替換羊草、玉米和豆粕。飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 飼糧組成及營養(yǎng)水平(風干基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of diets (air-dry basis) %

1.4 飼養(yǎng)管理

試驗前使用伊維菌素對肉羊進行驅(qū)蟲，晨飼前稱重并適應(yīng)代謝籠。由于各試驗飼糧的原料存在較大差異，因此自由采食量亦會不同，因此試驗開始前進行預(yù)飼，將采食量最低組的飼喂量定為各組試驗期的飼喂量[1]。

預(yù)試期完成飼糧過渡后，開始消化代謝試驗。分別于08:00和18:00進行飼喂，每次各飼喂600g，自由飲水。采用全收糞尿法收集糞、尿，每天稱取并記錄每只羊排糞量，按10%取樣，將每只羊5d的糞樣混合冷凍保存，用盛有100mL 10% H2SO4的塑料桶收集尿液，以防止貯存過程中有尿酸沉淀，稀釋至5L，對稀釋尿液充分混合，用紗布過濾后每天取樣30mL，將每只羊5d的尿樣混合后-20℃冷凍保存以備測定尿能[7]。

1.5 測定指標及方法

飼料和糞中的總能(GE)、有機物(OM)、干物質(zhì)(DM)、粗蛋白質(zhì)(CP)、粗脂肪(EE)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量指標測定參考《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[8]進行測定。能量采用Parr-6400氧彈式熱量測定儀測定，對于尿能的測定，取5塊定量濾紙分別測定能值，計算出濾紙的平均能值。將10mL尿液分多次滴在濾紙上，65℃烘干后測定能值，得到濾紙和尿液的總能值。甲烷的產(chǎn)量根據(jù)美國SABLE公司生產(chǎn)的LGR氣體測定儀連接半開放式呼吸代謝箱測定，試驗動物適應(yīng)呼吸測代謝箱24h后，開始連續(xù)48h的氣體測定，在48h內(nèi)每0.5h測定1次呼吸代謝箱內(nèi)甲烷的產(chǎn)量，每只試驗動物共得到96個甲烷產(chǎn)量的試驗數(shù)據(jù)，求其平均值作為每天每只試驗動物的甲烷產(chǎn)量。

飼糧及精飼料養(yǎng)分表觀全腸道消化率計算方法參照Adeloa[9]的公式：

飼糧中某種養(yǎng)分的表觀消化率(%)=100×(飼糧采食量×飼糧中該養(yǎng)分的含量-排糞量×糞中該養(yǎng)分含量)/(飼糧采食量×飼糧中該養(yǎng)分的含量)；

飼糧中精飼料養(yǎng)分表觀全腸道消化率(%)=100×[飼糧養(yǎng)分表觀全腸道消化率-(1-X)×基礎(chǔ)飼糧中該養(yǎng)分表觀全腸道消化率]/X。

式中：X為待測精飼料替代基礎(chǔ)飼糧供能飼料的百分率。

套算法測定精飼料能值計算公式如下：

能值=[試驗飼糧能值-(1-X)×基礎(chǔ)飼糧能值]/X[10]。

式中：X為待測精飼料替代基礎(chǔ)飼糧供能飼料的百分率；能值包括消化能和代謝能。

DE=GE-FE;

CH4E=CH4P×39.54/1000[11];

ME=GE-(FE+UE+CH4E);

UE=滴加尿液的濾紙能值-濾紙能值。

式中：DE為消化能(MJ/kg)；GE為總能(MJ/kg)；FE為糞能(MJ/kg)；CH4E為甲烷能(MJ/kg)；CH4P為甲烷產(chǎn)量(L/kg)；ME為代謝能(MJ/kg)；UE為尿能(MJ/kg)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel進行初步處理后，采用SAS 9.2統(tǒng)計軟件中的Correlate過程對飼料的概略養(yǎng)分、可消化養(yǎng)分、能值等進行相關(guān)分析，用Regression過程進行回歸分析，建立預(yù)測方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 精飼料的消化能和代謝能

通過消化代謝試驗和呼吸代謝試驗結(jié)合套算法得出小麥的消化能最高，為14.11MJ/kg，菜籽粕的消化能最低，為8.98MJ/kg；花生粕的代謝能最高而菜籽粕最低，分別是12.18和6.65MJ/kg(表2)。

2.2 精飼料概略養(yǎng)分與能值相關(guān)性分析

將精飼料概略養(yǎng)分與通過套算法得出的消化能和代謝能進行相關(guān)分析，得出精飼料的代謝能與概略養(yǎng)分無顯著相關(guān)性(P>0.05)；精飼料的消化能與酸性洗滌纖維含量達到顯著相關(guān)(P<0.05)，與有機物含量達到極顯著相關(guān)(P<0.01)(表3)。

2.3 精飼料可消化養(yǎng)分與代謝能的相關(guān)性分析

將可消化養(yǎng)分與消化能和代謝能分別進行相關(guān)性分析，得出代謝能與消化能及可消化干物質(zhì)(DDM)和可消化有機物(DOM)含量呈極顯著相關(guān)(P<0.01)(表4)。

表2 精飼料的消化能和代謝能Table 2 DE and ME of concentrates

表3 精飼料概略養(yǎng)分與消化能或代謝能的相關(guān)性分析Table 3 Correlation between proximate nutrients and DE or ME of concentrates

表4 精飼料可消化養(yǎng)分與消化能代謝能的相關(guān)分析Table 4 Correlation between digestible nutrients and ME of concentrate

2.4 精飼料代謝能預(yù)測方程的建立

當消化能作為代謝能的唯一預(yù)測因子時，預(yù)測方程的決定系數(shù)為0.770；當同時使用DOM和消化能對代謝能進行預(yù)測，方程的R2達到0.842(表5)。

3 討 論

由于我國復(fù)雜的地理環(huán)境和傳統(tǒng)的飼養(yǎng)管理方式，造成家畜的飼糧結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，因此充分熟知各類飼料的營養(yǎng)價值和營養(yǎng)特性以及家畜的利用狀況，準確地測出飼料的營養(yǎng)成分，正確地評價飼料的營養(yǎng)價值，對合理利用飼料資源、提高飼料轉(zhuǎn)化效率具有非常重要的意義。代謝能可以真實地衡量反芻動物對飼料的利用情況，以代謝能為基礎(chǔ)配制反芻動物飼料配方更能提高飼料的利用效率。但是代謝能測定需要特定的氣體測定系統(tǒng)和收集裝置，使得代謝能的測定難以進行，所以大多營養(yǎng)成分表中的代謝能值多為推測值，真實性有待進一步驗證。預(yù)測模型的提出為代謝能的計算應(yīng)用提供了新的方向，前人研究多通過一種飼料不同產(chǎn)地進行相關(guān)性分析，建立預(yù)測模型，本試驗與以往試驗不同的是飼料原料取材范圍很大，選取10種精飼料原料進行預(yù)測方程的建立，所建立的模型適用范圍比較廣泛。

表5 應(yīng)用可消化營養(yǎng)物質(zhì)計算精飼料代謝能的預(yù)測方程Table 5 Prediction equation of ME of concentrate from digestible nutrients

3.1 精飼料概略養(yǎng)分與代謝能之間的關(guān)系

《中國飼料成分及營養(yǎng)價值表》給出了肉羊常用的各種精飼料的概略養(yǎng)分以及消化能，試驗前期通過分析幾種精飼料原料的概略養(yǎng)分和消化能之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，飼料中的粗蛋白質(zhì)、酸性洗滌纖維和粗脂肪含量與代謝能的相關(guān)性均達到顯著水平，但是粗蛋白質(zhì)和干物質(zhì)和消化能卻呈現(xiàn)負相關(guān)，由于表中給出的消化能是推測值而不是實測值，因此消化能與飼料概略養(yǎng)分之間的關(guān)系需要進一步用試驗驗證。在反芻動物上代謝能比消化能更準確，但代謝能的測定對于生產(chǎn)中絕大部分是不切實際的，因此實際測定出動物的代謝能，用飼料的概略養(yǎng)分建立代謝能的預(yù)測模型，進行代謝能的預(yù)測是符合生產(chǎn)實際情況的，另外，某一種飼料或者混合飼料中所含的營養(yǎng)成分不一樣，其消化率也會有一定差異，最終直接影響飼料的有效能值。實用、快捷、切合實際是預(yù)測模型的特點，所以在國際上應(yīng)用也比較廣泛[12-15]。在單胃動物上何英[16]通過預(yù)測模型測定了豬飼料中糠麩糟渣、餅粕類飼料的有效能值，劉德穩(wěn)[10]通過套算法建立了生長豬常用飼料的凈能的預(yù)測方程，還有一些研究者通過原料的概略養(yǎng)分建立了DDGS、菜籽類、棉籽類等原料有效能值的預(yù)測模型[17-19]。反芻動物飼料代謝能的測定有體內(nèi)法、體外法、半體內(nèi)法和預(yù)測法等，本試驗采用的是體內(nèi)法結(jié)合套算法，實際測定了10種不同精飼料組成的飼糧消化能和代謝能，試圖通過套算法建立用飼料概略養(yǎng)分來預(yù)測精飼料消化能和代謝能的預(yù)測方程，然而本試驗結(jié)果中精飼料的概略養(yǎng)分與代謝能沒有相關(guān)性，無法得出用概略養(yǎng)分預(yù)測精飼料代謝能的方程。分析原因有可能有以下幾方面，首先是因為每種飼料原料可真實利用的營養(yǎng)成分不同，而且不同的飼料原料可能含有不同的抗營養(yǎng)成分，因此每種原料的最佳預(yù)測因子也會不同[20-21]，僅僅通過飼料的概略養(yǎng)分很難對飼料的代謝能進行預(yù)測；再者配制的飼糧中飼料其他原料成分可能與試驗?zāi)繕司暳嫌谢プ餍?yīng)影響了概略養(yǎng)分與消化能和代謝能之間的相關(guān)性[4]；另外則是因為反芻動物自身生理特點的影響，通過實驗室的概略測定可以得出原料的概略養(yǎng)分含量，概略養(yǎng)分劃分是通過物理辦法將飼料中的養(yǎng)分進行粗略的歸類，然而反芻動物復(fù)雜而獨特的消化生理結(jié)構(gòu)，可消化利用的并不是原料中原本的養(yǎng)分含量，而是經(jīng)過微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化過后所產(chǎn)生的養(yǎng)分和能量，因此較單胃動物更難直接通過原料的概略養(yǎng)分與原料的有效能建立直接的聯(lián)系。

在反芻動物上有研究者建立過配合飼料的預(yù)測模型[1]，與本試驗相比其成功的原因是因為飼料組成的原料單一，實質(zhì)是飼料中各種養(yǎng)分結(jié)構(gòu)類型穩(wěn)定，所以動物消化發(fā)酵過程穩(wěn)定，較本試驗更容易出結(jié)果，后期再做原料代謝能預(yù)測模型時，可以考慮將營養(yǎng)結(jié)構(gòu)相似的原料進行擬合，可能會出現(xiàn)理想的結(jié)果。

3.2 用可消化養(yǎng)分建立代謝能的預(yù)測模型

單胃動物在原料上或者反芻動物在配合飼料上，不少研究者建立了許多用概略養(yǎng)分預(yù)測有效能的預(yù)測模型，這些預(yù)測模型用起來固然簡單快速，但是營養(yǎng)成分相同的飼料也會因結(jié)構(gòu)的不同最終導(dǎo)致養(yǎng)分的消化率有所差異，比如某些飼料中含有特定的抗營養(yǎng)因子，這些因子則會影響到飼料的某種養(yǎng)分消化率，最終導(dǎo)致用飼料概略養(yǎng)分作為預(yù)測因子進行飼料有效能的預(yù)測的準確性出現(xiàn)偏差。飼料中可消化養(yǎng)分是動物真實利用的養(yǎng)分，在預(yù)測方程中引入可消化養(yǎng)分，預(yù)測模型的準確性得到了明確的提升。有研究表明，飼料中的可消化養(yǎng)分與其代謝能有明顯的相關(guān)性，可以以可消化養(yǎng)分作為預(yù)測因子來預(yù)測飼料的代謝能[22-24]，早期的可消化養(yǎng)分預(yù)測方程多由粗纖維和其他可消化養(yǎng)分組成[25],隨著研究方法的改進粗纖維逐漸由洗滌纖維代替，方程的準確性也逐漸提高，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但預(yù)測準確；代謝能是消化能進一步精簡后得到的衡量動物代謝的能值，生產(chǎn)實踐中通常用消化能乘以系數(shù)0.82來預(yù)測代謝能[26]，一些學者在反芻動物上也建立了用消化能預(yù)測代謝能的預(yù)測方程[27]，結(jié)構(gòu)簡單，較為實用。本試驗中用可消化養(yǎng)分和消化能對飼料的代謝能就行預(yù)測，發(fā)現(xiàn)隨著預(yù)測因子的增多方程的準確性逐漸提高，但3個因子以后方程的準確性提高并不明顯。在實際應(yīng)用中，不僅要考慮方程的準確性還要考慮方程的實用性，因此用消化能和有機物作為預(yù)測因子的預(yù)測方程最為實用。

4 結(jié) 論

① 對于肉羊，精飼料的消化能和酸性洗滌纖維含量與消化能之間的相關(guān)性達到顯著水平，有機物含量與消化能相關(guān)性達到極顯著水平，精飼料的概略養(yǎng)分與代謝能均不存在顯著相關(guān)。

② 用可消化養(yǎng)分建立代謝能的預(yù)測方程為：ME=-1.907+1.344DE+1.321DDM-5.347DOM-2.093DADF(R2=0.845，n=60，P<0.01)；ME=-2.105+1.349DE-6.577DOM(R2=0.842，n=60，P<0.01)。[ME為代謝能(MJ/kg)，DE為消化能(MJ/kg)，DDM為可消化干物質(zhì)(%)，DOM為可消化有機物(%)，DADF為可消化酸性洗滌纖維(%)。]

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(責任編輯 王智航)

Establishment of Prediction Model of Metabolizable Energy of Concentrate for Mutton Sheep by Substitution Method

ZHAO Jiangbo1,2WEI Shilai1*MA Tao2XIAO Yi2DING Jingmei2LI Lanjie2FENG Wenxiao2JIA Peng2ZHAO Mingming2DIAO Qiyu2*

(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China;2.FeedResearchInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,KeyLaboratoryofFeedBiotechnologyofMinistryofAgriculture,Beijing100081,China)

This experiment was conducted to establish prediction model of metabolizable energy of concentrate for mutton sheep by substitution method. Sixty-six castrated Dorper×thin-tailedHanF1rams [(49.6±1.3) kg)] were randomly assigned into 11groups (1basal diet group and 10experimental diet groups) with 6rams per group. Digestion and metabolism trial (8days) and respirometry trial (3days) combined with substitution method were conducted to measure digestible energy and metabolizable energy of 10concentrates, and to establish the models between metabolizable energy and proximate nutrients or digestible nutrients. The results showed as follows, 1) gross energy (P<0.05), acid detergent fiber content (P<0.05), and organic matter content (P<0.01) had significant correlations with digestible energy; the proximate nutrients had no correlation with ME (P>0.05). 2) Digestible nutrients had significant correlations with metabolizable energy (P<0.01), and the equations as follows:ME=-1.907+1.344DE+1.321DDM-5.347DOM-2.093DADF(R2=0.845,n=60,P<0.01);ME=-2.105+1.349DE-6.577DOM(R2=0.842,n=60,P<0.01). [ME was metabolizable energy (MJ/kg),DEwas digestible energy (MJ/kg),DDMwas digestible dry matter (%),DOMwas digestible organic matter (%), andDADFwas digestible acid detergent fiber (%).] In conclusion, it is unsuitable to predict metabolizable energy using the proximate nutrients, while it is accurate to predict metabolizable energy using digestible nutrients of concentrate.[ChineseJournalofAnimalNutrition, 2016, 28(4)：1217-1224]

mutton sheep; concentrate; digestible energy; metabolizable energy; digestible nutrients; prediction model

10.3969/j.issn.1006-267x.2016.04.033

2015-11-03

國家肉羊產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-39)；國家“十二五”支撐計劃“肉羊健康養(yǎng)殖模式構(gòu)建與示范”(2011BAZ01734)

趙江波(1990—)，男，碩士研究生，河北邢臺人，動物營養(yǎng)與飼料科學專業(yè)。E-mail： zhaojiangbo0722@163.com

*通信作者：魏時來，教授，碩士生導(dǎo)師，E-mail： weisl@gsau.edu.cn；刁其玉，研究員，博士生導(dǎo)師，E-mail： diaoqiyu@caas.cn

S826

A

1006-267X(2016)04-1217-08

*Corresponding authors： WEI Shilai, professor, E-mail： weisl@gsau.edu.cn; DIAO Qiyu, professor, E-mail: diaoqiyu@caas.cn