替代法估測肉牛對稻草和麥秸的有效能值

魏 明，陳志強，崔志浩，顏培實，王 剛，耿廣多(.南京農業(yè)大學動物科技學院，江蘇 南京 0095； .安徽鳳陽大明農牧科技發(fā)展有限公司，安徽 滁州 39000)

稻草和麥秸等農作物秸稈是反芻家畜寶貴的飼料資源，在肉牛日糧中，粗飼料通常占40%～80%[1]。因此，準確評定稻草與麥秸的能量利用效率與有效能值對肉牛生產具有重要意義。粗飼料原料有效能值的評定，大都通過測定化學成分[2-3]、結合體外法[4]、半體內尼龍袋法[5-6]評定其營養(yǎng)物質降解率，建立數(shù)學模型，進而根據待測原料中的營養(yǎng)成分來估測其凈能。然而，有學者[7]提出，體外法和半體內法或是脫離動物試驗，或是需要瘺管動物，其建立的有效能值預測模型并不能代表動物健康真實代謝生理狀態(tài)下的利用情況。估測單一飼料原料有效能值的另外一種經典方法是結合動物試驗的體內法，包括直接法、替代法和回歸法3種[8]。農作物秸稈適口性較差，其營養(yǎng)水平和組成成分也不均衡，采用直接法單一飼喂會影響肉牛對能量的吸收和利用，從而影響有效能值的測定。因此，替代法可能更適用于秸稈有效能值的估測。曲志濤[9]采用替代法結合呼吸面罩測熱測定了北方地區(qū)奶牛常用粗飼料玉米秸稈、玉米青貯、苜蓿(Medicagosativa)和羊草(Leymuschinensis)的代謝能和凈能。趙明明等[10]比較了直接法和替代法在測定肉羊粗飼料代謝能的差異，并通過替代法建立了肉羊10種常用粗飼料有效能值的預測方程[11]。此外，趙江波等[12-13]的研究表明，替代法也可用于估測肉羊精料原料代謝能。然而，替代法用于估測單一飼料原料的有效能值時，待測原料和基礎飼糧之間潛在的互作效應會影響測定結果[14]，且待測原料不同替代比例條件下其有效能值測定結果差異較大。王驍?shù)萚15]在肉雞上的研究發(fā)現(xiàn)，豆粕的替代比例會影響其凈能值，20%為最佳替代比例。Villamide[8]研究報道替代比例為10%、20%和40%時所估測的原料有效能值標準差分別是試驗飼糧有效能值標準差的13.4、6.4和2.9倍。因此，與單一替代比例相比，設定多個不同的替代比例結合回歸法來估測待測原料的有效能值，可能會得到更為準確的測定值。本研究以帶穗玉米青貯為基礎飼糧，通過設定待測原料在基礎飼糧中不同的替代比例，采用替代法并結合呼吸測熱裝置測定稻草和麥秸對肉牛的代謝能和凈能，研究替代比例對待測原料有效能值測定結果的影響，為評定肉牛單一粗飼料有效能值提供方法學上的參考數(shù)據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計與動物

本研究于2015年10月初至11月中旬在安徽省鳳陽縣進行，整個試驗期最低溫度和最高溫度分別為9.8和23.5 ℃，平均相對濕度為68.3%。選取12頭體重相近(266±13.41)kg的11～12月齡皖東牛公牛，隨機分成3組，每組4頭牛，進行3期試驗。第1期試驗，所有供試牛均飼喂由帶穗玉米青貯組成的基礎飼糧。第2期和第3期試驗，各組分別飼喂稻草或麥秸按不同比例(10%、30%和60%)替代基礎飼糧組成的試驗飼糧，試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1。每期試驗14 d，其中前10 d為預飼期，后4 d為正試期，正試期消化代謝和呼吸代謝試驗同時進行。

表1 飼糧組成及營養(yǎng)水平(絕干基礎)Table 1 Ingredient and nutrient levels of experimental diets (dry matter basis)

①：預混料為每千克飼糧提供維生素A 500 000 IU、維生素D 15 000 IU、維生素E 3 000 IU、銅3 g、鋅12 g、鐵30 g、錳10 g、硒60 mg、碘200 mg、鈷100 mg。②：實測值。

①：The premix provided the following per kg of diets: VA 500 000 IU, VD 15 000 IU, VE 3 000 IU, Cu 3 g, Zn 12 g, Fe 30 g, Mn 10 g, Se 60 mg, I 200 mg, Co 100 mg. ②：Measured values.

1.2 試驗操作與樣品采集

試驗牛全部采用單欄拴系式飼養(yǎng)，每天喂料兩次(08:00和16:00)，自由飲水。試驗開始前，連續(xù)3 d估測所有試驗牛對基礎飼糧的自由采食量，按最小自由采食量的80%確定給料量，以保證試驗期間所有試驗牛全部采食試驗飼糧，不剩余料。其它飼養(yǎng)管理工作按保種場程序進行。正式試驗開始前和結束后連續(xù)2 d對試驗牛進行早晨空腹稱重，取平均值作為采樣體重。

正試期4 d，對各試驗牛連續(xù)96 h全收糞尿。每頭牛每天24 h的糞樣全部收集，對全部糞便稱重并作好記錄，每頭牛每天糞樣經充分混合后分成兩部分取樣：一份在65 ℃烘干，用于常規(guī)養(yǎng)分含量測定；一份用10%的稀硫酸固氮(每100 g糞樣加10 mL硫酸)，65 ℃烘干，制成風干樣，粉碎過1 mm篩后密封保存，以備糞氮分析。試驗牛尿液通過限位欄和自制的接尿裝置收集，接尿裝置包括橡膠漏斗、導尿管和接尿桶3部分；限位欄在不影響試驗牛正常采食、飲水及趴臥基礎上限制其活動范圍，提高尿液收集的穩(wěn)定性。每天24 h的尿樣全部收集，用量筒準確記錄。用6～8層紗布過濾后，取尿樣的10%，置于干凈塑料瓶中，加入10%的硫酸(每100 mL尿液加入10 mL硫酸)，密封，置于-20 ℃保存，備測。

呼吸代謝試驗和消化代謝試驗同時進行，12頭牛分兩次，每次連續(xù)48 h測定。開放式呼吸測熱裝置于每天06:00(代表飼前1 h)、12:00(代表午間休息)、18:00(代表飼后1 h)和24:00(代表夜間休息)對各供試牛測定氣體代謝，每頭牛每次測定時長為8～12 min。開放式呼吸測熱裝置的研制參照李玉芝等[16]的方法，整個系統(tǒng)包括呼吸測熱頭箱、氣路系統(tǒng)(氣體流量計、采氣泵)、氣體采樣檢測系統(tǒng)。氣樣中氧氣濃度變化由順磁式氧氣分析儀(8000 M，Signal Instrument，UK)測定，甲烷濃度變化由INNOVA 1412光聲譜多點氣體檢測儀(LumaSense Technologies，Ballerup，Denmark)測定。產熱量[HP,KJ·(kg0.75·d)-1]的計算根據McLean和Tobin[17]推導的公式：

HP=20.47×ΔO2×F×STP×60×24÷BW0.75。

式中：20.47為單位耗氧量代謝產熱系數(shù)(kJ·L-1)；ΔO2為入氣、排氣的氧氣濃度差(%)；F為呼吸頭箱單位時間內排氣量(L·min-1)；STP為標準狀況，60表示60 min,24表示24 h,BW0.75表示代謝體重。甲烷產生量則根據呼吸頭箱入氣、排氣的甲烷濃度差以及呼吸箱的換氣量進行換算。取48 h連續(xù)8次測定值的平均值作為供試牛每天的產熱量和甲烷產生量。所有試驗牛在預飼期間多次佩戴呼吸頭箱以達到適應的目的。

1.3 測定指標及方法

飼糧和糞中的總能(GE)、干物質(DM)、粗蛋白質(CP)、粗灰分(Ash)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量指標測定參照《飼料分析及飼料質量檢測技術》[18]的方法進行測定。GE采用IKA-C200氧彈式熱量測定儀測定；CP采用FOSS-8400全自動凱氏定氮儀測定；NDF和ADF采用ANKOMA200i纖維分析儀測定。

尿能(UE)測定：取兩張定量濾紙疊在一起測定其能值，做3個平行，計算出濾紙的平均能值。將10 mL尿液分多次滴在兩張重疊濾紙上，65 ℃烘干后于IKA-C200氧彈式熱量測定儀中測定，得到濾紙和尿液的總能值，減去濾紙能值即為尿能。

1.4 數(shù)據計算及分析

甲烷能[CH4-E，kJ·(kg0.75·d)-1][19]、消化能[DE，kJ·(kg0.75·d)-1]、代謝能(ME，kJ·(kg0.75·d)-1]、 能量沉積[RE，kJ·(kg0.75·d)-1]、凈能[NE，kJ·(kg0.75·d)-1]計算公式如下：

CH4-E=L×39.54÷BW0.75；

DE=GE-FE；

ME=ME-UE-CH4-E；

RE=ME-HP；

NE=NEm+RE。

式中:L表示甲烷產量，BW0.75表示代謝體重，GE表示總能，F(xiàn)E表示糞能，UE表示尿能，HP表示產熱量，NEm表示凈能維持需要量。

凈能維持需要量[NEm，kJ·(kg0.75·d)-1]的計算根據Lofgreen和Garrett[20]的凈能模型：

lgHP=a+bMEI。

式中：MEI為代謝能采食量；a和b為待解常數(shù)。當MEI為0時，a的反對數(shù)即為NEm。

待測原料能值=[試驗飼糧能值-(1-X)×基礎飼糧能值]/X。

式中：X為待測原料替代基礎飼糧比例(%)。

建立飼糧有效能值(DE、ME和NE，MJ·kg-1)與基礎飼糧中待測原料替代比例(%)之間的回歸方程：

Y=β0X+β1。

式中：Y表示飼糧的有效能值，X表示待測原料替代基礎飼糧的比例，β0、β1為待解常數(shù)。當待測原料在基礎飼糧中的替代比例達到100%時，可以根據回歸方程估測出待測原料的有效能值。

1.5 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據采用Excel 2010進行初步處理后，用IBM SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析，試驗結果以平均值±標準差表示，差異顯著性檢驗采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，差異顯著時采用Duncan氏法進行多重比較，P<0.05為差異顯著?；貧w分析采用線性回歸分析法(Linear regression)進行分析。

2 結果

2.1 不同替代比例的稻草和麥秸對肉牛營養(yǎng)物質消化率的影響

不同飼糧組之間DM采食量無顯著差異(P>0.05)(表2)。與基礎飼糧組相比，肉牛對DM、CP、NDF和ADF的表觀消化率均隨稻草和麥秸替代比例的增加而逐漸下降，其中稻草和麥秸60%替代組顯著低于10%替代組和基礎飼糧組(P<0.05)。相同替代比例下，稻草替代組的各營養(yǎng)物質消化率有高于麥秸替代組的趨勢，但組間差異不明顯(P>0.05)。

2.2 稻草和麥秸不同替代比例對肉牛能量代謝規(guī)律的影響

各試驗飼糧組的糞能(FE)排出量隨稻草和麥秸替代比例的增加而呈上升的趨勢，均高于基礎飼糧組；而UE和CH4-E排出量基礎飼糧組和試驗飼糧之間無顯著差異(P>0.05)(表3)?；A飼糧組的DE、ME和NE采食量均高于其余試驗飼糧組，各試驗飼糧組的DE、ME和NE采食量隨稻草和麥秸替代比例的提高而呈逐漸下降趨勢。相同替代比例下，稻草替代組的DE、ME和NE采食量亦高于麥秸替代組，而FE排出量則低于麥秸替代組。與基礎飼糧組相比，稻草和麥秸替代顯著降低了肉牛的GE消化率、GE代謝率和DE代謝率(P<0.05)，并且隨著替代比例的提高，三者呈逐漸下降的趨勢。

表4 試驗飼糧消化能、代謝能和凈能值(Y)與待測原料替代比例(X)之間的線性回歸方程Table 4 The regression equation between the experimental dietary DE, ME, NE values (Y) and the substitution ratios of test feed ingredients (X)

表5 待測原料有效能值回歸估測值及消化能和代謝能轉化為凈能的效率Table 5 Effective energy values of test ingredients using regression method and efficiency of DE or ME to NE

2.3 各試驗飼糧有效能值的回歸方程及待測原料有效能值

通過線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，供試飼糧的有效能值與稻草或麥秸替代比例間存在顯著的回歸關系(P<0.05)，DE、ME和NE與替代比例間的回歸方程如表4所列。根據回歸方程最終計算得到稻草的DE、ME和NE分別為8.51、5.79和3.64 MJ·kg-1，麥秸的DE、ME和NE分別為7.89、5.08和3.13 MJ·kg-1，稻草的各有效能值以及DE和ME到NE的轉化效率均高于麥秸(表5)。

表6 替代法和回歸法估測待測原料消化能、代謝能和凈能值的差異Table 6 Differences of estimated DE, ME, NE values of test feed ingredient using substitution method and regression method

2.4 替代法和回歸法估測稻草和麥秸有效能值的差異

當?shù)静莼螓溄仗娲壤秊?0%時，替代法計算得到的稻草或麥秸DE、ME和NE與回歸法的估測值最為接近(表6)。稻草或麥秸3個替代比例下，30%所測得的有效能值變異度最小，也最接近于回歸法估測值的變異度。由此表明，利用替代法估測稻草和麥秸有效能值，30%的替代比例要優(yōu)于10%和60%。

3 討論

3.1 不同試驗飼糧對肉牛營養(yǎng)物質消化率和能量代謝規(guī)律的影響

飼糧營養(yǎng)物質消化率是反映動物對營養(yǎng)物質利用的重要指標，飼糧化學組成、飼喂量、生長階段、試驗動物及環(huán)境的不同都會引起消化率的變化。研究表明，飼糧中各營養(yǎng)物質消化率與NDF含量顯著負相關[21]。本研究中，稻草和麥秸NDF含量均高于玉米青貯，故隨著稻草或麥秸替代比例的提高，供試飼糧的NDF含量逐漸提高，其DM、CP、NDF和ADF消化率呈下降趨勢。

不同飼糧之間營養(yǎng)物質消化率的差異亦會導致其有效能值的不同。陶春衛(wèi)[22]研究表明，飼糧原料組成是影響飼糧能值的主要因素，其中纖維含量對飼糧有效能值影響較大，與飼糧ME高度負相關。本研究中，各供試飼糧的NDF和ADF含量以稻草和麥秸60%替代飼糧組最高，基礎飼糧組最低。因此，各組在總能采食量基本一致的情況下，基礎飼糧組的DE、ME顯著高于60%替代組的，其余各組DE和ME則隨替代比例的提高相應降低，這與趙明明等[10]和劉潔[23]在肉用羊上得到研究結果一致。糞能是飼糧能量損失占比最大的部分，本研究中稻草和麥秸60%替代組的糞能排出量最大，其次是30%替代組、10%替代組以及基礎飼糧組，所以各組的總能消化率隨稻草和麥秸替代比例的提高而降低。而尿能和甲烷能排出量各組間無顯著差異，因此，總能代謝率和消化能代謝率的差異也是由糞能排出量的不同而造成的。

3.2 替代法和回歸法對稻草、麥秸有效能值測定的影響

稻草和麥秸適口性差，纖維含量高，屬于低質的粗飼料，單獨飼喂不僅影響肉牛的采食量，也影響肉牛對營養(yǎng)物質的消化率和能量利用率。因此，替代法用于估測稻草和麥秸的有效能值更為科學。Villamide等[24]研究發(fā)現(xiàn)，替代法用于估測秸稈等高纖維含量原料能值時，待測原料與基礎日糧之間的互作效應會影響其在動物消化道的滯留時間和消化利用效率，而采用化學組成和待測原料相似的基礎飼糧則能有效降低這種互作影響。在本研究中，帶穗玉米青貯的化學組成和營養(yǎng)分成與稻草麥秸相似。此外，前期研究發(fā)現(xiàn)，自由采食條件下帶穗玉米青貯能保持肉牛增重良好的生理狀態(tài)，因此，本研究選取帶穗玉米青貯作為基礎飼糧。

替代法考慮最多的是被測原料的替代比例問題，目前關于替代法研究豬禽等非反芻動物飼料原料能值的報道很多，而在反芻動物上研究相對較少，對替代比例也沒有確切的固定值。在肉用綿羊上，趙明明等[10]利用直接法和替代法估測羊草的代謝能，其結果表明，羊草的最佳替代比例為20%；趙江波等[12]認為套算法用于估測單一谷物飼料有效能值的替代比例以28.37%～45.95%為宜，其中小麥的最佳替代比例為28.37%。此外，Villamide[8]綜述了直接法、替代法和回歸法測定家兔飼料原料能值的精確度，并提出替代法測定家兔飼料能值精確度最高的替代比例為20%～30%。在使用替代法時，待測飼料原料的替代比例是導致原料有效能值變異的重要原因。以單一的替代比例來計算待測原料的有效能測定值誤差較大，而增加不同的替代比例并結合回歸法，能使測定值更為準確。在家禽上，寧冬等[25]研究發(fā)現(xiàn)，較10%和20%，當棉籽粕或玉米蛋白粉的替代比例為5%時，其測定能量價值的變異度較大，用回歸法估測棉籽粕或玉米蛋白粉的能值，其標準誤差較小。聶大娃等[26]和王驍?shù)萚15]的研究也發(fā)現(xiàn)，待測飼料替代基礎飼糧的比例會影響NE測定值，如果待測飼料適口性較差，則可以適當?shù)慕档吞娲壤?。參照前人研究成果，本研究設計稻草和麥秸的替代比例在30%的基礎上前后各設置10%和60%，共組成3個替代比例。結果表明，稻草或麥秸10%和60%替代比例的測定值變異度均明顯高于30%替代組：在10%替代比例條件下，可能由于稻草或麥秸替代基礎飼糧比例過小，對整體試驗飼糧有效能值的影響不穩(wěn)定，導致套算結果變異度較大；而60%替代條件下，則可能由于待測原料占比過多，與基礎飼糧之間存在互作效應而干擾有效能值的推算。根據稻草或麥秸替代比例與其有效能值之間的回歸方程，估算得稻草的DE、ME和NE為8.51、5.79和3.64 MJ·kg-1；麥秸的對應值為7.89、5.08和3.13 MJ·kg-1。與稻草或麥秸10%和60%替代比例相比，30%替代無論是有效能測定值還是其標準誤都和回歸估測值最為接近。因此，采用替代法估測稻草或麥秸對肉牛的有效能值時，替代比例選擇30%為宜。我國《肉牛飼養(yǎng)標準》[27]給出的稻草能量推薦值為消化能5.17～5.42 MJ·kg-1，綜合凈能1.99～2.16 MJ·kg-1；麥秸的推薦值為消化能5.85～5.93 MJ·kg-1，綜合凈能2.10～2.18 MJ·kg-1。美國NRC[28]給出的稻草和麥秸推薦值均為消化能8.53 MJ·kg-1，代謝能6.19 MJ·kg-1。本研究的稻草和麥秸有效能估測值高于《肉牛飼養(yǎng)標準》的推薦值，而略低于NRC標準。

4 結論

1)替代比例會影響單一粗飼料原料有效能值的測定，在帶穗玉米青貯為基礎飼糧條件下稻草或麥秸的替代比例以30%為宜。

2)在估測單一粗飼料原料有效能值時，回歸法和替代法結合能提高測定結果的準確度，有助于篩選替代法最佳的替代比例。

3)稻草對肉牛的代謝能和凈能值分別為5.79和3.64 MJ·kg-1，麥秸的對應值分別為5.08和3.13 MJ·kg-1。

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