基于內(nèi)源指示劑法的牛含甘蔗副產(chǎn)物飼糧消化能預測模型的建立

周 波 韋家周 邵鵬程 莫瑞玻 韋志堅 張 宇 鄒彩霞** 何仁春

(1.廣西大學動物科技學院，南寧 530005；2.廣西農(nóng)墾金光乳業(yè)有限公司，南寧 530001；3.廣西畜牧研究所，南寧 530002)

我國飼料資源豐富種類繁多，如何準確地評定不同飼料原料的能量，在生產(chǎn)實際中科學配制飼糧滿足動物營養(yǎng)需要具有重要的意義[1-2]。消化能(DE)是飼糧可消化養(yǎng)分所含有的能量，其可以通過動物攝入的飼糧總能(GE)與糞能(FE)之差計算。當前國內(nèi)外研究飼糧中DE的方法主要有體內(nèi)法、半體內(nèi)法、體外法[3-4]和預測法[5]。然而，體外法不夠準確，體內(nèi)法和半體內(nèi)法試驗雖較為準確但是操作比較繁瑣，因此，基于化學成分的預測模型被視為獲得飼料或飼糧DE的有效的方法[6-7]。在反芻動物飼料營養(yǎng)價值評定時，通過飼糧原料的化學成分建立DE的預測模型已有相關(guān)報道[8-10]，但對含甘蔗副產(chǎn)物飼糧的可消化養(yǎng)分與DE的相關(guān)研究尚未見諸報道。我國廣西是甘蔗的主要產(chǎn)區(qū)，每年的甘蔗收獲季節(jié)有大量的甘蔗尾葉和榨糖后剩余的甘蔗渣。甘蔗渣具有數(shù)量多、來源集中、質(zhì)量均一、價格低等優(yōu)勢，但由于纖維素和木質(zhì)素含量較高，不適宜于直接飼喂動物[11-12]，而70%～80%甘蔗副產(chǎn)物被直接用作糖廠鍋爐燃料，得不到有效利用，除造成資源浪費，還對生態(tài)環(huán)境有一定的污染[13]。研究顯示，甘蔗渣經(jīng)化學、生物技術(shù)處理后可作為反芻動物的粗飼料[14-15]。通常甘蔗收獲季節(jié)在每年12月至翌年3、4月，恰逢南方冬春季節(jié)缺草期，大宗甘蔗副產(chǎn)物可有效緩解南方冬春飼草料供應短缺問題。目前在我國飼養(yǎng)標準中還沒有甘蔗副產(chǎn)物的營養(yǎng)價值評定數(shù)據(jù)，因此亟需測定營養(yǎng)價值相關(guān)數(shù)據(jù)，來解決甘蔗副產(chǎn)物實際運用的難題。本試驗通過分析牛含甘蔗副產(chǎn)物飼糧的DE與可消化養(yǎng)分之間的相關(guān)關(guān)系，建立DE預測模型，從而實現(xiàn)對含甘蔗副產(chǎn)物飼糧的牛DE的預測，為甘蔗副產(chǎn)物飼料營養(yǎng)價值評定及生產(chǎn)運用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用甘蔗尾葉青貯、膨化蔗渣和堿化蔗渣均由廣西農(nóng)墾綠姆山牛場提供，具體制作方法如下。

甘蔗尾葉青貯制作：將新鮮的甘蔗尾葉切碎后按2 mL/kg噴灑含有植物乳桿菌(活菌數(shù)7.70×107CFU/mL)和枯草芽孢桿菌(活菌數(shù)1.20×108CFU/mL)的混合菌液后，轉(zhuǎn)移至干凈的青貯池后壓實覆膜青貯，甘蔗尾葉青貯90 d后即為甘蔗尾葉青貯料，用于后續(xù)試驗。

膨化蔗渣制作：將干物質(zhì)為50%的蔗渣在膨化罐內(nèi)使用溫度為220～250 ℃，壓力為20 kg/cm2，處理4 min，將處理后的蔗渣放置于干凈的青貯池內(nèi)常溫儲存120 d后即為膨化甘蔗渣，用于后續(xù)試驗。

堿化蔗渣制作：采用干物質(zhì)為50%的蔗渣按12 g/kg添加燒堿，并用混合機混勻后放置于干凈的青貯池內(nèi)常溫保存90 d后即為堿化蔗渣，用于后續(xù)試驗。

1.2 試驗方法

試驗配制含3種甘蔗副產(chǎn)物(甘蔗尾葉青貯、堿化蔗渣和膨化蔗渣)的TMR，并配制1種含象草的TMR作為對照。飼糧組成及營養(yǎng)成分見表1。精料補充料組成及營養(yǎng)水平見表2。試驗選取約1周歲體重(350±10) kg左右的體況良好的西門塔爾牛36頭，分為4個組，每組9頭牛。4組分別為象草組(elephant grass，EG)組、甘蔗尾葉青貯(sugarcane tail silage，SS)組、堿化蔗渣(堿化蔗渣alkalized sugarcane bagasse，ASB)組和膨化蔗渣(steam explosion sugarcane bagasse，SESB)組，飼喂對應的飼糧。試驗分為2期進行，每期14 d，其中預試期9 d，采樣期5 d，2期中間過渡期為15 d。

表1 飼糧組成及營養(yǎng)水平

表2 精料補充料組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

1.3 樣品采集及處理

于試驗正式開始后進行糞樣采集工作，每頭牛每天分別在08:00和14:30通過直腸采集100 g新鮮糞樣，每天采集200 g新鮮糞樣，連續(xù)采集5 d，加入20 mL濃度為10%硫酸進行固氮后放在-20 ℃的冰箱保存，同時采集各組飼糧500 g。

1.4 常規(guī)營養(yǎng)成分的測定

將每頭牛每天采集的糞樣充分混合，然后用烘箱在65 ℃下烘干至恒重，再將5 d的糞樣或飼糧樣混合均勻后粉碎過40目篩后干燥保存。飼糧和糞樣中的干物質(zhì)(DM)含量測定方法參照GB/T 6435—2014，粗灰分(Ash)含量測定法參照GB/T 6438—2007；中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量采用濾袋法(ANKOM-200纖維分析儀，美國)測定；粗蛋白質(zhì)(CP)含量采用凱氏定氮法(Gerhart Vap50s全自動凱氏定氮儀，德國)測定，總能(GE)采用氧彈式量熱儀(Sundy SDC5015，長沙)測定。

1.5 可消化養(yǎng)分的測定

采用鹽酸不溶灰分(AIA)法測定飼糧養(yǎng)分表觀消化率，AIA含量測定方法參照GB/T 23742—2009。養(yǎng)分表觀消化率計算公式如下：

某養(yǎng)分表觀消化率(%)=100-
100×(a×B)/(A×b)。

式中：A為飼糧中該養(yǎng)分含量(%)；a為糞樣中該養(yǎng)分含量(%)；B為飼糧中AIA含量(%)；b為糞樣中AIA含量(%)。

根據(jù)飼糧養(yǎng)分含量和表觀消化率計算可消化養(yǎng)分，計算公式如下：

飼糧中某可消化養(yǎng)分=飼糧中該養(yǎng)分的含量×該養(yǎng)分的表觀消化率。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行初步處理后，采用SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件對飼糧的DE和可消化養(yǎng)分進行相關(guān)分析、主成分分析及回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 含甘蔗副產(chǎn)物飼糧可消化養(yǎng)分與DE的相關(guān)性

含甘蔗副產(chǎn)物飼糧的養(yǎng)分表觀消化率和可消化養(yǎng)分見表3。由表4可知，飼糧DE與可消化有機物(DOM)、可消化中性洗滌纖維(DNDF)和可消化酸性洗滌纖維(DADF)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；飼糧DOM與DNDF和DADF呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；飼糧可消化干物質(zhì)(DDM)與可消化粗蛋白質(zhì)(DCP)呈極顯著負相關(guān)(P<0.01)，與DADF呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；飼糧DCP與DADF呈極顯著負相關(guān)(P<0.01)；飼糧DNDF與DADF呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。

2.2 含甘蔗副產(chǎn)物飼糧可消化養(yǎng)分對DE影響的主成分分析

碎石圖是按照特征根大小排列的主要成分散點圖，利用碎石圖的直觀效果能夠確立最優(yōu)的因子數(shù)量。碎石圖中各成分點間連線坡度的陡緩程度可以比較清楚的看出成分的重要程度。由圖1可知，前3個點之間的連線較陡，與表5中前3個主成分累積貢獻率達86.165%一致。

表3 養(yǎng)分表觀消化率和可消化養(yǎng)分(干物質(zhì)基礎(chǔ))

表4 可消化養(yǎng)分與DE的相關(guān)性

圖1 含甘蔗副產(chǎn)物飼糧主成分碎石圖

由表5可知，按照累積貢獻率達到70%以上的要求選取第1主成分、第2主成分，二者累積為75.706%的總貢獻率能反映大部分信息。第1主成分的特征根為2.189，貢獻率為43.773%。根據(jù)計算出的特征向量(表6)，第1主成分關(guān)系式為：DE=0.220DDM+0.488DOM-0.327DCP+0.564DNDF+0.537DADF。第2主成分的特征根1.597，貢獻率為31.933%，根據(jù)計算出的特征向量(表6)，第2主成分關(guān)系式為：DE=-0.626DDM+0.431DOM+0.561DCP+0.307DNDF-0.116DADF。

2.3 含甘蔗副產(chǎn)物飼糧可消化養(yǎng)分對DE的預測方程

由表7可知，由一種可消化養(yǎng)分作為預測因子的DE預測方程為DE=0.320+18.088DOM(R2=0.967,n=72,P<0.001)時R2較大，由多種可消化養(yǎng)分作為預測因子的DE預測方程為DE=-0.537+2.913DDM+17.260DOM+3.169DNDF-1.668DADF(R2=0.976,n=72,P<0.001)、DE=-0.502+17.239DOM+2.591DDM+2.616DNDF(R2=0.975,n=72,P<0.001)和DE=-0.753+3.337DDM+17.279DOM-0.206DCP+3.091DNDF-1.351DADF(R2=0.976,n=72,P<0.001)時R2較大。

表5 可消化養(yǎng)分與DE的特征根與貢獻率

表6 主成分的特征根和特征向量

表7 應用飼糧可消化養(yǎng)分作為預測因子的DE預測方程

2.4 含甘蔗副產(chǎn)物飼糧DE預測值與實測值的比較

表8比較了由表7中DE預測方程推算得出DE的預測值與實測值，由表8數(shù)據(jù)可知使用預測方程DE=0.320+18.088DOM和DE=0.389-0.727DCP+18.082DOM對飼糧DE進行預測時預測值與實測值的誤差較小，象草組、甘蔗尾葉青貯組、堿化蔗渣組和膨化蔗渣組使用DE=0.320+18.088DOM預測時的誤差分別為0.04、-0.04、-0.02、0.03，使用DE=0.389-0.727DCP+18.082DOM預測時的誤差分別為0.04、-0.03、-0.03、0.01。

3 討 論

3.1 含甘蔗副產(chǎn)物飼糧可消化養(yǎng)分與DE的相關(guān)性

DE是飼糧可消化養(yǎng)分所含有的能量，其可以通過計算動物攝入飼糧GE與FE之差得出。一般情況下，F(xiàn)E是影響飼糧DE的最大因素，粗飼料中由于纖維含量較高，造成能量利用效率較低，代謝能(ME)和DE下降，F(xiàn)E上升。Hales等[16]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧蛋白質(zhì)水平一定時，隨著粗纖維水平的提高，F(xiàn)E線性增加，DE線性下降。Norris等[17]的研究也發(fā)現(xiàn)，隨著單寧提取物在飼糧中添加量的增加，動物的FE增加，DE降低。飼糧中的粗飼料是反芻動物重要的能量來源，粗飼料中的纖維經(jīng)過瘤胃微生物的發(fā)酵產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸被反芻動物利用。Stergiadis等[8]和Sung等[18]研究指出，飼糧中的ADF和NDF含量與飼糧DE和ME呈顯著的負相關(guān)，同時也是預測DE的最佳預測因子。類似的，Schrama等[19]和Seo等[20]的研究也指出飼糧中的可消化養(yǎng)分與其ME有明顯的相關(guān)性，可以使用可消化養(yǎng)分作為預測因子來預測飼糧的DE。Martínez Marín等[21]在馬的DE預測方程研究中得出DE與飼糧中CP、粗脂肪(EE)含量呈正相關(guān)關(guān)系，但與粗纖維(CF)含量呈負相關(guān)關(guān)系，該研究還發(fā)現(xiàn)飼糧中的能量消化率與有機物消化率之間存在密切的線性關(guān)系。萬凡等[22]的研究指出DDM、DOM、DCP與DE、ME呈顯著正相關(guān)，與DNDF和DADF呈負相關(guān)。本試驗中,綜合DE與可消化養(yǎng)分的相關(guān)性、主成分分析和預測方程，DDOM、DNDF與DE均為正相關(guān)關(guān)系，這與萬凡等[22]的結(jié)果不一致，可能是由于粗飼料中CP、NDF和ADF含量差異較大導致DE與可消化養(yǎng)分之間的相關(guān)性受到影響。

3.2 基于含甘蔗副產(chǎn)物飼糧可消化養(yǎng)分的DE預測方程

精確估計DE對于準確設(shè)計飼糧配方和降低飼料成本至關(guān)重要。然而，通過傳統(tǒng)的體內(nèi)代謝試驗來測量DE會消耗大量的時間和金錢，而通過建立預測方程來估測DE已經(jīng)證明是一種極具潛力的飼料營養(yǎng)價值評定方法。目前已有用于粗飼料[3]、能量飼料、飼糧[9,22]及精料[4]的DE預測方程，上述研究中預測方程的R2在0.748～0.972，與本試驗中預測值與實測值誤差較小的預測方程DE=0.320+18.088DOM(R2=0.967)和DE=0.389-0.727DCP+18.082DOM(R2=0.967)相比，大部分預測方程的R2小于本試驗的2個預測方程。本試驗中用飼糧可消化養(yǎng)分對DE進行預測，發(fā)現(xiàn)預測方程DE=3.495+26.833DNDF(R2=0.586)，由于R2較小，并不能作為單一可消化養(yǎng)分對DE進行預測，但在使用DOM作為主要預測因子參與DE預測時R2均較高，這可能由于EE屬于有機物，使用DOM作為主要預測因子參與DE預測彌補了EE含量對回歸方程的影響。劉潔[23]在研究不同精粗比飼糧對DE的影響時指出，隨著飼糧精粗比的增加，DE顯著增加，精粗比在40∶60～56∶44時對DE沒有顯著影響。Dong等[24]給小母牛飼喂不同精粗比的飼糧，結(jié)果表明，隨著精料比例增加，飼糧的DE也隨之增加。Fuller等[25]也報道，隨著飼糧精粗比的增加，ME增加，而ME是由DE計算而來。本試驗中各組飼糧的精粗比在44∶56～50∶50，表明在各組飼糧總能相似情況下DE類似。本試驗中使用DE預測方程對預測值與實測值進行比較時發(fā)現(xiàn)，使用DE=0.320+18.088DOM和DE=0.389-0.727DCP+18.082DOM對DE進行預測時誤差較小，預測結(jié)果更為準確。

3.3 消化能預測關(guān)鍵指標

能量評定是評定飼糧營養(yǎng)價值的重要指標，必須估計飼糧的精確能量值，以便最大限度地降低投入成本或使飼糧供應適應動物的能量需求。楊剛等[26]通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)GE、CP、Ash含量與DE有顯著相關(guān)性，并建立了以GE及CP、Ash含量作為預測因子的生長育肥豬木薯DE的預測方程；Guo等[27]研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)合使用牧草的化學成分和養(yǎng)分消化率參數(shù)可以提高新鮮牧草中DE預測的準確性，EE、Ash、NDF含量是關(guān)鍵預測因子。

Huang等[28]運用化學成分分析的方法建立了玉米DDGS的DE預測方程，發(fā)現(xiàn)NDF、DM和EE含量是豬玉米DDGS中DE的最佳預測因子。趙明明[3]利用OM、CP、GE、NDF含量對營養(yǎng)物質(zhì)消化率進行估測，建立了肉用綿羊常用粗飼料的DE預測方程；袁翠林等[29]研究肉羊精飼料的CP、NDF含量是DE的關(guān)鍵預測因子。本研究中以DOM作為預測因子所得DE預測方程的R2較趙明明[3]得到的結(jié)果高，說明本試驗所建DE預測方程準確性較好。已有研究發(fā)現(xiàn)飼料能值與CF、ADF、NDF、Ash含量呈顯著相關(guān)，可通過回歸方程利用飼料養(yǎng)分含量來預測其DE。但本研究在常規(guī)養(yǎng)分含量基礎(chǔ)上以可消化養(yǎng)分作為預測因子，避免了一些抗營養(yǎng)物質(zhì)的干擾，提高了DE預測的準確性。以上學者基于飼料養(yǎng)分含量預測得到的預測方程中預測因子各有不同，可能是飼料種類和試驗動物的因素造成的，本研究的預測因子采用了DOM、DCP等與DE相關(guān)性高，并且得到的預測方程R2高。飼糧有效能值可通過常規(guī)養(yǎng)分含量建立相關(guān)預測模型進行估測，但并不是所有養(yǎng)分都與有效能值有相關(guān)性，采用相關(guān)性較強的指標有利于建立簡便準確的預測模型。

4 結(jié) 論

① 含甘蔗副產(chǎn)物飼糧DOM、DNDF與DE具有極顯著正相關(guān)關(guān)系。

② 含甘蔗副產(chǎn)物飼糧中DOM是影響DE的主要因子。

③ 使用預測方程DE=0.320+18.088DOM和DE=0.389-0.727DCP+18.082DOM對牛含甘蔗副產(chǎn)物飼糧的DE進行預測準確性較高。