日粮类型对奶牛能量代谢的影响

内蒙古农业大学动物科学学院 娜仁花中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 董红敏

奶牛为了维持生长和高水平的产奶性能，需要从日粮中获取满足需要的以及符合饲养标准的营养成分。即合理地配合、加工奶牛的日粮以及对奶牛进行科学的饲养管理是提高奶牛对饲料转化效率与生产效益的重要保证。奶牛虽然对低质粗饲料有较高的消化能力，但是能量如果不平衡时，不仅造成能量的浪费及生产水平的下降，而且产生的甲烷是造成气候变暖的主要成分。目前，国内在生产条件下对奶牛进行不同日粮对奶牛能量代谢的影响以及利用六氟化硫（SF6）示踪法进行泌乳奶牛的甲烷（CH4）排放测定鲜见报道。

本研究用不同类型日粮饲喂奶牛，在生产条件下对泌乳奶牛的能量平衡进行测定，研究不同日粮类型对奶牛能量代谢的影响以期为有效改善能量平衡，提高饲料利用率，改善畜产品质量和降低饲养成本，减少环境影响提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验动物及试验日粮 选用12头身体健康、体重及泌乳期相近的3～5岁中国荷斯坦奶牛作为试验动物。以玉米、麦麸、青贮玉米、玉米干秸秆为主要原料配制3种不同精粗比的试验日粮，分别为40∶60的秸秆型A日粮（粗料为干玉米秸秆）、40∶60 和 60∶40 的青贮型 B 及 C 日粮（粗料均为青贮玉米），试验原料及试验日粮的营养水平分别见表1和表2。

表1 试验原料的营养水平

表2 试验日粮的主要营养成分

试验奶牛精料和粗料的饲喂次数分别为每日2次和3次。日挤奶2次，自由饮水。

1.1.2 SF6渗透管及牛扼的制备 制备SF6渗透管时，将外径12 mm、内径9.5 mm、长度30 mm的圆柱体铜管浸入液氮（-196℃）中，待管体温度和液氮相同时，取出管体，向其中迅速注入约1200 mg的SF6纯气，将螺帽拧紧，然后把SF6渗透管放在温度为39℃的生化培养箱中，并通入大约40 mL/min流量的氮气，以模拟反刍动物瘤胃环境。每隔7 d称量取SF6渗透管重，对渗透管重随时间变化减少的趋势进行线性回归分析，回归方程的斜率即为SF6的渗透速率。然后挑选出SF6剩余量≥400 mg、SF6渗透速率≥1.8 mg/d的渗透管准备放入奶牛瘤胃内。

牛扼采用pvc管制成密封的U型形状，安装有可开关的阀门。使用之前抽成真空，使压力达到-0.08 MPa以上，安装前保证牛扼在24 h内保持真空状态。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 将12头奶牛根据年龄和泌乳期分为3组，每组4头。3组奶牛依次饲喂A、B、C三种日粮。试验期25 d，其中预饲期15 d，气体及粪尿采样期分别为5 d。

1.2.2 样品的采集和制备 在预饲期内将已知渗透速率的SF6渗透管放置到相应试验牛的瘤胃内，气体采样期间记录每次打开牛扼和关闭牛扼结束采样的时间，保证牛扼中收集的气样为奶牛24 h呼出的气体。每天早上饲喂牛前更换牛扼收集气样，每次采集2袋气样作为平行样进行SF6和CH4浓度的测定。

粪尿采样期间将奶牛进行单头定位饲养，试验牛只能站立、蹲卧、不能转身。采用自制的粪尿接收装置在采样期内按个体全天收集试验牛的全部粪便和尿液，并进行称重，混合均匀后分别制样。

1.2.3 测定指标及方法 CH4浓度测定：SF6和CH4浓度由带工作站的岛津GC-14B型气相色谱仪 （日本岛津公司生产）测定，电子捕获检测器（ECD）测定SF6浓度，火焰离子检测器（FID）测定CH4浓度。色谱条件：柱温 80℃，进样口温度100℃，检测器温度 200℃，空气流速50 mL/s，氢气流速60 mL/s，氮气流速270 mL/s，进样量1 mL。 SF6标准气体浓度为 10.4×10-12V/V，CH4标准气体浓度为24.9×10-6V/V。

通过测定SF6和CH4浓度，用下列公式计算出CH4的排放速率。

式中，RCH4为反刍动物甲烷排放速率，L/d；RSF6为SF6的释放速率，mg/d；6.518为SF6的密度，kg/m3；CH4为采样气体中 CH4的浓度，10-6V/V；SF6为采样气体中SF6的浓度，10-12V/V。

粪便总能和尿能的测定∶采用ISO9831∶1998方法。

1.2.4 统计分析 用Excel 2003软件进行数据整理，以SAS统计软件中ANOVA过程进行方差分析，Duncan’s法进行多重比较，试验结果以平均数±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 日粮类型对奶牛能量代谢的影响 从表3可见，日粮精粗比相同（40∶60）条件下，秸秆型日粮的粪能显著高于青贮型日粮（P＜0.05），同时该日粮的能量消化率显著低于青贮型日粮 （P＜0.05），原因在于秸秆型日粮的粗纤维含量高而且品质较为低劣。粪能的高低与动物摄入的碳水化合物含量也密切相关，与TC摄入量间呈强正相关（R2=0.929），如图 1。 本试验中，A、B、C 三种日粮总碳（TC）摄入量分别为 5.07、3.87、4.36 kg/d，与其粪能值的结果表现一致。

粗料均为青贮玉米时，粪能、能量消化率同样随着精料比例的增加而增加，差异不显著 （P＞0.05）。消化能随着精料比例的增加而显著增加（P＜0.05）。秸秆日粮的粪能占摄入总能的比例（FE/GE）显著高于青贮型日粮（P ＜ 0.05），B 日粮和C日粮间差异不显著（P＞0.05）。

尿能结果表现为C日粮﹥B日粮﹥A日粮，各组无显著差异 （P＞0.05）；尿能占总能的比例（UE/GE）为B日粮﹥C日粮﹥A日粮，B日粮分别比C和A日粮高9.66%、23.89%，C日粮比A日粮高12.98%，差异不显著（P＞0.05）；尿能占消化能（UE/DE）的结果为B日粮﹥A日粮﹥C日粮，B日粮分别比A和C日粮高6.24%、9.66%，A日粮比C日粮高3.22%，差异不显著 （P＞0.05）。

表3 不同试验日粮对奶牛能量代谢的影响

图1 TC摄入量与粪能的关系

本研究中秸秆型日粮的甲烷能（CH4E）及甲烷能／总能（CH4E/GE）显著高于青贮型日粮（P＜0.05），粗料均为青贮玉米时随日粮精料水平的增加CH4E及CH4E/GE明显下降（P＞0.05）。日粮精粗比相同情况下，秸秆型A日粮组的消化能占总能的比例 （DE/GE）以及代谢能占总能的比例（ME/GE）均低于青贮型日粮，差异显著 （P＜0.05），粗料均为青贮玉米条件下，高精比（60∶40）C日粮组的DE/GE以及ME/GE略高于低精比（40∶60）B 日粮组，差异不显著（P ＞ 0.05）。 高精比C日粮的代谢能显著高于低精比B日粮和秸秆型A 日粮（P ＜ 0.05）。

2.2 日粮类型对奶牛日粮能量损失的影响 A、B、C三种日粮从摄入总能中通过粪便、尿液、甲烷等途径一共损失的能量为 103.25、69.46、73.62 MJ/d，它们分别占总能的比例为51.65%、42.63%、41.05%。说明青贮玉米代替干玉米秸秆或适当增加日粮中精料比例均可以减少能量的损失。

A、B、C三种日粮粪能占损失能的比例为79.84%、73.94%、76.48%；尿能能占损失能的比例为6.57%、9.85%、9.33%；甲烷能占损失能的比例为13.59%、16.21%、14.19%，由此可见，日粮能量主要通过粪便途径损失。

3 讨论

动物采食饲料后，蛋白质、碳水化合物、脂肪通过消化吸收进入体内，经过一系列的代谢活动所产生的能量最终以ATP的形式满足机体的各种需要，其中碳水化合物发酵产生的乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸（VFA）是反刍动物主要的能量来源，研究表明，VFA能约占反刍动物摄入可消化能的70% ～80%（冯仰廉，2006）。饲料中的能量不能被动物完全利用，通过粪便、尿液、甲烷气体等途径要损失浪费一部分，因此日粮类型对动物能量代谢影响较大。粪能（FE）约占饲料摄取总能（GE）的 1/3（王新谋，1997），是饲料能量中损失最大的部分。粪能的多少与饲料性质有很大的关系，反刍动物采食粗料时粪能占总能的40%～50%，采食精料时为20%～30%，采食低质粗料时为 60%（杨凤，2006）。 在本研究中，A、B、C 三种日粮的粪能占总能的比例分别为41.24%、31.52%、31.39%，而且秸秆型日粮A显著高于青贮型日粮B和C（P＜0.05）。

日粮精粗比对能量代谢也有一定的影响。王吉峰（2004）利用精粗比为 30∶70、50∶50、65∶35 的日粮（粗料由羊草、苜蓿干草及玉米青贮组成）饲喂泌乳奶牛的研究数据表明，其粪能、消化能（DE）以及能量消化率均随着精料比例的提高而显著增加（P＜0.05）。本试验结果显示，高精比C日粮（60∶40）的粪能、能量消化率分别比低精比B日粮（40∶60）增加了 9﹒62%、0﹒19%，但差异不显著（P＞0.05）。C日粮消化能比B日粮显著增加了10﹒26%（P ＜ 0.05）。

饲料中可消化能并不能完全被机体所利用，其中一部分随尿液排出，尿能（UE）是尿中蛋白质的代谢产物——含氮有机物的能量。尿能的多少决定于饲料的结构，尤其是饲料中蛋白质水平、尿中氮含量、氨基酸平衡情况、能量摄入状况、饲料中有害成分（如芳香油等）的含量等方面。由于C日粮组的蛋白质摄入水平要明显大于其他两组，因此其尿能分别比A、B日粮高1.33%、0.44%。尿能损失量较为稳定，反刍动物的尿能约占总能的3%～5%（王新谋，1997）。用牛体内法实测结果显示，混合日粮的尿能占消化能平均为3.67%，稻草的尿能占消化能平均为5.75%（冯仰廉，2006）。 本研究中，A、B、C 三种日粮的尿能占总能比例范围为3.39%～4.20%，尿能占消化能为5.59%～6.13%，和报道较为一致。

CH4是反刍动物饲料中碳水化合物在其瘤胃内发酵时必然产生的一种气体，其产生量主要受饲料类型、采食量、环境温度与食糜外流速度等的影响。而饲料类型对其的影响主要是通过瘤胃内发酵模式产生。关于饲料对动物甲烷排放影响，多数在实验室条件下采用呼吸代谢室测定 （韩继福等，1997），目前已有研究者在生产条件下采用不同方法进行了日粮类型对肉牛、奶牛CH4排放的研究（孙德成，2008；游玉波，2007；樊霞等，2006；彭小培，2002；Hironaka 等，1996）。 甲烷能意味着饲料总能的浪费。通过甲烷损失的能量占摄入总能的5% ～12%（Holter和Yong，1992）。 本试验中，三种日粮CH4能占饲料总能（GE）的比例分别为7.13%、6.50%、5.91%，说明改变饲料类型对甲烷能的减少具有明显的效果。该结果与国内其他研究报道的范围较为一致，具体比较见表4。因此利用营养调控技术，控制反刍动物甲烷产生，是提高能量转化率的有效措施，对提高反刍动物生产水平和饲料转化率意义重大。

表4 不同用途牛间CH4E/GE的影响比较

4 结论

4.1 青贮型B和C日粮（粗料为青贮玉米，精粗比 40∶60和 60∶40）粪能分别比秸秆型 A 日粮（粗料为干秸秆玉米，精粗比40∶60）减少了37.69%和31.70%，能量消化率分别比A日粮提高了16.41%和 16.76%，均差异显著（P ＜ 0.05），说明玉米秸秆经过青贮处理后有助于提高其能量消化率。粗料均为青贮玉米时，粪能和能量消化率随着精料比例的提高而增加，均差异不显著 （P＞0.05）。尿能结果为C日粮﹥B日粮﹥A日粮，差异不显著（P ＞ 0.05）。

4.2 A日粮的甲烷损失能分别比B和C日粮提高了24.60%和34.26%，显著高于青贮型日粮（P＜0.05），粗料均为青贮玉米条件下随日粮精料水平的增加甲烷能下降了7.19%，差异不显著（P＞0.05）。玉米秸秆经青贮处理或适当提高精料比例可以降低甲烷能的损失。

4.3 三种日粮损失的能量（从粪便、尿液、甲烷途径）分别占摄入总能的比例为51.65%、42.63%、41.05%，说明青贮玉米代替干玉米秸秆或适当增加日粮中精料比例均可以减少能量的损失。其中粪能占损失能的比例分别为79.84%、73.94%、76.48%，尿能能占损失能的比例为6.57%、9.85%、9.33%，甲烷能占损失能的比例为13.59%、16.21%、14.19%，表明奶牛能量的损失主要通过粪能，其次为甲烷能和尿能，这和日粮类型无关。

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