日粮阴阳离子差在泌乳奶牛日粮中的应用

■王志博 文奇男 曲永利 苗树君

（1.黑龙江八一农垦大学动物科技学院，黑龙江大庆 163319；2.辽宁省农牧业机械研究所有限公司，辽宁沈阳 110036）

调控家畜体内的酸碱平衡已经不是新概念，这一概念在非反刍动物上已得到很好地建立[1]。关于奶牛干奶末期和产后瘫痪的预防已经做了很多研究[2-3]。随着人们对干奶牛日粮中负的阴阳离子差（Dietary Cation-Anion Difference，DCAD）精料使用的认可，对泌乳奶牛日粮的最佳DCAD的研究兴趣也越来越浓厚。理论上，DCAD在泌乳之初应该较高，之后应该降低[4]。根据NRC（2001）报道，泌乳奶牛日粮的DCAD应该为29 meq/100 g DM（基于体重680 kg奶牛，体况评分3.0、奶产量35 kg、乳脂率3.5%、乳蛋白3.0%的营养需要）[5]。然而，Hu等(2007a)评价了16篇文献关于干物质采食量(DMI)和

DCAD之间的关系，发现DCAD为47 meq/100 g DM时，DMI最大[6]。大量的试验已经就DCAD对泌乳牛生产性能和健康的影响进行了研究。Tucker等(1990)评价了DCAD中的Na、K和Cl对泌乳奶牛的影响，研究发现，DCAD比单个离子对奶牛全身的影响更重要[7]。Sanchez 等(1994a)对Na、K和Cl，尤其是Na和K之间的潜在相互关系进行了研究，研究发现它们之间的相互关系与血液的酸碱状况及血液和乳中的矿物质浓度有关[8]。Sanchez等(1994b)建立了一个大型的数据库，从中发现了Na、K和Cl之间的相互作用[9]。DMI和乳产量对Na或K的反应因日粮中Na、K、Cl和其它矿物质元素的浓度而不同[10]。Block等(2000)饲喂泌乳初期的奶牛的日粮为：对照日粮（未添加Na或K，DCAD=18 meq/100 g DM）或两个更高的DCAD日粮（+25和+52 meq/100 g DM，使用NaHCO3或K2CO3调控）[11]。在更高的DCAD日粮中，Na和K的组合导致了最佳的DMI和乳产量的影响，有最高的血液HCO3-。

1 阴阳离子差（DCAD）

1.1 DCAD方程式

血液pH值最终通过吸收入血的阴阳离子电荷的数量来测定。如果从消化道吸收入血的阳离子比阴离子多，则血液pH值上升。Mongin（1980）是首先提出日粮Na、K和Cl三方相互关系的人之一[12]。他提出Na加K减Cl所得值（meq/100 g DM）能够被用于预测净的酸碱摄入量。这一数值通常被称为日粮阴阳离子平衡[13]或日粮电解质平衡[14]。

在非反刍动物营养中最常使用的表达式是单价阴阳离子差：

然而，Sanchez等(1991)将阴阳离子差这一词汇重新定义，纳入了更多的离子，进行了更加精确的计算[15]。表达式涵盖的离子更全面，DCAD被写成：

但是将多价的常量元素（Ca、Mg、P和S）包含在反刍动物日粮DCAD中的问题是：与Na、K和Cl相比，这些离子涉及到不同和不完全的生物利用效率。

NRC（2001）将Ca、Mg、S和P的生物利用效率纳入了方程式，得出的DCAD为[5]：

此方程式充分考虑到了常量元素（Ca、Mg、P和S）的生物利用效率，因此对日粮DCAD表示更为精确。

1.2 DCAD的计算

为了使用方程式③精确地计算DCAD，矿物质浓度首先被转化为毫当量（meq），公式如下：

例如，一个含有 0.23%Na、1.04%K、0.61%Ca、0.19%Mg、0.26%Cl和0.20%S、0.35%P[荷斯坦奶牛体重680 kg、体况评分3.0、乳脂率3.5%、乳蛋白3.0%、乳糖4.8%、产奶量35 kg（NRC，2001）]的日粮的meq[(Na++K++0.15 Ca2++0.15 Mg2+)-(Cl-+0.6 S2-+0.5 P3-)]值将被计算。每100 g日粮干物质中含有230 mg Na（0.23%=0.23 g/100 g或230 mg/100 g）、1 040 mg K（1.04%K）、610 mg Ca（0.61%Ca）、190 mg Mg（0.19%Mg）、260 mg Cl（0.26%Cl）、200 mg S（0.20%S）和 350 mg P（0.35%P）。因此，这一日粮含有：

下一步就是将阳离子的meq之和减去阴离子的meq：

meq(Na++K++0.15 Ca2++0.15 Mg2+)-(Cl-+0.6 S2-+0.5 P3-)=(10+26.667+4.575+2.375)-(7.32+7.5+16.935)=11.86 meq/100 g日粮DM。

另一个计算DCAD更为简单的方式为：

DCAD=[(%Na DM/0.023)+(%K DM/0.039)+(%Ca×0.15 DM/0.020)+(%Mg×0.15DM/0.012)]-[(%Cl DM/0.035 5)+(%S×0.6 DM/0.016)+(%P×0.5 DM/0.010 3)]。

例如，使用以上同样的数字，代入DCAD公式进行计算：[(0.23%Na/0.023)+(1.04%K/0.039)+(0.61%Ca×0.15/0.020)+(0.19%Mg×0.15/0.012)]-[(0.26%Cl/0.035 5)+(0.20%S×0.6/0.016)+(0.35%P×0.5/0.010 33)]=11.86 meq/100 g日粮 DM。

2 干物质采食量变化

Tucker等(1988)发现，饲喂+20 meq/100 g DM日粮的奶牛比饲喂-10 meq/100 g DM日粮的奶牛的采食量高[13]。另一个试验发现，随着日粮DCAD（Na+K-Cl）从-12增加到31 meq/100 g DM，DMI的变化呈二次效应[14]。West等（1992）进行了另一个热应激条件下的泌乳奶牛试验，日粮的DCAD分别为+12、+22、+35、+46 meq/100 g DM[16]。研究发现，DMI和DMI占体重的百分比随着DCAD的提高而线性增加。Delaquis等（1995）研究表明，泌乳牛的最佳DCAD可能随泌乳阶段的变化而改变[17]。在泌乳前期和中期，DMI随DCAD的提高而增加，但是DCAD对泌乳末期奶牛的DMI没有影响。San⁃chez等（1996）使用实证建模技术分析了20世纪80年代的关于微量矿物质的10个营养试验数据。他们发现，在DCAD为+38 meq/100 g DM时，泌乳奶牛DMI最大，最佳的DCAD范围为+25～+50 meq/100 g DM之间。

3 泌乳量和乳成分

如果奶牛体内的酸碱状态被扰乱，奶牛乳产量将因pH值而变化。高DCAD日粮应该用阳离子Na+和K+来抵消酸性条件。Tucker等（1988）研究了DCAD对产后3～5个月的泌乳奶牛的影响，饲喂DCAD为+20 meq/100 g DM日粮的奶牛的产奶量比饲喂DCAD为-10 meq/100 g DM日粮的奶牛产奶量高9%[13]。通常情况下，典型的泌乳奶牛日粮的DCAD值约为+20 meq/100 g DM[18]。而West等(1991)发现，在热或冷的环境下，将DCAD从-12增加31 meq/100 g DM，乳产量、4%标准乳和乳蛋白都线性增加。Delaquis等（1995）报道，逐渐增加DCAD（泌乳早期，从5.6～25.84 meq/100 g DM；泌乳中期，从14.0～37.3 meq/100 g DM），可提高泌乳早期和中期的乳产量，但是对于泌乳末期没有影响[17]。在泌乳早期，饲喂更高DCAD日粮的奶牛的乳蛋白率更高。但是饲喂高DCAD日粮的奶牛的乳脂率更低，原因很可能是高泌乳量造成的。

Hu等（2007a）采用拉丁方试验设计，以日粮粗蛋白（CP）和DCAD（16%或19%CP；-3、22、47 meq/100 g DM）作为影响因素，进行了6周试验[6]。试验结果表明，随着日粮DCAD的增加，DMI、乳脂率、4%校正乳、乳真蛋白、乳糖和乳固形物线性增加，而乳产量未受DCAD影响；日粮的粗蛋白质含量对奶牛的生产性能无影响。Hu等（2007b）也进行了一个早期泌乳奶牛（16头荷斯坦奶牛和8头娟珊牛）的研究，饲喂的日粮DCAD为22或47 meq/100 g DM，日粮蛋白均为19%CP[19]。研究发现，DCAD未影响DMI、产奶量或乳成分；当DCAD从22增加到47 meq/100 g DM时，产后奶牛的DMI和生产性能没有改善，原因很可能是泌乳早期奶牛的变异性较大。

Wildman等(2007a)也评价了日粮CP和DCAD对泌乳早期奶牛的影响[20]。8头初产荷斯坦奶牛[泌乳天数(47±10)d]饲喂15%或17%CP的日粮，日粮DCAD的含量为25或50 meq/100 g DM。研究发现，高DCAD日粮提高了DMI、乳产量、乳脂及乳蛋白浓度。Wildman等（2007b）进行了热应激条件下日粮DCAD和CP含量对泌乳奶牛影响的另一项研究[21]。其中以32头泌乳末期的奶牛作为试验动物，试验设计为随机区组的2×2析因试验。日粮CP含量为15%或17%，而日粮DCAD为25或50 meq/100 g DM。对于乳产量，DCAD×CP之间存在相互作用。高蛋白日粮中的高DCAD组的乳产量比低DCAD组的乳产量低。处理组中的高DCAD为建议添加量的上限，这一添加量对泌乳末期的奶牛可能太高以致不起作用。

有研究表明，阳离子源（Na+或K+）对DMI和乳产量几乎没有影响[16]，而奶牛日粮中阳离子的比率对奶牛的影响的研究还很少。Sanchez等（1997）对日粮中NaHCO3、NaCl和KCl的比率进行了研究，研究发现，Na和K以及Na和Cl之间的相互作用会影响DMI[22]。这一研究也报道了饲喂高Na日粮使3.5%标准乳产量增加，得出的结论为Na、K和Cl之间存在相互作用。Sanchez等（1994a）报道，当日粮中其它阳离子水平低时，一个阳离子（Na+或K+）倾向于对DMI和乳产量的影响最大[8]。Wildman等(2007c)在两个高DCAD（+41或+58 meq/100 g DM）日粮中进行了不同K∶Na比率的研究[23]。该研究以饲喂状态计算日粮中K∶Na的比率分别为2∶1、3∶1、4∶1。试验的处理组为两个DCAD水平下的不同K∶Na比率的组合。所有处理组的干物质采食量（22.5 kg/d）相似，DCAD对试验没有任何影响。K∶Na比率对乳产量和能量校正乳呈二次效应。K∶Na比率为3∶1时，奶牛乳产量下降。这与Sanchez等(1994a)的研究结果(最大的影响效果是在高或低的Na和K浓度时被观察到)相似[8]。Hu等（2009）进行了一个相似的研究，该研究的日粮DCAD为33 meq/100 g DM。Na∶K的比率为摩尔值，而不是百分比，Na∶K的比率分别为0.21、0.53和1.06（即0.25%Na比2.0%K；0.5%Na比1.6%K；0.75%Na比0.20%K）。研究结果表明，随着Na∶K的比率的增加，DMI呈二次效应，在比率为0.53时，奶牛DMI最低。Na∶K的比率对泌乳量和乳成分没有影响。

4 瘤胃参数

Apper-Bossard等（2010）在裂区试验中使用6头泌乳荷斯坦奶牛作为试验动物，采用3×3拉丁方试验设计，设定3个水平的DCAD、6种日粮[24]。以6个玉米青贮为基础的日粮的DCAD和精料水平（低或高）有所不同。日粮DCAD的范围从11 meq/kg DM到327 meq/kg DM。当饲喂奶牛高精料日粮（精料占41%）时，瘤胃pH值降低（P＜0.01），瘤胃挥发性脂肪酸不受影响，乙酸摩尔浓度倾向于降低（P＜0.10），丙酸摩尔浓度增加（P＜0.05）。逐渐提高的DCAD影响瘤胃pH值；日粮DCAD为150 meq/kg DM时，瘤胃pH值最高。在整个试验中，瘤胃pH值变化很大。当饲喂奶牛高精料日粮时，瘤胃pH值下降得更快，但DCAD对瘤胃发酵模式或酸度无影响。值得注意的是：当饲喂奶牛高精料日粮、DCAD为最高水平时，奶牛DMI最大（24.6 kg/d，P＜0.05）。

5 展望

日粮阴阳离子差（DCAD）的监控已经是广为接受的优化奶牛的生产性能的做法。为提高泌乳奶牛的生产性能和改善泌乳的健康状况，给予泌乳奶牛不同泌乳阶段适宜的日粮DCAD变得越来越重要。在我国，饲料原料的阴、阳离子含量的数据库还未被建立；配制奶牛日粮，尤其是产后奶牛的日粮很少考虑日粮的DCAD。因此，应建立我国饲料原料的阴、阳离子含量数据库。在此基础上，对我国规模化奶牛场的泌乳的饲料配方进行DCAD的优化，通过试验评价DCAD对目前我国规模化奶牛场的泌乳奶牛生产性能、体液的酸碱度、调节钙平衡的激素等的影响，以期找到适宜的DCAD范围及阳离子比率，为提高泌乳奶牛生产性能和健康状况提供理论依据。