大力推进日粮学理论和技术体系的创新和发展

■卢德勋

（内蒙古农牧业科学院，内蒙古呼和浩特 010031）

人类对饲料利用的认识，可以追溯到远古时代。但是饲料科学真正从其他相关学科中间分离出来并成为一门独立的现代化科学只是20世纪后期的事。饲料或日粮配方设计是饲料科学的基础性技术，是传统饲料科学理论和技术体系中的核心内容之一。当前，随着与动物营养学科一起携手推进实现学科整体思维方式由分析思维向系统思维的历史性转变，通过创新驱动学科发展，最终实现打造具有鲜明时代特征的饲料科学理论和技术体系升级版的战略目标已经提到日程上来。其中，大力推进日粮学理论和技术体系的创新和发展是实现这一战略目标最富有全局性的任务。本文将围绕这一论题谈谈作者粗浅的看法，介绍一些已经取得的成果。

1 对传统日粮配合技术创新刻不容缓

日粮是饲料实际运用的基本形式，日粮配合技术是日粮设计、使用的理论和技术依据。传统日粮配合技术是饲料科学和动物营养学中间最重要的技术，也是最古老的技术。随着饲料科学和动物营养学现代化进程不断向前推进，日粮配合技术也不断取得重要进步；但是由于受到饲料科学和动物营养学现有理论和技术的历史局限性的影响，传统日粮配合技术在饲料科学后现代化时期同样面临着实现新的历史跨越的时代任务。

传统日粮配合技术具有以下三个基本特征：

——以现行饲养标准为日粮配合的根本技术依据;

——实际上将动物营养需要量作为固定不变值看待是日粮配合营养学原则；

——以不承认饲料之间或饲养措施之间的组合效应为日粮配合计算方法前提。

由于这些基本特征所决定，传统日粮配合技术存在以下理论和技术缺陷：

①现行饲养标准本身存在缺点引起的历史局限性：

——现行饲养标准还不够完善；

——现行饲养标准只是一个营养物质水平的标准，并未包含日粮适口性、物理特性，以及可能引起的消化紊乱或特殊营养活性等内容；

——对个体差异，管理差异和应激影响引起的营养物质水平和比例的变化难以考虑进去；

——忽视组合效应带来的问题。

②日粮配合技术与营养管理技术脱节。

③日粮配合技术优化决策技术不完整。

④缺乏日粮生产效应的预测功能。

在传统饲料科学理论和技术体系中，日粮配合仅仅是一项具体技术，没有形成完整的理论和技术体系。在饲料科学的整体思维方式实现由分析思维向系统思维的历史性转变的进程中，构建一个具有时代特征的日粮学理论和技术体系的历史任务必然会提到学科发展的日程上来。日粮学已成为系统动物营养学和饲料科学共同开展的一个新的研究领域。

2 运用系统科学思维，构建具有时代特征的日粮学理论和技术体系

卢德勋（2004）根据系统动物营养学的基本原理和方法，在继承和吸收传统日粮配合技术的合理成分和总结国际上动物营养研究最新进展成果的基础上提出了一种崭新的动物营养技术模式，即优化饲养设计技术体系。在发展优化饲养设计技术体系的基础上，2013年卢德勋正式提出一个日粮学理论和技术体系基本框架。所谓日粮学的定义，可以概括为是利用系统科学的理论和方法，特别是组学技术研究饲料原料的营养组成和营养特性以及其科学利用，在此基础上研究日粮设计、配合和评价技术体系以及其在饲养实践中的运用。图1列出了构建日粮学理论和技术体系的基本框架（卢德勋，2013）。

图1 日粮学理论和技术体系框架

这个日粮学理论和技术体系基本框架具有以下特征：

①现代系统科学思维方式是日粮学理论和技术体系的整体思维方式，是日粮学最鲜明的科学特征；

②实现营养调控是日粮学理论和技术体系的根本目标；

③系统集成型的技术体系是日粮学区别于传统日粮配合技术的根本标志。

3 发展日粮学的优先方向

发展日粮学属于一项新建学科的任务。它涉及重新构建学科思维方式，运用系统科学思维，对一些新的研究领域进行前无古人的创新性研究，使传统的日粮配合技术发生革命性变化，建立一个具有时代特征的日粮学理论和技术体系。这是一个十分艰巨的历史性任务。根据图1提出的日粮学理论和技术体系的基本框架，下面将对日粮学几个优先发展方向进行讨论。

3.1 日粮的不同存在状态

从日粮设计、加工到饲用的各个环节，日粮存在着不同状态。这是一个往往容易被人们忽视的事实。通常日粮有以下四种不同的存在状态。

3.1.1 计算日粮

计算日粮是根据动物营养需要量和饲料组成配制而成。它只存在于计算机中或写在纸上。所有日粮数据都属于纸面上的计算值，与实际情况有较大的相差

3.1.2 成品日粮

根据计算日粮获得的数据，经过加工混合成成品日粮。这一过程增加了原料、加工和组合效应等因素的影响，与计算日粮相比，事实上成品日粮已经产生了一些变化。实践中，反刍动物的成品日粮往往是以精料补充料、青贮或干草等形式存在，不是真正意义上的“混合”日粮，也不是成品日粮。其次，由于牧场实际的饲料原料成分与计算日粮设计时所用的设定值不一致，常常有一定变化，因此，成品日粮往往与计算日粮有一定差异。

3.1.3 饲槽日粮

在饲槽中给动物提供的日粮成品，由于增加了饲喂技术对成品日粮的影响，特别是如果像反刍动物养殖中精补料和粗饲料往往分开给予，或通过TMR混合机把它们混合起来，再撒到饲槽上，由于加料准确度、混合均匀度和撒料均匀性等问题，使饲槽日粮的组成也不一致。另外几乎每次混合出来以及撒到不同角落的饲槽日粮的化学组成和物理形态均存在一定变异，这些变化均不可忽视。

3.1.4 食入日粮

食入日粮是指动物真正采食进入体内的日粮。由于增加了动物和日粮的互作因素，特别是由于动物在采食过程中存在一定挑食行为，还有环境变化和饲养管理在实践中的波动，动物采食量和所采食营养物质种类都会有变化。诸如此类因素都会使畜群乃至个体之间的实际食入日粮与计算日粮、成品日粮和饲槽日粮均有一定差异。食入日粮所产生的采食数据才是真正的实际采食数据。

在动物试验和实际生产中间，我们一定要严格区分日粮在不同阶段的不同存在状态，否则就会产生信息误导。在发展日粮学的过程中，要加强对日粮存在状态的研究，研究在不同存在状态下，日粮营养组成和日粮物理和化学营养特性变化以及加工技术、饲喂技术和饲料原料之间组合效应的影响，特别要发展不同存在状态下日粮的现代营养诊断技术。

3.2 日粮学的基本营养学原理

在图1提出的日粮学理论和技术体系基本框架中，作者首次提出日粮学六大营养学原理。它们分别是整体取性原理、全方位论效原理、动态转化原理、组学原理、兼性原理（底物和营养活性兼顾原则）和营养平衡原理。下面对这六大日粮学营养学原理分别做一简述。

整体取性原理：这个原理可简要的概括为“饲料原料有个性之特长，日粮有集成之妙用“。所谓整体取性是指无论是饲料原料还是日粮，其营养特性都是从饲料原料或日粮的整体水平取定的。日粮的整体功效不等于日粮内各个单一饲料原料和饲料原料内各种组成成分的功效的相加和。日粮的一个突出特点是人为干预性。它是由营养师按照特定的技术设计和配合，形成具有整体功效的饲料实际利用形式。日粮的整体营养功效是通过不同饲料原料之间的配比和加工处理而产生的。

全方位论效原理：日粮营养效果判定依据和标准具有多靶点、多层次、多角度的全方位特点，还具有更强的针对性、可变性和适应性。日粮与其营养效果这种对应的关系不完全是直接的线性关系，而是一种非线性关系。全方位论效包含着更加深刻的生物学机制和规律，研究这种机制和规律，对于发展日粮学具有重大意义。

动态转化原理：饲料内各种成分在动物体内有一个消化、吸收、转运、分布和排泄等生理过程，此外还有与这些过程不同的更加复杂的过程和机制，其中最突出的是动态转化。这种转化的方式和过程主要包括：

①在体内的这种转化是一个多层次、多类型的转化环节；

②转化的目的是多种多样的，转化的二次产物甚至三次产物都会发挥除供应营养底物以外的其它生物作用；

③转化的性质不仅是一般意义上的化学或生物学的，更重要的是通过机体自我调节功能机制，推动机体自我调节向良性运行。

组学原理：饲料成分复杂，单个饲料就是一个复杂的化学分子库；而日粮是更为复杂由单个饲料按一定配方原则配合起来的多个化学分子库的集成体。虽然很多化学成分不一定全是有效营养成分，但由于在营养过程中各种化学成分之间存在相互作用，其成分的多样性必然导致作用方式和途径的多样化。另外，还必须认识到日粮作用的对象是受多因素影响下的具有多层次结构和组成的复杂动物有机体。作为日粮组成部分的饲料原料是一个多种成分的复合体系，作用靶点多，在动物体内涉及多个基因和多个生化通路。如果用传统动物营养学的分析思维方法和技术研究饲料原料和日粮的理论和技术问题，关注一点而不及其余，显然无法评价这种多靶点综合（包括协同）的作用机制。基因、蛋白质、代谢水平的各种组学技术发展和在动物营养学领域的应用将为从系统的角度诠释饲料和日粮多成分、多靶点、多层次的系统整体调控理论和技术原理以及其微观机制。各种组学技术的综合应用可以让我们从系统水平上阐明营养代谢规律的整体性和动态性变化并最终诠释其科学内涵。

兼性原理（底物和营养活性兼顾原则）：由于饲料组成复杂，一部分成分起营养底物作用，一部分成分既有营养底物作用，又具有营养调控功能，还有一些成分则只具有营养调控功能。在日粮设计和配合中，我们必须充分考虑这一情况，科学地利用和发挥各自的营养功能和整合功能。

营养平衡原理：动物机体营养平衡是保证动物获得较好的日粮利用效率和理想的生产性能以及良好健康状况的重要技术指标。日粮营养平衡是动物机体营养平衡的启动平衡，具有全局性影响。日粮营养平衡理论涉及日粮和动物消化道的两个层次。由日粮营养平衡引起的组合效应有三种，即正组合效应、负组合效应和零组合效应，其中零组合效应只是一种特例。营养物质在产生组合效应时存在一种剂量效应。衡量日粮组合效应的指标目前只有两种，即采食量和饲料利用率指标。日粮营养平衡的指标分四个层次，即日粮原料平衡、日粮表观养分平衡、可吸收养分平衡和代谢可利用的养分平衡。日粮营养平衡的指标不是一个固定值，是一个范围。日粮三大营养评定指标体系包括有营养物质浓度、营养物质采食量和营养物质平衡参数。

上述前四个营养学原理（整体取性原理、全方位论效原理、动态转化原理和组学原理）主要应用于日粮学理论方面研究，解决研究思路和方法问题。后两个营养学原理（兼性原理和营养平衡原理）主要应用于日粮设计技术方面研究。日粮学六大营养学原理是日粮学理论和技术体系指导思想和灵魂，其具体内容今后尚需进一步丰富和充实。

3.3 日粮优化设计技术体系

卢德勋（2004）根据系统动物营养学的基本原理和方法，在继承和吸收传统日粮配合技术的合理成分和总结国际上动物营养研究最新进展成果的基础上提出的一种崭新日粮配合技术模式，即优化日粮设计技术。它代表了现代日粮配合技术发展的方向。所谓优化日粮设计技术，其定义为：围绕一定的生产目标和营养调控目标，根据当地可利用的饲料资源和其他各种影响因素（动物、饲料和环境的因素）在对动物的营养需要量进行优化决策基础上对日粮进行优化配方设计；通过日粮优化设计，在优化加工工艺的基础上给动物提供一个能在满足其营养需要的前提下具有特殊营养调控功能，饲养安全，工艺质量合格，经济合算的日粮。它是卢德勋（2004）提出的优化饲养设计技术体系中核心技术之一，将其与动物营养管理技术加以系统集成，并通过使用营养检测技术形成一种完整的优化饲养设计技术体系（如图2所示）。

日粮优化设计技术体系的基本特征是系统集成和动态优化。它对传统日粮配合技术几个关键性理论和技术缺陷实现了以下五个方面的技术创新：

①针对”以静治动“缺陷，引进动态优化原则。

②针对狭义的“可加效应”缺陷，引入现代组合效应和营养素平衡理论原则，作为日粮优化设计的理论依据。

③针对营养检测技术滞后的缺陷，引入现代营养检测体系作为不断优化的技术依据。

④针对缺乏营养预测功能的缺陷，引入现代营养预测技术体系，提高日粮配合技术的决策功能。

图2 畜禽优化饲养设计技术体系

⑤针对日粮配合其他营养技术脱节的缺陷，提出日粮设计和其他营养管理技术系统集成，优化饲养方案设计的新思路。

表1比较了日粮优化技术与传统日粮技术，可供参考。

表1 日粮优化设计与传统日粮配合技术的比较

3.3.1 优化日粮设计所遵循的原则

①坚持生产目标、经济成本、动物健康、环境保护、畜产品优质、安全等五个方面统筹的优化饲养决策目标。

②在考虑满足营养需要量并加以动态优化的基础上，实行整体营养调控优先的原则。

③各项营养技术措施系统集成的原则。

④以扶正为主,充分激发和调动动物自我调控功能。在疾病的发生、发展过程中,祖国传统医学特别重视人体正气的主导作用,提出“正气存内,邪不可干”。在动物营养学方面,笔者发展了国际上营养适应性（Nutritional adaptation）的概念,提出动物具有自我营养调控功能这一新的科学概念(卢德勋,1995)。动物自我营养调控功能正是动物体内“ 正气”的一个重要组成部分。动物的营养状况和利用率高低亦主要取决于这种“正气”的强弱。若此“正气”强盛,则营养状况良好,利用率最佳，否则就会使营养状况和营养物质利用率下降,出现营养障碍,严重者甚至死亡。以扶正为主,充分激发和调动动物自我营养调控功能,正是笔者提出的系统整体营养调控理论和技术以及日粮优化设计技术最基本的原则和鲜明特征之一。

⑤进行日粮优化设计时要实行因地制宜、因时制宜和因畜制宜的原则。这里特别强调要注意动物——环境生态系统的调控,实行“天畜合一”。同时,还要注意根据当地饲料资源,并充分利用这一资源来进行决策。

⑥在进行日粮优化设计时要实行营养检测——日粮结构及饲养技术优化决策——日粮生产效能预测三位一体原则。

⑦进行优化日粮设计必须注意营养调控和补添的针对性。通过营养检测来进行设计系列的优化日粮配方。

3.3.2 优化日粮设计的步骤

日粮优化设计步骤如图3所示。下面主要以反刍动物为例,具体说明日粮优化设计的方法和步骤。

图3 日粮优化设计基本步骤

①尽可能多地收集必要的技术资料和数据,主要包括可能利用的饲料种类。营养价值数据,特别是一些重要营养物质的生物利用率数据,以及该地区家畜的营养检测数据。

②确定预期生产目标和营养调控目标以及日粮类型。一般来说,我们都希望自己所饲养的家畜能达到较高的生产目标（日增重或泌乳量、产毛量等）,但是由于生产目标高低要受到可利用的资源种类和成本的限制,通常只能达到一种在当地条件下最经济合算的生产目标。所以首先要根据当地具体情况确定一种最佳的生产目标。然后根据家畜种类、年龄、生理状况和营养调控理论确定出主要的营养调控目标。

确定预期生产目标和营养调控目标后,则需根据生产类型、饲料资源和经济因素来确定日粮类型,通常人们用日粮精粗饲料比来划分日粮类型,主要有50/50、40/60、30/70、20/80 这4种。显然,高精料型日粮多用于泌乳牛和强度肥育牛而低精料型者多用于低投入的家畜。更加科学的划分日粮类型的办法是用日粮的非纤维性的碳水化合物和中性纤维比例来划分。

③根据家畜因素和一些环境因素和营养检测结果对动物的营养需要量进行动态计算和优化分析,确定实时的供给量。这里既要充分考虑现有的饲养标准,又不完全拘泥于现有的饲养标准。今后随着动物营养需要量的数学模型化和计算机化的发展,这一工作将会变得更加方便和容易。目前，主要应考虑的是一些营养生态条件对营养需要量的影响和个体的差异，同时，确定实时的供给量时还应充分考虑社会经济因素。

④以当地可利用的饲料资源为基础进行最低成本的混合精料或日粮配方的设计。设计时必须遵循第3步骤确定的优化实时供给量,但也要注意饲料之间可能产生的组合效应。有条件的地方可以采用人工瘤胃装置，利用精粗饲料之间的组合效应筛选优化的精补料配方。

⑤根据加工工艺设计要求生产料样。对料样进行必要的加工工艺指标检查（主要是均匀度、粒度和一些抗营养因子指标的检查）。由于粒度对动物消化道内食糜流通量的调控十分重要,更应给予特别注意。

⑥对料样进行组合效应、营养平衡度和营养品质等项营养诊断（参见本文有关日粮营养诊断内容）。

⑦对所饲动物的采食量和生产性能进行预测,并对经济效益进行分析,以最终确定所采用的优化日粮设计是否达到预期设计目标。这项工作必须在计算机上进行。

3.4 日粮营养诊断

在图1列出的日粮学理论和技术体系基本框架中，日粮营养诊断的提出为日粮配合技术增加了一项新的预测技术，是日粮学重要的组成部分。运用这项技术能有效保障日粮配方的精确度和预测性。日粮营养诊断在日粮配合和饲养方案制定中的位置如图4所示。

图4 日粮营养诊断在日粮优化设计中的位置

在传统的日粮配合技术中，日粮营养诊断仍然处于粗浅阶段，完全依靠日粮营养浓度分析，依据是否符合饲养标准来判断，使其丧失了最重要的预测功能。在日粮学中，日粮营养诊断内容大大扩展，包括有：日粮粒度检测、日粮营养浓度分析、日粮营养平衡度分析、日粮营养品质评定和日粮综合分析和预测等内容，其中日粮营养平衡度分析和日粮营养品质评定是我们最新研究成果。在奶牛日粮营养平衡度分析和日粮营养品质评定方面，卢德勋（2012）提出日粮营养素平衡指数（DNBI）和日粮产乳潜在效率指数(MPEI)两个整体评定指标，并开始应用于生产实践。卢德勋（2012）提出的用于动物日粮营养平衡度整体评定的日粮营养素平衡指数（DNBI）计算公式如下：

式中：N1——奶牛日粮营养平衡技术指标下限；

N3——奶牛日粮营养平衡技术指标上限；

n1——与N1相对应的日粮实测的营养平衡技术指标的个数；

n3——与N3相对应的日粮实测的营养平衡技术指标的个数；

n2——与＞N1和＜N3的相对应的日粮实测的营养平衡技术指标的个数(每个n2的DNBI值均是1，因此，∑n2=∑n2×1)，与此同时，并成功地研制出对乳牛和肉牛日粮营养平衡度检测的指标体系，包括有RDP/RUP,SP/RDP,ADF/NDF,NFC/NDF,NFC/RDP,CP/NE以及Ca/P等多项指标。它为这项技术在乳牛和肉牛日粮营养诊断中应用创造了条件（卢德勋，未发表资料）。实践证明，这一技术在动物养殖中间有广阔的应用前景。

日粮产乳潜在效率指数（MPEI）是用于日粮营养品质评定的整体指标。所谓日粮营养品质是指由日粮营养组成和营养特性以及日粮和动物相互作用而形成的日粮综合饲用价值。影响日粮营养品质的因子有：

——日粮营养物质来源、组成和营养特性；

——日粮营养素平衡；

——日粮原料之间的组合效应；

——日粮营养物质、营养活性物质和反营养物质之间的组合效应。

发展现代日粮营养品质评定技术对于完善奶牛营养检测技术体系和日粮优化配合技术有重要实用价值。在传统动物营养学中间，评定日粮营养品质最直接的方法是动物活体试验，评定指标包括：采食量、消化率、日粮利用效率和生产性能，但是这一方法的缺点主要是无法与日粮优化配合技术集成，且耗时长、成本高。现代日粮营养品质评定技术的发展方向是模型化方法和半体外法相结合的方法。日粮营养品质的评定方法我们在乳牛方面，主要采用体外产气技术进行（卢德勋，未发表资料），已取得了初步成果。

4 结语和展望

时代呼唤着对传统日粮配合技术本身和所涉及的理论进行创新和发展。推进日粮学的理论和技术体系的创新是当代动物营养学和饲料科学一项重大历史发展任务。运用系统科学思维，构建日粮学理论和技术体系是当前传统日粮配合技术的创新和发展中一件具有战略意义的大事。我们应抓住机遇，继续努力，在发展中不断创新，通过创新不断完善，为最终实现构建时代特征的日粮学的理论和技术的战略目标做出应有的历史贡献。

卢德勋（2013）正式提出的日粮学理论和技术体系的基本框架为传统日粮配合技术的创新和发展指明了方向。任重而道远。摆在我们面前还有很长的路，需要我们几代人去开拓，去奋斗。可以预计，经过不太长的时间，一个崭新的日粮学理论和技术体系必将最终诞生，它一定会大大推动动物营养学和饲料科学达到历史上从未有过的发展水平，为养殖业发展提供更加强大的技术支撑。