套算法用于估测肉用羊单一谷物饲料代谢能值及养分消化率的探索

赵江波，魏时来，马　涛，赵明明，肖　怡，刁其玉*

(1.中国农业科学院饲料研究所，农业部饲料生物技术重点实验室，北京 100081；2.甘肃农业大学动物科学技术学院，兰州 730070)



套算法用于估测肉用羊单一谷物饲料代谢能值及养分消化率的探索

赵江波1，2，魏时来2，马涛1，赵明明1，肖怡1，刁其玉1*

(1.中国农业科学院饲料研究所，农业部饲料生物技术重点实验室，北京 100081；2.甘肃农业大学动物科学技术学院，兰州 730070)

摘要：本试验旨在研究使用套算法估测肉用羊单一谷物饲料能值的可行性及适宜的替代比例。试验选取54只体重为(48.3±1.3) kg的杜寒杂交F1代去势公羊，采用完全随机区组设计，平均分为9组，分别饲喂1种基础饲粮和8种不同小麦替代比例的试验饲粮，进行消化代谢和气体代谢试验测定消化能和代谢能，结合套算法计算小麦的消化能和代谢能及养分消化率，以确定其适宜的替代比例。结果表明：1)随着替换比例的增加，饲料中的各种养分的消化率逐渐升高，饲料中粪能逐渐降低，尿能、消化能和代谢能逐渐升高。2)根据套算法计算公式计算出小麦的总能、干物质、有机物、粗蛋白质的消化率在任何替换水平差异均不显著(P>0.05)。3)当小麦替换饲粮比例为28.37%～45.95%时，套算法所得的小麦消化能(14.55 MJ·kg-1)与NRC的推荐值(14.52 MJ·kg-1)基本一致；套算法所得小麦的代谢能(11.86 MJ·kg-1)与通过经验公式(消化能×0.82)的计算值(11.91 MJ·kg-1)接近。综上所述，套算法可以用于估测肉用羊单一谷物饲料代谢能值及养分消化率，且替换比例以28.37%～45.95%为宜，本试验中小麦替代饲粮的最佳比例为28.37%。

关键词：套算法；消化能；代谢能；替代比例；小麦

现代畜牧业竞争日益激烈，为了追求更高的经济效益，必须科学饲养家畜，因此为动物提供科学饲料配方就显得尤为重要，而饲料原料中养分的准确含量是提供科学饲料配方的前提[1]。目前，在反刍动物上，精料原料中养分只能测定粗蛋白质等常规营养成分，而对消化能和代谢能均无法直接测量，因此实际配方与动物需要之间还存在一定的偏差。测定某种单一饲料原料的营养价值时，单胃动物可通过直接饲喂饲料原料来评定其营养价值以及能量水平[2-3]，反刍动物由于其特殊的消化生理结构，导致许多谷物类精料无法直接评定，其在动物体内利用的情况也无法得知。现在国内外饲料营养价值表中的消化能和代谢能大多也是用计算方法或者体外法得出[4]。这些数值只是单纯的从理论研究进行推测，或者是通过体外试验测定，没有结合动物真实的体内环境进行消化代谢情况而得出。因此探索出一种新方法进行反刍动物饲料原料营养价值评定就显得尤为重要。

本试验参考单胃动物研究中常用的套算法[5-6]，以小麦作为谷物饲料代表，利用气体代谢室(得到甲烷能)和消化代谢试验实测肉羊的代谢能，科学评定套算法是否适用于反刍动物，以及不同替换比例对动物饲料养分消化率和代谢能的影响。这将对建立我国反刍动物饲料营养价值评定体系以及饲料资源的合理利用都具有十分重大的实际意义。

1材料与方法

1.1试验时间与地点

本试验于2015年3月1日-5月15日在中国农业科学院南口中试基地进行。

1.2试验设计与动物

本试验选取54只12月龄体重为(48.3±1.3) kg的杜泊×小尾寒羊F1代杂交去势公羊，采用完全随机区组设计分为9个处理，包括1个基础饲粮处理组和8个试验饲粮处理组。每个处理6只羊，试验期共17 d，其中前10 d为预饲期，后7 d为粪尿收集期。粪尿收集期7 d中的后3 d进行气体代谢试验，第1天动物适应呼吸代谢箱，确保动物正常状态，后2 d实测动物甲烷产量[7]。

1.3试验饲粮

本试验基础饲粮由羊草、玉米、豆粕和预混料组成，试验中原料的组成均采用同一批原料进行配制，确保原料的一致性，试验饲粮由小麦替换基础饲粮中供能饲料后重新组成，即替换羊草、玉米和豆粕。分为8个不同的替换水平，级差为8.79%，替换水平依次提高分别是10.79%(Ⅱ)、19.58%(Ⅲ)、28.37%(Ⅳ)、37.16%(Ⅴ)、45.95%(Ⅵ)、54.74%(Ⅶ)、63.53%(Ⅷ)、72.32%(Ⅸ)(表1)，其中Ⅰ号料为基础饲粮。

1.4饲养管理

在试验前每只羊用伊维菌素进行驱虫，晨饲前称重，然后轮流适应代谢笼。由于各试验饲粮的原料存在较大差异，会造成采食量不同，故在试验前对试验羊进行饲喂观察，采用采食量最低的一组作为饲喂量[8]。

预试期完成饲粮过渡后，开始为期7 d的气体代谢试验和消化代谢试验。每天饲喂2次(08：00和18：00)，各饲喂600 g，自由饮水。采用全收粪尿法收集粪、尿，每天称取并记录每只羊排粪量，按10%取样，将每只羊6 d的粪样混合冷冻保存，用盛有100 mL 10% H2SO4的塑料桶收集尿液，以防止贮存过程中有尿酸沉淀，稀释至5 L，对稀释尿液充分混合，用纱布过滤后每天取样30 mL，将每只羊6 d的尿样混合后-20 ℃冷冻保存以备测定尿能[9]。

1.5测定指标及方法

饲料和粪中的总能(GE)、有机物(OM)、干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量指标测定参考张丽英[10]的《饲料分析及饲料质量检测技术》第3版进行测定。能量采用Parr-6400氧弹式热量测定仪测得；氮采用KDY-9830全自动凯氏定氮仪测定；甲烷产量根据美国SABLE公司生产的气体测定系统测得。

表1　饲粮组成和营养水平(绝干基础)

1).预混料为每千克饲粮提供：铜 16.0 mg，铁 60 mg，锰 40 mg，锌 70 mg，碘 0.8 mg，硒 0.3 mg，钴 0.3 mg，维生素A 12 000 IU，维生素D35 000 IU，维生素E 50 IU。2).营养水平为实测值

1).One kilogram TMR contains：Cu 16.0 mg，Fe 60 mg，Mn 40 mg，Zn 70 mg，I 0.8 mg，Se 0.3 mg，Co 0.3 mg，VA 12 000 IU，VD35 000 IU，VE 50 IU.2).Chemical compositions are measured values

饲料及原料养分表观全肠道消化率计算公式和计算方法参照O.Adeloa[11]的公式：

饲粮中某种养分的表观消化率(%)=(食入颗粒料总量×颗粒料中该养分的含量-排粪量×粪中该养分含量)/(食入颗粒料总量×颗粒料中该养分含量)×100%

饲粮中原料养分表观全肠道消化率(%)=(饲粮中养分表观全肠道消化率-(100%-X%)×基础饲粮中该养分表观全肠道消化率)/X%

其中，X%为待测原料替代基础饲粮供能的百分率。

套算法测定原料能值计算公式[12]：

能值=(试验饲粮能值-(100%-X%)×基础饲粮能值)/X%

能值包括消化能和代谢能。

饲料的消化能(MJ·kg-1)=总能-粪能

饲料的代谢能(MJ·kg-1)=总能-(粪能+尿能+甲烷能)

甲烷能[13](kJ)=甲烷(L)×39.54 kJ·L-1

甲烷的产量根据美国SABLE公司生产的LGR气体测定仪连接半开放式呼吸代谢箱测定，试验动物第1天适应呼吸代谢箱后，开始连续2 d的气体测定，在2 d内每半小时测定1次呼吸代谢箱内甲烷的产量，2 d内每只试验动物共得到96个甲烷产量的试验数据，求其平均值作为每天每只试验动物的甲烷产量。

尿能测定：取5块定量滤纸分别测定能值，计算出滤纸的平均能值。将10 mL尿液分多次滴在滤纸上，65 ℃烘干后于能量仪中测定，得到滤纸和尿液的总能值。

尿能=总能值(滤纸+尿液)-滤纸能值。

1.6数据处理

试验数据采用Microsoft Office Excel进行初步处理后，用SAS 9.2统计软件中的ANOVA进行分析，差异显著时采用Duncan氏法进行多重比较，P<0.05为差异显著。

2结果

在整个试验过程中，饲喂替换比例为56%以下的试验饲粮的羊只均处于正常状态，饲喂替换比例为65%以上的试验饲粮的羊只表现出轻微瘤胃酸中毒状态。

2.1不同饲粮养分消化率测定结果

随着替换比例的增加，饲料中精料的比例从30.25%逐渐提升到80.44%，精粗比的跨度很大。从表2可知，随着替换比例的增加，饲料中干物质、有机物、总能的消化率整体逐渐升高，其中干物质和有机物的消化率每两种相近的替换水平间差异不显著(P>0.05)，而相差两个组及以上的各组间差异显著(P<0.05)；总能消化率除基础饲粮外，其他相邻处理组之间差异不显著(P>0.05)；粗蛋白质的消化率总体逐渐升高，其中Ⅰ～Ⅲ、Ⅳ～Ⅶ、Ⅶ～Ⅸ组间差异不显著(P>0.05)，其余组间差异显著(P<0.05)。随着精料替换比例的增加，洗涤纤维的消化率除去基础饲粮组和最后两组，相邻的几组饲料中NDF和ADF消化率升高，组间呈显著差异(P<0.05)，其中Ⅰ和Ⅱ组间差异不显著(P>0.05)。

表2　不同饲粮养分消化率测定结果

2.2不同饲粮能值测定结果

不同饲粮能值测定结果见表3。随着小麦替换比例的增加，粪能逐渐降低，尿能、消化能和代谢能逐渐升高。基础饲粮组粪能显著高于其余组(P<0.05)，其余每相邻的两个组粪能差异不显著(P>0.05)，而相差两个组及以上的各组间差异显著(P<0.05)。Ⅷ和Ⅸ组尿能显著高于其他处理组(P<0.05)，其余组间无显著差异(P>0.05)。甲烷能Ⅰ～Ⅶ组之间无显著差异(P>0.05)，最后两组显著低于Ⅰ～Ⅶ组(P<0.05)，且Ⅷ和Ⅸ组间差异不显著(P>0.05)。消化能和代谢能方面，Ⅰ～Ⅵ组相邻两组间差异不显著(P>0.05)，Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ显著高于其他处理组(P<0.05)。

表3　不同饲粮能值测定结果

2.3小麦养分消化率与能值测定结果

根据套算法计算公式计算出小麦的总能、干物质、有机物、粗蛋白质的消化率见表5，其代谢能和消化能以及其比值见表4。总能、有机物、粗蛋白质和干物质的消化率，在任何替换水平差异均不显著(P>0.05)。利用套算法得出的小麦的消化能和代谢能中Ⅲ～Ⅸ号饲粮组显著高于Ⅱ号饲粮组(P<0.05)，且Ⅲ～Ⅸ号饲粮组之间差异不显著(P>0.05)。去掉Ⅱ、Ⅷ和Ⅸ号饲粮，Ⅲ～Ⅶ号饲粮小麦消化能的平均值为14.47 MJ·kg-1，代谢能平均值为11.85 MJ·kg-1；Ⅲ～Ⅵ号饲粮组小麦消化能平均值为14.41 MJ·kg-1，代谢能平均值为11.71 MJ·kg-1；Ⅳ～Ⅵ号饲粮组小麦消化能平均值为14.55 MJ·kg-1，代谢能平均值为11.86 MJ·kg-1。消化能与代谢能的比值几组之间虽有差异，但没有明显的规律。

表4　小麦消化能和代谢能测定结果

表5　小麦的养分消化率

2.4小麦有效能值与NRC推荐值离散性分析

将本试验所用小麦的营养成分及套算法得出的代谢能和消化能分别与NRC[14]推荐值进行离散性分析，其结果见表6和表7。由表6可以得出，本试验与NRC的小麦营养成分相比，相对偏差均在5%以下。8个试验处理中，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ处理组消化能与NRC所推荐的值，相对偏差在1%以下，所得的代谢能相对偏差与消化能的相似，也是在Ⅳ、Ⅴ、Ⅳ饲粮处理组最小，但偏差较消化能稍大，不是在1%以下。

表6　本试验小麦营养成分与NRC(2007)推荐值离散性分析

3讨论

3.1不同替换比例饲料养分消化率

表7　小麦能值与NRC(2007)推荐值离散性分析

干物质和有机物的消化率是动物对饲粮消化特性的综合反映[15-16]，并且已有报道消化率和饲料的概略养分之间存在着显著的回归关系[17-20]。从本试验可以看出，随着替换比例的增加，饲料中的干物质消化率从50.98%升高到68.09%，总体上显著升高，由于前3种饲粮小麦替换水平不高，饲料中精料含量约50%左右，还在日常精料占有率的比例之内，故差异不显著，从Ⅴ号饲粮之后，精料比例已经占到50%以上，消化率的上升趋势较由相邻的3组差异不显著变化为相邻的两组差异不显著。饲料中有机物的消化率从51.52%升高到66.01%，呈显著升高趋势，并且相近的两组替换水平差异不显著，除了有和干物质相似的变化原因外，还有可能因为替换比例较小所导致。

总体来看，粗蛋白质的消化率呈上升趋势，但从Ⅲ号饲粮到Ⅷ号饲粮变化趋势不显著，Ⅸ号饲粮的粗蛋白质消化率显著高于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组料的消化率，其原因在于前几种饲粮中性洗涤纤维含量较多，加快了瘤胃食糜的流通速度，导致其消化率下降[15]。孟庆翔等[21]发现，在成年去势绵羊中精料比例为20%～60%对干物质无显著影响，但是精料比例为80%时干物质的消化率显著降低；王加启等[22]发现，青年公牛的精料比例为70%时，干物质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的消化率有下降趋势。本试验发现，饲料中养分的消化率在精料比例达到74%以上后，上升趋势减缓，因此在实践育肥中建议精料在60%左右为宜，不宜超过70%。套算法替换梯度，建议在20%以上否则宜出现差异不显著情况。

3.2饲料中能量变化

能量是饲粮营养价值评定中的重要指标，也是肉用羊生产性能的限制性因素[8]。能量的利用效率除受动物因素限制外，还受到饲粮因素的影响，如饲粮的营养组成、消化率等[23]。本试验中随着小麦替换比例的增加，饲粮中精料所占的比例也在加大，精料中可快速消化的碳水化合物较多，纤维类含量较少，使得能量的利用效率提高，代谢能和消化能呈上升趋势，而粪能呈下降趋势。

3.3套算法评定小麦养分消化率及能值

本试验以套算法为基础采用多个水平的替换，来验证套算法在反刍动物上的适用性，结果发现，试验饲粮中总能、有机物、粗蛋白质、干物质的消化率与替换水平没有显著差异。周克等[5]以替代法为基础检验了家禽常用的几种测定有效能值的方法结果显示几种方法测定的有效能值间无显著差异；王骁等[24]在利用套算法评定蛋白质饲料净能值时，确定豆粕的适宜替代比例为20%。

纵观8种饲粮处理，Ⅷ与Ⅸ号饲粮在甲烷方面的离散性差异显著，且羊采食精料过高，生理状态不正常，不在采纳范围。生产实际中的肉羊的谷物饲料通常为20%～60%，Ⅶ号饲粮的谷物类饲料总和已经达到68.49%。试验结果与NRC推荐的值用相对偏差进行分析，发现随着替换比例的增加，其相对偏差从Ⅱ到Ⅳ号饲粮偏差由大变小，处理Ⅳ到Ⅶ号饲粮再增大后又减小。Ⅷ、Ⅸ号饲粮减小其原因是因为精料比例太高(精料大于74.47%)，并且甲烷产量显著小于其他处理，对于反刍动物来说其消化代谢过程不在其正常情况之内。在Ⅱ～Ⅶ号饲粮之间，Ⅳ～Ⅵ号饲粮组与NRC相对偏差最小。结合以上原因通过Ⅳ～Ⅵ号饲粮的替代比例估算出小麦的能量代谢能值。进而可以从实际有效性强的3个处理中确定较为适宜的替代比例。3个处理的消化能平均值为14.55 MJ·kg-1，代谢能平均值为11.86 MJ·kg-1，代谢能与消化能的比值为0.82。通过表6比较可以得出Ⅳ号饲粮组与NRC推荐值最为接近。

将所得数值与NRC(2007)比较，小麦的消化能均值为14.55 MJ·kg-1与NRC给出的推荐值14.52 MJ·kg-1差距不大；小麦的代谢能值为11.86 MJ·kg-1与生产实际中常用DE×0.82[25]计算得来的11.91 MJ·kg-1十分接近。由于试验选取的小麦营养成分与NRC推荐值差距不大，故根据本试验结果推导出，用替代法(或套算法)评价谷物饲料饲粮能量代谢，替代比例在28.37%～45.95%之间为宜，在本试验条件下以28.37%的比例替换最佳。

本试验中采用套算法结合体内法测定动物的消化能和代谢能，相对于传统的方法首先解决了某些单一饲料原料在反刍动物上无法通过单独饲喂来评定饲料的营养价值的问题，或者某些饲料原料适口性差的问题也能通过本方法解决。再者以前的一些方法中有些是通过体外法评定饲料的营养价值，体外法虽有诸多优点，但是终究没有结合动物体内的真实环境，没有体内法评定客观真实。另外，传统的方法上代谢能多是通过经验公式和消化能推导得出，没有实际测定，本试验中的数值均是经实际测定得出，因此可靠性更高。

4结论

4.1本试验利用呼吸代谢装置，选取与NRC推荐值营养成分相近的小麦进行消化代谢试验，实测肉羊的消化能、代谢能，得出19.58%～72.32%替换水平间小麦在肉羊体内消化能和代谢能差异不显著，在反刍动物上利用套算法进行计算单一饲料原料代谢能的方法可行。

4.2在肉羊上利用套算法时，单一饲料原料替代比例以28.37%～45.95%为宜，本试验中小麦替代精料的最佳比例为28.37%。

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(编辑郭云雁)

doi:10.11843/j.issn.0366-6964.2016.07.013

收稿日期：2015-09-11

基金项目：国家肉羊产业技术体系( CARS-39 )；国家“十二五”支撑计划“肉羊健康养殖模式构建与示范”(2011BAZ01734)

作者简介：赵江波(1990- )，男，河北邢台人，硕士生，主要从事动物营养与饲料科学研究，E-mail：zhaojiangbo0722@163.com *通信作者：刁其玉，研究员，博士生导师.E-mail：diaoqiyu@caas.cn

中图分类号：S826；S815.4

文献标志码：A

文章编号:0366-6964(2016)07-1405-09

Investigation of Substitutional Methods for Evaluating Metabolizable Energy and Nutrient Digestibility of Single Grain in Mutton Sheep

ZHAO Jiang-bo1，2，WEI Shi-lai2，MA Tao1，ZHAO Ming-ming1，XIAO Yi1，DIAO Qi-yu1*

(1.KeyLaboratoryofFeedBiotechnologyofMinistryofAgriculture，FeedResearchInstitute，ChineseAcademyofAgriculturalSciences，Beijing100081，China；2.CollegeofAnimalScienceandTechnology，GansuAgriculturalUniversity，Lanzhou730070，China)

Abstract:This study aimed to investigate the feasibility and approximate proportion of estimating metabolizable energy value of single grain using substitutional method.Fifty-four castrated Dorper×Thin-tailed Han crossbred rams (body weight，(48.3±1.3) kg) were randomly divided into 9 groups and fed one of the following 9 experimental diets：basal diet and 8 experimental diets with different substitutional ratio of wheat.Digestibility and respirometry trials were conducted to measure digestible and metabolizable energy (DE and ME) and to determine the appropriate substitutional ratio of wheat for daily ration.The results showed as following：1)With the increasing of substitutional ratio of wheat，the nutrient digestibility，urine energy，DE and ME were improved，whereas the fecal energy was decreased.2) The digestibility of gross energy，dry matter，organic matter and crude protein in wheat that was calculated by the substitutional method were not affected by treatments (P>0.05).3) When the substitutional ratio of wheat was in the range of 28.37%-45.95%，the DE and ME of wheat were 14.55 MJ·kg-1and 11.86 MJ·kg-1.They were respectively similar to 14.52 MJ·kg-1recommended by NRC (2007) and 11.91 MJ·kg-1calculated from experimential equation (DE×0.82).In conclusion，the appropriate substitutional ratio of single concentrate in mutton sheep diet is in range of 28.37%-45.95% and the optimal substitutional ratio of wheat for daily ration is 28.37% in the current study.

Key words:substitutional method；digestible energy；metabolizable energy；substitutional ratio；wheat