全混合日粮制备机混合均匀度测定方法对比试验

乔建伟

（山西省农业机械发展中心，山西 太原 030002）

0 引言

全混合日粮（TMR）制备机，是一种将粗料（包含青贮饲料和干草料）、精料、矿物质、维生素和其他添加剂充分混合，能够提供足够的营养以满足奶牛需要的饲养机械。全混合日粮饲养技术在配套技术措施和性能优良的全混合日粮制备机械的基础上能够保证反刍动物每次采食口粮都是精粗比例稳定、营养浓度一致的全价日粮，可提高饲料的利用率、强化动物的营养及防疫要求[1-2]。

目前，国内大、中型反刍动物养殖厂均配备多台全混合日粮制备机或由TMR 制备机为核心建立的养殖场中央餐厨，完成不同阶段动物饲料的精确营养配比，提高饲料利用率及饲料制备速度，降低人员投入和劳动强度，深受养殖场（户）的欢迎。自2018 年以来，全国全混合日粮制备机产销量呈现高速增长态势，2021 年产销量1 万台以上，中小型养殖户已成购机主力军，中小型制备机市场占比不断提高。但是该产品良莠不齐，高端机型较低端机型成本差2～3 倍，且存在售价成本不对等、产品质量差异明显、作业效果悬殊等问题，因此在全混合日粮制备机关键作业指标饲料混合均匀度方面很好地区分不同产品显得非常关键和必要[2-4]。本文分析现有全混合日粮制备机混合均匀度测试方法优缺点，创新提出采用TMR 饲料分级筛测试混合均匀度衡量机具作业质量的方法，并进行了对比试验。

1 混合均匀度测试方法

全混合日粮制备机的主要物料一般为青（黄）贮玉米、干草、精料粉（配方饲料），作业时按照饲养要求配比依次添加相关物料到制备机内，机具通过切割、揉搓、搅拌等方式将青黄贮、草料切割揉搓至合理尺寸，并同其他物料混合均匀后排出完成饲料的制备[5-6]。通常混合均匀度的高低可以从一个侧面反映该机具作业质量的优劣。

1.1 传统测定方法

产品标准及相关规范文件中采用标示物筛分法，在完成制备作业后取样，使用2.0 mm 或710 μm 的单层筛子进行筛分，通过筛分取样分析筛下标示物质量，求得标示物的变异系数得出物料的混合均匀度。该方法在实际使用过程中较为简便，能很好地通过小颗粒标示物反映出物料的混合情况。标准和规范文件使用该种方法给出的产品混合均匀度合格指标推荐值≥85%[5-6]。

测定时，试验物料混合后，从出料口等间隔时间获取10 个样本，每个样本的质量不少于300 g，称取样本质量后，用CQ10 号（筛孔710 μm）或2.0 mm 的分样筛保持相同状态均匀摇摆往复100 次，分拣出包含标示物的分拣物，称取分拣物质量，按比例折算成300 g 样本的分拣物质量，按式（1）～式（4）计算折算后分析样本中分拣物质量、样本标准差、样本变异系数和混合均匀度。

传统测定方法存在两方面的缺点。一是全混合日粮饲料中粉料标示物配比较少，一般为3%～5%，仅能体现流动性较好的粉料的混合情况，而占比大的青黄贮、干草的铡切、揉搓后尺寸能否达标情况未考虑，混合后成品饲料的秸秆分布均匀性未考虑，而这两项指标关系到饲料适口性、消化率等指标，在实际生产过程中常常出现块状青黄贮和未切到标准尺寸范围内的干草及草团[7-8]。二是混合均匀度指标得出的合理性有待探讨，传统测定方法是基于标示物混合后，通过筛分标示物分析筛下标示物质量的变异系数得出混合均匀度，但是配方饲料添加物较复杂，能通过筛孔的物质较多，按照上述方法筛分出来的筛下物比例常常大于标示物添加比例的1.5 倍以上，而且具体操作时还存在只要一直筛一直有物料能筛分出来的情况，影响数据得出的合理性。

1.2 分级筛测定方法

从反刍动物学角度出发，综合考虑反刍动物饲养较为敏感的饲料适口性、采食率、消化率的影响因素，采用TMR 饲料分级筛将成品饲料取样筛选分层后，以各层物料占比的变异系数得出混合均匀度，以此来评价全混合日粮制备机的关键作业质量[9-11]。

TMR 饲料分级筛又称草料分析筛、3 层饲料分析筛和滨州颗粒分离筛，主要用于养殖场饲草料的检测，分析动物饲料组成及加工，是美国宾夕法尼亚州立大学的研究者发明的一种用来估计日粮组分粒度大小的专用筛[11]。目前我国使用最多的筛体为上筛孔径19 mm、中筛孔径8 mm、下筛孔径2 mm，底部配置底盘。结合全混合日粮制备机实际作业情况，使用该方法时可根据各制备机推荐最小作业时间，在制备完饲料后等间隔采样，并放于上筛水平摇动一定频次，对各层剩余物料分别称重，并计算出对应的占比，多点采样后求得各层物料的变异系数，得出制备机的混合均匀度。

测定时，试验物料混合后，从出料口等间隔时间获取10 个样本，每个样本的质量不少于500 g，称取样本质量后，用TMR 饲料分级筛保持相同状态均匀摇摆往复100 次，称取各层筛上物质量，并除以样本质量，按式（5）～式（8）计算各层筛上物质量占样本质量比、各层筛上物占比标准差、各层筛上物占比变异系数和各层混合均匀度。

2 两种测定方法对比试验

两种全混合日粮制备机混合均匀度测定方法在测试时计算公式原理基本相同，但是原始数据的得出方法、分析条件不同，对变异系数的得出有根本区别。传统方法采用CQ10 号（筛孔710 μm）或2.0 mm 筛下物质量的变异系数作为混合均匀度的导出值，而TMR 分级筛测试方法采用各层物料占比的变异系数作为混合均匀度的导出值，较传统方法避免了在不同饲料配比、不同测试物料时，结果数据的剧烈变化。采用TMR 筛分法也较为符合饲料学对饲料产品的分析手段，对生产企业、科研院所、用户较为容易接受使用，能很好地保证数据的稳定性，进而消除多次试验后结果的差异。

常见的TMR 制备机按照结构型式可分为卧式、立式，按主绞龙数量可分为单绞龙、双绞龙，从搅拌仓容积来看通常以7～9 m3在作业效果、产品质量方面能很好地代表中小容积制备机，而11～13 m3能较好地代表大中型制备机。汇总2018-2021 年农机购置补贴公示数据发现，目前市场保有量、产销量占比最大的3 种机型分别为卧式7 m3单绞龙、卧式12 m3双绞龙、立式12 m3单绞龙。以上3 种机型因其结构型式、搅拌仓容积、物料搅拌流向及作业方式有明显区别，有很好的产品代表性，因此选择以上3 种机型作为混合均匀度的试验机型。

动物饲养学专家对不同厂家生产的3 种机型制备的成品饲料进行质量分析，从饲料草的铡切均匀性、混合后的均布情况、混合作业效果及成品饲料的混合情况等方面评价，选出3 种机型混合均匀度作业质量有明显差异的好、中、差各3 款机型，并结合用户的使用情况，认为这9 款机型具有很好的代表作用。使用TMR筛分法与传统测定方法针对作业质量好、中、差机型进行混合均匀度数据对比试验。具体机型及饲料配比信息如表1 所示。

表1 测试机型及测试条件Tab. 1 Test model and test conditions

为保证测试数据的客观性，而且与传统方法形成直接对比，两种方法试验中均采用在添加完全部物料并到达企业推荐最小作业时间后开始排料，从排料口等时间接取10 个样品，每次取样质量不小于2 kg，各次取样样品用两种筛体分别放置相同质量的物料（两种筛子各筛均采用相同的筛体高度、筛面面积），均匀摇摆100 次，计算出两种方法的混合均匀度，进行3 次测试取平均值，结果如表2 所示。

表2 混合均匀度结果数据Tab. 2 Result data of mixing uniformity单位：%

考虑到几次测试物料配比差异性不大，分析TMR饲料分级筛各层筛结果数据可以明显看出，第1、4 层针对不同档次机型的结果数据线性关联度不高，而且相同条件下数据离散度较大，而第2、3 层数据关联性较好，对不同档次的产品有较为明显的分级，因此舍去第1、4 层筛分后混合均匀度数据，对第2、3 层数据进一步分析。将产品作业质量好的第2、3 层各取样点测得筛上物占比结果同传统方法筛下物质量折算300 g后数据进行分析，具体数据如表3 所示。

分析表3 数据可以看出，使用传统测试方法在同一测试条件下，筛下物折算后的质量3 次测试数据差距较大，以“1+好”为例，3 次测试筛下物的平均质量分别为 26.778、29.509、30.131 g，平 均 值 的 最 大 差 值 是3.353 g，基本上超过了大部分数据的10%。具体到各次试验数据，在饲料搅拌混合非常均匀的情况下仍然出现了较多数据歧点，进而影响混合均匀度的结果。TMR 筛分法数据则较为稳定。

表3 TMR 筛分法筛上物占比结果与传统方法筛下物折算后质量Tab. 3 Ratio of upper sieve of TMR screening method and mass of lower sieve of traditional method after conversion

传统测试方法由于筛孔较小，大于孔径尺寸的物料占比较多，水平移动筛分物料时物料容易在筛面形成平整的光滑面，不利于标示物筛落，对出现数据歧点的样品，试验人员在翻搅物料后会有短暂的明显改善，但是受人为因素影响较大，并不利于对筛下物的比较分析。因作业时间会在一定程度上影响混合均匀度数据，为综合考量两种试验方法的效率及准确性，更好地贴近实际作业中遇到的情况，将混合时间延长为推荐最小作业时间的1 倍，得出数据如表4 所示[11]。

分析表4 数据可以看出，在延长作业时间后TMR筛分法各类机型混合均匀度均有所提高，其中第1、4层提高较为明显，而第2、3 层数据虽然有所提高，但是较其他两层变化并不大，而且仍然对不同档次的产品有分级效果。分析对比第2、3 层数据，较好机型和较差机型的混合均匀度差距有一定程度的缩小，延长作业时间后确实能对以上两种机型的混合均匀度起到提高作用，但是效果有待进一步研究。采用传统方法测得数据均提高明显，但是不同档次产品差距仍然不大，差距幅度有收窄趋势。

表4 时间延长1 倍后混合均匀度结果数据Tab. 4 Result data of mixing uniformity after doubling time单位：%

3 讨论

TMR 筛分法第1 层混合均匀度数据不稳定原因主要集中在草料特性上，饲料配比中秸秆草的占比较大，而草料的不规则性容易引起结果数据不连贯，因此并不能代表机具性能的优劣。第4 层筛孔与传统方法采用的筛孔相近，但是仍与传统方法测得数据存在较大差异，分析认为传统测定方法存在物料不好筛分的情况，而TMR 筛分方法第4 层筛下物分离较好，但是对机具的分级评价效果不佳。从动物饲料学角度出发，第2、3 层饲料是最有利于动物采食的，消化吸收率也明显高于其他两层，占成品饲料比例通常为55%～65%，从此角度来看，分析这两层的混合均匀度有很好的代表性。

4 结束语

针对全混合日粮制备机关键性能指标混合均匀度提出了筛分测定方法，经过试验对比验证、分析结果数据，建议在使用TMR 分级筛考察机具混合均匀度性能时，以生产厂家推荐的最小混合时间为节点，通过多次取样，分析第2 层、第3 层筛上物的质量占比，计算各样品的质量占比变异系数，求得各层混合均匀度，以此来对全混合日粮制备机进行产品作业质量评价。该种方法较为简单，一般养殖户在使用现场通过简单的电子台秤就可对其进行混合均匀度考核，能在一定程度上对不同档次的产品进行分级划分。

目前标准及规范中采用传统方法进行混合均匀度指标测定，设定的混合均匀度合格指标为85%，市场上现有机型均能符合该项指标。而TMR 筛分法对于好、坏机具的结果数据差较为明显，在采用该方法对全混合日粮制备机进行综合判定时，从促进行业发展、提升产品质量的角度来看，建议指标值可以调整为88%，当然还需要结合用户和饲料学专家的意见对其合理优化。