奶牛營養需要量與日糧配制指南

陳明 楊露 熊本海

奶牛本質上對養分的需要量有2個方面：一是動物或組織本身為生命、健康及生產的生化反應而需要的養分，另一方面是滿足瘤胃內微生物區系的生長而需要的養分。配制的日糧需要滿足動物和微生物的養分需要量。飼喂一種滿足奶牛營養需要而平衡的日糧，避免發生任何一種或所有的養分超過需求量，將起到優化動物性能，最小化養分向環境的排放，并取得成本有效的飼喂效果。

此文的目的，一方面是提供對奶牛營養需要量的理解，另一方面是提供配制泌乳奶牛和干奶牛日糧的一些參考的數據指南，為集約化及規?；膛鋈占Z配方設計師提供簡單明了的、實際可操作的日糧配方設計的營養需要量的計算方法、模型、表格及經驗的配方設計要點，促進我國高產奶牛的日糧配方整體設計水平。

1 泌乳奶牛干物質采食量(DMI)

關于初產青年母牛和經產奶牛的干物質采食量(DMI)指南列在表1中。初產青年母牛的DMI在泌乳前期具有緩慢、穩定增加的特點，直到第16周時達到穩定狀態，并一直保持到余下的泌乳天數里。相比之下，經產奶牛的DMI在頭幾周迅速增加，在第5～6周達到泌乳高峰，然后隨泌乳進程緩慢下降。因此，將初產奶牛與經產奶牛進行分開飼養，保證前者獲得必要的采食量很有必要。

DMI在滿足奶牛的營養需要量上是一個決定性的因素。這是因為:①動物需要大量的養分，不是百分比或者濃度，用于每天維持健康和生產；②某些養分像日糧中能量和瘤胃可降解蛋白(RDP)濃度受控于動物消耗的DMI。配制高產奶牛日糧所面臨的挑戰是，所有需要的養分必須包含在攝入的DM之中。因此，具有適宜的DMI對于可持續的泌乳生產，以及保持牛只健康和繁殖性能至關重要。

表1 初產及經產奶牛的DMI(kg/d)

比較DMI的實際值與預測值也是非常有用的。如果實際的DMI超過預測的DMI的5%，需要做如下檢查:飼喂的精度（如全混合日糧在飼喂之前是否充分混合？計量是否準確？）,拒絕攝入的飼料(它們占到的比例是否扣除),校正飼料的DM含量,母牛體重(因為體重增加需要矯正飼料能值的需要量)和飼料效率(平均1.4～1.6 kg牛奶/kg DMI)。相反地，如果實際DMI比預測數據低，下列情形之一可能限制了DMI：日糧的適口性，采食飼料是否便利,高纖維含量日糧,水引入量，熱應激或者過量的日糧RUP含量等。

2 干奶牛干物質采食量

對于干奶牛，在產犢前21 d之前，DMI將大約是體重(BW)的2%。對于成年母牛，在產犢前少于21 d即產前的前3周，應保證每天DMI為10～10.9 kg作為設計日糧配方的前提，并直到母牛產犢的數天內，母牛將消耗上述數量的干物質。這樣是可以保證攝入的養分滿足需要量。同樣地，圍產前期的牛群精力充沛，表現在母牛每天的進進出出，使得在這樣的情形下確定實際的干奶牛群的DMI相當困難。

3 泌乳奶牛及干奶牛能量需要量

泌乳奶牛和干奶牛所采用的能量體系是泌乳凈能(NEL)，且表述為兆卡(Mcal)。奶牛每天的能量需要包含用于維持、泌乳、活動、妊娠和生長所需的能量(NRC,2001)。

維持：維持的能量需要為NEL（Mcal/d）=0.08×BW0.75(BW：kg),以滿足每天正常生命活動的需要。

泌乳：產乳需要的能量是基于奶牛以脂肪、真蛋白和乳糖等形式排出的能量。通過牛奶生產需要的能量可以通過下列方程確定：NEL(Mcal/kg)=0.092 9×Fat%+0.056 3×Protein%+0.039 5×Lactose%；或者，如果在不知道乳糖含量的背景下，有NEL（Mcal/kg）=0.092 9×Fat%+0.056 3×Protein%+0.192。

行為：過度的行走需要增加維持的能量需要，按每步行1 000 m每千克體重增加0.000 45 Mcal計算。例如，一頭重600 kg的母牛每天步行2 km需要每天額外增加0.54 Mcal的維持能量，或者大約在維持需要的基礎上增加5.5%。從溫暖舒適狀態到惡劣狀態的熱應激可能增加維持需要高達25%。

妊娠：在懷孕190 d前，可以不考慮增加額外的能量用于妊娠。在190～279 d妊娠期間，平均的荷斯坦奶牛的妊娠能量需要的增加每天為2.5～3.7 Mcal。

生長和體貯：作為一般性的指南，為滿足第一胎及第二胎泌乳奶牛的生長對養分的需要，需額外增加20%的維持能量。在泌乳期間體重的變化通過體況評分(BCS)的變化反映出來。體況評分為2的母牛損失1 kg的體重可提供的能量為3.8 Mcal，而BCS為4的奶牛則為5.6 Mcal(增加了1.8 Mcal)。反過來，BCS為2的奶牛增重1 kg需要的能量為4.5 Mcal，而BCS為4的奶牛則需要的能量為6.2 Mcal（相差1.7 Mcal）。表明，奶牛的體況不同，體重的變化對能量的貢獻與需求量也有較大的差別。

4 飼料與日糧能量

來自飼料可利用的凈能取決于飼料的養分組成及消化率；而飼料的物理或者化學處理的程度會對飼料養分的消化率有顯著的影響。因此，在確定飼料的能值時應該給予考慮。

DMI的數量是決定日糧能值的一個主要的因素。隨著DMI增加，飼料或食糜通過消化道的流通速率增加。因此，具有較高DMI的相同日糧將會有一個降低的能量濃度，但是此時消化的能量總量還是高于DMI低的日糧飼喂。這意味著飼料和日糧的能值并不是恒定的，而是隨DMI而變化。傳統上，在滿足維持需要的DMI的基礎上，DMI每增加1倍，使用的飼料或者日糧的能值濃度按4%的標準比例減少，例如，一頭每天攝入20.9 kg DM的奶牛，用于維持的DMI為6.8 kg，則攝入飼料的DMI是維持DMI的3倍左右即3×(20.9/6.8)。因此超過維持的DMI是維持的DMI的2倍,則日糧所提供的飼料能值在維持飼喂水平上減少8%。鑒于上述飼料及日糧能值應表現的動態變化，大多數配方程序和關于粗飼料報告顯示的飼料能值采用的是3倍維持DMI背景下的NEL數值（見表2）。

表2 奶牛日糧的能量濃度規格

5 碳水化合物

飼料中碳水化合物組分因其決定了在瘤胃的消化或發酵產生揮發性脂肪酸(VFAs)數量及比例而凸顯重要。飼料碳水化合物典型地劃分為纖維性和非纖維性2個部分。

纖維性碳水化合物包括中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)，且主要為纖維素和半纖維素。在大多數奶牛日糧中，牧草是最主要的纖維性物質來源，并在發酵過程中產生顯著量的乙酸和一些丙酸及丁酸。與淀粉和糖組分比較，NDF和ADF的消化率顯然低一些，因此具有填充的效果，并限制了DMI的數量。

非纖維性碳水化合物(NFC)主要是淀粉和糖類物質，但是，其他組分如有機酸和中性洗滌可溶纖維(果膠、β-葡聚糖、果糖)也屬于NFC。除果膠物質外，其他NFC成分發酵的主要產物為丙酸和乳酸，由于相比于乙酸是強酸，尤其是乳酸，它們對降低瘤胃的pH值比乙酸更為有效。

飼料或者日糧的NFC(%)含量可以按下列公式粗略估計：

但是，更為準確的估測公式如下：

上述公式均以干物質為基礎，NDFCP為NDF中不溶蛋白。

淀粉：建議泌乳奶牛日糧中DM的23%～26%為淀粉；但是，有關淀粉的具體的需要量至目前并未給出。在瘤胃中淀粉的利用率將對在奶牛日糧飼喂多少淀粉有顯著的影響。與飼喂粗糙粉碎的或者破碎的干玉米比較，當飼喂瘤胃內高度降解的蒸汽壓片并精細粉碎的，或者水分含量高的玉米的日糧，其淀粉濃度可以降低一些。最近的研究顯示，如果日糧的淀粉來源被很容易消化的副產品飼料所替代，則較低淀粉水平(17.5%～21.0%)的日糧飼喂給泌乳奶牛并不會導致奶牛的泌乳性能下降(Dann等，2008；Ranathunga等，2008)。

糖:是一種在瘤胃可迅速發酵的成分。因此，飼喂指南為，在干物質中的含量比淀粉低3%～5%。與玉米比較，大多數的豆科和牧草粗飼料中的NFC基本上是果膠和有機酸,它們是淀粉和少量的糖。與那些玉米青貯飼料為主要的粗飼料（NFC主要是淀粉）比較，以豆科植物或者牧草為主要粗飼料的日糧（NFC主要是果膠），略微提高NFC的含量(1%～4%)是可以接受的。

在泌乳奶牛和干奶牛日糧中的NDF、ADF和NFC濃度的推薦量列在表3中。來源于粗飼料的NDF的數量(fNDF)，以及日糧中總的NDF(TNDF)和ADF(TADF)的推薦量為最低量，而NFC的推薦量則是最大量即上限的指南。其他日糧的影響因素包括谷物來源、瘤胃淀粉利用率、纖維物質源、纖維顆粒大小和纖維的消化率等應該一并給予考慮，確定最后配制日糧NFC的上限量。

當配制日糧時，建議用NDF指標決定日糧中纖維性物質的合理用量，隨著日糧中總的NDF含量下降，則較高比例的NDF應該來自粗飼料，且日糧中NFC伴隨下降。

粗飼料顆粒大小：日糧中NDF的含量并不能反映日糧中物理有效NDF（peNDF）的數量。peNDF代表了那些刺激反芻食物的咀嚼的較長的纖維顆粒，并且被用來維持瘤胃團,其對瘤胃功能和動物健康是必須的要素。粗飼料是peNDF的主要來源。一些研究表明最小的粗飼料顆粒的長度為6.5 mm，以維持適度的瘤胃pH值和適度的反芻行為，以及預防終端產品乳脂的下降(Allen，1997；Beauchemin等，1994；Grant等，1990)。賓州大學顆粒箱是一種估測粗飼料和TMR日糧的顆粒大小的有效工具。

表3 奶牛日糧中的纖維性物質和NFC含量指南①（%DM）

用賓州大學顆粒箱評定TMR顆粒尺寸的指南：上層篩比例=6%～10%,第二層篩比例=40%～50%,第三層篩比例＜35%，及底層篩比例＜20%。這些比例針對總的樣品濕重量而言。

加藤對家人的情思甚篤。他委托小石川念速寺舉行葬儀，該寺常在日記中出現。根據井上圓了的記錄，“加藤老博士的小孩逝去時，使念速寺舉行葬儀，故同寺平素幸好與加藤老教授親密往來”[注]井上圓了：《加藤老博士に就きて》，《東洋哲學》第22編第8號，1915年8月，第1頁。 。當時念速寺的住持為近藤秀嶺，擔任加藤家的佛教法事。近藤住持是教理學者，“是在東京真宗大谷派(作者注：東本愿寺派)寺院中的佛教學者，大致把握俱舍、唯識、華嚴、天臺等教理”[注]井上圓了：〈加藤老博士に就きて〉，《東洋哲學》第22編第8號，1915年8月，第2頁。 ，與一般住持不同。

NDF消化率：反映在給定的時間段內NDF在瘤胃消化的比例，可通過原位尼龍袋法加上數學模型計算獲得。當前的俄亥俄州研究表明，在日糧中粗飼料的NDF消化率和整個日糧的消化率沒有相關性。在粗飼料和日糧之間的差異并隨同NDF消化率的變化分析可能要求在生產上的改變之前，粗飼料NDF消化率有8%或者再多一些(Oba and Allen,1999)。但是，NDF消化率是評定不同牧草品種之間品質差異的合理測定指標。

6 泌乳奶牛脂肪

泌乳奶牛中總的脂肪應該限制在DM的6%。大多數牧草和谷物類飼料中的脂肪酸含量范圍為2%～4%DM。因此，關于添加的脂肪水平的最大量是總的日糧DM的2%。但是，總的脂肪作為滿足能量的脂肪飼養是一個籠統的方法。因為作為脂肪的組分，尤其是不飽和的脂肪酸會影響生產反應，如乳脂率下降和繁殖。

日糧中重要的脂肪酸是油酸（C18∶1）、亞油酸（C18∶2）和亞麻酸（C18∶3）。但是,日糧中這些脂肪酸的數量和/或者總多不飽和脂肪酸(PUFA)是否能夠避免乳脂下降或者提高繁殖性目前尚不確定。

7 泌乳奶牛和干奶牛蛋白質

滿足泌乳母牛的蛋白質需要量源于飼料，瘤胃微生物(來自飼料在瘤胃的發酵產生的微生物蛋白)及少量的內源性蛋白質。飼料中蛋白質要么在瘤胃被降解，即表述為瘤胃可降解蛋白質(RDP),主要用來支持飼料發酵和微生物蛋白生長；或者是不被降解即非降解蛋白(RUP)和逃離瘤胃發酵。日糧中RUP的濃度是動態的，并隨DMI的增加而升高，是因為較快的日糧通過瘤胃速率，減少了飼料蛋白在瘤胃的降解時間。

在瘤胃，可降解的日糧蛋白質降解為氨和肽類。日糧蛋白的50%～95%在瘤胃降解。如果與瘤胃可降解的碳水化合物保持平衡，降解的蛋白質的大部分將被瘤胃微生物捕獲并轉換為微生物蛋白(MCP)。在小腸，RUP、MCP和內源蛋白(ECP)被消化后轉化為氨基酸。從小腸部位吸收的氨基酸稱之為可代謝蛋白質(MP)，有關泌乳奶牛和干奶牛MP的需要量列于表4中，而日糧中的CP和RUP推薦的需要量列在表5中(NRC,2001)。

表4 泌乳牛和干奶牛可代謝蛋白(MP)的需要量

按表4所示的需要量要求，舉例計算MP的需要量：

例1:計算奶?？崭怪丶淳S持體重EBW=600 kg,DIM=150 d,DIG=150-70=80 d（這里假定奶牛在產犢后第70 d配上種,下同）,MPC=3.2%,乳產量=25 kg的奶牛每天對MP的需要量？

MP（g/d）=423+25×48=1 623(g)

例2：計算奶?？崭怪丶淳S持體重EBW=600 kg,DIM=300 d，DIG=300-70=230 d，MPC=3.2%，乳產量=25 kg的奶牛每天對MP的需要量？

表5 泌乳牛及干奶牛日糧中CP含量指南（BW=680 kg）

MP（g/d）=423+240+2×(230-220)+25×48=1 883(g)。

氨基酸：奶牛需要氨基酸以滿足自身的代謝和生產“蛋白”的需要。由于在瘤胃飼料蛋白的消化和在瘤胃發酵過程中微生物蛋白生產的復雜性，氨基酸需要量至今還沒有確切地建立起來。但是，基于劑量-反應曲線，在泌乳奶牛日糧中關于賴氨酸和蛋氨酸推薦的水平，進入小腸的MP中分別為6.6%～6.8%和2.2%。或者Lys/Met兩者比例為3∶1(Schwab等，2007)。其他的氨基酸也可能是限制性的，如組氨酸、亮氨酸和纈氨酸,但是為最大化的生產而給出決定性的日糧需要量或者水平尚不明了。

配制日糧以滿足奶牛的氨基酸需要量的益處，應包括飼喂的日糧在總的CP含量上渴望做到水平低一些，即低蛋白日糧但滿足氨基酸的需要量，并增加動物利用蛋白的效率，增加乳蛋白和乳脂的產量并減少飼料成本。

8 礦物質

泌乳奶牛和干奶牛的礦物質使用指南：吸收的礦物質是那些需要的滿足組織和生產的需要量。日糧中并非所有的礦物質具有相同的吸收效率,且源于飼料的各種礦物質的吸收率取決于飼料原料中礦物元素的濃度、飼料類型以及與其他礦物元素和養分的互作。需要的滿足吸收數量的日糧中礦物元素的最少的推薦量列在表6中。

表6 泌乳牛及干奶牛日糧中礦物元素含量指南①

DCAD：日糧陰陽離子差(DCAD)反映日糧中強的陽離子(具有正電荷離子)的濃度和陰離子(具有負電荷離子)濃度的差值。至今建議了一系列的方程用來確定DCAD,但是通常采用的方程為：

DCAD（mEq/100 g日糧DM）=[(%Na×43.5+%K×25.6)-(%Cl×28.2+%S×62.5)]

負的DCAD日糧會使用在產犢前3周內的日糧中，作為降低代謝紊亂的方法并有利于產犢。正的DCAD日糧應該使用在泌乳奶牛日糧中以促進泌乳生產與奶牛健康。

圍產期3周內的日糧：推薦的DCAD水平從-10～-15 mEq/100 g日糧DM。飼喂負的DCAD日糧能幫助在分娩及其后維持血液鈣水平。骨質物是在體內用來控制酸堿平衡的緩沖物的主要來源。當奶牛消耗酸性日糧導致血液pH值下降時，鈣就從骨質中釋放進入血液。此外，酸性日糧導致鈣從小腸的吸收增加。為確定負的DCAD日糧的有效性，可定期測量尿pH值。理想地，產犢前的后2～3周，尿pH值應該是6.0～6.5。

泌乳奶牛：為最大化飼料采食量和牛乳生產，推薦的日糧DCAD是在25～35 mEq/100 g DM范圍內。在熱應激條件下飼喂正項平衡的DCAD日糧是有益的，因為此時奶牛經歷著重碳酸鹽和鉀的損失(Beede,2005)。

9 維生素

脂溶性維生素(A、D、E、K):關于泌乳奶牛和干奶牛的日糧中，推薦的脂溶性維生素(A、D、E、K)的濃度列在表7中。對于拴系飼養的奶牛，日糧中推薦添加維生素A、D和E。由于維生素D是在光照存在下合成的,當奶牛基本飼養在牧場地添加維生素D可能是多余的。由于維生素K2可以通過微生物合成及維生素K1可以通過粗飼料中正常飼喂保證濃度，所以泌乳牛中不必添加維生素K。

表7 泌乳奶牛和干奶牛每天的脂溶性維生素推薦量（NRC,2001;Weiss,2007）（IU/d）

水溶性維生素(B族維生素和維生素C):在日糧中添加水溶性維生素以預防臨床的缺乏是不必要的。因為維生素C可以在奶牛的肝臟和腎臟合成，大多數B族維生素也可以通過瘤胃和小腸的細菌合成，而且在飼喂給奶牛的典型飼料中具有可觀的B族維生素。但是，在某些條件下，添加下列的水溶性維生素在奶牛日糧中可以改善奶牛的健康和提高生產性能(Dairy NRC,2001;Weiss,2007)。

生物素:研究表明，當在奶牛日糧中每天添加20 mg的生物素持續2～6個月，對牛只的蹄子健康和跛腳有改善的效果。同時也能觀察到奶產量的增加(0.9～1.4 kg/d)。

煙酸:煙酸與能量及脂肪代謝有關，因此對于牛奶的產量及乳成分而言是重要的。每天添加12 g煙酸可能對于泌乳早期少許促進牛奶、乳蛋白和乳脂的產量增加。每天向瘤胃飼喂未保護的6～12 g煙酸好像在減少酮癥方面沒有效果。煙酸在瘤胃很容易降解。因此，如果考慮添加煙酸，采用瘤胃保護來源的煙酸應該相對不做保護處理的煙酸更加有利。

氯化膽堿:如果不是包裹在膠囊中保護以免于瘤胃微生物的降解，膽堿會很快在瘤胃降解掉。當在奶牛日糧中每天添加30 g過瘤胃保護的氯化膽堿，結果顯示具有相當一致的提高牛奶產量的效果(大約2.3 kg/d)。瘤胃保護的氯化膽堿也曾使用在過渡期（產犢前30～25 d）奶牛的日糧中，用來降低脂肪肝和酮癥的發生。

礦物元素和維生素對免疫的影響：很多礦物元素和維生素對于維持健康的免疫系統擔當重要的角色。例如，維生素E、硒和維生素A充當抗氧化劑，減少體內自由基對細胞的損害。銅和鋅是過氧化物歧化酶必需的成分。因此，微量元素的缺乏可能損害免疫功能并影響抵御疾病的能力。

在奶牛的干奶期或者應激期間，奶牛的免疫系統已經處在妥協讓步時，缺乏微量元素尤其不利。但是，獲得最佳的免疫功能對微量元素的需要量尚不清楚。目前關于奶牛的微量元素和免疫功能之間的關系進行的研究基本集中在硒、維生素E、銅和鋅(Spears,2000;Goff,2008)。

硒和維生素E:可能由于損害嗜中性細胞的功能，硒和維生素E的缺乏與胎盤不落和乳房炎的發生率的增加有關。推薦的日糧中硒添加量為0.3 mg/kg(法定的限量)。當牧草來自生長于貧瘠的土壤里，保證硒的添加量至關重要。新鮮的牧草是維生素E好的來源。拴系飼養的母牛的日糧,在分娩前3周至分娩后2周即圍產期每天添加2000～4000IU維生素E非常有益處。

銅和鋅：銅和鋅的缺乏降低免疫功能，而且對繁殖性能也不利。適當數量的銅和鋅及其它微量元素提供給干奶期的日糧中，保證胎盤向胎兒轉移中，在肝臟和其他組織中累計它們的濃度，并達到初乳和牛奶中濃度的增加，以滿足新生兒的需要。

10 結語

奶牛尤其是泌乳奶牛受生理階段、體重變化、飼料特性及產乳數量和質量等因素的制約，其營養需要量很難做到像單胃動物那樣，通過采食量與養分的濃度(%)結合表達出來。因此，需要通過表格、模型及典型階段的典型需要量等綜合模式盡可能將信息表達出來。當然，最有效的方式是通過計算機軟件編程模式，對各種養分的需要量通過計算機模塊化的計算與集成，實行動態模擬，并進一步與飼料數據庫及優化技術結合起來，才能完成奶牛日糧的優化設計。在目前，國內建立在奶牛營養需要量動態計算基礎上實現奶牛日糧配方設計軟件還不成熟，是今后從事畜牧信息技術人員需集中攻關的關鍵領域之一。