日糧類型對奶牛能量代謝的影響

內蒙古農業大學動物科學學院 娜仁花中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所 董紅敏

奶牛為了維持生長和高水平的產奶性能，需要從日糧中獲取滿足需要的以及符合飼養標準的營養成分。即合理地配合、加工奶牛的日糧以及對奶牛進行科學的飼養管理是提高奶牛對飼料轉化效率與生產效益的重要保證。奶牛雖然對低質粗飼料有較高的消化能力，但是能量如果不平衡時，不僅造成能量的浪費及生產水平的下降，而且產生的甲烷是造成氣候變暖的主要成分。目前，國內在生產條件下對奶牛進行不同日糧對奶牛能量代謝的影響以及利用六氟化硫（SF6）示蹤法進行泌乳奶牛的甲烷（CH4）排放測定鮮見報道。

本研究用不同類型日糧飼喂奶牛，在生產條件下對泌乳奶牛的能量平衡進行測定，研究不同日糧類型對奶牛能量代謝的影響以期為有效改善能量平衡，提高飼料利用率，改善畜產品質量和降低飼養成本，減少環境影響提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗動物及試驗日糧 選用12頭身體健康、體重及泌乳期相近的3～5歲中國荷斯坦奶牛作為試驗動物。以玉米、麥麩、青貯玉米、玉米干秸稈為主要原料配制3種不同精粗比的試驗日糧，分別為40∶60的秸稈型A日糧（粗料為干玉米秸稈）、40∶60 和 60∶40 的青貯型 B 及 C 日糧（粗料均為青貯玉米），試驗原料及試驗日糧的營養水平分別見表1和表2。

表1 試驗原料的營養水平

表2 試驗日糧的主要營養成分

試驗奶牛精料和粗料的飼喂次數分別為每日2次和3次。日擠奶2次，自由飲水。

1.1.2 SF6滲透管及牛扼的制備 制備SF6滲透管時，將外徑12 mm、內徑9.5 mm、長度30 mm的圓柱體銅管浸入液氮（-196℃）中，待管體溫度和液氮相同時，取出管體，向其中迅速注入約1200 mg的SF6純氣，將螺帽擰緊，然后把SF6滲透管放在溫度為39℃的生化培養箱中，并通入大約40 mL/min流量的氮氣，以模擬反芻動物瘤胃環境。每隔7 d稱量取SF6滲透管重，對滲透管重隨時間變化減少的趨勢進行線性回歸分析，回歸方程的斜率即為SF6的滲透速率。然后挑選出SF6剩余量≥400 mg、SF6滲透速率≥1.8 mg/d的滲透管準備放入奶牛瘤胃內。

牛扼采用pvc管制成密封的U型形狀，安裝有可開關的閥門。使用之前抽成真空，使壓力達到-0.08 MPa以上，安裝前保證牛扼在24 h內保持真空狀態。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 將12頭奶牛根據年齡和泌乳期分為3組，每組4頭。3組奶牛依次飼喂A、B、C三種日糧。試驗期25 d，其中預飼期15 d，氣體及糞尿采樣期分別為5 d。

1.2.2 樣品的采集和制備 在預飼期內將已知滲透速率的SF6滲透管放置到相應試驗牛的瘤胃內，氣體采樣期間記錄每次打開牛扼和關閉牛扼結束采樣的時間，保證牛扼中收集的氣樣為奶牛24 h呼出的氣體。每天早上飼喂牛前更換牛扼收集氣樣，每次采集2袋氣樣作為平行樣進行SF6和CH4濃度的測定。

糞尿采樣期間將奶牛進行單頭定位飼養，試驗牛只能站立、蹲臥、不能轉身。采用自制的糞尿接收裝置在采樣期內按個體全天收集試驗牛的全部糞便和尿液，并進行稱重，混合均勻后分別制樣。

1.2.3 測定指標及方法 CH4濃度測定：SF6和CH4濃度由帶工作站的島津GC-14B型氣相色譜儀 （日本島津公司生產）測定，電子捕獲檢測器（ECD）測定SF6濃度，火焰離子檢測器（FID）測定CH4濃度。色譜條件：柱溫 80℃，進樣口溫度100℃，檢測器溫度 200℃，空氣流速50 mL/s，氫氣流速60 mL/s，氮氣流速270 mL/s，進樣量1 mL。 SF6標準氣體濃度為 10.4×10-12V/V，CH4標準氣體濃度為24.9×10-6V/V。

通過測定SF6和CH4濃度，用下列公式計算出CH4的排放速率。

式中，RCH4為反芻動物甲烷排放速率，L/d；RSF6為SF6的釋放速率，mg/d；6.518為SF6的密度，kg/m3；CH4為采樣氣體中 CH4的濃度，10-6V/V；SF6為采樣氣體中SF6的濃度，10-12V/V。

糞便總能和尿能的測定∶采用ISO9831∶1998方法。

1.2.4 統計分析 用Excel 2003軟件進行數據整理，以SAS統計軟件中ANOVA過程進行方差分析，Duncan’s法進行多重比較，試驗結果以平均數±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 日糧類型對奶牛能量代謝的影響 從表3可見，日糧精粗比相同（40∶60）條件下，秸稈型日糧的糞能顯著高于青貯型日糧（P＜0.05），同時該日糧的能量消化率顯著低于青貯型日糧 （P＜0.05），原因在于秸稈型日糧的粗纖維含量高而且品質較為低劣。糞能的高低與動物攝入的碳水化合物含量也密切相關，與TC攝入量間呈強正相關（R2=0.929），如圖 1。 本試驗中，A、B、C 三種日糧總碳（TC）攝入量分別為 5.07、3.87、4.36 kg/d，與其糞能值的結果表現一致。

粗料均為青貯玉米時，糞能、能量消化率同樣隨著精料比例的增加而增加，差異不顯著 （P＞0.05）。消化能隨著精料比例的增加而顯著增加（P＜0.05）。秸稈日糧的糞能占攝入總能的比例（FE/GE）顯著高于青貯型日糧（P ＜ 0.05），B 日糧和C日糧間差異不顯著（P＞0.05）。

尿能結果表現為C日糧﹥B日糧﹥A日糧，各組無顯著差異 （P＞0.05）；尿能占總能的比例（UE/GE）為B日糧﹥C日糧﹥A日糧，B日糧分別比C和A日糧高9.66%、23.89%，C日糧比A日糧高12.98%，差異不顯著（P＞0.05）；尿能占消化能（UE/DE）的結果為B日糧﹥A日糧﹥C日糧，B日糧分別比A和C日糧高6.24%、9.66%，A日糧比C日糧高3.22%，差異不顯著 （P＞0.05）。

表3 不同試驗日糧對奶牛能量代謝的影響

圖1 TC攝入量與糞能的關系

本研究中秸稈型日糧的甲烷能（CH4E）及甲烷能／總能（CH4E/GE）顯著高于青貯型日糧（P＜0.05），粗料均為青貯玉米時隨日糧精料水平的增加CH4E及CH4E/GE明顯下降（P＞0.05）。日糧精粗比相同情況下，秸稈型A日糧組的消化能占總能的比例 （DE/GE）以及代謝能占總能的比例（ME/GE）均低于青貯型日糧，差異顯著 （P＜0.05），粗料均為青貯玉米條件下，高精比（60∶40）C日糧組的DE/GE以及ME/GE略高于低精比（40∶60）B 日糧組，差異不顯著（P ＞ 0.05）。 高精比C日糧的代謝能顯著高于低精比B日糧和秸稈型A 日糧（P ＜ 0.05）。

2.2 日糧類型對奶牛日糧能量損失的影響 A、B、C三種日糧從攝入總能中通過糞便、尿液、甲烷等途徑一共損失的能量為 103.25、69.46、73.62 MJ/d，它們分別占總能的比例為51.65%、42.63%、41.05%。說明青貯玉米代替干玉米秸稈或適當增加日糧中精料比例均可以減少能量的損失。

A、B、C三種日糧糞能占損失能的比例為79.84%、73.94%、76.48%；尿能能占損失能的比例為6.57%、9.85%、9.33%；甲烷能占損失能的比例為13.59%、16.21%、14.19%，由此可見，日糧能量主要通過糞便途徑損失。

3 討論

動物采食飼料后，蛋白質、碳水化合物、脂肪通過消化吸收進入體內，經過一系列的代謝活動所產生的能量最終以ATP的形式滿足機體的各種需要，其中碳水化合物發酵產生的乙酸、丙酸、丁酸等揮發性脂肪酸（VFA）是反芻動物主要的能量來源，研究表明，VFA能約占反芻動物攝入可消化能的70% ～80%（馮仰廉，2006）。飼料中的能量不能被動物完全利用，通過糞便、尿液、甲烷氣體等途徑要損失浪費一部分，因此日糧類型對動物能量代謝影響較大。糞能（FE）約占飼料攝取總能（GE）的 1/3（王新謀，1997），是飼料能量中損失最大的部分。糞能的多少與飼料性質有很大的關系，反芻動物采食粗料時糞能占總能的40%～50%，采食精料時為20%～30%，采食低質粗料時為 60%（楊鳳，2006）。 在本研究中，A、B、C 三種日糧的糞能占總能的比例分別為41.24%、31.52%、31.39%，而且秸稈型日糧A顯著高于青貯型日糧B和C（P＜0.05）。

日糧精粗比對能量代謝也有一定的影響。王吉峰（2004）利用精粗比為 30∶70、50∶50、65∶35 的日糧（粗料由羊草、苜蓿干草及玉米青貯組成）飼喂泌乳奶牛的研究數據表明，其糞能、消化能（DE）以及能量消化率均隨著精料比例的提高而顯著增加（P＜0.05）。本試驗結果顯示，高精比C日糧（60∶40）的糞能、能量消化率分別比低精比B日糧（40∶60）增加了 9﹒62%、0﹒19%，但差異不顯著（P＞0.05）。C日糧消化能比B日糧顯著增加了10﹒26%（P ＜ 0.05）。

飼料中可消化能并不能完全被機體所利用，其中一部分隨尿液排出，尿能（UE）是尿中蛋白質的代謝產物——含氮有機物的能量。尿能的多少決定于飼料的結構，尤其是飼料中蛋白質水平、尿中氮含量、氨基酸平衡情況、能量攝入狀況、飼料中有害成分（如芳香油等）的含量等方面。由于C日糧組的蛋白質攝入水平要明顯大于其他兩組，因此其尿能分別比A、B日糧高1.33%、0.44%。尿能損失量較為穩定，反芻動物的尿能約占總能的3%～5%（王新謀，1997）。用牛體內法實測結果顯示，混合日糧的尿能占消化能平均為3.67%，稻草的尿能占消化能平均為5.75%（馮仰廉，2006）。 本研究中，A、B、C 三種日糧的尿能占總能比例范圍為3.39%～4.20%，尿能占消化能為5.59%～6.13%，和報道較為一致。

CH4是反芻動物飼料中碳水化合物在其瘤胃內發酵時必然產生的一種氣體，其產生量主要受飼料類型、采食量、環境溫度與食糜外流速度等的影響。而飼料類型對其的影響主要是通過瘤胃內發酵模式產生。關于飼料對動物甲烷排放影響，多數在實驗室條件下采用呼吸代謝室測定 （韓繼福等，1997），目前已有研究者在生產條件下采用不同方法進行了日糧類型對肉牛、奶牛CH4排放的研究（孫德成，2008；游玉波，2007；樊霞等，2006；彭小培，2002；Hironaka 等，1996）。 甲烷能意味著飼料總能的浪費。通過甲烷損失的能量占攝入總能的5% ～12%（Holter和Yong，1992）。 本試驗中，三種日糧CH4能占飼料總能（GE）的比例分別為7.13%、6.50%、5.91%，說明改變飼料類型對甲烷能的減少具有明顯的效果。該結果與國內其他研究報道的范圍較為一致，具體比較見表4。因此利用營養調控技術，控制反芻動物甲烷產生，是提高能量轉化率的有效措施，對提高反芻動物生產水平和飼料轉化率意義重大。

表4 不同用途牛間CH4E/GE的影響比較

4 結論

4.1 青貯型B和C日糧（粗料為青貯玉米，精粗比 40∶60和 60∶40）糞能分別比秸稈型 A 日糧（粗料為干秸稈玉米，精粗比40∶60）減少了37.69%和31.70%，能量消化率分別比A日糧提高了16.41%和 16.76%，均差異顯著（P ＜ 0.05），說明玉米秸稈經過青貯處理后有助于提高其能量消化率。粗料均為青貯玉米時，糞能和能量消化率隨著精料比例的提高而增加，均差異不顯著 （P＞0.05）。尿能結果為C日糧﹥B日糧﹥A日糧，差異不顯著（P ＞ 0.05）。

4.2 A日糧的甲烷損失能分別比B和C日糧提高了24.60%和34.26%，顯著高于青貯型日糧（P＜0.05），粗料均為青貯玉米條件下隨日糧精料水平的增加甲烷能下降了7.19%，差異不顯著（P＞0.05）。玉米秸稈經青貯處理或適當提高精料比例可以降低甲烷能的損失。

4.3 三種日糧損失的能量（從糞便、尿液、甲烷途徑）分別占攝入總能的比例為51.65%、42.63%、41.05%，說明青貯玉米代替干玉米秸稈或適當增加日糧中精料比例均可以減少能量的損失。其中糞能占損失能的比例分別為79.84%、73.94%、76.48%，尿能能占損失能的比例為6.57%、9.85%、9.33%，甲烷能占損失能的比例為13.59%、16.21%、14.19%，表明奶牛能量的損失主要通過糞能，其次為甲烷能和尿能，這和日糧類型無關。

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