Meta分析探究不同精粗比日糧精準飼喂對后備奶牛采食、瘤胃發酵、消化以及排泄的影響

張 俊，王雅晶，曹志軍，張 卿，李勝利*

（1.西北農林科技大學動物科技學院，陜西楊凌 712100；2.中國農業大學動物科學技術學院，動物營養學國家重點實驗室，北京市生鮮乳質量安全工程技術研究中心，北京 100193；3.山東省利津縣科技創新服務中心，山東利津 257400）

提高飼喂效率并減少糞污排放是廣大畜牧生產者一直追求的目標之一，也是迫在眉睫需要解決的問題。在傳統條件下，由于后備奶牛因不能泌乳而未產生經濟效益，所以大部分牧場還進行高粗飼料飼喂。有研究發現，與傳統的高粗料飼喂相比，高精料日糧精準飼喂能夠降低后備奶牛干物質采食量[1]和糞尿排泄量[2-3]，并提高飼喂效率[1,4-5]。一般情況下，高精料日糧精準飼喂是指為奶牛提供可滿足其維持和生長需要并且可達一定日增重日糧的飼喂方法。但也有部分研究發現，高精料日糧精準飼喂僅能夠降低糞便排泄量，并不能夠顯著降低尿液排泄量，對糞污排放沒有顯著的降低效應[5-7]。并且，由于受試驗條件限制，大部分研究中只使用了4～8 頭后備奶牛進行試驗，試驗牛只的個體因素會對結果產生一些干擾，從而導致試驗統計功效（Statistical power）強度有限。因此，在高精料日糧精準飼喂廣泛應用于牧場的生產實踐中之前，需要確定這種飼養方法是否能夠產生預期的效果。

Meta 分析是對某一科學問題的多個獨立研究結果進行合并效應量的分析，得到一個綜合的評判結果，也被稱為是薈萃分析[8]。Meta 分析本質上是通過增加研究的樣本量來提高參數統計功效，被廣泛認為是一種定量研究的綜述形式。該方法被引入畜牧研究中之后，就廣泛應用于犢牛斷奶應激對免疫功能影響[9]、日糧陰陽離子差和中性洗滌纖維與淀粉比值對奶牛生產性能的影響[10-12]、瘤胃原蟲抑制效果評價[13]、過瘤胃蛋氨酸、膽堿或煙酸添加對奶牛生產性能的影響[14-15]以及奶牛疾病治療效果評價[16-17]等方面的研究。因此，本研究旨在使用Meta 分析的方法來探究不同精粗比（Concentrate-to-Forage Ratios，C:F）日糧精準飼喂對后備奶牛營養物質采食量、瘤胃發酵、營養物質消化率以及糞尿排泄的影響。

1 材料與方法

1.1 文獻檢索和篩選 文獻檢索：使用中國知網、萬方、維普、Web of Science、PubMed 和Science Direct等國內外數據庫進行相關文獻的檢索。文獻發表時間范圍為2007—2020 年。檢索關鍵詞包括后備奶牛、育成牛、高精料限飼、精粗比、精準飼喂、Heifer、Dairy Heifer、High Concentrate Limit Feeding、Forage to Concentrate Ratios 和Precision Feeding 的單獨以及組合使用。

文獻數據篩選標準：①試驗動物必須為后備奶牛；②日糧信息必須包括粗飼料和精飼料及其比例；③結果中至少包括營養物質采食量、瘤胃發酵、營養物質消化率和排泄量當中的一項指標。通過檢索文獻和篩選數據，最終獲得有效可用的文獻13 篇。由于部分文獻的試驗處理不僅包括不同的日糧精粗比，還有其他的處理，將這些處理組分開之后，最終在這13 篇文獻中共獲得了70 個處理。根據這些文獻的試驗設計，挑選了具體的研究組別，并建立了本次Meta 分析的總數據庫（表1）。

表1 Meta 分析相關文獻及其來源

1.2 數據統計與分析 使用Excel 對原始數據進行整理歸納，將原始數據導入R 3.5.2 軟件后利用Summary 功能進行最大值、最小值、平均值和樣本量等基本統計分析。由于各個研究之間動物個體、試驗日糧和管理方法的差異，假設不同研究間存在異質性。由于精粗比變化為連續性變量，本試驗擬采用回歸分析的統計方法。然后利用lm 功能進行一元二次回歸分析，具體代碼：Summary[lm（y～ x+x2）]，其中x 為自變量，y 為因變量。若二次回歸不顯著，則再進行一元一次回歸（即一元線性回歸）和Spearman 相關性分析，具體代碼為Summary[lm（y～ x）]，其中x 為自變量，y 為因變量。P＜0.05 表示差異顯著，0.05 ≤P＜0.10 表示具有趨勢。

2 結果

2.1 試驗動物、日糧、營養物質采食量、瘤胃發酵、營養物質表觀消化率和糞尿排泄信息描述 統計中所有的后備奶牛均為荷斯坦奶牛，其月齡為12.67±3.93（平均值±標準差）月。納入Meta 分析中13 個研究70 個試驗處理的日糧粗飼料、精飼料、精粗比、粗蛋白質（CP）和中性洗滌纖維（NDF）含量的平均值分別為57.46%、42.54%、1.13、14.18% 和29.03%，其 最 大值和最小值之差分別為70%、70%、3.99、17.91% 和37.75%（表2）。13 個研究的70 個試驗處理統計分析發現，后備奶牛干物質采食量（DMI）、CP 和NDF 攝入量平均值分別為6.79、0.97、2.64 kg/d，其最大值和最小值之差分別為6.11、1.26、4.36 kg/d。8 個研究的36 個試驗處理統計分析發現，瘤胃pH 平均值為6.49，其最大值和最小值之差為1.12。8 個研究的40 個試驗處理統計分析發現，后備奶牛瘤胃氨態氮平均值為8.75 mg/dL，其最大值和最小值之差為17.08 mg/dL。9 個研究的44個試驗處理統計分析發現，后備奶牛瘤胃總揮發性脂肪酸、乙酸、丙酸、丁酸和支鏈揮發性脂肪酸平均值分別為107.44 mmol/L、64.13%、19.63%、11.90% 和2.75%，其最大值和最小值之差分別為66.70 mmol/L、17.95%、14.26%、8.71% 和3.28%。9 個研究的53 個試驗處理統計分析發現，干物質（DM）和CP 的全腸道表觀消化率平均值分別為69.05%和66.17%，其最大值和最小值之差分別為22.98%和41.83%；10 個研究的57 個試驗處理統計分析發現，NDF 的全腸道表觀消化率平均值為53.66%，其最大值和最小值之差為33.78%。在排泄參數中，8 個研究的50 個試驗處理統計分析發現，糞便濕重、糞便干重、糞便含水量、尿液量、總水分排泄量和總排泄物的平均值分別為12.55、2.16、10.39、10.31、20.61、22.77 kg/d，其最大值和最小值之差分別為20.05、2.30、17.8、12.13、20.90、23.20 kg/d。

表2 Meta 分析中日糧、營養物質采食量、瘤胃發酵、營養物質消化率和排泄相關數據

2.2 日糧精粗比與營養物質采食量的回歸分析 Meta 分析結果表明，日糧精粗比與DMI 的一元一次回歸方程達到顯著水平（P=0.02；表3），與NDF 和淀粉采食量的一元二次回歸方程達到極顯著水平（P＜0.01），但是與CP 攝入量的回歸分析不顯著（P=0.71）。日糧精粗比每增加1 個單位，DMI 降低0.33 kg/d。在本研究數據范圍內，隨著日糧精粗比例的增加，NDF 攝入量二次降低（圖1B），其回歸方程為NDF 攝入量=0.18（C:F）2－1.18 C:F+3.49；淀粉攝入量二次增加（圖1C），其回歸方程為淀粉攝入量=-0.33（C:F）2+1.62 C:F+1.01。

表3 日糧精粗比與營養物質采食量、瘤胃發酵、營養物質表觀消化率和糞尿排泄的回歸分析

2.3 日糧精粗比與瘤胃發酵指標的回歸分析 日糧精粗比與瘤胃丙酸比例的一元一次回歸方程達到顯著水平（P=0.04），與瘤胃pH 及乙酸和丁酸比例的一元二次回歸方程達到顯著水平（P≤0.03），但是與氨態氮和總揮發酸濃度以及瘤胃總支鏈揮發酸比例的回歸分析不顯著。日糧精粗比每增加1 個單位，瘤胃丙酸比例增加1.13%（圖2B）。在本研究數據范圍內，隨著日糧精粗比例的增加，瘤胃乙酸比例二次降低（圖2A），其回歸方程為瘤胃乙酸比例=0.95（C:F）2-6.12 C:F+68.17；瘤胃丁酸比例二次增加（圖2C），其回歸方程為瘤胃丁酸比例=-0.34（C:F）2+2.79 C:F+9.92。

圖2 日糧精粗比與瘤胃發酵參數的回歸關系

2.4 日糧精粗比與營養物質表觀消化率的回歸分析 日糧精粗比與DM 表觀消化率的一元二次回歸方程達到極顯著水平（P＜0.01），但是與CP 和NDF 表觀消化率的回歸分析不顯著。在本研究數據范圍內，隨著日糧精粗比例的增加，DM 表觀消化率二次增加（圖1D），其回歸方程為DM 表觀消化率=-0.94（C:F）2+6.39 C:F+64.18。

圖1 日糧精粗比與營養物質攝入量及降解率的回歸關系

2.5 日糧精粗比與糞尿排泄的回歸分析 日糧精粗比與糞便濕重、糞便干重、糞便含水量和尿液量的一元二次方程達到極顯著水平（P＜0.01），與糞尿總排泄量的一元線性回歸方程有顯著的趨勢（P=0.08），但是與總水分排泄量的回歸分析不顯著。在本研究數據范圍內，隨著日糧精粗比例的增加，糞便濕重二次降低（圖3A），其回歸方程為糞便濕重=0.76（C:F）2-5.27 C:F+16.68；糞便干重二次降低（圖3B），其回歸方程為糞便干重比例=0.04（C:F）2-0.40 C:F+2.54；糞便含水量二次降低（圖3C），其回歸方程為糞便濕重比例=0.73（C:F）2-4.87 C:F+14.14；尿液排泄量二次增加（圖3C），其回歸方程為尿液量=-0.06（C:F）2+1.57 C:F+8.60。

圖3 日糧精粗比與糞污排泄量的回歸關系

3 討 論

在一般的研究中，研究者根據NRC（2001）設定了800 g 平均日增重（Average Daily Again，ADG）作為日糧配制的標準[25]，然后在這個標準上再調整精粗比例。根據高精料精準飼喂方法設置的初衷，每頭牛每天所攝入總的能量相同也是一定的。大部分的研究都會根據后備奶牛每周的ADG 來調整所提供日糧的數量[1-5]。因此，部分研究發現，在精準飼喂條件下，隨著日糧精飼料比例的增加，日糧所含有的能量濃度越高，每頭牛每天所提供日糧的數量就越少，因此其DMI 會相應降低[1,5-23]。但是，由于采食量還受到動物機體神經內分泌、日糧飽腹感、適口性和飲水等其他因素的影響[26]，也有研究發現DMI 不受日糧精粗比的影響[18]。在本研究中發現，在精準飼喂前提下，DMI 隨著日糧精粗比的增加而降低，DMI 與日糧精粗比具有顯著的負相關關系，這與前人研究結果一致[7,21-27]；但是需要注意的是日糧精粗比對DMI 預測一元一次回歸方程的系數較低（R2=0.07），這種預測關系還需要更大數據量來進行驗證。在營養指標分析中，日糧精粗比變化最直接的效果就是其營養成分中NDF 和淀粉含量的變化。奶牛在自由采食的情況下，日糧精粗比與NDF 和淀粉采食量一般呈一元一次線性關系[11]，但是由于精準飼喂限制了其采食量的變化，Meta 分析后發現，在本研究數據范圍內日糧精粗比與NDF 和淀粉采食量呈二次變化關系。另外，由于NDF 采食量增加帶來的飽腹感可能解釋了部分試驗中DMI 的降低。

瘤胃pH 是反映奶牛瘤胃健康的重要指標[28]。Meta 分析發現，日糧精粗比與瘤胃pH 呈顯著的二次相關關系；在日糧精粗比為2.43，也就是日糧精飼料比例為70.83% 時，瘤胃pH 具有最小值為6.29。但是，在本研究中，日糧精粗比與瘤胃pH 擬合的決定系數較低（R2=0.20）。一般情況下，認為當擬合后R2小于0.30 時，可以認為該擬合結果準確性較低。因此，當重新用一元線性關系對日糧精粗比和瘤胃pH 進行擬合后發現，二者擬合關系顯著，其擬合方程為瘤胃pH=-0.10 C:F +6.58（R2=0.12，P=0.04）。根據該擬合方程，當日糧精粗比為4.2，也就是日糧精飼料含量為80.77 時，瘤胃pH 達到安全值的下限即6.16[8]。需要注意的是，在該一元一次擬合方程中決定系數也小于0.30。造成這一結果的原因，可能是在篩選進行Meta 分析中，一部分結果中是用多個采樣時間點平均后的pH 表示[2-5]，另一部分是用單個時間點pH 表示[1,18-19]，這就造成了結果變異程度比較大。另外，當對日糧精粗比和瘤胃pH 進行相關性分析后發現，二者呈顯著的負相關關系。因此，可以肯定，隨著日糧精飼料比例的增加，瘤胃pH 顯著降低[28-29]。綜合以上分析，在精準飼喂情況下，日糧中精飼料比例在80%以內不會對奶牛瘤胃健康產生負面影響。

日糧中含氮物質進入瘤胃發酵后所產生的氨態氮是反芻動物瘤胃微生物重要的氮源，瘤胃微生物攝入氨態氮后形成微生物蛋白供動物機體吸收利用[30]。瘤胃微生物蛋白可以為機體提供高達60% 以上的代謝蛋白需要[31]。Meta 分析發現，在不同精粗比精準飼喂的情況下，日糧精粗比與瘤胃氨態氮濃度無相關關系，這可能是由于CP 攝入量與精粗比無相關關系導致的。有研究發現，瘤胃微生物生長所需要的最低氨氮濃度為2 mg/dL[3]；在本研究所涉及的文獻中，所有試驗的瘤胃氨氮濃度均大于這個數值，表明這些日糧為微生物生長提供了基本條件。

瘤胃揮發性脂肪酸是反芻動物自身及胃腸道微生物重要的能量來源[32]。前人研究發現，在自由采食條件下，瘤胃乙酸濃度與日糧精粗比顯著負相關，瘤胃丙酸和丁酸濃度與日糧精粗比顯著正相關[29,33-34]。在本研究中，當日糧精粗比小于3.22 時，隨著精粗比的增加瘤胃乙酸比例不斷降低；當日糧精粗比大于3.22 時，瘤胃乙酸比例的增加，可能是由于采食量的限制，瘤胃流通速率降低，纖維性原料降解率增加所致[35-36]。同時也發現，NDF 采食量與瘤胃乙酸比例顯著正相關，與瘤胃丙酸比例趨近于負相關，與瘤胃丁酸比例顯著負相關，這一結果也與前人研究結果一致[37-38]。支鏈揮發性脂肪酸是由瘤胃微生物發酵支鏈氨基酸產生[39]。支鏈揮發性脂肪酸與日糧精粗比之間無顯著性關系，與CP 采食量結果相似。

本研究發現，隨著日糧精粗比的增加，DM 全腸道表觀消化率逐漸增加，與前人研究結果類似[2-7,40]。盡管日糧精粗比與NDF 采食量顯著負相關，但與NDF 全腸道表觀消化率卻無明顯關系。這可能與日糧中營養物質組成、瘤胃流通速率和微生物組成有關[35,41-42]。

大部分研究結果都表明，精準飼喂后備奶牛糞便濕重和干重以及糞污排放總量都和日糧精粗比有負相關關系[2,5-6]；這與本研究結果相似。日糧精粗比主要是通過DM 和NDF 采食量和降解率來影響糞便濕重和干重以及糞污排放總量[5-7,24]，并且隨著年齡的增長糞污排泄量也顯著增加[3]。但是，尿液排泄量受到日糧營養成分、礦物質代謝、機體貯存、內部代謝和動物個體等諸多因素的影響[23-43]。因此，限飼條件下，日糧精粗比對后備奶牛尿液排泄量的影響結果并不一致；并且，相反的糞便和尿液排泄量還有可能導致相似的總糞污排放量[20-21,23]。部分研究結果發現，只有在足夠高日糧精料比例的情況下（即足夠高的日糧精粗比＞ 75:25），限飼后備奶牛尿液排泄量才會發生變化[7,18-20]。因此，推測日糧NDF水平具有調節機體水平衡的作用[18-21,44]。并且NDF 排泄量和糞便水分排泄的關系表明，未降解纖維可能在水分保持上發揮重要作用，或者后腸道的消化吸收在影響機體水分流通及調節水分分配上也有很大作用[24]。由于該試驗的Meta 分析中包含了極端日糧組（日糧精飼料含量大于75%），因此發現日糧精粗比顯著影響尿液排泄量。在低日糧精粗比情況下，尿液排泄量的降低很可能是由于未降解纖維含量的增加和后腸道對水分的調節引起的[24]。通過Meta 分析發現，當日糧精飼料比例在76.94%～83.33% 時，糞便濕重、干重或者含水量會達到最小值，這是一個對環境保護有利的結果，并且此時尿液的排放量尚未達到最大值。雖然日糧精粗比與總糞尿排泄量的一元一次擬合方程和二者之間的相關性只有一定趨勢，但這也說明隨著日糧精飼料比例的增加，后備奶牛的總糞尿排泄量會降低。

本研究存在一定的局限性，首先，由于不同精粗比日糧精準飼喂后備奶牛相關文獻的數量有限，無法對本文中的文獻質量和數據異質性進行嚴格要求；其次，由于本研究結果中一些相關性回歸分析的決定系數較小，后續還需要更多的數據進行更深入的分析，對結果進行進一步驗證。

4 結 論

通過對13 個研究的70 個試驗處理數據進行整理，并運用Meta 分析發現，精準飼喂條件下，日糧精粗比能夠顯著影響后備奶牛的采食、瘤胃發酵、消化和排泄參數。綜合本試驗中日糧精粗比與瘤胃pH 及糞污排放的回歸關系發現，當日糧精料含量不高于80%時，既能保證糞污排放的最小化，也能保證動物瘤胃的健康，在后續的后備奶牛飼養過程中推薦使用不高于80%比例精飼料的精準飼喂方式。該研究為高精料限飼這一策略在后備奶牛飼養中的廣泛應用提供了堅實的參考依據。