动物营养学报    2022, Vol. 34 Issue (3): 1486-1494    PDF    
引用本文
杨刚, 李瑞, 冯淦熠, 向强, 田明洲, 蒋线吉, 刘小杰, 范志勇, 黄瑞林, 印遇龙. 生长育肥猪木薯消化能和代谢能的测定及预测模型的建立[J]. 动物营养学报, 2022, 34(3): 1486-1494.  
YANG Gang, LI Rui, FENG Ganyi, XIANG Qiang, TIAN Mingzhou, JIANG Xianji, LIU Xiaojie, FAN Zhiyong, HUANG Ruilin, YIN Yulong. Evaluation and Prediction Model Establishment of Digestible Energy and Metabolizable Energy of Cassava for Growing-Finishing Pigs[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2022, 34(3): 1486-1494.  
生长育肥猪木薯消化能和代谢能的测定及预测模型的建立
杨刚1,2 , 李瑞2 , 冯淦熠2 , 向强1,2 , 田明洲1,2 , 蒋线吉1,2 , 刘小杰1,2 , 范志勇1 , 黄瑞林2 , 印遇龙1,2     
1. 湖南农业大学动物科学技术学院, 湖南畜禽安全生产协同创新中心, 长沙 410128;
2. 中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室, 畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室, 动物营养生理与代谢过程湖南省重点实验室, 中国科学院亚热带农业生态研究所, 长沙 410125
收稿日期: 2021-08-31
基金项目: 国家重点研发计划（2021YFD1300201，2021YFD1301004）；农业农村部项目"生长育肥猪常用能量饲料原料营养价值评定与参数建立"（16190298，16200142，20210406）；湖南省科技创新计划资助（2020RC2063）；中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室开放基金项目（ISA2021103）
作者简介: 杨刚(1996-), 男, 湖南岳阳人, 硕士研究生, 从事猪饲料原料评价工作。E-mail: yangg_8603@163.com.
通信作者: 李瑞, 助理研究员, E-mail: lirui181000@163.com;
黄瑞林, 研究员, 硕士生导师, E-mail: huangrl@isa.ac.cn.
摘要: 本研究旨在评定木薯的营养成分及在生长育肥猪上的消化能（DE）和代谢能（ME），并基于其所含有效化学成分建立木薯生长育肥猪DE和ME的预测模型。试验选取健康、体重为（50.0±1.7）kg的"杜×长×大"三元杂交阉公猪22头，采用2个11×3的不完全拉丁方设计，分别饲喂1个基础饲粮和10种木薯饲粮，采用全收粪、尿法和套算法测定其对生长育肥猪的DE和ME，采用逐步回归法建立基于木薯有效养分含量的木薯生长育肥猪DE和ME的预测方程。结果表明：风干基础下，10种木薯样品的总能（GE）以及粗蛋白质（CP）、干物质（DM）、粗灰分（Ash）、粗脂肪（EE）、钙（Ca）、总磷（TP）、粗纤维（CF）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、总淀粉（TS）含量变异范围分别为14.56~15.36 MJ/kg、1.76%~3.51%、86.10%~88.66%、1.99%~2.53%、0.37%~1.98%、0.08%~0.12%、0.06%~0.11%、1.26%~3.00%、7.82%~17.47%、1.50%~5.32%、58.75%~69.86%；10个木薯样品对生长育肥猪的平均DE为（13.52±0.68）MJ/kg，平均ME为（13.25±0.67）MJ/kg。本试验得出木薯对生长育肥猪的最佳DE和ME（风干基础）预测方程分别为DE=54.591-3.279GE+0.680CP+2.822Ash（R2=0.80）和ME=0.108+0.972DE（R2=0.98）。
关键词: 木薯    生长育肥猪    消化能    代谢能    预测模型    
Evaluation and Prediction Model Establishment of Digestible Energy and Metabolizable Energy of Cassava for Growing-Finishing Pigs
YANG Gang1,2 , LI Rui2 , FENG Ganyi2 , XIANG Qiang1,2 , TIAN Mingzhou1,2 , JIANG Xianji1,2 , LIU Xiaojie1,2 , FAN Zhiyong1 , HUANG Ruilin2 , YIN Yulong1,2     
1. Hunan Co-Innovation Center of Animal Production Safety, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;
2. Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Subtropical Region of Chinese Academy of Sciences, National Engineering Laboratory for Poultry Breeding Pollution Control and Resource Technology, Key Laboratory of Animal Nutritional Physiology and Metabolic Process of Hunan, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China
Corresponding author: LI Rui, assistant professor, E-mail: lirui181000@163.com;
HUANG Ruilin, professor E-mail: huangrl@isa.ac.cn.
Abstract: This study was to determine the nutritional composition and digestible energy (DE) and metabolizable energy (ME) of cassava fed to growing-finishing pigs and to develop prediction models for DE and ME of cassava based on its effective chemical composition. Twenty-two healthy "Duroc×(Landrance×Yorkshire)" barrows with initial body weight of (50.0±1.7) kg were randomly selected and assigned to a basal diet and 10 cassava diets according to a replicated incomplete Latin square design of 11×3, respectively. The DE and ME of growing-finishing pigs were measured by total fecal and urine collection method and difference method. The DE and ME prediction equations of cassava fed to growing-finishing pigs based on its effective chemical composition were established via stepwise regression method. The results showed that the variation ranges of gross energy (GE) and the contents of crude protein (CP), dry matter (DM), ash (Ash), ether extract (EE), calcium (Ca), total phosphorus (TP), crude fiber (CF), neutral detergent fiber (NDF) and acid detergent fiber (ADF), total starch (TS) of 10 cassava samples under air-dry basis were 14.56 to 15.36 MJ/kg, 1.76% to 3.51%, 86.10% to 88.66%, 1.99% to 2.53%, 0.37% to 1.98%, 0.08% to 0.12%, 0.06% to 0.11%, 1.26% to 3.00%, 7.82% to 17.47%, 1.50% to 5.32% and 58.75% to 69.86%, respectively. The average DE and ME for 10 cassavas samples under air-dry basis were (13.52±0.68) MJ/kg and (13.25±0.67) MJ/kg, respectively. This study is concluded that the optimal prediction equations of DE and ME (air-dry basis) of cassava for growing-finishing pigs are DE=54.591-3.279GE+0.680CP+2.822Ash (R2=0.80) and ME=0.108+0.972DE (R2=0.98), respectively.
Key words: cassava    growing-finishing pig    digestible energy    metabolizable energy    prediction model    

我国畜牧行业发展迅速，对饲料的需求日趋增长，然而，近几年受到“非瘟”“新冠”的影响，玉米、豆粕等常规饲料原料的价格持续上涨。饲料是生猪养殖成本主要组成部分，占70%左右，而能量原料在饲粮组成中占比最大[1]。因此，开发传统原料的替代品对于降低饲粮生产成本，提高经济效益具有重要意义，已成为饲料企业关注的重点。木薯是一种多年生灌木，与甘薯、马铃薯合称为世界三大薯类作物，产量高，有“地下粮仓”“淀粉之王”和“特用作物”之誉称[2-4]。近年来，许多国家研究木薯作为动物饲料的可行性，以缓解传统能量原料短缺、饲料成本上升的现状，且利用木薯代替玉米饲养畜禽已经取得了良好效果[5-8]。现阶段国内外有关生长猪对木薯消化能(DE)和代谢能(ME)等重要营养参数的研究较少，且呈现出单一化、静态化的特点，无法适应因木薯品种、产地、加工工艺差异所造成营养价值多样性的特点，导致原料有效养分含量“实测值”与现有数据库中的“静态参数”偏差较大，不利于更加客观、准确地对原料有效养分含量进行评估与预测。因此，要实现对生长猪饲粮的精准配制，必须准确评估饲料原料的DE和ME。本试验选取不同来源的10种木薯，以生长育肥猪为试验对象，通过消化代谢试验测定木薯的DE和ME，并基于其有效化学成分建立生长育肥猪DE和ME的预测模型，以期补充和完善猪木薯营养价值数据库。

1 材料与方法 1.1 试验材料

本试验采集不同来源的10种木薯干，粉碎加工后用于配制试验饲粮，具体来源见表 1。

表 1 木薯来源 Table 1 Source of cassava
1.2 试验设计

选用玉米、豆粕为主要能量来源，参照NRC(2012)50~75 kg生长育肥猪的营养需要量，以木薯代替40%的玉米和豆粕，并确保有效能测定试验饲粮及基础饲粮中玉米与豆粕比值恒定，同时添加一定比例的预混料用于补充维生素及矿物质，配制10种木薯试验饲粮和1种基础饲粮，其组成见表 2。

表 2 基础饲粮和试验饲粮组成(风干基础) Table 2 Composition of basal diet and experimental diet (air-dry basis) 
1.3 饲养管理与样品采集

选取健康、体重(50.0±1.7) kg的“杜×长×大”三元杂交阉公猪共22头，采取2个11×3的不完全拉丁方设计，分别饲喂1个基础饲粮和10种木薯试验饲粮。试验有3个周期，每个周期12 d(7 d的预试期+5 d的粪尿全收集期)，试验结束每个饲粮组共设6个重复。试验猪饲养在单个代谢笼内，每头猪按体重的4%进行定量饲喂[参照NRC(2012)生长育肥猪能量摄入量与采食量，试验开始后每3周称重1次，饲喂量根据体重上涨而增加)，每天08:00和17:00各等量饲喂1次，在5 d的粪尿全收集期内准确记录每头猪每天的采食量及粪、尿排放量，采样时间从当日08:00至次日08:00，将收集的粪、尿分别装袋和装瓶并编号，转入-20 ℃冷库冻存。5 d的粪样分别按每100 g加入10 mL的10%硫酸固氮并混匀后，取400 g粪样放入65 ℃烘箱内烘72 h，回潮24 h后称重并粉碎过40目筛制备粪样；5 d的尿样混匀后，按照每个收集桶每天加入50 mL 6 mol/L盐酸固氮，混合均匀过滤后，取总尿样的10%保存于-20 ℃冷库待测。

1.4 指标测定 1.4.1 木薯原料、试验饲粮的化学成分分析

分别按照GB/T 6435—2006、GB/T 6432—2018、GB/T 6433—2006、GB/T 6434—2006、GB/T 6438—2007、GB/T 6436—2018、GB/T 6437—2018、GB/T 20806—2006、NY/T 1459—2007、GB/T 20194—2006测定样品中的干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、粗纤维(CF)、粗灰分(Ash)、钙(Ca)、总磷(TP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、总淀粉(TS)含量，利用5E-AC8018等温式全自动量热仪(长沙凯德测控仪器有限公司)测定样品中的总能(GE)。

1.4.2 生长育肥猪木薯有效能的测定

采用全收粪、尿法测定试验饲粮、基础饲粮的DE和ME，计算公式[9-10]如下：

式中：A为试验饲粮中基础饲粮所占比例；B为试验饲粮中木薯原料的添加比例，A+B=100%。

1.5 统计分析

采用Excel 2016对测定的数据进行初步整理，用SPSS 22.0统计分析软件的Correlate过程对10种木薯原料的GE、CP、DM、Ash、EE、Ca、TP、CF、NDF、ADF、TS含量与DE、ME的关系进行相关性分析，用Regression过程进行回归分析，建立DE、ME的最佳预测方程。

2 结果与分析 2.1 木薯的化学成分

由表 3可以看出，10个木薯样品的化学成分差异较大，风干基础下10个木薯样品之间CP、EE、CF、ADF含量的变异系数分别达到28.50%、50.15%、22.73%、31.10%。风干基础下GE含量平均为15.00 MJ/kg(14.56~15.36 MJ/kg)，CP含量平均为2.38%(1.76%~3.51%)，DM含量平均为87.00%(86.10%~88.66%)，Ash含量平均为2.29%(1.99%~2.53%)，EE含量平均为1.12%(0.37%~1.98%)，Ca含量平均为0.09%(0.08%~0.12%)，TP含量平均为0.08%(0.06%~0.11%)，CF含量平均为2.37%(1.26%~3.00%)，NDF含量平均为11.17%(7.82%~14.48%)，ADF含量平均为3.66%(1.50%~5.02%)，TS含量平均为64.20%(58.75%~69.86%)。

表 3 木薯的化学成分(风干基础) Table 3 Chemical composition of cassava (air-dry basis)
2.2 木薯试验饲粮的化学成分

由表 4可以看出，10个木薯饲粮样品的化学成分中，EE含量平均为1.78%(0.49%~3.35%)，变异系数达64.07%，CF含量平均为3.22%(2.19%~4.20%)，变异系数达18.00%，其他化学成分含量差异较小。

表 4 试验饲粮的化学成分(风干基础) Table 4 Chemical composition of experimental diets (air-dry basis)
2.3 木薯原料的DE及ME

由表 5可知，10个木薯样品中，木薯对生长猪的DE平行度较好，样品5差异最小, 平均为14.49 MJ/kg(14.19~14.72 MJ/kg)，样品10差异最大，平均为14.15 MJ/kg(13.48~15.13 MJ/kg)。由表 6可知，木薯对生长猪的ME平行度较好，样品5差异最小，平均为14.28 MJ/kg(13.84~14.41 MJ/kg)，样品10差异最大，平均为13.95 MJ/kg(13.30~14.84 MJ/kg)。由表 7可知，生长猪对木薯的DE平均为13.52 MJ/kg，对木薯的ME平均为13.25 MJ/kg，ME/DE平均为98.03%。

表 5 木薯对生长育肥猪的DE(风干基础) Table 5 DE for cassava fed to growing-finishing pigs (air-dry basis) 
表 6 木薯对生长育肥猪的ME(风干基础) Table 6 ME for cassava fed to growing-finishing pigs (air-dry basis) 
表 7 生长育肥猪木薯的平均DE和ME Table 7 Average DE and ME for cassava fed to growing-finishing pigs
2.4 基于有效化学成分的木薯有效能值预测模型的建立

由表 8可知，木薯的ME与DE呈极显著正相关(P < 0.01)；化学成分之间，GE与DM含量的相关性显著(P < 0.05)，与Ash含量的相关性极显著(P < 0.01)，TP含量与CP含量的相关性显著(P < 0.05)，与Ca含量的相关性极显著(P < 0.01)，NDF含量与CP含量的相关性显著(P < 0.05)，ADF含量与TP含量的相关性极显著(P < 0.01)。由表 9可以看出，风干基础下，木薯DE关于GE、CP、Ash的预测方程为DE=54.591-3.279GE+0.680CP+2.822Ash(R2=0.80)，ME关于DE的预测方程为ME=0.972DE+0.108(R2=0.98)，ME关于DE及GE的预测方程为ME=-5.302+1.033DE+0.306GE(R2=0.98)。

表 8 木薯化学成分与DE的相关性分析 Table 8 Correlation analysis between DE and chemical composition of cassava
表 9 木薯有效化学成分对DE及ME的预测方程 Table 9 Prediction equations for DE and ME based on effective chemical composition of cassava
3 讨论 3.1 木薯原料的化学成分

风干基础下，10种木薯原料间的CP、EE、CF、ADF含量差异较大，变异系数分别为28.50%、50.15%、22.73%、34.95%，所测数据与《中国猪营养需要》[11]及NRC(2012)[12]对比发现，GE、EE和NDF含量偏大，CP、Ash、Ca、CF、ADF含量偏小，DM、TP、TS含量位于中间值或相近，可能原因是本试验所用原料为木薯干(包含木薯皮)，经粉碎后用于配制试验饲粮，与《中国猪营养需要》[11]及NRC(2012)[12]中的木薯粉有些许差异。与玉米相比，木薯的CP、EE、P含量较低，Ash、Ca、CF、TS含量较高[13]，脂肪会降低食糜的流速，使食糜更加充分地与前肠道的消化酶和后肠道的微生物接触，从而促进营养物质的消化，适量的纤维可改善肠道的菌落组成，促进食糜的流通，但也会降低饲粮中脂肪和能量的利用效率[10, 14]，因此，木薯的DE及ME略低于玉米。

3.2 木薯的DE及ME

本试验收集了10个不同来源的木薯干样品，得到生长育肥猪对木薯的平均DE为13.52 MJ/kg，平均ME为13.25 MJ/kg，与《中国猪营养需要》[11](DE为13.54 MJ/kg，ME为13.36 MJ/kg)、NRC(2012)[12](DE为14.26 MJ/kg，ME为14.17 MJ/kg)及INRA(2004)[15](含淀粉72%时，DE为13.8 MJ/kg，ME为13.6 MJ/kg；含淀粉67%时，DE为12.6 MJ/kg，ME为12.3 MJ/kg)对比发现，所测值与《中国猪营养需要》[11]相近，低于NRC(2012)[12]，介于INRA(2004)[15]淀粉含量67%~72%之间。有关木薯在生长猪上的有效能研究较少，梁明振等[16]研究得到生长猪对发酵木薯粉的DE和ME分别为13.57和13.03 MJ/kg，对普通木薯粉的DE和ME分别为13.97和13.32 MJ/kg；Araújo等[5]研究得到阉猪对含酸奶的木薯青贮料的DE和ME分别为15.83和15.50 MJ/kg；郑诚等[17]研究得到生长猪对木薯粉的DE为15.07 MJ/kg；杨亮宇等[18]研究得到生长猪对木薯粉的DE为15.01 MJ/kg；许毅等[19]研究得到猪对木薯的DE为13.65 MJ/kg，与玉米和高粱相当。此前的研究以木薯粉居多，而本试验采用的试验材料为木薯干，粉碎加工后配料并测定，因此得到的有效能值结果略低。

3.3 关键预测因子

本研究得到了风干基础下木薯DE关于GE、CP、Ash的预测方程为DE=54.591-3.279GE+0.680CP+2.822Ash(R2=0.80)，方程中DE与GE呈负相关，与CP含量及Ash含量呈正相关，该预测方程可能违背正常的生理生化理论。因为GE是DE和ME测定的基础，DE与GE呈负相关可能性较小，此外，一般认为Ash(燃烧后主要是矿物质)含量与有效能值呈负相关。该预测方程的出现，可能是纯数学上的数字间相关性，其预测准确性有待验证。朱良等[20]建立了以GE、CP及NDF作为预测因子的生长猪棉籽粕DE预测方程，DE与GE及CP含量都呈正相关。董文轩等[10]建立了以Ash、CF、GE及NDF作为主要预测因子的白酒糟DE的预测方程，但DE与Ash含量及GE都呈负相关。潘龙[21]建立了以单宁、ADF、CP含量及GE作为主要预测因子的高粱DE的预测方程，DE与CP含量呈正相关，但与单宁、ADF含量及GE都呈负相关。李平[22]建立了以ADF、Ash含量及GE作为主要预测因子的玉米DDGS DE的预测方程，DE与GE呈正相关，与ADF及Ash含量都呈负相关。因此，以GE及CP、Ash含量作为预测木薯DE的关键因子是可行的，但正、负相关性还有待商榷。

4 结论

① 10种木薯样品的化学成分(风干基础)的变异范围为GE 14.56~15.36 MJ/kg，CP含量1.76%~3.51%，DM含量86.10%~88.66%，Ash含量1.99%~2.53%，EE含量0.37%~1.98%，Ca含量0.08%~0.12%，TP含量0.06%~0.11%，CF含量1.26%~3.00%，NDF含量7.82%~17.47%，ADF含量1.50%~5.32%，TS含量58.75%~69.86%。生长育肥猪对木薯的DE(风干基础)变异范围为12.63~14.49 MJ/kg，平均值为13.52 MJ/kg，ME(风干基础)变异范围为12.47~14.28 MJ/kg，平均值为13.25 MJ/kg。

② 木薯对生长育肥猪DE(风干基础)的最佳预测模型为：DE=54.591-3.279GE+0.680CP+2.822Ash(R2=0.80)；木薯对生长育肥猪ME(风干基础)的最佳预测模型为：ME=0.108+0.972DE(R2=0.98)。

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