动物营养学报    2022, Vol. 34 Issue (4): 2667-2676    PDF    
利用套算法估测育肥期杜寒肉用母羊玉米净能值的研究
冯彩蕊1,2 , 李柏浩1 , 梁浩1 , 赵晓东1 , 李立佳1 , 田志刚1 , 张友良3 , 闫晓刚1     
1. 吉林省农业科学院动物营养与饲料研究所, 公主岭 136100;
2. 吉林农业大学动物科学技术学院, 长春 130118;
3. 吉林省畜牧业管理局, 长春 130118
摘要: 本试验旨在利用套算法估测肉用羊玉米净能值的可行性, 并明确待测玉米适宜的替代比例。试验选取24只体重为(38.39±4.02) kg的杜泊×小尾寒杂交母羊, 采用完全随机设计, 分为4个组(每组6只羊), 分别饲喂1种基础饲粮(基础饲粮组)和3种不同玉米替代比例(20%、30%和40%)的试验饲粮(试验组), 其玉米含量分别是27.53%(基础饲粮组)、42.19%(20%组)、49.46%(30%组)和56.70%(40%组)。利用消化代谢和呼吸测热试验测定饲粮消化能(DE)、代谢能(ME)和净能(NE), 结合套算法计算玉米的DE、ME和NE。结果表明: 1)各组饲粮粗蛋白质(CP)表观消化率之间无显著差异(P>0.05), 30%组饲粮干物质(DM)和有机物(OM)表观消化率均极显著高于20%组(P < 0.01), 30%组饲粮中性洗涤纤维(NDF)表观消化率显著高于40%组(P < 0.05);各组饲粮DE、ME和NE无显著差异(P>0.05)。2)各试验组玉米OM和CP表观消化率之间无显著差异(P>0.05);30%组玉米DM表观消化率极显著高于20%组和40%组(P < 0.01);20%组和30%组玉米NDF表观消化率极显著高于40%组(P < 0.01);各试验组玉米DE和ME无显著差异(P>0.05)。3)套算法计算所得20%组和30%组玉米NE分别为12.25和10.17 MJ/kg, 差异不显著(P>0.05);40%组玉米NE为5.51 MJ/kg, 极显著低于20%组和30%组(P < 0.01)。由此可知, 肉羊饲粮中玉米替代比例不同时所测得的玉米有效能值有差异, 且肉羊饲粮中玉米含量不宜超过50%;套算法用于估测肉羊玉米NE可行, 本试验条件下适宜的替代比例为20%~30%。
关键词: 杜寒肉羊    净能    玉米    套算法    替代比例    
Study on Substitution Method for Evaluating Net Energy of Corn in Fattening Dorper×Thin-Tailed Han Mutton Ewes
FENG Cairui1,2 , LI Baihao1 , LIANG Hao1 , ZHAO Xiaodong1 , LI Lijia1 , TIAN Zhigang1 , ZHANG Youliang3 , YAN Xiaogang1     
1. Animal Nutrition and Feed Institute, Jilin Academy of Agricultural Sciences, Gongzhuling 136100, China;
2. College of Animal Science and Technology, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China;
3. Animal Husbandry Administration of Jilin Province, Changchun 130118, China
Abstract: This experiment was conducted to research if it was available to evaluate the net energy value of corn with substitution method in mutton ewes and to clarify the appropriate substitution ratio of corn in diet. Twenty-four Dorper×thin-tailed Han crossbred ewes with body weight of (38.39±4.02) kg were randomly assigned into 4 groups that included 1 basal diet (basal diet group) and 3 experimental diets (experimental groups) with different substitutional proportions (20%, 30% and 40%) of corn, and 6 ewes per group. The contents of corn in 4 groups were 27.53% (basal diet group), 42.19% (20% group), 49.46% (30% group) and 56.70% (40% group), respectively. The digestible energy (DE), metabolizable energy (ME) and net energy (NE) of diets were determined by digestibility and respiratory trials and DE, ME and NE of corn were estimated by substitution method. The results showed as follows: 1) there was no significant difference among all groups in crude protein (CP) apparent digestibility (P>0.05). The apparent digestibility of dry matter (DM) and organic matter (OM) of diets in 30% group were extremely significantly higher than that in 20% group (P < 0.01). The neutral detergent fiber (NDF) apparent digestibility of diets in 30% group was significantly higher than that in 40% group (P < 0.05). There were no significant differences in DE, ME and NE of diets among all groups (P>0.05). 2) The apparent digestibility of OM and CP of corn among all experimental groups had no significant difference (P>0.05). The DM apparent digestibility of corn in 30% group was extremely significantly higher than that in 20% and 40% groups (P < 0.01). The NDF apparent digestibility of corn in 20% and 30% groups was extremely significantly higher than that in 40% group (P < 0.01). There were no significant differences in DE and ME of corn among all experimental groups (P>0.05). 3) The NE of corn in 20% and 30% groups was 12.25 and 10.17 MJ/kg, respectively, with no significant difference (P>0.05). While the NE of corn in 40% group was 5.51 MJ/kg, which was extremely significantly lower than that in 20% and 30% groups (P < 0.01). As can be seen from all above shows that the measured effective energy values of corn are different when the substitution ratio of corn in the diet for mutton sheep is various, and the corn content in mutton sheep diet shouldn't exceed 50%. It's available to evaluate the NE of corn with substitution method in mutton sheep, and the appropriate substitution ratio is in range of 20% to 30% under the condition of this experiment.
Key words: Dorper×thin-tailed Han mutton ewes    net energy    corn    substitution method    substitution ratio    

准确评估反刍动物能量需要量和饲料能量价值在反刍动物营养和生产中具有重要的实践意义。净能(NE)体系是最能真实反映饲料有效能值的体系,因为NE相较于消化能(DE)和代谢能(ME)考虑了热增耗的损失。近十年来,国内外关于肉羊的研究大部分专注于其能量需要量[1-4],对其饲料原料的有效能值研究通常采用套算法,利用营养成分建立方程估测DE和ME[5-6]。但Schenkel[7]认为模型的应用有一定的局限性,仅适用于类似试验中条件的动物、环境以及管理条件。且对于肉羊饲料原料NE缺乏研究,鲜有报道,可能原因在于测定单一饲料原料NE的体内法过程繁琐复杂。而评定饲料有效能值最准确的方法是体内法,因此有必要探究套算法在肉羊饲料原料NE评定上的应用。

因此,本试验参考单胃动物测定饲料原料NE研究中常用的套算法,并以能量饲料原料——玉米作为研究对象,利用消化代谢试验和呼吸测热试验实测不同饲粮NE值,综合评价不同玉米替代比例对于肉羊养分消化率和NE的影响,旨在为我国肉羊饲料营养价值评定体系的建立以及饲料资源的合理利用提供参考依据。

1 材料与方法 1.1 试验时间和地点

本试验于2020年11月至2021年1月在吉林省长春市公主岭市吉林省农业科学院动物营养与饲料研究所进行。

1.2 试验设计

试验选用体重为(38.39±4.02) kg、体况良好的8月龄育成期杜泊×小尾寒(杜寒)杂交肉用母羊24只,采用完全随机设计,分为4个组,每组6个重复,每个重复1只羊,单栏饲养。试验分3批进行,每批试验前从各组中随机选取2只羊进行试验;每批试验期19 d,分为换料期7 d、预试期7 d和正试期5 d,包括饲养试验、消化代谢试验和呼吸测热试验,消化代谢试验和呼吸测热试验同时进行。

1.3 试验饲粮

本试验基础饲粮参照我国《肉羊饲养标准》(NY/T 816—2004)中列出的体重40 kg、平均日增重100 g/d的营养需要配制,试验中原料的组成均采用同一批次原料进行配制,确保原料的一致性;在干物质基础下,试验组饲粮由玉米替代基础饲粮不同比例供能部分后重新组成,分为3个不同替代水平即20%、30%和40%替代基础饲粮,替代后各组饲粮玉米含量分别为27.53%(基础饲粮组)、42.19%(20%组)、49.46%(30%组)和56.70%(40%组)。试验所用饲粮全部制成全混合颗粒饲料,饲粮组成及营养水平表见表 1

表 1 饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of diets (air-dry basis)  
1.4 饲养管理

24只杜寒肉羊购入后采用虎红平板法和柱式核酸试剂盒检测布氏杆菌,通过检测后灌服伊维菌素溶液驱虫,注射三联四防(预防羊快疫、羊猝狙、羊黑疫和羊毒血症)疫苗。试验羊采用单栏舍饲,自由饮水。

1.5 试验方法和样品采集

预试期在代谢笼内进行,每只羊自由采食,每日饲喂前清理料槽并收集计算剩余料量。代谢笼底部为网格状漏粪板,下设承粪装置并于最低处开孔实现粪尿分离。正试期开始后,根据预试期采食量固定各组采食量。采用全收粪尿法收集粪、尿,每日晨饲前称取并准确记录每只试验羊排粪量,去除饲粮、羊毛后喷洒10%盐酸(HCl)溶液固氮后按10%取样,将每只羊4 d的粪样混合均匀后于-20 ℃冷冻保存;收尿桶内加入100 mL 10%硫酸(H2SO4)溶液收集尿液,使用2 000 mL量筒测量全部尿液体积后稀释至5 000 mL,用4层纱布过滤后按10%取样装入收尿瓶,将4 d收集的尿样混合后于-20 ℃保存[8]。在此期间,呼吸测热试验采用吉林省农业科学院自主研发的中型动物8室联排开路式呼吸测热系统,同时测定8只羊的气体交换量,代谢笼可直接进入测热装置中,羊在代谢笼内自由活动。该装置能够持续多日全天候对试验动物呼吸代谢舱内氧气(O2)、二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)浓度进行在线监测[9],并能自动计算气体产量和呼吸熵(RQ);其中,CH4传感器(Company of the Leister Group,瑞士),CO2传感器(Micro-Hybrid,德国),O2传感器(AMI,Huntington Beach,美国)。试验结束后,将收集到的每只羊粪样混合后于65 ℃烘箱中48 h,回潮24 h后称重用于计算初水分含量,再将粪样粉碎过40目筛制成分析样品,以备分析检测。

1.6 测定指标及方法 1.6.1 营养物质含量

样品中水分、粗脂肪(EE)、粗纤维(CF)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗灰分(Ash)和粗蛋白质(CP)含量分别参照GB/T 6435—2014、GB/T 6433—2006、GB/T 6434—2006、GB/T 20806—2006、NY/T 1459—2007、GB/T 6438—2007和《饲料分析及饲料质量检测技术》[10]进行测定;总能(GE)参照ISO 9831:1998中推荐的方法,使用氧弹式量热仪(IKA C3000,德国)进行测定。

1.6.2 尿能(UE)测定

取5块定量滤纸分别测定能值,计算出滤纸的平均能值;将10 mL尿液分多次滴在滤纸上,65 ℃烘干后于采用氧弹式量热仪(IKA C3000,德国)测定,得到滤纸和尿液的能值。UE=(滴加尿液后滤纸能值-滤纸能值)×5 000/10。

1.7 能值计算公式 1.7.1 甲烷能和总产热量(THP)
1.7.2 饲粮能值
1.7.3 套算法计算饲料原料能值

参照Barzegar等[15]的公式计算:

式中:a是基础饲粮的供能原料部分在试验饲粮中所占的比例(%);b是待测原料在试验饲粮中所占的比例(%)。

1.7.4 饲粮及饲料原料营养物质表观消化率

计算公式[14]如下:

式中:x为待测原料在试验饲粮中所占的比例(%)。

以上结果均在干物质基础上计算。

1.8 数据统计分析

试验数据使用Excel 2010进行初步整理后,采用SPSS 25.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA),并采用Duncan氏法进行多重比较,以P < 0.05作为差异显著水平,P < 0.01作为差异极显著水平。试验结果用“平均值±标准差”表示;采用Excel 2010计算相对偏差,结果用百分率(%)表示。

2 结果与分析 2.1 不同饲粮营养物质表观消化率测定结果

随着玉米替代比例的提高,饲粮中精料的比例从62.75%逐渐提升到78.43%(风干基础)。由表 2可知,随着玉米替代比例的提高,各组CP表观消化率之间无显著差异(P>0.05);基础饲粮组干物质(DM)表观消化率极显著低于30%组(P < 0.01),有机物(OM)表观消化率极显著低于各试验组(P < 0.01),NDF表观消化率显著低于30%组(P < 0.05)。各试验组之间,30%组DM和OM表观消化率均极显著高于20%组(P < 0.01),且NDF表观消化率显著高于40%组(P < 0.05)。

表 2 不同饲粮营养物质表观消化率测定结果 Table 2 Determination results of nutrient apparent digestibility of different diets (n=4)  
2.2 不同饲粮对试验羊能量代谢的影响

不同饲粮对试验羊能量代谢的影响见表 3。各组羊自由采食,随着玉米替代比例的提高,饲粮干物质采食量(DMI)和总能摄入量(GEI)逐渐降低。基础饲粮组FE极显著高于试验组(P < 0.01);各组UE、甲烷能、热增耗和饲粮DE、ME、NE之间均无显著差异(P>0.05),其中基础饲粮组甲烷能最高,依次高于30%组、40%组和20%组;饲粮总能代谢率(ME/GE)、总能消化率(DE/GE)以及NE/GE以30%组最高,且显著高于其他3组(P < 0.05)。

表 3 不同饲粮对试验羊能量代谢的影响(干物质基础) Table 3 Effects of different diets on energy metabolism of experimental ewes (DM basis, n=4)
2.3 不同饲粮对试验羊呼吸代谢的影响

不同饲粮对试验羊呼吸代谢的影响见表 4。各组试验羊代谢体重下O2消耗量、CO2产生量和CH4产生量及THP均无显著差异(P>0.05);基础饲粮组RQ值显著高于各试验组(P < 0.05),各试验组RQ值之间无显著差异(P>0.05)。

表 4 不同饲粮对试验羊呼吸代谢的影响 Table 4 Effects of different diets on respiratory metabolism of experimental ewes (n=4)
2.4 套算法估测肉用母羊玉米营养物质表观消化率和能值

根据套算法计算公式计算出玉米的DM、OM、NDF、CP表观消化率以及DE、ME、NE,结果见表 5。随着玉米替代比例的提高,3组玉米OM和CP表观消化率无显著差异(P>0.05);30%组玉米DM表观消化率极显著高于20%组和40%组(P < 0.01);20%组和30%组玉米NDF表观消化率之间无显著差异(P>0.05),且均极显著高于40%组(P < 0.01);3组玉米DE和ME无显著差异(P>0.05),20%组和30%组玉米NE之间无显著差异(P>0.05),且均极显著高于40%组(P < 0.01)。

表 5 套算法估测肉用母羊玉米营养物质表观消化率和能值(干物质基础) Table 5 Nutrient apparent digestibility and energy values of corn evaluated by substitution method in mutton ewes (DM basis, n=4)
2.5 玉米有效能值与推荐值离散性分析

将本试验利用套算法计算得出的玉米DE和ME分别与《中国饲料成分及营养价值表(2020年第31版)》[16]和NRC(2007)[17]进行离散性分析,结果见表 6。由表可知,3个替代比例中,20%组和30%组玉米DE与NRC(2007)所推荐的值相对偏差均在5%以下,与《中国饲料成分及营养价值表(2020年第31版)》相比相对偏差均大于5%;40%组玉米DE、ME与NRC(2007)和《中国饲料成分及营养价值表(2020年第31版)》推荐值相比相对偏差均小于5%。

表 6 玉米有效能值与NRC(2007)和《中国饲料成分及营养价值表(2020年第31版)》推荐值离散性分析(干物质基础) Table 6 Discrete analysis of corn effective energy values and recommended values of NRC (2007) and Chinese Feed Composition and Nutritional Value Table (2020 thirty-first edition) (DM basis)
3 讨论 3.1 不同饲粮营养物质表观消化率

营养物质表观消化率是评价动物对某种饲粮营养物质利用特性的基础,其影响因素主要包括饲粮组成及配制、饲喂量、动物品种、生理阶段和环境因素等,其中饲粮的营养组成是引起消化率变化的首要因素[18]。精料的可消化性强于粗料,因此混合饲粮的营养物质表观消化率主要取决于其精粗比例。赵明明等[8]在比较直接法和替代法测定肉羊羊草ME的研究表明,随着精料比例提高,营养物质表观消化率呈上升趋势,这与Valdés等[19]在肉羊上的研究结果一致,即随着饲粮中精料比例的提高,DM、OM和CP表观消化率呈线性增加。刘洁等[20]采用体外产气法测定不同精粗比饲粮的养分消化率结果也表明,消化率随着饲粮精粗比提高而提高。本研究中,随着玉米替代比例的提高,即精粗比提高,饲粮纤维含量逐渐降低,饲粮中易消化物质逐渐增多,可能能为瘤胃微生物提供更多的能量以提高其活性,其中20%组和30%组DM、OM和CP表观消化率高于基础饲粮组,这与上述研究结果一致,但是40%组DM、OM和CP表观消化率虽然高于基础饲粮组,但其并未高于30%组,这可能与饲粮结构改变造成瘤胃微生物结构以及NDF含量发生变化有关。由上可知,饲粮精粗比应该在合适的范围内,周汉林等[21]研究报道,当饲粮中精粗比超过7 ∶ 3时,营养物质表观消化率都有不同程度的下降,本研究中40%组的结果正说明了这一观点。

Huhtane等[22]研究报道,饲粮总消化率随精料比例提高而提高,饲粮中加入可发酵碳水化合物时纤维消化率通常会降低。本试验结果表明,40%组NDF表观消化率低于基础饲粮组,这与上述结果吻合;而20%组和30%组NDF表观消化率却高于基础饲粮组,可能是因为不同替代比例饲粮中的纤维种类和总量都会发生变化,其在胃肠道的滞留时间也会影响纤维消化率。

3.2 不同饲粮对试验羊能量代谢的影响

FE是饲粮能量损失占比最大的部分,本试验中,基础饲粮组的FE排出量最大,其次是20%组、40%组和30%组,而UE和甲烷能排出量各组间无显著差异,因此,总能消化率和总能代谢率的差异是由FE的不同引起的。这与魏明[18]用直接法、套算法和回归法比较青贮玉米能值得到的研究结果一致。赵一广[23]在肉用绵羊CH4排放测定研究中,其饲粮精粗比在0.8 ∶ 9.2~6.4 ∶ 3.6,甲烷能占DE的比例为8.92%~12.27%;本试验精粗比在6.3 ∶ 3.7~7.8 ∶ 2.2,甲烷能占DE的比例为8.20%~10.64%,所得结果虽然差距不大,但是精粗比却不同,可能由于赵一广[23]测定CH4采用的是呼吸测热头箱,仅测定了羊只通过嗳气由口鼻排出的CH4,忽略了后肠道排出的CH4。本试验中,饲粮中随着玉米替代比例的提高,精料所占的比例在提高,即可快速降解的碳水化合物也在增加,饲粮纤维含量降低,其总能消化率和总能代谢率呈上升趋势,试验组均高于基础饲粮组。这可能因为饲粮原料组成和所含营养物质消化率的差异,导致能量利用效率不同。本试验中,随着玉米替代比例的提高,4个组能量利用效率呈两头低中间高的状态,这是因为玉米替代比例提高,精料比例不断增大,能量浓度增加提高了能量转化率,但能量水平到达较高值后能量转化率又出现下降的趋势[24],所以本试验出现“拐点”30%组,这可能是随着替代比例提高饲粮能量浓度大到影响动物消化液分泌和养分充分消化的“临界水平”,其中机理有待于进一步研究。

3.3 不同饲粮对试验羊呼吸代谢的影响

饲粮在反刍动物瘤胃内发酵产生大量的气体,其中主要是CO2和CH4。本试验中,40%组试验羊体重最大,精粗比也最高,这导致其O2消耗量、CO2产生量和THP数值上最大。由于国内缺乏呼吸测热设备,目前对杜寒肉用杂交母羊呼吸代谢的研究较少。赵一广[23]研究发现,CH4排放量与乙酸浓度和乙酸/丙酸值呈正相关,与丙酸浓度负相关。CH4产生主要是通过CO2—H2还原合成。丙酸可利用H2生成糖,这就减少了合成CH4前体物质所需要的H2[25]。本试验中,随着玉米替代比例的提高,饲粮中精料逐渐增加,20%组、30%组和40%组与基础饲粮组相比,CH4产生量减少的结果与前人结果符合。此外,本试验中,基础饲粮组RQ值为1.00,虽然试验组RQ值都小于基础饲粮组,但都接近于1.00,这说明体内代谢的底物主要为糖原,符合肉羊生长的正常生理状态。

3.4 套算法估测肉用母羊玉米营养物质表观消化率和能值

本试验结果表明,各试验组玉米OM和CP表观消化率之间差异不显著,而玉米DM和NDF表观消化率差异极显著。而赵江波等[26]以8个不同替代水平(10.79%~72.32%)替代基础饲粮并采用套算法评定小麦营养物质表观消化率、付霞杰[6]以5个替代水平(10%、20%、30%、40%和50%)替代单一粗饲料+预混料为基础饲粮并采用套算法评定玉米营养物质表观消化率时表明,不同替代水平下饲料原料表观消化率无显著差异。本试验中,玉米DM和NDF表观消化率结果与上述研究结果不一致,可能原因在于随着精粗比提高,40%组的精粗比接近8 ∶ 2,以致采用套算法计算得到的结果有显著差异。

本试验采用不同比例原料替代基础饲粮,来验证套算法在反刍动物饲料原料有效能值测定上的适用性。套算法考虑最多的是被测原料的替代比例问题,不同的替代比例对结果影响较大。目前,在肉用绵羊上关于套算法研究反刍动物饲料能值的报道相对较少,对玉米替代比例也没有确切的范围。付霞杰[6]在半细毛羊上利用套算法研究表明,随替代比例(10%~50%)的提高,玉米的ME(11.52~14.71 MJ/kg)先提高再降低。魏明[18]以10%、30%和60% 3个替代水平估测皖东牛公牛玉米的有效能时,发现10%比例过小导致套算法结果变异度较大,60%比例导致待测原料占比过多干扰有效能计算,而30%比例有效能值变异度最小。可见动物品种和替代比例会影响能值。本试验是在肉羊上评定玉米能值,在替代比例为20%~40%时,得到玉米的ME是13.96~15.62 MJ/kg,NE是5.51~12.25 MJ/kg,40%组能值显著低于20%组和30%组,20%组和30%组在数值上接近。本试验结果与NRC(2007)推荐的值用相对偏差进行分析,发现不同替代比例处理的DE和ME与NRC(2007)比较相对偏差不同,这可能由于估测能值的方法不同导致[18]。本试验利用套算法而NRC通过建立模型估测能值[17],除此之外,玉米的品种及其营养水平也会影响饲料能值[27]。另外,40%组玉米NE和NDF表观消化率低于20%组和30%组,这可能是由于替代比例过高导致瘤胃菌群紊乱。本试验结果表明,套算法可以估测肉羊单一饲料原料能值,替代比例导致饲粮组成改变进而影响套算法的计算。

本试验中,采用套算法结合体内法测定杜寒肉羊的有效能,解决了某些单一饲料原料适口性差或者在反刍动物上无法通过单独饲喂精料来评定饲料营养价值的问题,并得到了有效能实测值。理论上饲料的能值应经动物消化代谢试验测定,即用最经典的动物试验直接测定饲料有效能,结果准确且客观,但在生产实践中动物的消化代谢试验(包括呼吸测热)需要消耗大量的人力和物力,不可能测定所有的精料和牧草,做不到快速评定,可以参考单胃动物通过实测值建立预测方程评定饲料NE的方法[14],这有待于进一步试验研究。

4 结论

① 肉羊饲粮中玉米替代比例不同时,所测得的玉米有效能值有差异。

② 肉羊饲粮中玉米含量不宜超过50%。

③ 利用套算法计算玉米替代比例为20%和30%时NE在数值上相近,分别是12.25和10.17 MJ/kg。

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