非粗料纤维饲料(non-forage fiber sources，NFFS)主要指农作物籽实加工之后的副产品，来源广泛、价格低廉且可消化纤维含量较高，在非反刍动物饲粮中用途有限，但特别适合作为反刍动物的饲料原料。常见的NFFS主要包括麦麸、豆皮、全棉籽、玉米蛋白质饲料及酒糟等。NFFS的化学组成含有更高比例的可消化纤维，这种纤维有别于粗料来源的纤维，即非粗料来源纤维。

长期以来，玉米、豆粕和粗饲料是奶牛营养学家配制饲粮的主要原料。与非反刍动物相比，反刍动物的优势在于能将人类不能直接利用的植物性原料转化成肉和奶等优质畜产品。玉米作为一种用途极广的工业原料，同时也是非反刍动物的主要饲料原料，在反刍动物饲粮中大量使用玉米体现不出反刍动物的物种优势，而多用途的原料竞争也势必会增加原料成本。在我国苜蓿干草和大豆的供应很大程度上依赖于进口，这在极大程度上增加了奶牛养殖的饲料成本。2018年7月，中国开始对美进口苜蓿和大豆征收25%的关税，预计每千克生鲜乳成本将增加6%左右^[1]。NFFS在奶牛生产中应用效果的公开报道最早可追溯到距今100多年以前^[2]，根据奶牛所处不同的生产状态，NFFS可用于替代饲粮中的部分粗料或者精料。NFFS在生产中的推荐使用策略是替代高产奶牛饲粮中的粗料或者替代低产奶牛饲粮中的精料^[3]。NFFS的合理使用对于提高奶牛的生产性能以及健康水平，同时对控制饲料成本具有重要意义。

1 NFFS在奶牛生产中应用的社会及经济效益

NFFS在奶牛生产中应用的社会效应主要体现在可增加相关产业的经济回报。生物燃料乙醇在全球范围内获得了长足发展，发展生物燃料乙醇可以为大宗农产品建立长期、稳定、可控的加工转化渠道，提高国家对粮食市场的调控能力。然而初步分析表明，综合考虑了农业和加工业的投入，将玉米用于乙醇生产并没有产生积极的经济回报^[4]。进一步的分析表明，玉米乙醇燃料的生产会产生适度的经济回报，而几乎所有这些经济回报都得益于酒糟作为反刍动物饲料的饲喂价值^[5]。同样地，玉米干磨乙醇生产行业的经济效益在很大程度上也依赖于酒糟的销售收益。尽管该行业的市场状况随玉米价格的波动而剧烈变化，但2005年的一项分析表明，玉米干磨乙醇生产行业总销售额中有20%~30%来自酒糟的销售收益^[6]。除乙醇行业外，NFFS在其他行业中也发挥着重要作用。有分析表明，仅加利福尼亚一州在1992年所使用的约9种NFFS总量便达250万t，市场总价值超过2.3亿美元^[7]。另外，如果附加产生NFFS的行业不能将这些高纤维含量的副产品提供给反刍动物生产，不仅会失去经济收益，而且还要承担处理这些副产品的额外费用。因此，将NFFS应用于反刍动物生产可提高相应行业的环境和经济可持续性，最终降低相应产品的生产成本。此外，NFFS应用于反刍动物生产对于奶牛养殖产业本身来说也是一种可持续发展的体现。Vandehaar^[8]做的一项分析表明，基于NFFS的饲粮饲喂方案所需的土地总量仅为传统全混合日粮(TMR)饲喂方案所需土地总量的51%。Ranathunga等^[9]使用21%的酒糟和9.6%的豆皮替代精料，与不含NFFS且淀粉含量为29%的饲粮相比，每头牛每天的饲料成本降低了1.42美元(基于当时的市场行情)，且未影响产奶量，最终提高了牧场经济效益。在反刍动物生产中使用NFFS能否产生经济效益，一方面取决于当地饲料原料的市场情况，另一方面是合理配制饲料配方，在不影响奶牛生产性能的前提下，饲料成本的降低才有意义。

2 NFFS在奶牛生产中的实际应用效果

长期以来，饲粮精粗比一直是奶牛饲粮配制的主要参考依据，但这种饲粮配制策略在很大程度上已无法与当下泌乳奶牛的营养需要相匹配。这主要是因为随着饲料原料的多样化及分析技术的发展，通过简单的精或粗来定义饲料原料无法对各种饲料原料的营养价值做出精准的判定。例如玉米青贮和小麦秸秆同为粗料，但二者在化学组成和物理特性方面却存在巨大差异。这一问题在考虑到NFFS时尤为明显，NFFS在化学组成上纤维含量较高，类似于粗料，但在物理形态上颗粒尺寸较小，又类似于精料。当下饲粮配制策略更多的是考虑能量、中性洗涤纤维(NDF)、蛋白质及微量元素等具体营养元素的需要量。无论是根据精粗比还是具体营养元素需要量配制饲粮，都需要充足的能量供应来保障泌乳性能以及适当的物理有效纤维来维持瘤胃健康和乳脂率。

新饲料原料的应用效果评价最常用的策略便是直接替代原有饲粮中的某种原料，但这种方式通常无法准确评价新饲料原料的营养价值。Ipharraguerre等^[10]使用豆皮替代饲粮中的玉米，提高了乳脂率且未对其他生产性能指标产生影响。Gencoglu等^[11]也使用豆皮部分替代饲粮中的玉米，提高了乳脂矫正乳的产量，但却增加了干物质采食量，导致饲喂效率有降低趋势。也有研究报道，使用豆皮或者甜菜粕替代饲粮玉米，降低了产奶量或者乳蛋白产量^[12]。NFFS除了含有较高比例的可消化纤维外，通常也含有一定比例的蛋白质。因此，在其他一些研究中NFFS除替代玉米外还会用来替代一部分豆粕^[13-14]。如果饲粮中可发酵碳水化合物含量充足，使用NFFS替代部分精料通常可提高生产性能，尤其是提高乳脂产量^[15]。而如果在饲粮可发酵碳水化合物含量不是很充足的情况下使用NFFS替代部分精料则可能会由于饲粮可消化能不足从而降低生产性能。一般来讲，相比于粗料，NFFS消化率相对较高，但NFFS较快的瘤胃通过率可能会在一定程度上降低其在体内的消化率^[16]。也正因此，在一些研究中，使用NFFS替代精料会抑制采食量、降低饲粮消化率，继而影响生产性能^[17-21]。Boddugari等^[22]通过3个试验系统地研究了NFFS在奶牛饲粮中替代精料和粗料的最大比例及应用效果。在第1个试验中，饲粮粗料含量为54.3%，使用一种类似于玉米蛋白粉的NFFS分别替代0、50%、75%和100%的精料，与对照组相比，试验组干物质采食量下降但产奶量未受影响，最高替代组饲料转化率提高了14.8%，且未显著影响瘤胃pH。在第2个试验中，试验1中的100%精料替代组为对照组，试验组在此基础上使用NFFS进一步分别替代15%、30%和45%的粗料，4种饲粮中NFFS的含量分别为46%、54%、62%和70%，随着NFFS替代比例的增加，试验组干物质采食量未受影响，产奶量增加，最高替代组乳脂率降低，瘤胃反刍时间有所减少，但瘤胃pH未受影响，瘤胃总挥发性脂肪酸浓度有所增加，乙酸比例降低，丙酸比例升高，乙酸/丙酸降低。在第3个试验中，作者根据前2个试验的结果，对照组不使用NFFS，试验组使用NFFS替代了40%的精料和粗料，2组试验各15头奶牛，试验长达9周，与对照组相比，试验组采食量下降，但产奶量显著升高，瘤胃发酵结果作者未提供。NFFS通常含有较高比例的可消化中性洗涤纤维以及较低比例的木质素，能够为瘤胃提供大量可发酵有机物，与淀粉含量较高的精料相比，NFFS在瘤胃中发酵产生挥发性脂肪酸的过程更加稳健^[18-19]，能够降低因淀粉降解过快造成瘤胃酸中毒的风险。同时，在保证饲粮物理有效中性洗涤纤维充足的前提下，NFFS也可替代饲粮中的部分粗料^{[20, 22]}。

3 NFFS在奶牛生产中应用的物理有效性

TMR的物理特性对奶牛反刍和咀嚼活动有重要影响，并进一步影响采食量、消化率、瘤胃发酵以及乳脂产量^[20]。NFFS替代饲粮中的部分精料对饲粮颗粒尺寸影响较小，但替代粗料会极大降低饲粮的颗粒尺寸。因此，在使用NFFS配制奶牛饲粮时应格外注意饲粮物理有效中性洗涤纤维(physically effective NDF，peNDF)的含量。

peNDF有多种计算方式，其主要是用来定义饲粮刺激反刍及维持乳脂产量的能力^[18]。NFFS通常具有较小的颗粒尺寸，较低比例的木质素含量以及较高比例的可消化纤维含量，使用NFFS替代饲粮中的粗料往往会降低饲粮中性洗涤纤维的物理有效性。Mertens^[19]定义的饲粮peNDF_>1.18，具体数值通过未通过1.18 mm筛面的TMR比例乘以饲粮总中性洗涤纤维含量算得。Zebeli等^[23]通过一项Mata分析研究发现，peNDF_>1.18、瘤胃pH及乳脂产量之间存在较强的相关性。该分析表明，peNDF_>1.18是一个有价值的反映饲粮物理有效性的度量标准，但该分析所用数据库中的饲粮多为传统饲粮，其中粗料来源中性洗涤纤维的平均含量为21.9%，而NFFS型饲粮中粗料来源中性洗涤纤维的含量可能低至12%^[24-26]，因此Mertens^[19]对饲粮物理有效性的定义(peNDF_>1.18)可能并不适用于NFFS型饲粮。Yang等^[27]在一项研究中通过改变苜蓿青贮的长度以及大麦的用量构建了4种peNDF不同的饲粮，4种饲粮中均含有约9%的混合NFFS，研究发现，peNDF_>8比peNDF_>1.18能够更好地预测瘤胃发酵状态，此外，4种饲粮中peNDF_>8值最低(9.6%)的饲粮处理仍未对乳脂产量产生不利影响。Rezac等^[28]在一项研究中使用玉米蛋白粉替代粗料，玉米蛋白粉的替代比例高达33%~56%，粗料来源的中性洗涤纤维含量低至9.3%~15.3%，尽管试验饲粮的peNDF_>8均高于10.7%，但粗料来源中性洗涤纤维含量最低的饲粮组(9.3%)显著降低了乳脂产量并引发了瘤胃酸中毒，此外，该试验中的peNDF_>1.18同样不能很好地反映饲粮的物理有效性，粗料来源中性洗涤纤维含量最低饲粮组的peNDF_>1.18值甚至要高于粗料来源中性洗涤纤维含量最高饲粮组的peNDF_>1.18值(35.1% vs. 31.9%)。基于以上2个研究，传统饲粮中推荐使用的peNDF标准可能并不适用于NFFS含量较高的饲粮，在配制NFFS型饲粮时，peNDF_>8和粗料来源中性洗涤纤维的含量可能是更加合适的评价标准。

NRC(2001)对粗料来源中性洗涤纤维含量的推荐标准为：在饲粮总中性洗涤纤维的含量为33%时，粗料来源中性洗涤纤维的含量应不低于15%；在饲粮总中性洗涤纤维的含量仅为27%时，粗料来源中性洗涤纤维的含量应不低于18%。Mullins等^[26]使用玉米蛋白粉替代奶牛饲粮中的部分粗料和精料，饲粮总中性洗涤纤维的含量分别为28.8%、25.8%、30.4%和31.0%，粗料来源中性洗涤纤维的含量分别为17.1%、17.3%、14.9%和12.5%时，随NFFS替代比例的增加，干物质采食量、产奶量及乳脂矫正乳产量均线性增加，同时瘤胃乙酸比例线性降低，丙酸比例线性升高，瘤胃pH线性降低(6.18、6.12、6.14和5.91)。饲粮总中性洗涤纤维含量和粗料来源中性洗涤纤维含量之间的对应关系大致体现了非粗料来源中性洗涤纤维的物理有效性仅为粗料来源中性洗涤纤维的1/2^[29]。基于以上分析，当通过滨州晒8 mm筛面的颗粒少于65%的时，peNDF_>8在10.5%~12.5%，NFFS型饲粮可以保证正常的瘤胃发酵^[3]。

4 NFFS对不同泌乳阶段奶牛的影响

处于泌乳早期的高产奶牛，能量摄入量不足是限制其生产性能的主要因素^[30]。遗传性状优良的高产奶牛受其肠道容纳能力的影响，在采食大量粗料的情况下，通常会导致其干物质采食量及能量摄入量不足，进而无法体现出高产潜力^[31-32]。如果奶牛干物质采食量不足是因瘤胃容纳原因引起的，在这种情况下使用NFFS替代饲粮粗料则可增加饲粮能量密度并提高其干物质采食量^[33]。与低产奶牛相比，高产奶牛吸收和利用营养物质的效率更高，个体生产性能的高低通常是代谢研究中需要考虑的重要因素^[31]。在高产奶牛饲粮配制过程中使用NFFS替代部分粗料，通常能够产生积极效应，提高其生产性能^[34]。Bradford等^[35]通过研究低粗料含量饲粮中添加干粉玉米和高湿玉米对奶牛乳脂产量的抑制效应发现，含有更容易发酵的高湿玉米饲粮有降低奶牛乳脂率的趋势，但同样饲喂高湿玉米，高产奶牛的乳脂含量要明显高于低产奶牛。作者认为高产奶牛对乳脂降低的抵抗能力可能源于瘤胃脂肪酸氢化模式的改变，高产奶牛瘤胃内环境可能通过改变瘤胃微生物的群落结构进而改变了瘤胃脂肪酸氢化模式。

与高产奶牛相比，低产奶牛的营养需求较低，这导致了两者重要的代谢差异。奶牛进入泌乳后期，限制其生产性能的因素不再是营养物质摄入量，而是乳腺的泌乳能力^[36]。因此，低产奶牛饲喂营养密集型饲粮，会导致体重增加进而激发相关机制降低采食量。研究表明，限制低产奶牛采食量的不是瘤胃充盈情况，更多的是营养物质的吸收情况^[30]。在低产奶牛饲粮中使用NFFS主要是用于替代精料而非粗料，NFFS的使用能够有效降低泌乳后期低产奶牛采食量过低以及体重过大的风险^[37]。

5 NFFS在奶牛生产中应用的潜在问题

不同生产批次的饲料原料，其物理和化学组成可能有较大差异。NRC(2001)报道的酒糟粗蛋白质[(23.8±5.7)% DM]和中性洗涤纤维[(35.5±6.8)% DM]含量就具有很高的标准差。在一项研究中，Droppo等^[38]检测了同一淀粉厂生产的由14辆卡车运输的酒糟的干物质及营养组成，每辆卡车抽取4个样品，不同卡车酒糟干物质的含量变异系数在40%~48%，而粗蛋白质和微量元素含量的变异系数高达12%~35%。关于NFFS营养成分差异较大的问题在Kleinschmit等^[39]的研究中也有报道。这种差异可能是由不同的原料来源及不同的加工工艺引起的，因此在使用NFFS配制饲粮时应考虑到这种差异性。避免这一问题的一种有效方法是尽可能地从有保障的供应商处购买原料，尽管这样可能会增加成本，但如果能够保证TMR的质量也是值得的。另一种方法是在配制饲粮时避免使用单一NFFS而使用多种NFFS混合配制。

NFFS通常具有较高含量的矿物质成分，这一方面是由于NFFS的加工过程对农作物籽实中矿物质成分的富集作用，另一方面是生产过程中人为添加了某种添加剂。由于玉米和高粱籽实中本身便含有较高的磷，因此酒糟中通常具有较高的磷含量(约9%)^[40]，而酒精生产过程中硫酸的使用也使酒糟具有较高含量的硫(0.5%~0.9%)^[41-42]。饲料中矿物质含量较高会增加饲粮矿物质营养失衡的风险，进而影响采食和生产性能^[43]。如果饲粮中矿物质含量超过动物需求量，大量矿物质便会随粪便排出，动物粪便如果用于农业生产，将会产生严重的环境问题^[44]。磷在奶牛维持、生长、妊娠及泌乳过程中均有重要作用，NRC(2001)通过模型预测泌乳奶牛磷的需求量为0.32%~0.38%。有观念认为，较高的磷含量对于维持理想的生产性能具有重要作用，但目前为止没有研究对这一观念进行验证^[45]。当饲粮中含有较多酒糟或者麦麸类NFFS时，即使不额外添加无机磷，饲粮中磷的含量也会超过奶牛需求量^[46]。因此，在使用NFFS配制饲粮时，应合理配制矿物元素的含量，避免对环境造成影响。

6 小结

在奶牛生产中应用NFFS不仅可提高牧场的经济效益，同时还具有很高的社会效益。在配制奶牛饲粮时，NFFS既可以替代部分粗料，还可替代部分精料，能在降低饲料成本的同时维持甚至提高奶牛生产性能。NFFS替代部分粗料通常会增加奶牛的干物质采食量，但同时降低了饲粮的物理有效性，此时可能会增加乳脂降低的风险。饲粮中使用NFFS对不同泌乳阶段及不同生产性能的奶牛影响不同，NFFS能够增加泌乳早期高产奶牛的干物质采食量，使其更好地发挥生产潜能，NFFS也能降低泌乳后期低产奶牛罹患肥胖综合征的风险。总之，在奶牛生产中合理使用NFFS，能够降低饲料成本，维持甚至提高奶牛的生产性能和健康水平，增加行业的可持续性。