奶牛营养需要量与日粮配制指南

陈明 杨露 熊本海

奶牛本质上对养分的需要量有2个方面：一是动物或组织本身为生命、健康及生产的生化反应而需要的养分，另一方面是满足瘤胃内微生物区系的生长而需要的养分。配制的日粮需要满足动物和微生物的养分需要量。饲喂一种满足奶牛营养需要而平衡的日粮，避免发生任何一种或所有的养分超过需求量，将起到优化动物性能，最小化养分向环境的排放，并取得成本有效的饲喂效果。

此文的目的，一方面是提供对奶牛营养需要量的理解，另一方面是提供配制泌乳奶牛和干奶牛日粮的一些参考的数据指南，为集约化及规模化奶牛场日粮配方设计师提供简单明了的、实际可操作的日粮配方设计的营养需要量的计算方法、模型、表格及经验的配方设计要点，促进我国高产奶牛的日粮配方整体设计水平。

1 泌乳奶牛干物质采食量(DMI)

关于初产青年母牛和经产奶牛的干物质采食量(DMI)指南列在表1中。初产青年母牛的DMI在泌乳前期具有缓慢、稳定增加的特点，直到第16周时达到稳定状态，并一直保持到余下的泌乳天数里。相比之下，经产奶牛的DMI在头几周迅速增加，在第5～6周达到泌乳高峰，然后随泌乳进程缓慢下降。因此，将初产奶牛与经产奶牛进行分开饲养，保证前者获得必要的采食量很有必要。

DMI在满足奶牛的营养需要量上是一个决定性的因素。这是因为:①动物需要大量的养分，不是百分比或者浓度，用于每天维持健康和生产；②某些养分像日粮中能量和瘤胃可降解蛋白(RDP)浓度受控于动物消耗的DMI。配制高产奶牛日粮所面临的挑战是，所有需要的养分必须包含在摄入的DM之中。因此，具有适宜的DMI对于可持续的泌乳生产，以及保持牛只健康和繁殖性能至关重要。

表1 初产及经产奶牛的DMI(kg/d)

比较DMI的实际值与预测值也是非常有用的。如果实际的DMI超过预测的DMI的5%，需要做如下检查:饲喂的精度（如全混合日粮在饲喂之前是否充分混合？计量是否准确？）,拒绝摄入的饲料(它们占到的比例是否扣除),校正饲料的DM含量,母牛体重(因为体重增加需要矫正饲料能值的需要量)和饲料效率(平均1.4～1.6 kg牛奶/kg DMI)。相反地，如果实际DMI比预测数据低，下列情形之一可能限制了DMI：日粮的适口性，采食饲料是否便利,高纤维含量日粮,水引入量，热应激或者过量的日粮RUP含量等。

2 干奶牛干物质采食量

对于干奶牛，在产犊前21 d之前，DMI将大约是体重(BW)的2%。对于成年母牛，在产犊前少于21 d即产前的前3周，应保证每天DMI为10～10.9 kg作为设计日粮配方的前提，并直到母牛产犊的数天内，母牛将消耗上述数量的干物质。这样是可以保证摄入的养分满足需要量。同样地，围产前期的牛群精力充沛，表现在母牛每天的进进出出，使得在这样的情形下确定实际的干奶牛群的DMI相当困难。

3 泌乳奶牛及干奶牛能量需要量

泌乳奶牛和干奶牛所采用的能量体系是泌乳净能(NEL)，且表述为兆卡(Mcal)。奶牛每天的能量需要包含用于维持、泌乳、活动、妊娠和生长所需的能量(NRC,2001)。

维持：维持的能量需要为NEL（Mcal/d）=0.08×BW0.75(BW：kg),以满足每天正常生命活动的需要。

泌乳：产乳需要的能量是基于奶牛以脂肪、真蛋白和乳糖等形式排出的能量。通过牛奶生产需要的能量可以通过下列方程确定：NEL(Mcal/kg)=0.092 9×Fat%+0.056 3×Protein%+0.039 5×Lactose%；或者，如果在不知道乳糖含量的背景下，有NEL（Mcal/kg）=0.092 9×Fat%+0.056 3×Protein%+0.192。

行为：过度的行走需要增加维持的能量需要，按每步行1 000 m每千克体重增加0.000 45 Mcal计算。例如，一头重600 kg的母牛每天步行2 km需要每天额外增加0.54 Mcal的维持能量，或者大约在维持需要的基础上增加5.5%。从温暖舒适状态到恶劣状态的热应激可能增加维持需要高达25%。

妊娠：在怀孕190 d前，可以不考虑增加额外的能量用于妊娠。在190～279 d妊娠期间，平均的荷斯坦奶牛的妊娠能量需要的增加每天为2.5～3.7 Mcal。

生长和体贮：作为一般性的指南，为满足第一胎及第二胎泌乳奶牛的生长对养分的需要，需额外增加20%的维持能量。在泌乳期间体重的变化通过体况评分(BCS)的变化反映出来。体况评分为2的母牛损失1 kg的体重可提供的能量为3.8 Mcal，而BCS为4的奶牛则为5.6 Mcal(增加了1.8 Mcal)。反过来，BCS为2的奶牛增重1 kg需要的能量为4.5 Mcal，而BCS为4的奶牛则需要的能量为6.2 Mcal（相差1.7 Mcal）。表明，奶牛的体况不同，体重的变化对能量的贡献与需求量也有较大的差别。

4 饲料与日粮能量

来自饲料可利用的净能取决于饲料的养分组成及消化率；而饲料的物理或者化学处理的程度会对饲料养分的消化率有显著的影响。因此，在确定饲料的能值时应该给予考虑。

DMI的数量是决定日粮能值的一个主要的因素。随着DMI增加，饲料或食糜通过消化道的流通速率增加。因此，具有较高DMI的相同日粮将会有一个降低的能量浓度，但是此时消化的能量总量还是高于DMI低的日粮饲喂。这意味着饲料和日粮的能值并不是恒定的，而是随DMI而变化。传统上，在满足维持需要的DMI的基础上，DMI每增加1倍，使用的饲料或者日粮的能值浓度按4%的标准比例减少，例如，一头每天摄入20.9 kg DM的奶牛，用于维持的DMI为6.8 kg，则摄入饲料的DMI是维持DMI的3倍左右即3×(20.9/6.8)。因此超过维持的DMI是维持的DMI的2倍,则日粮所提供的饲料能值在维持饲喂水平上减少8%。鉴于上述饲料及日粮能值应表现的动态变化，大多数配方程序和关于粗饲料报告显示的饲料能值采用的是3倍维持DMI背景下的NEL数值（见表2）。

表2 奶牛日粮的能量浓度规格

5 碳水化合物

饲料中碳水化合物组分因其决定了在瘤胃的消化或发酵产生挥发性脂肪酸(VFAs)数量及比例而凸显重要。饲料碳水化合物典型地划分为纤维性和非纤维性2个部分。

纤维性碳水化合物包括中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)，且主要为纤维素和半纤维素。在大多数奶牛日粮中，牧草是最主要的纤维性物质来源，并在发酵过程中产生显著量的乙酸和一些丙酸及丁酸。与淀粉和糖组分比较，NDF和ADF的消化率显然低一些，因此具有填充的效果，并限制了DMI的数量。

非纤维性碳水化合物(NFC)主要是淀粉和糖类物质，但是，其他组分如有机酸和中性洗涤可溶纤维(果胶、β-葡聚糖、果糖)也属于NFC。除果胶物质外，其他NFC成分发酵的主要产物为丙酸和乳酸，由于相比于乙酸是强酸，尤其是乳酸，它们对降低瘤胃的pH值比乙酸更为有效。

饲料或者日粮的NFC(%)含量可以按下列公式粗略估计：

但是，更为准确的估测公式如下：

上述公式均以干物质为基础，NDFCP为NDF中不溶蛋白。

淀粉：建议泌乳奶牛日粮中DM的23%～26%为淀粉；但是，有关淀粉的具体的需要量至目前并未给出。在瘤胃中淀粉的利用率将对在奶牛日粮饲喂多少淀粉有显著的影响。与饲喂粗糙粉碎的或者破碎的干玉米比较，当饲喂瘤胃内高度降解的蒸汽压片并精细粉碎的，或者水分含量高的玉米的日粮，其淀粉浓度可以降低一些。最近的研究显示，如果日粮的淀粉来源被很容易消化的副产品饲料所替代，则较低淀粉水平(17.5%～21.0%)的日粮饲喂给泌乳奶牛并不会导致奶牛的泌乳性能下降(Dann等，2008；Ranathunga等，2008)。

糖:是一种在瘤胃可迅速发酵的成分。因此，饲喂指南为，在干物质中的含量比淀粉低3%～5%。与玉米比较，大多数的豆科和牧草粗饲料中的NFC基本上是果胶和有机酸,它们是淀粉和少量的糖。与那些玉米青贮饲料为主要的粗饲料（NFC主要是淀粉）比较，以豆科植物或者牧草为主要粗饲料的日粮（NFC主要是果胶），略微提高NFC的含量(1%～4%)是可以接受的。

在泌乳奶牛和干奶牛日粮中的NDF、ADF和NFC浓度的推荐量列在表3中。来源于粗饲料的NDF的数量(fNDF)，以及日粮中总的NDF(TNDF)和ADF(TADF)的推荐量为最低量，而NFC的推荐量则是最大量即上限的指南。其他日粮的影响因素包括谷物来源、瘤胃淀粉利用率、纤维物质源、纤维颗粒大小和纤维的消化率等应该一并给予考虑，确定最后配制日粮NFC的上限量。

当配制日粮时，建议用NDF指标决定日粮中纤维性物质的合理用量，随着日粮中总的NDF含量下降，则较高比例的NDF应该来自粗饲料，且日粮中NFC伴随下降。

粗饲料颗粒大小：日粮中NDF的含量并不能反映日粮中物理有效NDF（peNDF）的数量。peNDF代表了那些刺激反刍食物的咀嚼的较长的纤维颗粒，并且被用来维持瘤胃团,其对瘤胃功能和动物健康是必须的要素。粗饲料是peNDF的主要来源。一些研究表明最小的粗饲料颗粒的长度为6.5 mm，以维持适度的瘤胃pH值和适度的反刍行为，以及预防终端产品乳脂的下降(Allen，1997；Beauchemin等，1994；Grant等，1990)。宾州大学颗粒箱是一种估测粗饲料和TMR日粮的颗粒大小的有效工具。

表3 奶牛日粮中的纤维性物质和NFC含量指南①（%DM）

用宾州大学颗粒箱评定TMR颗粒尺寸的指南：上层筛比例=6%～10%,第二层筛比例=40%～50%,第三层筛比例＜35%，及底层筛比例＜20%。这些比例针对总的样品湿重量而言。

加藤对家人的情思甚笃。他委托小石川念速寺举行葬仪，该寺常在日记中出现。根据井上圆了的记录，“加藤老博士的小孩逝去时，使念速寺举行葬仪，故同寺平素幸好与加藤老教授亲密往来”[注]井上圆了：《加藤老博士に就きて》，《东洋哲学》第22编第8号，1915年8月，第1页。 。当时念速寺的住持为近藤秀岭，担任加藤家的佛教法事。近藤住持是教理学者，“是在东京真宗大谷派(作者注：东本愿寺派)寺院中的佛教学者，大致把握俱舍、唯识、华严、天台等教理”[注]井上圆了：〈加藤老博士に就きて〉，《东洋哲学》第22编第8号，1915年8月，第2页。 ，与一般住持不同。

NDF消化率：反映在给定的时间段内NDF在瘤胃消化的比例，可通过原位尼龙袋法加上数学模型计算获得。当前的俄亥俄州研究表明，在日粮中粗饲料的NDF消化率和整个日粮的消化率没有相关性。在粗饲料和日粮之间的差异并随同NDF消化率的变化分析可能要求在生产上的改变之前，粗饲料NDF消化率有8%或者再多一些(Oba and Allen,1999)。但是，NDF消化率是评定不同牧草品种之间品质差异的合理测定指标。

6 泌乳奶牛脂肪

泌乳奶牛中总的脂肪应该限制在DM的6%。大多数牧草和谷物类饲料中的脂肪酸含量范围为2%～4%DM。因此，关于添加的脂肪水平的最大量是总的日粮DM的2%。但是，总的脂肪作为满足能量的脂肪饲养是一个笼统的方法。因为作为脂肪的组分，尤其是不饱和的脂肪酸会影响生产反应，如乳脂率下降和繁殖。

日粮中重要的脂肪酸是油酸（C18∶1）、亚油酸（C18∶2）和亚麻酸（C18∶3）。但是,日粮中这些脂肪酸的数量和/或者总多不饱和脂肪酸(PUFA)是否能够避免乳脂下降或者提高繁殖性目前尚不确定。

7 泌乳奶牛和干奶牛蛋白质

满足泌乳母牛的蛋白质需要量源于饲料，瘤胃微生物(来自饲料在瘤胃的发酵产生的微生物蛋白)及少量的内源性蛋白质。饲料中蛋白质要么在瘤胃被降解，即表述为瘤胃可降解蛋白质(RDP),主要用来支持饲料发酵和微生物蛋白生长；或者是不被降解即非降解蛋白(RUP)和逃离瘤胃发酵。日粮中RUP的浓度是动态的，并随DMI的增加而升高，是因为较快的日粮通过瘤胃速率，减少了饲料蛋白在瘤胃的降解时间。

在瘤胃，可降解的日粮蛋白质降解为氨和肽类。日粮蛋白的50%～95%在瘤胃降解。如果与瘤胃可降解的碳水化合物保持平衡，降解的蛋白质的大部分将被瘤胃微生物捕获并转换为微生物蛋白(MCP)。在小肠，RUP、MCP和内源蛋白(ECP)被消化后转化为氨基酸。从小肠部位吸收的氨基酸称之为可代谢蛋白质(MP)，有关泌乳奶牛和干奶牛MP的需要量列于表4中，而日粮中的CP和RUP推荐的需要量列在表5中(NRC,2001)。

表4 泌乳牛和干奶牛可代谢蛋白(MP)的需要量

按表4所示的需要量要求，举例计算MP的需要量：

例1:计算奶牛空腹重即维持体重EBW=600 kg,DIM=150 d,DIG=150-70=80 d（这里假定奶牛在产犊后第70 d配上种,下同）,MPC=3.2%,乳产量=25 kg的奶牛每天对MP的需要量？

MP（g/d）=423+25×48=1 623(g)

例2：计算奶牛空腹重即维持体重EBW=600 kg,DIM=300 d，DIG=300-70=230 d，MPC=3.2%，乳产量=25 kg的奶牛每天对MP的需要量？

表5 泌乳牛及干奶牛日粮中CP含量指南（BW=680 kg）

MP（g/d）=423+240+2×(230-220)+25×48=1 883(g)。

氨基酸：奶牛需要氨基酸以满足自身的代谢和生产“蛋白”的需要。由于在瘤胃饲料蛋白的消化和在瘤胃发酵过程中微生物蛋白生产的复杂性，氨基酸需要量至今还没有确切地建立起来。但是，基于剂量-反应曲线，在泌乳奶牛日粮中关于赖氨酸和蛋氨酸推荐的水平，进入小肠的MP中分别为6.6%～6.8%和2.2%。或者Lys/Met两者比例为3∶1(Schwab等，2007)。其他的氨基酸也可能是限制性的，如组氨酸、亮氨酸和缬氨酸,但是为最大化的生产而给出决定性的日粮需要量或者水平尚不明了。

配制日粮以满足奶牛的氨基酸需要量的益处，应包括饲喂的日粮在总的CP含量上渴望做到水平低一些，即低蛋白日粮但满足氨基酸的需要量，并增加动物利用蛋白的效率，增加乳蛋白和乳脂的产量并减少饲料成本。

8 矿物质

泌乳奶牛和干奶牛的矿物质使用指南：吸收的矿物质是那些需要的满足组织和生产的需要量。日粮中并非所有的矿物质具有相同的吸收效率,且源于饲料的各种矿物质的吸收率取决于饲料原料中矿物元素的浓度、饲料类型以及与其他矿物元素和养分的互作。需要的满足吸收数量的日粮中矿物元素的最少的推荐量列在表6中。

表6 泌乳牛及干奶牛日粮中矿物元素含量指南①

DCAD：日粮阴阳离子差(DCAD)反映日粮中强的阳离子(具有正电荷离子)的浓度和阴离子(具有负电荷离子)浓度的差值。至今建议了一系列的方程用来确定DCAD,但是通常采用的方程为：

DCAD（mEq/100 g日粮DM）=[(%Na×43.5+%K×25.6)-(%Cl×28.2+%S×62.5)]

负的DCAD日粮会使用在产犊前3周内的日粮中，作为降低代谢紊乱的方法并有利于产犊。正的DCAD日粮应该使用在泌乳奶牛日粮中以促进泌乳生产与奶牛健康。

围产期3周内的日粮：推荐的DCAD水平从-10～-15 mEq/100 g日粮DM。饲喂负的DCAD日粮能帮助在分娩及其后维持血液钙水平。骨质物是在体内用来控制酸碱平衡的缓冲物的主要来源。当奶牛消耗酸性日粮导致血液pH值下降时，钙就从骨质中释放进入血液。此外，酸性日粮导致钙从小肠的吸收增加。为确定负的DCAD日粮的有效性，可定期测量尿pH值。理想地，产犊前的后2～3周，尿pH值应该是6.0～6.5。

泌乳奶牛：为最大化饲料采食量和牛乳生产，推荐的日粮DCAD是在25～35 mEq/100 g DM范围内。在热应激条件下饲喂正项平衡的DCAD日粮是有益的，因为此时奶牛经历着重碳酸盐和钾的损失(Beede,2005)。

9 维生素

脂溶性维生素(A、D、E、K):关于泌乳奶牛和干奶牛的日粮中，推荐的脂溶性维生素(A、D、E、K)的浓度列在表7中。对于拴系饲养的奶牛，日粮中推荐添加维生素A、D和E。由于维生素D是在光照存在下合成的,当奶牛基本饲养在牧场地添加维生素D可能是多余的。由于维生素K2可以通过微生物合成及维生素K1可以通过粗饲料中正常饲喂保证浓度，所以泌乳牛中不必添加维生素K。

表7 泌乳奶牛和干奶牛每天的脂溶性维生素推荐量（NRC,2001;Weiss,2007）（IU/d）

水溶性维生素(B族维生素和维生素C):在日粮中添加水溶性维生素以预防临床的缺乏是不必要的。因为维生素C可以在奶牛的肝脏和肾脏合成，大多数B族维生素也可以通过瘤胃和小肠的细菌合成，而且在饲喂给奶牛的典型饲料中具有可观的B族维生素。但是，在某些条件下，添加下列的水溶性维生素在奶牛日粮中可以改善奶牛的健康和提高生产性能(Dairy NRC,2001;Weiss,2007)。

生物素:研究表明，当在奶牛日粮中每天添加20 mg的生物素持续2～6个月，对牛只的蹄子健康和跛脚有改善的效果。同时也能观察到奶产量的增加(0.9～1.4 kg/d)。

烟酸:烟酸与能量及脂肪代谢有关，因此对于牛奶的产量及乳成分而言是重要的。每天添加12 g烟酸可能对于泌乳早期少许促进牛奶、乳蛋白和乳脂的产量增加。每天向瘤胃饲喂未保护的6～12 g烟酸好像在减少酮症方面没有效果。烟酸在瘤胃很容易降解。因此，如果考虑添加烟酸，采用瘤胃保护来源的烟酸应该相对不做保护处理的烟酸更加有利。

氯化胆碱:如果不是包裹在胶囊中保护以免于瘤胃微生物的降解，胆碱会很快在瘤胃降解掉。当在奶牛日粮中每天添加30 g过瘤胃保护的氯化胆碱，结果显示具有相当一致的提高牛奶产量的效果(大约2.3 kg/d)。瘤胃保护的氯化胆碱也曾使用在过渡期（产犊前30～25 d）奶牛的日粮中，用来降低脂肪肝和酮症的发生。

矿物元素和维生素对免疫的影响：很多矿物元素和维生素对于维持健康的免疫系统担当重要的角色。例如，维生素E、硒和维生素A充当抗氧化剂，减少体内自由基对细胞的损害。铜和锌是过氧化物歧化酶必需的成分。因此，微量元素的缺乏可能损害免疫功能并影响抵御疾病的能力。

在奶牛的干奶期或者应激期间，奶牛的免疫系统已经处在妥协让步时，缺乏微量元素尤其不利。但是，获得最佳的免疫功能对微量元素的需要量尚不清楚。目前关于奶牛的微量元素和免疫功能之间的关系进行的研究基本集中在硒、维生素E、铜和锌(Spears,2000;Goff,2008)。

硒和维生素E:可能由于损害嗜中性细胞的功能，硒和维生素E的缺乏与胎盘不落和乳房炎的发生率的增加有关。推荐的日粮中硒添加量为0.3 mg/kg(法定的限量)。当牧草来自生长于贫瘠的土壤里，保证硒的添加量至关重要。新鲜的牧草是维生素E好的来源。拴系饲养的母牛的日粮,在分娩前3周至分娩后2周即围产期每天添加2000～4000IU维生素E非常有益处。

铜和锌：铜和锌的缺乏降低免疫功能，而且对繁殖性能也不利。适当数量的铜和锌及其它微量元素提供给干奶期的日粮中，保证胎盘向胎儿转移中，在肝脏和其他组织中累计它们的浓度，并达到初乳和牛奶中浓度的增加，以满足新生儿的需要。

10 结语

奶牛尤其是泌乳奶牛受生理阶段、体重变化、饲料特性及产乳数量和质量等因素的制约，其营养需要量很难做到像单胃动物那样，通过采食量与养分的浓度(%)结合表达出来。因此，需要通过表格、模型及典型阶段的典型需要量等综合模式尽可能将信息表达出来。当然，最有效的方式是通过计算机软件编程模式，对各种养分的需要量通过计算机模块化的计算与集成，实行动态模拟，并进一步与饲料数据库及优化技术结合起来，才能完成奶牛日粮的优化设计。在目前，国内建立在奶牛营养需要量动态计算基础上实现奶牛日粮配方设计软件还不成熟，是今后从事畜牧信息技术人员需集中攻关的关键领域之一。