肉羊随意采食量预测模型研究进展

王 斐 李长青 金 海 薛树媛 郭天龙 田丰 呼和

1 放牧家畜采食量的研究方法概述

放牧家畜干物质采食量（DMI）历来是一个非常重要的研究领域，在生产实践中，随意采食量（Voluntary Intake，VI）的大小往往是动物营养的第一限制因素，是衡量动物生产性能和潜力的一项重要指标，是决定反刍家畜生产力水平高低的重要因素（Van soest，1994）。

国内外许多学者在放牧家畜采食测定方法研究上注入了大量心血,进行了长期的研究。从20世纪70年代起，不少学者得出结论：饲草(料)采食量是反刍家畜生产力(泌乳和生长)的主要限制因子。是调整家畜所需能量或其他营养物质的供给以及家畜机体的总代谢速率的主要变量，是决定季节内放牧和饲养管理的最适标准。准确掌握采食量的测定方法，对饲草(料)品质评定和家畜营养代谢调控具有十分重要的意义。

关于放牧家畜采食量的测定方法就有10余种,归纳起来可分为3类,即直接测定法、间接测定法和利用大部分基础数据计算。当前国内外测定放牧牛羊采食量的方法有大致以下几种:①模拟采食法；②群牧差额法；③盐酸不溶灰分法或木质素比例内指示剂法；④内外指示剂结合法；⑤食道瘘管采样,三氧化二铬外指示剂估测排粪量和两级离体消化率法测定牧草消化率的“三结合法”；⑥类氮指数法；⑦反刍时间指数法；⑧称重法(包括口罩法)；⑨自动仪器装置直接测定法；⑩根据家畜生产性能计算等。

2 采食量测定方法

2.1 模拟采食法

选择4～6个观察个体,全天跟群放牧,记录出牧、游走、采食、反刍、卧息和站立时间,以及归牧时间。在家畜稳定采食时,观察其单位时间内采食口数,以及每种牧草的采食口数,一般每天测定采食速度5次左右,每次测定延续10 min。在家畜采食点附近,模拟家畜采食的牧草种类、高度和数量,一般模拟采食200口左右。采食量计算方法如下:

I=IR×W×T

式中：I——采食量；

IR——采食速度；

W——单口采食量；

T——全天采食时间。

2.2 群牧差额法

群牧差额法就是用牧前、牧后草地牧草的减少量求得采食量的方法。在放牧围栏内,选择植被均匀的地段,放牧前刈草取样测定其放牧面积上的牧前产量(A);放牧2～3 d,测定其剩余量(B),则A-B为家畜群体采食量,再求出每只家畜日平均采食量。在牧草生长季节,放牧天数超过3 d以上时,在放牧区还应设置5～10个(1 m2/个)保护样方，用以校正牧草生长量。采食量计算公式为:

I=M-Mf+g×△Me

式中：I——采食量；

M——牧前草地产量；

Mf——牧后草地剩余量；

G——牧草积累系数；

△Me——保护样方牧草积累量。

2.3 内指示剂法

选择家畜3～5只，带上特制不透水的集粪袋，收集全粪量，并测定其干物质含量。然后分别测定牧草与粪便中的内指示剂含量，测定出干物质的消化率,利用下式计算采食量：

I=M/N×100

式中：I——采食量；

N——每100 g牧草中所含内指示剂量；

M——粪便排出的内指示剂量。

2.4 外指示剂法

所谓的外指示剂就是人为喂饲给家畜的某些牧草中本身不含有,且不被家畜消化吸收的物质。常用的外指示剂有Cr2O3、聚乙二醇、二氧化硅等。每天喂饲家畜一定数量的外指示剂,使其在消化道内与家畜食物充分混合,从粪便排出时可抽取粪样,测定这一指示剂在粪中所占的百分数,推算出每日畜粪的排出量。

DM=W1/W2

式中：DM——日排粪量；

W1——每日食入外指示剂量(kg)；

W2——每千克粪中外指示剂量(kg)。

同时进行有机物消化率(DOM)的测定,然后计算采食量:

I=W/（100-DOM）

式中：I——采食量；

W——全粪中的有机物重量。

2.5 4 N盐酸不溶灰分法

用集粪袋收集家畜排粪量,从中取粪样50 g烘干后测定4 N盐酸不溶灰分含量。在放牧时观察家畜的采食行为,包括采食牧草的种类、留茬高度和部位,每天手工采集草样2次,每次200 g(或用食道瘘管收集草样最为理想),在70℃下烘干,然后将全部试验草样混合均匀,粉碎后200～250 g分析4 N盐酸不溶灰分量。用下式计算:

I=F×a/b

式中：I——采食量；

F——家畜日排粪的干物质量；

a——粪干物质中AIA(4N不溶灰分)的含量(%)；

b——采食牧草干物质中AIA的含量(%)。

2.6 口罩粪袋法

选择体重相同或相近的两组家畜,每组6～10只(头),放牧前分别称量其体重,两组家畜均用集粪袋和尿袋收集排粪量和排尿量,其中一组让其自由采食称为采食组,另一组戴上特制的口罩不让采食称为对照组。两组家畜均随大群放牧活动,牧后再称其体重。可用下式计算采食量:

I=W+F+(D-f)

式中：I——采食量；

W——采食组平均增加体重；

F——采食组平均排粪尿重；

D——对照组平均减轻体重；

f——对照组平均排粪尿重。

2.7 三结合法

三结合法即食道瘘管采样,离体消化法测定牧草消化率,Cr2O3外指示剂估测排粪量。食道瘘管采样可获得放牧家畜真实采食牧草的样品。Tilley等(1963)[7]首创了两级离体消化,主要包括瘤胃液消化和酸性胃蛋白酶消化阶段。Cr2O3估测排粪量的优点在于避免母畜尿液污染和公、羯畜丢失粪便,同时解决收集全粪劳动量大的问题。三结合法用下式计算采食量：

I=FDM/（1-DMD）

式中：I——采食量；

FDM——排粪干物质量(g)；

DMD——牧草干物质消化率。

2.8 高度重量百分率法

此法首先测定各种牧草高度与重量的相对关系,制成重量-高度查对表,然后再根据放牧后牧草的剩余高度直接读出采食牧草的重量。根据草地产量和采食率计算采食量。这一方法在美国使用已久,但它的缺点在于在制定查对表时,工作繁重且不易准确,至今未能广泛使用。

2.9 粪N指数法

粪N是畜体内源N的一部分,且代谢粪N与家畜所采食或消化的干物质成一定比例排出的。英国和新西兰科学家首先发现放牧家畜的牧草消化率和粪N 浓度成正比 (Blaxter等，1948；Lancasten，1949)[8],后来研究发现,全粪N排出量与采食量和粪便排出量的比率(I/F)关系更好,I/F与粪N的各种关系被广泛用于放牧实验,所建立的比较典型的回归关系有I=bF+cFN；I=a+bFN；I=a+bF+cFN+dFN2和I=a+bFN2+cN。

此法已有许多科学工作者试验，但准确性还有待于进一步研究，而且试验前必须制定或验证他人的回归方程，然后使用，故此法只可配合食道瘘管使用，以供比较[9]。

2.10 根据家畜生产性能估测采食量

依据家畜维持代谢能、生产代谢能的需要与牧草中所含代谢能的关系,来计算采食量:

I=E(m+p)/Eh

式中：I——采食量；

E(m+p)——家畜维持代谢能与生产代谢能的总需要量；

Eh——牧草能量含量。

2.11 其它方法

龙瑞军认为,通过测定与饲草水平密切相关的家畜尿液、血液或粪便中的代谢物水平将成为预测反刍家畜采食量的准确方法。他指出利用家畜体内芳香族化合物的含量可以估测反刍动物采食量的潜力，但是现在还有待于进一步研究。

3 饱和烷烃技术

3.1 饱和烷烃技术的原理

Mayes(1986)提出植物表皮的蜡质是化学物质的混合物,包括:链烷、单酯、醇类、长链脂肪酸、β二酮等，对牧草而言,主要是饱和性碳氢化合物或称饱和链烷烃(n－alkanes),它们通常由21～37个碳原子组成,在牧草中广泛分布,易于分析。Grace(1986)发现这些链烷中,偶数碳原子含量少,奇数碳原子几乎不被家畜吸收,在粪便中回收率高,这就暗示链烷烃是植物体内在的一种标记。Dove(1992)和Mayes(1995)进一步研究表明,碳链越长,其回收率越高,且饱和链烷烃浓度模式在物种间有明显的差异,每种植物都有其特定的链烷烃模式即“植物指纹”,这就为评定放牧家畜食性、食量奠定了物质基础。此外,植物表皮蜡质中的饱和链烷烃在通过家畜消化道时几乎不被吸收,是一种内源指示剂，可以通过比较测定放牧草场植物种类和家畜粪便中饱和链烷烃种类、含量等指标来评定放牧家畜日粮的食物组成。由于不同家畜在肠道内吸收的链烷烃数量和种类不尽相同，为了调整家畜粪便中链烷的回收率，可以通过投喂家畜人工合成的已知浓度的偶数碳原子饱和链烷烃胶囊来评估牧草的采食量,因为人工合成的链烷(偶数碳原子)和天然链烷(奇数碳原子)在动物排泄物中具有极其相似的回收率,从而能够较为精确地估测家畜采食量和食物组成(Dove，1992)。

3.2 饱和烷烃法测定采食量的研究进展

饱和链烷烃第一次用来标记消化率是1984年，Mayes等(1984)研究发现,链烷烃在排泄物中的回收率是不完全的,在绵羊粪便中链烷烃的回收率随碳链长度的增加而增加,这些结论在许多试验中得到论证(Dove，1991；Mayes，1995)。Mayes等(1988)在反刍动物消化试验中发现,链烷烃是可以合成的,但合成是可以忽略的,虽然链烷烃与某些消化物质的微粒有着密切的联系,但粪便中回收不完全主要是由于小肠中吸收的缘故。如果要调整粪便中链烷烃的回收率,使用天然的链烷烃来评估消化率是非常必要的。Mayes等(1984)研究发现,牧草中C35的回收率达97.5%；Dove等(1991)也发现C35的平均回收率为94.8%。基于以上结果,在测定绵羊消化率的研究中,链烷中C35被成功地使用,并且该方法比离体消化和木质素等方法准确性高。虽然链烷中C35可以较精确地计算出绵羊的消化率,Mayes等用植物饱和烷烃相类似的能回收的合成饱和烷烃（C32）饲喂羔羊，研究发现，不仅植物中的饱和烷烃在粪中的回收是不完全的，而且人工合成的饱和烷烃同样不能在粪中完全回收。在后期的研究工作中，Mayes和他的同事发现，利用回收率相似的人工合成的饱和偶数链烷烃和植物中自然存在的奇数链烷烃作为内外指示剂，就可以根据粪中两者的比例来估测采食量，并可以消除不完全回收的特点。Dove等(1990)研究表明,饱和链烷烃的方法比三氧化二铬标记法或体外消化法能更准确地估测食草动物的采食量,因为它能估测个体间牧草消化率的差异。通过投喂家畜人工合成的偶数饱和链烷烃缓释胶囊,然后根据粪便中两者之间的比例就可以消除掉不完全回收的缺点,从而准确地估测采食量。Piasentier等(1995)用两种方法评定放牧母羊牧草采食量,一种是用饱和链烷烃方法,一种是用三氧化二铬估测排粪量、离体消化测定牧草消化率,研究表明:粪便中Cr2O3的回收率是(94.9±5.5)%；C31、C32和 C33的回收率分别是(86.7±8.7)%、(89.6±8.5)%、(85.1±9.9)%,但三氧化二铬估测的采食量超过真实采食量的5.5%，而链烷烃估测的采食量低于真实采食量的3.0%，方法间有显著的差异。其原因可能与室内消化试验和田间放牧试验设计有关。

3.3 饱和烷烃法测定动物采食日粮植物组成的研究进展

在过去的几十年的研究里，用于评价食草动物日粮植物组成的物理学方法大致有粪便分析法、显微技术和红外及近红外反射光谱法等。这些方法虽然被广泛应用，但都存在一些不足之处,如主观性误差较大,而且需要有训练有素的专业技术人员进行操作,限制性较大,很难广泛地应用和推广(Dove，1991；Norbury，1988)。而饱和烷烃技术克服了以往多种方法的缺点,正日益受到重视。

早在半个世纪以前，Chibnall(1934)等清楚地论证了植物表皮蜡质中链烷烃的存在,然而在当时,链烷烃的分析难度大,随着色谱分离技术的发展和广泛应用,植物表皮蜡质的化学成分分析成为可能。Mayes和Lamb第一次测定了植物蜡质中的链烷烃,通常,禾草链烷中碳原子在25～32范围内的奇数碳原子占总蜡质成分的 85%，其中最丰富的是C29、C31、C33。由于不同的植物都有它们自己的饱和链烷烃浓度的特征模式,所以植物体中饱和链烷便成为研究食草动物食性食量的理想方法之一。在研究中,他们发现草原牧草与其它许多植物一样,都有它们自己的表皮蜡质层,且饱和链烷烃的模式存在明显的种间差异。例如,禾草往往含有相对类似的C29、C31和C33饱和链烷烃水平,而豆科牧草如地三叶则有很高的C29和C31水平,但C33的水平则很低,禾草C33和C29原子浓度高于豆科牧草。落叶树(Betta and Salix spp)相对于禾草以短碳链为主。这些饱和链烷烃模式的差异可以提供估测所食牧草种类组成的一种良好方法。进一步的研究表明,植物饱和链烷烃的浓度不仅受植物种类的影响,且在栽培种之间以及植物不同部位之间也存在差异。因此,可以将粪便中饱和链烷烃的模式与所能提供的植物种类的饱和链烷烃相比较,就可以估测所含植物的种类组成。利用饱和链烷烃浓度的模式可以估测混合牧草的植物组成，并用数学的方法,依据粪便(经校对不完全回收后)和所食牧草中饱和链烷模式的关系,来估测家畜所食牧草的植物组成(Dove，1991；Dove，1992)。Dove等(1995)利用这种方法,对放牧于灌木入侵的半干旱林绿草地 (澳大利亚的新南威尔斯州)的山羊采食食性进行了研究，结果表明，在12个小区内放牧的山羊有一致食物组成模式，但各种植物比例不同。这些研究表明，饱和链烷烃在估测动物食性组成方面有广阔的前景，并可应用于不同家畜如绵羊-牛、绵羊-山羊等的混群放牧的研究。尽管饱和链烷烃的模式或植物指纹主要由植物种所决定,但是其模式在不同植物的不同部位也有变化。Dove(1992)研究表明,草场上不同植物部位的饱和链烷烃的浓度有一致的差异通过了解这些差异,还能估测家畜所选择采食的植物部位。

4 利用预测模型预测放牧家畜采食量的研究进展

放牧家畜采食量是放牧营养和草地营养价值评定的基础，也是制定草地载畜率，对草地进行合理利用的依据，而且动物采食量预测对于日粮配合、动物生产性能预测、动物营养状况检测、制定正确的饲养方案和预测放牧家畜与草地资源之间的平衡关系都是极其重要的一项基础性技术，利用模型化技术预测动物采食量有助于进一步阐明采食调节机制，促进相关方面的研究深入进行。

正如前面所述,影响采食量的因素很多,而且,这些因素间的相互作用也较为复杂，到目前为止，用于动物采食量预测采用两种数学模型，一是回归模型；二是机理模型。不少预测技术同时采用两种模型，以某一种模型为主(卢德勋，1991)。目前在动物采食量预测方面广泛使用的仍然是回归模型，机理模型的实用化仍有一段路要走。近年来对反刍家畜干物质随意采食量（DMI）的研究已从对影响采食量因素的静态描述进入建立DMI预测模型，并对预测模型不断完善的新时期。目前，有关预测DMI的理论主要有：基于瘤网胃的物理填充机制、代谢反馈调节机制（Illius等，1996）和耗氧机制。但这些理论只能解释在某些特定条件下的事实,Forbes认为这几种机制可能同时发挥作用。近几年国内外研究者提出了一些羊采食量预测的模型：

①C.Fernández.(NRC，2001)按照奶牛采食量模型提出奶山羊采食量模型：

DMI(kg/d)=[a×FCM+b×BW0.75]×〔1-e[c×(week+d)]〕

式中：FCM——4%校正乳产量；

BW——体重(kg)；

WOL——泌乳周龄；

1-e[c×(week+d)]项是为了校正泌乳初期DMI下降校正项。

②张吉鹍(2005)提出绵羊常用粗饲料采食预测模型：

豆科牧草：DMI=51.26/NDF(%DM)；

禾本科牧草：DMI=45.00/NDF(%DM)；

秸秆类：DMI=29.76/NDF(%DM)；

玉米青贮：DMI=29/NDF(%DM)。

③黄大明(1991)提出不同物候期牧草绵羊采食量预测模型

牧草返青期：DMI=0.13790 BW0.75；

牧草丰盛期：DMI=0.06737 BW0.75；

牧草枯黄期：DMI=0.08849 BW0.75。

④中国农业科学院畜牧所（2003）采用下列公式计算肉用绵羊的干物质采食量：

粗饲料型日粮指日粮中粗饲料比例大于55%时，按（1）计算干物质采食量：

DMI=(1+F×17.51)×(104.7×Qm-0.307×LBW-15.0)×LBW0.75（1）

精料型日粮指日粮中粗饲料比例小于55%时，按（2）计算干物质采食量：

DMI=(1+F×17.51)×(150.3-78×Qm-0.408×LBW)×LBW0.75（2）

式中：DMI——干物质采食量（kg/d）；

LBW——动物活体重（kg）；

Qm——维持饲养水平条件下总代谢能率，根据日粮代谢能除以总能计算得到；

F——校正系数，按式（3）计算。

F=-0.038+0.076×ME-0.015 ME2（3）

ME——给饲日粮干物质中代谢能浓度（MJ/kg）；

肉用山羊干物质需要量：

DMI=(26.45×W0.75+0.99×ADG)/1000

式中：DMI——干物质进食量(kg/d)；

ADG——平均日增重(g/d)

⑤王斐提出不同时期肉羊随意采食量模型(待发表)。

绿草期：

PDMI=0.0486BW0.75+0.0032ADG-0.0001YM-0.0084 NDFP(R2=0.94)

枯黄期：

PDMI=0.0338BW0.75-0.0004ADG-0.0018YM+0.0134 NDFP(R2=0.89)

式中：PDMI——预测采食量；

BW——代谢体重；

ADG——平均日增重；

YM——可利用产草量；

NDFP——采食牧草中的中性洗涤纤维。

5 总结

综上所述，饱和链烷烃技术克服了回收率变化的缺点，与其他方法相比具有不可比拟的优点，具体表现在以下6个方面：①样品中的饱和烷烃模式能够代表单个动物所食日粮的饱和烷烃模式，能准确测定单个动物采食量，饱和烷烃法比所谓的Cr2O3或体外消化法更能准确地估测采食量。②在测定采食量的同时也可以较准确的测定日粮的消化率。刘忠军[25]用C31和C35两种烷烃作为内源指示剂所测干物质消化率与全收粪法测得结果无显著差异，并且两种烷烃相结合测定结果的平均数 (80.5%)与全收粪法测定的结果(80.5%)完全相同。说明用两种烷烃测定结果的平均数估测消化率更为准确，这就为用全收粪法测定日粮消化率有困难的动物（如放牧动物，驯化程度较低而不易笼养的动物）提供了可靠的手段。③烷烃技术不仅适于舍饲条件、纯放牧条件，也适于放牧加补饲条件下采食量的测定。④测定家畜采食量的方法，如Cr2O3或体外法等都需分析粪样和测定消化率，而烷烃技术只需一个简单的分析过程就可以准确测定家畜的采食量。⑤该方法能扩展到同时估测家畜所食牧草的植物组成。Dove（1995）[21]通过饱和烷烃浓度的模式用最小二乘法来估测混合牧草的植物组成，而且还能估测采食的植物种类和植物不同部位。⑥植物蜡质层中的饱和烷烃分布广泛，容易分析，而且含量很大，足以用于分析估测采食量。链烷烃技术在测定采食量的同时，能够测定放牧动物的采食植物组成，避免了多次取样的差异性也节省了劳动量。

25篇，刊略，需者可函索）