奶牛全价混合饲粮（TMR）优化配方程序设计布局难点的思考

■胡迪先 田作华

(1.贵州大学动物科技学院，贵州贵阳 550025；2.上海交通大学自动化系，上海 220240)

奶牛全价混合饲粮，包括精、青、粗料三部分，英文全名为total mixed ration（简称 TMR）。大力提倡并推广奶牛全价混合饲粮很有意义。众所周知，奶牛日粮中夏、秋季饲喂青绿饲料为主，冬、春季以干草、秸秆为主，两者营养价值差异很大，不考虑季节性变化，全年千遍一律采用补加的同一精料补充料配方不符合科学饲养原则。实践证明，全年分别按季采用全价混合日粮（TMR），同时改变先喂精料再喂青料、粗料的传统饲喂方法，推行这项配套改革对提高奶牛饲养水平有明显效果，除了能克服分道饲养方式诸多弊端，减少浪费，增加采食量，减轻工人劳动强度外，还大大降低高产奶牛产褥热,酸中毒等营养代谢病发生的可能性。据报导，采取这一措施大约还能再提高奶产量 6%～10%。

具体做法是：按配方参数将含水分高的青饲料，多汁料和粗饲料称重、切碎，再与相应的精料，矿物质和添加剂一起投入TMR搅拌机混合、搅拌，使物料含水率控制在40%～50%，然后取出，分送车间投饲，使奶牛采食精、粗、青饲料比例相对稳定，每一口饲料基本符合标准规定的营养浓度要求。

现在以色列、美国、加拿大、意大利已普遍应用，上海光明荷斯坦牧业有限公司，北京、天津三元乳业有限公司和各地规模化奶牛场也正在逐步推广（TMR）应用。饲料加工流程的关键是选择并添置TMR搅拌机，意大利的尤尼法斯特（unifast）公司生产的TMR搅拌机在国际上享有盛誉，我国也已开始设计制造这类机械。

采用奶牛全价混合饲粮优化配方程序软件是推广普及全价混合日粮的先决条件，与单胃动物和家禽饲料优化配方软件相比较，设计反刍动物配方确有较大设计难度。它涉及选用相应的饲养标准；数据库要增添大量适合奶牛饲喂的饲料种类和参数；含水百分数高的饲料营养参数应一律换算成风干为基础；要因地制宜规范日粮中精、青、粗比例；要框算不同体重、产奶量奶牛每天风干物采食量；由全价混合日粮（TMR）扣除青、粗饲料比例后缩合成精料补充料配方；最后计算投入TMR搅拌机中的精料补充料，鲜青绿饲料（包括青贮料、多汁料），粗料具体数量。

以上各点环环紧扣，互相联系，缺一不可。只有将这些问题梳理、归纳、排列、综合，才能形成奶牛全价混合饲粮程序设计所必须的路径和框图。现将多年来我们着手解决这些难点的思路做以介绍，以便供专业同行参考。

1 确定按营养浓度表达的奶牛饲养标准

1986年由农业部批准颁布的奶牛饲养标准（ZBB43007—86）在全国各地奶牛行业实施以来，已取得显著经济效益和社会效益，标准对各种牛营养需要表达方式是根据奶牛体重、产奶量每头每天营养绝对需要量，但奶牛全价混合饲粮优化配方程序设计时需要的是相对需要量(营养浓度）表达方式，而我国奶牛饲养标准(ZBB43007—86)恰好缺乏这一表述。因此，只好暂时借鉴美国NRC标准(目前上海光明荷斯坦牧业有限公司已沿用，据报导：韩国也引用这一标准)，见表1。

需要说明的是：建议配料时产奶牛能量指标统一用产奶净能，不分别用产奶净能和维持净能两个指标，主要原因是奶牛代谢能转化为产奶净能和维持净能的效率是相近的。也为了配方设计便捷，为设计生长牛配方则建议分别用维持净能和增重净能。

2 增添数据库适合奶牛饲喂的饲料种类和参数（见表2）

表2所列饲料种类和相应参数大部分引自中国农大出版社第二版农业部批准颁布的奶牛饲养标准（ZBB43007—86），另一部分是作者收集和科研积累的资料。有几点须加以说明：

①非蛋白氮化合物的蛋白当量（即粗蛋白）参数=非蛋白氮含氮量%×6.25（粗蛋白含氮量平均为16%）。非蛋白氮化合物的粗蛋白含量也就是降解蛋白含量。

表1 泌乳奶牛饲粮浓度标准(美国NRC)

②中国农大和国内有关院校、科研院所几年来，配合协作，投入大量人力物力，通过瘤胃瘘管尼龙袋法测定了相当一部分饲料蛋白的降解率，从而提供了饲料粗蛋白分解为降解和非降解蛋白两部分宝贵的参数资料。

③新鲜的青饲料、多汁料、青贮料含水量至少45%以上，有的高达80%～90%。水分含量不在同一档次的饲料是无法进行饲粮配合的，真好比数学上不同分母的两个数如不通分无法相加一样。如果把多水分饲料统一按含吸附水12%换算成风干样，以风干基础计算营养成分，输入数据库，配方运算就水到渠成，顺理成章了；与此同时，如将初水值也输入数据库，计算机输出配方时就会同时将青饲料、多汁料、青贮料还原成新鲜的重量打印出来。也因为去掉青、粗料比例，其它原料即自动缩合成100%完整的精料补充料配方。

3 确定奶牛饲粮配方中精、青、粗饲料（按风干基础）比例分配原则

我们收录了国内外文献以及作者历年来收集到的产奶牛典型日粮，经分析归纳得出下列统计表(见表 3)。

从表3中可以看出：高产、特高产奶牛精料补充料占53%～55%，青、粗料（按风干基础）占45%～47%，低产奶牛精料补充料占45%～47%，青、粗料（按风干基础）占53%～55%，从中得出一个规律，即随着奶产量递减，精料补充料占比逐步减少，粗料逐渐增加。中产奶牛居两者之中。当然，如同饲养标准应不断完善一样，精、青、粗饲料（按风干基础）比例也不是一成不变的，动物营养师可以因地制宜考虑实际情况，随机应变。

参考了上述表格，在设计奶牛全价混合饲粮时可先把青、粗料（按风干基础）用量在配方中比例“固定”下来，使之成为奶牛全价饲粮的一部分，统一计算营养总量，但不参与其它饲料解方程的优化运算过程，为什么？道理很简单，如果不加约束把青、粗饲料也放在解方程的优化过程去运算，因青粗饲料单价便宜，或者因其主营养含量过低，计算机会过量选用青粗料或走另一极端，根本弃之不选。这就从根本上破坏了我们企望并设定保持饲粮合理精粗比结构的初衷。

表1（续） 非泌乳奶牛饲粮浓度标准(美国NRC)

“固定”处理方式图表如下：（配方单位是1 000 kg）

表2 数据库中列入奶牛饲料原料的种类

4 正确计算奶牛每天风干物采食量

家禽是群饲动物，能根据能量需要满足程度自行调节进食，可实行随意采食量。而奶牛实行单饲，要根据体重、日奶产量、乳含脂率…等确定每天每头风干物采食量。

以下是饲养标准NRC(2001版本)的荷斯坦奶牛干物质采食量计算公式：

干物质采食量（kg/d）

=0.372FCM+0.096 8BW0.75×[1-e-0.192×(WQL+3.67)]；

风干物质采食量(kg/d)=干物质采食量(kg/d)÷（1-12%）；

FCM:含脂率4%的校正标准乳。

式中：

FCM(含脂率4%的校正标准乳)=(0.4+15F)M；

M:未折算标准乳的乳量(kg)；

F:乳中实际含脂率；

BW0.75：奶牛代谢体重；

WQL：泌乳周；

12%：风干物质采食量按含水12%计。

实例：有一条荷斯坦黑白花奶牛,体重400 kg,日产含脂肪百分率3.5%的鲜奶20 kg，处在泌乳第5周，问每天该奶牛风干物质需要量是多少？

表3 奶牛饲粮配方中精、青、粗饲料（按风干基础）比例

计算方法如下：

第一步：计算4%校正标准乳[0.4+(15±3.5%)]×20=18.5 kg

第二步：计算奶牛风干物质日需量（kg）={[0.372×18.5+0.0968×0.75×lg400]×[1-e-0.192×(5+3.67)]}/(1-12%)

获得了奶牛全价饲粮配方和奶牛每天风干物采食量参数，最后就能算出产奶牛每天精料补充料，青、粗料具体采食量。从表3得知：

精料补充料占日粮55%，用量为14.31×55%=7.87 kg

禾本科野干草占日粮15%，用量为14.31×15%=2.15 kg

玉米青贮占日粮7%，用量为14.31×7%=1.00 kg

草青刈黑麦占日粮15%，用量为14.31×15%=2.15 kg

葫萝卜占日粮8%，用量为14.31×8%=1.15 kg

从数据库中调出新鲜的青饲料、多汁料、青贮料的初水值，按以下公式就能算出产奶牛每天青饲料、多汁料、青贮料新鲜样本采食量。

鲜样本重（kg）=风干样本重（kg）÷（1-初水%）玉米青贮鲜用量重（kg）1÷（1-62%）=2.63草青刈黑麦鲜用量重（kg）2.15÷（1-73%）=7.96

葫萝卜鲜用量重（kg）1.15÷（1-74%）=4.42

该牛采食精料补充料+干草+鲜青贮料+鲜青料、多汁料总量为：7.87+2.15+2.63+7.96+4.42=25.03 kg。

5 结语

以上构思的路径能否最终通过算法语言编成奶牛全价混合饲粮程序，很大程度取决于软件研发科技人员与动物营养师切磋和磨合的程度，以及对构思框图的理解是否取得共识，这是一次生物学和数学互相渗透，多学科协同攻关的有益尝试。即使程序编成，也并非完美无瑕，无懈可击，需要依靠同行指点，不断加以补充和完善。