应用粪氮指数法检测青藏高原草甸区成年母牦牛青草期放牧采食量

吴伟生，郑群英，刘 刚，罗晓林，杨平贵，陈 琳

（四川省草原科学研究院，四川成都611743）

牦牛的自由采食量或采食当量是牦牛生产和草原管理的重要依据［1］。牦牛放牧采食量的研究报道，可检索到早至20世纪80年代之前，但总的研究报道却不多，目前仍比较落后，尚未形成精准的采食当量或标准化的营养需要。目前采用的测定方法有一定的缺陷。马学升［2］将放牧家畜采食量的测定方法归纳为3类：直接测定法、间接测定法、利用大部分基础数据计算采食量的其他方法，后者如粪氮指数法（fecal index method）、根据生产性能估测采食量法（energy requirement method）。直接法和间接法作为常规方法，其最大的技术挑战是采集代表性（反映实际采食情况）的牧草样品［3］，受主观因素影响，如食道瘘管法涉及外科手术，且因此制约样本量。粪氮指数法已经建立了拟合效率较好的粪粗蛋白指数方程（FCPI）［4］；但此法的回归方程的制定与应用均有地区性和草地牧草种类不同的局限性［5］。

已有的研究应用了直接法（模拟采食法［6－8］，称重法［9］，牧前牧后差额法［10－11］）、间接法（内源性指示剂法［1，9，12－13］），未见应用粪氮指数法。测定环境变量的复杂性给研究带来一定困难，系统、动态测定（且最好是同时应用几种方法测定［2］）费时费力。放牧采食量是个涉及饲草、家畜、和饲养条件等多种变量的函数［2］，包括地区（涉及畜牧气象、草场类型等）、牧草品质（牧草种类与品种结构、草生长动态／物候期／季节动态）、家畜类型（性别、年龄、生理阶段等）、放牧管理模式（日放牧时间、放牧强度等）等，因此评估牦牛的采食当量需做系统测定与综合分析。已有的测定，不仅次数与内容有限，且测定结果间存在较大程度不一致，包括测定值和物候期（或季节）动态不一致；推测不一致的原因相当程度在于环境差异。本研究将为牦牛采食当量研究积累测试数据，也为探索应用粪氮指数法，提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与试验动物

试验地点位于四川省红原县四川省草原科学研究院试验基地“川西北草地畜牧业可持续发展科技示范园区”（N32°55′2″，E102°36′6″）。红原县为川西北牧区纯牧业县、草地型牦牛－麦洼牦牛的主产区，草地类型为亚高山草甸（subalpine meadow），属高寒草甸；植物类群组成为禾本科（Gramineae）＋莎草科（Cyperaceae）＋杂类草（forbs）。畜牧气候为：暖季（5～10月），冷季（11～4月）；年降水量739.6mm，其中6月份100.6mm；月均温度－10.2～10.9℃，其中：5月6.8℃、6月10.1℃、7月10.9℃、8月10.1℃，年平均2.05℃；极端最高温度25.4℃，极端最低－26.5℃；无霜期65d，终霜日5月27日，初霜日8月1日；返青期（4～5月），旺盛期（6月下旬～8月上旬），开始枯黄期（9月），枯草期（10月～4月）。

试验选择6头5岁空怀麦洼牦牛母牛，健康无病，为了分析体重因素对采食量的影响，按体重10 kg梯度选取，牛只A1、A2、A3为低重组（LLW，170～190kg），A4、A5、A6为高重组（HLW，200～230 kg）。试验牛只放牧草场：禾本科23.3%＋莎草科9.1%＋杂类草67.6%，属典型的杂类草草甸；植被总盖度95%以上；地上生物量（DM）3 525kg／hm2。

1.2 试验动物饲养管理

试牛单独组群并单独放牧于围栏小区，以便于跟踪收集粪样。小区地块平整，植被群落一致；面积满足轻度放牧，平均0.714头／hm2；满足自由饮水。在试验期前安排1个夏秋轮牧季度适应期，以最小化这种小群小区放牧方式相对于大群自由放牧方式造成对牧食行为与采食量的影响。白天放牧，傍晚归牧，日放牧时间12h。

1.3 采食量测定方法

采用间接法推算有机物质摄入量（OMI）：OMI＝FOM／（1－OMD）。式中：FOM表示粪有机物质总量，OMD表示有机物质消化率。选择三氧化二铬（Cr2O3）作为指示剂估测排粪量（DM）Ft：Ft＝（Md×R）／Mf。Md为指示剂剂量；Mf为粪样指示剂含量；R为指示剂回收率。R值根据Hardison和Reid［14］（放牧阉牛，日收粪2次，R＝99.95%）和Macedo等［15］（舍饲阉牛，日收粪2次，R＝101.2%）等，假定100%（R1）；根据Titgemeyer［16］（对已有报道总结得到平均94%）和Prigge等［17］（成年肉用母牛，日投喂2次＋收粪2次，R＝3.00／3.19＝94%），假定94%（R2）。应用粪粗蛋白指数方程FCPI方程［4］估测有机物质消化率（OMD）：OMD（%）＝79.76－107.7e（－0.01515×FCP［g／kg，OM］）。式中：FCP为粪粗蛋白含量，以粪有机物质为基础的含量。

1.4 粪样采集与分析

正试期6d（2011年6月17日～23日，含d1～ d6，d7早晨），正试期前安排6d的预试期，仅喂给指示剂不收粪，旨在使粪指示剂日排出量达到稳定状态（需要5～7d［18］），也使试牛适应正试期受驱赶、保定、服药及牧食过程中收粪员的存在等应激。正试期每日上午（10∶00）、下午（15∶00）记录高温时刻温度。

指示剂投喂与粪样采集：日剂量20g（分析纯，≥99%），制成胶囊形式（平均24颗／20g）灌服［19］，分早（出牧前07∶00）晚（收牧后19∶00）2次各10 g。早晨出牧前（06∶00～06∶30）、上午（10∶00～11∶30）、下午（15∶00～16∶30）3个时间点采样，并以上午、下午的样品及第二天出牧前（即投喂药后至下一次投喂药前）样品作为一天的样品组成。样品编号，称鲜重，－20℃冻存。

粪样分析DM采用65℃干燥至恒重（电热鼓风干燥箱）；灰分（ash）用550℃（马弗炉）灼烧法；OM＝DM－ash，CP（N×6.25）用凯氏定氮法（Bulhi K氏定氮仪B324－K437），上述方法与推导FCPI方程的数据源的测定方法［4］一致。Cr采用原子吸收光谱法，根据分子式计算Cr2O3。

1.5 数据统计分析

粪样（Cr浓度）代表性分析用方差分析与两两比较，检验粪样Cr浓度个体间、测定日间差异的显著性。FDM、OMD、OMI的计算，先按个体计算粪样实测指标的试验期平均值，将平均值代入公式得到各个体的值，再计算个体间平均值及标准差。OMD的另一种计算方式是直接将整个试验总体的FCP平均值代入公式［3］。对采食量与体重间作相关分析，检验相关系数的显著性；采用t检验法检验体重组间采食量（OMI或FDM）的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 粪样指示剂浓度代表性

粪指示剂浓度测定结果及变异性检验结果见表1。个体内（CV值高达39%）日间和日内（CV值高达40%）个体间变异程度均较大。这解释为，粪Cr2O3浓度随（一天中）排泄时间变化（diurnal variation）［14］，对于放牧牦牛，这种变化较大。

个体间变异程度（CVFDM＝20%，PCr＝0.0674）大于日间（CVFDM＝15%，PCr＝0.3820），说明相对于测定天数，样本量对粪样代表性的影响较大；P值接近显著水平0.05，提示样本量应至少不少于6头。

个体间差异不显著（P＝0.0674），一方面可初步推导出个体间排粪量（根据Ft公式，采样模式一致推测R一致）及相关的采食量（根据OMI公式，采食牧草成分一致推测OMD一致）相当；另一方面说明，收粪期6d的条件下，6头牛的样本量具有代表性。日间差异不显著（P＝0.3820），说明6d预试期后，指示剂达到了较稳定的排泄浓度，样本量6头的条件下，6d收粪期可使粪样具有代表性。据此可认为FDM估测值可靠，即2.82kg（R1＝100%）、2.66kg（R2＝94%）。

表1 粪中铬与干物质含量统计Table 1 Cr measured，FDM estimated and their variance comparison

2.2 采食量及其体重效应

粪样分析指标测试结果见表2。消化率和采食量的样本平均值见表3。消化率的2种计算方式得到的结果相近（74.6%），采食量的结果相近。OMI在指标剂回收率100%时为9.09kg，回收率94%时为8.54kg；回收率取值差异产生约0.5kg采食量（OM）差异。

消化率和采食量的各个体计算值及体重效应检验结果见表4。基于排粪量变异（CVFDM＝20%），个体间采食量差异大（CVOMI＝20%）。对于同龄成年空怀母牛，体重与青草期放牧采食量无相关性（P＞0.05）。

表2 粪样测试指标Table 2 Fecal components measured

表3 有机物消化率和有机物摄入量Table 3 Diet OMD and OMI estimated by FCPI equation

表4 个体测定值及体重组间差异比较Table 4 Value of individual animals and comparison between LW groups

2.3 同期测定报道数值比较

牦牛青草期DMD、DMI测定报道列于表5。测定值间存在颇大差异，季节动态也存在不一致。牦牛在青草期采食（混合）天然牧草的DMD的测试报道中，文献［11］和［21］在65%～75%范围，文献［20］和［22］为＜65%，文献［12］为＞75%。若与文献［11］和［21］测试结果对比，即2.5岁牛“返青期末草盛期初”DMD69%左右，再（根据文献［12］和［20］的实测的OMD与DMD的关系）粗略折算成OMD74%，则本试验结果（OMD74.6%）与其相当。但若与文献［22］基于体外产气法测定结果相比，该方法被认为相对可靠，则偏高。

对青草期DMI的测试报道比较，较为一致的是文献［12］和［13］的成年母牛＞8kg，以及文献［11］的2.5岁牛采食6.5～7.5kg，由此可推测成年牛该期轻度放牧条件下DMI测定值在8～10kg范围是较具代表性的。本试验测定值（OMI8.54～9.09 kg）粗略折算为DMI 9～10kg，显示在一个合理的范围，但偏高。

综合分析本试验OMD和OMI值比较结果，即两者均偏高，认为OMD存在高估的可能性，因为其造成高估OMI。

表5 牦牛青草期放牧采食量及牧草消化率测定报道Table 5 Published measures of intakes of gazing yaks and diet digestibility in green grass season

3 讨 论

3.1 Cr2O3法测定牦牛排粪量

Cr2O3作为测试排粪量的外源性指示剂，其具有回收率高的优点，且适用于反刍动物及放牧条件［19］，被普遍使用。

粪样采集需要考虑粪Cr2O3浓度随一天中排泄时间变化（diurnal variation）［14］的特征；这种变化主要是由于指示剂在食糜中混合不充分［17］。一般认为，增加喂药频率和采集粪样频率可降低浓度变动对粪样代表性的影响，但提高频率则增加对动物的应激（影响采食行为的代表性）。Hardison和Reid［14］试验得出，早晚共采样2次取混合样，收粪期7d以上，可以获得可靠的结果。而根据Prigge等［17］试验，（母牛）“日投喂2次＋采样2次的混合样”方案的粪样代表性优于“日投喂1次＋采样1次”，但差异不显著，因此认为关键在于采样时间而非频率。本试验充分考虑该因素，并进行粪样代表性（回收率的稳定性）分析，显示个体内日间变化大，说明应该设计足够的收粪天数，初步认为对于牦牛放牧条件下应至少6d。

3.2 FCPI方程对于放牧牦牛的适用性

FCPI方程具有一般适用性及拟合参数的特殊性。粪氮指数法可获得可靠的估计值［23］。早期有学者建立基于不同函数模型的回归方程［24］。目前，较好拟合OMD与FCP间生物学关系的函数模型有双曲线模型（OMD＝a－b／FCP）［23］和指数模型（OMD＝a－be（－c×FCP））［4］。Lukas等［4］导出了（基于以饲草为基础饲料的喂奶牛和去试育肥牛测试数据）FCPI方程，其中参数a值基于建模参考数据源差异拟合为a1＝79.76（德国地区数据）、a2＝72.86（奥地利高山地区Gumpenstein，该地区牧草种质特殊），该方程具有一般适用性（Broad validity）与拟合参数的特殊性（Particularity），后者需考虑地区及其饲草种类等因素［4］。

利用FCP估测OMD的方程在反刍家畜种间具有共性。Boval等［23］试验显示，建立于公绵羊的回归参数与公山羊具有一致性，作者结合之前的研究发现，方程同时适用于牛和羊（common equations），提出可以通过建立相似饲草条件下的绵羊的粪粗蛋白方程用于其它反刍畜种。Schlecht和Susenbeth［3］试验得出，该FCPI方程（a1＝79.76）适用于绵羊和山羊，推测其具有“一般适用性”（general applicability）。Pˇredotová［25］和Uta Dickhoefer［26］将该方程（a1＝79.76）应用于山羊。马学升［2］用该方程测试放牧奶牛，与其它方法（AIA法、ADL法、两级离体法）的比较表明其适用于牧草成熟期和枯草期。因此，该FCPI方程应用于牦牛的精确性的主要问题可以认为是其中参数a的拟合效率。

粪氮指数法的估测精确性受日粮组成及饲草种类影响。研究表明，日粮中抗营养因子含量的增加可增加N排泄量而高估消化率［3，15］。Schlecht和Susenbeth［3］试验显示饲草种类、采食水平对估测的精确性影响显著，Bos indicus cattle饲喂鲜草的情况下，采食80%的水平下该方程高估了9.2个百分点，采食130%水平时高估0.9个百分点。相反，Othman等［27］试验则显示平均低估了4个百分点；马学升［2］也得出草盛期被低估的结论。本试验结果与测试报道比较分析FCPI方程对于放牧牦牛的适用性。综合比较分析认为，本试验OMD和OMI值均偏高，FCPI方程应用于放牧牦牛可能高估了OMD及因此高估了OMI，由此推测FCPI方程应用于放牧牦牛选择参数a2（比a1，OMD低6.9个百分点）可能更合适。

3.3 放牧试验测定环境因素的记录与控制的经验

3.3.1 温度影响牧食行为 本试验同时对牧食行为观察和温度记录，发现一天中温度对牦牛牧食行为的影响非常明显：明显存在2个采食高峰时间段，为早晨出牧（06∶00～08∶00）和天黑收牧前（18∶30～20∶30），这两个时间段分别为上下午的温度最低时间；08∶00后随温度上升采食活动时间减少，游走时间增加，10∶00（15～18℃）～15∶00（16～20℃）几乎停止采食，卧息时间增加。鉴于温度的影响，在采食量的测试试验中，应早出牧晚收牧，以及考虑高温日对采食量的影响。

3.3.2 放牧管理影响采食时间 在暖季，牦牛有昼夜采食习性，生产中为促进牦牛抓膘，采取“早出牧、晚收牧”或昼夜放牧以延长放牧时间。但对不同类型牛只的管理有差别，存在不收牧（昼夜放牧）与收牧（收牧于营地附近夜间有限采食或收牧于卧圈无采食）、母牛挤奶（出牧晚归牧早，栓系长达数小时，且位于“早牧”和“晚牧”两个采食高峰时间）与不挤奶等差异。因此，测定牦牛青草期自由采食量时，应尽量延长放牧时间。本试验牛所在大群日放牧时间＞14h（06∶00～20∶30），试牛由于需要早晚投喂药物，相比少2h，而且这2h正好位于两个采食高峰时间。本试验测得的采食量仅代表白天放牧夜晚收牧管理模式下的采食量。在基础研究方面，刘发央和龙瑞军［28］调查发现在夏季，轻度放牧条件下的采食时间极显著低于中度和重度；董全民和赵新全［11］试验表明放牧强度极显著影响牦牛的采食量，随放牧强度的增加而减小。

3.3.3 放牧试验环境因素的控制 传统的牦牛放牧模式的一大特点是大群自由放牧方式，不采用围栏小区划区轮牧模式，放牧半径大适应牦牛喜游走、奔跑、对外界条件的变化敏感，易受惊［7］等行为学特点。牦牛的放牧试验一般需要将试牛从大群隔离，单独放牧于围栏放牧小区，为测定活动便利或放牧环境因素控制。限制放牧半径及测定活动造成试验牛只应激而产生牧食行为变化。本试验考虑了牧食行为与应激，对试牛安排了1年的围栏小区小群放牧适应期，并探索出一个减少跟群观察时间的采集粪样方法，即在预试期定时让放牧员定时将牛只吆至水槽处迫站一会，使其产生条件性反射排粪。

4 结 论

本研究表明，青藏高原草甸区牧区成年空怀母牦牛青草期放牧条件下，日排粪量（DM）2.66～2.82kg，采食混合牧草的有机物质消化率74.6%，采食混合牧草的有机物质8.54～9.09kg。FCPI方程（拟合参数a1）可能高估了放牧牦牛采食牧草消化率，并因此高估采食量。

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