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奶牛碳水化合物营养研究进展
王光文（上海市奶牛研究所 201901）
  碳水化合物是奶牛泌需的营养物质，除了水之外，它占全部营养万分的70－80％，碳水化合物对奶牛产奶量、牛奶成分变化乃至奶牛的健康是至关重要的。
关于奶牛碳水化合物营养研究进展近年来发展很快。本文分几个问题作以下介绍。
1、碳水化合物的基础知识
常规的分析方法把碳水化合物分成粗纤维和无氮浸出物。
近20年来，美国P.J.VanSoest的植物细胞壁万分分析技术得到推广。用这一技术分析把总碳水化合物（TC）分成非细胞壁（非构造性碳水化合物）和细胞壁（构造性碳水化合物）。详细分类见下图。

ADF和消化率关系密切NRC标准（1989）规定奶牛日粮干物质中ADF的含量干乳牛为27％以上，泌乳初期为21％以上，其他泌乳期为19－21％以上。
NDF和采食量关系密切，NRC标准（1989）规定奶牛日粮干物质中NDF的含量干乳牛为35％以上，泌乳初期为28％以上，其他泌乳期为25－28％以上。
很多研究表明NDF对奶牛具有重要的营养作用和生理功能：
（1）是奶牛能量和乳脂肪成分的来源。
（2）促进反刍，使瘤胃内环境处于良好的状态，保持健康体况。
（3）支配干物质摄入量、产奶量和牛奶营养成分。
NFC是奶牛所需能量的重要来源，也是合成乳粮和乳蛋白的原料。近年来研究者对NFC非常关注。但NRC标准（1989）和日本标准（1994）均未列入NFC的标准需要量。
McCnllongh试验认为NFC的上恨为占日粮干物质的35％，淀粉含量在23％以下为好。
西费吉尼亚大学的W.H.Hoover和T.K.Miller等（1991）用含DIP为8－12％的饲料进行试验，认为NSC占日粮干物质的35－40％时，瘤胃微生物的增殖最大。
美国粗饲料研究中心的D.R.Mertens研究认为，NFC的最大摄取量为体重的1.1%，约占日粮干物质的30％。
以上关于NFC的推荐准略有差异，主要是受牧草的种类（豆科牧草的NDF比禾本科的NDF发酵早）、谷物的种类（淀粉发酵的早晚顺序为小麦＞大麦＞燕麦＞玉米＞高梁）、粒度、茎叶的成熟度、饲喂次数和采食量等的影响。
Kent Nelson（1996）的饲养标准推荐奶牛各阶段碳水化合物占日粮干物质的含量为：
前期（产后80天内）ADF19％，NDF28％，NFC37％；
中期（80－200天）ADF21％，NDF32％，NFC37％；
后期（200天以后）ADF24％，NDF36％，NFC34％；
干乳前期ADF35％，NDF50％，NFC30％；
过渡期ADF30％，NDF45％，NFC32％；
2、奶牛饲料的物理性状
奶牛是反刍动物，除全面分析了解饲料的化学成分外，还必须重视饲料的物理性状。研究与实践表明：对于单产6000kg以上的奶牛，理想的粗饲料为：泌乳前期45:50或50：50、泌乳中期50:50或55：45、泌乳后期65：35。随着产奶量的提高，饲料的喂量特别是精料喂量越来越高，这时，配合适当的有一定长度的粗料，对维持瘤胃适当的pH、微生物活动和瘤胃功能，保证奶牛健康、高产也越来越重要。
康乃尔大学的L.E.Chase等1992年对粗料长度进行研究，提出如下要求：
用切割机切牧草，将切割长度定为1cm时，切割好的牧草中有15－20％长度在4cm以上，粗料提供的NDF为21％，在推荐标准之内能保证充分的咀嚼和反刍。如4cm以上的长草在15－20％以下时，应增加粗料和干草，NDF也应增加。将切割长度设定在0.6cm时，4cm以上的牧草比例减少到7－10％，这时粗产提供的NDF必须为22％以上。把切割长度再调细至0.5cm时，4cm以上的牧草比例减少至7％以下，这时粗料提供的NDF必须为23％以上。这些数据不只是概念，而对生产非常有用。
新西兰鲁阿库拉研究所的J.Han-cock等1952年就在国际草地学会上发表了：“放牧牛的采食行为”的演讲。报告中提出通过测定干物质采食量和反刍次数来判断饲料品质和预测乳脂率。此报告发表后，欧美在这方面的研究不断进展，其结果表明：为提高奶牛健康和乳脂率（荷斯坦奶牛3.9-4.1%），每kg干物质采食量必须有33分钟的反刍时间，另外要保持正常的乳脂率每天应有10小时的咀嚼时间[(chewing time)反刍＋采食]。实际要测定各种饲料的咀嚼时间比较困难，据研究可以用粗饲料的切割长短、NDF的含量等相关式，来计算咀嚼时间。表1是根据很多研究报告的资料归纳的主要饲料每kg干物质所需的咀嚼时间，为实际使用提供了方便。
表1 主要饲料的咀嚼时间
饲料干草
每kg干物质所需咀嚼时间（分）
苜蓿干草       长草
细切
颗粒
62
44
37
燕麦秸秆
160
苜蓿青贮
细切
中等长度
22
66
玉米青贮
细切（0.62cm）
中等长度(0.94cm)
长切(1.25cm)
40
59
66
棉籽壳
31
大豆皮
9
玉米（粉碎）
9
大麦（粉碎）
15
燕麦（粉碎）
12
大豆粕
7
小麦（粉碎）
10
棉籽（整粒）
29
啤酒糟粕
15
酒糟粉
13
  实际饲养中，如有40－60％的优质粗料，咀嚼时间肯定是充分的，但饲用消化不好的低质粗料或粗料不足时，应计算咀嚼时间。如计算值和目标值相差不大时，可以添加缓冲剂；如相差很大，除增加优质粗料外，别无好办法。
  粗饲料由于收获期及其他各种条件的影响，其咀嚼时间很复杂，要一一列出有一定难度，精饲料也同样，费吉尼亚大学的W.H.Hoover和T.K.Miller等1991年又提出了用饱食值（fill value），即由饲料供给的NDF从进入瘤胃到排出所需的时间，此值高时表示纤维消化缓慢，低值则表示纤维消化迅速。表2为主要饲料的饱食值，此值多少为最合适，当时还不清楚，以后Miller等配合了低饱食值（13.3）和高饱食值（16.6）两种日粮进行饲喂试验。结果表明：含中等NSC（40％）的日粮，饱食值低，NDF迅速消化，使产奶量增加，对干物质采食量和乳成分影响不大。
表2 主要饲料的饱食值
饲料原料
饱食值
苜蓿干草
生长初期
开花前期
盛花期
13.0
16.3
16.2
苜蓿青贮
21.0
苜蓿青贮（酶处理）
18.5
玉米青贮
19.9
大麦
17.9
燕麦
13.6
玉米淀粉渣
16.9
酒糟粉
13.9
小麦麸
13.0
小麦
12.5
甜菜渣粕
13.3

总结粗饲料的形状对消化的影响主要是：
切细的饲料奶牛采食迅速，在瘤胃迅速发酵，而且颗粒小，咀嚼的时间也减少，所以唾液分泌减少，瘤胃液的pH值降低，乙酸：两酸比也低。当然，乳脂肪的产量也减少。长饲料通过消化道的速度正好相反，乳脂肪的产量增加。但是长饲料过多，则影响总干物质采食量，造成产奶量下降，所以实际饲养中要掌握切细饲料和长草的适当比例。
3、根据NDF指标高速纤维需求量
现在奶牛日粮的配合与饲喂，延用至今的粗纤维已很少使用，而主要开始使用NDF这一指标。
NRC标准（1989）推荐NDF为25％以上，一般为干物质的25－35％。
在日本关西奶牛饲养地区，粗饲料价格比精饲料还高，所以饲养者经常在考虑：把啤酒糟粕和大豆皮这类高纤维的副产品饲料作为粗饲料来用呢？还是作为精饲料？在这类地区简单地根据化学成分来配合日粮不太合适，面要酌情根据有效的经验、体会来进行饲喂。
在美国东北部的密歇根州，粗饲料不足的奶牛饲养户也很多，他们把NDF标准定在30％，根据各种情况进行调整。这对我们粗饲料缺乏的上海，很有参考价值，现介绍如下：
●根据粗饲料切割长度进行调整
如青贮中长度在3.8cm以上的占5－10％时，NDF不需调整，为30％；
如长度在3.8cm以上的占15％以上或饲喂长草时，NDF可以降低2％，为28％；
如长度在3.8cm以上几乎没有时，NDF应增加2％，为32％；
如青贮饲料切割得很细，NDF应增加4％，为34％；
●根据谷类副产品饲料喂量进行调整
如不使用高纤维的副产品饲料，NDF不需调整，为30％；
如使用粒度细的副产品饲料，用量在10％以下时，NDF应增加2％，为32％；
如使用整煌棉籽时，NDF可以不需调整；
颗粒饲料和高纤维副产品组合使用时，这部分的纤维应占总需要量的30％以下。
●根据瘤胃淀粉的消化率进行调整
如瘤胃淀粉的消化率在75－80％范围内，NDF不需调整，为30％；
如瘤胃淀粉的消化率在65－75％时，NDF应降低2％，为28％；
如瘤胃淀粉的消化率在80％以上时，NDF应增加2％，为32％；
如瘤胃淀粉的消化率在65％以下时，调整NDF没用，因这时微生物蛋白质合成量减少，淀粉在整个消化道的消化率也降低，而有必要对日粮进行全面调整。
●根据精饲料的饲喂次数进行调整
精饲料每天饲喂三次时，NDF不需调整，为30％；精饲料每天饲喂四次以上或用TMR方式饲喂时，NDF可以增加1.5%为31.5%；
●根据是否使用缓冲剂进行调整
不添加缓冲剂时，NDF不需调整，为30％；
如使用缓冲剂，添加量为饲料干物质的0.5-1.0%时，NDF应降低1％，为29％。
●根据纤维的消化率进行调整
饲喂普通粗饲料时，NDF不需调整，为30％；
如饲喂未成熟期收割的粗饲料，因NDF消化率显著提高，所以NDF应降低2％，为28％。
●根据脂肪的添加与否进行调整
如不添加脂肪，NDF不需调整，为30％；
如添加饲料干物质量2－3％的脂肪时，NDF应降低1％，为29％。
●根据TMR的饲喂情况调整
如TMR中青贮干物质和NDF的含量相差很大时，NDF应增加3％，为33％。
以上NDF的标准量均为30％，调整范围为±5％以内，即最适宜的NDF范围为25－35％。
NRC标准（1989）规定NDF为25％以上，其饲料饲养条件是饲料中有较多长的粗料，瘤胃淀粉消化率为中等程度，添加缓冲剂，饲喂型式为TMR方式和精饲料分多次饲喂的方式，饲喂粗饲料与干物质中NDF含量几乎相差不大。
4、物理有效NDF（PeNDF）
C.C.Balch（1971）提议把平均每kg干物质的咀嚼时间定名为纤维性特性（fibrousness characteristic）。J.G.Welch和A.M.Smith（1970）提出粗饲料的价值，不只是干物质，还应看其和纤维咀嚼有关的营养成分。
E.M.Sudweelcs（1979、1981）测定了各种饲料的咀嚼时间，开发了粗饲料价值指数（RVI）。饲料中纤维含量仅以ADF、NDF是不够全面的，饲料的物理性质对反刍家畜来说是任何东西都不能代替的。因此应加上“刺激咀嚼的有效性”这一点，PeNDF是近几年来研究的一个热点PeNDF的测定主要采用生物学的方法。比如分别用长纤维的粗料和谷物副产品类的短纤维饲料喂牛，根据乳脂率来了解其有效性（咀嚼、唾液分泌、瘤胃pH等）。
K.A.Casside和M.R.Stokes（1996）报道用反刍时间＋采食时间来反应纤维物理的有效性不全面，还应加上唾液的分泌量。
整粒棉籽（上海俗称毛籽）能提供能源，且可作为纤维源来利用，其纤维含量占23.7%，有刺激咀嚼的效果，据C.S.Moomey和M.S.Allen（1993）报道：其效果相当于长度为0.95cm苜蓿青贮的505，0.48cm苜蓿青贮的75％。
5、有效NDG的适当喂量
随着奶牛生产性能的提高，造成繁殖障碍和酸中毒引起的代谢障碍发病增加。前者主要与蛋白质有关，后者则主要与碳水化合物有关。由于肥胖造成代谢障碍，瘤胃消化不全和慢性蹄叶炎等酸中毒症状。瘤胃发酵异常，能量摄取不足，造成乳脂校正乳量减少。
Mertens（1997）综合36篇文章213头的试验结果报道：在泌乳前、中期为维持3.6%的乳脂率，每天咀嚼时间需744分钟，平均每kg干物质采食量应有36.1分钟的咀嚼时间；要维持3.4%的乳脂率，每天咀嚼时间需589分钟，平均每kg干物质采食量应有27.1分钟的咀嚼时间需479分钟，平均每kg干物质采食量应有22.2分钟的咀嚼时间。从PeNDF来看，维持3.6%的乳脂率，每天PeNDF为5.01kg，占日粮干物质的24％；维持3.4的乳脂率，每天PeNDF为4.01kg，占日粮干物质的19.7％；维持3.2%的乳脂率，每天PeNDF为3.21%kg占日粮干物质的16.4%。综合迄今的试验结果，每kg干物质平均咀嚼时间在30分钟左右。
瘤胃健康善与其看乳脂率还不如直接看瘤胃的pH，从迄今的114例试验数据看：
维持pH6.2PeNDF为6.32kg(DM)/日，PeNDF占日粮干物质的30％；维持pH6.1PeNDF为5.25kg(DM)/日，PeNDF占日粮干物质的25.6%；维持pH6.0PeNDF为4.40kg(DM)/日，PeNDF占日粮干物质的22.3%；维持pH5.9PeNDF为3.66kg(DM)/日，PeNDF占日粮干物质的19.3%。综合以上试验结果看，维持瘤胃pH6的正常范围，PeNDF应为22％，对泌乳前、中期的荷斯坦奶牛乳脂率维持在3.4%，PeNDF应占日粮干物质的20％。
6、结语
15－20年前日本奶牛的平均产奶量为4500kg，目前的产奶量翻了一番，1万kg以上的牛已不罕见，但由于产奶量的提高造成繁殖成绩降低，更新淘汰率上升，平均利用胎次降低。
从奶牛饲养学的研究进展看，开始主要研究蛋白质营养，现在转向碳水化合物，今后对氨基酸、微量元素、维生素的研究将不断深入。年期“营养与繁殖”、“营养与泌乳的关系”等课题已成为研究的热点。由于计算机技术进步，研究向数字化发展，目前正在普及康乃大学净碳水化合物、蛋白质体系。年期的研究表明：牛奶或血液成分的预测能够实现，可以通过这些预测诊断来把握奶牛的营养状态。这样比根据体重和乳量变化来饲养又推进一步。