杜晉平,楊曉林,殷裕斌,解祥學(xué),孟慶翔

(1.長(zhǎng)江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,湖北荊州 434025;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院肉牛研究中心,北京 100193)

準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)肉牛飼料采食量對(duì)于預(yù)測(cè)平均日增重以及營(yíng)養(yǎng)需要量都非常關(guān)鍵(NRC,1987)[1]。影響飼料采食量的因素包括生理因素(體組成,特別是體脂肪,動(dòng)物年齡,生理階段,體重,性別等),環(huán)境因素(溫度,濕度,應(yīng)激,泥濘等),管理和日糧因素(埋植生長(zhǎng)激素,添加瘤胃素,粗飼料質(zhì)量,日糧營(yíng)養(yǎng)素缺乏,飼料加工等)(NRC,1996)[2]。在這個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)有許多預(yù)測(cè)公式和模型,康奈爾凈碳水化合物和蛋白系統(tǒng)第5版(CNCPS V5.0)是比較新的一個(gè)版本,包含了一個(gè)生物學(xué)基礎(chǔ)架構(gòu),使得它能夠在比較廣的范圍內(nèi),對(duì)不同品種、飼料、管理和環(huán)境條件下的動(dòng)物作出營(yíng)養(yǎng)需要、飼料利用和生產(chǎn)性能預(yù)測(cè)[3]。

CNCPS是一個(gè)基于瘤胃功能、微生物生長(zhǎng)規(guī)律、飼料的瘤胃消化和外流及動(dòng)物生理模型的飼料評(píng)價(jià)系統(tǒng)。CNCPS甚至已經(jīng)被擴(kuò)展開(kāi)發(fā)用作農(nóng)場(chǎng)管理工具來(lái)進(jìn)行作物種植計(jì)劃,優(yōu)化“農(nóng)場(chǎng)自種植飼料”獲得最大飼料產(chǎn)量,降低購(gòu)買(mǎi)飼料的數(shù)量,優(yōu)化畜群結(jié)構(gòu),降低飼料花費(fèi),增加收入。

動(dòng)物品種、年齡、飼料及所處環(huán)境在不同國(guó)家和地區(qū)都有很大差別,為了使CNCPS在中國(guó)得到很好的應(yīng)用,需要大量的動(dòng)物試驗(yàn)驗(yàn)證。然而到目前為止,關(guān)于這方面的研究很少[4]。本研究的目的是評(píng)價(jià)CNCPS V5.0用于預(yù)測(cè)我國(guó)雜種肉牛干物質(zhì)采食量的情況。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 通過(guò)2個(gè)獨(dú)立的肉牛飼養(yǎng)試驗(yàn)(子試驗(yàn)1和子試驗(yàn)2)進(jìn)行肉牛干物質(zhì)采食量的預(yù)測(cè)效果評(píng)價(jià)。子試驗(yàn)1在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)肉牛研究中心試驗(yàn)基地(北京金維福仁清真食品有限公司養(yǎng)殖廠)進(jìn)行。選用45頭西門(mén)塔爾?！撩晒排Ｒ淮s交公牛(平均初始體重387 kg),按體重隨機(jī)分配到3個(gè)試驗(yàn)組。第1組為對(duì)照組(T1),飼喂混合精料飼糧;第2組飼喂20%棕櫚仁粕飼糧(T2);第3組飼喂40%棕櫚仁粕飼糧(T3)。試驗(yàn)牛單欄栓系飼養(yǎng),每頭牛有獨(dú)立的料槽和水槽,自由采食和飲水。試驗(yàn)期從2008年1月31日到5月16日,共98 d。其中預(yù)飼期2周,正試期12周。每天喂料2次(6:00和17:00),每周連續(xù)3 d記錄每頭牛的采食量,其平均值作為該周該頭牛的平均采食量。

子試驗(yàn)2地點(diǎn)同上。選用60頭利木贊?！粮Ｖ荻s交公牛(平均初始體重345 kg),按體重隨機(jī)分到4個(gè)組中,每組15頭。第1組飼喂基礎(chǔ)日糧(T4,作為對(duì)照),第2組添加5g保護(hù)性賴氨酸/d(T5),第3組添加10 g賴氨酸/d(T6),第4組添加15 g賴氨酸/d(T7)。試驗(yàn)期從2008年6月6日到10月9日,為期126 d,其中預(yù)飼期2周,正試期16周,其他飼喂程序及管理同子試驗(yàn)1。

1.2 試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定 2個(gè)飼養(yǎng)試驗(yàn)所用飼料根據(jù)JS Zhao等所介紹的CNCPS推薦的方法測(cè)定相關(guān)指標(biāo)[4]。干物質(zhì)采食量的測(cè)定按照“1.1”所介紹的方法飼喂,每周連續(xù)3 d收集剩余飼料并稱重。以3 d的平均采食量作為該頭牛每周采食量的計(jì)算值,每組中所有牛的采食量平均值作為該組牛采食量的觀測(cè)值。

1.3 環(huán)境溫度和濕度 試驗(yàn)期間,每天8:00和16:00采用溫濕度儀(610溫濕度儀,北京柏誠(chéng)佳通科技有限公司)記錄牛舍的環(huán)境溫度和相對(duì)濕度。

1.4 模型輸入和輸出 將牛舍環(huán)境溫度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)和管理指標(biāo)全部輸入軟件(CNCPS V 5.0)。表1和表2列出了所有CNCPS需要的輸入量及對(duì)應(yīng)值。利用模型軟件對(duì)單個(gè)牛只進(jìn)行預(yù)測(cè),得到個(gè)體DMI預(yù)測(cè)值。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析 對(duì)比CNCPS預(yù)測(cè)值和試驗(yàn)觀察值,用兩樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析。

評(píng)價(jià)模型精確性的一個(gè)方法是計(jì)算預(yù)測(cè)值與觀察值之差的偏移程度[5],并設(shè)定可接受的最大范圍。本研究中,依據(jù)DMI平均值落在95%的置信區(qū)間之內(nèi),設(shè)定DMI預(yù)測(cè)值可接受的最大范圍是-0.4到0.4 kg/d。

同時(shí),模型預(yù)測(cè)能力采用對(duì)觀察值(y)和預(yù)測(cè)值(x)回歸的辦法進(jìn)行分析[6]。分別對(duì)兩個(gè)試驗(yàn)及其不同組別動(dòng)物的干物質(zhì)采食量進(jìn)行了線性回歸分析,對(duì)回歸參數(shù)(截距、斜率、決定系數(shù)和誤差均方的平方根)進(jìn)行分析。

所有的統(tǒng)計(jì)分析均采用SAS 8.02來(lái)完成。

2 結(jié)果與討論

CNCPS V 5.0是針對(duì)動(dòng)物群體的飼料需求和養(yǎng)分排泄的預(yù)測(cè)而設(shè)計(jì)的[3]。因此,雖然在本次試驗(yàn)中每個(gè)子試驗(yàn)都包含不止一個(gè)處理,我們還是可以將其作為一個(gè)整體來(lái)比較觀察值和預(yù)測(cè)值間的差異。該模型預(yù)測(cè)干物質(zhì)采食量是基于可獲得的信息,如動(dòng)物來(lái)源因子、天氣條件、日糧營(yíng)養(yǎng)濃度、飼料可利用能等[4],在此基礎(chǔ)上對(duì)單個(gè)動(dòng)物的采食量進(jìn)行預(yù)測(cè)。本次試驗(yàn)中日糧根據(jù)NRC(1996)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配制,然后將各指標(biāo)輸入CNCPS,以每個(gè)處理(15頭)為單位計(jì)算預(yù)測(cè)的平均采食量,實(shí)際采食量根據(jù)記錄進(jìn)行計(jì)算和分析。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,本次研究中沒(méi)有顯著的處理效應(yīng)(P＞0.05)。

表1 CNCPS需要的各種輸入量

兩個(gè)試驗(yàn)動(dòng)物年齡為13～14月齡,差別不大,飼喂和管理方式相似,但動(dòng)物品種、原始體重、日糧代謝能水平及天氣條件差別很大,這些方面能代表中國(guó)北方地區(qū)典型的肉牛飼喂方式。

2.1 干物質(zhì)采食量觀察值和預(yù)測(cè)值的比較 分別對(duì)兩個(gè)子試驗(yàn)中不同組牛的干物質(zhì)采食量的觀察值和CNCPS預(yù)測(cè)值進(jìn)行了配對(duì)性的t檢驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可以看到,子試驗(yàn)1的觀察和預(yù)測(cè)的DMI都高于子試驗(yàn)2。由于兩次試驗(yàn)中動(dòng)物在同一個(gè)牛場(chǎng)和相似的管理?xiàng)l件下,因此可以認(rèn)為動(dòng)物品種選擇是造成此差異的一個(gè)重要原因(在應(yīng)用該模型時(shí)我們選用了純種的西門(mén)塔爾?；蚶举澟Ｗ鳛槟J(rèn)品種進(jìn)行預(yù)測(cè),而我們的兩個(gè)試驗(yàn)中均為雜種牛),另外兩次試驗(yàn)中動(dòng)物初始體重的不同也可能是造成該結(jié)果的原因之一。在所研究的7個(gè)處理中,T1、T3和T4處理的平均數(shù)偏差(模型預(yù)測(cè)值減去觀察值)很小,顯示出模型較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)能力;但是其余的處理(T2、T5、T6和T7)有相對(duì)較大的平均數(shù)偏差,說(shuō)明模型對(duì)這些處理DMI預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性要差些。

表2 試驗(yàn)日糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平

兩次試驗(yàn)中平均數(shù)偏差均為正值,揭示出本次研究中模型高估了動(dòng)物的干物質(zhì)采食量。JS Zhao等發(fā)現(xiàn),在所評(píng)估的12組牛中,CNCPS高估了其中3組的DMI,而低估了其余9組的DMI;DO Molina等[7]的研究發(fā)現(xiàn)CNCPS均低估了DMI。這些研究與本次試驗(yàn)所得結(jié)果并不一致,盡管本次研究中CNCPS預(yù)測(cè)與實(shí)際觀察的DMI差值并不是很大(子試驗(yàn)1最大為0.18,子試驗(yàn)2最大為0.25 kg/d)。子試驗(yàn)1中棕櫚仁粕含較高的脂肪(8%DM)以及子試驗(yàn)2中日糧合理的賴氨酸水平(由于添加了賴氨酸)可能是引起該結(jié)果的主要原因。本次研究結(jié)果說(shuō)明在我國(guó)應(yīng)用CNCPS進(jìn)行采食量預(yù)測(cè)時(shí),為使結(jié)果更加準(zhǔn)確,仍然需要進(jìn)一步的細(xì)化試驗(yàn)條件(如日糧類(lèi)型、牛品種等),并需要大量的動(dòng)物試驗(yàn)進(jìn)行校正。

子試驗(yàn)1中T1和T3處理組DMI預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀察值差異不顯著(P=0.08和0.07),而T2處理組差異顯著(P=0.03);子試驗(yàn)2中T4和T5處理組干物質(zhì)采食量預(yù)測(cè)值與觀察值間差異不顯著(P=0.12和0.05),而T6和T7處理組差異極顯著(P＜0.01和P=0.01)。子試驗(yàn)1與子試驗(yàn)2比較,有一個(gè)相對(duì)較小的差值(預(yù)測(cè)值減觀察值)平均數(shù)(試驗(yàn)1從0.07到0.18 kg/d,子試驗(yàn)2從0.11 kg/d到 0.25 kg/d),從數(shù)值上看似乎CNCPS對(duì)子試驗(yàn)1中DMI預(yù)測(cè)的結(jié)果更準(zhǔn)確些,但由于兩個(gè)試驗(yàn)中均有預(yù)測(cè)值與觀察值的顯著差異組存在,并不能說(shuō)明本次研究中CNCPS對(duì)那個(gè)試驗(yàn)DMI的預(yù)測(cè)更準(zhǔn)確。

表3 觀察采食量和預(yù)測(cè)采食量的比較(DMI) kg/d

圖1顯示子試驗(yàn)1各組牛DMI預(yù)測(cè)值和觀察值的對(duì)比情況,從圖可看出大部分點(diǎn)(45個(gè)數(shù)據(jù)中有34個(gè))落在y=x線的上方,這也表明CNCPS高估了DMI(數(shù)值見(jiàn)表3)。圖2顯示子試驗(yàn)1中3組牛DMI差值(預(yù)測(cè)值減觀察值)的分布情況。經(jīng)計(jì)算子試驗(yàn)1的3組分別有93%、80%和73%的點(diǎn)(14、12和11頭)落在-0.4 kg/d至0.4 kg/d的范圍內(nèi),這說(shuō)明CNCPS對(duì)子試驗(yàn)1的DMI具有較好的預(yù)測(cè),可以用于實(shí)際生產(chǎn)中。

圖1 子試驗(yàn)1各組牛干物質(zhì)采食量觀察值和預(yù)測(cè)值比較

圖2 子試驗(yàn)1各組牛預(yù)測(cè)與觀察的DMI之差

圖3顯示子試驗(yàn)2中4組牛DMI預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀察值的關(guān)系,圖4顯示子試驗(yàn)2中4組牛DMI差值(預(yù)測(cè)值減觀察值)的分布情況。從圖3也發(fā)現(xiàn)大多數(shù)點(diǎn)落在y=x的上方(60個(gè)數(shù)據(jù)中有44個(gè)),揭示出CNCPS高估了DMI(數(shù)值見(jiàn)表3),經(jīng)計(jì)算子試驗(yàn)2的4組分別有 87%、73%、73%和80%的點(diǎn)(13、11、11和12頭)落在-0.4至0.4 kg/d的范圍內(nèi),同樣說(shuō)明CNCPS較好地對(duì)子試驗(yàn)2的DMI進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

圖3 子試驗(yàn)2各組牛干物質(zhì)采食量觀察值和預(yù)測(cè)值比較

圖4 子試驗(yàn)2各組牛預(yù)測(cè)與觀察的干物質(zhì)采食量之差

2.2 觀察值和預(yù)測(cè)值的回歸分析 對(duì)不同組牛觀察和預(yù)測(cè)的干物質(zhì)采食量(DMI)進(jìn)行了線性回歸分析,結(jié)果見(jiàn)表4。

子試驗(yàn)1中各處理組DMI觀察值和預(yù)測(cè)值有較高的相關(guān)系數(shù)且數(shù)值接近(0.93、0.80和0.81),這說(shuō)明對(duì)子試驗(yàn)1中DMI的觀察值和預(yù)測(cè)值進(jìn)行的相關(guān)分析是較為可信的。子試驗(yàn)2中各組DMI觀察值和預(yù)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)變化范圍較大(0.57、0.68、0.92和0.80),但T6和T7處理組的相關(guān)系數(shù)較大,說(shuō)明這兩組的相關(guān)分析是可信的。兩個(gè)試驗(yàn)所有動(dòng)物比較,DMI觀察值和預(yù)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)接近(0.83和0.79)且達(dá)到一個(gè)較高的數(shù)值,表明CNCPS對(duì)DMI預(yù)測(cè)具有較好的可信度。

除子試驗(yàn)2的T4處理組斜率差異不顯著外,其余6個(gè)處理組的斜率差異均顯著(P＜0.05),說(shuō)明所建立的回歸方程是有意義的。

決定系數(shù)(R2)的大小反映了所建立的回歸方程的可靠性高低。子試驗(yàn)1各組有一個(gè)中等程度的決定系數(shù)(R2=0.87、0.64和0.66),說(shuō)明預(yù)測(cè)的 DMI與觀察值相比較可以接受。子試驗(yàn)2中各組的決定系數(shù)范圍變化 (R2=0.57、0.68、0.92和 0.80)很大,其中 T4處理組的值很小(R2=0.57),而T6處理組的值最高(R2=0.92),T7處理組的值中等(R2=0.80),說(shuō)明對(duì)T6和T7處理組的DMI有較好的預(yù)測(cè)。

試驗(yàn)各組的誤差均方根(RMSE)都很小,其中T1處理組最小而T5處理組最大。低的 RMSE值說(shuō)明CNCPS對(duì)各處理組DMI的預(yù)測(cè)都比較準(zhǔn)確。當(dāng)然我們必須認(rèn)識(shí)到CNCPS模型中用來(lái)預(yù)測(cè)1歲左右牛干物質(zhì)采食量的公式可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)測(cè)誤差的產(chǎn)生[3]。該公式是在典型的北美條件下,以純種公牛為研究對(duì)象,同時(shí)飼喂高精料飼糧得出的,與本次試驗(yàn)的雜種公牛和飼喂中等精料的情況是不同的。

表4 觀察和預(yù)測(cè)的DMI回歸參數(shù)

利用線性回歸對(duì)預(yù)測(cè)和觀察的DMI進(jìn)行分析時(shí),理想的模型需要滿足下面3個(gè)標(biāo)準(zhǔn):①高的R2值(＜0.75作為參照標(biāo)準(zhǔn));②截距接近0(與0差異不顯著);③斜率接近1(與1差異不顯著)。本研究中干物質(zhì)采食量的觀察值(y變量)和模型預(yù)測(cè)值(x變量)的回歸方程有較高的R2值(R2=0.79),截距與0差異不顯著(P=0.27),但斜率與1差異顯著(P＜0.05),暗示了該模型對(duì)干物質(zhì)采食量的預(yù)測(cè)基本可以接受但存在一定偏差。

最后,必須認(rèn)識(shí)到預(yù)測(cè)采食量并非易事,因?yàn)橹T多因素的相互作用(動(dòng)物和日糧等)都會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)產(chǎn)生影響[7-8]。在我國(guó),由于可利用資料的限制及動(dòng)物品種差異,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)肉牛采食量更顯得困難。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明,CNCPS模型對(duì)我國(guó)生產(chǎn)條件下雜種肉牛干物質(zhì)采食量的預(yù)測(cè)基本可以接受,但仍然存在某些偏差,需要今后進(jìn)行大量的工作才能使該模型在我國(guó)得到更好的應(yīng)用。

[1]National Research Council.Predicting feed intake of food-producing animal[M].Washington:National Academy Press,D C USA,1987.

[2]National Research Council.Nutrient requirements of beef cattle,seventh revised[M].Washington:National Academy P ress,D C USA,1996.

[3]D G Fox,T P Ty lutki,L O Tedeschi,et al.T he net carbohydrate and protein system for evaluating herd nutrition and nutrient excretion.CNCPS version 5.0[M].Department of Animal Science,Cornell University,Ithaca,New York,USA,2003.

[4]J S Zhao,Z M Zhou,L P Ren,et al.Evaluation of dry matterintake and daily weight gain predictions of the Co rnell net carbohydrate and protein sy stem with local breeds of beef cattle in China[J].Animal Feed Science and Technology,2008,142:231-246.

[5]P L Mitchell,J E Sheehy.Comparison of predictions and observations to assess model performance:a method of empirical validation//Applications of systems approaches at the field level.Kluwer Academic,Boston,MA,1997:437-451.

[6]D G Mayer,D G Butler.Statistical validation[J].Ecol M odel,1993,68:21-32.

[7]D O Molina,I Matamo ros,Z Almeida,et al.Evaluation of the dry matter intake predictions of the Cornell net carbohydrate and protein system with Holstein and dual-purpose lactating cattle in the tropics[J].Animal Feed Science and Technology,2004,114:261-278.

[8]J M Forbes.Integration of regulatory signals controlling forage intake in ruminants[J].J Anim Sci,1996,74:3029-3035.