(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)飼料數(shù)據(jù)庫(kù)情報(bào)網(wǎng)中心，北京100193)

1 能量體系

動(dòng)物生產(chǎn)中，飼料成本約占到運(yùn)營(yíng)成本的60%以上，而能量在飼料成本中所占的比重又是最大的。因此，無(wú)論是制定最低成本配方，還是更好地滿足動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要，準(zhǔn)確評(píng)定飼料能值就變得尤為重要[1]。此外，能量是動(dòng)物生產(chǎn)性能的重要因素。飼料的能量包括總能、消化能、代謝能以及凈能?？偰埽℅E）是指飼料中有機(jī)物質(zhì)完全氧化燃燒生成二氧化碳、水和其他氧化物時(shí)釋放的全部能量；總能不會(huì)被動(dòng)物全部利用，其相當(dāng)大一部分會(huì)通過(guò)糞便、尿液、發(fā)酵氣體（如甲烷、氫氣）和熱量損失掉[1]。消化能（DE）是動(dòng)物攝入飼料的總能與糞能之差，代謝能（ME）是飼料消化能減去尿能及消化道可燃?xì)怏w的能量后剩余的能量，而凈能（NE）是指代謝能減去代謝能在代謝利用過(guò)程以及飼料的攝食和消化過(guò)程中產(chǎn)生的熱增耗[2]。

建立任何一種能量體系，都需要測(cè)定或估計(jì)各種飼料原料的能值和確定動(dòng)物的能量需要量。目前主要有3種能量體系，即消化能體系、代謝能體系和凈能體系，不同體系下飼料原料的能值存在明顯差異[3]（見(jiàn)表1）。豬飼料能量的評(píng)定最常見(jiàn)的是消化能和代謝能，但最接近飼料真實(shí)能值的應(yīng)該是凈能，它是唯一的、使動(dòng)物能量需要和日糧能值在同一基礎(chǔ)水平上表達(dá)的體系，在理論上與飼料自身的特性無(wú)關(guān)[1]。

表1 部分飼料原料的消化能、代謝能和凈能含量*

2 豬的凈能體系

事實(shí)上凈能就是飼料中用于提供機(jī)體能量消耗（維持）或沉積于肉、奶、蛋、妊娠產(chǎn)物或纖維物質(zhì)（產(chǎn)品）中的能量[5]。它除了用于維持動(dòng)物日常活動(dòng)和適應(yīng)環(huán)境變化之外，還參與動(dòng)物體脂及體蛋白的沉積以及機(jī)體發(fā)育過(guò)程。凈能真實(shí)地反映了動(dòng)物生理過(guò)程中的能量需要，與消化能和代謝能相比，具有一定的優(yōu)勢(shì)。

2.1 凈能體系的優(yōu)勢(shì)

2.1.1 凈能體系能準(zhǔn)確表達(dá)飼料的有效能值

將一些常見(jiàn)的飼料進(jìn)行比較就能發(fā)現(xiàn)，與凈能體系相比，消化能體系或代謝能體系往往都高估了蛋白類或纖維類飼料原料的能量利用率，如表2中的豆粕和麥麩，而低估了淀粉類或脂肪類飼料原料的能量利用率，如表2中的玉米和動(dòng)物油[6]。

單純從定義上看，凈能不但考慮了糞能、尿能與氣體能損失，還考慮了熱增耗的損失，與消化能和代謝能相比，能準(zhǔn)確反映飼料所含的真正可被動(dòng)物利用的能量[7]。消化能體系或代謝能體系忽視了熱增耗在動(dòng)物能量代謝過(guò)程中所扮演的重要角色，從而在飼料評(píng)定上出現(xiàn)偏差。所以說(shuō)凈能準(zhǔn)確地反映了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在動(dòng)物體內(nèi)的代謝利用過(guò)程，更能保證滿足動(dòng)物的能量需要，從而使得采用凈能體系能更好預(yù)測(cè)動(dòng)物的生產(chǎn)性能。

表2 生長(zhǎng)豬飼料原料的相對(duì)消化能、代謝能和凈能1

2.1.2 凈能體系可以不考慮飼料種類的影響

由于凈能已經(jīng)考慮了飼料在動(dòng)物代謝過(guò)程中所有已知的能量損失，所以我們可以認(rèn)為動(dòng)物就是以凈能的形式來(lái)利用能量的。對(duì)于具有相同的消化能或代謝能的不同飼料，其轉(zhuǎn)化為凈能的效率不同，動(dòng)物最終利用到的有效能值就會(huì)不一樣；而具有相同凈能的不同飼料和養(yǎng)分，為動(dòng)物提供的能量則沒(méi)有差別。凈能體系在理論上與飼料特性無(wú)關(guān)。我國(guó)飼料原料種類繁多，化學(xué)特性差異極大，尤其是近些年來(lái)因?yàn)槌Ｒ?guī)蛋白飼料如大豆粕、魚(yú)粉等價(jià)格不斷高漲，非常規(guī)飼料的種類及應(yīng)用面迅速擴(kuò)大。非常規(guī)原料的消化能或代謝能與豬實(shí)際利用的有效能之間的比例常變化不定，在消化能體系或代謝能體系下使用這些飼料原料可能會(huì)降低豬的生長(zhǎng)性能，而使用凈能體系則能夠有效避免原料品質(zhì)上的波動(dòng)對(duì)豬的生長(zhǎng)性能的影響[8]。因此，在這種飼料資源背景下，因地制宜地開(kāi)展飼料凈能的評(píng)定及應(yīng)用，對(duì)不同動(dòng)物提供的能量不會(huì)因原料的不同而出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的差異。

2.1.3 凈能體系能降低飼料成本、減少污染

養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的增大也加劇了環(huán)境污染，畜禽(特別是養(yǎng)豬業(yè))排泄的大量含氮物質(zhì)是造成畜牧業(yè)環(huán)境污染的重要原因,這些含氮物質(zhì)主要來(lái)自飼料中未被消化利用的粗蛋白和氨基酸的降解[9]。采用低蛋白日糧,可以在保持豬生長(zhǎng)性能和胴體品質(zhì)的前提下避免蛋白質(zhì)原料的浪費(fèi),降低氮的排放量,具有巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保價(jià)值[8]。從表1可見(jiàn),玉米和豆粕中的代謝能含量相同(15.26 MJ/kg)，但玉米的凈能含量(12.42 MJ/kg)則比豆粕(8.07 MJ/kg)高很多。在典型的豬玉米-豆粕型日糧中，通過(guò)添加合成氨基酸、增加玉米、減少豆粕等手段，可使日糧粗蛋白含量降低2%，凈能卻提高了2%[10]。因此，在使用消化能（或代謝能）體系配制低蛋白日糧時(shí)就會(huì)使日糧的有效能偏高，導(dǎo)致能量蛋白的不平衡及能量過(guò)剩，而采用凈能體系配制低蛋白日糧則既降低粗蛋白含量又保證配方凈能不變。與此同時(shí)，低蛋白日糧對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能沒(méi)有影響，卻能大幅度降低氮排放量。Kerr等(2003)的研究成果顯示當(dāng)日糧蛋白水平降低4%時(shí),豬的胴體品質(zhì)無(wú)顯著差異[11]。張桂杰等(2010)的結(jié)果也表明利用凈能體系配制低蛋白日糧對(duì)豬胴體品質(zhì)、肌肉品質(zhì)沒(méi)有顯著性影響，且增重成本能夠顯著下降[12]。而Gatel等報(bào)道，在生長(zhǎng)肥育階段，豬飼糧粗蛋白質(zhì)水平由17.4%降至14.5%，總氮排出量減少了31.5%[13]。吳東等(2010)報(bào)道，在豬的生長(zhǎng)階段和肥育階段，將飼糧粗蛋白質(zhì)水平分別下調(diào)3%和2%，同時(shí)添加合成氨基酸達(dá)到理想氨基酸模式，結(jié)果生長(zhǎng)階段和肥育階段的氮排泄量分別顯著降低了15.7%和15.2%[14]。所以說(shuō)，利用凈能體系配制出等凈能、低蛋白的日糧，既能節(jié)約蛋白資源，降低生產(chǎn)成本，又可減少氮排放，利于環(huán)境保護(hù)。

2.2 豬飼料凈能評(píng)定

飼料的凈能考慮了所有的能量損失，特別是凈能與最終產(chǎn)品聯(lián)系密切，因此用凈能評(píng)定飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更為準(zhǔn)確。但凈能的測(cè)定非常復(fù)雜，既需要大量的活豬和大型精密的測(cè)熱設(shè)施，還需要巨大的資金和漫長(zhǎng)的時(shí)間才能得到可靠的結(jié)果，世界上只有少數(shù)幾個(gè)大型研究中心才能進(jìn)行[4]。由于實(shí)測(cè)飼料凈能的費(fèi)時(shí)費(fèi)工，所以國(guó)內(nèi)外飼料數(shù)據(jù)庫(kù)中的飼料凈能值大多數(shù)是通過(guò)飼料凈能回歸公式預(yù)測(cè)得到的。

2.2.1 飼料凈能的實(shí)測(cè)

根據(jù)凈能的定義，凈能測(cè)定有兩種途徑。一是通過(guò)消化能或代謝能來(lái)計(jì)算凈能，這種方法需要測(cè)定動(dòng)物的熱增耗，即攝入飼料時(shí)動(dòng)物總的機(jī)體產(chǎn)熱量減去動(dòng)物絕食產(chǎn)熱量；另一種途徑是直接測(cè)定維持凈能(NEm)和沉積凈能(NEp)，對(duì)處于生長(zhǎng)期的動(dòng)物來(lái)說(shuō)，凈能的攝入量是該飼喂水平下的存留能量和安靜狀態(tài)下的絕食產(chǎn)熱量（fasting heat production,FHP）之和[15]。存留能量即為沉積凈能，是攝入代謝能減去動(dòng)物機(jī)體的總產(chǎn)熱量。

不論從哪個(gè)途徑考慮,都需要測(cè)定動(dòng)物的體產(chǎn)熱量。機(jī)體產(chǎn)熱量可以借助專業(yè)的儀器直接測(cè)量,也可以通過(guò)估測(cè)氣體交換來(lái)進(jìn)行間接測(cè)量,還可以通過(guò)代謝能攝入量和動(dòng)物能量增量之差來(lái)計(jì)算,最后這種方法要借助比較屠宰技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)[1]。最近，Kil等[16]就通過(guò)比較屠宰技術(shù)測(cè)定了大豆油和精選白色油脂的凈能值。

動(dòng)物絕食產(chǎn)熱量(FHP)可以在絕食動(dòng)物上直接測(cè)定，也可以通過(guò)文獻(xiàn)查得，如Noblet等[17]推薦的179 kcal/kg BW0.6以及Van Milgen等[18]報(bào)道167 kcal/kg BW0.6。當(dāng)然還可以通過(guò)不同飼喂水平下的產(chǎn)熱量值來(lái)進(jìn)行推算，當(dāng)代謝能攝入量為零時(shí)，此時(shí)的產(chǎn)熱量應(yīng)為絕食產(chǎn)熱量。王康寧(2010)推薦了Lofgreen(1968)建議的回歸模型[7]：Log HP=a+b×MEI，其中HP為產(chǎn)熱量，MEI為代謝能攝入量，當(dāng)MEI為零時(shí)，常數(shù)項(xiàng)a即為絕食產(chǎn)熱量。盡管這種方法被廣泛應(yīng)用，但它有一定的局限性，對(duì)于生長(zhǎng)豬來(lái)說(shuō)，在變成空腹前，它會(huì)根據(jù)24 h之內(nèi)的飼喂或能量水平來(lái)調(diào)整自己的絕食產(chǎn)熱量(FHP)[19]，所以代謝能攝入量(MEI)與絕食產(chǎn)熱量(FHP)不僅僅是回歸模型上簡(jiǎn)單的自變量和截距的關(guān)系，兩者之間可能存在互作效應(yīng)。同時(shí)，絕食產(chǎn)熱量(FHP)的估測(cè)還會(huì)受絕食時(shí)間長(zhǎng)度[20]和豬的遺傳特性[18]的影響。因此，我們需要慎重對(duì)待這種絕食產(chǎn)熱量(FHP)的推測(cè)方法。而Van Milgen等(2001)還指出維持凈能(NEm)等于絕食產(chǎn)熱量(FHP)加上隨意活動(dòng)的能量[21]，所以通過(guò)測(cè)定絕食產(chǎn)熱量(FHP)來(lái)獲得維持凈能值(NEm)時(shí)務(wù)必保證動(dòng)物處于安靜狀態(tài)或加上動(dòng)物隨意活動(dòng)所消耗的能量。這無(wú)疑又增加了凈能測(cè)定工作的難度。

2.2.2 飼料凈能的預(yù)測(cè)

凈能的測(cè)定相對(duì)復(fù)雜，同時(shí)也不可能將每一種飼料都進(jìn)行測(cè)定，所以最好的替代方法就是利用回歸方程預(yù)測(cè)凈能值，這些方程都是通過(guò)相似的、標(biāo)準(zhǔn)化的試驗(yàn)得出的?？梢愿鶕?jù)豬飼料的消化能或代謝能以及飼料的化學(xué)成分，選擇合適的模型來(lái)預(yù)測(cè)凈能值。由于動(dòng)物處于不同的生理階段，其對(duì)飼料能量利用的能力有極大的差異，所以在選擇預(yù)測(cè)模型時(shí)應(yīng)注意選擇與試驗(yàn)動(dòng)物、試驗(yàn)環(huán)境相匹配、相類似的方程。再者從統(tǒng)計(jì)的角度來(lái)看，應(yīng)該選擇相關(guān)系數(shù)R2大、剩余標(biāo)準(zhǔn)差(RSD)小的預(yù)測(cè)模型。表3中收集了目前一些具有代表性的方程。其中，前兩個(gè)公式是INRA(2004)[6]推薦的，后三個(gè)公式是NRC(2012)[22]推薦的，其中公式4被用于計(jì)算NRC(2012)發(fā)布的豬飼料成分表中各飼料原料的凈能值，而中國(guó)飼料數(shù)據(jù)庫(kù)情報(bào)網(wǎng)中心發(fā)布的第22版飼料成分表也是按預(yù)測(cè)模型，結(jié)合飼料中的常規(guī)成分計(jì)算得到的[23]。

表3 豬飼料凈能值的典型預(yù)測(cè)公式*

需要指出的是，雖然越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注日糧或飼料原料的凈能預(yù)測(cè)方程，但是凈能預(yù)測(cè)公式是從全價(jià)日糧里發(fā)展出來(lái)的[17]，所以預(yù)測(cè)單一飼料的凈能值時(shí)可能存在一定的誤差。然而，測(cè)定單一飼料凈能值的試驗(yàn)開(kāi)展得比較少，所以目前沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證單一飼料凈能的預(yù)測(cè)值。

2.3 動(dòng)物凈能需要量

雖然凈能體系表達(dá)有效能值更為準(zhǔn)確，但目前凈能在動(dòng)物體內(nèi)的分配方式尚不明朗。所以，NRC(2012)認(rèn)為目前的能量機(jī)理模型還無(wú)法從凈能體系的角度模擬出動(dòng)物的凈能需要量[22]。于是NRC(2012)創(chuàng)造了一個(gè)新指標(biāo)，即“有效代謝能(effective ME)”。日糧凈能通過(guò)某種固定的轉(zhuǎn)換系數(shù)（見(jiàn)表4最后一行）而變成有效代謝能，從而借助能量機(jī)理模型從代謝能體系的角度模擬出動(dòng)物的有效代謝能需要量。這在一定程度上將凈能與動(dòng)物的能量需要量聯(lián)系起來(lái)了。

表4 NRC(2012)推薦的豬日糧能量水平(90%DM)

Noblet(2007)則給出了更為簡(jiǎn)單的方法來(lái)獲得凈能需要量，即用已知的消化能需要量乘以0.71或代謝能需要量乘以0.74[24]。盡管這種轉(zhuǎn)換方式過(guò)于直白,但從制定動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要量的角度來(lái)看，作為推薦量，其誤差并不會(huì)影響到生產(chǎn)實(shí)踐。在利用消化能或代謝能測(cè)算凈能需要量方面，De Lange(2008)給出了另一種建議，那就是改用凈能體系時(shí)，凈能需要量的數(shù)據(jù)應(yīng)通過(guò)消化能或代謝能體系配制的典型日糧中的凈能含量來(lái)建立[25]。該推算方法更加合理，考慮到了動(dòng)物能量代謝利用的規(guī)律。當(dāng)然這些方法都需要大量的試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)。

目前豬凈能需要量的測(cè)定主要通過(guò)生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，也常借助比較屠宰技術(shù)來(lái)確定動(dòng)物在特定生理階段、生產(chǎn)水平下對(duì)能量的總需要量。一般采用不同能量水平的飼糧，當(dāng)動(dòng)物在某一能量水平下能獲得最大日增重、最佳飼料利用率或胴體品質(zhì)時(shí)，此能量水平作為該動(dòng)物的能量需要量。尹慧紅等(2008)選用Noblet等(1994)的凈能預(yù)測(cè)公式配制5個(gè)不同凈能水平梯度的飼糧，并以20～50 kg生長(zhǎng)豬的生長(zhǎng)性能及養(yǎng)分消化率為標(biāo)識(shí)確定該階段的凈能最佳需要量為9.45 MJ/kg[26]。而外國(guó)學(xué)者De Lange(2001)報(bào)道生長(zhǎng)豬的凈能需要量為9.56 MJ/kg(90%DM)[27]。各類研究所報(bào)道的豬的凈能需要量存在一定的差異，這與試驗(yàn)豬、試驗(yàn)環(huán)境的不同有一定關(guān)系。鑒于飼料凈能值的測(cè)定難度較大，目前在確定豬的需要量的研究中，飼料原料的凈能值基本上都并非實(shí)測(cè)值。例如，王榮發(fā)等(2011)在研究生長(zhǎng)豬色氨酸需要量的過(guò)程中，雖然采用凈能體系，但飼料原料的凈能值是通過(guò)預(yù)測(cè)公式推算出來(lái)的[28]。事實(shí)上對(duì)結(jié)果影響最為直接的是試驗(yàn)中飼料原料所使用的凈能值，所以在飼料凈能測(cè)定技術(shù)取得長(zhǎng)足發(fā)展之前，現(xiàn)階段所獲得的豬的凈能需要量都存在一定的局限性。

3 凈能體系面臨的挑戰(zhàn)

3.1 飼料凈能值評(píng)定方法復(fù)雜

雖然凈能體系優(yōu)勢(shì)明顯，但真正在豬的生產(chǎn)實(shí)踐中建立凈能體系的情況并不多。可以說(shuō)，豬飼料凈能值的測(cè)定技術(shù)和相關(guān)基礎(chǔ)理論的發(fā)展，制約了凈能系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用。由于飼料成分凈能含量的測(cè)定費(fèi)時(shí)費(fèi)力，目前各種飼料的凈能值數(shù)據(jù)比較缺乏。盡管借助前人提供的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)公式，可以根據(jù)飼料的消化能、代謝能和主要化學(xué)成分來(lái)確定飼料凈能。但是，隨著我國(guó)飼料資源的日趨緊張，各種非常規(guī)的能量及蛋白質(zhì)資源進(jìn)入市場(chǎng)，同名異物的情形大量存在，即使是確定飼料的消化能及代謝能的難度就不小，那么如何考慮飼料化學(xué)成分的變異對(duì)凈能預(yù)測(cè)的影響面臨的挑戰(zhàn)將更大。因此需要進(jìn)行深入細(xì)致的研究。

3.2 飼料凈能值可加性不明

在現(xiàn)行的畜牧飼養(yǎng)體系中，往往假定飼料原料中各個(gè)營(yíng)養(yǎng)成分是可加的，即日糧營(yíng)養(yǎng)成分可根據(jù)該日糧中各飼料原料的配比以及各飼料原料的營(yíng)養(yǎng)含量累加出來(lái)。目前計(jì)算飼料配方的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量時(shí)，也都是把組成原料的有關(guān)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量按比例相加計(jì)算。但有研究證實(shí)，日糧采食量水平、蛋白質(zhì)含量和飼養(yǎng)水平會(huì)改變單一飼料原料的消化率，不同原料之間也存在互作關(guān)系，從而改變飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可利用率[29]。所以在推廣應(yīng)用凈能體系時(shí)，日糧中各種飼料原料凈能是否具有可加性，是探索營(yíng)養(yǎng)代謝規(guī)律、完善凈能理論的過(guò)程中不可回避的問(wèn)題。

3.3 飼料凈能值應(yīng)隨動(dòng)物生長(zhǎng)階段有所細(xì)化

事實(shí)上，預(yù)測(cè)豬飼料能量值的關(guān)鍵在于能否得到準(zhǔn)確可靠的能量或營(yíng)養(yǎng)消化率[1]。計(jì)算凈能的含量需要用到具體、準(zhǔn)確的消化能或代謝能值或可消化養(yǎng)分含量，所以飼料的能量消化率會(huì)間接地影響到飼料凈能值的評(píng)定。能量的消化率會(huì)受到飼料特性影響，如Le Goff(2001)提到能量消化系數(shù)與飼料中粗纖維含量呈線性負(fù)相關(guān)[30]；而同時(shí)，能量的消化系數(shù)也會(huì)隨著體重的增加而增加[24]，這主要是因?yàn)槿占Z纖維的消化率隨豬的生長(zhǎng)發(fā)育而提高。生長(zhǎng)豬和成年豬的能量消化率不同，將會(huì)對(duì)測(cè)定出來(lái)的飼料凈能值產(chǎn)生顯著影響。所以Noblet(2007)[24]認(rèn)為飼料應(yīng)隨動(dòng)物的生長(zhǎng)階段至少給出兩套凈能值，進(jìn)而派生出兩套凈能體系——生長(zhǎng)豬凈能體系和成年豬凈能體系，這樣才能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)和生產(chǎn)性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

4 小結(jié)

凈能所表示的能量是最接近真實(shí)的動(dòng)物維持和生產(chǎn)所需的能量，與動(dòng)物的生長(zhǎng)和生產(chǎn)緊密聯(lián)系。與消化能和代謝能體系相比，豬的凈能體系在預(yù)測(cè)生產(chǎn)性能、優(yōu)化日糧結(jié)構(gòu)、降低生產(chǎn)成本甚至環(huán)境保護(hù)等方面優(yōu)勢(shì)明顯。然而，目前飼料凈能值數(shù)據(jù)的稀缺以及過(guò)于依賴預(yù)測(cè)模型等問(wèn)題，突顯了當(dāng)前能量代謝基礎(chǔ)研究非常薄弱的現(xiàn)實(shí)，使凈能體系只能停留在理論層次而無(wú)法真正應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。所以探索豬能量代謝規(guī)律、充實(shí)凈能理論以及改進(jìn)飼料凈能值測(cè)定技術(shù)，將是今后凈能體系漫長(zhǎng)的建設(shè)過(guò)程中必須高度關(guān)注的環(huán)節(jié)。

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