采用不同营养模型的饲料配方软件的对比研究

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中国畜牧兽医2008年第35卷第1期动物营养与饲料科学·奥特奇协办·29·
采用不同营养模型的饲料配方软件的对比研究
陈波。熊本海。孙献忠
(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京100094)
摘要：在我国市场中已经引人很多国外奶牛饲料配方软件，而饲料配方软件内核的动物营养模型的不断完善和更新，也
一直促使着配方软件的不断升级，作者的目的在于通过对几套采用不同营养模型的国内外奶牛配方软件采用的计算模型及
动物参数进行比较，以考察模型间的差异及应用于配方软件后对计算结果的影响。
关键词：营养模型；配方软件；描述信息
中图分类号：$816．31 文献标识码：A 文章编号：1671—7236(2008)01—0029—04
随着世界奶牛饲养业的快速发展，奶牛的精
细科学饲养对于奶牛生产效率的提升引起了养殖
者的高度关注，从而推动了各种奶牛饲料配方软
件逐步得到推广应用。而饲料配方软件开发的核
心——动物营养模型的不断完善和更新，不断促
使着配方软件的升级和完善。随着相关营养成分
指标的提出以及数学优化技术或技巧的出现，对
开发新一代的奶牛及其它动物的配方系统带来了
新的挑战。目前的奶牛营养模型已经不仅仅是孤
立的、简单的几个模型，而且是相互关联但又独立
运行的模型集，不仅影响到对奶牛营养需要的动
态预测，并进一步影响到奶牛个体和／或群体生产
性能的发挥。作者通过对国内外部分奶牛配方软
件的特点进行分析，通过比较计算，以观察因采用
不同的奶牛营养模型，究竟对奶牛营养需要和配
方结果带来什么样的差异。
1奶牛营养需要模型
NRC奶牛营养需要体系是由美国国家科学研
究委员会(national research council，NRC)下属的
动物营养委员会提出的，作者以1978年、1989年、
2001年版进行介绍。1978年版的奶牛营养需要量
计算方程式用于计算奶牛需要的粗蛋白质和能量。
1989年的模型使用了蛋白质降解体系，将日粮蛋白
质分为瘤胃降解蛋白质和瘤胃非降解蛋白质，同时
瘤胃中微生物蛋白质产量可由净能摄人量(NE。)算
收稿日期：2007-06-22
作者简介：陈波(1982一)，男，山东人，硕士生，研究方向：饲料信
息科学。
通讯作者：熊本海。
基金项目：。863”计划课题：集约化奶牛场繁育与饲养数字化关键技
术研究(2006AAl07．243)．
得(William，2005)。NRC(2001)发布了最新的奶牛
营养需要模型，能够将不同饲料原料对营养物质吸
收的差异和对动物生产性能造成的影响均考虑在
内，并讨论了NDF和ADF的营养需要量，引入“瘤
胃降解动力学”模型。该体系概括了奶牛营养研究
领域最新营养知识，是对科学文献与实践经验方面
准确、科学、实用的总结(孟庆祥，2002)。
净碳水化合物和蛋白质体系：美国康奈尔净
碳水化合物和蛋白质体系，一般简称为CNCPS，是
康奈尔大学科学家提出的牛用动态能量和蛋白
质／氨基酸体系。核心是以小肠中净吸收碳水化
合物(NAC)和净吸收蛋白质(AP)或净吸收氨基
酸(AAA)来评价饲料的能量和蛋白质营养价值。
用净能(NE)表示牛的能量需要量，用AP或AAA
表示蛋白质需要。CNCPS是在吸收其他已有体系
优点的基础上发展起来的。CNCPS中饲料能量、
蛋白质营养价值的评定及其对需要量的估计，充
分体现了动态观点，强调饲料、动物及饲养三者间
的相互作用，同时将牛的蛋白质营养延伸到AAA
方面，是一个全新的饲养体系(姚军虎等，1998)。
小肠可消化蛋白质体系：中国的小肠可消化蛋
白质体系由冯仰廉先生等1985年提出，并在我国
2004年发布的《奶牛饲养标准》中又做了更实用的
完善，将到达小肠中的可消化粗蛋白质分为饲料非
降解蛋白质和微生物蛋白质(MCP)两部分，并分别
用可发酵有机物(FOM)和瘤胃可降解氮(RDN)评
定微生物蛋白的合成效率，并提出了瘤胃能氮平衡
(RENB)的概念和计算公式，为如何合理配制能量
和蛋白质组分平衡的El粮提供了评判的原则，即：
RENB=用FOM评定瘤胃微生物蛋白质合成
量一用RDN估测瘤胃微生物蛋白质合成量
万方数据
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当RENB=O，表明平衡良好；当RENB>0，表
明日粮供给的能量有余，可补充可降解蛋白质如尿
素，以减少能量的损失；当RENB<0，表明能量不
足，可降低可降解氮的供给，以减少蛋白质的排放。
显然，该体系的建立可以说是我国反刍动物营养的
重大进步，但目前主要限于对原理、计算方法方面的
阐述，以及一些基于假设的静态计算模型，而与之相
配套的饲料养分参数，如饲料在瘤胃中的降解率、可
发酵有机物含量等参数尚不易获得，所以要全面推
广应用新的体系，还有很多基础性的工作需要开展，
必要的反映动物品种、体况、环境因素和生产性能预
期的动态模型需要建立。
其他的奶牛营养模型还包括英国的AFRC体
系、澳大利亚的CSIRO体系和法国的INRA体系。
这些营养需要体系模型，包含了更多的参数，从而对
奶牛营养需要描述的更加科学，使所开展的动物试
验更加严谨。
表1列出了对不同饲养标准中蛋白质体系主要
参数的比较，通过表中参数对比可以看出，奶牛的饲
养标准体系在不断的完善和修正，从可消化蛋白质
体系到降解蛋白质体系，计算特定指标的参数逐渐
增加，最新的蛋白质体系中包含了瘤胃降解的动力
学参数，如养分降解速率Kd和瘤胃食糜流通速率
Kp等，对营养需要的考虑日益全面。
NRC(2001)奶牛营养需要中给出70多个基本
参数用于建立奶牛的饲养标准体系，是迄今为止最
全面的奶牛标准体系之一。我国的小肠可消化蛋白
质体系已经引入RDP和UDP概念，体现了我国奶
牛饲养标准体系逐步与国际接轨，但该体系在计算
奶牛营养需要量方面仍然是静态的，不能动态的反
映出奶牛不同生理阶段的不同营养需要，这也是今
后需要不断研究的领域。
表1配方软件使用不同的蛋白质体系的主要参数比较
Cornell U．U Pennsylvania Miner Institute CPM—Dairy 净碳水化合物——蛋白质体系(CNCPS)
U California．Davis PCDairy-2 NRC奶牛饲养标准(2001)
中国农业科学院北京畜牧兽医研究所畜牧信息中心三新饲料配方软件(简称：Sanxin) 中国奶牛饲养标准(2004)
2饲料配方软件
奶牛营养模型的不断完善和更新，客观上促进
了奶牛饲料配方软件的不断升级和换代。作者选取
3套采用不同营养体系的配方软件进行比较，以获
得不同模型对奶牛营养需要量预测的差别。表2列
出了对照软件名称、开发商以及采用的营养体系。
对软件采用模型的评价内容包括：以干物质预测采
食量为例比较模型的不同，通过动物描述参数比较
不同营养体系精确程度。
2．1 不同体系的干物质采食量模型确定干物质
采食量和营养需要量是开发奶牛饲料配方软件的基
础。不同的软件采用不同的DMI计算公式，
CNCPS体系中奶牛干物质采食量计算公式为：
DMI(kg／d)=(O．0185 BW+0．305 FCM)*(1
万方数据
中国畜牧兽医2008年第35卷第1期动物营养与饲料科学·奥特奇协办·31·
一exp—o·316’(woo+2·36’)*TAl)J 式中：WOL_泌乳周数，删一温度校正因子。
NRC奶牛营养需要(2001)中干物质采食量预
测公式：
DMI(kg／d)=(0．372*4％FCM+0．0968*
BWo·75)*(1一P(一o·192。(woL+3·62)’)
式中4％FCM：4％乳脂率矫正奶量(kg／d)，
BW：体重(kg)，WOL泌乳周；e=2．71828。
中国奶牛饲养标准(2004)中奶牛营养需要的干
物质采食量预测公式如下。
偏精料：DMI(kg／d)=0．062W0。75+0．40Y
偏粗料：DMI(kg／d)=0．062W0。75+0．45Y
式中Y为标准乳重量(kg)，W为体重(kg)。
通过比较不同体系干物质采食量预测的模型，。
可以发现用于预测DMI最常用的参数是体重(BW)
和4％校正乳产量(FCM)。在CNCPS模型中还包
含温度校正因子以及泌乳周龄。而Sanxin预测公
式较为简单，没有考虑到不同泌乳阶段对于物质需
求量的差别，但体现出了不同的精粗日粮比例也会
影响到DMI采食量，日粮精料水平达到干物质
60％之前，提高精料水平总能提高干物质采食量
(熊本海等，2003)。Roseler(1997)指出以下几种
因素对DMI不一致的影响所占比例分别为：产奶
量为45％、体重为17％、日粮为22％、管理为
10％、体况得分为6％，产奶量和体重在这些影响
中占到62％，这就是在DMI预测公式中这2个参
数最常见的原因。
2．2 不同体系描述动物的参数通过考察描述动
物的参数，可以从一个侧面反映出模型中是否将影
响动物营养需要的各种因素全部考虑在内，同时可
以反映出动物所处的生理状态以及体现模型的动态
性能。
表3的内容是对照软件对于泌乳奶牛和干奶牛
的动物描述和生产对照性能的输入内容(L：泌乳
牛，D：干乳牛)。PCDairy-2要求用户提供17个性
状参数以计算泌乳奶牛营养需要量，11个性状参数
以描述干奶牛，另外还特别要求输入乳糖含量(孟庆
祥，2002)，PCDairy-2要求输入泌乳牛和干奶牛的
不同饲养环境以及舍饲条件，但是这些输人参数对
DMI或营养需要的影响表现并不明显。尽管如此，
综合考虑各种内外界因素对奶牛的影响仍是必须
的。Sanxin在计算泌乳牛时仅要求用户提供7个
参数，主要是由于采用小肠可消化蛋白质体系的制
约，而计算干奶牛营养需要的参数仅有3个，没有考
虑到动物的体况及生理状态。CPMD所要求参数
也多达16个，只是没有将奶牛品种及原奶中乳糖含
量考虑在内，而奶牛品种是成年牛体重的主要影响
因子，干奶牛输入参数与PCDairy一2要求大致相似，
可以看出两套模型有一些相似点。
表3不同配方软件对于干奶牛(D)和泌乳奶
牛(L)的动物性状描述和输入信息
3 总结
通过对采用不同营养模型的3种软件进行比
较，可以发现营养模型的优劣会直接影响到配方软
件的性能和优化效果，这就要求一套成功的配方软
件不能仅仅只体现在对计算机编程的要求上，更需
要与动物营养的最新研究进展结合起来以获得最佳
效果。3套体系中以我国的小肠可消化蛋白质体系
所用参数最少，对动物影响因素考虑不够全面，还有
待进一步的完善和修正，NRC体系中采用了
CNCPS体系中的部分模型，NRC和CNCPS体系
已经将瘤胃“黑箱”完全打开，为奶牛营养研究的进
一步发展打下基础。
从软件来说，采用先进体系的PCDairy-2以及
CPMD计算结果预算奶牛营养需要更加接近，而
Sanxin由于所用模型没有考虑到动物生理、环境的
变化对机体的影响，预测结果不太理想，这也就是我
们正在开发新一代奶牛饲料配方的需要。PCDairy—
万方数据
·32· 动物营养与饲料科学·奥特奇协办中国畜牧兽医2008年第35卷第1期
2以及CPMD均没有影子价格，主要是由于这2套
软件有大学科研人员编写，而非商业软件。而
Sanxin配方这方面做得比较好，通过影子价格可以
找出影响成本的主要因素，以审核选用的原料是否
合理，只有当所有约束因素的影子价格都为零时，才
说明选用的原料最合理，配方成本的下降潜力才是
零(葛翔，1999)。所以影子价格在选购日粮原料中
起到很大作用。
今后，配方软件将把多配方技术、概率配方技
术、配料仓竞争技术、“理想蛋白质”模式引入到饲料
配方设计中，能够全面考虑营养、成本和效益，提供
大量的参考信息，为配方调整、经济分析和采购决策
提供科学依据，降低饲料成本，得出饲料转化率高而
成本最低的配方(黄汉军等，2003)。这也是计算机
技术和动物营养日益紧密结合的体现。国内用户选
择国外软件使用时，应充分考虑到饲料原料成分和
饲养标准的不同；同时对于国内软件应尽快采用最
新的奶牛研究进展和新的动态营养模型，对于参数
因子的选择更加全面，才能在与国外软件竞争中，寻
找新的发展空间。
参考文献
1盂庆翔．奶牛营养需要(2001版)．中国农业大学出版社，2002．
2 Oseler DK，D G Fox，L E Chase，et a1．Development and evaluation
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stein dairy COWS．J Dairy Sci，1997．80：878．
3 William C，Ray B．Dairy nutrition models：their forms and appli—
cations．School of Veterinary Medicine，University of Pennsylvania，
Kennett Square，19348．
Comparative Study of Ration Formulation Software
with Different Nutrition Models
CHEN Bo，XIONG Ben—hai，SUN Xian-zhong
(Institute of Animal Sciences，Chinese Academy of Agricultural Sciences，The Key
Lab of Animal Nutrition，Beijing 100094，China)
Abstract：A variety of dairy cattle ration formulation software programs are available from foreign countries that have been
applied in our marketplace．Inside these formulation programs，the nutrition models used are vital to the software．As the mod—
els are improved ceaselessly，ration formulation softwares also renovate endlessly．The purpose of this paper is tO create a
guide by evaluating avariety of commercially available software based on different nutrition models and observing optimizing re—
suits from different models and their computing softwares．
Key words：nutrition models I ration formulation software；animal description
奶牛日粮对粪中微生物群落、有机物和氮含量的影响
P．C．J．Van Vliet等著梁松摘译卜登攀校
摘要：通过奶牛日粮调控可、以提高营养成分的利用效
率，降低N排放对环境造成的污染。本研究使用非泌乳奶
牛探讨了奶牛日粮变化对粪化学成分及微生物群落的影响。
通过日粮原料和精粗比配制8种日粮，其粗蛋白质、中性洗
涤纤维、淀粉及净能含量均不相同。选用16头奶牛，分别饲
喂上述日粮，三周适应期后采集粪样并分析其成分，并比较
观测值与模拟预测值的差异，利用模型模拟了不同日粮组分
对粪成分的影响。试验结果表明，高纤维低蛋白日粮组中粪
“碳氮比”较高(>16)，而有机氮和无机氮含量较低。高蛋白
高能量日粮组中粪微生物数量最高。各试验组中，粪无机氮
含量差异不显著。粪中每克干物质中含有1200～8000 p-g
微生物碳。各试验组中粪细菌多样性相似，但是日粮不同蛋
白质水平导致粪中微生物群落结构发生变化。模拟预测的
粪总氮浓度是观测值的1～1．5倍，而模拟碳氮比则是观测
值的0．7～o．9倍。然而，细菌碳含量的预测值却不理想，大
约是观测值的3倍左右，需要进一步研究粪中微生物碳的模
型定义。本研究中，日粮成分影响粪化学成分及微生物数
量，进而影响粪养分的利用。但由于本研究中选用的奶牛数
量较少，且日粮配合为极端情况，在将本研究结果推广到其
他条件时需十分谨慎。
关键词：DNA指纹；粪养分含量；细菌多样性；奶牛饲养
(原载：J Dairy Sci，2007，90：5146～5158)
万方数据
采用不同营养模型的饲料配方软件的对比研究
作者： 陈波， 熊本海， 孙献忠， CHEN Bo， XIONG Ben-hai， SUN Xian-zhong
作者单位： 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,动物营养学国家重点实验室,北京,100094
刊名：
中国畜牧兽医
英文刊名： CHINA ANIMAL HUSBANDRY & VETERINARY MEDICINE
年，卷(期)： 2008，35(1)
被引用次数： 0次
参考文献(3条)
1.孟庆翔奶牛营养需要(2001版) 2002
2.Oseler D K.D G Fox.L E Chase Development and evalu-ation of equations for prediction of feed
intake for lactating Hol-stein dairy cows 1997
3.William C.Ray B Dairy nutrition models:their forms and appli-cations 1934
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应用。动物营养模型作为饲料配方软件开发的核心，一直在不断完善和更新，促使饲料配方软件的升级与换代，新的养分概念指标的提出和数学优化技
术的更新，也对开发饲料配方软件带来了挑战。
本研究基于美国NRC2001年版《奶牛营养需要》中的奶牛营养需要标准体系、主要养分预测模型及原料基础数据，采用VB语言、Access2003数据库及
数学规划技术，设计实现了奶牛日粮配方养分诊断系统及奶牛TMR日粮配方系统，实现了对指定日粮的养分供给数量及平衡与否的智能诊断与评价，以及
在一定饲料原料资源、环境条件及预期生产目标下的最低成本日粮配方的筛选。系统的打印部分采用水晶报表以及Excel打印方式，简洁美观。系统主要
功能包括：配方诊断、配方制作、配方打印、数据管理和帮助等，共设计了11个功能模块，包括犊牛养分需要计算模块、矿物质需要计算模块、妊娠营
养需要计算模块、泌乳营养需要模块、目标增重预测计算模块、能量和蛋白质供应计算模块、氨基酸流量计算模块、干物质采食量预测模块、日粮养分
评估模块(ⅰ)、日粮养分评估模块(ⅱ)及沉积养分计算模块等。系统开发的难点与创新点在于：一是通过对奶牛营养知识的深入理解，将奶牛营养需要
中400多个参数之间的相互关联与制约机制进行了模块化处理；二是实现了奶牛营养需要的动态计算即“非表格化”处理；三是通过采用动态降解蛋白质
与非降解蛋白质及其平衡，以及小肠可代谢蛋白质体系设计与优化奶牛日粮配方，使得优化出的奶牛TMR真正具有全价性即内在养分的平衡性，克服了过
去按可消化蛋白质配制日粮的局限性，达到预测的研究目标。此外，利用开发的奶牛配方诊断优化系统对北京昌平区踩河奶牛场的泌乳牛日粮配方进行
了全面诊断，提出了奶牛配方调整建议，并提供了优化设计的奶牛饲料配方。经过试验验证，效果良好，有利于提高产奶量和稳定乳脂率。

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