张 俊，王雅晶，曹志军，张 卿，李胜利*

（1.西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌 712100；2.中国农业大学动物科学技术学院，动物营养学国家重点实验室，北京市生鲜乳质量安全工程技术研究中心，北京 100193；3.山东省利津县科技创新服务中心，山东利津 257400）

提高饲喂效率并减少粪污排放是广大畜牧生产者一直追求的目标之一，也是迫在眉睫需要解决的问题。在传统条件下，由于后备奶牛因不能泌乳而未产生经济效益，所以大部分牧场还进行高粗饲料饲喂。有研究发现，与传统的高粗料饲喂相比，高精料日粮精准饲喂能够降低后备奶牛干物质采食量[1]和粪尿排泄量[2-3]，并提高饲喂效率[1,4-5]。一般情况下，高精料日粮精准饲喂是指为奶牛提供可满足其维持和生长需要并且可达一定日增重日粮的饲喂方法。但也有部分研究发现，高精料日粮精准饲喂仅能够降低粪便排泄量，并不能够显著降低尿液排泄量，对粪污排放没有显著的降低效应[5-7]。并且，由于受试验条件限制，大部分研究中只使用了4～8 头后备奶牛进行试验，试验牛只的个体因素会对结果产生一些干扰，从而导致试验统计功效（Statistical power）强度有限。因此，在高精料日粮精准饲喂广泛应用于牧场的生产实践中之前，需要确定这种饲养方法是否能够产生预期的效果。

Meta 分析是对某一科学问题的多个独立研究结果进行合并效应量的分析，得到一个综合的评判结果，也被称为是荟萃分析[8]。Meta 分析本质上是通过增加研究的样本量来提高参数统计功效，被广泛认为是一种定量研究的综述形式。该方法被引入畜牧研究中之后，就广泛应用于犊牛断奶应激对免疫功能影响[9]、日粮阴阳离子差和中性洗涤纤维与淀粉比值对奶牛生产性能的影响[10-12]、瘤胃原虫抑制效果评价[13]、过瘤胃蛋氨酸、胆碱或烟酸添加对奶牛生产性能的影响[14-15]以及奶牛疾病治疗效果评价[16-17]等方面的研究。因此，本研究旨在使用Meta 分析的方法来探究不同精粗比（Concentrate-to-Forage Ratios，C:F）日粮精准饲喂对后备奶牛营养物质采食量、瘤胃发酵、营养物质消化率以及粪尿排泄的影响。

1 材料与方法

1.1 文献检索和筛选 文献检索：使用中国知网、万方、维普、Web of Science、PubMed 和Science Direct等国内外数据库进行相关文献的检索。文献发表时间范围为2007—2020 年。检索关键词包括后备奶牛、育成牛、高精料限饲、精粗比、精准饲喂、Heifer、Dairy Heifer、High Concentrate Limit Feeding、Forage to Concentrate Ratios 和Precision Feeding 的单独以及组合使用。

文献数据筛选标准：①试验动物必须为后备奶牛；②日粮信息必须包括粗饲料和精饲料及其比例；③结果中至少包括营养物质采食量、瘤胃发酵、营养物质消化率和排泄量当中的一项指标。通过检索文献和筛选数据，最终获得有效可用的文献13 篇。由于部分文献的试验处理不仅包括不同的日粮精粗比，还有其他的处理，将这些处理组分开之后，最终在这13 篇文献中共获得了70 个处理。根据这些文献的试验设计，挑选了具体的研究组别，并建立了本次Meta 分析的总数据库（表1）。

表1 Meta 分析相关文献及其来源

1.2 数据统计与分析 使用Excel 对原始数据进行整理归纳，将原始数据导入R 3.5.2 软件后利用Summary 功能进行最大值、最小值、平均值和样本量等基本统计分析。由于各个研究之间动物个体、试验日粮和管理方法的差异，假设不同研究间存在异质性。由于精粗比变化为连续性变量，本试验拟采用回归分析的统计方法。然后利用lm 功能进行一元二次回归分析，具体代码：Summary[lm（y～ x+x2）]，其中x 为自变量，y 为因变量。若二次回归不显著，则再进行一元一次回归（即一元线性回归）和Spearman 相关性分析，具体代码为Summary[lm（y～ x）]，其中x 为自变量，y 为因变量。P＜0.05 表示差异显著，0.05 ≤P＜0.10 表示具有趋势。

2 结果

2.1 试验动物、日粮、营养物质采食量、瘤胃发酵、营养物质表观消化率和粪尿排泄信息描述 统计中所有的后备奶牛均为荷斯坦奶牛，其月龄为12.67±3.93（平均值±标准差）月。纳入Meta 分析中13 个研究70 个试验处理的日粮粗饲料、精饲料、精粗比、粗蛋白质（CP）和中性洗涤纤维（NDF）含量的平均值分别为57.46%、42.54%、1.13、14.18% 和29.03%，其 最 大值和最小值之差分别为70%、70%、3.99、17.91% 和37.75%（表2）。13 个研究的70 个试验处理统计分析发现，后备奶牛干物质采食量（DMI）、CP 和NDF 摄入量平均值分别为6.79、0.97、2.64 kg/d，其最大值和最小值之差分别为6.11、1.26、4.36 kg/d。8 个研究的36 个试验处理统计分析发现，瘤胃pH 平均值为6.49，其最大值和最小值之差为1.12。8 个研究的40 个试验处理统计分析发现，后备奶牛瘤胃氨态氮平均值为8.75 mg/dL，其最大值和最小值之差为17.08 mg/dL。9 个研究的44个试验处理统计分析发现，后备奶牛瘤胃总挥发性脂肪酸、乙酸、丙酸、丁酸和支链挥发性脂肪酸平均值分别为107.44 mmol/L、64.13%、19.63%、11.90% 和2.75%，其最大值和最小值之差分别为66.70 mmol/L、17.95%、14.26%、8.71% 和3.28%。9 个研究的53 个试验处理统计分析发现，干物质（DM）和CP 的全肠道表观消化率平均值分别为69.05%和66.17%，其最大值和最小值之差分别为22.98%和41.83%；10 个研究的57 个试验处理统计分析发现，NDF 的全肠道表观消化率平均值为53.66%，其最大值和最小值之差为33.78%。在排泄参数中，8 个研究的50 个试验处理统计分析发现，粪便湿重、粪便干重、粪便含水量、尿液量、总水分排泄量和总排泄物的平均值分别为12.55、2.16、10.39、10.31、20.61、22.77 kg/d，其最大值和最小值之差分别为20.05、2.30、17.8、12.13、20.90、23.20 kg/d。

表2 Meta 分析中日粮、营养物质采食量、瘤胃发酵、营养物质消化率和排泄相关数据

2.2 日粮精粗比与营养物质采食量的回归分析 Meta 分析结果表明，日粮精粗比与DMI 的一元一次回归方程达到显著水平（P=0.02；表3），与NDF 和淀粉采食量的一元二次回归方程达到极显著水平（P＜0.01），但是与CP 摄入量的回归分析不显著（P=0.71）。日粮精粗比每增加1 个单位，DMI 降低0.33 kg/d。在本研究数据范围内，随着日粮精粗比例的增加，NDF 摄入量二次降低（图1B），其回归方程为NDF 摄入量=0.18（C:F）2－1.18 C:F+3.49；淀粉摄入量二次增加（图1C），其回归方程为淀粉摄入量=-0.33（C:F）2+1.62 C:F+1.01。

表3 日粮精粗比与营养物质采食量、瘤胃发酵、营养物质表观消化率和粪尿排泄的回归分析

2.3 日粮精粗比与瘤胃发酵指标的回归分析 日粮精粗比与瘤胃丙酸比例的一元一次回归方程达到显著水平（P=0.04），与瘤胃pH 及乙酸和丁酸比例的一元二次回归方程达到显著水平（P≤0.03），但是与氨态氮和总挥发酸浓度以及瘤胃总支链挥发酸比例的回归分析不显著。日粮精粗比每增加1 个单位，瘤胃丙酸比例增加1.13%（图2B）。在本研究数据范围内，随着日粮精粗比例的增加，瘤胃乙酸比例二次降低（图2A），其回归方程为瘤胃乙酸比例=0.95（C:F）2-6.12 C:F+68.17；瘤胃丁酸比例二次增加（图2C），其回归方程为瘤胃丁酸比例=-0.34（C:F）2+2.79 C:F+9.92。

图2 日粮精粗比与瘤胃发酵参数的回归关系

2.4 日粮精粗比与营养物质表观消化率的回归分析 日粮精粗比与DM 表观消化率的一元二次回归方程达到极显著水平（P＜0.01），但是与CP 和NDF 表观消化率的回归分析不显著。在本研究数据范围内，随着日粮精粗比例的增加，DM 表观消化率二次增加（图1D），其回归方程为DM 表观消化率=-0.94（C:F）2+6.39 C:F+64.18。

图1 日粮精粗比与营养物质摄入量及降解率的回归关系

2.5 日粮精粗比与粪尿排泄的回归分析 日粮精粗比与粪便湿重、粪便干重、粪便含水量和尿液量的一元二次方程达到极显著水平（P＜0.01），与粪尿总排泄量的一元线性回归方程有显著的趋势（P=0.08），但是与总水分排泄量的回归分析不显著。在本研究数据范围内，随着日粮精粗比例的增加，粪便湿重二次降低（图3A），其回归方程为粪便湿重=0.76（C:F）2-5.27 C:F+16.68；粪便干重二次降低（图3B），其回归方程为粪便干重比例=0.04（C:F）2-0.40 C:F+2.54；粪便含水量二次降低（图3C），其回归方程为粪便湿重比例=0.73（C:F）2-4.87 C:F+14.14；尿液排泄量二次增加（图3C），其回归方程为尿液量=-0.06（C:F）2+1.57 C:F+8.60。

图3 日粮精粗比与粪污排泄量的回归关系

3 讨 论

在一般的研究中，研究者根据NRC（2001）设定了800 g 平均日增重（Average Daily Again，ADG）作为日粮配制的标准[25]，然后在这个标准上再调整精粗比例。根据高精料精准饲喂方法设置的初衷，每头牛每天所摄入总的能量相同也是一定的。大部分的研究都会根据后备奶牛每周的ADG 来调整所提供日粮的数量[1-5]。因此，部分研究发现，在精准饲喂条件下，随着日粮精饲料比例的增加，日粮所含有的能量浓度越高，每头牛每天所提供日粮的数量就越少，因此其DMI 会相应降低[1,5-23]。但是，由于采食量还受到动物机体神经内分泌、日粮饱腹感、适口性和饮水等其他因素的影响[26]，也有研究发现DMI 不受日粮精粗比的影响[18]。在本研究中发现，在精准饲喂前提下，DMI 随着日粮精粗比的增加而降低，DMI 与日粮精粗比具有显著的负相关关系，这与前人研究结果一致[7,21-27]；但是需要注意的是日粮精粗比对DMI 预测一元一次回归方程的系数较低（R2=0.07），这种预测关系还需要更大数据量来进行验证。在营养指标分析中，日粮精粗比变化最直接的效果就是其营养成分中NDF 和淀粉含量的变化。奶牛在自由采食的情况下，日粮精粗比与NDF 和淀粉采食量一般呈一元一次线性关系[11]，但是由于精准饲喂限制了其采食量的变化，Meta 分析后发现，在本研究数据范围内日粮精粗比与NDF 和淀粉采食量呈二次变化关系。另外，由于NDF 采食量增加带来的饱腹感可能解释了部分试验中DMI 的降低。

瘤胃pH 是反映奶牛瘤胃健康的重要指标[28]。Meta 分析发现，日粮精粗比与瘤胃pH 呈显著的二次相关关系；在日粮精粗比为2.43，也就是日粮精饲料比例为70.83% 时，瘤胃pH 具有最小值为6.29。但是，在本研究中，日粮精粗比与瘤胃pH 拟合的决定系数较低（R2=0.20）。一般情况下，认为当拟合后R2小于0.30 时，可以认为该拟合结果准确性较低。因此，当重新用一元线性关系对日粮精粗比和瘤胃pH 进行拟合后发现，二者拟合关系显著，其拟合方程为瘤胃pH=-0.10 C:F +6.58（R2=0.12，P=0.04）。根据该拟合方程，当日粮精粗比为4.2，也就是日粮精饲料含量为80.77 时，瘤胃pH 达到安全值的下限即6.16[8]。需要注意的是，在该一元一次拟合方程中决定系数也小于0.30。造成这一结果的原因，可能是在筛选进行Meta 分析中，一部分结果中是用多个采样时间点平均后的pH 表示[2-5]，另一部分是用单个时间点pH 表示[1,18-19]，这就造成了结果变异程度比较大。另外，当对日粮精粗比和瘤胃pH 进行相关性分析后发现，二者呈显著的负相关关系。因此，可以肯定，随着日粮精饲料比例的增加，瘤胃pH 显著降低[28-29]。综合以上分析，在精准饲喂情况下，日粮中精饲料比例在80%以内不会对奶牛瘤胃健康产生负面影响。

日粮中含氮物质进入瘤胃发酵后所产生的氨态氮是反刍动物瘤胃微生物重要的氮源，瘤胃微生物摄入氨态氮后形成微生物蛋白供动物机体吸收利用[30]。瘤胃微生物蛋白可以为机体提供高达60% 以上的代谢蛋白需要[31]。Meta 分析发现，在不同精粗比精准饲喂的情况下，日粮精粗比与瘤胃氨态氮浓度无相关关系，这可能是由于CP 摄入量与精粗比无相关关系导致的。有研究发现，瘤胃微生物生长所需要的最低氨氮浓度为2 mg/dL[3]；在本研究所涉及的文献中，所有试验的瘤胃氨氮浓度均大于这个数值，表明这些日粮为微生物生长提供了基本条件。

瘤胃挥发性脂肪酸是反刍动物自身及胃肠道微生物重要的能量来源[32]。前人研究发现，在自由采食条件下，瘤胃乙酸浓度与日粮精粗比显著负相关，瘤胃丙酸和丁酸浓度与日粮精粗比显著正相关[29,33-34]。在本研究中，当日粮精粗比小于3.22 时，随着精粗比的增加瘤胃乙酸比例不断降低；当日粮精粗比大于3.22 时，瘤胃乙酸比例的增加，可能是由于采食量的限制，瘤胃流通速率降低，纤维性原料降解率增加所致[35-36]。同时也发现，NDF 采食量与瘤胃乙酸比例显著正相关，与瘤胃丙酸比例趋近于负相关，与瘤胃丁酸比例显著负相关，这一结果也与前人研究结果一致[37-38]。支链挥发性脂肪酸是由瘤胃微生物发酵支链氨基酸产生[39]。支链挥发性脂肪酸与日粮精粗比之间无显著性关系，与CP 采食量结果相似。

本研究发现，随着日粮精粗比的增加，DM 全肠道表观消化率逐渐增加，与前人研究结果类似[2-7,40]。尽管日粮精粗比与NDF 采食量显著负相关，但与NDF 全肠道表观消化率却无明显关系。这可能与日粮中营养物质组成、瘤胃流通速率和微生物组成有关[35,41-42]。

大部分研究结果都表明，精准饲喂后备奶牛粪便湿重和干重以及粪污排放总量都和日粮精粗比有负相关关系[2,5-6]；这与本研究结果相似。日粮精粗比主要是通过DM 和NDF 采食量和降解率来影响粪便湿重和干重以及粪污排放总量[5-7,24]，并且随着年龄的增长粪污排泄量也显著增加[3]。但是，尿液排泄量受到日粮营养成分、矿物质代谢、机体贮存、内部代谢和动物个体等诸多因素的影响[23-43]。因此，限饲条件下，日粮精粗比对后备奶牛尿液排泄量的影响结果并不一致；并且，相反的粪便和尿液排泄量还有可能导致相似的总粪污排放量[20-21,23]。部分研究结果发现，只有在足够高日粮精料比例的情况下（即足够高的日粮精粗比＞ 75:25），限饲后备奶牛尿液排泄量才会发生变化[7,18-20]。因此，推测日粮NDF水平具有调节机体水平衡的作用[18-21,44]。并且NDF 排泄量和粪便水分排泄的关系表明，未降解纤维可能在水分保持上发挥重要作用，或者后肠道的消化吸收在影响机体水分流通及调节水分分配上也有很大作用[24]。由于该试验的Meta 分析中包含了极端日粮组（日粮精饲料含量大于75%），因此发现日粮精粗比显著影响尿液排泄量。在低日粮精粗比情况下，尿液排泄量的降低很可能是由于未降解纤维含量的增加和后肠道对水分的调节引起的[24]。通过Meta 分析发现，当日粮精饲料比例在76.94%～83.33% 时，粪便湿重、干重或者含水量会达到最小值，这是一个对环境保护有利的结果，并且此时尿液的排放量尚未达到最大值。虽然日粮精粗比与总粪尿排泄量的一元一次拟合方程和二者之间的相关性只有一定趋势，但这也说明随着日粮精饲料比例的增加，后备奶牛的总粪尿排泄量会降低。

本研究存在一定的局限性，首先，由于不同精粗比日粮精准饲喂后备奶牛相关文献的数量有限，无法对本文中的文献质量和数据异质性进行严格要求；其次，由于本研究结果中一些相关性回归分析的决定系数较小，后续还需要更多的数据进行更深入的分析，对结果进行进一步验证。

4 结 论

通过对13 个研究的70 个试验处理数据进行整理，并运用Meta 分析发现，精准饲喂条件下，日粮精粗比能够显著影响后备奶牛的采食、瘤胃发酵、消化和排泄参数。综合本试验中日粮精粗比与瘤胃pH 及粪污排放的回归关系发现，当日粮精料含量不高于80%时，既能保证粪污排放的最小化，也能保证动物瘤胃的健康，在后续的后备奶牛饲养过程中推荐使用不高于80%比例精饲料的精准饲喂方式。该研究为高精料限饲这一策略在后备奶牛饲养中的广泛应用提供了坚实的参考依据。