Продуктивное действие рационов для молочного скота как результат функционирования биосистемы 'корм-животное'
Курская
государственная сельскохозяйственная академия
ПРОДУКТИВНОЕ
ДЕЙСТВИЕ РАЦИОНОВ ДЛЯ МОЛОЧНОГО СКОТА КАК РЕЗУЛЬТАТ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БИОСИСТЕМЫ
«КОРМ - ЖИВОТНОЕ»
Потребление корма животным это сложный
многофакторный физиологический процесс, управляемый центральной нервной
системой и регламентируемый деятельностью пищевого центра, в том числе с его
отделами в гипоталамусе и коре больших полушарий головного мозга. А так как
механизм регуляции потребления корма тесно связан с системой аппетит <->
насыщение, то отделы пищевого центра, отвечающие за эти состояния организма,
следует рассматривать как некую «запоминающую систему» для регуляции баланса
энергии. При высокой продуктивности потребность в энергии возрастает, вызывая
тем самым дефицит в балансе энергии, который через сигнальные вещества,
концентрация которых в крови снижается, возбуждая центр аппетита и принуждая
животное к потреблению новых порций корма. По мере восстановления концентрации
сигнальных веществ, происходит торможение центра аппетита и адекватная
активизация центра насыщения.
У жвачных животных регуляция потребления корма,
основанная на сигнальных веществах, в отличие от животных с однокамерным
желудком, определяется присутствием в крови органических кислот, кетоновых тел,
а также соотношением осмотического давления в плазме крови и рубцовой жидкости
[Б. Пиатковский,1978].
Эта особенность в регуляции потребления корма у
жвачных имеет экспериментальное подтверждение. И, в частности, добавление к
силосному рациону молочной кислоты в количестве от 0 до 365 г/кг корма,
потребление сухого вещества снижается от 3,54 до 1,18 кг на 100 кг живой массы.
И, наоборот, использование различных приемов, обеспечивающих снижение
концентрации органических кислот в корме и рубцовом содержимом, способствует не
только повышению уровня потребления сухого вещества рациона, но и более
эффективному использованию обменной энергии и питательных веществ в организме
[Г.А. Богданов, О.Е. Привало,1983].
Наличие связи между продуктивностью и уровнем
потребления сухого вещества, как критерием объема рациона, учитывалась еще на
заре развития зоотехнии, при определении размера кормовых дач для
высокопродуктивных коров. Так, в монографии И.С. Попова «Кормление
высокопродуктивных коров» (1936), отмечалось, что еще со времен Грувена (начало
XIX века) было принято
контролировать объем суточной дачи корма по содержанию в нем сухого вещества.
Однако уровень познаний в этой области был невелик, так как специальных
исследований, связанных с обоснованием допустимых, а тем более, оптимальных,
норм суточной дачи сухого вещества коровам, разной живой массой и
продуктивности, практически не было.
Например, суточная дача сухого вещества,
рекомендованная О. Кельнером, находилась в пределах от 2,2-2,7 до 2,7-3,4 кг
при продуктивности от 5 до 20 кг, в том числе в зависимости от живой массы
потребление сухого вещества изменялось от 1,8 - 3,6 до 2,0 - 4,5 кг для крупных
и мелких животных. Американские специалисты, и, в частности, Армсби считал, что
коровам на 100 кг живой массы следует давать в среднем от 2 до 3 кг сухого
вещества [О. Кельнер,1924; Ф. Моррисон,1948].
В последующих работах, посвященных
совершенствованию норм кормления сельскохозяйственных животных, было
подтверждено существование зависимости между уровнем потребления сухого
вещества и продуктивностью [П.Я. Аранди,1964; В.Н. Баканов,1973,1976; В.М.
Крылов,1974; В.Я. Максаков,1988; В.П. Славов,1989].
Обобщение этих работ, а также результаты
собственных исследований позволили сделать вывод о том, что показатель
потребления сухого вещества на единицу живой массы может служить достаточно
объективным критерием, отражающим как видовой, так и индивидуальный
«синтетический» потенциал, или способность того или иного вида животных или
отдельной особи к оплате корма продукцией.
При этом характер взаимодействия экзогенных и
эндогенных факторов, определяющих уровень потребления сухого вещества в
пределах биосистемы «корм-животное», а тем, более количественная оценка его
параметров, представляет собой сложную и дискуссионную проблему [Н.И.
Денисов,1960; В.Н. Кандыба,1991]. Примерно, через 40 лет, после того, как эта
проблема впервые была поднята в печати, профессором кафедры высшей и прикладной
математики К.И. Привало (1999) была осуществлена достаточно удачная попытка её
решения через формализацию изучаемого процесса и математическое моделирование.
Результаты анализа полученных моделей показали,
что в пределах трофической цепи АПК, в том числе и в биосистемах
«корм-животное» не существует взаимосвязей, основанных на одностороннем влиянии
одной компонента, образующего систему, на другие составляющие, а есть
взаимовлияние, сила которого проявляется идентично третьему закону Ньютона, что
обеспечивает динамичную стабильность прохождения биологических процессов.
А если это так, то высокая продуктивность и
хозяйственная ценность животного определяются, прежде всего, поступлением
энергии, которое в свою очередь зависит от уровня потребления корма и
концентрации энергии в сухом веществе рациона.
Это заключение нашло свое подтверждение в
экспериментальных исследованиях, проведенных нами, по обоснованию наиболее
существенных факторов, вызывающих возникновение системной ошибки в оценке
фактического поступления обменной энергии в организм животного в сравнении с
детализированными нормами кормления.
Решение поставленной задачи было достигнуто
путем формирования матрицы исходной информации, статистического и
экспериментального характера, и построения математических моделей, в виде
производственных функций, отражающих энергетическую потребность молочного скота
в зависимости от его живой массы, суточной продуктивности, жирномолочности.
При этом были использованы интервалы тех
числовых значений описывающих факторов, которые заложены в детализированные
нормы [А.П. Калашников,1985].
Ниже приведена полученная система уравнений,
отражающих суточную энергетическую потребность коров (У1) в зависимости
от живой массы (500<х1< 700кг) и суточного биосинтеза молочного
жира (х2 при суточном удое от 5 до 30 кг):
У1 = 7,98 + 123,9х1р + 0,127х2р R2=0,94
[1а]
У1 = 211,58 + 44,63х1 +7,22х2 - 5,34х12 +
4,26х1х2 R2=0,97 [1b]
корм жвачный энергетический регуляция
Здесь х1р - суточный синтез молочного
жира, кг; х2р - живая масса, кг; а х1 и х2 соответствующие
нормированные безразмерные величины, вычисленные через реальные величины с
помощью формул:
х2 = 
,
в которых 0,933 и 0,600 являются
средними значениями соответственно суточного биосинтеза молочного жира и живой
массы по матрице исходных данных, а в знаменателях записаны коэффициенты
нормирования.
Эффективность использования
полученных производственных функций заключается в том, что они дают возможность
более точно определять потребность животных в обменной энергии при любом
фиксированном значении живой массы в интервале от 500 до 700 кг и жирности
молока в интервалах, не включенных в детализированные нормы.
Следующим наиболее существенным
фактором, определяющим эффективность кормления животных и требующим
дифференциации, служит уровень потребления сухого вещества в зависимости от
живой массы, уровня продуктивности животного и концентрации обменной энергии в
сухом веществе рациона. С этой целью была построена система производственных
функций, отражающих суточное потребление сухого вещества (на 100кг живой массы)
в зависимости: - от удоя на фоне фиксированных числовых значений живой массы;
от живой массы животного при
фиксированном числовом значении молочной продуктивности;
от различных (реальных) сочетаний
числовых значений живой массы животного, молочной продуктивности и концентрации
энергии в сухом веществе используемых рационов.
Ниже приводятся эти системы
уравнений и результаты их оценки.
Потребление сухого вещества (У2) в
зависимости от уровня продуктивности (х3р), кг/100 кг живой массы:
У2 = 1,957 + 0,390 х3р при живой
массе 400 кг R2=0,98 [2а]
У2 = 1,735 + 0,425 х3р при живой
массе 500 кг R2=0,98 [2b]
У2 = 1,90 + 0,380 х3р при живой
массе 600 кг R2=0,99[2c]
У2 = 1,955 + 0,354 х3р при живой
массе 700 кг R2=0,99[2d]
Согласно приведенным уравнениям,
между изучаемыми показателями существует практически линейная зависимость, в
силу которой, увеличение или уменьшение молочной продуктивности на 1кг изменяет
потребление сухого вещества на 0,35-0,42кг.
Сопоставление расчетного потребления
сухого вещества, исходя из анализа производственных функций, с нормативными его
значениями показало, что последние существенно завышены. Так, при суточном удое
коров от 10 до 20 кг и свыше 25 кг молока это превышение составляет около 0,8 и
0,4 кг на каждый килограмм изменения молочной продуктивности соответственно.
Такие расхождения в показателях потребления сухого вещества между расчетными и
нормативными величинами связаны с тем, что система производственных функций [2а-2d] отражает
зависимость потребления сухого вещества от продуктивности при фиксированном
значении живой массы. А в нормах кормления, например, под показателем «живая
масса 600 кг» объединяются показатели для группы животных, имеющих живую массу
от 600 до 700 кг. А это означает, что при практическом использовании норм
кормления, специалист может произвольно их дифференцировать путем простого
арифметического расчета, что во многих случаях приводит к грубейшей ошибке при
оценке реально допустимого уровня потребления сухого вещества.
Для подтверждения этого заключения
была получена система производственных функций (с использованием в качестве
исходной информации вышеприведенных норм кормления), позволившая с высоким
уровнем статистической надежности оценить влияние живой массы (при
фиксированном значении молочной продуктивности) на уровень потребления сухого
вещества рациона:
У2= 3,854 - 0,19 х2р при суточной
продуктивности 12 кг… R2=0,95[3а]
У2= 4,821 - 0,29 х2р при суточной
продуктивности 18 кг R2=0,96.[3b]
У2= 5,930 - 0,41 х2р при суточной
продуктивности 24 кг R2=0,97[3с]
У2= 6,230 - 0,42 х2р при суточной
продуктивности 28 кг R2=0,99[3d]
У2= 7,055 - 0,19 х2р при суточной
продуктивности 24 кг R2=0,96[3e]
Для подтверждения этого вывода нами
построена система производственных функций, отражающих зависимость потребления
сухого вещества рациона от суточной молочной продуктивности и концентрации
обменной энергии в рационе (х4):
У2 = 0,12 + 0,006х3р + 0,24х4р при
живой массе 400 кг R2=0,99 [4а]
У2 = 0,36 + 0,27х3р + 0,28х4р при
живой массе 500 кг R2=0,99 [4b]
У2 = 1,884 + 0,088х3р + 0,508х4р при
живой массе 600 кг R2=0,99 [4с]
У2 = 0,44 + 0,20х3р + 0,22х4р при
живой массе 700 кг R2=0,99 [4d]
Анализ системы уравнений [4а -4d] позволил
заключить, что возникающие в практике кормления расхождения между фактической и
расчетной продуктивностью коров при балансировании рационов по детализированным
нормам кормления, связаны с тем, что в них не обусловлены параметры,
регламентирующие качество рациона в зависимости от индивидуальных особенностей
животного. И, в частности, не регламентируется состав сухого
вещества по концентрации обменной энергии, которая должна меняться (возрастать
или снижаться) в зависимости от уровня суточной продуктивности, живой массы и
физиологического состояния животного. Кроме того, следует обратить внимание в
последующих работах на то, что современные нормы кормления дифференцированы по
суточной продуктивности (от 5 до 40 кг с разрывом в один килограмм) и не
учитываются различия в живой массе, если они меньше 100кг.
Потребление сухого вещества зависит
не только от индивидуальных (физиологических и генетических) особенностей
животного, но и от многих внешних факторов. Это физические, химические,
диетические и технологические свойства используемых кормов; структура и
энергетическая обеспеченность рационов; типы кормления, режимы и условия
кормления животных [Г.А. Богданов, О.Е. Привало,1883; Л.Г. Боярский,1988; К.М.
Солнцев,1991; Л.К. Эрнст, 1991; Н.А. Ларети,1999]. И только дифференцированная
количественная оценка уровня потребления сухого вещества рациона, в зависимости
от перечисленных факторов, не только обеспечит эффективную реализацию принципа
нормированного кормления сельскохозяйственных животных, но и позволит
прогнозировать продуктивное действие рационов в зависимости от их структуры и
режима использования.
Для решения такой задачи нами была
проведена серия экспериментальных исследований, общей продолжительностью более
350 дней, на 54 коровах, получавших силосно-сенажные рационы, с различным
уровнем концентрированных кормов.
Животные, отобранные для опытов,
обладали различным генетическим потенциалом продуктивности: живой массой от 480
до 720 кг и удоем за последнюю лактацию, предшествующую опытам, от 2500 до 5500
кг молока. При этом к началу учетного периода отобранные животные находились на
различных стадиях лактации (от 15 до 200 дней) и стельности (от 0 до 140 дней).
В соответствии с индивидуальными
особенностями (физиологическим состоянием, живой массой и суточной
продуктивностью) подопытные коровы получали рационы, дифференцированные по
удельному весу концентрированных кормов, которые скармливались в количестве от
250 до 450 г/кг надоенного молока.
Все это позволило получить и
сформировать массив исходной информации, экспериментального характера,
описывающей эффективность использования кормов, при широком диапазоне объема,
структуры и питательности рациона, а также индивидуальных особенностей
животных.
При этом физиологическое состояние
подопытных коров и суммарная продолжительность учетного периода опытов,
составляющая около 270 дней, дали возможность дифференцировать, при обработке
полученных результатов, влияние стадии лактации и периода стельности на уровень
потребления сухого вещества и эффективность использования питательных веществ корма
на синтез продукции. С этой целью были сформированы отдельные матрицы,
включающие исходную информацию, полученную на новотельных (опыт №1) и стельных
коровах, достигших второй половины лактации (опыт №2).
Анализ матрицы исходной информации
для построения моделей, (опыт №1), осуществленный методами «описательной
статистики» и «корреляционного» анализа подтвердило правильность заключения о
том, что в течение первых 100-120 дней лактации фактором, определяющим суточную
продуктивность и интенсивность раздоя животных, служит уровень потребления
сухого вещества на единицу живой массы. В свою очередь параметры потребления
сухого вещества являются функцией живой массы животного и качества задаваемого
корма, оцениваемого по концентрации обменной энергии. И, в частности,
результаты корреляционного анализа матрицы исходной информации позволили
выявить наиболее существенные факторы, определяющие уровень потребления сухого
вещества на 100 кг живой массы животного в период раздоя и первые 150 дней
лактации.
Это, прежде всего, живая масса
животного, r= - 0,411;
продолжительность периода (дней), прошедших после отела, r= - 0,442; суточное
поступление обменной энергии, которое зависит от её концентрации в сухом
веществе задаваемого корма, r=0,597. При этом, не
смотря на то, что максимальное значение коэффициента корреляции, равное r=0,808, отмечается
между величинами потребления сухого вещества и суточным удоем, мы пришли к
заключению, что этот показатель не является фактором, определяющим уровень
потребления сухого вещества. Наоборот, именно уровень потребления сухого
вещества, количественное поступление ОЭ и сырого протеина являются факторами,
определяющими уровень продуктивности, что подтверждается присутствием
мультиколлениарности, равной r=0,854…0,933,
между
суточным потреблением сухого вещества, поступлением обменной энергии, сырого
протеина и суточным удоем соответственно.
Именно присутствие
мультиколлениарности, между выше приведенными величинами, определило тип
модели. И, в частности, была получена система уравнений с выходным параметром (Уудой)
- суточный удой, который в уравнении [5а] описывается величиной потребления
сухого вещества на 100 кг живой массы (х
), а в [5b] -
концентрацией обменной энергии в сухом веществе рациона (хКОЭ):
Уудой = 12,166х
- 15,781, R2=0,80[5а]
Уудой = 10,835хКОЭ - 91,32, R2=0,897 [5b]
Преобразование системы уравнений [5а
и 5b] к виду
х= 
[5с]
позволило получить формулу расчета
потребления сухого вещества через концентрацию обменной энергии, но в которой
учтено влияние живой массы, суточной продуктивности, периода лактации (от 15 до
200 дней).
У = 4,14 -
0,0008х1-0,00184х2+0,078х8-0,115х9, R2=0,88[6а]
Однако, анализ полученной модели
[6а] показал, что величина х1 практически не несет никакой
функциональной нагрузки, а лишь снижает долю влияния других величин,
описывающих выходной параметр. В связи с этим из состава модели [6а] была
исключена величина х1, и получена модель следующего вида:
У= 4,57 - 0,00201х2 + 0,0923х8
- 0,166 х9, R2=0,87[6b]
Далее для упрощения модели
количественное значение величины х8 (суточная продуктивность) было
описано, через показатель потребления сухого вещества (У) и
концентрацию сырого протеина (х9), уравнением следующего вида:
х8 = 9,687 * (У) + 1,9х9 -
27,06 2=0,92[6с]
Преобразование системы уравнений [6b и 6с]
позволило получить математическое выражение, описывающее количественное
потребление сухого вещества через показатели живой массы и концентрации сырого
протеина в рационе. Апробация последнего показала, что ошибка между расчетным и
фактическим потреблением сухого вещества находится в пределах 2,89…5, 90 %.
При этом с повышением значения живой
массы от 570 до 624 кг ошибка снижается, достигая минимума. Последующий анализ
полученных зависимостей дает основание утверждать, что эта ошибка может быть
минимизирована практически до полного её устранения, если в полученное
математическое выражение ввести величину, характеризующую сроки стельности. На
основании проведенных исследований можно заключить, что модели, полученные по
результатам экспериментальных исследований (опыты №1 и №2) обладают высокой
адекватностью описания исследуемого процесса (R2=0,897…0,95)
в
пределах количественных значений исходной информации, на основе
которой получены эти модели.