Физиологические  основы кормления  высокопродуктивных коров

(Лекция для слушателей РАМЖ)

п.  Быково, 2007 г.

                  Лекцию для слушателей подготовил:

Ли Виталий Ден-Хакович, доктор биологических наук, профессор кафедры технологий и менеджмента в животноводстве, ФГОУ  РАМЖ.

Рецензент: Попов Николай Иванович, кандидат сельско-хозяйственных наук, доцент, заведующий кафедрой технологий и менеджмента в животноводстве, ФГОУ  РАМЖ.

Издается по решению ученого Совета РАМЖ, протокол № 9

от 26 ноября 2007 года

                                                             Введение

         Питание является главным фактором, определяющим продук-тивность животных. Потребление корма зависит от функционального состояния пищевого центра или пищевой возбудимости – аппетита. Акт приема пищи влияет на биохимические показатели крови и нервную ткань. Важнейшее значение в регуляции потребления корма играет желудочно-кишечный тракт. Это влияние, обычно, рассматривают с двух позиций: емкостной системы и объемом желудка и скоростью прохождения пищевых масс. Роль желудочно-кишечного тракта как емкостной системы в регуляции аппетита заключается в наполнении желудка пищей и скорости их прохождения по всему пищеварительному тракту. Чувство голода или насыщения возникает в зависимости от наполненности желудка. Следовательно, чем быстрее усваивается пища или проходит через пищеварительный канал, тем быстрее наступает чувство голода и наоборот. Заполнение рубца и сетки пищевой массой в значительной степени оказывает влияние на прекращение приема пищи, так как 75% всей пищевой массы находится в этих отделах. Уникальность и важность происходящих в рубце процессов ферментации и переваривания питательных веществ кормов, не имеющей себе аналогов, заставляет отдельно остановиться на этом вопросе. Понимание и знание процессов ферментации в рубце поможет избежать многих ошибок при кормлении, оказывающих прямое или косвенное влияние на продуктивность, состояние здоровья, сроки использования животных и т.д.

1. Процессы пищеварения у жвачных

Пищеварение представляет собой сложный процесс, состоящий из серии взаимосвязанных реакций, происходящих в желудочно-кишечном тракте, где питательные вещества кормов расщепляются до простых веществ, всасываются в кровяное русло и разносятся ею ко всем органам и тканям организма. Органы пищеварения у жвачных состоят из функциональных органов (губы, язык, зубы), сложного желудка, тонкого и толстого отделов кишечника, каждый из которых выполняет специфические функции.

Первичную роль в потреблении кормов выполняют функцио-нальные органы. С помощью губ и языка захватывается порция корма, в ротовой полости измельчается и разжевывается зубами, смачивается слюной и через пищевод поступает в сетчатый желудок (рубец и сетка). В ротовой полости расположено много различных желез, выделяющих слюну различного состава. Средняя скорость слюноотделения во время еды около 120 мл в минуту и примерно 150 мл во время жвачки, а в спокойном состоянии – 60 мл/мин. Интенсивность слюноотделения и ее количество зависят от состава потребляемых кормов. Большое содержание грубых кормов в рационе удлиняет процесс жвачки до 10 часов, а общее количество выделенной слюны может составить 180 л и более. Интенсивность слюноотделения резко снижается при скармливании измельченных кормов или концентратов. При отсутствии или небольшом ее выделении кислотность рубцового содержимого возрастает, что значительно отражается на активности микроорганизмов. Общее количество выделяемой слюны зависит и от наличия и продолжительности жвачки. Процесс жвачки – необходимая часть пищеварительного процесса, особенно для усвоения волокнистых веществ. Здоровая корова совершает до 40-45 тысяч жевательных движений в сутки.

Слюна пропитывает корм, образуя массу влажностью78-93%. Слизь, выделяемая в составе слюны, придает кормовым частицам способность к флотации, а карбонаты уменьшают поверхностное натяжение химических веществ кормов и, вместе с тем, регулируют рН содержимого рубца. Далее следует ложный желудок, который состоит из четырех отделов: рубца, сетки, книжки и сычуга. Так как между рубцом и сеткой нет четкой границы и пищевые массы свободно смешиваются, их, обычно, объединяют общим названием сетчатый желудок. Он является самым тяжелым внутренним органом и вмещает в себя 2/3 содержимого желудочно-кишечного тракта. Масса пустого рубца составляет 44% от общей массы органов пищеварения, в свою очередь, масса желудочно-кишечного тракта, вместе с содержимым, достигает 25% и более от общей массы тела. У лактирующей коровы свободный от пищевой массы рубец примерно на 20% тяжелее, по сравнению с нелактирующей.

Около половины времени, необходимого для переваривания, пищевая масса находится в рубце (20-48 часов от общих 40-72 часов).  При сокращении рубца-сетки происходит смещение сетчато-рубцовой складки и содержимое эвакуируется через сетко-книжковое отверстие в книжку. Из нее, после дополнительной фильтрации обогащения мелкими частицами из межлистковых ниш книжки, эвакуируется в сычуг. Крупные частицы возвращаются в ротовую полость для дополнительного измельчения и размягчения слюной. Первые попытки жвачки появляются у телят на 7-8 день жизни. Частота жвачных периодов с возрастом увеличивается, достигая 7-8, а общая продолжительность жвачки составляет 7-8 часов в сутки. Продолжительность и частота жвачных периодов зависят, прежде всего, от доли грубых кормов в рационе и степени их измельчения. При кормлении  тонкоизмельченными кормами (концентраты, размол, травяная мука) частота жвачки сокращается до 5 раз, а продолжительность жвачных периодов до 5-10 минут и нередко наблюдается ложная жвачка. При кормлении одним сеном общая продолжительность жвачки достигает 10 часов. В ночные часы, особенно ближе к утру, жвачные периоды более интенсивные, чем в дневное время. В книжке перевариваемая масса распределяется между пластинами и значительно обезвоживается. Пластинчатая структура книжки способствует всасыванию большого количества воды и минеральных веществ, что предотвращает разбавление кислоты выделяемой сычугом и обеспечивает повторное поступление минеральных веществ со слюной. В сычуге, под действием ферментов и соляной кислоты, происходит переваривание питательных веществ и, по мере накапливания, они проталкиваются в двенадцатиперстную кишку. В тонком отделе кишечника, состоящем из двенад-цатиперстной, тощей и подвздошной кишок, происходит основное всасывание питательных веществ. В толстом отделе кишечника остатки пищевых масс подвергаются дополнительной микробной ферментации.

Повышенный интерес к процессам пищеварения в сложном желудке жвачных обусловлен специфичностью его строения и особенностями, происходящих в нем, процессов переваривания питательных веществ рациона. У жвачных эволюционно развитая способность ферментировать потребленные питательные вещества кормов  помощью симбиотической микрофлоры, особенно дешевых кормов с большим количеством клетчатки. Микроорганизмы не только ферментируют корм, но и размельчают клетчатку до частиц, которые могут быть использованы.

Преимуществами первичной ферментации питательных веществ в рубце-сетке является размер самого желудка, позволяющего вместить большое количество корма и задержать его относительно долгое время. Поэтому ферментируются даже очень медленно перевариваемые корма. Вторым и. наиболее важным преимуществом является  то, что микроорганизмы, размножающиеся и растущие в процессе ферментации корма в рубце-сетке, состоят, главным образом, из белка. Это бактериальная масса в составе рубцовой жидкости и мелких частиц корма переходит в сычуг, а затем в кишечник и составляет важнейший источник наиболее полноценного белка в питании жвачных. Подсчитано, что в рубце-сетке за сутки происходит накопление от 1 до 4 кг бактериальной массы. Следо-вательно, вклад биомассы в обеспечение потребностей организма в аминокислотах очень велик. Однако, необходимо отметить, что процесс ферментации не самый экономный способ переваривания кормов, особенно для концентрированных, ибо происходит сущест-венная потеря энергии и азота.. При ферментации, в среднем, теряется 6-15% энергии в виде метана и столько же в форме тепла.  Главным недостатком преджелудочного пищеварения является о, что некоторые формы питательных веществ, такие как крахмал зерна злаковых, не нуждается в ферментации, сопровождающейся к тому же потерей энергии. Микробы рубца ферментируют также и белок. Но при ферментации кормового белка, бактериального белка образуется меньше, чем при ферментации такого же количества целлюлозы.

Рост и развитие микроорганизмов рубца и количественные аспекты рубцовой ферментации в значительной мере зависят от концентрации водородных ионов в среде (кислотности  рубце). Буферные вещества способствуют поддержанию реакции рубцовой среды  в  определенных  границах. Нейтральной считают среду при рН – 6,5-7,0. При рН - 6,5-6,0 – слабокислой, рН - 6,0-5,5 среднекислой, а при значениях рН ниже 5,0 рубцовое содержимое полностью закисляется, что негативно влияет на рубцовый и промежуточный метаболизм. При рН – 7,1-7,5 слабощелочная, 7,5-8,0 –щелочная, а при 8,0 и более сильнощелочная, что также негативно.

Микроорганизмы рубца высокоактивны в слабокислой или в среде близкой к нейтральной. Так, из общего количества сухих веществ, поступающих в рубец, только около 30% проходят в нижележащие отделы пищеварительного тракта в неизменном виде, а остальные 70% превращаются микроорганизмами в растворимые и газообразные соединения, которые непосредственно из рубца всасываются в кровь или в виде газов теряются при отрыжке. Наибольшее значение имеет кислотность рубцового содержимого для целлюлозолитиков. Оптимальное значение рН для них – 6,4-7,0. Скорость роста популяции целлюлозолитических бактерий резко падает при снижении рН до 6,2 и полностью прекращается при значении ниже 6,0. Менее чувствительны к изменения кислотности рубцовой среды амилолитические бактерии, расщепляющие крахмал. Они функционируют при  рН от 5,5 до 7.0, а при значениях ниже 5,5 прекращают свой рост.

Во многом кислотность в рубце зависит от содержания клетчатки в рационе. Например: если клетчатки в рационе содержится 10% от сухого вещества, то рН рубцовой среды будет на уровне – 5,5; при 14% - 6,0; при 17-18% - 6,5; при 21-24 – 6,7-6,9. Одновременно, от содержания клетчатки в рационе зависит образование общей суммы ЛЖК, так и соотношение кислот брожения. При 10% клетчатки, образование уксусной и пропионовой кислот будет иметь соотношение 1 : 1; при 15% - 2 : 1; а при 20% - 3 : 1. В свою очередь от соотношения этих кислот зависит содержание жира в молоке. Так, при соотношении уксусной и пропионовой кислот 1 :1 содержание жира в молоке составит – 1,6-1,8%, при 2 : 1 – 2.55, при 3 : 1 – 3,6-4,0%.

Важным и реальны приемом, позволяющим влиять на потребление сухого вещества и кислотность в рубце является изменение частоты раздачи кормов. Так, при двух- и трехкратной раздаче, как это принято в хозяйствах, колебания значений рН велики и находятся в пределах 7,0-5,5, причем особенно резкое снижение происходит в первые часы после приема корма. Для сравнения, при 14-кратной раздаче кормов, значения рН, как в течение суток, так и в первые часы после кормления, незначительны и находятся в пределах 6,2-6.8. Оптимальной частотой раздачи кормов, по степени влияния на потребление сухого вещества, кислотности в рубце, процессы пищеварения, обмена веществ и продуктивности, является 4-5-разовая раздачи и, по сумме этих же показателей весьма близки 6-7-разовая раздачи. Оптимальной частотой раздачи концентрированных кормов является 6-8 разовая раздача, а оптимальное количество концентратов, выдаваемое за один раз – 1,6-1,8 кг, но не более 2,0 кг. В регулировании кислотности существенное место отводиться и временному интервалу между раздачами кормов. Наиболее физиологичным является 3-часовый и весьма близки к нему 2,5 и 3.5-часовые интервалы. Соблюдение этих условий обеспечивает наибольшее потребление сухого вещества, высокую степень переваримости питательных веществ и собственно скорости их переваривания.

Переваримость и скорость переваривания основных кормов.

Корма                 переваримость, %          скорость переваривания,              

                                                                                           час

          Патока                            95                                              0,5

         Свекла, турнепс            85                                              2 - 6

         Зерно злаковых             80                                            12- 14

         Зеленая трава                70                                             18-24

         Хороший клевер           70                                             12-18

         Плохое сено                40-50                                          30-48

         Солома                        35-40                                          45-55

         Хороший силос            75                                              16-24

         Хороший сенаж            75                                             18-28                         

Эти различия в скорости переваривания кормов необходимо знать для правильного понимания проблемы потребления корма жвачными.

2. Формирование рациона

Для удовлетворения всех потребностей роста, производства молока и функций воспроизводства корова должна получать корма, эффективно снабжающие организм необходимым количеством энергии, белков, углеводов, липидов, минералов и витаминов. Составление сбалансированного рациона заключается в комбини-ровании кормов в количествах, необходимых для удовлетворения ежедневных потребностей организма. Рацион считается сбаланси-рованным, если корма, потребленные в течение суток, содержат все необходимые питательные вещества. Критериями сбалансированного рациона являются, если рацион коров содержит: требуемое количество энергии; протеина – деградируемого и недеградируемого в рубце; неволокнистых углеводов (сахара); волокнистых углеводов (целлюлоза, гемицеллюлоза); летучих жирных кислот; макро- и микроэлементов; витаминов и сухого вещества в нужной пропорции с общим количеством кормов, которое она может потребить. Для правильного составления сбалансированного рациона необходимо знать факторы, определяющие потребность коров в питательных веществах. Ими являются: масса животного, уровень молочной продуктивности, состав молока, стадия лактации и количество лактации (первотелки растут и имеют дополнительные потребности).

         Другими факторами составления правильного рациона являются знание химического состава, влажности, специфических свойств кормов и максимально допустимое процентное содержание их в рационе. От этих факторов зависит подбор источников энергии и протеина в рационе. Неструктурные углеводы (легкорастворимые сахара и крахмал) содержатся во всех кормах, но в большинстве своем – в корнеклубнеплодах и концентратах. В волокнистой части кормов содержатся, в основном, целлюлоза и гемицеллюлоза. Их присутствие необходимо для поддержания процессов жвачки, слюноотделения, поддержания кислотности (рН) и как источник энергии.

Необходимо учитывать содержание небелкового азота в рационе, так как он является основным его источником для роста и развития микроорганизмов. Другая часть протеина должна быть устойчивой к микробиологическому разложению в рубце, что увеличивает фонд поступления аминокислот из кишечника. Далее, в практике, как правило, не учитывают потребность в воде. Принято считать, что при свободном доступе, корова сама регулирует количество выпитой воды. Между тем, на потребление воды влияют: потребление сухого вещества, уровень продуктивности, температура окружающей среды и потребления солей натрия. Вода является необходимым питательным элементом и при ее недостатке уровень продуктивности падает в тот же день. Растущие травы содержат 80-85%, концентраты 8-12 и сено12-16% влаги. Обычно корова выпивает 3,5-5.5 кг воды, в среднем 4,5 кг на каждый кг потребленного сухого вещества.

Потребление воды при различной температуре окружающей среды (корова с живой массой 600 кг, продуктивностью 20 кг молока)

Еще показатель сбалансированности рациона – концентрация питательных веществ в 1 кг сухого вещества. В среднем, лактирую-щие коровы с уровнем продуктивности до 5-5,5 тыс. кг молока в год потребляют 2,8-3,2 кг сухого вещества на 100 кг живой массы, высокопродуктивные -3,2-3,8 кг, а отдельные 4,0-4,5 кг. Для коров с продуктивностью до 20 кг молока концентрация энергии в 1 кг сухого вещества должна быть на уровне – 0,85-1,00 ЭКЕ (85-100 МДж ОЭ), свыше 20 – 1,05-1,15 ЭКЕ (105-115 МДж ОЭ) и ниже 10 кг молока – 0,8-0,85 ЭКЕ (80-85 МДж ОЭ). Содержание сырого протеина на 1 ЭКЕ для коров с удоем до 20 кг молока – 95-105 г, свыше 20 – 105-115 г и ниже 10 кг – 85-90 г.

Скармливание сбалансированных рационов осуществляется разными способами. Первый – приготовление полнорационной кормовой смеси (общий смешанный рацион – TMD). Преимущества этого способа: гарантированное потребление всех компонентов рациона, увеличение потребления сухого вещества, возможность использования кормов низкого качества, устранение неприятного запаха и получение однородной смеси, лишение животного фактора предпочтительности корма и устранение конкурентной борьбы между ними за корм и повышение молочной продуктивности. Второй способ – раздельное скармливание объемистых и концентрированных кормов. В этом случае, потребление зависит от выравненности технологической группы и индивидуальных особенностей животных. Белковые и минеральные добавки не рекомендуется давать отдельно, их следует включать в состав комбикормов.

Существуют общие правила кормления, следование которым способствует большему потреблению корма и лучшему его использованию. К этим правилам относят: чистоту в помещении, свежий и качественный корм, отсутствие посторонних запахов и раздражителей во время кормления, соблюдение распорядка дня с обязательным моционом животных.

2. Факторы  влияющие на потребление кормов

Объемистые корма (сено, силос, сенаж) являются самым дешевым источником питательных веществ в рационе, поэтому их количество, по возможности, рекомендуется увеличивать макси-мально. В зависимости от стадии лактации и продуктивности коров содержание объемистых кормов может варьировать от 30 (ранняя стадия лактации) до 95 % по питательности (запуск, период сухостоя). При этом содержание концентрированных кормов может колебаться от 0 до 60% по питательности рациона. Важный показатель – соотношение грубых и концентрированных кормов в рационе. Грубые корма (объемистые) содержат много клетчатки, энергетически бедного компонента из-за его невысокой переваримости, а концентраты богаты энергией. Поэтому рационы с высоким соотношением грубых и концентрированных кормов (30 : 70% по питательности) имеет низкое содержание энергии и пригоден ля кормления коров с удоем до 10 кг молока и сухостойных коров. Рационы с соотношением 60 : 40% используются для кормления коров с удоем до 20 кг молока. В начальной стадии  лактации, для создания высокой концентрации энергии, это соотношение может составлять 50 : 50%, а в отдельных случаях 40-45 : 55-60%. Последнее соотношение используется для коров с продуктивностью свыше 35 кг молока на пике лактации не более 3-4 недель. Физический объем рациона тесно связан с содержанием в кормах клетчатки. Чем выше содержание клетчатки, тем выше их объем на единицу массы. Объем рациона взаимосвязан и с соотношением грубые:концентрированные корма. Рацион с высоким содержанием грубых кормов будет иметь большой объем, чем рацион с таким же содержанием энергии, но с большим – концентратов. Если объем рациона излишне велик, то преждевременное наполнение рубца не позволит корове удовлетворить свои потребности. С другой стороны, рацион с высокой долей концентратов и энергии, хоть и переваривается лучше и меньше объемом, оказывает негативное влияние на здоровье животного и стоит дороже. Частичное регулирование потребления кормов возможно через энергетическую потребность коров. Так, в первой стадии лактации, с ростом молочной продуктивности увеличивается и энергетическая потребность, в результате животное потребляет больше кормов, но предел их потребления ограничен вместимостью рубца. Однако, потребление корма может быть большим при одной и той же вместимости рубца и зависит это от физических свойств питательных веществ и, в первую очередь, клетчатки. Чем выше степень лигнификации растений и выше содержание клетчатки в рационе, тем меньше и медленнее она переваривается. Следовательно, потребление кормов определяется, в основном. Тем. Насколько быстро рубец освобождается от клетчатки. Если вместимость главный лимитирующий фактор потребления кормов, то потребление энергии прямо зависит от усвояемости питательных веществ рациона. Иными словами, скорость эвакуации пищевых масс из рубца в нижележащие отделы зависит от скорости переваривания питательных веществ.

Потребление сухого вещества зависит от качества грубых кормов. Независимо от соотношения грубые:концентрированные корма в рационе, с улучшением качества грубых кормов повышается потребление сухого вещества.

Существенное влияние на потребление и, особенно, на переваримость кормов оказывает влияние предварительная подготовка концентратов к скармливанию. Обработка зерновой части концентратов способами экструдирования, микронизации, плющения, экспандирования повышает потребление основных кормов, а переваримость самих концентратов увеличивается до 90-95%. Не менее важное влияние на потребление и переваривание кормов оказывает правильная смена кормов. При резкой смене кормов, даже качественных, происходит так называемый кормовой стресс, сопровождающийся снижением потребления, и переваримости кормов. Связано это с адаптацией микрофлоры к новому корму и их смену следует проводить постепенно, в норме,  в течение 4-х недель, но не менее 2-х недель.

Еще одним фактором, ограничивающим потребление кормов, является стадия лактации. Известно, что пик потребления кормов наступает на 6-10 недель позже пика лактации. Из-за стельности, особенно в последние два месяца, когда масса плода увеличивается в два и более раза, объем пищеварительного аппарата существенно уменьшается. В связи с этим,  объем пищеварительного аппарата у высокопродуктивных коров в начальной стадии лактации составляет примерно 80% от возможного объема в пике потребления кормов.

Таким образом, существуют различные общебиологические и технологические факторы, которые, в значительной степени, затрудняют проведение полноценного сбалансированного кормления животных.