CPM_Dairy奶牛饲料配方软件简介及其应用.doc

精品CPM-Dairy 奶牛饲料配方软件简介及其应用 刘婵娟 1赵向辉 1,2曹阳春 1姚军虎 1（1.西北农林科技大学 陕西杨凌 712100；2.江西农业大学 江西南昌 330045）摘 要：文章简要介绍了 CPM-Dairy 奶牛配方软件的发展历程及主要功能，并较详细介绍了软件的使用方法，以期为提高我国奶牛精准饲养水平和养殖效率提供基本资料。关键词：CPM-Dairy；CNCPS；配方软件；奶牛doi：10.13302/ki.fi.2014.17.019中图分类号：S816.31文献标识码：A文章编号：1001-991X（2014）17-0076-03Application of CPM-Dairy software in the domestic and international dairy formulaLiu Chanjuan, Zhao Xianghui, Cao Yangchun, Yao JunhuAbstract：As a widely used to improve CPM-Dairy software in China dairy in the dietary formulation. The development and function of cow formulation software were summarized in this paper, and introduces in de tail the method of using software. With the dairy cow precision nutrient management (DNM) system for continuous improvement, the application of this software in China will spread.Key words：CPM-Dairy；CNCPS；software for feed formulation；cowsCPM-Dairy 1.0 是由 Boston 等2 在 CNCPS v4.0 的基础上，用 C 语言编程，综合应用修订后的 NRC 营养 模型和 CNCPS 体系对饲料碳水化合物和蛋白质分 类方法与计算模型开发研制成功的，主要应用于北 美的肉牛与奶牛饲养场日粮营养诊断。当时的软件 并 未 考 虑 微 生 物 和 脂 肪 酸 代 谢 。 Ruiz、Cannas 和 Lanzas 等 进 一 步 发 展 与 完 善 了 该 软 件 ，CPM-Dairy2.0 和 3.0 于 2003 年 出 版 。 目 前 广 泛 使 用 的 CPM-Dairy 3.0 是在 CNCPS v5.0 基础之上开发的新 版 本 ，是 通 过 Microsoft Visual Basic 6.0 编 辑 用 户 界 面，MicrosoftC+6.0 程序和可行性二次序列非线性规 划 法 3 进 行 配 方 的 计 算 和 优 化 ，Microsoft Access2000 存储数据库默认值，包括当前饲料数据库值4。2 CPM-Dairy 的功能CPM-Dairy 软件通过对大量饲料及试验数据的 回归分析，集奶牛饲料配方的预测、评价和优化功能饲料营养价值的准确评价，是研究动物营养需要和设计日粮配方的前提和基础。在最低成本下满 足动物的营养需要则是动物日粮配合的主要目标之 一。CPM-Dairy 是基于康奈尔大学净碳水化合物净 蛋白质体系（CNCPS）研究开发的目前世界上最先进 的奶牛配方软件1。该软件在日粮配方设计中，考虑 了动物、环境与管理、饲料在瘤胃内的消化与流通速 率等因素，充分反映了动物类型、生产水平、环境、饲 料组成及管理间的交互作用，体现了软件的动态性 和精准性。CPM-Dairy 奶牛配方软件已在全世界 42 个国家的规模化奶牛场得到广泛应用，而在我国的 应用并不十分广泛。因此，了解 CPM-Dairy 的发展、 影响因素及软件的使用方法等，对提高我国奶牛养 殖效率具有重要的现实意义。1CPM-Dairy 发展史5于一体 。其功能由原来只能对单一奶牛的营养水平进行评价，发展到可对整个牛群的营养水平进行 准确评价。优化奶牛的饲喂程序，实现在最低成本 下 满 足 动 物 的 营 养 需 要 是 养 殖 业 的 重 要 目 标 。 CPM-Dairy 软件将饲料成本也加入运行，加强对饲 料配方的直观评价效率。CPM-Dairy 提供计算奶牛在不同生产及生理状 态（动物、环境以及饲料的物化组成等）对营养需要作者简介：刘婵娟，硕士，主要从事反刍动物营养调控研究。 通讯作者：姚军虎，教授，博士生导师。 收稿日期：2014-02-24基 金 项 目 ：科 技 部 国 际 科 技 合 作 与 交 流 专 项2010DFB34230；国家科技支撑计划2012BAD12B02；陕西 省“13115”科 技 创 新 工 程 技 术 研 究 中 心 项 目 2010ZDGC-0276感谢下载载2014 年第 35 卷第 17 期总第 470 期及供应的数学模型。利用饲料 CHO 和 CP 在瘤胃中的降解率以及流通速率来评估瘤胃发酵，微生物生 长 ，并 提 供 预 测 从 瘤 胃 中 逃 逸 后 在 小 肠 中 降 解 的 CHO 和 CP 量，以及动物体的代谢能和代谢蛋白模 型。CPM-Dairy 3.0 接受了 CHO 扩展方案，对个体饲 料的特征描述和预测长链脂肪酸在瘤胃中的代谢及 小肠中吸收的子模型的精确性更强。软件模型应用 非线性优化算法，在考虑奶牛不同生产阶段和生 产 状态，饲料可利用性和环境条件的限制时，期望构建 最低成本日粮并自动平衡日粮。研究表明，CNCPS 体系对 90%以上变量的预测 结果与实际生产的偏差只有 1.3%6。Tedeschi 等7使用 CPM-Dairy 3.0 对 228 头泌乳奶牛的实测与模型预测 乳 产 量 值 进 行 线 性 回 归 ，结 果 表 明 ，模 型 可 对79.8% 的 变 量 做 出 正 确 预 测 ，整 合 相 关 系 数 高 达0.9978-9，预测的均方根误差为 5.14 kg/d，且 87.3%的 均方根源于随机误差10，对高产奶牛的乳产量预测 系统误差很小。说明在准确提供动物体征、环境状 况 、管 理 方 式 、饲 料 成 分 及 采 食 情 况 等 信 息 时 ， CPM-Dairy 3.0 软件可准确预测奶牛乳产量。CPM-Dairy 软件是在 CNCPS 的基础上，应用最 新的营养学研究成果等先进技术，内含超过 1 600 个 公式和 800 多个变量4。美国 19891998 年的 10 年 中 奶 牛 平 均 单 产 提 高 了 20% ，其 中 包 括 了 CPM-Dairy/CNCPS 的贡献。3 CPM-Dairy 应用限制因素CPM-Dairy 奶牛配方软件已在世界多国得到推 广，而在中国的使用受到数据库中饲料原料信息的 极大限制，严重制约了 CPM-Dairy/CNCPS 在我国奶 牛精准日粮配方中应用。主要原因是饲料信息主要 源自欧美国家，饲料原料种类及饲料质量都与国内 有较大差异。为此，刘婵娟11 在 CPM-Dairy 数据库的基础上， 收 集 并 测 定 我 国 奶 牛 常 用 的 20 种 饲 料 原 料 ，共 计1 505 个 样 品 ，建 立 了 中 国 奶 牛 常 用 饲 料 原 料 数 据 库。本课题组就奶牛精准营养管理系统（DNM）获 得计算机软件著作权（2013），为提高我国奶牛养殖 效率，推广 CPM-Dairy/CNCPS 在中国奶牛养殖中的 应用奠定了基础。4 CPM-Dairy v 的使用首次使用本软件，需点击 File-New-Session 建立 新的会话界面。制作饲料配方前，需输入物理常量、农场、奶牛、所处环境与相关管理方式等准确信息。4.1 制作配方前需输入的相关信息在打开的 New Session 界面上方图标中依次找到 所需子菜单。物理常量（Constant）定义对话框，包含了对瘤胃 中纤维性碳水化合物（FC）和非纤维性碳水化合物（NFC）细菌的生长状况及两类细菌的消化性能、细 菌组成参数、代谢效率、牛乳品和组织中氨基酸的组 成、奶牛不同生长或生产阶段氨基酸代谢效率等的 详细描述。经营农场（Farm）菜单中，需定义本农场此次配 方的制作日期、制作人、机构名、农场名及特别需标 注的信息等。打开对动物（Animal）的描述界面，首先在动物 类型的下拉菜单中可选择小母牛、泌乳母牛或者干 奶期母牛。其次在下方的 Age/Weight 对话框中，填 写奶牛的准确信息，包括奶牛哺乳期、当前月龄、首 次产犊月龄、当前体重、成年体重、小牛初生重、母牛 妊娠天数以及目前体况评分。对于泌乳期奶牛，需 实时考核乳品质及乳价格等信息。在最下方对话框 中则是对不同生长期奶牛的体重及日增重的预测 值，对生产中奶牛的生长有一定参考意义。农场环境（Environment）界面信息包括当前温度 和湿度、同期之前的平均温度和湿度、风速、光照时 间、是否露天饲养、夜间最低温度、圈舍内泥深度及 覆盖动物体面积等信息。农场管理（Management）界面信息需选择饲养方 式（拴系或其他），并输入动物每天的站立时间、体位 变化次数、平地行走距离及斜面行走距离（行走主要 指饲养圈到挤奶厅之间）等信息。4.2饲料配方的配制 进入饲料库（Dictionary），分别在此系统所包含的 5 大类饲料（商业添加剂类、能量类、粗饲料类、微 量元素维生素类、蛋白类饲料）中选择所需饲料原 料。在此软件的饲料数据库中，每种饲料都有可能 细分为好几类，可根据每种饲料主要指标（比如粗饲 料中主要以 NDF 和 CP 等为主；蛋白质饲料以 CP 含 量为主）与实际需要最接近原则，将所需饲料原料选 至左侧 Feed Name 栏。而此时，上方饲料（Feed）编辑 图标由灰色变为彩色，意味着可对每种饲料的具体 成分含量及价格等进行编辑。饲料成分主要包括了 对蛋白质、碳水化合物、脂肪及脂肪酸、微量元素、维77理论研究生素及氨基酸组成等部分的定义，依实际情况输入各原料的价格。 每种饲料的用量（Amount）可通过左下角选择计量方法（百分比/风干基础/干物质基础），输入每种饲 料用量。4.2.1预测与评价 对每种饲料原料信息补充修改完成后，点击报告（Report）图标，从上方下拉框中选择报告中显示 数据的单位。以 CNCPS 模型报告单为例，进入界面 后，第一行是饲粮的估算价格。下表中信息依次显 示配方调研前提下，动物干物质采食量的需要量、模 型估计的采食量及其比率；所配制日粮中代谢蛋白 质和代谢能量含量，净蛋白质与代谢蛋白质比值等； 配制日粮中各详细成分的含量；瘤胃中 N 平衡模型 和氨基酸平衡模型；产奶量、配制日粮可提供代谢能 与代谢蛋白质、目标产乳量时所需代谢能和代谢蛋 白质等的预测。体现出软件对日粮配制较全面的预 测功能。通过此报告单中显示配制日粮的信息，体现出 了日粮中各成分的平衡程度。根据报告单，全面把 握所配制日粮信息，准确客观评价动物营养需要及 日粮不足之处，为不断完善配方设计提供依据。4.2.2优化 点击优化（Optimize），在非线性约束（NonLinearConstraints）对话框中，分别选择养分/微量元素维生 素/日 粮 基 础（By Nutrient/By MinVit/By Ingredients）， 对日粮重点把握成分的上下限进行限制。点击右上 角 OK 键，如日粮各成分符合要求，即出现“Calcula- tion finished successfully”，否 则 为“Infeasible Con- straits”。此时，可选择适度降低日粮部分成分的限制，或 者更换饲料原料。通过不断检测日粮平衡性，达到 配制最优日粮的目标。5小结CPM-Dairy 软件是目前将奶牛配方影响因素考 虑最全面的配方软件，随着奶牛精准营养管理体系（DNM）的建立，在中国奶牛养殖中的应用将拉开帷 幕。而对软件的不断完善，仍需要畜牧行业人的继 续努力，不断探索。参考文献1 Holub G. The use of CPM-Dairy as a nutrition management tool with mid-south twistC. Mid-South Ruminant Nutrition Conference. 2007,15-21.Boston R C, Fox D G, Sniffen C J, et al. The conversion of a sci entific model describing dairy cow nutrition and production to an industry tool: the CPM Dairy project.In: McNamara, J.P., France, J., Beever, D. (Eds.), Modelling Nutrient Utilization in Farm Ani mals. CABIP ublishing, Oxford. pp. 2000:361-377.Zhou J L, Tits A L Lawrence C T. UsersGuide for FFSQP ver sion 3.7: A FORTRAN Code forSolving Constrained Nonlin ear(Minimax) OptimizationProblems, Generating Iterates Satisfying All Inequality andLinear Constraints, p. 46. University of Mary land,College Park, MD: Electrical Engineering Departmentand In stitute for Systems Research.1997.Chalupa W, Boston R. Development of the CNCPS and CPM models: the sniffen affectC.2003.Fox D G, Tylutki T P,Tededeschi L O, et al. The net carbohydrate and protein system for evaluating herd nutrition and nutrient ex cretion M/Department of Animal Science,Cornell University 130Morrison Hall，Ithaca,New York. 2003.Fox D G,Tedeschi L O, Tylutki T P, et al. The Cornell net carbo hydrate and protein system model for evaluating herd nutrition and nutrientexcret