碳水化合物是奶牛日糧中比例最大的成分，約占干物質(zhì)總量70％以上，其主要作用是提供奶牛所需的能量。碳水化合物可分為纖維性和非纖維性兩個(gè)組分，在營(yíng)養(yǎng)學(xué)上將纖維定義為“飼料中被動(dòng)物緩慢消化或不被消化的飼料碳水化合物成分”。
Powell（1939）最早發(fā)現(xiàn)，給奶牛飼喂高精料、低粗料日糧會(huì)導(dǎo)致乳脂率下降。Van Soest（1963）通過(guò)大量奶牛試驗(yàn)結(jié)果的總結(jié)，證實(shí)了乳脂率與日糧纖維間的關(guān)系，并推斷日糧纖維含量和來(lái)源對(duì)乳脂率的影響可能與纖維的碎片大小有直接關(guān)系。目前；大多數(shù)研究都說(shuō)明：飼料精粗比、纖維的碎片大小、以及日糧的纖維水平等指標(biāo)都是影響奶牛生產(chǎn)性能的重要因素。Mertens（1985，1992）建議，中性洗滌纖維（Neutral detergent fiber， NDF）含量可以作為估測(cè)奶牛飼糧精粗比是否合適的重要指標(biāo)。但是，使用這一指標(biāo)配合奶牛日糧也不理想，因?yàn)楫?dāng)日糧纖維主要來(lái)源于較長(zhǎng)的粗飼料時(shí)，NDF在日糧中的含量可以很低，而當(dāng)日粗纖維主要來(lái)源于過(guò)短的粗飼料或其它非粗料成分時(shí)，NDF在日糧中的含量必須提高。也就是說(shuō)，使用NDF作為日糧纖維的指標(biāo)仍然不甚可靠，因而生產(chǎn)上提出了滿足奶牛日糧有效纖維（EffectiVe fiber）需要的問(wèn)題。
1 奶牛飼料有效纖維的概念
有效纖維的定義最初是指能有效保持乳脂率穩(wěn)定和動(dòng)物健康的那部分纖維。但是，當(dāng)使用乳脂率作為反應(yīng)指標(biāo)時(shí)，由于飼料化學(xué)成分不同產(chǎn)生的代謝影響，致使日糧纖維與其刺激咀嚼、唾液分泌以及瘤胃緩沖能力的物理有效性混淆不清。于是，1997年國(guó)外學(xué)者提出了兩個(gè)新的術(shù)語(yǔ)——有效中性洗滌纖維（eNDF，即 effective NDF）和物理有效中性洗滌纖維（peNDF，即 physically effective NDF）。eNDF是指有效維持乳脂率穩(wěn)定總能力的飼料特性；peNDF是指纖維的物理性質(zhì)（主要是碎片大?。?，刺激動(dòng)物咀嚼活動(dòng)和建立瘤胃內(nèi)容物兩相分層的能力。飼料peNDF總是低于其NDF含量，而eNDF既可以低于、也可以高于NDF含量。
2 產(chǎn)奶牛對(duì)日糧纖維的生理學(xué)反應(yīng)
與eNDF相關(guān)的動(dòng)物反應(yīng)是乳脂率變化。eNDF用于維持乳脂產(chǎn)生的有效性可從小于0（當(dāng)飼料對(duì)乳脂合成的有害作用大于其NDF刺激的正效應(yīng)時(shí)，如糖蜜、純化淀粉）到大于1（當(dāng)飼料對(duì)乳脂合成的促進(jìn)作用比刺激咀嚼活動(dòng)作用更明顯時(shí)）。盡管測(cè)定纖維有效性的基礎(chǔ)是NDF含量，但是NDF有效值大于1或小于0表明，飼料中其它刺激或降低乳脂產(chǎn)量的因素都可能會(huì)影響eNDF值。eNDF不僅包括所有與peNDF相關(guān)的因素，而且還包括與內(nèi)源緩沖能力或中和酸能力有關(guān)的飼料特性、脂肪含量與組成、可溶性碳水化合物、蛋白質(zhì)含量和揮發(fā)性脂肪酸（VFA）比例與產(chǎn)量等因素。
與peNDF密切相關(guān)的動(dòng)物反應(yīng)是咀嚼活動(dòng)變化。飼料peNDF=飼料NDF含量×該飼料的物理有效因于（pef，即 physical effectiveness factor）。pef變化范圍可從零（NDF不能刺激咀嚼活動(dòng)）到1（NDF刺激最大咀嚼活動(dòng)）。因?yàn)閜eNDF與飼料纖維含量、碎片大小和飼料顆粒在痛胃中變小有關(guān)，因此它與瘤胃內(nèi)容物的兩相分層密切相關(guān)。而后者又是決定大顆粒飼料在瘤胃中的選擇性滯留。刺激反芻和瘤胃蠕動(dòng)以及瘤胃發(fā)酵動(dòng)態(tài)和食糜排空等的重要因素。唾液緩沖液的分泌是維持瘤胃PH值的一個(gè)重要因素，因此，peNDF通過(guò)它與唾液緩沖液分泌和瘤胃pH值的關(guān)系來(lái)影響動(dòng)物的健康和乳脂率。
從概念上看，peNDF與纖維特性（fibrosity characteristic）、粗飼料價(jià)值指數(shù)
（roughage value index）、物理結(jié)構(gòu)（physical structure）和纖維指數(shù)（fibrosly index）都有關(guān)系。但是，與它們不同的是，peNDF是建立在固定范圍和參考價(jià)值這兩者基礎(chǔ)上的一個(gè)飼料屬性，而不是隨測(cè)定條件變化的生物學(xué)反應(yīng)（如單純的每kg飼料子物質(zhì)的咀嚼時(shí)間）。所以它可提供一個(gè)比測(cè)定咀嚼活動(dòng)更穩(wěn)定的“有效纖維”測(cè)定方法。
因?yàn)閜eNDF只與纖維的物理特性有關(guān)，因此它是一個(gè)比eNDF更具體的術(shù)語(yǔ)和概念。而在將來(lái)，隨著新的牛奶價(jià)格體系的實(shí)施，乳脂率的重要性將逐步下降。對(duì)于采食低纖維日糧的奶牛而言，將其應(yīng)激最小化就顯得尤為重要。雖然低乳脂率是反映日糧纖維供應(yīng)不合理的一個(gè)指標(biāo)，但是乳脂率變化可能不是反映奶牛瘤胃功能或身體健康狀況的最理想指標(biāo)。因此，eNDF作為防止奶牛采食量下降、瘤胃酸中毒、跛行或真胃易位的指標(biāo)時(shí)，不如peNDF敏感。
當(dāng)日糧精粗比上升引起乳脂率和瘤胃PH值下降時(shí)，很難判斷究竟是非纖維碳水化合物（nonfiher carbohydrates，即NFC）還是高易消化纖維造成的。用加工很細(xì)的粗飼料所進(jìn)行的研究表明，奶牛出現(xiàn)低乳脂率和瘤胃酸中毒常常是因?yàn)槿占Z中缺乏有效纖維而非總纖維所引起。大量研究（ Van Soest，1963；Sudweeks等，1981；Woodford等，1986，1988； Grant等，1990；Depies等，1995；Arthing-ton等，2000；Pereira等，2000Soita等， 2000）均表明，當(dāng)不改變?nèi)占ZNFC含量或比例時(shí)，對(duì)粗飼料進(jìn)行精細(xì)的切碎或碾磨等加工會(huì)降低奶牛瘤胃pH值和乳脂率。因此在日糧配制過(guò)程中，控制有效纖維水平比NFC比例更重要。
3測(cè)定飼料的peNDF含量的方法
飼料peNDF是其NDF含量和pef的函數(shù)。為了估測(cè)某種飼料的peNDF，必須具備下列條件：①通過(guò)化學(xué)分析確定飼料的NDF含量；②確定該飼料纖維的物理有效因子（Pef）；③用該飼料的NDF含量乘以其pef。
3．1 NDF含量的化學(xué)分析方法進(jìn)展
測(cè)定NDF的原始方法（Goering、Van Soest，1790）不能充分去除谷物精料或青貯飼料中存在的淀粉。Robertson和Van Soest（1980）以及Van Soest等人（1991，1995）提出中性洗滌殘余物則（NDR）的測(cè)定方法，即采用對(duì)熱和洗滌劑穩(wěn)定的淀粉酶去除淀粉。后來(lái)Mertens等人又提出了一種可用來(lái)測(cè)定所有類型飼料纖維的方法。與NDR所不同的是，后者用亞硫酸鈉去除污染的蛋白質(zhì)。
3．2 用生物學(xué)方法估測(cè)纖維有效性
為了評(píng)定纖維飼料的物理有效性，首要的工作是定義一個(gè)可用于所有纖維飼料的參比標(biāo)準(zhǔn)。Mertens （1997）的假設(shè)參比標(biāo)準(zhǔn)就是每kg干物質(zhì)或NDF應(yīng)該具有最大的咀嚼活動(dòng)。他建議，參比飼料應(yīng)該是含100％ NDF的長(zhǎng)干草，其pef為1，那么假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的peNDF為100。他估計(jì)0．4～2．0信維持水平采食量的非泌乳奶牛標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)干草每kg干物質(zhì)或NDF的咀嚼時(shí)間為 240min。不同長(zhǎng)干草之間咀嚼時(shí)間的變異主要與NDF含量有關(guān)，而且每kg NDF的咀嚼時(shí)間隨長(zhǎng)干草中 NDF的提高而提高。通過(guò)求解NDF含量與每kg于物質(zhì)或NDF總咀嚼時(shí)間的回歸方程，可以得出含100％ NDF長(zhǎng)干草的咀嚼活動(dòng)分別為 213或238 min／kg NDF。用協(xié)方差剔除采食量的差異，用每kg于物質(zhì)或NDF的咀嚼時(shí)間作為因變量，得到1．1倍維持水平的咀嚼活動(dòng)分別為 204或232 min／kg NDF。
減小飼料顆粒大小可以降低每kg NDF的咀嚼時(shí)間。Merten（1997）理論切短長(zhǎng)度和咀嚼活動(dòng)之間存在指數(shù)關(guān)系，并預(yù)測(cè)理論切短長(zhǎng)度為40、20、5 、1mm的牧草其咀嚼活動(dòng)分別為長(zhǎng)牧草的80、70、50、25％。
通過(guò)多元回歸得到25種NDF來(lái)源pef的估計(jì)值。假設(shè)在不采食飼料的情況下，動(dòng)物沒(méi)有咀嚼活動(dòng)，因此建立了一個(gè)過(guò)原點(diǎn)的線性回歸模型，建立每天每種飼料和每種物理形式的NDF采食量與總咀嚼時(shí)間之間的回歸關(guān)系。方程中的回歸系數(shù)代表每種來(lái)源和物理形式每kg NDF的咀嚼時(shí)間。用長(zhǎng)干草作為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出其他NDF來(lái)源的pef。某種纖維飼料的pef就等于該飼料的回歸系數(shù)除以長(zhǎng)干草的回歸系數(shù)。
3．3 實(shí)驗(yàn)室測(cè)定pef值
Mertens（1986）提出，只有那些碎片大到足夠能滯留于瘤胃而且需要咀嚼的纖維碎片才與粗飼料價(jià)值（或PeNDF值）有關(guān)。為了測(cè)定peNDF值，確定能滯留在瘤胃并需要反芻的飼料顆粒度至關(guān)重要。Dixon和Milligan（1981）報(bào)道，滯留在孔徑大于3．2mm篩孔上的飼料顆粒通過(guò)瘤胃的速度很慢，并且需要進(jìn)一步的咀嚼。Poppi等（1985）得出結(jié)論，
當(dāng)飼料顆粒度大于1．8 mm篩孔時(shí)，不易通過(guò)牛和羊的瘤胃。Cardoza（1985）測(cè)定了奶牛糞中的飼料顆粒，發(fā)現(xiàn)經(jīng)3．5 mm篩孔垂直振動(dòng)，篩上殘留物不超過(guò)5％。它的結(jié)果也表明，過(guò)1．18mm篩孔的飼料顆粒能迅速通過(guò)瘤胃，并很少刺激咀嚼。
Mertens（1986，1997）提出一個(gè)簡(jiǎn)單的融化學(xué)和物理學(xué)方法為一體的實(shí)驗(yàn)室方法來(lái)估計(jì)peNDF。通過(guò)化學(xué)方法測(cè)定某種飼料的NDF含量，并測(cè)定經(jīng)垂直振動(dòng)后保留在1．18mm篩孔上予物質(zhì)所占的比例。這里假設(shè)，過(guò)1．18mm篩孔的干物質(zhì)不刺激動(dòng)物的咀嚼活動(dòng)。因此，某種飼料的pef值應(yīng)與保留在1．18mm篩孔上干物質(zhì)所占的比例相同。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定PeNDF的主要缺陷是測(cè)定飼料顆粒大小的方法還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化。
雖然顆粒度分布可以作為估計(jì)pef值的一種實(shí)驗(yàn)室方法，但是用來(lái)測(cè)定顆粒大小分布的方法對(duì)結(jié)果有重要影響。根據(jù)這一方法，Murphy等（1997）報(bào)道，殘留在1．18mm篩孔上的粗飼料比例在0．75～0．90之間，這對(duì)估計(jì)飼料peNDF有很大的影響。他們同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，殘留在1．18mm篩孔上的精料比例也相似（0．45～0．65），這些比較的方法均是采用水平振動(dòng)來(lái)分離飼料顆粒。垂直振動(dòng)得到的1．18mm篩孔上的殘留飼料比例較水平振動(dòng)要低。長(zhǎng)的飼料顆粒傾向于連續(xù)彈跳最后縱向穿過(guò)篩孔。Mertens（1986）垂直振動(dòng)試驗(yàn)表明，保留在篩上的苜蓿和狗尾草長(zhǎng)寬比為10∶1，而玉米青貯為4∶1。這就表明，為了獲得相同顆粒大小的分布，水平振動(dòng)的篩孔應(yīng)比垂直振動(dòng)篩孔大4～10倍。
Lammers等（1996）描述了一個(gè)手工水平振動(dòng)的簡(jiǎn)單復(fù)篩系統(tǒng)。他們報(bào)道，分別通過(guò) 19和 8 mm篩孔的長(zhǎng)、中、短的玉米青貯和牧草青貯的殘留比例分別為 0．80、0．65、0．45和0．85、0．70、0．45。因此，根據(jù)Lammers等（1996）外推的分配結(jié)果推測(cè)，采用該方法，利用最小孔徑為 4和 6 mm的篩孔，得到的篩上殘留比例與通過(guò)咀嚼活動(dòng)測(cè)得的玉米青貯和牧草青貯的 pef相一致。因此，使用上述篩分法得到的殘留物比例將略微低于Mertens（1997）基于咀嚼活動(dòng)的pef值。
4建立滿足奶牛纖維最低需要量的體系
由于決定奶牛有效纖維需要量的因素很多，準(zhǔn)確測(cè)定有效纖維需要量是不容易的。日糧中纖維的作用主要體現(xiàn)在防止瘤胃酸中毒、蹄葉炎、肝膿腫、瘤胃角質(zhì)化、乳脂率降低和刺激咀嚼活動(dòng)、瘤胃蠕動(dòng)和唾液分泌等方面。在這些方面，保持穩(wěn)定的乳脂率和旺盛的咀嚼活動(dòng)，可能是人們?cè)诮M足奶牛有效纖維需要工作中所首先考慮的內(nèi)容。
Mertens （1997）通過(guò)比較日糧計(jì)算的peNDF值和采食該日糧奶牛的乳脂率、瘤胃pH之間的關(guān)系來(lái)估測(cè)奶牛最低peNDF需要量。對(duì)荷斯坦奶牛來(lái)說(shuō)，維持3.4％乳脂率大約需要飼糧含有19.7％的peNDF，而維持瘤胃平均pH值6.0約需22.3％的PeNDF。當(dāng)用玉米青貯、狗牙根干草或棉籽殼與狗牙根干革來(lái)配制滿足21％的peNDF最低需要量的日糧，它們只包括25％的粗飼料（玉米青貯中大約有50％莖稈），這比大多數(shù)營(yíng)養(yǎng)學(xué)家推薦的量都要低。雖然這些日糧應(yīng)該保證能夠刺激咀嚼時(shí)間，但是飼糧中包含過(guò)多的可發(fā)酵碳水化合物。所以這些飼糧可能導(dǎo)致瘤胃pH值（大約6．0）和中等乳脂率水平繼續(xù)下降。因此，含21％ peNDF的糧可能不宜長(zhǎng)時(shí)間飼喂奶牛。當(dāng)飼喂糟渣等副產(chǎn)品與少量狗牙根干草的混合飼料（每天大約提供 1．6 kg長(zhǎng)NDF）時(shí)，日糧中玉米用量大幅度降低。這表明，當(dāng)日糧由粗飼料和副產(chǎn)品飼料組成時(shí)，適于利用最低PeNDF需要量的原則配制日糧。
5小結(jié)
奶牛日粗纖維的化學(xué)和物理特性對(duì)于刺激奶牛咀嚼活動(dòng)和維持穩(wěn)定的乳脂率是十分重要的。奶牛對(duì)日糧中有效中性洗滌纖維水平的反應(yīng)是乳脂率變化，而對(duì)日糧物理有效中性洗滌纖維水平的反應(yīng)是其咀嚼活動(dòng)。奶牛咀嚼活動(dòng)不僅有助于唾液緩沖液分泌控制瘤胃pH，而且它也是決定瘤胃環(huán)境是否正常的一個(gè)指示劑（如瘤胃的兩相分層）。測(cè)定奶牛咀嚼活動(dòng)可用以估測(cè)pef值，以便計(jì)算飼料纖維的PeNDF。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室方法分析NDF含量和飼料顆粒度、也可直接估測(cè)peNDF。目前高產(chǎn)奶牛peNDF最低推薦量是占日糧干物質(zhì)的21％。當(dāng)粗飼料或棉籽殼作為唯一纖維來(lái)源時(shí)，該最低推薦量有可能導(dǎo)致瘤胃酸中毒和乳脂率下降，同時(shí)這種類型的日糧不宜長(zhǎng)時(shí)間飼喂。