CC BY
61
ОЦЕНКА ПИТАТЕЛЬНОСТИ ЗЕЛЕНЫХ КОРМОВ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
О.Е. Привало, К.И. Привало, Н.А. Костенко
Таблица 1 - Результаты описательной статистики химического состава и энергетической ценности зеленого корма из озимой ржи _
Показатели 1 2 3 4 5 6
ОЭ, КОЭ Сухое вещество, г/кг том числе, %
МДж/кг протеин жир клетчатка зола
Среднее 2,1 9,55 224,3 14,5 3,18 27,52 8,44
Стандартное отклонение 0,1 0,26 12,1 0,84 0,12 1,3 0,36
Наибольшее 3,23 13,8 382 27,3 4,38 42,4 13,9
Наименьшее 1,48 6,6 150 7,1 2,14 15,2 4,75
Уровень надежности по Стью-денту 0,19 0,54 24,8 1,73 0,25 2,69 0,74
Аннотация. Обосновывается один из эффективных методов - метод математического моделирования контроля питательной ценности зеленых кормов и кормовых смесей.
Ключевые слова: зеленые корма и кормосмеси, математическая модель, корреляция, энергетическая ценность, сухое вещество, сырой протеин, зола, сырой жир, обменная энергия.
При организации кормления в летний период КРС с использованием свежескошенных или пастбищных кормов возникает острая необходимость в постоянном контроле их питательной ценности. Одним из эффективных, на наш взгляд, методом контроля является построение и анализ математических моделей, описывающих питательность зеленых кормов.
Для построения моделей необходимо:
- сформировать матрицы исходной информации, характеризующие химический состав и энергетическую ценность зеленой массы, злаковых и бобовых культур;
- выбрать комплексный показатель, характеризующий энергетическую ценность корма (выходной параметр);
- провести корреляционный анализ, который позволяет выявить силу влияния показателей питательности корма на выходной параметр;
- обосновать вид математической модели, адекватно описывающую энергетическую ценность зеленного корма, применительно к особенностям химического состава изучаемой культуры;
- построить регрессионную модель и провести ее анализ.
Ниже, в качестве примера приведен подробный алгоритм построения системы уравнений, описывающих химический состав и энергетическую питательность зеленой массы озимой ржи, одной из наиболее распространенных и продуктивных промежуточных культур в полевых севооборотах Европейской части РФ.
Благодаря своим биологическим особенностям (высевается осенью, а убирается ранней весной), озимая рожь рационально использует влагу и питательные вещества, накопленные в почве за зимний период, формирует высокие и устойчивые урожаи, обеспечивает животноводство не только первыми и самыми дешевыми зелеными кормами, но и высокопитательным сырьем для приготовления травяного силоса.
Анализ массива исходной информации, полученной в сельскохозяйственных организациях Медвенского района Курской области, проведенный методом «Описательной статистики» показал, что энергетическая ценность зеленой массы озимой ржи изменяется в пределах от 1,48 до 3,23 МДж/кг при натуральной влажности, в зависимости от сроков её уборки. При этом среднее значение КОЭ (концентрации обменной энергии) находится в пределах 9,55±0,542 МДж/кг с колебаниями от 6,62 до 13,76 МДж/кг (таблица 1).
Такой размах колебаний в энергетической ценности зеленого корма, приготовленного из озимой ржи, связан с высокой интенсивностью её созревания. В связи с этим за короткий промежуток времени (7-10 дней), содержание сухого вещества в растении возрастает от 150 до 382 г/кг, при одновременном увеличении уровня клетчатки в 2,78 раза соответственно.
Широкая изменчивость параметров химического состава корма в короткие временные промежутки, создает острую необходимость на протяжении всего периода её производственного использования ежедневного контроля над содержанием сухого вещества и КОЭ в зеленой массе озимой ржи.
Для реализации такого контроля был осуществлен предварительный множественной корреляционной анализ. Установлена степень тесноты связи (зависимости) между энергетической ценностью зеленой массы озимой ржи, содержанием сухого вещества и его химическим составом (таблица 2).
Таблица 2 - Корреляционная зависимость между энергетической ценностью и химическим составом зеленой массы озимой ржи __
1 2 3 4 5 6
КОЭ сухое вещество том числе, %
сырые
протеин жир клетчатка зола
1 1
2 -0,514 1
3 0,552 -0,675 1
4 0,564 -0,431 0,316 1
5 -0,465 0,679 -0,693 -0,304 1
6 -0,107 -0,423 0,473 -0,020 -0,407 1
Так, значение коэффициента корреляции между КОЭ и содержанием сухого вещества, равное г=-0,514, подтверждает, что оптимальные сроки уборки озимой ржи на зеленый корм следует определять по содержанию сухого вещества. Но сухое вещество без учета его химического состава, который изменяется в процессе созревания растения, объективно не отражает его питательную ценность.
Об этом свидетельствуют коэффициенты коррелятивной зависимости между содержанием сухого вещества и концентрацией в нем сырого протеина и сырого жира. Достоверность характера такой коррелятивной зависимости между содержанием сухого вещества и его составляющими подтверждается динамикой химического состава и энергетической ценности зеленой массы озимой ржи, в процессе её вегетации.
В процессе развития растения от кущения до цветения содержание сухого вещества в зеленой массе озимой ржи возрастает в пределах 164-181 - до 219-323 г/кг, а
Таблица 4 - Химический состав и энергетическая ценность зеленой массы кукурузы_
Показатели Столбцы №
1 2 | 3 | 4 | 5 6
Сухое вещество, г Сырые питательные вещества, г МДж
протеин жир клетчатка зола
Среднее 197 22,2 6,13 57,0 18,1 1,89
Стандартное отклонение 9,3 0,61 0,5 3,9 0,9 0,1
Наибольшее 351 38 20 132 32 3,28
Наименьшее 119 16 3 21 7 1,1
Уровень надежности по Стьюденту 18,8 1,2 1,0 8,0 1,8 0,18
обменной энергии - в пределах 2,10-1,83 до 2,0-2,85 МДж/кг. При этом концентрация обменной энергии в сухом веществе снижается от 12,8-11,11 до 9,13-8,82 МДж/кг, или в 1,34 раза.
С учетом проведенного анализа матрицы исходной информации, было построено две регрессионные модели.. При этом, в первой из них [1] выходным параметром служило количественное значение обменной энергии (Уоэ), описываемое содержанием сухого вещества (х]) и концентрацией в нем сырого протеина (х2).
Во второй модели [2] концентрация сырого протеина (Усп) описывалась содержанием сухого вещества (х1) и концентрацией в нем сырой золы (х5) соответственно. Модели имеют вид:
Уоэ = 0,0998 + 0,0076х1+ 0,0203х2, Я2= 0,78 (1) Усп = 27,72- 0,039 х1 + 0,099х5, Я2 = 0,84 (2)
После алгебраических преобразований приведенной системы уравнений, для расчета энергетической питательности зеленой массы озимой ржи по содержанию сухого вещества и сырой золы получим формулу: Уоэ = 0,663 + 0,0068 х1 + 0,002х5, (3)
Анализ уравнений [1] и [3] показывает, что, если содержание сухого вещества в зеленой массе озимой ржи изменяется от 150 до 224г/кг, то при этом достигается максимальный выход обменной энергии и сырого протеина в урожае фитомассы при КОЭ = 9,81 - 9,89 МДж/кг (таблица 3).
Таблица 3 - Энергетическая и протеиновая ценность
Для практического использования системы уравнений, описывающей энергетическую ценность зеленой массы озимой ржи, как и других видов кормов, необходимо на месте определять содержание сухого вещества и сырой золы. В последующем, по мере накопления аналитических данных по химическому составу и энергетической ценности, как используемых кормов, так и полнорационных кормовых смесей, используя предложенный метод, можно осуществлять построение своих систем уравнений и моделей, что позволит получать более объективную информацию.
При этом преимущество предложенной системы, позволяющей осуществлять оперативный контроль над энергетической ценностью используемых кормов, заключается в том, что она обладает системной ошибкой, зависящей от конкретных условий производства, значение которой в процессе практического использования может быть установлено и введена соответствующая поправка.
Интересные результаты получены при изучении питательной ценности и других зеленых кормов и кор-мосмесей (овса, кукурузы, ячменя, гороха и других). Приведем некоторые результаты исследований по зеленой массе кукурузы (таблица 4).
Учитывая значительную продолжительность периода производственного использования кукурузы (до 60 и более дней) и связанную с ней широкую изменчивость в содержании сухого вещества, при формировании матрицы для построения регрессионного анализа, химический состав и энергетическая ценность зеленой массы кукурузы были пересчитаны на сухое вещество.
Это значительно повысило статистическую надежность средних значений, включенных в состав таблицы 4, и выявить наиболее существенные корреляционные зависимости, позволившие обосновать вид и состав уравнений. Так, в результате корреляционного анализа была установлена зависимость содержания обменной энергии от концентрации сырого протеина и золы с коэффициентами корреляции г = - 0,797 и г = - 0,485 соответственно.
Для описания энергетической ценности зеленой массы кукурузы (Уоэ), взяты показатели концентрации сырого протеина (х2) и сырой золы (х5), % от сухого вещества. А для описания концентрации сырого протеина (Усп) в качестве независимых переменных величин, описывающих выходной параметр были использованы содержание сухого вещества (х1) и концентрация сырой золы (х5).
Таким образом, была получена система уравнений следующего вида:
Уоэ = 3,795 - 0,13х2 - 0,035х5, Я2=0,813, [4]
Усп = 18 - 0,038х1 + 0,169х5, Я2=0,780, [5]
Из уравнений [4] и [5] получена формула для расчета энергетической ценности зеленой массы кукурузы по содержанию в ней сухого вещества и концентрации в нем сырой золы:
Уоэ = 1,457 + 0,0049х1 - 0,05 7х5, [ 6]
Анализ полученной формулы позволил определить уровни энергетической ценности (содержание обменной энергии, ее концентрации в сухом веществе) зеленой массы кукурузы, убранной в различные фазы вегетации, в зависимости от содержания золы в сухом веществе (таблица 5).
Таблица 5 - Питательность зеленой массы кукурузы
Содержание Энергетическая ценность
сухое вещество, г х1 сырая зола, % х5 МДж/кг Уоэ КОЭ, Уоэ —*1000 х1
119 9,57 1,495 12,56
196 6,63 2,00 10,20
214 7,01 2,21 10,33
262 4,73 2,76 10,33
305 9,84 2,82 9,25
Приведенный метод контроля питательной ценности озимой ржи и кукурузы может быть использован и
зеленой массы озимой ржи
Содержание Энергетическая ценность Концентрация сырого протеина, % х5
сухое вещество, г х1 сырая зола, % х5 МДж/кг Уоэ КОЭ, Уоэ —*1000 х1
150 4,75 1,683 11,22 21,40
150 8,44 1,700 11,33 22,70
150 13,90 1,711 11,41 23,25
224 4,75 2,197 9,81 19,45
224 8,44 2,205 9,84 19,82
224 13,90 2,216 9,89 20,36
382 4,75 3,269 8,56 13,29
382 8,44 3,277 8,58 13,66
382 13,90 3,288 8,60 14,20
для других зеленых кормов и кормовых смесей. Основные трудности во всех случаях могут возникать при получении исходной информации и формировании матрицы для построения регрессионной модели. Но в сравнение с возможностью получить с высокой достоверностью желаемый результат это лишь затруднения временного характера.
Тем более, определение содержания сухого вещества и золы в нем не требует особого лабораторного оборудования, специальной подготовки исполнителя, больших затрат времени и материальных средств. Тем более, что существуют электронные влагомеры, позволяющие моментально измерить влажность растительного сырья.
Список использованных источников
1 Продуктивное действие сухого вещества рациона при производстве молока /О.Е. Привало, В.В. Ансимов, Л.Э. Малыхина, В.А. Самойлов // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - №1. - С.76-79.
2 Привало О.Е., Мамонова Л.Г., Москалев А.А. Молочная продуктивность коров в зависимости от условий кормления // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2010. - №3. - С.71-74.
3 Эффективность реализации энергетического питания молочного скота и методы, ее повышающие / О.Е. Привало, К.И. Привало, Н.А. Чепелев и др. // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - №2. -С.91-94.
Информация об авторах
Привало Олег Евгеньевич, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры разведения сельскохозяйственных животных и зоогигиены ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
Привало Клавдия Ильинична, доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры математики, физики и технической механики ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
Костенко Наталья Александровна, старший преподаватель кафедры математики, физики и технической механики ФГБОУ ВПО «Курская ГСХА».
