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奶牛为了维持生命、生长发育、泌乳和繁衍后代，需要从外界摄取各种营养物质。高品质的饲料是保证奶牛生产性能发挥的重要条件，只有满足其营养需要量才能使奶牛的生产性能发挥到最佳。
干物质采食量是奶牛配合日粮中一个重要指标，影响奶牛干物质采食量的因素包括体重、产奶量、泌乳阶段、环境条件、日粮的精粗比例、饲料类型与品质、体况等。奶牛在泌乳开始的最初几天，采食量低；通常最大干物质采食量发生在产后10～14周。
（1）产奶牛 我国奶牛饲养标准（2004）中，产奶牛干物质采食量计算公式为：适用于偏精料型日粮的参考干物质进食量（kg/d）=0.062 W 0.75 （代谢体重）+0.40 Y （精粗料比约60∶40）；适用于偏粗料型日粮的参考干物质进食量（kg/d）=0.062 W 0.75 +0.45 Y （精粗料比约45∶55）。式中， W 为牛体重（kg）， Y 为含脂4%标准乳量（kg）。
一般而言，日产奶量在20～30kg的高产奶牛日进食日粮干物质占其体重的3.3%～3.6%；日产奶量在15～20kg的中产奶牛为2.8%～3.3%；日产奶量在10～15kg的低产奶牛为2.5%～2.8%；干乳期为1.8%～2.2%，围产期为2.0%～2.5%。
（2）生长母牛 我国奶牛饲养标准（2004）提出的生长母牛的干物质参考给量=NND×0.45。NND为奶牛能量单位。NRC（2001）提出荷斯坦后备母牛的干物质进食量为：DMI（kg/d）= BW 0.75 ×（0.2435×NEm-0.0466×NE m 2 -0.1128）÷ NEm。式中， BW 为体重（kg），NEm为维持净能（兆卡/千克，Mcal/kg）。
奶牛的一切生理过程包括采食、消化、吸收、生长、繁殖、泌乳、维持体温等都需要能量。奶牛所需要的能量主要来源于碳水化合物、脂肪和蛋白质。最重要的能源是从饲料中的碳水化合物（单糖、寡糖、淀粉、粗纤维等）在瘤胃的发酵产物——挥发性脂肪酸中取得的。脂肪和脂肪酸提供的能量约为碳水化合物的2.25倍，但作为饲料中的能源来说并不占主要的地位。我国的奶牛饲养标准（2004）将奶牛的产奶、维持、增重、妊娠和生长所需能量均统一用产奶净能表示（饲料能量转化为牛奶的能量称为产奶净能），并且采用相当于1kg含脂率为4%的标准乳所含的能量，即3.138MJ产奶净能作为一个“奶牛能量单位”，缩写为NND。也可用下式表示：NND=产奶净能（MJ）÷3.138。饲料产奶净能值的测算：产奶净能（MJ/kg干物质）=0.5501×消化能（MJ/kg干物质）-0.3958。
（1）成年母牛维持的能量需要 在适宜环境温度拴系饲养条件下，奶牛的维持需要（kJ）=293× W 0.75 。对自由运动可增加20%的能量，即293×120%=351.6 W 0.75 。由于第一和第二个泌乳期奶牛的生长尚未停止，因此，第一泌乳期的能量需要应在维持基础上增加20%，第二泌乳期应增加10%。式中， W 表示体重（kg）。放牧运动时，能量消耗明显增加。水平行走的维持需要见表2-4。
表2-4 水平行走的维持能量需要量（kJ/头·d）
注： W 表示体重（kg）。
牛在低气温条件下能量需要明显增加。在18℃基础上，平均每下降1℃ 24h产热增加2.5kJ/ W 0.75 。式中， W 表示体重（kg）。
① 产奶的能量需要 产奶的能量需要量=牛奶的能量含量×产奶量。牛奶的能量含量（kJ/kg）=1433.65+415.30×乳脂率或牛奶的能量含量（kJ/kg）=166.19+249.16×乳总干物质率。
② 产奶牛的体重变化与能量需要 成年母牛每增重1kg需25.10MJ产奶的净能，相当于8kg标准乳；每减重1kg可产生20.58MJ产奶净能，即6.56kg标准乳。
③ 产奶牛不同生理阶段的能量需要 分娩后泌乳初期阶段，母牛对能量进食不足，须动用体内贮存的能量去满足产奶需要。在此期间（产后15d内），应防止过度减重。
奶牛的最高日产奶量出现的时间不一致，但一般多出现在产后60d以内。因此，当食欲恢复后，可采用引导饲养，给量应稍高于需要。
奶牛妊娠的代谢能利用效率较低，妊娠第6、7、8、9月时，每天在维持基础上增加4.18MJ、7.11MJ、12.55MJ和20.92MJ产奶净能。
（2）生长公、母牛的能量需要
① 生长牛的维持能量需要 生长母牛的能量需要（kJ）=531× W 0.75 。在此基础上加10%的自由运动量，即为维持的需要量。
② 生长牛增重的能量需要 由于奶用生长牛的增重速度不如肉用牛那样快，为了应用方便，对奶用生长牛的净能需要量也统一用产奶净能表示。其产奶净能的需要量在增重的能量沉积上加以调整。
增重的能量沉积（MJ）=
增重所需产奶净能=增重的能量沉积×系数（表2-5）。
表2-5 增重的能量沉积换算成产奶净能的系数
生长公牛的维持能量需要与生长母牛相同。生长公牛增重的能量需要按生长母牛增重能量需要的90%计算。
（3）种公牛的能量需要 种公牛的能量需要（MJ）=0.398× W 0.75 。式中， W 为体重（kg）。
是构成奶牛生命活动的基础物质，如肌肉、皮肤、被毛、内脏、神经、血液等都含有大量蛋白质。所需要的蛋白质必须从饲料中摄取而获得。当日粮中缺乏蛋白质时，幼牛生长缓慢或停止，体重减轻；成年牛食欲不振，消化力和体重下降，生产性能降低；还会影响牛的繁殖机能，如母牛发情不明显、不排卵、受胎率降低、胎儿发育不良、公牛精液品质下降。相反，蛋白质供给过多，不仅会造成浪费，还会增加肝、肾的排泄负担，甚至出现中毒、公牛精子发育不正常、精子活力和受精力下降、母牛不易形成受精卵或胚胎的活力下降。
蛋白质是由20多种氨基酸构成的，氨基酸可分为必需氨基酸和非必需氨基酸两大类。必需氨基酸是指牛体内不能合成，或合成数量较少不能满足营养需要，必须由饲料供给的氨基酸。非必需氨基酸是指在牛体内可以合成，或者可以由其他氨基酸代替，一般不会缺乏的氨基酸。牛组织至少需要9种必需氨基酸（组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、酪氨酸和缬氨酸），但这些氨基酸能够被瘤胃微生物合成以满足牛的需要。所以，成年牛一般无需由饲料中提供必需氨基酸。但犊牛由于瘤胃发育不完全，瘤胃内没有微生物或微生物合成功能不完善，需要提供必需氨基酸。
（1）维持的蛋白质需要 维持的可消化粗蛋白质需要量为：产奶牛3.0（g）× W 0.75 ，200kg体重以下的生长牛为2.3（g）× W 0.75 。
维持的小肠可消化粗蛋白质的需要量为：产奶牛2.5（g）× W 0.75 ，200kg体重以下的生长牛为2.2（g）× W 0.75 。
（2）产奶的蛋白质需要 产奶的蛋白质需要量取决于奶中的蛋白质含量。产奶的可消化粗蛋白质需要量=牛奶的蛋白质量/0.60；产奶的小肠可消化粗蛋白质需要量=牛奶的蛋白质量/0.70。乳蛋白率（%）应根据实测确定。在未测定的情况下，可根据乳脂率进行推算：乳蛋白率=（2.36+0.24×乳脂率）×100%。
（3）生长牛增重的蛋白质需要量 生长牛增重的蛋白质需要量取决于体蛋白质的沉积量。增重的蛋白质沉积（g/d）=Δ W （170.22-0.1731 W +0.000178 W 2 ）×（1.12-0.1258Δ W ）。式中，Δ W 表示日增重（kg）， W 为体重（kg）。
增重的可消化粗蛋白质需要量（g）=增重的体蛋白质沉积量（g）/0.55；增重的小肠可消化粗蛋白质需要量（g）=增重的体蛋白质沉积量（g）/0.60。生长牛日粮可消化粗蛋白用于体蛋白质沉积的利用效率为55%，但幼龄时效率较高，体重40～60kg为70%，70～90kg为65%。生长牛日粮小肠可消化粗蛋白质的利用效率为60%。
（4）妊娠的蛋白质需要 按牛妊娠各阶段子宫和胎儿所沉积的蛋白质量进行计算。可消化粗蛋白用于妊娠的效率为65%，小肠可消化粗蛋白质的效率为75%。在维持的基础上，妊娠的可消化粗蛋白质的需要量：妊娠6个月时为50g/d，7个月为84g/d，8个月为132g/d，9个月为194g/d；妊娠的小肠可消化粗蛋白质需要量：妊娠6个月时为43g/d，7个月为73g/d，8个月为115g/d，9个月为169g/d。
（5）种公牛的蛋白质需要 种公牛的蛋白质需要量是以保证采精和种用体况为基础。种公牛的粗蛋白质需要量（g）=4.0× W 0.75 。可消化粗蛋白质的需要量（g）=3.3× W 0.75 。式中， W 为体重（kg）。
是构成骨骼、被毛、血液等组织不可缺少的成分，对奶牛的生长发育、生理功能及繁殖具有重要作用。奶牛不能在体内合成矿物质，只能从饲料中摄取。奶牛需要的矿物质元素至少有17种，常量元素包括钙、磷、钾、钠、氯、镁、硫等，微量元素包括钴、铜、碘、铁、锰、硒、锌、铬、钼等。饲料中矿物质元素含量过多或缺乏都可能产生不良后果。
（1）钙和磷 是构成骨骼的主要成分。钙对维持神经、肌肉的正常生理功能、维持心脏正常活动、维持酸碱平衡及促进血液凝固等均有重要作用。日粮中缺钙会使幼牛生长停滞，易发生佝偻病。成年牛缺钙引起软骨症或骨质疏松症，泌乳母牛会出现产后瘫痪。缺磷会使奶牛食欲下降，出现“异食癖”，泌乳量下降。同时，钙、磷缺乏还会影响奶牛的繁殖性能。日粮中钙、磷比例不当也会影响牛的生产性能及钙、磷在消化道的吸收。实践证明，理想的钙磷比是（2～3）∶1。
① 钙 产奶母牛维持需要量为每100kg体重6g，产奶需要量为每千克标准乳4.5g。生长奶牛的钙维持需要量为每100kg体重6g，增重需要量为每千克增重20g。
② 磷 产奶母牛维持需要量为每100kg体重4.5g，产奶需要量为每千克标准乳3g。生长奶牛的磷维持需要量为每100kg体重5g，增重需要量为每千克增重10g。
（2）食盐 产奶母牛食盐的维持需要量为每100kg体重3g，每产1kg 4%标准乳给1.2g。NRC建议的食盐的最大耐受量，对于泌乳母牛不超过总干物质进食量的4%，对于非泌乳牛不超过总干物质进食量的9%。一般情况下，食盐可占日粮干物质的0.5%～1.5%。牛饲喂青贮饲料时，需食盐量比饲喂干草时多；饲喂高粗料日粮时要比喂高精料日粮时多；喂青绿多汁的饲料时要比喂枯老饲料时多。
（3）钾、硫、镁 奶牛钾的需要量为日粮干物质的0.8%，泌乳牛日粮粗料多时不会缺钾，在热应激条件下，钾应增加到1.2%。硫占饲料干物质的0.1%或0.2%（喂尿素时）即可满足泌乳母牛需要，非泌乳牛及其他奶牛的需要量可按12∶1的氮硫比例根据它们对蛋白质的最低需要量来计算。
犊牛日粮中镁的推荐量为占日粮的0.07%。饲喂大量干草或精料的产奶牛的推荐量为占日粮的0.20%。在泌乳早期易发生低血镁抽搐症的高产母牛，镁的推荐量为占日粮的0.25%～0.30%。NRC将0.4%的日粮镁水平定为镁的最大耐受水平。
（4）微量元素 奶牛饲料中含铜10mg/kg可满足需要，饲料中含钼和硫酸盐多时，铜的需要量应提高。饲料干物质中分别含钴0.1mg/kg、碘0.6mg/kg可满足牛对钴和碘的需要。饲料干物质中含锌40mg/kg以上时可满足奶牛需要。日粮中锌含量低时，奶牛以增加对锌的吸收率和减少体外排出来满足需要。饲料干物质中含钙40mg/kg可满足奶牛对锰的需要，当饲料中钙和磷高时，锰需要量增加。奶牛饲料中含硒0.1～0.3mg/kg可满足需要。
是维持奶牛生长发育及维持体内正常代谢活动所必需的一类微量物质，可以调节机体代谢和碳水化合物、脂肪、蛋白质代谢，但需要量极少，常以毫克、微克计算。奶牛所需要的维生素主要来源于饲料和体内微生物合成，主要有脂溶性维生素（维生素A、维生素D、维生素E、维生素K）和水溶性维生素（包括B族维生素和维生素C）两大类。奶牛瘤胃内微生物可以合成B族维生素和维生素K，但不能合成维生素A、维生素D和维生素E。因此，奶牛的维生素需要主要是维生素A、维生素D和维生素E三种。生产中的缺乏症多发生在瘤胃发育不全的幼龄牛和存在拮抗物或缺乏前体物使瘤胃合成受到限制的情况下，在集约化饲养的情况下，所需的各种维生素可以以添加剂形式补充，一般常用市售多种维生素制剂。主要维生素的作用、常见缺乏症及一般需要量，见表2-6。
表2-6 主要维生素的作用、常见缺乏症及一般需要量
是奶牛必需的重要养分。体温调节、营养物质的消化代谢、有机物质的水解、废物的排泄、内环境的稳定、神经系统的缓冲、关节的润滑等都需要水的参与。牛所需要的水主要来源于饮水、饲料水和代谢水。若脱水5%则食欲减退，脱水10%则生理失常，脱水20%即可死亡。奶牛比肉牛等其他牛种需水量更多（牛奶的含水量为87%）。正常情况下，母牛身体含水量为55%～65%，比较肥的牛身体含水量较少（约50%），瘦牛则含水量较高（70%）。实践证明，牛体缺水，健康受损、生长滞缓、产奶量下降，进而造成经济损失。所以，在饲养中必须保证有充足的清洁饮水。
通常奶牛的需水量（kg/d）可按下列公式计算：干物质（DMI）×5.6或日产奶量×（4～5）。但当气温达27℃时，饮水量则应比气温4℃提高40%～50%。估测泌乳奶牛每天自由饮水量（FWI）的计算公式如下：
FWI（kg/d）=14.3+1.28×产奶量（kg/d）+0.32×日粮DMI
FWI（kg/d）=15.99+1.58×DMI（kg/d）+0.90×产奶量（kg/d）+0.55×钠采食量（g/d）+1.20×最低温度（℃）