三江源區(qū)牧草營養(yǎng)成分與甲烷產(chǎn)量相關(guān)性研究

青海大學(xué) 張勝權(quán)

青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院 崔占鴻 郝力壯 柴沙駝張曉衛(wèi) 趙月平 劉書杰＊

研究表明，甲烷對氣候變暖的影響占所有溫室氣體的15%（Houghton等，1990）。大氣中甲烷主要來源于反芻動物瘤胃、腸道及其他家畜的糞尿，礦山開發(fā)、水稻田及其他施肥農(nóng)田等，其中家畜排放的甲烷在全世界不同來源甲烷排放總量中占不小的比重。作為北半球氣候的啟動區(qū)和調(diào)節(jié)區(qū)——三江源區(qū)，位于青海省境內(nèi)，是我國最重要、影響范圍最大的生態(tài)功能區(qū)之一。該區(qū)域溫室氣體的排放一定程度上來自牦牛反芻，準(zhǔn)確測定牦牛的甲烷排放量對該區(qū)域溫室氣體減排、實施低碳畜牧業(yè)具有重要指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 青海省玉樹縣巴塘鄉(xiāng)，海拔3972 m，東經(jīng) 96°52′，北緯 32°52′，年均氣溫 2.9 ℃，四季不分明，1月平均氣溫-7.8℃，7月平均氣溫12.5℃，整個牧草生長期5個月，總?cè)照諘r數(shù)2454.70 h，年降水量480.5 mm。在對該地區(qū)植被調(diào)查基礎(chǔ)上采集主要優(yōu)勢種早熟禾 （Kentucky Bluegrass）、異針茅 （Stipa aliena Keng）、 矮嵩草 （Kobresia humilis），經(jīng)風(fēng)干處理后帶回實驗室，進(jìn)行65℃烘干，粉碎過篩（1.0 mm）后待測。

1.2 測定指標(biāo)及方法

1.2.1 常規(guī)營養(yǎng)成分測定 干物質(zhì)（DM）、粗蛋白質(zhì)（CP）、粗脂肪（EE）、粗灰分（ASH）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）、粗纖維（CF）等參照楊勝（1994）中的方法測定。

1.2.2 體外產(chǎn)氣測定

1.2.2.1 瘤胃液的采集及處理 在晨飼前通過瘤胃瘺管抽取3頭供試牦牛瘤胃液，然后混合，采集的瘤胃液立即放入保溫瓶中保溫，防止微生物區(qū)系發(fā)生變化。將瘤胃液倒入預(yù)熱至（39±0.25）℃的容器中，混合均勻后經(jīng)四層紗布過濾，量取所需體積的瘤胃液迅速加入到準(zhǔn)備好的人工瘤胃營養(yǎng)液中，制成混合人工瘤胃培養(yǎng)液（瘤胃液與人工瘤胃營養(yǎng)液以1∶2的體積比混合）?；旌先斯ち鑫概囵B(yǎng)液用磁力攪拌器攪拌并通入CO2飽和。

1.2.2.2 人工瘤胃培養(yǎng)液的配制 采用Menke和Steingass（1988）的方法。

1.2.2.3 牧草體外發(fā)酵 準(zhǔn)確稱取牧草 （經(jīng)過40目篩粉碎）220 mg，送入100 mL玻璃注射器內(nèi)，在注射器活塞前1/3部位均勻涂抹適量醫(yī)用凡士林，39℃預(yù)熱。用自動加液器向每個培養(yǎng)管（注射器）中分別加入（30±1.0）mL混合人工瘤胃培養(yǎng)液。將玻璃培養(yǎng)管進(jìn)液端豎直向上，排盡管內(nèi)氣體，用鐵夾夾住前端硅膠管，并記錄相應(yīng)的初始刻度值（mL），同時做3個空白對照（只有培養(yǎng)液而沒有底物），待加液完畢后立即轉(zhuǎn)入已預(yù)熱（39±0.25℃）的人工瘤胃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。分別于1、2、3、4、5、6、8、10、12、16、20、24、28、32、36、42、48 h時，取出培養(yǎng)管，快速讀取活塞所處的刻度值（mL）。若某一時間點讀數(shù)超過80 mL時，為了防止氣體超過刻度而無法讀數(shù)，應(yīng)在讀數(shù)后及時將氣體排至集氣袋做好相關(guān)記錄工作。

培養(yǎng)至48 h，終止發(fā)酵，測定48 h累積產(chǎn)氣量和甲烷產(chǎn)量（氣相色譜法），并立即用pH計測定發(fā)酵液pH，用比色法測定NH3-N濃度（馮宗慈和高民，1993）。

1.3 數(shù)據(jù)處理 試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003進(jìn)行初步處理，SPSS 19對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和回歸分析。結(jié)果均以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種牧草營養(yǎng)成分比較分析 由表1可見，三種牧草在DM含量上，矮嵩草>異針茅>早熟禾，差異極顯著（P＜0.01）；ASH與CP含量上，矮嵩草顯著高于異針茅和早熟禾，達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），異針茅與早熟禾間差異不顯著（P＞0.05）；三種牧草在碳水化合物（CHO）、CF含量上，差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），異針茅>早熟禾>矮嵩草。

表1 不同品種牧草的營養(yǎng)成分比較%

2.2 不同品種牧草體外產(chǎn)氣變化及營養(yǎng)成分與甲烷產(chǎn)量相關(guān)性分析 由表2可見，三種牧草的48 h累積產(chǎn)氣量，早熟禾>異針茅>矮嵩草，差異極顯著（P＜0.01）；甲烷產(chǎn)量為早熟禾>矮嵩草>異針茅，差異極顯著（P＜0.01）；pH差異不顯著（P＞0.05）；氨氮濃度為矮嵩草＞異針茅＞早熟禾，差異極顯著（P ＜ 0.01）。

表2 不同品種牧草的體外發(fā)酵指標(biāo)測定結(jié)果

由表3可見，牧草酸性洗滌纖維（ADF）與甲烷產(chǎn)生量呈顯著負(fù)相關(guān) （R2=0.748，P=0.0263），ADF、EE與甲烷產(chǎn)生量呈極顯著負(fù)相關(guān) （R2=0.996，P=0.0001），CF、NDF、CP、EE 與甲烷產(chǎn)生量均成負(fù)相關(guān)（P ＞ 0.05）。

表3 牧草營養(yǎng)成分與甲烷產(chǎn)量相關(guān)性分析

3 討論

3.1 不同品種牧草對體外發(fā)酵指標(biāo)的影響 產(chǎn)氣量作為綜合反映牧草的可發(fā)酵程度指標(biāo)，不僅能表現(xiàn)瘤胃中微生物活動的總體趨勢，還是能反映飼料蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的綜合指標(biāo)。產(chǎn)氣量的多少反映了飼草的可消化性大小，它與牧草中有機(jī)物的發(fā)酵程度呈正相關(guān)，牧草的可發(fā)酵性越強，瘤胃中微生物的活性越高，產(chǎn)氣量就越大，反之則越少。楊博（2009）測定青藏高原草地早熟禾24 h累積產(chǎn)氣量為118 mL，甲烷產(chǎn)量為30.3 mL/g，這可能與本研究測定的早熟禾NDF值偏高有關(guān)。湯少勛等（2006）研究燕麥NDF與48 h累積產(chǎn)氣量呈顯著負(fù)相關(guān)。本研究中，三種牧草甲烷產(chǎn)量不同，可能與牧草中各種營養(yǎng)成分含量、牧草中可能含有單寧以及其他抑制甲烷的物質(zhì) （如皂角苷）有關(guān)，體外消化率的不同也可能影響牧草的發(fā)酵，最終導(dǎo)致甲烷產(chǎn)量的差異。Pinares-等（2003）認(rèn)為，導(dǎo)致甲烷產(chǎn)生量差異的影響因素目前尚不完全清楚，但可能與牧草的化學(xué)組成以及與微生物活動相關(guān)的瘤胃食糜外流速度有關(guān)。

3.2 不同牧草營養(yǎng)成分與甲烷產(chǎn)量相關(guān)性分析三種牧草ADF與甲烷產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，ADF、EE呈極顯著負(fù)相關(guān)。Lee等（2003）建立的模型中，粗纖維與甲烷產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。郭雪峰（2008）建立的4種牧草回歸模型中，纖維類物質(zhì)（ADF、NDF、ADL）與甲烷產(chǎn)生量呈負(fù)相關(guān)。楊博（2009）對青藏高原冬季牧草進(jìn)行研究，也發(fā)現(xiàn)ADF、NDF與甲烷產(chǎn)生量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。上述均與本研究結(jié)果一致。因此可以認(rèn)為，體外條件下牧草的甲烷產(chǎn)生量更多地與纖維物質(zhì)呈負(fù)相關(guān)，這可能是由于天然牧草中含有較多的木質(zhì)素成分，難以被瘤胃微生物降解，最終導(dǎo)致甲烷產(chǎn)量的降低。趙一廣（2012）研究表明，肉用綿羊的日糧中ADF與甲烷排放量呈極顯著正相關(guān)，這可能與其采用活體動物瘤胃尼龍袋，而本研究采用的是體外產(chǎn)氣法，且試驗動物不同有關(guān)。

本試驗相關(guān)性結(jié)果顯示，牧草甲烷產(chǎn)生量與CP 呈負(fù)相關(guān)，這與 Lee等（2003）、郭雪峰（2008）報道的結(jié)果一致。關(guān)于甲烷產(chǎn)量與CP相關(guān)性研究結(jié)果不盡相同。樊霞等（2004）研究表明，甲烷產(chǎn)生量隨著CP攝入量的增加而增加，并得出公式CH4（L/d）=49.865×CPI（kg/d）+180.21（R2=0.3825）。而Kurihara等（2002）研究得到的估測模型中，甲烷產(chǎn)生量與CP呈負(fù)相關(guān)。這可能是由于本試驗中所選用的是青藏高原天然牧草，CP含量低，在培養(yǎng)過程中CP分解釋放的氨也比較少，對甲烷的合成影響較小。本研究中甲烷的產(chǎn)生量與EE也呈負(fù)相關(guān)。Lee等（2003）建立的模型中甲烷產(chǎn)生量與EE均呈負(fù)相關(guān)，說明天然牧草中含有少量的EE，對甲烷產(chǎn)生量的影響較小。瘤胃微生物幾乎不會發(fā)酵EE，特別是不飽和脂肪酸會抑制甲烷菌類生長，不飽和脂肪酸的氫化作用可以增加丙酸合成，抑制原蟲和纖維菌的活性，因此影響甲烷產(chǎn)生。

4 結(jié)論

利用體外產(chǎn)氣法測定三種優(yōu)勢牧草的甲烷產(chǎn)量，早熟禾最高，矮嵩草其次，異針茅最低，牧草的營養(yǎng)成分組成及含量影響其發(fā)酵產(chǎn)氣量及甲烷產(chǎn)量，ADF、EE與甲烷產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。由此可見，體外產(chǎn)氣法可比較準(zhǔn)確地測定牧草甲烷產(chǎn)量，但還需與其他測定方法（如體內(nèi)法、六氟化硫示蹤法）進(jìn)行比較研究，從而建立甲烷產(chǎn)生量最簡單、準(zhǔn)確的估測方法。

[1]馮宗慈.高民.通過比色測定瘤胃液氨氮含量方法的改進(jìn)[J].內(nèi)蒙古畜牧科學(xué)，1993，4：40 ～ 41.

[2]樊霞，董紅敏，韓魯佳.反芻動物甲烷排放估測模型研究現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)工程報，2004，20：250 ～ 254.

[3]郭雪峰.內(nèi)蒙古白絨山羊甲烷產(chǎn)生量估測模型的建立及其影響因素的研究：[博士學(xué)位論文][D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

[4]湯少勛，黃瑞林，譚支良，等.不同品種燕麥秸稈體外發(fā)酵產(chǎn)氣特性的研究[J].廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué)，2006，25（4）：330 ～ 335.

[5]楊勝.飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)[M].北京：北京農(nóng)業(yè)出版社，1994.17～25.

[6]楊博.青藏高原冬季放牧牦牛甲烷排放量的初步研究：[碩士學(xué)位論文][D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[7]趙一廣.肉用綿羊甲烷排放的測定與估測模型的建立：[碩士學(xué)位論文][D].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2012.

[8]Houghton J T，Jenkins G J，Ephraums J J.Climate Change[A].The IPCC Scientific Assessment[C].1990.

[9]Kurihara M，Nishida T，Purnomoadi A，et al.The Prediction of methane conversionrate from dietary factors [A].Greenhouse Gasesand Animal Agriculture：Proceedings of the 1st International Conference on Greenhouse Gases and Animal Agriculture[C].Obihiro，Japan，7-11 November，2001，2002.

[10]Lee H J，Lee S C，Kim J D，et al.Methane production potential of feed ingredients as measured by in vitro gas test[J].Asian-australasian Journal of Animal Sciences，2003，16：1143 ～ 1150.

[11]Menke K H，Steingass H.Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen flued[J].Animal Research and Development，1988，28：47 ～ 55.

[12]Pinares-Patino C S，Baumont R，Martin C.Methane emissions by Charolais cows grazing amonospecific pasture of timothy at four periods of maturity[J].Can J Anim Sci，2003，83：769 ～ 777.