環(huán)境溫度對肉羊有害氣體排放、環(huán)境微生物和血清生化指標的影響

朱 偉 馮培功 馬君軍 張 然 鄭 琛 楊華明 班志彬 梁 浩 閆曉剛*

(1.吉林省農業(yè)科學院畜牧科學分院，公主嶺 136100；2.甘肅農業(yè)大學動物科學技術學院，蘭州 730070)

1 材料與方法

1.1 試驗設計與試驗動物

1.2 試驗飼糧

試驗飼糧參考中國農業(yè)行業(yè)標準《肉羊飼養(yǎng)標準》(NY/T 816—2004)營養(yǎng)需要推薦量配制，其組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質基礎)

續(xù)表1項目 Items含量 Content粗蛋白質 CP11.78粗脂肪 EE2.80粗灰分 Ash8.12中性洗滌纖維 NDF53.69酸性洗滌纖維 ADF31.15鈣 Ca0.81磷 P0.34

1)添加劑預混料為每千克飼糧提供 The additive premix provided the following per kg of the diet：Fe 38 mg，Zn 44 mg，Cu 15 mg，I 0.5 mg，Mn 50 mg，Se 0.3 mg，Co 0.05 mg，VA 354 IU，VD 94.4 IU，VE 1.06 mg。2)代謝能根據(jù)NRC(2001)計算，其他為測定值。ME was calculated according to NRC(2001), while the others were measured values.

1.3 飼養(yǎng)管理

預試前每只試驗羊口服伊維菌素片進行驅蟲處理，試驗羊在代謝籠內單獨飼養(yǎng)，每日飼喂2次(07:00、18:00)，自由飲水。

1.4 指標測定與方法

1.4.1 飼糧營養(yǎng)成分測定

飼糧樣品中干物質(DM)、粗蛋白質(CP)、有機物(OM)、粗灰分(Ash)、粗脂肪(EE)、鈣(Ca)、磷(P)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)含量的測定分別按照GB/T 6435—2006、GB/T 6432—1994、GB/T 6438—2007、GB/T 6434—1994、GB/T 6433—2006、GB/T 6436—2002和GB/T 20806—2006的方法進行。

1.4.2 O2、CO2、CH4、NH3和H2S濃度測定

呼吸測熱裝置的氣路結構流程如文獻[5-6]所示，該裝置由進排氣裝置、呼吸小室、高精度氣體在線分析儀、數(shù)據(jù)采集控制儀和溫濕度控制系統(tǒng)組成。1)進排氣裝置，進入和排出呼吸室的空氣流量為0.01～2.00 L/min。2)呼吸小室，容積為3.20 m3，均由有機玻璃制成。小室內設有專用的喂料槽和飲水容器以及糞、尿收集設施。呼吸室均與該裝置中的電路、氣路系統(tǒng)相連。3)吉林省農業(yè)科學院畜牧科學分院自主研制的高精度氣體在線分析儀，氣體分析儀參數(shù)：O2量程0～1.2%，±0.2%，分辨率1.0 mg/m3；CO2量程0～1.5%，±0.2%，分辨率1.0 mg/m3；CH4量程0～0.2%，±0.02%，分辨率1.0 mg/m3。校正:為了在分析過程中保證分析儀的準確性，分別用不同濃度的標準氣體校正O2、CO2和CH4的氣體傳感器，使之達到真正的準確性。4)數(shù)據(jù)采集控制儀，該系統(tǒng)由電腦控制，根據(jù)試驗研究的不同需要，可分別提供單通道、雙通道、三通道、四通道共4種采集分析模式。5)溫濕度控制系統(tǒng)，呼吸小室內的可控溫度為-5～50 ℃；可控濕度為40%～85%。呼吸代謝室可以按不同試驗研究目的和要求進行控制。

O2、CO2和CH4氣體：本試驗正試期開始將單只試羊放入代謝籠中，然后推入呼吸代謝室內，通過探頭依次測定每個代謝室內的O2、CO2和CH4的濃度，開始連續(xù)10 d氣體測定。每個小室內系統(tǒng)采集氣體1次需要3 min，采集后系統(tǒng)會根據(jù)室內外O2、CO2和CH4濃度，統(tǒng)計各時間點試羊產生的CH4、CO2濃度和消耗的O2濃度及呼吸熵，試驗結果自動保存。

消耗的O2濃度(L/min)=[進呼吸室空氣量(L/min)×戶外空氣O2濃度]-[排出呼吸室空氣量(L/min)×呼吸室內O2濃度]；產生的CO2濃度(L/min)=[排出呼吸室空氣量(L/min)×室內CO2濃度]-[進呼吸室空氣量(L/min)×室外CO2濃度]；產生的CH4濃度(L/min)=[排出呼吸室空氣量(L/min)×室內CH4濃度]-[進呼吸室空氣量(L/min)×室外CH4濃度]；呼吸熵(RQ)=產生的CO2濃度/消耗的O2濃度。

NH3和H2S氣體：NH3濃度測定采用靛酚藍比色法測定(GB/T 18204.25—2000)，H2S濃度測定采用亞甲基藍比色法測定(GB 11742—1989)。在正試期每天11:00、14:00和17:00各測定1次，每次測定前用大型氣泡吸收管吸取10 mL NH3和H2S標準吸收液，打開呼吸代謝室抽氣閥門，調節(jié)微型氣泵以0.5和1.5 L/min流量分別抽取5和30 L的NH3和H2S，采樣后的樣品置于暗處，并在6 h內比色，并記錄采樣時的溫度和大氣壓力。

1.4.3 微生物數(shù)量測定

正試期每天飼喂前(07:00、18:00)按照環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范要求設計采樣點，采用五點采樣法，高度為距離呼吸代謝室地面1.5 m，把倒好的培養(yǎng)皿分別放置于固定位點15 min后取出，記錄采樣點和呼吸室編號，在37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，計算平板菌落數(shù)，按照奧氏公式[7]計算呼吸代謝室內大腸桿菌(麥康凱瓊脂培養(yǎng)基)、金黃色葡萄球菌(甘露醇氯化鈉瓊脂)、沙門式菌(SS瓊脂)、總菌(營養(yǎng)瓊脂NA)數(shù)量。以上培養(yǎng)基均購自青島海博生物技術有限公司。微生物數(shù)量計算公式如下：

式中：C為空氣細菌數(shù)(CFU/m3)；N為菌落數(shù)(CFU)；A為平皿面積(cm2)；T為采樣時間(min)。

1.4.4 血清生化指標測定

在正試期第10天早晨采集試驗羊頸靜脈血液5 mL，制備血清，測定血清中腎上腺皮質酮(CORT)、免疫球蛋白(IgG)濃度和肌酸激酶(CK)和乳酸脫氫酶(LDH)活性。采用試劑盒測定，試劑盒購自上海酶聯(lián)生物科技有限公司。

1.5 統(tǒng)計方法

試驗數(shù)據(jù)經Excel 2016整理后，采用SPSS 19.0軟件的one-way ANOVE進行方差分析，差異顯著的采用Duncan氏法進行多重比較，并列出SEM和P值，P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 環(huán)境溫度對肉羊CO2和CH4排放的影響

由表2、表3可知，環(huán)境溫度對呼吸代謝室內CO2濃度無顯著影響(P>0.05)，從08:00至16:00，呼吸代謝室內CO2濃度先升高后降低，最低濃度出現(xiàn)在08:00，其濃度為4 257.09 mg/m3、220.96 mg/(m3·W0.75)，10:00時達到最大濃度10 275.89 mg/m3、538.66 mg/(m3·W0.75)。由表4、表5可知，除了08:00以外，其他時間在10～15 ℃呼吸代謝室內CH4濃度極顯著高于20～25 ℃和30～35 ℃呼吸代謝室內CH4濃度(P<0.01)。在08:00至16:00，呼吸代謝室內CH4濃度整體先升高后降低，在11:00出現(xiàn)峰值250.62 mg/m3、13.04 mg/(m3·W0.75)，最低濃度為119.19 mg/m3、6.03 mg/(m3·W0.75)。20～25 ℃溫度條件下，在各時間點呼吸代謝室內CH4濃度均低于10～15 ℃和30～ 35 ℃呼吸代謝室內CH4濃度，最低為7.05 mg/m3、0.05 mg/(m3·W0.75)。

表2 環(huán)境溫度對肉羊CO2排放的影響

同行數(shù)據(jù)肩標無字母或相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。Values with no letter or the same letter superscripts within a row mean no significant difference (P>0.05), while with different capital letter superscripts mean significant difference (P<0.01), and with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

表3 環(huán)境溫度對肉羊單位代謝體重CO2排放的影響

表4 環(huán)境溫度對肉羊CH4排放的影響

表5 環(huán)境溫度對肉羊單位代謝體重CH4排放的影響

2.2 環(huán)境溫度對肉羊CO2和CH4總排放的影響

由表6可知，環(huán)境溫度對肉羊呼吸代謝室內CO2濃度無顯著影響(P>0.05)，但對CH4濃度有極顯著影響(P<0.01)。在10～15 ℃呼吸代謝室內CH4濃度極顯著高于20～25 ℃和30～35 ℃呼吸代謝室內CH4濃度，分別是其他2組呼吸代謝室內CH4濃度的2.13倍、1.83倍(P<0.01)。在20～25 ℃呼吸代謝室內CH4濃度低于10～15 ℃和30～35 ℃呼吸代謝室內CH4濃度；30～35 ℃和20～25 ℃呼吸代謝室內呼吸熵極顯著高于10～15 ℃呼吸代謝室呼吸熵(P<0.01)。在10～15 ℃，肉羊干物質采食量顯著高于30～35 ℃干物質采食量(P<0.05)。

表6 環(huán)境溫度對肉羊CO2、CH4總排放量及呼吸熵的影響

2.3 環(huán)境溫度對肉羊NH3和H2S排放的影響

由表7可知，溫度對呼吸代謝室內NH3濃度影響極顯著(P<0.01)，30～35 ℃呼吸代謝室內NH3濃度分別極顯著高于10～15 ℃和20～25 ℃呼吸代謝室內NH3濃度(P<0.01)，但溫度對呼吸代謝室內H2S排放無顯著影響(P>0.05)。

2.4 環(huán)境溫度對呼吸代謝室內微生物數(shù)量的影響

由表8可知，在30～35 ℃呼吸代謝室內大腸桿菌數(shù)量極顯著高于10～15 ℃和20～25 ℃呼吸代謝室內大腸桿菌數(shù)量(P<0.01)；30～35 ℃呼吸代謝室內沙門氏菌和總菌數(shù)量極顯著高于10～15 ℃呼吸代謝室內沙門氏菌和總菌數(shù)量(P<0.01)，但對20～25 ℃呼吸代謝室內沙門氏菌和總菌數(shù)量無顯著影響(P>0.05)；溫度對呼吸代謝室內金黃色葡萄球菌數(shù)量無顯著影響(P>0.05)。

表7 環(huán)境溫度對肉羊NH3和H2S排放的影響

表8 環(huán)境溫度對呼吸代謝室內微生物數(shù)量的影響

2.5 環(huán)境溫度對肉羊血清生化指標的影響

由表9可知，環(huán)境溫度對肉羊血清中CORT、IgG濃度和CK、LDH活性均無顯著影響(P>0.05)。

表9 環(huán)境溫度對肉羊血清生化指標的影響

3 討 論

3.1 環(huán)境溫度對肉羊CO2和CH4排放的影響

反芻動物瘤胃發(fā)酵中產生的氣體速度以采食時最快，其組成為CO240%、CH430%～40%，所以CO2和CH4排放量呈先升高后降低趨勢，其中一部分CO2是發(fā)酵的副產物，另一部分是有機酸和唾液中碳酸鹽反應生成，但所產生的CO2大部分還原形成CH4，部分被微生物利用。CO2為在動物有機體活細胞內，在酶的催化下，以葡萄糖和氧為原料，經過三羧酸循環(huán)(TCA)等一系列的氧化還原反應生成終產物，同時為機體提供能量(ATP)，是機體正常生理活動的終產物。其在體內總反應式如下，無氧呼吸：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+ATP；有氧呼吸：C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+ATP。本試驗結果表明，環(huán)境溫度對CO2濃度無顯著影響，這可能是因為哺乳動物可以通過機體產熱和散熱調節(jié)使體溫相對恒定，溫度對機體生理活動沒有產生影響。影響動物CO2排放量的因素主要有溫度、畜舍結構和飼養(yǎng)密度等。目前已發(fā)表的關于溫度對動物CO2排放量影響的試驗結果大多與本試驗結果類似。陳家宏[8]在夏季羊舍小氣候環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨環(huán)境溫度變化CO2濃度保持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，且主要分布在與畜體等高的空間。歐陽宏飛[9]通過檢測新疆冬季密閉羊舍的環(huán)境參數(shù)發(fā)現(xiàn)，CO2濃度始終在1 785 ～ 2 582 mg/m3，晝夜溫差沒有顯著影響CO2濃度。丁瑩[10]研究了內蒙古四季規(guī)?；驁錾醿菴O2濃度變化規(guī)律，結果發(fā)現(xiàn)雙坡式羊舍夏季CO2濃度最高，為1 323 mg/m3，但與其他季節(jié)無顯著差異。陳家宏等[11]在3種南方羊舍夏季小氣候環(huán)境對比研究中發(fā)現(xiàn)，飼養(yǎng)密度與CO2排放量有強相關性，但與溫度無相關性。

反芻動物98.7%的CH4主要是瘤胃發(fā)酵產生，其中約82%的CH4主要是通過瘤胃甲烷菌以CO2和H2為底物，由一系列酶和輔酶合成CH4，其中纖維分解菌等對飼糧中的植物纖維、碳水化合物等厭氧發(fā)酵，最終產物為揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，經過一系列化學反應也生成CH4。本試驗結果發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度對CH4排放有極顯著影響，20～25 ℃時呼吸代謝室內CH4濃度最低，為13.06 L/d，但10～15 ℃為27.80 L/d，這可能是因為溫度升高使肉羊干物質采食量顯著降低，導致低溫環(huán)境瘤胃發(fā)酵時間延長。趙一廣[12]研究飼糧不同采食水平對肉用綿羊CH4排放的影響，結果發(fā)現(xiàn)CH4排放量與干物質采食量呈極顯著線性關系：CH4與干物質采食量的估測方程為CH4(L/d)=44.034×干物質采食量(kg)-6.514(R2=0.680 1，P=0.000 5)。蔡麗媛[13]研究熱應激環(huán)境對山羊瘤胃發(fā)酵的影響，結果發(fā)現(xiàn)熱應激條件下瘤胃總VFA產量下降，乙酸濃度降低，丙酸和丁酸濃度升高，CH4排放量降低。陳昌明等[14]研究夏季高溫對水牛瘤胃代謝的影響，結果發(fā)現(xiàn)夏季高溫期間，試驗水牛的呼吸率、瘤胃溫度和直腸溫度升高，采食量減少，飲水量增加，瘤胃液流速減緩，高溫初期出現(xiàn)瘤胃微生物代謝速率升高，但持續(xù)高溫會抑制瘤胃微生物代謝速率，乙酸/丙酸降低，從而CH4排放量減少。

3.2 環(huán)境溫度對肉羊NH3和H2S排放的影響

3.3 環(huán)境溫度對呼吸代謝室內環(huán)境微生物的影響

畜舍內空氣微生物數(shù)量是評價畜舍空氣環(huán)境衛(wèi)生質量的重要指標之一，動物體本身就是各種病原微生物的攜帶者，反芻動物瘤胃、消化道內含有大量細菌、原蟲和真菌，通過呼吸、打噴嚏和動物糞便向外界環(huán)境傳播，還可借助氣流傳播到較遠的距離，導致疾病的流行，影響人類和畜禽免疫力及生產性能[23]，如當豬保育舍環(huán)境中大腸桿菌數(shù)量較多時，將顯著增加仔豬的腹瀉發(fā)病率，甚至導致死亡。本研究結果表明，隨溫度升高呼吸代謝室內大腸桿菌、沙門氏菌和總菌數(shù)量顯著升高，這是因為肉羊在高溫環(huán)境條件下活動量增大，使室內空氣中懸浮顆粒物增多，同時溫度升高也可加快空氣中懸浮顆粒物的運動速率，導致單位體積微生物數(shù)量增多[24-27]。司紅麗等[27]報道指出舍內空氣微生物數(shù)量隨溫度與飼養(yǎng)密度的升高而升高。王濤等[28]對烏魯木齊市冬季10個養(yǎng)殖場舍內空氣微生物數(shù)量檢測發(fā)現(xiàn)，舍內空氣微生物數(shù)量與溫度呈正相關關系，優(yōu)勢菌群為大腸桿菌。熊云梅[29]研究發(fā)現(xiàn)羊場四季氣載需氧活菌數(shù)量及葡萄球菌濃度變化相對穩(wěn)定，其變化趨勢為春季<秋季<冬季<夏季，表明在高溫和高濕環(huán)境條件下，適宜細菌繁殖，導致畜舍環(huán)境有害微生物數(shù)量較多。

3.4 環(huán)境溫度對肉羊血清生化指標的影響

動物處于高溫高濕環(huán)境時，動物開始出現(xiàn)體溫和呼吸頻率升高、采食量和反芻頻率降低等熱應激反應，動物開始利用自身的防御系統(tǒng)克服熱應激造成的不良影響，使機體保持相對恒溫狀態(tài)。宋小珍等[30]研究熱應激對肉牛血清激素和生理指標的影響，發(fā)現(xiàn)試驗牛的呼吸頻率、腹瀉率、血清LDH活性均顯著高于非熱應激期，血清皮質醇(COR)濃度在第20天顯著升高，而后逐漸恢復正常，表明生理指標不僅與熱應激有關，而且也與熱應激持續(xù)時間有強相關性。李俊杰等[31]研究熱應激對公牛血清生化指標的影響，結果發(fā)現(xiàn)肉用種公牛夏季血清谷丙轉氨酶(GPT)和谷草轉氨酶(GOT)活性最高，而血清CK活性趨于較低水平。本次試驗中，環(huán)境溫度對肉羊CO2排放沒有顯著影響，這也證明在10～35 ℃動物生理活動基本處于穩(wěn)恒狀態(tài)，高溫對肉羊生理活動沒有產生顯著影響。肉羊血清CK活性隨溫度的升高逐漸降低，與上述報道不同，但楊玉英等[32]研究不同溫度對中國荷斯坦奶牛血清生化指標的影響，結果發(fā)現(xiàn)血清CK活性隨著溫度的上升而呈波動性下降趨勢，在25 ℃時顯著低于其他溫度(5、10、15、20 ℃)，這與宋小珍等[30]和王士長等[3]關于CK的研究結果不一致。CK是一種與細胞內能量運轉、肌肉收縮、ATP再生有直接關系的重要激酶，且酶活性升高持續(xù)時間比較短，2～4 d恢復正常。這也說明此酶與熱應激持續(xù)時間有關，如羅宗剛等[33]、蔡明成等[34]研究發(fā)現(xiàn)，熱應激初期肉牛血清中CK活性隨應激持續(xù)時間的延長而升高。這種不規(guī)律的變化可能是受熱應激持續(xù)時間和不同品種動物對熱應激敏感性的影響，但其深層次原因和機理有待于進一步研究。

4 結 論

① 本研究結果表明，溫度對肉羊呼吸代謝室內CO2濃度無顯著影響；10～15 ℃呼吸代謝室內CH4濃度極顯著高于20～25 ℃和30～35 ℃呼吸代謝室內CH4濃度，20～25 ℃呼吸代謝室內CH4濃度在各個時間點最低。

② 呼吸代謝室內大腸桿菌、沙門氏菌和總菌數(shù)量隨溫度升高顯著增加，但金黃色葡萄球菌數(shù)量無顯著差異。

③ 溫度對肉羊血清CORT、IgG濃度及CK、LDH活性無顯著影響。