飼糧粗脂肪水平對舍飼牦牛有害氣體排放動態(tài)變化的影響

劉 毅 張群英 拜彬強 郝力壯

(青海大學(xué)，青海省高原放牧家畜動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)重點實驗室，省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧國家重點實驗室，青海牦牛研究中心，西寧 810016)

隨著現(xiàn)代畜牧業(yè)的發(fā)展，家畜的飼養(yǎng)規(guī)模以及飼養(yǎng)密度越來越大，畜舍內(nèi)的有害氣體嚴重影響畜群健康，制約畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前，“綠色、生態(tài)、健康”已成為現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的必然要求和重要趨勢[1]。目前，牦牛養(yǎng)殖正在由放牧形式轉(zhuǎn)變?yōu)樯犸暫桶肷犸曅问剑环矫嬗欣陉笈＝】叼B(yǎng)殖，另一方面有利于牦牛業(yè)節(jié)能減排[2]。

目前關(guān)于降低家畜有害氣體排放的研究有很多，有研究學(xué)者通過改善飼料加工工藝、降低飼糧蛋白質(zhì)水平、添加多種植物精油等方法可以有效降低豬舍、雞舍有害氣體排放量[3-4]。劉明等[5]通過優(yōu)化飼糧營養(yǎng)水平并結(jié)合使用吸附劑等措施也可以有效降低牛舍內(nèi)有害氣體排放量。同時劉慧麗等[6]研究發(fā)現(xiàn)，飼養(yǎng)環(huán)境中氨氣(NH3)濃度過高會導(dǎo)致牦牛采食量降低，生長性能降低，間接使甲烷(CH4)排放量降低。綜上所述，現(xiàn)代畜牧業(yè)有害氣體減排研究已從使用有害氣體吸附劑、降低飼糧粗蛋白質(zhì)水平和采食量等方面著手，通過優(yōu)化飼糧營養(yǎng)水平、調(diào)節(jié)精粗比等方面提高飼料利用率，減少反芻動物有害氣體排放量。但通過改變飼糧粗脂肪水平是否可以進一步影響舍飼牦牛有害氣體排放量鮮有研究。因此，本試驗通過添加不同物理形式雙低菜籽油改變飼糧粗脂肪水平，研究其對牦牛有害氣體排放動態(tài)變化的影響，為青藏高原舍飼牦牛健康養(yǎng)殖和節(jié)能減排提供技術(shù)支撐，也為其他反芻動物養(yǎng)殖中降低有害氣體排放提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗飼糧

依據(jù)《肉牛飼養(yǎng)標準》(NY/T 815—2004)[7]和《牦牛營養(yǎng)研究論文集》[8]中相關(guān)能量與蛋白質(zhì)研究文獻，按照150 kg牦牛日增重500 g設(shè)計基礎(chǔ)飼糧配方。采用拉丁方試驗設(shè)計，4種飼糧分別通過添加菜籽粕、菜籽餅、破碎油菜籽和菜籽油調(diào)控飼糧粗脂肪水平，飼糧粗脂肪水平分別為3.26%、4.58%、5.45%和6.27%。粗飼料為青貯燕麥草，精粗比1∶1。試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) %

1.2 試驗設(shè)計

試驗選擇體況相近、體重(150±5)kg、健康的大通閹牦牛4頭，進行4×4拉丁方試驗，每期包括21 d預(yù)試期和7 d正試期。4×4拉丁方試驗設(shè)計見表2。每期試驗流程為：稱重、預(yù)試期、進代謝艙前稱重、正試期、出代謝艙后稱重。每期進代謝艙共7 d，每期試驗期前2 d為牦牛進代謝艙適應(yīng)期，觀察適應(yīng)情況；從第3天開始進行為期5 d的正式消化代謝試驗，并利用艙內(nèi)傳感器和控制室內(nèi)的氣體分析儀分析連續(xù)3 d測定二氧化碳(CO2)、CH4、NH3濃度，并計算排放量。試驗前通過預(yù)飼確定最大采食量，保證試驗牦牛的干物質(zhì)飼喂量為3 kg/d，分別在07:30和19:30進行飼喂。

表2 4×4拉丁方試驗設(shè)計Table 2 4×4 Latin square experimental design

1.3 指標測定

1.3.1 飼糧營養(yǎng)水平

干物質(zhì)(DM)含量采用GB/T 6435—2014測定[9]；粗蛋白質(zhì)(CP)含量采用GB/T 6432—2018測定[10]；粗灰分(Ash)含量采用GB/T 6438—2007測定[11]；鈣(Ca)、磷(P)含量測定參照張麗英[12]《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》進行測定；粗脂肪(EE)含量采用ANKOM XT15i自動脂肪分析儀測定；中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)測定含量采用Van Soest[13]的方法測定，所用儀器為ANKOM 200i半自動纖維分析儀測定?？偰?GE)采用美國絕熱型氧彈熱量計Parr 6100型測定，精準稱取0.8 g左右風干基礎(chǔ)的樣品，經(jīng)專用的壓片機壓片成型，放入專用坩鍋中進儀器測定。

1.3.2 CH4、CO2、NH3排放量

試驗使用青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院呼吸測熱環(huán)控艙測定CH4、CO2、NH3排放量。呼吸測熱環(huán)控艙包括4套大型動物呼吸測熱人工氣候室和1個控制室，每個艙室大小為4.5 m×3.3 m×2.5 m，艙體采用雙層厚度為100 mm的不銹鋼聚氨酯板，相互之間還留有2扇一大一小透明玻璃避免試驗牛應(yīng)急；每個艙體均具有溫濕度系統(tǒng)、光照系統(tǒng)、新風系統(tǒng)、呼吸氣體測定系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。試驗期間溫度控制在(20±1)℃，并保證氣候室內(nèi)壓力略小于外部環(huán)境，確保艙體密閉并有利于保證氣體的完全回收與測量。呼吸氣體測定系統(tǒng)主要設(shè)備包括預(yù)處理柜、漩渦風機、流量計、氧氣分析儀、CO2分析儀、CH4分析儀、NH3傳感器等。每次試驗開始之前，首先要保證環(huán)控艙系統(tǒng)運轉(zhuǎn)狀態(tài)良好，再使用標準氣體對氣體分析儀依次進行零點校正和量程校準，確保測定數(shù)據(jù)準確，具體見圖1。

圖1 CH4、CO2、NH3排放量測定系統(tǒng)Fig.1 Measurement system of CH4,CO2 and NH3 emissions

采食量水平的CH4、NH3和CO2排放量計算公式如下：

攝食每千克飼糧CH4排放量=總CH4排放量/干物質(zhì)攝入量；攝食每千克飼糧NH3排放量=總NH3排放量/干物質(zhì)攝入量；攝食每千克飼糧CO2排放量=總CO2排放量/干物質(zhì)攝入量。

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)初步整理，利用SAS 9.0 PROC MIXED模塊進行統(tǒng)計分析，其中飼糧粗脂肪水平為固定因子，試驗動物和試驗期為隨機因子，并用多項式正交對比來檢驗其差異顯著性，顯著性水平設(shè)置為P<0.05。采用SAS 9.0統(tǒng)計軟件中的一元線性回歸程序(REG過程)對數(shù)據(jù)進行線性回歸分析。結(jié)果以平均值和均值標準誤(SEM)表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 飼糧粗脂肪水平對舍飼牦牛CH4、NH3和CO2排放量的影響

如表3所示，菜籽粕飼糧組CH4排放量顯著高于菜籽餅飼糧組、破碎油菜籽飼糧組和菜籽油飼糧組(P<0.05)。菜籽餅飼糧組CH4排放量顯著高于破碎油菜籽飼糧組和菜籽油飼糧組(P<0.05)。這表明提高飼糧粗脂肪水平可以有效地降低CH4排放量。菜籽粕飼糧組CO2排放量最高，隨著飼糧粗脂肪水平的提高，CO2排放量逐漸降低，但各組之間無顯著差異(P>0.05)。隨著飼糧粗脂肪水平的提高，NH3排放量逐漸降低。菜籽粕飼糧組NH3排放量顯著高于破碎油菜籽飼糧組和菜籽油飼糧組(P<0.05)。

表3 CH4、CO2和NH3排放量Table 3 Emissions of CH4,CO2 and NH3 L/d

2.2 飼糧粗脂肪水平對舍飼牦牛CH4、CO2和NH3日排放量動態(tài)變化的影響

圖2、圖3、圖4分別展示了不同粗脂肪水平飼糧組CH4、CO2和NH3日排放量動態(tài)變化規(guī)律，結(jié)果表明，各飼糧組CH4日排放量呈現(xiàn)規(guī)律變化，在每日00:00—07:00呈現(xiàn)下降趨勢，在07:00—10:00不斷上升，并在10:00達到一個高峰，即每次采食后1.5～3.0 h排放量一個高峰；隨后不斷下降，在18:00再次上升并在18:00—19:00達到每日最高峰，即每日晚間采食后0.5～1.5 h達到最高峰，隨后不斷下降。其中，在各飼糧組中，CH4排放量較高的為菜籽粕飼糧組，在每日18:44時CH4排放量達最高，為2.15 L。CH4排放量較低的為菜籽油飼糧組，在每日07:04時CH4排放量最低，僅為0.64 L。各飼糧組中，菜籽粕組CO2日排放量最高，其余各組CO2日排放量無明顯差異。各飼糧組NH3日排放量動態(tài)變化無明顯規(guī)律。

圖2 CH4日排放量動態(tài)變化圖Fig.2 CH4 daily emission dynamic change chart

圖3 CO2日排放量動態(tài)變化圖Fig.3 CO2 daily emission dynamic change chart

圖4 NH3日排放量動態(tài)變化圖Fig.4 NH3 daily emission dynamic change chart

2.3 干物質(zhì)、粗脂肪攝入量及采食量水平的CH4、NH3和CO2排放量

由表4可知，各組牦牛粗脂肪攝入量隨著飼糧粗脂肪水平的增加逐漸升高，菜籽粕飼糧組和菜籽餅飼糧組的粗脂肪攝入量顯著高于破碎油菜籽飼糧組和菜籽油飼糧組(P<0.05)。攝食每千克飼糧CH4排放量最高的是菜籽粕飼糧組，其次為菜籽餅飼糧組，最低為菜籽油飼糧組，攝食每千克飼糧CH4排放量隨著飼糧粗脂肪水平的增加逐漸下降，菜籽粕飼糧組的攝食每千克飼糧CH4排放量顯著高于其他各組(P<0.05)。攝食每千克飼糧CO2排放量隨著飼糧粗脂肪水平的增加逐漸下降，各組之間無顯著差異(P>0.05)。攝食每千克飼糧NH3排放量最高的是菜籽粕飼糧組，最低的是破碎油菜籽飼糧組，菜籽粕飼糧組的攝食每千克飼糧NH3排放量顯著高于破碎油菜籽飼糧組(P<0.05)。

表4 干物質(zhì)、粗脂肪攝入量及采食量水平的CH4、NH3和CO2排放量Table 4 DM,EE intakes and CH4,CO2,NH3 emissions at feed intake level

2.4 基于飼糧粗脂肪水平的CH4、NH3、CO2排放量預(yù)測模型

基于飼糧粗脂肪水平的CH4、NH3、CO2排放量預(yù)測模型見表5，由飼糧粗脂肪水平作為回歸方程的影響因子，預(yù)測CH4、NH3、CO2排放量。牦牛CH4、CO2排放量與飼糧粗脂肪水平呈顯著負相關(guān)(P<0.05)。相關(guān)系數(shù)分別為0.968 4、0.918 4。牦牛NH3排放量與飼糧粗脂肪水平相關(guān)性不顯著(P>0.05)，相關(guān)系數(shù)為0.834 6。

表5 基于飼糧粗脂肪水平的CH4、NH3、CO2排放量預(yù)測模型Table 5 CH4,NH3,CO2 emission prediction models based on dietary EE level

3 討 論

3.1 飼糧粗脂肪水平對舍飼牦牛NH3排放量的影響

NH3是家畜在舍飼過程中危害最大的氣體，可導(dǎo)致畜群產(chǎn)生呼吸道疾病、生長性能降低等[14-15]。舍飼條件下所產(chǎn)生的NH3主要來源于細菌等微生物分解糞便[4]。盡管反芻動物相對于單胃動物對于NH3的耐受性更強，但是當NH3的濃度達到40～50 mg/m3時，仍然會明顯導(dǎo)致畜群生長性能降低，誘發(fā)疾病等[16-17]。本試驗結(jié)果表明，隨著飼糧粗脂肪水平的升高，NH3排放量整體呈現(xiàn)降低趨勢。進入瘤胃的蛋白質(zhì)飼料經(jīng)過瘤胃微生物作用降解，生成有機酸、氨和二氧化碳[18]。雙金[19]研究了亞麻酸油籽對肉羊瘤胃微生物的影響，研究結(jié)果表明飼糧粗脂肪水平的增加會減少對有機物的降解，同時抑制纖維素消化，使得丙酸濃度升高，乙酸和丁酸濃度上升，進而使產(chǎn)生CH4和NH3的作用下降。以上研究與本試驗研究結(jié)果相符，均表明提高飼糧粗脂肪水平可以有效降低反芻動物NH3排放量。

3.2 飼糧粗脂肪水平對舍飼牦牛CH4排放量的影響

近年來溫室氣體引發(fā)氣候變化，全球溫度不斷升高，給人類造成嚴重的危害[20-21]。而CH4和CO2是導(dǎo)致溫室效應(yīng)的主要氣體。其中CH4的全球變暖潛能值(GWP)是CO2的數(shù)倍[22-24]。本試驗結(jié)果表明，隨著飼糧粗脂肪水平的增加，CH4排放量呈現(xiàn)出降低趨勢。菜籽油飼糧組相對于菜籽粕飼糧組CH4排放量降低了34.67%。董瑞陽[25]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂不同粗飼料的奶牛甲烷排放量在5.4～5.7 L/d。本試驗中，各個時間點的動態(tài)CH4排放量均低于董瑞陽[25]的研究結(jié)果，這與牦牛是“低碳節(jié)氮型”高原家畜有關(guān)。Hollmann等[26]通過在荷斯坦奶牛飼糧中添加不同水平(0、1.3%、2.7%和3.3%)椰子油，結(jié)果表明添加椰子油極顯著降低了CH4排放量，但也同時降低了奶牛的干物質(zhì)采食量和奶產(chǎn)量。Ding等[27]研究發(fā)現(xiàn)，不同精粗比的飼糧對于冷季青藏高原牦牛在放牧和舍飼CH4排放量有顯著影響，天然放牧情況下牦牛牧草DMI為3.78 kg/d的CH4排放量為81.4 g/d，通過改變精粗比顯著降低了CH4排放量，其CH4排放量為53.4～88.9 g/d。張春梅[28]通過體外法研究了不同精粗比條件下添加亞麻酸對湖羊CH4排放量的影響，發(fā)現(xiàn)亞麻酸的添加顯著降低了CH4排放量。以上研究結(jié)果與本研究結(jié)果相符，均表明提高飼糧粗脂肪水平可以有效降低反芻動物的CH4排放量，但作用效果和作用程度可能與脂質(zhì)來源、添加形式及劑量等因素相關(guān)。

3.3 飼糧粗脂肪水平對舍飼牦牛CO2排放量的影響

CO2本身無毒無害，但當其濃度過高時，家畜會出現(xiàn)慢性缺氧，易造成家畜體質(zhì)虛弱等危害[5,29]。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，牦牛CO2排放量與飼糧粗脂肪水平相關(guān)性不顯著。反芻動物CO2排放量主要受到環(huán)境溫度的影響。覃春富[21]通過探究畜禽溫室氣體排放及其減排機制，結(jié)果表明CO2排放主要是動物自身呼吸代謝作用，包括自身呼吸和腸道微生物發(fā)酵過程，主要受到溫度的影響。孫斌等[30]探究了荷斯坦奶牛四季CO2排放量，發(fā)現(xiàn)春季CO2排放量為852.75 g/d，夏季CO2排放量明顯高于春季。李勝利等[31]對夏季泌乳奶牛CO2排放量進行測定，結(jié)果顯示泌乳奶牛的CO2排放量為732 g/d。劉慧麗等[6]研究得出飼喂小麥秸稈的牦牛CO2的排放放量為1 023.1 g/d。本次試驗結(jié)果低于前人研究結(jié)果，其原因可能是由于試驗溫度的影響導(dǎo)致。Van Gastelen等[32]通過研究10種不同處理的飼糧對奶牛有害氣體排放量的影響，發(fā)現(xiàn)飼糧中添加亞麻油和亞麻酸可以降低CH4排放量，但對于CO2排放量無影響。以上研究與本次研究結(jié)果相符，均表明提高飼糧粗脂肪水平對反芻動物CO2排放量無顯著影響。

4 結(jié) 論

以不同物理形式雙低油菜籽調(diào)節(jié)飼糧粗脂肪水平，隨著飼糧粗脂肪水平的升高，可以有效地降低牦牛CH4和NH3排放量，而對CO2排放量無顯著影響，且在每日各個時間點CH4、NH3、CO2排放量均有所降低。