2020 年荷斯坦奶牛甲烷排放研究進(jìn)展

張海博， 高艷霞， 郭 剛 ， 李建國(guó)， 曹玉鳳沈宜釗， 戶林其， 楊 蒙， 王珊珊

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河北保定 071001；2.首農(nóng)畜牧發(fā)展有限公司，北京 100076；3. 河北省牛羊胚胎技術(shù)創(chuàng)新中心，河北保定 071001）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)牛奶及奶制品的需求日益增長(zhǎng)。 為了滿足人們的需求，奶牛養(yǎng)殖規(guī)模不斷增大，這樣帶來的后果是甲烷排放問題日益嚴(yán)重。而甲烷帶來的氣候變暖較其他因素占比達(dá)15% ～20%（陳曉校，2019）， 同時(shí)飼料中2% ～15%的能量轉(zhuǎn)化成甲烷導(dǎo)致浪費(fèi)（栗明月，2019）。 因此降低甲烷排放不但有利于減緩溫室效應(yīng)而且還能提高飼料轉(zhuǎn)化率。 研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加大豆油可有效的降低13.9%甲烷排放（牛建康，2019）。 但不是添加量越大越好，研究發(fā)現(xiàn)如果脂類產(chǎn)品增加到日糧干物質(zhì)的6% ～7%時(shí)嚴(yán)重影響采食量，引起生產(chǎn)性能下降（蘇漢書等，2020）。 本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外2020 年最新甲烷排放研究及調(diào)控措施進(jìn)行綜述，旨在為奶牛生產(chǎn)中降低甲烷排放提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)奶牛甲烷排放的研究較少，主要通過調(diào)整日糧結(jié)構(gòu)及添加飼料添加劑來降低甲烷的排放。

1.1 通過日糧結(jié)構(gòu)調(diào)控甲烷排放 日糧結(jié)構(gòu)，即日糧中各種原料種類及占比， 其會(huì)直接影響奶牛的瘤胃微生物代謝和甲烷生成。 董利峰等（2020）將飼糧非纖維素性碳水化合物（NFC）的中性洗滌纖維含量由1.12 提高至1.64 時(shí)， 能夠顯著降低12 月齡荷斯坦后備奶牛瘤胃甲烷產(chǎn)量。 王貝（2019）的研究也同樣證明，提高NFC 降低了甲烷生成及排放。 徐曉鋒（2019）將日糧的精粗比由原來的40：60 提高到60：40， 瘤胃中丙酸濃度顯著提升，乙酸/丙酸比值降低，從而減少甲烷的產(chǎn)生。王勇勝（2019）研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加15%的全棉籽日糧可顯著降低中國(guó)荷斯坦奶公牛甲烷排放。

1.2 通過飼料添加劑調(diào)控甲烷排放 甲烷主要由奶牛瘤胃中產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生， 添加甲烷菌抑制劑可降低甲烷的產(chǎn)生。杜超（2020）發(fā)現(xiàn)，每千克日糧添加2.5 g 絲蘭植物粉末可顯著降低體外發(fā)酵甲烷產(chǎn)量。孫雪麗（2020）發(fā)現(xiàn)，在日糧中每天每頭添加15 g N-氨甲酰谷氨酸可顯著降低荷斯坦公牛甲烷排放量。同樣張藝（2020）研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比， 添加3-硝基丙醇60 mg/kg 可使奶牛甲烷日排放量、甲烷產(chǎn)量和強(qiáng)度分別降低26%、21%和25%。日糧添加紅藻提取物、青貯金針菇、干酵母、10%棗粉、5%的海帶粉、30 g/d 竹葉提取物、0.50%青蒿提取物 （郭善軍，2020； 蘇漢書等，2020； 王秋玲等，2019； 牛建康，2019； 陳曉校，2019；孫福昱，2019；栗明月，2019）等可降低瘤胃產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量，從而降低瘤胃甲烷排放。

2 國(guó)外研究進(jìn)展

國(guó)外有關(guān)奶牛甲烷排放的研究時(shí)間比較早，且研究的比較全面， 從奶牛的日糧結(jié)構(gòu)、 飼喂模式、 添加劑使用、 基因調(diào)控等方面作了深入的研究。

2.1 日糧結(jié)構(gòu) 日糧不同原料及各原料占比不同會(huì)影響奶牛瘤胃的發(fā)酵，Wilson（2020）研究發(fā)現(xiàn)以菊苣、 車前草和白三葉草為主的草場(chǎng)放牧相較于以草科三葉草和豆科三葉草為主的草場(chǎng)甲烷排放顯著降低， 說明不同類型的原料對(duì)瘤胃甲烷代謝的影響不同。研究發(fā)現(xiàn)，在以黑麥草和小麥為基礎(chǔ)的飼糧中，隨著小麥添加量的增加（由3 kg提高到9 kg） 顯著降低了甲烷排放 （Moate 等，2020）。 Arango 等（2020）的研究也證實(shí)提高豆類飼料的使用量可顯著降低甲烷排放。而Brsting 等（2020）的試驗(yàn)表明，通過糖蜜代替部分小麥會(huì)增加甲烷排放。 Tümmler（2020）研究發(fā)現(xiàn)給哺乳犢牛增加代乳粉飼喂量可顯著減少甲烷排放量。

2.2 飼喂方式 Benchaar （2020）研究發(fā)現(xiàn)，每日飼喂次數(shù)由多次降低至一次可以減少腸道甲烷排放且能減少能量損失，但對(duì)糞中甲烷含量無(wú)影響。而Goopy（2020）等研究發(fā)現(xiàn)，隨著季節(jié)性飼草短缺，采食量的不足會(huì)導(dǎo)致甲烷排放增多。

2.3 飼料添加劑 隨著人們對(duì)奶牛瘤胃代謝更深入的了解， 飼料中使用飼料添加劑不僅提高了牛奶產(chǎn)量和品質(zhì)， 同時(shí)還有利于降低甲烷排放。Poteko 等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加亞麻籽可有效降低甲烷排放。 在Olijhoek 等（2019）研究中， 日糧添加0、7、14 g 和21 g 不同梯度水平的牛至精油均未降低奶牛的甲烷產(chǎn)量， 產(chǎn)生差異的原因可能與添加的油脂類型和其在體內(nèi)的代謝機(jī)制有關(guān)， 具體機(jī)制需要進(jìn)一步研究。 Belanche 等（2020）的研究發(fā)現(xiàn)給奶牛每天每頭補(bǔ)存1 g 的阿戈林，連續(xù)飼喂四周以上，可降低13%甲烷產(chǎn)量。硝酸鹽可與甲烷生成競(jìng)爭(zhēng)瘤胃中可用的氫， 從而降低反芻動(dòng)物中甲烷的產(chǎn)生。 Moate 等（2020）研究表明， 用5 kg 的紅葡萄殘?jiān)? kg 的黑燕麥可顯著降低15%甲烷排放。 將25% ～50%狗尾草作為飼喂全混合日糧的奶牛的補(bǔ)充劑， 每千克校正乳平均降低20 g 甲烷，主要原因是其降低了奶牛的干物質(zhì)采食量和產(chǎn)奶量 （Civiero 等，2020）。 每天800 g 棉籽油和每天400 g 單寧的組合使母牛甲烷的產(chǎn)率降低20%（Williams 等，2020）。 同時(shí)日糧中添加180 mg 硫胺素（Xue 等，2020）、混合精油（Belanche 等，2020）、三硝基丙醇（Melgar 等，2020）、濃縮單寧（Roca，等2020）可有效降低甲烷排放。 Zhao 等（2020）研究發(fā)現(xiàn)臭氧對(duì)奶牛甲烷排放有抑制作用。

2.4 基因標(biāo)記及預(yù)測(cè)技術(shù) 近幾年，研究發(fā)現(xiàn)甲烷生產(chǎn)的基因組有助于減少畜牧生產(chǎn)系統(tǒng)中的甲烷排放， 減少奶牛等反芻動(dòng)物甲烷排放對(duì)溫室效應(yīng)的影響。 Jalil（2020）通過使用標(biāo)記物輔助和基因組選擇來代替以往昂貴的測(cè)定方法。 Wang（2020）提出的熱擴(kuò)散多層網(wǎng)絡(luò)方法，以分析影響甲烷排放的微生物模式， 從而有助于為降低甲烷排放提供數(shù)據(jù)支持。 Manzanilla 等（2020）使用常規(guī)記錄能量校正乳（ECM）、體重（BW）以及基因型信息的多性狀分析對(duì)甲烷進(jìn)行多性狀基因組預(yù)測(cè)， 比傳統(tǒng)的單性狀基因組預(yù)測(cè)具有更高的預(yù)測(cè)精度。Bannink（2020）通過監(jiān)控糞便有機(jī)質(zhì)消化率建立模型進(jìn)行甲烷排放監(jiān)控。Zhang（2019）通過貝葉斯模型監(jiān)控宿主基因ABS4 和DNAJC10 內(nèi)的遺傳標(biāo)記與微生物群之間的關(guān)系， 以及它們與甲烷排放的宿主遺傳學(xué)之間的相互作用，宿主基因和遺傳標(biāo)記的鑒定表明，可以設(shè)計(jì)出具有與表型相關(guān)的理想微生物群組成的奶牛育種策略。 Ramayo 等（2020）研 究 中 通 過 結(jié) 合16S rRNA 基 因和shot 彈槍宏基因組測(cè)序來標(biāo)記荷斯坦奶牛的瘤胃微生物組，可用于奶牛業(yè)的目標(biāo)甲烷減排選擇計(jì)劃。 Richardson 等（2021）以殘余甲烷生產(chǎn)為指標(biāo)，使用SF6 示蹤法和電子飼料記錄系統(tǒng)對(duì)奶牛甲烷含量、干物質(zhì)攝入量（DMI）和能量校正乳（ECM）進(jìn)行記錄，計(jì)算剩余甲烷產(chǎn)量的遺傳和表型回歸，對(duì)DMI 的直接基因組值（DGV）進(jìn)行常規(guī)評(píng)估， 構(gòu)建了由剩余采食量的DGV 和體重的估計(jì)育種值，有助于通過基因篩選控制后代甲烷的減排。

3 小結(jié)

研究甲烷排放的目的就是最大化的降低甲烷對(duì)環(huán)境的危害， 同時(shí)減少甲烷生成帶來的能量損耗，從而增加奶牛的生產(chǎn)性能，提高牧場(chǎng)的盈利能力。同時(shí)利用先進(jìn)的基因檢測(cè)及標(biāo)記技術(shù)，有效的估測(cè)甲烷排放量，為日后通過育種、飼養(yǎng)等手段減少甲烷排放提供理論依據(jù)。