三江源區牧草營養成分與甲烷產量相關性研究

青海大學 張勝權

青海省畜牧獸醫科學院 崔占鴻 郝力壯 柴沙駝張曉衛 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、水稻田及其他施肥農田等，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和調節區——三江源區，位于青海省境內，是我國最重要、影響范圍最大的生態功能區之一。該區域溫室氣體的排放一定程度上來自牦牛反芻，準確測定牦牛的甲烷排放量對該區域溫室氣體減排、實施低碳畜牧業具有重要指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 青海省玉樹縣巴塘鄉，海拔3972 m，東經 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，總日照時數2454.70 h，年降水量480.5 mm。在對該地區植被調查基礎上采集主要優勢種早熟禾 （Kentucky Bluegrass）、異針茅 （Stipa aliena Keng）、 矮嵩草 （Kobresia humilis），經風干處理后帶回實驗室，進行65℃烘干，粉碎過篩（1.0 mm）后待測。

1.2 測定指標及方法

1.2.1 常規營養成分測定 干物質（DM）、粗蛋白質（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，防止微生物區系發生變化。將瘤胃液倒入預熱至（39±0.25）℃的容器中，混合均勻后經四層紗布過濾，量取所需體積的瘤胃液迅速加入到準備好的人工瘤胃營養液中，制成混合人工瘤胃培養液（瘤胃液與人工瘤胃營養液以1∶2的體積比混合）。混合人工瘤胃培養液用磁力攪拌器攪拌并通入CO2飽和。

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

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

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

1.3 數據處理 試驗數據采用Excel 2003進行初步處理，SPSS 19對數據進行方差分析和回歸分析。結果均以“平均數±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 不同品種牧草營養成分比較分析 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成分比較%

2.2 不同品種牧草體外產氣變化及營養成分與甲烷產量相關性分析 由表2可見，三種牧草的48 h累積產氣量，早熟禾>異針茅>矮嵩草，差異極顯著（P＜0.01）；甲烷產量為早熟禾>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酵指標測定結果

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

表3 牧草營養成分與甲烷產量相關性分析

3 討論

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

3.2 不同牧草營養成分與甲烷產量相關性分析三種牧草ADF與甲烷產量呈顯著負相關，ADF、EE呈極顯著負相關。Lee等（2003）建立的模型中，粗纖維與甲烷產量呈負相關。郭雪峰（2008）建立的4種牧草回歸模型中，纖維類物質（ADF、NDF、ADL）與甲烷產生量呈負相關。楊博（2009）對青藏高原冬季牧草進行研究，也發現ADF、NDF與甲烷產生量呈負相關關系。上述均與本研究結果一致。因此可以認為，體外條件下牧草的甲烷產生量更多地與纖維物質呈負相關，這可能是由于天然牧草中含有較多的木質素成分，難以被瘤胃微生物降解，最終導致甲烷產量的降低。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，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氣法，且試驗動物不同有關。

本試驗相關性結果顯示，牧草甲烷產生量與CP 呈負相關，這與 Lee等（2003）、郭雪峰（2008）報道的結果一致。關于甲烷產量與CP相關性研究結果不盡相同。樊霞等（2004）研究表明，甲烷產生量隨著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，甲烷產生量與CP呈負相關。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。本研究中甲烷的產生量與EE也呈負相關。Lee等（2003）建立的模型中甲烷產生量與EE均呈負相關，說明天然牧草中含有少量的EE，對甲烷產生量的影響較小。瘤胃微生物幾乎不會發酵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，因此影響甲烷產生。

4 結論

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

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