2020 年荷斯坦奶牛甲烷排放研究進展

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

（1.河北農業大學動物科技學院，河北保定 071001；2.首農畜牧發展有限公司，北京 100076；3. 河北省牛羊胚胎技術創新中心，河北保定 071001）

隨著我國經濟的飛速發展和生活質量的提高，人們對牛奶及奶制品的需求日益增長。 為了滿足人們的需求，奶牛養殖規模不斷增大，這樣帶來的后果是甲烷排放問題日益嚴重。而甲烷帶來的氣候變暖較其他因素占比達15% ～20%（陳曉校，2019）， 同時飼料中2% ～15%的能量轉化成甲烷導致浪費（栗明月，2019）。 因此降低甲烷排放不但有利于減緩溫室效應而且還能提高飼料轉化率。 研究發現，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，研究發現如果脂類產品增加到日糧干物質的6% ～7%時嚴重影響采食量，引起生產性能下降（蘇漢書等，2020）。 本文針對國內外2020 年最新甲烷排放研究及調控措施進行綜述，旨在為奶牛生產中降低甲烷排放提供理論依據和技術支持。

1 國內研究進展

目前，國內有關奶牛甲烷排放的研究較少，主要通過調整日糧結構及添加飼料添加劑來降低甲烷的排放。

1.1 通過日糧結構調控甲烷排放 日糧結構，即日糧中各種原料種類及占比， 其會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， 能夠顯著降低12 月齡荷斯坦后備奶牛瘤胃甲烷產量。 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，從而減少甲烷的產生。王勇勝（2019）研究發現，日糧添加15%的全棉籽日糧可顯著降低中國荷斯坦奶公牛甲烷排放。

1.2 通過飼料添加劑調控甲烷排放 甲烷主要由奶牛瘤胃中產甲烷菌產生， 添加甲烷菌抑制劑可降低甲烷的產生。杜超（2020）發現，每千克日糧添加2.5 g 絲蘭植物粉末可顯著降低體外發酵甲烷產量。孫雪麗（2020）發現，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）研究發現，與對照組相比， 添加3-硝基丙醇60 mg/kg 可使奶牛甲烷日排放量、甲烷產量和強度分別降低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）等可降低瘤胃產甲烷菌的數量，從而降低瘤胃甲烷排放。

2 國外研究進展

國外有關奶牛甲烷排放的研究時間比較早，且研究的比較全面， 從奶牛的日糧結構、 飼喂模式、 添加劑使用、 基因調控等方面作了深入的研究。

2.1 日糧結構 日糧不同原料及各原料占比不同會影響奶牛瘤胃的發酵，Wilson（2020）研究發現以菊苣、 車前草和白三葉草為主的草場放牧相較于以草科三葉草和豆科三葉草為主的草場甲烷排放顯著降低， 說明不同類型的原料對瘤胃甲烷代謝的影響不同。研究發現，在以黑麥草和小麥為基礎的飼糧中，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）的試驗表明，通過糖蜜代替部分小麥會增加甲烷排放。 Tümmler（2020）研究發現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）研究發現，每日飼喂次數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，但對糞中甲烷含量無影響。而Goopy（2020）等研究發現，隨著季節性飼草短缺，采食量的不足會導致甲烷排放增多。

2.3 飼料添加劑 隨著人們對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量和品質， 同時還有利于降低甲烷排放。Poteko 等（2020）研究發現，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量， 產生差異的原因可能與添加的油脂類型和其在體內的代謝機制有關， 具體機制需要進一步研究。 Belanche 等（2020）的研究發現給奶牛每天每頭補存1 g 的阿戈林，連續飼喂四周以上，可降低13%甲烷產量。硝酸鹽可與甲烷生成競爭瘤胃中可用的氫， 從而降低反芻動物中甲烷的產生。 Moate 等（2020）研究表明， 用5 kg 的紅葡萄殘渣代替5 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采食量和產奶量 （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率降低20%（Williams 等，2020）。 同時日糧中添加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）研究發現臭氧對奶牛甲烷排放有抑制作用。

2.4 基因標記及預測技術 近幾年，研究發現甲烷生產的基因組有助于減少畜牧生產系統中的甲烷排放， 減少奶牛等反芻動物甲烷排放對溫室效應的影響。 Jalil（2020）通過使用標記物輔助和基因組選擇來代替以往昂貴的測定方法。 Wang（2020）提出的熱擴散多層網絡方法，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據支持。 Manzanilla 等（2020）使用常規記錄能量校正乳（ECM）、體重（BW）以及基因型信息的多性狀分析對甲烷進行多性狀基因組預測， 比傳統的單性狀基因組預測具有更高的預測精度。Bannink（2020）通過監控糞便有機質消化率建立模型進行甲烷排放監控。Zhang（2019）通過貝葉斯模型監控宿主基因ABS4 和DNAJC10 內的遺傳標記與微生物群之間的關系， 以及它們與甲烷排放的宿主遺傳學之間的相互作用，宿主基因和遺傳標記的鑒定表明，可以設計出具有與表型相關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 合16S rRNA 基 因和shot 彈槍宏基因組測序來標記荷斯坦奶牛的瘤胃微生物組，可用于奶牛業的目標甲烷減排選擇計劃。 Richardson 等（2021）以殘余甲烷生產為指標，使用SF6 示蹤法和電子飼料記錄系統對奶牛甲烷含量、干物質攝入量（DMI）和能量校正乳（ECM）進行記錄，計算剩余甲烷產量的遺傳和表型回歸，對DMI 的直接基因組值（DGV）進行常規評估， 構建了由剩余采食量的DGV 和體重的估計育種值，有助于通過基因篩選控制后代甲烷的減排。

3 小結

研究甲烷排放的目的就是最大化的降低甲烷對環境的危害， 同時減少甲烷生成帶來的能量損耗，從而增加奶牛的生產性能，提高牧場的盈利能力。同時利用先進的基因檢測及標記技術，有效的估測甲烷排放量，為日后通過育種、飼養等手段減少甲烷排放提供理論依據。