董利鋒，楊修竹，高彥華，李斌昌，王貝，刁其玉

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，反芻動(dòng)物及其幼畜營(yíng)養(yǎng)代謝中美聯(lián)合研究中心，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院-國(guó)際熱帶農(nóng)業(yè)研究中心農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京100081；2.西南民族大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都610041；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州730070；4.塔里木大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾843300）

反芻動(dòng)物憑借其龐大的瘤胃微生物體系能夠高效利用纖維類物質(zhì)含量豐富的粗飼料，并將其轉(zhuǎn)化為動(dòng)物性產(chǎn)品。在瘤胃微生物發(fā)酵過(guò)程中，產(chǎn)甲烷菌利用微生物降解過(guò)程中所產(chǎn)生的底物（如H2）生成甲烷。作為瘤胃有機(jī)物無(wú)氧酵解的必然副產(chǎn)物之一，甲烷氣體排放所損失的能量可占到飼料總能攝入量的2.7%～9.8%［1］。以往的研究發(fā)現(xiàn)，增加日糧中粗纖維水平可顯著降低反芻動(dòng)物的干物質(zhì)采食量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率，會(huì)促進(jìn)瘤胃發(fā)酵甲烷的產(chǎn)生［2］。Moorby 等［3］發(fā)現(xiàn)將荷斯坦泌乳奶牛日糧中中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）含量從41%增加到55%時(shí)，其干物質(zhì)采食量和中性洗滌纖維采食量分別下降了56.8%和18.3%。周艷等［4］在生長(zhǎng)期杜寒雜交肉羊上的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飼料中NDF 含量增加時(shí)，干物質(zhì)的表觀消化率從61.34%降低至51.17%，粗蛋白質(zhì)的表觀消化率從47.47%下降至30.95%，而甲烷產(chǎn)量從36.07 L·d?1增加至79.32 L·d?1。原因可能是瘤胃內(nèi)食糜的消化速度和流通速率受到了日糧結(jié)構(gòu)的影響，從而造成瘤胃甲烷排放量的改變。除此之外，畜牧養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的甲烷是人為排放甲烷的重要來(lái)源之一，是造成全球性極端氣候變化的主要貢獻(xiàn)者。因此，適當(dāng)減少反芻動(dòng)物甲烷的生成和排放具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的雙重效益。

作為奶牛種群中的主體，泌乳奶牛在不同生產(chǎn)模式和日糧條件下的瘤胃甲烷排放特征已經(jīng)得到較為廣泛的研究和證明。王貝等［5?7］系統(tǒng)研究了荷斯坦泌乳奶牛在不同泌乳階段的瘤胃甲烷排放規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)泌乳中期的甲烷排放量最高（399.8 g·d?1），其次是泌乳后期（395.61 g·d?1）和泌乳早期（391.86 g·d?1）。Jonker 等［8］發(fā)現(xiàn)荷斯坦泌乳奶牛在不同放牧條件下瘤胃甲烷排放量存在差異，其中奶牛在燕麥草（Lolium perenne）和白三葉草（Trifolium repens）牧場(chǎng)中甲烷排放量為402 g·d?1。郜宇洋［9］采用六氟化硫示蹤技術(shù)研究了不同生長(zhǎng)階段西門(mén)塔爾雜交肉牛營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用和瘤胃甲烷排放，發(fā)現(xiàn)隨著生長(zhǎng)階段的遞增，甲烷排放量逐漸增加。近期的研究發(fā)現(xiàn)，與飼喂50%粗飼料的荷斯坦后備奶牛相比，飼喂70%粗飼料的奶牛的瘤胃甲烷排放量顯著增加了20.8%，甲烷轉(zhuǎn)化因子增加了43.9%［10］。Jiao 等［11］研究了舍飼條件下荷斯坦后備奶牛瘤胃甲烷的排放特征，發(fā)現(xiàn)生理階段（6、12、18 和22 月齡）和性別（公母）能夠顯著影響甲烷排放量。但是，目前我國(guó)關(guān)于后備奶牛瘤胃甲烷排放特征的研究較少，尤其是不同日糧營(yíng)養(yǎng)組成和結(jié)構(gòu)條件下后備奶牛的生長(zhǎng)性能、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率、瘤胃發(fā)酵特征以及甲烷排放的研究還存在空白，仍缺乏系統(tǒng)性的甲烷排放規(guī)律和甲烷轉(zhuǎn)化因子的研究。因此，本試驗(yàn)通過(guò)研究不同日糧中性洗滌纖維/非纖維性碳水化合物（neutral detergent fiber/non-fibrous carbohydrate，NDF/NFC）水平對(duì)周歲后荷斯坦奶牛生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率、瘤胃發(fā)酵指標(biāo)及甲烷產(chǎn)量的影響，并在此基礎(chǔ)上建立瘤胃甲烷排放預(yù)測(cè)模型，旨在獲得我國(guó)生產(chǎn)模型下的甲烷排放規(guī)律和甲烷轉(zhuǎn)化因子，為提高奶牛能量利用效率和探索減排策略提供科學(xué)依據(jù)和支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

本試驗(yàn)于2018 年9?10 月在北京市房山區(qū)趙營(yíng)村中加永宏奶牛場(chǎng)完成。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理

試驗(yàn)選用45 頭體重為（425±35.2）kg，月齡為（14.5±0.34）體況健康的中國(guó)荷斯坦后備奶牛。根據(jù)月齡、體重相近的原則按照單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)將動(dòng)物隨機(jī)分為3 個(gè)處理組：低NDF/NFC 組（NDF/NFC=0.60；精料比例為50%，干物質(zhì)基礎(chǔ)）、中NDF/NFC組（NDF/NFC=0.75；精料比例為40%）以及高NDF/NFC 組（NDF/NFC=0.90；精 飼 料 比 例 為30%）。按照中國(guó)奶牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)［12］配置后備奶牛的日糧，日糧組成及營(yíng)養(yǎng)成分含量見(jiàn)表1。試驗(yàn)預(yù)飼期為14 d，正式試驗(yàn)期為56 d，包括35 d 的生長(zhǎng)試驗(yàn)，7 d 的消化代謝試驗(yàn)以及14 d 的氣體代謝試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)膛２捎盟┫凳斤曫B(yǎng)，每天喂料2 次（06：00 和18：00），日剩料量控制在5%。自由飲水，定期清理水槽，保證清潔飲水。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 生長(zhǎng)性能測(cè)定 干物質(zhì)采食量的測(cè)定。分別于生長(zhǎng)試驗(yàn)的第1、3 和5 周連續(xù)4 d 記錄每天每頭奶牛的投料量和剩料量，計(jì)算每頭奶牛的日采食量。根據(jù)采食量記錄期間采集的飼料樣品的干物質(zhì)含量來(lái)計(jì)算奶牛每天的干物質(zhì)采食量。

體重和平均日增重的測(cè)定。分別于生長(zhǎng)試驗(yàn)的第1、21 和35 天晨飼前進(jìn)行稱重，并計(jì)算平均日增重。

1.3.2 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率測(cè)定 采用鹽酸不溶灰分法（acid insoluble ash）測(cè)定后備奶牛的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率［13］。在正式試驗(yàn)期的第36～42 天分批次連續(xù)收集糞便樣品7 d。采樣時(shí)按照每100 g 鮮樣加10 mL 鹽酸（10%濃度）防止氮的揮發(fā)。經(jīng)65 ℃烘箱中烘干后密封保存。

1.3.3 瘤胃液采集與發(fā)酵指標(biāo)測(cè)定 于正式試驗(yàn)結(jié)束前3 d，從每個(gè)處理組中隨機(jī)選取4 頭動(dòng)物，晨飼前采用口腔導(dǎo)管的方式采集瘤胃液樣品［14］。采集的瘤胃液用滅菌的4 層紗布過(guò)濾后分裝于10 mL 的離心管中用于揮發(fā)性脂肪酸和氨態(tài)氮濃度測(cè)定。另取10 mL 的瘤胃液進(jìn)行pH 值測(cè)定。

表1 日糧基本組成及營(yíng)養(yǎng)成分含量Table 1 The composition and nutrient contents of experi?mental diet

參照Broderick 等［15］的水楊酸鈉?次氯酸鈉比色法測(cè)定瘤胃液氨態(tài)氮（NH3?N）含量。采用氣相色譜儀（6890N，Agilent，美國(guó)）測(cè)定揮發(fā)性脂肪酸的濃度。色譜柱為HP19091N?213 型毛細(xì)管柱，進(jìn)樣口溫度為200 ℃，載氣為高純氮?dú)?，流量?.0 mL·min?1?；鹧鏆潆x子檢測(cè)器的溫度為250 ℃［16］。酸堿度采用便攜式pH 計(jì)（ST 300，Ohaus，美國(guó)）測(cè)定。

1.3.4 瘤胃甲烷排放測(cè)定 采用六氟化硫示蹤技術(shù)測(cè)定荷斯坦后備奶牛的瘤胃甲烷排放量［17］。在氣體代謝試驗(yàn)開(kāi)始前3 d，從每個(gè)處理組中隨機(jī)選取5 頭后備奶牛，采用獸用投藥槍（A28568N，科立博，武漢）將六氟化硫滲透管投入到瘤胃內(nèi)，并連接氣體采集管路、集氣罐和背部襯墊，以便讓動(dòng)物充分適應(yīng)設(shè)備。本試驗(yàn)中六氟化硫滲透管的滲透速率范圍為3.42～3.85 mg·d?1，平均滲透速率為3.35 mg·d?1。氣體采集管路中的流速控制為0.45 mL·min?1，集氣罐體積為4.5 L。

氣體代謝試驗(yàn)期間，連續(xù)收集每個(gè)處理組中5 頭動(dòng)物每天24 h 的氣體產(chǎn)量（08：00 至次日08：00）。同時(shí)，選取5 個(gè)采氣管路和集氣罐放置于牛舍內(nèi)對(duì)背景氣體進(jìn)行采集。氣體樣品采集結(jié)束后對(duì)集氣瓶?jī)?nèi)壓力進(jìn)行測(cè)定，大于?40 kPa 時(shí)即為采樣成功。采用氣相色譜儀（GC-126，上海儀電分析儀器有限公司，上海）對(duì)每日采集的氣體樣品進(jìn)行測(cè)定。其中氫火焰離子檢測(cè)器和電子捕獲檢測(cè)器的檢測(cè)溫度分別為150 和300 ℃。六氟化硫和甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體的濃度分別為6.5×10?8和7.1×10?3g·m?3，填充氣為高純氮?dú)?。采用單點(diǎn)校正法測(cè)定六氟化硫含量，并計(jì)算甲烷濃度，單位以g·d?1表示。

1.3.5 飼料樣品采集與分析 于正試期的第12～15 天連續(xù)收集各處理組的飼料樣品，充分混合后進(jìn)行常規(guī)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值成分的分析。依照張麗英［18］的方法對(duì)飼料樣品中的有機(jī)物、粗蛋白質(zhì)、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維、粗脂肪、粗灰分、總能、鈣和磷進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算日糧中NFC 的含量。同時(shí)，采用相同方法測(cè)定糞樣中粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量，計(jì)算營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的表觀消化率。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan 氏法進(jìn)行差異顯著性分析。試驗(yàn)結(jié)果以P<0.05 為差異顯著，P<0.01 為差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)后備奶牛生長(zhǎng)性能的影響

如表2 所示，3 組動(dòng)物的月齡和體重沒(méi)有顯著差異（P>0.05）。低NDF/NFC 組后備奶牛的干物質(zhì)采食量、有機(jī)物采食量和總能攝入量顯著高于另外兩個(gè)處理組（P<0.05）。低NDF/NFC 組和中NDF/NFC 組動(dòng)物的平均日增重沒(méi)有顯著差異（P>0.05），但顯著高于高NDF/NFC 處理組（P<0.05）。

2.2 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)后備奶牛營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響

如圖1 所示，在消化代謝試驗(yàn)中，低NDF/NFC 組的干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)和酸性洗滌纖維表觀消化率顯著高于中NDF/NFC 和高NDF/NFC 組（P<0.05），但后兩個(gè)處理組在該指標(biāo)上沒(méi)有顯著差異（P>0.05）。對(duì)于中性洗滌纖維表觀消化率來(lái)說(shuō)，低NDF/NFC 和中NDF/NFC 組之間沒(méi)有顯著差異（P>0.05），但顯著高于高NDF/NFC 組（P<0.05）。

2.3 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)后備奶牛瘤胃發(fā)酵指標(biāo)的影響

如表3 所示，3 個(gè)處理組中試驗(yàn)動(dòng)物的瘤胃pH 值之間沒(méi)有顯著差異（P<0.05）。但是，隨著日糧NDF/NFC水平的增加，瘤胃內(nèi)總揮發(fā)性脂肪酸的濃度、乙酸相對(duì)含量以及乙酸/丙酸的比例顯著增加（P<0.05），而丙酸和丁酸的相對(duì)含量顯著降低（P<0.05）。此外，戊酸、異戊酸和異丁酸的含量在3 個(gè)處理組中沒(méi)有顯著差異（P>0.05）。

2.4 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)后備奶牛瘤胃甲烷排放的影響

如表4 所示，甲烷的排放量與日糧中NDF/NFC 水平緊密相關(guān)，高的NDF/NFC 水平，甲烷排放就高（P<0.05）。高NDF/NFC 組后備奶牛的單位代謝體重、單位干物質(zhì)采食量、單位有機(jī)物采食量、單位中性洗滌纖維采食量的甲烷排放量顯著高于另外兩個(gè)處理組（P<0.05）。單位總能攝入量的甲烷能排放量也隨著日糧NDF/NFC 水平的增加而顯著增加（P<0.05）。

表2 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)荷斯坦后備奶牛生產(chǎn)性能的影響Table 2 Effects of dietary NDF/NFC contents on the growth performance of Holstein heifers

圖1 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)后備奶牛營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響Fig.1 Effects of different dietary NDF/NFC levels on nutrient digestibility of heifers

2.5 后備奶牛瘤胃甲烷排放預(yù)測(cè)模型

如表5 所示，基于動(dòng)物體重、干物質(zhì)采食量、中性洗滌纖維含量以及非纖維性碳水化合物含量/中性洗滌纖維含量分別建立了瘤胃甲烷產(chǎn)量的預(yù)測(cè)模型。其中基于干物質(zhì)采食量建立的甲烷預(yù)測(cè)模型的決定系數(shù)最高，為0.74。另外，基于總能攝入量、中性洗滌纖維采食量、非纖維性碳水化合物采食量也建立了甲烷能產(chǎn)量的預(yù)測(cè)模型?；诟晌镔|(zhì)采食量和中性洗滌纖維采食量建立的二元一次預(yù)測(cè)模型提高了方程的決定系數(shù)，達(dá)到了0.77。

表3 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)荷斯坦后備奶牛瘤胃發(fā)酵指標(biāo)的影響Table 3 Effects of dietary NDF/NFC contents on the ruminal fermentation parameters of Holstein heifers

表4 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)荷斯坦后備奶牛瘤胃甲烷產(chǎn)量的影響Table 4 Effects of dietary NDF/NFC contents on the enteric methane emissions of Holstein heifers

表5 基于生產(chǎn)性能和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝入量的瘤胃甲烷產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型Table 5 Prediction equations of enteric methane emissions based on production performance，nutrient content and intake pa?rameters

3 討論

3.1 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)后備奶牛生長(zhǎng)性能的影響

后備牛的生長(zhǎng)性能與日糧營(yíng)養(yǎng)水平密切相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)提高日糧中可溶性碳水化合物的含量可顯著提高動(dòng)物的干物質(zhì)采食量和日增重，該結(jié)論與王貝等［7］的結(jié)果一致，主要原因是日糧中非纖維性碳水化合物如淀粉含量增加，經(jīng)瘤胃微生物發(fā)酵之后，動(dòng)物可獲得更多的能量，因此能夠提高動(dòng)物的日增重。此外，淀粉等可溶性碳水化合物增加，使食糜在瘤胃內(nèi)的流通速度增加，停留時(shí)間減少，因此動(dòng)物通過(guò)增加采食次數(shù)和采食量來(lái)提高飽腹感。在本試驗(yàn)中，與高NDF/NFC 組的后備奶牛相比，低NDF/NFC 的干物質(zhì)采食量和非纖維性碳水化合物采食量分別提高了6.99%和7.84%，平均日增重顯著提高了20.7%。結(jié)果表明提高日糧中的非纖維性碳水化合物比例可以提高生長(zhǎng)性能，有利于動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育。

3.2 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)后備奶牛營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響

日糧中NDF/NFC 的比例可在一定程度上反映出飼料中難降解物質(zhì)和易消化物質(zhì)的組成，影響其在瘤胃內(nèi)的降解速率、降解產(chǎn)物，并進(jìn)一步改變瘤胃的發(fā)酵模式。因此，日糧中纖維類物質(zhì)和非纖維性碳水化合物能夠顯著改變營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在瘤胃內(nèi)的表觀消化率。以往的研究表明，當(dāng)日糧精料水平低于70%時(shí)，增加日糧精料含量總能提高干物質(zhì)和有機(jī)物的表觀消化率［4］。究其原因，可能是隨著日糧中精料比例增加，可溶性碳水化合物含量增加，發(fā)酵產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可為瘤胃微生物提供更多的能量，增加其消化代謝營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的活性。本試驗(yàn)中，當(dāng)后備奶牛飼喂低NDF/NFC 日糧時(shí)，其干物質(zhì)的表觀消化率比高NDF/NFC 組提高了10.1%，而中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維分別提高了4.9%和8.3%，達(dá)到了顯著水平。該結(jié)論與周艷等［4］在生長(zhǎng)期母羊上的結(jié)果一致。以往的研究認(rèn)為精飼料比例能夠顯著影響瘤胃微生物對(duì)氮的利用效率，而適度提高日糧淀粉含量可促進(jìn)蛋白質(zhì)的消化，并增強(qiáng)瘤胃微生物對(duì)含氮物質(zhì)的利用［19］。本試驗(yàn)中降低日糧中NDF/NFC 比例時(shí)，粗蛋白質(zhì)的表觀消化率最多提高了9.5%，該結(jié)論與以上研究結(jié)果一致。

3.3 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)后備奶牛瘤胃發(fā)酵指標(biāo)的影響

日糧結(jié)構(gòu)和組成是影響瘤胃發(fā)酵特征的重要因素之一，其中瘤胃液pH 值能夠反映瘤胃內(nèi)有機(jī)酸和氨態(tài)氮等堿性物質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系。在本試驗(yàn)中，3 個(gè)處理組中瘤胃液的pH 值之間沒(méi)有顯著差異，表明本試驗(yàn)中日糧對(duì)瘤胃酸堿度的影響較小。與以往的研究結(jié)果一致，3 個(gè)處理組瘤胃液的平均pH 值為6.45，在正常的pH 值范圍之內(nèi)（5.5～7.5）［20］。瘤胃液中氨態(tài)氮是食糜中含氮類物質(zhì)代謝的重要產(chǎn)物，也是瘤胃微生物蛋白質(zhì)合成的主要氮源。有研究表明，瘤胃液中氨態(tài)氮的含量與日糧中粗蛋白質(zhì)含量呈正相關(guān)關(guān)系；但提高日糧中碳水化合物水平會(huì)抑制瘤胃微生物對(duì)蛋白質(zhì)的降解，從而造成氨態(tài)氮含量的累積［21］。在本試驗(yàn)中，將周歲后荷斯坦后備奶牛日糧NDF/NFC 水平由0.6 增加至0.9 時(shí)，瘤胃內(nèi)氨態(tài)氮含量并沒(méi)有發(fā)生顯著變化，原因可能與發(fā)酵底物的能氮比例、瘤胃微生物的組成和活性等因素有關(guān)［22］。另外，本試驗(yàn)中3 個(gè)處理組的蛋白質(zhì)水平之間差異較小也可能是造成瘤胃氨態(tài)氮含量比較穩(wěn)定的原因。與趙娜等［23］的結(jié)論一致，氨態(tài)氮濃度是日糧中蛋白降解和合成之間的平衡狀況的結(jié)果，除了瘤胃內(nèi)碳水化合物含量的影響之外，氨態(tài)氮的含量也主要受到氮利用效率的影響。本試驗(yàn)中，提高日糧中NDF/NFC 比例顯著增加了瘤胃內(nèi)總揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量、乙酸相對(duì)含量和乙酸/丙酸的比例。Murphy等［24］研究發(fā)現(xiàn)將奶牛日糧中粗飼料的比例由30%增加至50%時(shí)，其瘤胃內(nèi)乙酸的相對(duì)含量從61.5%增加至64.4%，乙酸/丙酸的比例從3.33 增加至3.63，而丙酸的產(chǎn)量從25.2 下降至22.3 mmol·L?1。同樣的，Kljak 等［21］在后備牛的研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)日糧粗飼料從85%降低至55%時(shí)，瘤胃內(nèi)乙酸含量下降了3.25%，乙酸/丙酸比例下降了6.68%，而丙酸的含量上升了3.37%。以上結(jié)果表明，提高日糧中纖維類物質(zhì)含量能夠使瘤胃發(fā)酵類型由丙酸型發(fā)酵轉(zhuǎn)向乙酸型發(fā)酵，促進(jìn)乙酸生成的同時(shí)降低丙酸產(chǎn)量，從而影響瘤胃內(nèi)甲烷的產(chǎn)生［25?26］。

3.4 日糧不同NDF/NFC 水平對(duì)后備奶牛瘤胃甲烷排放的影響

反芻動(dòng)物瘤胃甲烷是飼料有機(jī)物在瘤胃內(nèi)經(jīng)微生物的降解作用產(chǎn)生的必然副產(chǎn)物。以往的研究發(fā)現(xiàn)，除了動(dòng)物品種及其遺傳特性之外，日糧組成和結(jié)構(gòu)是影響瘤胃甲烷產(chǎn)生的重要因素［27］。本試驗(yàn)中，日糧的NDF/NFC水平從0.60 增加至0.90 時(shí)，甲烷和甲烷能的產(chǎn)量顯著增加，而且甲烷排放強(qiáng)度（甲烷/干物質(zhì)采食量、甲烷/有機(jī)物采食量、甲烷/中性洗滌纖維采食量）也顯著增加。原因可能是，隨著飼料中NDF/NFC 比值的提高，瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生乙酸和丁酸含量增加的同時(shí)氫氣產(chǎn)量不斷增加，這些氫氣作為產(chǎn)甲烷的重要底物，被不斷利用生成甲烷。而飼料中可溶性碳水化合物的含量增加，能夠使瘤胃發(fā)酵類型向丙酸型轉(zhuǎn)變，底物氫氣的產(chǎn)生量減少，從而降低甲烷排放［28］。本試驗(yàn)中，日糧的NDF/NFC 水平從0.60 增加至0.90 時(shí)，乙酸的相對(duì)含量增加了6.0%，而丙酸的相對(duì)含量下降了28.1%。而乙酸/丙酸的值相應(yīng)增加了26.6%，從而造成瘤胃甲烷產(chǎn)量增加了13.3%。王增林等［29］的體外試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)24 h 甲烷產(chǎn)量與乙酸/丙酸呈顯著正相關(guān)。有研究認(rèn)為，單位纖維素發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷是半纖維素的3 倍，是可溶性殘余物的5 倍，而源于纖維類物質(zhì)的甲烷排放是可溶性碳水化合物的3 倍以上［30］。與此同時(shí)，飼料中非纖維性碳水化合物含量的增加會(huì)降低瘤胃內(nèi)原蟲(chóng)、纖維素分解菌和產(chǎn)甲烷菌的活性，從而降低甲烷排放［31］。而纖維類物質(zhì)含量的增加可促進(jìn)原蟲(chóng)的豐度，通過(guò)產(chǎn)甲烷菌與原蟲(chóng)之間的氫傳遞作用，有效利用底物氫氣，促進(jìn)甲烷的排放［32］。此外，甲烷能/總能攝入量作為甲烷轉(zhuǎn)化因子常用來(lái)計(jì)算國(guó)家或地區(qū)內(nèi)反芻動(dòng)物的溫室氣體排放清單。由于目前缺乏基本的我國(guó)養(yǎng)殖模式特征的甲烷轉(zhuǎn)化因子，IPCC［33］常采用固定的甲烷轉(zhuǎn)化因子（6.5%）來(lái)計(jì)算我國(guó)泌乳奶牛和后備奶牛的瘤胃甲烷排放量。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著日糧中NDF/NFC 比例的增加，后備奶牛的甲烷排放因子為動(dòng)態(tài)的變化值，分別為5.68%，6.65%和7.69%。Niu 等［1］收集了5233 頭奶牛瘤胃甲烷的排放數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)泌乳奶牛甲烷轉(zhuǎn)化因子的范圍為2.7%～9.8%，平均值為6.0%，低于IPCC 的推薦值。同時(shí)，Morrison 等［17］采用六氟化硫示蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)放牧條件下5～10 月齡、12～17 月齡和18～23 月齡的荷斯坦后備奶牛的甲烷轉(zhuǎn)化因子分別為5.9%、6.9%和6.6%，本試驗(yàn)結(jié)果與此相一致。因此，基于本試驗(yàn)建立的后備奶牛甲烷轉(zhuǎn)化因子，可為準(zhǔn)確建立我國(guó)國(guó)家和地區(qū)的溫室氣體排放清單提供科學(xué)支撐，為實(shí)施減排戰(zhàn)略和探索減排措施提供數(shù)據(jù)支持。

3.5 后備奶牛瘤胃甲烷排放預(yù)測(cè)模型

盡管多種測(cè)定技術(shù)和手段能夠?qū)Ψ雌c動(dòng)物瘤胃甲烷的排放量進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，但由于操作步驟、使用技術(shù)等方面的限制，越來(lái)越多的研究通過(guò)基于動(dòng)物品種、日糧組成和結(jié)構(gòu)等特征來(lái)建立瘤胃甲烷排放預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)模型能夠提供準(zhǔn)確簡(jiǎn)便的測(cè)定方法，有利于溫室氣體排放清單和開(kāi)發(fā)減排策略的建立和開(kāi)發(fā)。本試驗(yàn)中，基于干物質(zhì)采食量建立的預(yù)測(cè)模型的相關(guān)系數(shù)為0.74，顯著高于基于體重或中性洗滌纖維含量建立的預(yù)測(cè)模型。該結(jié)果與以往的研究一致，即干物質(zhì)采食量被認(rèn)為是預(yù)測(cè)模型中最為重要的指標(biāo)，原因是采食量直接決定了瘤胃發(fā)酵底物的生成，從而影響甲烷的排放。Jiao 等［11］研究了12 月齡荷斯坦后備奶牛瘤胃甲烷排放和干物質(zhì)采食量之間的相關(guān)關(guān)系，且決定系數(shù)達(dá)到了0.76。Ellis 等［34］綜述了89 頭泌乳奶牛和83 頭肉牛的干物質(zhì)采食量和甲烷排放數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)模型的決定系數(shù)最大可達(dá)到0.685。Hristov 等［35］認(rèn)為盡管不同瘤胃甲烷測(cè)定方法之間存在一定的誤差，但基于干物質(zhì)采食量建立的預(yù)測(cè)模型準(zhǔn)確度最高（R2=0.63），而與基于中性洗滌纖維采食量的預(yù)測(cè)模型則準(zhǔn)確度較低，決定系數(shù)為0.46。前人的研究發(fā)現(xiàn)，與單一的預(yù)測(cè)指標(biāo)相比，增加預(yù)測(cè)模型中的變量數(shù)量，可顯著提高預(yù)測(cè)模型的決定系數(shù)和預(yù)測(cè)精度。如，在干物質(zhì)采食量的基礎(chǔ)上增加中性洗滌纖維采食量顯著提高了本試驗(yàn)中甲烷預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確度。Jiao 等［11］研究發(fā)現(xiàn)基于干物質(zhì)采食量和粗飼料比例建立的二元一次預(yù)測(cè)模型的決定系數(shù)能夠超過(guò)0.90，而基于代謝能攝入量、中性洗滌纖維采食量和粗飼料比例的三元一次模型的決定系數(shù)能夠超過(guò)0.95。也有研究發(fā)現(xiàn)，與結(jié)合甲烷實(shí)測(cè)值建立的一元一次或多元一次的甲烷預(yù)測(cè)模型相比，指數(shù)方程和Mitscherlich 方程也能夠大幅度提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度［36］。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)提高日糧中NDF/NFC 水平能夠顯著降低周歲后荷斯坦奶牛的采食量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率，但顯著提高了瘤胃內(nèi)總揮發(fā)性脂肪酸和乙酸含量，提高了瘤胃甲烷排放量和甲烷轉(zhuǎn)化因子?；趧?dòng)物的生產(chǎn)性能、日糧的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和攝入量建立的預(yù)測(cè)模型能夠準(zhǔn)確反映和評(píng)估反芻動(dòng)物瘤胃的甲烷排放量。