三江源区牧草营养成分与甲烷产量相关性研究

青海大学 张胜权

青海省畜牧兽医科学院 崔占鸿 郝力壮 柴沙驼张晓卫 赵月平 刘书杰＊

研究表明，甲烷对气候变暖的影响占所有温室气体的15%（Houghton等，1990）。大气中甲烷主要来源于反刍动物瘤胃、肠道及其他家畜的粪尿，矿山开发、水稻田及其他施肥农田等，其中家畜排放的甲烷在全世界不同来源甲烷排放总量中占不小的比重。作为北半球气候的启动区和调节区——三江源区，位于青海省境内，是我国最重要、影响范围最大的生态功能区之一。该区域温室气体的排放一定程度上来自牦牛反刍，准确测定牦牛的甲烷排放量对该区域温室气体减排、实施低碳畜牧业具有重要指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料 青海省玉树县巴塘乡，海拔3972 m，东经 96°52′，北纬 32°52′，年均气温 2.9 ℃，四季不分明，1月平均气温-7.8℃，7月平均气温12.5℃，整个牧草生长期5个月，总日照时数2454.70 h，年降水量480.5 mm。在对该地区植被调查基础上采集主要优势种早熟禾 （Kentucky Bluegrass）、异针茅 （Stipa aliena Keng）、 矮嵩草 （Kobresia humilis），经风干处理后带回实验室，进行65℃烘干，粉碎过筛（1.0 mm）后待测。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 常规营养成分测定 干物质（DM）、粗蛋白质（CP）、粗脂肪（EE）、粗灰分（ASH）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、粗纤维（CF）等参照杨胜（1994）中的方法测定。

1.2.2 体外产气测定

1.2.2.1 瘤胃液的采集及处理 在晨饲前通过瘤胃瘘管抽取3头供试牦牛瘤胃液，然后混合，采集的瘤胃液立即放入保温瓶中保温，防止微生物区系发生变化。将瘤胃液倒入预热至（39±0.25）℃的容器中，混合均匀后经四层纱布过滤，量取所需体积的瘤胃液迅速加入到准备好的人工瘤胃营养液中，制成混合人工瘤胃培养液（瘤胃液与人工瘤胃营养液以1∶2的体积比混合）。混合人工瘤胃培养液用磁力搅拌器搅拌并通入CO2饱和。

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

1.2.2.3 牧草体外发酵 准确称取牧草 （经过40目筛粉碎）220 mg，送入100 mL玻璃注射器内，在注射器活塞前1/3部位均匀涂抹适量医用凡士林，39℃预热。用自动加液器向每个培养管（注射器）中分别加入（30±1.0）mL混合人工瘤胃培养液。将玻璃培养管进液端竖直向上，排尽管内气体，用铁夹夹住前端硅胶管，并记录相应的初始刻度值（mL），同时做3个空白对照（只有培养液而没有底物），待加液完毕后立即转入已预热（39±0.25℃）的人工瘤胃培养箱中培养。分别于1、2、3、4、5、6、8、10、12、16、20、24、28、32、36、42、48 h时，取出培养管，快速读取活塞所处的刻度值（mL）。若某一时间点读数超过80 mL时，为了防止气体超过刻度而无法读数，应在读数后及时将气体排至集气袋做好相关记录工作。

培养至48 h，终止发酵，测定48 h累积产气量和甲烷产量（气相色谱法），并立即用pH计测定发酵液pH，用比色法测定NH3-N浓度（冯宗慈和高民，1993）。

1.3 数据处理 试验数据采用Excel 2003进行初步处理，SPSS 19对数据进行方差分析和回归分析。结果均以“平均数±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 不同品种牧草营养成分比较分析 由表1可见，三种牧草在DM含量上，矮嵩草>异针茅>早熟禾，差异极显著（P＜0.01）；ASH与CP含量上，矮嵩草显著高于异针茅和早熟禾，达到极显著水平（P＜0.01），异针茅与早熟禾间差异不显著（P＞0.05）；三种牧草在碳水化合物（CHO）、CF含量上，差异达到极显著水平（P＜0.01），异针茅>早熟禾>矮嵩草。

表1 不同品种牧草的营养成分比较%

2.2 不同品种牧草体外产气变化及营养成分与甲烷产量相关性分析 由表2可见，三种牧草的48 h累积产气量，早熟禾>异针茅>矮嵩草，差异极显著（P＜0.01）；甲烷产量为早熟禾>矮嵩草>异针茅，差异极显著（P＜0.01）；pH差异不显著（P＞0.05）；氨氮浓度为矮嵩草＞异针茅＞早熟禾，差异极显著（P ＜ 0.01）。

表2 不同品种牧草的体外发酵指标测定结果

由表3可见，牧草酸性洗涤纤维（ADF）与甲烷产生量呈显著负相关 （R2=0.748，P=0.0263），ADF、EE与甲烷产生量呈极显著负相关 （R2=0.996，P=0.0001），CF、NDF、CP、EE 与甲烷产生量均成负相关（P ＞ 0.05）。

表3 牧草营养成分与甲烷产量相关性分析

3 讨论

3.1 不同品种牧草对体外发酵指标的影响 产气量作为综合反映牧草的可发酵程度指标，不仅能表现瘤胃中微生物活动的总体趋势，还是能反映饲料蛋白质营养价值的综合指标。产气量的多少反映了饲草的可消化性大小，它与牧草中有机物的发酵程度呈正相关，牧草的可发酵性越强，瘤胃中微生物的活性越高，产气量就越大，反之则越少。杨博（2009）测定青藏高原草地早熟禾24 h累积产气量为118 mL，甲烷产量为30.3 mL/g，这可能与本研究测定的早熟禾NDF值偏高有关。汤少勋等（2006）研究燕麦NDF与48 h累积产气量呈显著负相关。本研究中，三种牧草甲烷产量不同，可能与牧草中各种营养成分含量、牧草中可能含有单宁以及其他抑制甲烷的物质 （如皂角苷）有关，体外消化率的不同也可能影响牧草的发酵，最终导致甲烷产量的差异。Pinares-等（2003）认为，导致甲烷产生量差异的影响因素目前尚不完全清楚，但可能与牧草的化学组成以及与微生物活动相关的瘤胃食糜外流速度有关。

3.2 不同牧草营养成分与甲烷产量相关性分析三种牧草ADF与甲烷产量呈显著负相关，ADF、EE呈极显著负相关。Lee等（2003）建立的模型中，粗纤维与甲烷产量呈负相关。郭雪峰（2008）建立的4种牧草回归模型中，纤维类物质（ADF、NDF、ADL）与甲烷产生量呈负相关。杨博（2009）对青藏高原冬季牧草进行研究，也发现ADF、NDF与甲烷产生量呈负相关关系。上述均与本研究结果一致。因此可以认为，体外条件下牧草的甲烷产生量更多地与纤维物质呈负相关，这可能是由于天然牧草中含有较多的木质素成分，难以被瘤胃微生物降解，最终导致甲烷产量的降低。赵一广（2012）研究表明，肉用绵羊的日粮中ADF与甲烷排放量呈极显著正相关，这可能与其采用活体动物瘤胃尼龙袋，而本研究采用的是体外产气法，且试验动物不同有关。

本试验相关性结果显示，牧草甲烷产生量与CP 呈负相关，这与 Lee等（2003）、郭雪峰（2008）报道的结果一致。关于甲烷产量与CP相关性研究结果不尽相同。樊霞等（2004）研究表明，甲烷产生量随着CP摄入量的增加而增加，并得出公式CH4（L/d）=49.865×CPI（kg/d）+180.21（R2=0.3825）。而Kurihara等（2002）研究得到的估测模型中，甲烷产生量与CP呈负相关。这可能是由于本试验中所选用的是青藏高原天然牧草，CP含量低，在培养过程中CP分解释放的氨也比较少，对甲烷的合成影响较小。本研究中甲烷的产生量与EE也呈负相关。Lee等（2003）建立的模型中甲烷产生量与EE均呈负相关，说明天然牧草中含有少量的EE，对甲烷产生量的影响较小。瘤胃微生物几乎不会发酵EE，特别是不饱和脂肪酸会抑制甲烷菌类生长，不饱和脂肪酸的氢化作用可以增加丙酸合成，抑制原虫和纤维菌的活性，因此影响甲烷产生。

4 结论

利用体外产气法测定三种优势牧草的甲烷产量，早熟禾最高，矮嵩草其次，异针茅最低，牧草的营养成分组成及含量影响其发酵产气量及甲烷产量，ADF、EE与甲烷产量呈负相关。由此可见，体外产气法可比较准确地测定牧草甲烷产量，但还需与其他测定方法（如体内法、六氟化硫示踪法）进行比较研究，从而建立甲烷产生量最简单、准确的估测方法。

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