不同中性洗涤纤维与非纤维性碳水化合物比值饲粮对肉用绵羊甲烷排放的影响

2017-04-11丁静美成述儒邓凯东张明娇刁其玉

动物营养学报 2017年3期

丁静美成述儒邓凯东张明娇刁其玉屠焰*

(1.甘肃农业大学动物科学技术学院，兰州730070；2.中国农业科学院饲料研究所，农业部饲料生物技术重点实验室，北京100081；3.金陵科技学院动物科学与技术学院，南京210038；4.北京农学院动物科技学院，北京102206)

丁静美1,2成述儒1*邓凯东3张明娇4刁其玉2屠焰2*

本试验旨在研究不同中性洗涤纤维(NDF)与非纤维性碳水化合物(NFC)比值(NDF/NFC)饲粮对肉用绵羊甲烷排放的影响。试验采用4×4完全拉丁方试验设计，将16只杜泊×小尾寒羊杂交羯羊随机分成4组，每组4只，按维持水平饲喂NDF/NFC分别为3.02(饲粮1)、2.32(饲粮2)、1.58(饲粮3)、1.04(饲粮4)的全混合颗粒饲粮(玉米秸秆为粗饲料来源)。试验共进行4期，每期18 d，包括3 d的调整期、7 d的预试期和8 d的正试期，在正试期内测定甲烷产量、饲粮总能和营养物质表观消化率。结果表明：饲粮2的甲烷日排放量显著高于饲粮3和4(43.43 L/d vs. 38.88和35.98 L/d；P<0.05)。与饲粮1相比，饲粮2和3的每千克干物质采食量(DMI)甲烷排放量显著增加(38.00 L/kg DMI vs. 42.24、41.69 L/kg DMI；P<0.05)，但是饲粮2、3和4之间差异不显著(P>0.05)。随着NDF/NFC的降低，每千克可消化有机物(DOM)的甲烷排放量逐渐降低，饲粮4的每千克DOM的甲烷排放量显著低于饲粮1、2和3(58.78 L/kg DOM vs. 75.00、73.35和64.11 L/kg DOM；P<0.05)。随着NDF/NFC的降低，每千克中性洗涤纤维采食量(NDFI)或酸性洗涤纤维采食量(ADFI)的甲烷排放量逐渐增加，且各饲粮之间差异显著(P<0.05)。综上所述，结合各营养物质表观消化率和甲烷排放效率，在维持水平下，采用NDF/NFC为1.04的玉米秸秆饲粮作为肉用绵羊甲烷减排的饲粮最合适。

肉用绵羊；NDF/NFC；甲烷排放；可消化有机物

植物纤维经过瘤胃发酵产生甲烷，这不仅会降低饲粮能量的利用率，而且造成温室效应，引起全球变暖。通常奶牛有6%～10%的饲粮总能以甲烷的形式排放至环境中[1]，肉羊则有8%～10%的饲粮总能转变为甲烷而损失掉[2-4]。每年全球反刍动物甲烷排放量占人为甲烷排放量的33%，对温室效应的贡献率达到15%～20%[5]。目前，对甲烷减排措施的研究主要集中于在饲粮中添加脂肪酸、天然植物及植物源性添加剂或者化学制剂等。但由于上述措施缺乏长效性或存在一定毒副作用，在生产中并未得到广泛应用[6]。对奶牛和肉牛的研究表明适当提高精料水平可以提高饲料的利用率，减少甲烷排放[7-9]，但精料水平对肉羊甲烷排放的影响报道很少。2014年我国羊出栏量高达3亿只[10]，摸清肉羊甲烷排放规律，对发展环保、高效的肉羊养殖业至关重要。为此，本研究从生产角度出发，以玉米秸秆为粗饲料来源，研究在维持水平下，不同中性洗涤纤维(NDF)与非纤维性碳水化合物(NFC)比值(NDF/NFC)饲粮对肉用绵羊甲烷排放的影响，旨在为成年肉羊合理饲粮配方的配制及甲烷减排研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验动物

本试验于2015年10月至2016年1月在中国农业科学院昌平区南口中试基地完成。选用16只平均体重为(50.9±2.8) kg的杜泊×小尾寒羊杂交羯羊，清晨空腹称重后，佩戴耳标和进行驱虫处理，然后随机分成4组，每组4只。

1.2 试验设计与饲粮

采用4×4完全拉丁方试验设计，共进行4期试验，每期试验中各组试验羊分别饲喂NDF/NFC分别为3.02(饲粮1)、2.32(饲粮2)、1.58(饲粮3)、1.04(饲粮4)的全混合颗粒饲粮。试验饲粮以玉米秸秆为粗饲料、玉米和豆粕为精饲料原料配制，其组成及营养水平见表1。

4期试验每期持续18 d，包括3 d的调整期、7 d的预试期和8 d的正试期。本试验在维持体重的情况下进行饲喂，在正式试验前，进行预试验，根据体重变化确定饲喂量。每日饲喂2次(07:30和16:30)，自由饮水。在每期试验的调整期，试验羊于地面单圈独饲，开始饲喂对应的试验饲粮；预试期开始时，移入代谢笼，确定饲粮采食量，以及初始和结束体重，确定维持饲喂水平。

表1 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础)

1)维生素预混料为每千克饲粮提供Vitamin premix provided the following per kg of diets：VA 15 000 IU,VD 5 000 IU,VE 50 mg。

2)微量元素预混料为每千克饲粮提供Mineral premix provided the following per kg of diets:Fe 90 mg,Cu 12.5 mg,Mn 130 mg,Zn 100 mg,Se 0.3 mg,I 1.5 mg,Co 0.5 mg。

3)代谢能、非纤维性碳水化合物[非纤维性碳水化合物=100-(中性洗涤纤维+粗蛋白质+粗脂肪+粗灰分)[11]]为计算值，其他营养水平均为实测值。Nutrient levels were measured values except ME and NFC. ME and NFC were calculated values, and NFC=100-(NDF+CP+EE+ash)[11].

1.3 消化代谢与气体代谢试验

每期试验的正试期采用全收粪尿法收集粪、尿。每天采集每只羊的饲粮和剩料样品，并称取和记录每只羊排粪量，按粪重的10%采样，将每只羊8 d的粪样混合冷冻保存；用盛有100 mL的10%(体积分数)H2SO4的塑料桶收集尿液，每天测定并记录尿液体积，用自来水稀释至5 L，再取15 mL尿样，将每只羊8 d的尿样混合冷冻保存。

在每期试验正试期的第1、3、5、7天，分4批(4只/批，每组1只)将试验羊分别移入4个呼吸代谢室内，适应24 h后，采用气体代谢系统测定随后24 h内每只羊的甲烷、二氧化碳排放量(GGA，Los Gatos Research，California，美国)及氧气的消耗量(FC-10氧气测定仪，Sable Systems International，Henderson，NV，美国)[5,12]。每只羊进入和离开呼吸代谢室时，均测定并记录体重。

1.4 样品分析

饲粮样和粪样在65 ℃烘48 h，回潮24 h后称重，测定初水分；随后测定其干物质(DM)、粗灰分(ash)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)含量[13]；通过氧弹式测热计(Parr 6400，Parr Instrument Co.，Moline，美国)测定总能(GE)[12]；测定NDF和酸性洗涤纤维(ADF)含量时，先用胰蛋白酶及淀粉酶对样品进行酶解，然后采用Van Soest等[14]的方法进行测定。尿样按同样方法测定氮含量和GE。

1.5 统计分析

数据处理与分析采用SPSS 19.0统计分析软件中的一般线性模型分析。平均值的多重比较采用Duncan氏法进行，显著性水平为P<0.05。

2 结果

2.1 营养物质表观消化率和能量代谢

表2为以维持水平饲喂不同NDF/NFC饲粮对肉用绵羊的营养物质表观消化率的影响。随着NDF/NFC的降低，DM、OM、CP表观消化率逐渐升高，各饲粮间差异均显著(P<0.05)。NDF表观消化率随NDF/NFC的降低先升高后下降，饲粮3的NDF表观消化率显著高于饲粮1、2(P<0.05)，饲粮4与饲粮2、3之间差异不显著(P>0.05)。ADF表观消化率随NDF/NFC的降低而升高，各饲粮间差异均显著(P<0.05)。

表2 以维持水平饲喂不同NDF/NFC饲粮对肉用绵羊营养物质表观消化率的影响

续表2项目Items饲粮Diets1234SEMP值P⁃valueLQ酸性洗涤纤维ADF采食量Intake/(g/d)405．99a322．67b255．98c191．39d3．270．0020．020粪排泄量Fecesoutput/(g/d)187．97a137．65b96．37c62．53d3．240．0040．004表观消化率Apparentdigestibility/%53．70d57．35c62．37b67．07a0．0120．0030．030

L为线性关系，Q为二次关系。同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

L represented linear relationship and Q represented quadratic relationship. In the same row, values with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

2.2 能量代谢

表3为以维持水平饲喂不同NDF/NFC饲粮对肉羊绵羊能量代谢的影响。随着NDF/NFC的降低，总能摄入量和粪能逐渐降低，尿能逐渐增加，总能表观消化率和代谢率逐渐升高，各饲粮间差异均显著(P<0.05)。随着NDF/NFC的降低，消化能、代谢能基本呈升高趋势，饲粮1的消化能、代谢能显著低于其他3种饲粮(P<0.05)，但饲粮2、3、4之间差异不显著(P>0.05)。甲烷能以饲粮4最低，显著低于饲粮1、2(P<0.05)，其他饲粮之间差异不显著(P>0.05)。

表3 以维持水平饲喂不同NDF/NFC饲粮对肉用绵羊能量代谢的影响

2.3 甲烷排放量

由表4可以看出，甲烷日排放量随着NDF/NFC的降低而降低，饲粮2显著高于饲粮3、4(P<0.05)；饲粮1显著高于饲粮4(P<0.05)，但与饲粮2差异不显著(P>0.05)。随着NDF/NFC的降低，每千克代谢体重的甲烷日排放量逐渐降低，饲粮2显著高于饲粮3和4(P<0.05)，但与饲粮1之间不显著(P>0.05)；每千克DM采食量(DMI)的甲烷排放量随NDF/NFC的降低先升高后降低，饲粮1显著低于饲粮2、3(P<0.05)，但饲粮2、3、4之间差异不显著(P>0.05)。以每千克OM采食量(OMI)的甲烷排放量计，饲粮2显著高于饲粮1和4(P<0.05)，但与饲粮3差异不显著(P>0.05)。以每千克可消化有机物(DOM)的甲烷排放量计，饲粮1显著高于饲粮3、4(P<0.05)，但与饲粮2差异不显著(P>0.05)。每千克NDF采食量(NDFI)或ADF采食量(ADFI)的甲烷排放量随NDF/NFC的降低而逐渐升高，各饲粮之间差异均显著(P<0.05)。每千克可消化NDF(DNDF)或可消化ADF(DADF)的甲烷排放量也随NDF/NFC的降低而升高，饲粮4显著高于其他3种饲粮(P<0.05)，饲粮2、3显著高于饲粮1(P<0.05)，但饲粮2和3之间差异不显著(P>0.05)。甲烷能占总能的比例随着NDF/NFC的降低呈先升高后降低的趋势，饲粮2显著高于饲粮1、4(P<0.05)，但与饲粮3差异不显著(P>0.05)。甲烷能占消化能的比例随NDF/NFC的降低而降低，各饲粮间差异均显著(P<0.05)。

表4 以维持水平饲喂不同NDF/NFC饲粮对肉用绵羊甲烷排放量的影响

3 讨论

3.1 甲烷排放量

反刍动物的甲烷排放量与很多因素有关，包括采食量、饲粮类型、饲粮精粗比以及饲粮的加工方式等，还与动物品种、体重以及瘤胃发酵方式和微生物区系有关[15-17]，其中，饲粮精粗比对甲烷排放量的影响比较大。Aguerre等[7]研究发现，在自由采食情况下，随着精料比例的升高，奶牛甲烷日排放量逐渐降低；Benchaar等[18]研究发现，在限饲的情况下，饲喂精粗比分别为0∶100、20∶80、50∶50、70∶30的饲粮后，奶牛甲烷日排放量随精料比例的升高呈现先升高后降低的趋势，王文奇等[11]、赵一广等[19]也得到相似的结论。饲粮精粗比的不同主要是NDF/NFC的不同，本试验中，随着NDF/NFC的降低，甲烷日排放量逐渐降低，与Moss等[20]、Chandramoni等[21]的结果一致，这主要有2个方面的原因：1)甲烷排放受到饲粮碳水化合物的影响，随着NDF比例的降低，NFC比例提高，瘤胃的发酵模式由乙酸模式变为丙酸模式[22]，瘤胃pH逐渐降低，乙酸与丙酸的比例降低，甲烷生成量逐渐降低；2)饲粮中NDF比例降低，则NFC比例增加，可改变瘤胃优势菌落，抑制原虫生长，而产甲烷菌附着在原虫的表面，两者互为共生关系，原虫数量减少，则甲烷菌也随着减少，因此甲烷排放量也随之降低[23-25]。

3.2 甲烷排放效率

3.2.1 单位营养物质采食量的甲烷排放量

研究表明甲烷的排放量与DMI密切相关[26]。采食量影响饲粮在瘤胃的流通速度及发酵时间，从而影响甲烷排放量[26]。采食量增加，则食糜在瘤胃内停留时间减少，降低营养物质的消化率，则单位DMI的甲烷排放量逐渐降低。然而，随着精料比例的升高，饲粮中的NFC的比例逐渐升高，可改变瘤胃的发酵模式，因此也能降低单位DMI的甲烷排放量。本试验结果表明，随着采食量和NDF/NFC的降低，每千克DMI、OMI的甲烷排放量先升高后降低，且在NDF/NFC为2.32、1.58和1.04的饲粮间随NDF/NFC的降低呈逐渐降低的趋势。本试验结果还表明，每千克NDFI或ADFI的甲烷排放量随NDF/NFC的降低而逐渐升高，而Aguerre等[7]发现泌乳奶牛在自由采食的情况下，饲喂NDF比例为47%～63%的饲粮，每千克DMI、OMI的甲烷排放量随着NDF比例的升高而升高，而每千克NDFI的甲烷排放量不受NDF比例的显著影响。这与本试验结果不一致，这可能与NDF、ADF的消化率有关。谢天宇[16]认为饲粮中NDF的比例及消化率影响甲烷排放，主要是因为NDF降解产生甲烷的速率高于NFC[27]，纤维素和半纤维素发酵产生的甲烷量是NFC发酵产生的甲烷量的2～5倍[28]，瘤胃中可降解纤维量的增加可以增加甲烷的排放。同时，每千克NDFI或DNDF的甲烷排放量增加可能与食糜在消化道内的滞留时间增加有关，本试验中采食量随着NDF/NFC的降低而降低，则食糜的流通速度减慢，食糜在消化道内滞留时间越长，NDF发酵越充分，甲烷产量相对越高[26]。

Blaxter等[29]研究表明：在维持水平时，甲烷能占饲粮总能的7%～9%、占饲粮消化能的11%～13%。本试验中，在维持水平时，甲烷能占总能的8%～10%，甲烷能占总能的比例随着NDF/NFC的降低呈先升高后降低的趋势。华金玲等[8]以羊草为粗饲料来源，研究不同精粗比饲粮对黄淮白山羊在代谢能1.2倍的情况下对甲烷排放的影响，结果表明，甲烷能占总能的比例随精料比例的增加逐渐减低。Moss等[20]研究发现，在1.1倍维持水平下，随着豆粕添加比例的升高，即精料比例的升高，甲烷能占总能的比例逐渐增大，这与本试验结论不一致，这可能跟饲粮中淀粉的比例有关。本试验采用玉米与豆粕作为精料来源，饲粮中淀粉比例相对较高，则降解产生的丙酸较多，乙酸与丙酸的比例降低，则甲烷排放量减少。

3.2.2 单位可消化营养物质的甲烷排放量

本试验发现，随着NDF/NFC的降低，DM、OM、CP、ADF的表观消化率显著升高(表2)。由前人建立的回归方程可知：营养物质的消化率与单位有机物的甲烷排放量呈负相关，其中DOMI与甲烷产量密切相关[26]。本试验中OM的表观消化率从56%升到75%(表4)，则甲烷排放量由74.97 L/kg DOM降到58.78 L/kg DOM，甲烷能占消化能的比例从16.63%降到12.42%。赵一广等[19]研究发现，饲粮精粗比从8∶92提高到64∶36时，每千克DOM的甲烷排放量从48.80 L/DOM降到37.83 L/DOM、甲烷能占消化能的比例从12.27%降到7.71%。赵明明等[30]也得到类似的结论。这些都与本试验的研究结果相一致，即随着饲粮精料水平的升高，每千克DOMI的甲烷排放量逐渐降低。

本试验中，单位DE采食量的甲烷排放量、甲烷能占消化能的比例均随饲粮中NDF比例的降低而降低。这说明在限饲条件下，降低饲粮中NDF比例、提高精饲料比例，可以提高肉用绵羊对DE的利用效率。这与王文奇等[11]、刘洁[31]的研究结果一致。在生产上，可以在限饲条件下适当降低NDF比例并提高精料比例，以达到提高DE利用效率的目的。

4 结论

① 在维持水平下，随着玉米秸秆饲粮中NDF/NFC的降低，肉用绵羊甲烷日排放量和每千克代谢体重的甲烷日排放量逐渐降低，每千克DOM的甲烷排放量逐渐减少，每千克NDF采食量和每千克可消化NDF采食量的甲烷排放量逐渐升高。

② 在维持水平下，随着玉米秸秆饲粮中NDF/NFC的降低，肉用绵羊对饲粮中各营养物质的表观消化率逐渐升高。

③ 结合饲粮各营养物质表观消化率和甲烷排放效率，在维持水平下，采用NDF/NFC为1.04的饲粮作为肉用绵羊甲烷减排的饲粮最合适。

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*Correpsonding authors: CHENG Shuru, associate professor, E-mail: chengsr@gsau.edu.cn; TU Yan, professor, E-mail: tuyan@caas.cn

(责任编辑菅景颖)

Effects of Different Neutral Detergent Fiber/Nonfiberous Carbohydrate Diets on Methane Emission of Meat Sheep

DING Jingmei1,2CHENG Shuru1*DENG Kaidong3ZHANG Mingjiao4DIAO Qiyu2TU Yan2*

(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 2.KeyLaboratoryofFeedBiotechnologyoftheMinistryofAgriculture,FeedResearchInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China; 3.CollegeofAnimalScience,JinlingInstituteofTechnology,Nanjing210038,China; 4.CollegeofAnimalScienceandTechnology,BeijingUniversityofAgriculture,Beijing102206,China)

This study investigated the effects of different neutral detergent fiber/nonfiberous carbohydrate (NDF/NFC) diets on methane emission of meat sheep. The trial was conducted according to a 4×4 Latin square design: 16 Dorper×thin tailedHancrossbred wethers were randomly divided into 4 groups with 4 sheep each, and each group was randomly fed one of four total mixed pellet diets (corn stalk as the source of roughage) with the NDF/NFC of 3.02 (diet 1), 2.32 (diet 2), 1.58 (diet 3) and 1.04 (diet 4) at maintenance level, respectively. The trial included 4 periods with each lasted for 18 days, and the first 3 days of each period was an adjustment period, the following 7 days was a pretrial period and the last 8 days was an experimental period. Methane emission and the apparent digestibility of gross energy and nutrients of diets were measured in the experimental period. The results showed that the methane (CH4) daily emission of sheep fed the diet 2 was significantly higher than that of those fed diets 3 and 4 (43.43 L/d vs. 38.88 and 35.98 L/d;P<0.05). Compared with the sheep fed diet 1, the methane emission of per kg dry matter intake (DMI) of sheep fed diets 2 and 3 was significantly increased (38.00 L/kg DMI vs. 42.24 and 41.69 L/kg DMI;P<0.05), but no significant difference was observed among sheep fed diets 2, 3 and 4 (P>0.05). With the NDF/NFC decrease, the methane emission of per kg digestible organic matter (DOM) was gradually decreased, and sheep fed the diet 4 was significantly lower than sheep fed diets 1, 2 and 3 (58.78 L/kg DOM vs. 75.00, 73.35 and 64.11 L/kg DOM;P<0.05). The methane emissions of neutral detergent fiber intake (NDFI) or acid detergent fiber intake (ADFI) were gradually increased with the NDF/NFC decrease, and the difference among sheep fed four diets was significant (P<0.05). In summary, combining with the apparent digestibility of nutrients and methane emission efficiency, the corn stalk diet with NDF/NFC of 1.04 is suited as the formula of methane emission reduction.[ChineseJournalofAnimalNutrition, 2017, 29(3)：806-813]

meat sheep; NDF/NFC; methane emission; digestible organic matter

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.03.010

2016-09-20

国家自然科学基金“绵羊甲烷排放的粪便反射特征光谱研究”(41475126)；国家科技支撑计划项目子课题“农区肉羊健康养殖模式构建与示范”(2012BAD39B05-3)

丁静美(1989—)，女，河北邢台人，硕士研究生，从事动物遗传育种与繁殖研究。E-mail: 1114314989@qq.com

*通信作者:成述儒，副教授，硕士生导师，E-mail： chengsr@gsau.edu.cn; 屠焰，研究员，博士生导师，E-mail: tuyan@caas.cn

S816

1006-267X(2017)03-0806-08