不同NDF与NFC比例饲粮对肉用绵羊瘤胃发酵参数及甲烷排放动态变化的影响*

丁静美,邓凯东,张 蓉,马 涛,刁其玉,成述儒,周丽雪,屠 焰*

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

反刍动物采食饲料后通过瘤胃微生物发酵产生甲烷，不仅造成能量的浪费，还引起温室效应。因此，甲烷减排一直是研究的热点[1]。甲烷产生与瘤胃pH、氨态氮(NH3-N)、挥发性脂肪酸(VFA)等瘤胃发酵参数密切相关[2-4]。而瘤胃发酵参数与饲粮的采食时间、饲粮的品质有关[3]，所以甲烷排放可能与采食时间有关。研究表明,适当提高饲粮中精料水平不仅可以提高饲料的利用率，可降低甲烷的排放量。多数研究都集中在饲粮NFC/NDF对山羊[5]、奶牛[6]、肉牛等[7]瘤胃发酵参数的影响，刘洁[8]在肉羊中仅研究饲粮NFC/NDF与瘤胃参数之间的关系,赵一广[9]明确了肉用绵羊甲烷排放与瘤胃液pH、乙酸占总挥发酸(TVFA)的比例间的线性关系，但并未阐明甲烷排放的规律,尤其是不同时间点甲烷排放量规律的研究。因此，本研究通过测定不同时间点瘤胃液瘤胃发酵参数及甲烷产量，旨在通过瘤胃发酵参数研究甲烷排放规律，为成年肉羊甲烷排放提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验动物

本试验于2016年5月至2016年8月在北京昌平区中国农业科学院南口中试基地完成。选用12只安装永久瘤胃瘘管的杜泊×小尾寒羊杂交羯羊(50.9±2.8) kg，清晨空腹称重后，佩戴耳标和进行除虫处理后，随机分成4组，每组3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4个试验处理。每期试验中， 各处理组饲喂NDF与NFC比例分别为3.6、2.7、1.7、1.05的全混合饲粮，饲粮以玉米秸秆为粗饲料、玉米和豆粕为精饲料原料。饲粮成分及营养成分见表1。

每期试验持续23 d(包括10 d预饲期和13 d正式期)。试验羊均按维持水平饲喂，本试验在维持体重的情况下进行饲喂，本试验在维持体重的情况下进行饲喂，在正式试验前，根据NRC(2007)《绵羊饲粮标准》[10]中的单倍维持需要量进行预试验，当每只羊体重基本保持不变时确定为饲喂量，每日饲喂两次(08:00和16:30)，自由饮水。

表1 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础)Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis)

注：①维生素添加剂为每千克饲粮提供：VA 15 000 IU, VD 5 000 IU, VE 50 mg；②微量元素添加剂为每千克饲粮提供: 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；③NFC为计算值, 其他营养水平均为实测值 NFC=100-(NDF + CP +EE + ash)[11]。

Notes:①Provided per kg of TMR: VA 15000IU, VD 5000IU, VE 50 mg;②Provided per kg of TMR: 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;③Nutrient levels are measured values, except for ME and NFC, NFC=100-(NDF + CP +EE + ash)[11].

1.3 测定项目

1.3.1 甲烷排放量 在每期试验正式期的第1～12天进行气体代谢试验：在第1、4和6天分3批(4只羊/批，每处理1只)将试验羊分别移入4个呼吸代谢室内，适应24 h后，测定随后48 h内每只羊的甲烷日产量，利用Sable系统连接的呼吸代谢箱进行测定CH4、CO2排放量(GGA，Los Gatos Research，California，USA)及O2的消耗量(FC-10氧气测定仪，Sable Systems International，Henderson，NV，USA)[12]。

1.3.2 瘤胃液pH、NH3-N和VFA 每期试验正试期第13天的8：00、10:00、12:00、14:00和16:00，分别通过每只羊的瘤胃瘘管，用200 mL注射器连接一段塑料软管插入瘤胃食糜中，采集约 50 mL 瘤胃液，用便携式电子pH计(Testo-206，TESTO Industry Corp.,德国)，立即测定瘤胃液pH，随后用灭菌的四层纱布过滤瘤胃液，滤液置于-20 ℃保存，用于检测VFA和NH3-N。NH3-N采用苯酚-次氯酸钠比色法[13]测定；VFA参照Cao的方法[14]，采用气相色谱仪(GC-128，上海仪电分析仪器有限公司，上海，中国)内标法进行测定，内标物为2-EB。

1.4 统计分析

采用SPSS19.0统计分析软件中的一般线性分析对数据进行有重复值的方差分析，各时间点均值采用contrasts进行多重比较。统计分析的显著性水平为0.05，数据均用“平均值±标准误”表示。

2 结果与分析

2.1 瘤胃液pH

表2为不同NDF/NFC饲粮对瘤胃液pH的影响。随着NDF/NFC比例的降低，饲粮4瘤胃pH在饲喂后0 h显著低于其他三种饲粮(P<0.05)，其他三种饲粮间差异不显著(P>0.05)；在饲喂后6～8 h内，饲粮1显著高于其他三种饲粮(P<0.05)。随着饲喂时间的变化，各饲粮间瘤胃pH呈现先下降后上升的趋势。饲粮1、2在饲喂4 h后pH显著低于其他时间点(P<0.05)，而饲粮3、4在饲喂2 h后pH显著低于其他时间点(P<0.05)。

2.2 瘤胃液NH3-N

从表3知，在饲喂后的同一时间点内随着NDF/NFC比例的降低，瘤胃NH3-N逐渐升高。在饲喂后0 h内，四种饲粮之间差异极显著(P<0.05)；饲喂后4 h、6 h、8 h内，饲粮1的NH3-N显著低于其他三种饲粮(P<0.05)。随着时间的变化，NH3-N呈现先升高后降低的趋势，饲喂2 h后，饲粮1、2和3的NH3-N显著高于其他时间点(P<0.05)。而饲粮4在0 h时，NH3-N的浓度显著高于其他时间点(P<0.05)。

2.3 瘤胃液VFA

从表4知，总挥发酸是各脂肪酸浓度值相加的结果，然后计算各酸占总挥发酸的比例。乙酸占TVFA的比例在饲喂后0、4、8 h后，饲粮1显著高于其他三种饲粮(P<0.05)；丁酸在饲喂0、2 h 内，饲粮4显著高于其他三种饲粮(P<0.05)。乙酸/丙酸在饲喂4 h后，饲粮1显著高于其他三种饲粮(P<0.05)。随着时间点的变化，各时间点的乙酸、丙酸以及丁酸的变化不显著(P>0.05),但是乙酸/丙酸呈现逐渐升高后降低的趋势，四种饲粮的0 h显著高于其他时间点(P<0.05)。

表2 不同 NDF/NFC饲粮对各时间点瘤胃液pH的影响Table 2 Effect of different NDF/NFC dietary on the pH of rumen liquid at different time

注：a,b,c,d：同行均值带不同肩标差异显著(P<0.05)。A,B,C,D:同列均值带不同肩标差异显著(P<0.05)。下同。

Notes:a,b,c,d: In the same row, values with different superscripts differ significantly (P<0.05). A,B,C,D: In the same column, values with different superscripts differ significantly (P<0.05). The same below.

表3 不同 NDF/NFC饲粮对各时间点瘤胃液NH3-N(mg/100 mL)的影响Table 3 Effects of different NDF/NFC dietary on ruminal concentrations of NH3-N (mg/100 mL) at different time

表4 不同NDF/NFC饲粮对各时间点瘤胃液挥发性脂肪酸的影响Table 4 Effect of different NDF/NFC dietary on ruminal concentrations of volatile fatty acids at different time

2.4 甲烷排放

从表5知，随着NDF/NFC比例的降低，饲喂后0～2 h、2～4 h、7～8 h内，饲粮4的甲烷排放量均显著低于其他三种饲粮(P<0.05)。随着时间的变化，甲烷排放量呈现出先下降后上升的趋势。在饲喂后0～2 h内，四种饲粮均甲烷排放量显著高于其他时间段(P<0.05)。

表5 饲粮NDF/NFC对甲烷排放量(L/2 h)的影响Table 5 Effect of different NDF/NFC dietary on methane emission (L/2 h)

3 讨 论

3.1 饲粮NFC/NDF对瘤胃发酵参数的影响

瘤胃液pH是衡量瘤胃发酵的一个最直观指标，它受到唾液分泌、VFA等影响，其波动的根本原因就是饲粮结构的改变和采食时间的变化[15]。本研究中，NDF/NFC为1.05的饲粮pH显著低于NDF/NFC为3.6、2.70、1.75的饲粮。与刘洁[8]、赵国琦[15]的结果一致。同时，随着采食时间的推移，本研究结果表明各处理组的饲粮瘤胃pH呈现先降低后升高的趋势，与韩昊奇等[5]研究结果一致，可能是因为瘤胃有机物的降解产生有机酸从而降低瘤胃pH。对于瘤胃液pH随着NDF的降低而降低的原因，一是NFC比例升高，能够产生大量的有机酸，从而pH逐渐降低；二是NDF含量降低，动物反刍次数相应减少，与有机酸中和的唾液也随着减少，pH降低[5]。

瘤胃液NH3-N也是衡量瘤胃发酵的指标，它是饲料蛋白质降解率和微生物利用效率的综合结果，在一定程度上反映了瘤胃微生物分解含氮物质及其利用情况。本研究结果显示，随着NDF/NFC为1.05的瘤胃NH3-N显著高于NDF/NFC为3.6、2.70、1.75的饲粮，与周永康等[17]、林淼等[18]的研究结果一致。因为随着NDF水平的降低、NFC的比例升高，更多的物质增强了微生物的活性和对蛋白质的降解的能力。同时NH3-N在酸性环境下形成NH4+固定起来，不被瘤胃壁吸收，所以随着NDF水平的降低，pH逐渐降低，从而NH3-N浓度显著升高。同时随着饲喂时间的变化，呈现先升高后降低的趋势，均在2 h时达到最低值。这与刘洁[8]的研究一致。主要是因为随着时间的推移，微生物降解的蛋白质逐渐减少，更多的NH3-N被用于合成菌体蛋白。

挥发性脂肪酸是衡量瘤胃发酵的另一项指标。反刍动物机体70%～80%的可消化能来自于挥发酸，是反刍动物赖以生存、保证正常活动的主要能源来源，参与机体的各种代谢[19]。饲粮中的碳水化合物经过瘤胃微生物的发酵产生乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等一些短链挥发性脂肪酸，因此，瘤胃的发酵类型受到饲粮的类型的影响[20]。前人研究表明，随着饲粮中NFC比例的升高，总TVFA也随之升高，乙酸、乙酸/丙酸的比例逐渐降低，丙酸的比例逐渐升高[10]。但是本试验总VFA不受饲粮NDF/NFC的影响，与Lascano和Kljak[21]研究一致。NDF/NFC为1.05饲粮乙酸、乙酸/丙酸的比例显著低于其他三种饲粮，丙酸的比例显著高于其他三种饲粮，可以推出瘤胃发酵模式由乙酸模式进丙酸模式。本试验在维持饲喂水平进行，随着NDF水平降低，绵羊的采食量逐渐降低，发酵底物减少，TVFA降低，而丙酸、丁酸的含量增加，可以说明机体合成更多的能量用于代谢，减少甲烷的产生，提高饲料的利用效率。

3.2 饲粮NDF/NFC对肉羊甲烷排放的影响

反刍动物的瘤胃是一个动态发酵罐，它能够将动物采食的植物纤维等碳水化合物转化为挥发性脂肪酸，进而在甲烷菌的作用下生成甲烷以嗳气的形式排出体外。研究表明，甲烷排放与饲粮的营养水平[1]、时间的变化有关。马燕芬等[22]利用Sable系统控制的呼吸头箱测定计算奶山羊24 h内的甲烷排放量，发现在饲喂后0～3 h内，甲烷排放量最高。Mathers 和Walters[23]在饲喂肉羊的2 h后，碳水化合物的发酵速率随着时间的变化差距很大，并且甲烷排放量在饲喂后30 min后达到最高，直到下一次饲喂时产量达到最高。本研究随着饲喂后时间的推移，甲烷排放量、瘤胃发酵参数pH、各种挥发酸的比例均呈现出先下降后上升的趋势，在饲喂后2内，甲烷排放量最高。这说明反刍动物采食后，饲料在瘤胃开始发酵，产生大量的CH4，然后通过反刍，将气体以嗳气的形式排除体外，随着时间的推移，饲料可发酵量逐渐减少，则产气量逐渐降低。Aguerre等[24]、赵一广[9]结果表明随着精料水平的升高，瘤胃pH液、挥发酸与甲烷产量成线性正相关。本试验的结果在同一时间点内甲烷排放量随着饲粮NDF/NFC比例的降低有降低的趋势，但是甲烷排放量与瘤胃液pH、乙酸占总挥发酸的比例线性不显著(P= 0.22,0.192)。可能是因为跟甲烷排放的效率有关，即在可发酵的有机物的基础上，甲烷排放量跟饲粮NDF/NFC的比例以及瘤胃pH、乙酸占总挥发酸的比例有关。研究表明，饲粮可发酵有机物的影响甲烷排放最主要的途径是影响瘤胃液pH，进而影响瘤胃微生物区系[25]。在维持水平，本试验还要对单位可发酵有机物的甲烷排放、瘤胃微生物区系进一步研究。

甲烷的排放量不仅与瘤胃发酵参数有关系，还与动物的品种、环境有关。饲喂量越多，则甲烷排放量逐渐升高，但是会降低饲料的利用率。可以适当的降低饲喂量，采取少喂勤添的方式，则可相对降低瘤胃的甲烷的产量，提高饲粮的利用率，增加饲料的转化率。

4 结 论

在维持饲喂水平，基于瘤胃发酵参数和不同时段内甲烷排放数据，NDF/NFC比例为1.05的饲粮在0、6、8 h内瘤胃较低，乙酸占总挥发酸的比例低，甲烷排放量较少。在维持饲粮水平，甲烷排放量随着瘤胃发酵参数的动态变化而变化，动物在采食后0～2 h内，甲烷排放量最高。

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