硝酸盐对饲喂黑麦草奶牛生产性能、肠道甲烷排放及瘤胃发酵的影响

董在坤，孟宪功，陈小云

（河北省唐山市汉沽管理区动物卫生监督所，河北唐山 301501）

在全球范围内，反刍动物通过肠道排放的甲烷含量占畜牧业温室气体排放的39%。甲烷是一种温室气体，潜在的全球变暖程度是二氧化碳的28倍，其排放量的增加意味着动物摄入总能量的减少（马君军等，2017）。因此，减少反刍动物甲烷排放策略对降低全球范围内温室气体排放具有重要意义。产甲烷古菌主要利用氢气和二氧化碳作为底物，产甲烷的过程主要发生在反刍动物瘤胃中。因此，在反刍动物瘤胃中引入替代氢气可以限制反刍动物甲烷的排放。肠道甲烷还原化合物中硝酸盐作为替代氢气库表现出最持久的甲烷还原能力，对动物生产的不良影响最小，但效果不一，可能导致动物体内的硝酸盐毒性（Yang等，2016）。

关于日粮添加硝酸盐对放牧动物肠道甲烷排放影响的资料有限。牧场饲草的硝酸盐浓度波动较大，使人们很难知道日粮硝酸盐的确切浓度。van Wyngaard等（2018）研究表明，在不影响瘤胃发酵和总干物质摄入量的情况下，放牧奶牛的日粮中添加硝酸盐，往往可以减少肠道甲烷的排放。黑麦草是反刍动物优质的粗饲料来源（王进波和齐莉莉，2000），因此，本研究旨在确定日粮添加硝酸盐对饲喂春季放牧黑麦草奶牛肠道甲烷排放、泌乳性能和瘤胃发酵的影响。

1 材料与方法

1.1 试验设计 试验选择32头健康和8头瘤胃插管的奶牛，采用2×2拉丁方设计试验，每组16头健康和4头瘤胃插管奶牛，两组日粮分别添加尿素和硝酸盐作为非蛋白氮来源（0.3和15.2 g/kg硝酸盐）。日粮精料为等氮和等能设计，每天饲喂5.4 kg/头，同时黑麦草每日限量14 kg/头。经过为期3周的适应期。

1.2 生产性能数据收集 试验奶牛在每天早上7点和下午3点挤奶两次。将早上和下午收集奶样品合并用于分析脂肪、蛋白质、乳糖和尿素氮含量。

1.3 干物质摄入量和甲烷排放 参考van Wyngaard等（2018）的研究结果，采用三氧化二钛指示剂法测定干物质摄入量，根据Williams等（2011）的研究方法测定肠道甲烷排放量。

1.4 瘤胃发酵 采用8头瘤胃插管的奶牛进行瘤胃发酵试验。用pH计测定瘤胃液昼夜pH变化，分别在早上6点、下午2点和晚上10点收集瘤胃液，参考van Wyngaard等（2018）的方法分析瘤胃发酵相关参数。

1.5 数据统计与分析 对所有数据结果进行正态分布检验，除转换为log（以10为底）的体细胞数外，残差均为可接受的正态性，在5%显著性水平下，采用Tukey’s比较组间差异，P＜0.05表示有显著差异，0.05＜P＜0.1表示具有统计学意义的趋势。

2 结果与分析

2.1 日粮和牧草营养成分 尿素和硝酸盐组日粮中硝酸盐的水平分别是0.3 g/kg和15.2 g/kg（表1）。尽管日粮是等氮设计，但硝酸盐组较尿素组使粗蛋白质含量提高了13%。

表1 尿素或硝酸盐浓缩料日粮组成及营养水平

表2显示了放牧前后不同阶段黑麦草营养成分值。在牧草平均日产量为14.2 kg/d，用离地3 cm以上的平板仪测量的平均牧草采食量为9.6 kg/d。根据不断上升的平板测量，奶牛平均消耗68%的牧草日产量，放牧后平均高度为5.5 cm。

表2 放牧前和放牧后不同阶段黑麦草营养成分

2.2 产奶量、乳成分及奶牛状况 由表3可以看出，尿素和硝酸盐对乳产量和能量校正乳无显著影响（P＞0.05），但处理后乳成分发生了一些变化。与尿素组相比，硝酸盐组乳脂含量有提高趋势（P=0.07），但乳脂产量无显著差异（P＞0.05）。结果表明，由于不同处理之间乳蛋白含量保持不变（P＞0.05），硝酸盐日粮与尿素日粮的乳蛋白脂肪比有降低趋势（P=0.06）。硝酸盐组较尿素组显著提高乳糖含量（P＜0.05），导致其总固形物含量也显著高于尿素组（P＜0.05）。此外，硝酸盐组较尿素组显著提高了乳中尿素氮含量（P＜0.05），两组对奶牛体细胞数无显著影响（P ＞ 0.05）。

2.3 干物质摄入和肠内甲烷排放 由表4可以看出，牧草和干物质总摄入量无显著差异（P＞0.05），分别为13 kg/ d和18 kg/ d。 同时两组对肠道甲烷排放量的影响也无显著差异（P＞0.05），甲烷产量、每千克干物质摄入量甲烷产量和每千克能量校正乳甲烷产量分别是403、24和19 g/kg。

表3 尿素或硝酸盐处理黑麦草对泌乳性能的影响

表4 尿素或硝酸盐处理黑麦草对奶牛干物质摄入量、粪排泄量及肠道甲烷产量的影响

2.4 瘤胃发酵 由表5可以看出，奶牛采食硝酸盐日粮较尿素日粮显著提高了瘤胃液整个24 h的pH（P＜0.05）。但处理后的日平均pH不受影响（P＞0.05）。相反，从提取的瘤胃液pH显示，硝酸盐组样品pH较尿素组有提高趋势（P=0.09）。各组处理后瘤胃氨氮、挥发性脂肪酸含量和组成以及干物质、中性洗涤纤维损失系数均无显著影响（P＞0.05）

3 讨论

本研究结果发现，硝酸盐处理对奶牛肠道甲烷排放无显著影响，主要原因是硝酸盐和尿素组中硝酸盐摄入总量为5.2和9.7 g/kg，即每千克体重摄入量分别是0.24和0.44 g。试验前牧草硝酸盐含量仅为3.1 g/kg，但放牧时达到7.3 g/kg，这是作者未意料到的，说明植物对硝酸盐的吸收速度大于降解速度。放牧饲草硝酸盐浓度的显著增加原因尚不清楚，特别是从试验前到试验过程中，氮肥来源和施用量保持不变，作者推测硝酸盐在牧草沉积量可能与水分流失有关。

表5 尿素或硝酸盐处理黑麦草对奶牛瘤胃相关参数的影响

假设日粮硝酸盐含量差异为4.5 g/kg，利用Lee和Beauchemin（2014）的预测方法可以使甲烷产量降低12%。但并未在研究中得到证实。Olijhoek等（2016）每天饲喂两次奶牛，饲喂后5 h内日粮添加硝酸盐显著降低了肠道甲烷产量。在本研究中，饲喂奶牛有低水平硝酸盐的牧草，每天补充两次含有高水平硝酸盐的精料，因此，与全混合日粮相比，日粮中的硝酸盐含量在一天中并不稳定。因此，与在全混合日粮所含硝酸盐相比，每天补充两次硝酸盐可能会降低这一策略的有效性。此外，Leng（2008）报道，随着反刍动物硝酸盐摄入量的增加，减少甲烷排放的效果降低。因此，本试验中，硝酸盐对甲烷排放降低的效果可能已经达到阈值。

硝酸盐处理后，乳中乳糖含量有所提高，但其具体机理尚不清楚。本研究中的硝酸盐来源不提供任何形式的碳水化合物，因此其含量很小，可以忽略不计。Klop等（2016）研究显示，日粮添加硝酸盐对乳中尿素氮含量无显著影响，与本试验研究结果相反，可能是由于日粮添加硝酸盐较尿素日粮提高了粗蛋白质含量（148和131 g/kg）。尿氮排泄量可以用乳中尿素氮的含量来估算，因此，乳中尿素氮含量的增加也表明，添加日粮硝酸盐的奶牛比仅添加尿素作为非蛋白氮来源的奶牛排泄更多的尿氮（Kohn等，2002）。虽然瘤胃氨氮浓度不受处理影响，但可以假设过量的氨（来自还原的硝酸盐或未还原的硝酸盐）通过瘤胃壁被吸收进入血流，形成尿素氮或通过尿液排泄，或两者兼有。以放牧为基础的动物通常可以从牧草中获得非蛋白氮源，因此多余的非蛋白氮可能通过血液循环进入乳合成。

4 结论

饲粮中添加硝酸盐作为非蛋白氮源对饲喂黑麦草的奶牛甲烷排放、干物质摄入量和产奶量无显著影响。与试验前相比，试验期间牧草中硝酸盐浓度相对较高，这可能是本研究的局限性，也可能是缺乏处理差异性原因之一。