裸藻替代豆粕对绵羊甲烷排放和氮效率的影响

岳玉秀

（吉林工程职业学院，吉林四平 136001）

畜牧业在气候变化中扮演重要角色，据估计占全球人为温室气体排放的14.5%。通过营养调控减少甲烷排放是很有前途的方法。大量营养和毒理评价已证明藻类生物作为饲料原料的可行性（Becker，2004）。微藻含有多种生物活性化合物，Vaz等（2016）报道了这些微生物在食品、动物饲料、化妆品行业、色素和添加剂生产中的潜力。由于微藻的二氧化碳生物固化能力强，有助于减少温室效应。此外，微藻不与粮食作物竞争土地资源，不需要耕地，同时可以利用废物作为繁殖养料。大豆副产品豆粕是家畜的主要蛋白质原料，但这种原料的价格波动较大。因此，使用微藻生产生物柴油的潜力越来越受到人们关注，特别是因为一些微藻每公顷产出的油是大豆的150倍（Satyanarayana等，2011）。裸藻是一种微藻，可以产生多种对人体健康至关重要的维生素和氨基酸。Aemiro等（2016）体外研究中发现，裸藻可以降低瘤胃原生动物种群数量和甲烷排放量，同时在干物质基础上添加多达10%的裸藻，除了可以减少甲烷排放外，还可以显著提高干物质和有机物的消化率。但目前关于裸藻对绵羊甲烷排放抑制效果的研究并不多，因此，本研究评估了日粮中不同水平的裸藻替代豆粕对在绵羊甲烷排放和氮效率的影响。

1 材料与方法

1.1 试验动物与设计 试验选取4只初始体重为（53.8±4.6）kg的绵羊，采用4×4拉丁方设计。每只绵羊被放置在一个带有通风的呼吸收集罩的单独代谢笼中，每天早上8点30和下午4点30各饲喂一次，饲料精料（浓缩料）和粗料（牧草）按照7∶3的比例投喂，绵羊可以自由舔舐矿物盐块（1732 mg氧化铁，1104 mg硫酸铜，377 mg硫酸钴，66 mg硫酸锌，1235 mg碳酸锰，1046 mg碘酸钙，77 mg亚硒酸钠，33 mg氯化钠）。试验日粮化学成分组成见表1。

表1 试验日粮化学成分组成

1.2 试验程序 该试验进行了84 d，每21 d为1个周期，包括14 d的适应期，随后进行5 d的消化试验和2 d的24 h开放循环呼吸试验，以测量气体交换。在每个周期内收集5 d的粪便和尿液，并对每个处理的粪便样本进行混合和采样。样本在60℃烘箱中干燥48 h，研磨粉碎后过1 mm的筛子进行后续实验室分析。将尿液收集到装有100 mL硫酸的桶中，将pH降至3.0以下，防止细菌对氮化合物的降解。约50 mL/L的尿液样本被再次采样，并储存在-20℃，以供分析。样品在135℃干燥2 h后进行干物质、有机物、灰分、粗脂肪、粗蛋白质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维分析。样品的总能用氧弹式热量计测定。

1.3 数据计算 将呼吸系统获得的总甲烷气体的体积用换算系数39.54 kJ/L转换为总能值。消化能计算为能量摄入与粪便能量之差，甲烷能量损失为L/day×39.54 kJ/L排放的CH4。氮沉积量（g/d）为日粮总氮摄入量与粪、尿总氮摄入量之差，氮效率为总氮沉积量除以总氮摄入量×100。饲料效率为日平均增重除以日干物质摄入量×100。

1.4 统计分析 采用SAS软件对体内研究获得的数据进行方差分析，模型为Yij=μ+ Ti + eij，其中Yij因变量，μ是总体平均值，Ti为固定处理因素，Ai是随机效应，Pi为时间效应，eij为残差。各组均值的标准误差采用SAS软件中的最小二乘均值法确定。P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 裸藻替代豆粕对绵羊养分摄入量和消化率的影响 由表2可知，日粮裸藻替代豆粕水平对绵羊干物质和有机物的摄入量无显著影响（P＞0.05），但随着裸藻添加水平的升高，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和粗蛋白质摄入量表现为显著线性降低（P＜0.05）。总能摄入量随裸藻替代豆粕的量升高而线性升高（P＜0.05）。

由表3可知，日粮裸藻添加水平对干物质和总能表观消化率无显著影响（P＞0.05），但有显著下降趋势（P=0.06）。随着日粮裸藻替代豆粕水平的升高，有机物、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和粗蛋白质表观消化率显著降低（P＜0.05）。

表2 裸藻替代豆粕对绵羊养分摄入量的影响

表3 裸藻替代豆粕对绵羊养分表观消化率的影响%

2.2 裸藻替代豆粕对绵羊甲烷排放和能量损失的影响 由表4可知，当甲烷排放量以L/d、g/d、L/kg干物质摄入量、g/kg干物质摄入量和甲烷能量损失（占总能摄入量百分比）表示时，随着日粮裸藻添加水平的升高，甲烷排放量呈显著线性和二次曲线下降（P＜0.05）。

表4 裸藻替代豆粕对绵羊甲烷排放的影响

如表5可知，粪便能量损失占总能摄入量的比例在25%～28%之间，裸藻添加水平对其无显著影响（P＞0.05），但它显示出线性升高趋势（P=0.06）。另一方面，能量损失通过甲烷排放占总能摄入量比例表示时显著降低（P＜0.05）。

2.3 裸藻替代豆粕对绵羊蛋白利用效率的影响 由表6可知，100%豆粕添加组（对照组）粗蛋白质摄入量较高，且随裸藻添加水平的升高，粗蛋白质摄入量显著降低（P＜0.05）。粪蛋白损失量与蛋白质摄入量之比随裸藻添加水平的升高而线性升高（P＜0.05），粪蛋白损失（g/d））呈线性增加（P＜0.05）。另一方面，尿蛋白损失（g/d和占总蛋白摄入的比例）随裸藻添加水平的增加呈线性和二次曲线下降（P＜0.05）。总蛋白损失占总蛋白摄入的比例随裸藻添加水平的升高而显著降低（P＜0.05），蛋白效率线性增加（P＞0.05），但对饲料效率和日增重无显著影响（P＞0.05）。

表5 裸藻替代豆粕对绵羊能量损失的影响

表6 裸藻替代豆粕对绵羊蛋白利用、损失和沉积的影响

3 讨论

本研究以苜蓿干草为基础饲料，采用不同比例的褐藻代替豆粕，评估其对绵羊甲烷排放、采食量、消化率、能量损失和氮效率的影响。瘤胃中发酵碳水化合物的量和产生丙酸与醋酸的比例是产生甲烷的两个因素，日粮脂质影响肠道甲烷排放取决于脂质添加水平、脂肪酸链长度及脂质与基础日粮成分之间的相互作用。在本研究中裸藻替代豆粕，以g/甲烷kg干物质摄入量或L甲烷/kg干物质摄入量表示甲烷排放，结果发现，甲烷排放降低37%。同样，与对照组相比，以L/d、g/d或mL/min/代谢体重表示的肠道甲烷排放，结果发现，排放量降低了34%，这是由于裸藻中脂肪浓度较高可能会减少瘤胃发酵，从而影响有机质和纤维的消化率，同时降低甲烷的产量，这与Hristov等（2013）的研究结果一致。在体内研究中，与Patra（2014）研究报道相比，肠内甲烷排放在日粮脂肪添加比例相对降低，这种变化可能与饲料与精料比例或脂质来源的差异有关。在本研究中，我们观察到裸藻组中甲烷的能量损失占豆粕总能量摄入量的11%，而裸藻以60%替代豆粕后能量损失降低到7%，这说明用裸藻代替豆粕，除了可以减少肠内甲烷排放外，还可以减少甲烷带来的能量损失，提高能源效率。

Grainger等（2011）发现，日粮脂肪对采食量、消化率和瘤胃发酵的影响各不相同，这可能与脂肪类型、浓度、日粮成分和动物种类有关。本研究中，用裸藻代替豆粕会引起日粮脂肪含量发生变化，但并不影响干物质、有机物、粗蛋白质、总能和纤维的摄入量。同时，我们发现有机物、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维表观消化率降低，干物质和总能表观消化率有降低趋势，这与Huws等（2010）的研究结果一致。在反刍动物日粮中添加脂肪被广泛用于增加日粮能量水平，以提高动物的性能。Hess等（2008）报道，由于产生甲烷而损失的能量摄入量估计占总能量摄入量的2%～12%之间。随着本研究绵羊日粮裸藻添加水平的增加，总能摄入量增加，消化能摄入量却保持不变，这是由于粪便能量损失占总能摄入量的比例不受裸藻添加水平的影响。

在本研究中，大部分蛋白通过尿液的形式损失，结果表明，豆粕组可消化蛋白的损失较高，而随着裸藻添加水平的增加则相反，这说明随着日粮裸藻浓度的增加，可消化氮利用效率提高，这可能与裸藻中存在较高的脂肪浓度有关，可能灭活了瘤胃中的微生物活动，增加了消化道后段各种氨基酸的吸收。因此，即使对照组氮浓度较高，氮平衡也没有显著变化。相关研究表明，当为反刍动物提供脂肪补充剂时，原生动物数量的减少通常与瘤胃细菌氮循环的减少有关，这些作用有助于提高蛋白质在消化道下部的利用效率。Tandon等（2008）研究证实，日粮化合物（包括油）可以减少瘤胃发酵，避免瘤胃降解的蛋白流动，使蛋白质在酶消化后以氨基酸的形式吸收。

4 结论

在绵羊日粮中，用裸藻代替豆粕可以降低甲烷排放、能量损失，提高可消化氮的利用率，但对总体氮平衡和平均日增重无显著影响。