论文部分内容阅读
甲烷(CH4)是一种重要的温室气体(GHG)。肉牛胃肠道和粪便是甲烷的重要来源。为了解肉牛粪便贮存过程中的甲烷排放规律和影响要素,制定肉牛粪便和胃肠道甲烷减排措施,本研究进行了以下几个方面的试验:试验一:利用静态箱-气相色谱法测定了春季、夏季、秋季和冬季四个季节西门塔尔肉牛固体粪便自然露天堆放状态下的甲烷排放速率。每个季节自新鲜粪便堆放开始,连续测定30d。同时利用自动温度记录仪测量环境温度和粪便温度。结果表明:试验期间,春季、夏季、秋季和冬季的环境日均温度分别为18.89℃,28.51℃,22.87℃和0.04℃,且四个季节的差异达到了极显著水平(P<0.01)。其中,冬季最低,夏季最高;通过相关分析发现,粪便温度与环境温度呈极显著相关关系(R2=0.97,P<0.01);当环境日均温度从0.04℃升高到28.51℃时,堆积30d的肉牛粪便的甲烷日均排放速率升高151倍。此外,日甲烷排放速率与环境温度呈显著的相关关系:y=21.73e0.167x(R2=0.83,P<0.01)。由以上结果可以看出,温度是影响短期堆放贮存粪便甲烷排放速率的重要因素。试验二:利用静态箱-气相色谱法测定了春季、夏季、秋季和冬季四个季节自然堆放贮存和覆盖塑料薄膜贮存的肉牛粪便甲烷排速率。结果表明:覆盖塑料薄膜对粪便甲烷排放速率的影响随着堆放时间和环境温度的不同而有所差异。春季(日均温度18.89℃)、夏季(日均温度28.51℃)和秋季(日均温度22.87℃)的前19、13和10d,覆盖组粪便的日均甲烷排放速率分别比自然堆放组降低了46.58%(P<0.01)、50.28%(P<0.05)和42.82%(P<0.01),但在春季、夏季和秋季的第20、14和11d之后,覆盖组日均甲烷排放速率极显著高于对照组(P<0.01);而整个冬季试验期内(日均温度0.04℃),覆盖组粪便甲烷排放速率低于对照组,且日均甲烷排放速率比对照组低40.03%(P<0.01)。由以上结果可以看出,塑料薄膜覆盖贮存肉牛粪便可以降低春季、夏季和秋季的堆放前期(前10-19d)和整个冬季的甲烷排放速率,但在春季、夏季和秋季的堆放后期,使甲烷排放速率显著增加。试验三:利用体外瘤胃发酵技术测定了米曲霉培养基粗提液对体外瘤胃发酵产气量、产甲烷量、pH、铵态氮(NH3-N)和微生物蛋白(MCP)的影响。试验分为A、B、C和D四个处理,每个处理组分别在发酵瓶(含有人工饲料和人工瘤胃培养液)中依次添加0 mL、0.5mL、1.0mL和1.5mL的米曲霉培养物粗提液,即每组人工瘤胃培养液中分别添加0、8.38?L·mL-1、16.67?L·mL-1和25?L·mL-1的米曲霉培养物粗提液。结果表明:瘤胃培养液经过24h发酵培养,C和D组的总产气量显著高于A组(P<0.05),而总产甲烷量极显著低于A组(P<0.01)。B组的总产气量和总产甲烷量与A组没有显著差别(P>0.05);四组的pH没有显著的差异(P>0.05);C和D组的NH3-N含量显著低于A组(P<0.05),而MCP含量显著高于A组(P<0.05)。B组的NH3-N和MCP含量与A组相比,没有显著差异(P>0.05)。由以上结果可以看出,每毫升人工体外瘤胃培养液中添加≥16.67?L米曲霉培养基粗提液可显著增加体外瘤胃发酵的总产气量和MCP含量,降低甲烷产量和NH3-N含量。试验四:为了研究米曲霉对肉牛胃肠道和粪便甲烷排放、生产性能、干物质采食量、养分和能量消化代谢率的影响,试验选用8头健康无病的西门塔尔杂交肉牛(平均体质量为552.38±35.48 kg)随机和平均分为对照组和米曲霉组。对照组饲喂基础日粮,米曲霉组饲喂基础日粮+6 g·(head·d)-1的米曲霉。试验分为两个阶段:饲养试验和粪便甲烷排放测定试验。饲养试验共38d,第125d为预试期,第2630d利用SF6示踪法测定胃肠道甲烷排放量,第3137d测定试验动物采食量并进行消化代谢试验。在饲养试验的后期,分别收集各组试验牛所排粪便,利用静态箱-气相色谱法测定粪便甲烷的排放速率。结果表明:米曲霉对试验肉牛的日增重和干物质采食量没有显著影响(P>0.05),但使头日毛盈利提高了29.30%;米曲霉使日粮的中性洗涤纤维(NDF)消化率提高了36.41%(P<0.05),但对酸性洗涤纤维(ADF)和干物质的消化率没有显著影响(P>0.05)。与对照组相比,米曲霉组肉牛胃肠道甲烷排放量和粪便日均甲烷排放速率分别降低了18.78%(P<0.01)和56.55%(P<0.01)。由以上结果可以看出,米曲霉可以作为一种降低甲烷排放的添加剂进行使用。试验五:为了测定米曲霉对瘤胃发酵特性和瘤胃菌群结构的影响,试验选用8头健康无病的西门塔尔杂交肉牛(平均体质量为552.38±35.48 kg),随机和平均分为对照组和米曲霉组。对照组饲喂基础日粮,米曲霉组饲喂基础日粮+6 g·(head·d)-1的米曲霉。饲养37d后,采集试验动物瘤胃液,进行指标测定。结果表明:米曲霉显著增加了真菌和溶纤维丁酸弧菌占瘤胃总细菌的比例,而降低了原虫、产甲烷菌占瘤胃总细菌的比例(P<0.05);此外,米曲霉显著降低了瘤胃铵态氮(NH3-N)含量(P<0.05),增加了微生物蛋白(MCP)、乙酸和丁酸含量(P<0.05),但对瘤胃丙酸含量和乙酸/丙酸比没有显著影响(P>0.05)。由此可以看出,直接给肉牛饲喂米曲霉会显著影响瘤胃的原虫、产甲烷菌、真菌和溶纤维丁酸弧菌占总细菌的比例,同时改变瘤胃发酵模式,增加了乙酸和丁酸含量。总之,高温条件下,为了避免粪便甲烷排放的增加,不宜用塑料薄膜长期贮存粪便。米曲霉通过影响肉牛瘤胃的菌群结构和改善瘤胃发酵模式,可显著降低胃肠道和粪便甲烷排放量,是一种有效的降低牛甲烷排放的饲料添加剂。