全 文 ：第 19 卷 第 5 期
Vol. 19 No. 5
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2011 年 9 月
Sep. 2011
奶牛常用饲草的体外发酵 CH4 产量研究
刘树军1 , 李向林1* , 何 峰1, 万里强1 , 陈玮玮1, 2 , 伊亚莉1
( 1. 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所, 北京 100193; 2. 兰州大学草地农业科技学院, 甘肃 兰州 730020)
摘要 :为研究不同饲草对反刍动物甲烷( CH 4 )排放量的影响, 利用虚拟仪器技术设计的体外发酵产气自动记录系
统,结合气相色谱仪, 测定了奶牛业常用饲草体外发酵 72 h 后的发酵指标。结果表明: 发酵 72 h 后, 供试饲草的
CH 4 产量介于 56. 85~ 74. 63 mL g- 1 DM loss,最高的为玉米( Zea may s L . )秸秆,最低的为苜蓿( Med icago sativa
L. )干草。体外发酵程度由高到低依次为青贮玉米、苜蓿干草 、苜蓿干草、羊草 ( L eymus chinensis T . )干草、
苜蓿茎秆、玉米秸秆。各饲草的产气动态均呈指数函数变化, 趋势相似,在 0~ 24 h 内累计产气量迅速增加, 24~
36 h内增长速率渐缓, 36 h 以后速率趋于平缓。各饲草的 CH4 产量与其中性洗涤纤维 ( NDF )、酸性洗涤纤维
( ADF)含量成显著正相关(P < 0. 05) ,与其粗蛋白 ( CP)含量成极显著负相关( P< 0. 01) ; 通过逐步回归分析,建立
常规养分含量与 CH4 产量的回归模型: PCH 4 = 60. 02- 0. 91 CP+ 0. 44 A DF ( R2= 0. 96)。综上表明, 饲草的
CH 4 产量与其品质有关, 优质饲草体外发酵程度高, CH 4 产量低,从而提高饲料利用率、减少温室效应, 而劣质饲草
则相反。
关键词:饲草; 体外发酵;反刍动物; CH 4 ;温室效应
中图分类号: S816. 401. 7 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2011) 05-0858-07
Methane Production from Artificial Rumen Fermentation of
Commonly Used Forages in Milk Cow Industry
LIU Shu-jun1 , L I Xiang- lin1* , HE Feng 1 , WAN L-i qiang1 , CHEN We-i w ei1, 2 , YI Ya- li1
( 1. Instit ute o f Animal Science, CAAS, Beijing 100193, China;
2. College o f Pasto ral Ag ricultur e Science and Techno lo gy , Lanzhou Univer sity, L anzhou, Gansu Province 730020, China)
Abstract: T o research the effect of dif ferent forages on the methane pr oduct ion fr om ruminants, the fer-
mentation index of for ag es commonly used in the m ilk cow industr y w ere tested af ter 72 h fermentat ion in
vit ro using an automated gas pr oduct ion reco rding system and a Gas Chromato graphy. Results indicated
that the methane yields of tested forag es w er e 56. 85~ 74. 63 mL g-1 DM loss af ter 72 h fermentat ion.
The methane y ield of corn ( Zea may s L. ) stalk w as the highest one and alfalfa (M edicag o sat iv a L. ) hay
produced the low est yield o f methane. In vit ro fermentat ion from high to low is: corn silag e, alfalfa hay
, alfalfa hay, Chinensis hay ( L eymus chinensi s T. ) , alfalfa stem, corn stalk. T he dynamics of gas
yields produced by all tested forages followed an exponent ial function and had sim ilar tendency to each oth-
er. T he cumulat ive gas product ion increased r apidly in 0~ 24 h, the grow th rate g radually slow ed in 24~
36 h, then became f lat after 36 h. T he methane yields o f tested forag es had signif icantly positive co rrela-
t ion to the content o f it s neutral detergent f iber ( NDF) , acid detergent f iber ( A DF) , and had negat ive cor-
r elat ion to the content of crude protein ( CP) . By stepw ise r eg ression analysis, the regression model is es-
tablished betw een convent ional nutrient content and methane product ion: PCH
4
= 60. 02- 0. 91 CP+ 0. 44
A DF ( R2= 0. 96) . Experimental results show that high-quality forage w ith high levels of in vitr o fer-
mentation and low methane product ions will improve feed ef ficiency and reduce greenhouse effect , and
poo r-quality for ag es have the contrary.
Key words: Forages; In vit ro fermentat ion; Ruminant; M ethane; Gr eenhouse ef fect
收稿日期: 2011-04-08;修回日期: 2011- 06-17
基金项目:现代农业产业技术体系建设专项资金( CARS-35) ;人工草地优质牧草生产技术研究与示范( nyhyzx07-022) ;公益性行业(农业)
科研专项 不同区域草地承载力与家畜配置 ( 200903060)资助
作者简介:刘树军( 1982- ) ,男,内蒙古乌盟化德县人,硕士研究生,主要从事草地生态、草地改良与管理、草产品加工及储藏研究, E-m ail:
laojun123@ yahoo. com. cn; * 通信作者 Author for cor resp on dence, E- mai l: lixl@ iascaas. net . cn
第 5期 刘树军等:奶牛常用饲草的体外发酵 CH4 产量研究
温室气体排放及其对环境的影响已经成为全球
关注的热点问题。甲烷 ( CH 4 ) 是除二氧化碳
( CO2 )以外最主要的温室气体之一, 全球温室效应
有 25%由 CH4 引起[ 1] 。CO 2 可以被植物利用参加
物质循环合成糖类, 而 CH 4 进入大气难以参与物质
循环,因而在大气中不断积累。最新的研究报告指
出, CH 4 对大气层的暖化效应是 CO2 的 25 倍 [ 2]。
Johnson
[ 3]指出,大气中 CH 4 的主要人为来源是能
源生产、反刍动物和稻田。联合国哥本哈根气候峰
会召开之前, 世界观察研究所的 Goodland 和 An-
hang 发表的文章Livestock and Climate Change
中指出:全球超过 51%的人为温室气体排放来自畜
牧业[ 4] ,更是把畜牧业推到了风口浪尖。一头体重
250 kg 的牛每天嗝出超过 200 L 的 CH4 ,这意味着
奶牛总摄入能量的 2% ~ 15% 以 CH 4形式损失
掉[ 3, 5]。但是目前关于反刍动物采食饲草所产生的
CH 4 气体研究较少, 特别在饲草收获、加工和进行
粗饲料搭配时也很少考虑甲烷排放。美国马里兰州
农业研究中心动物营养代谢室的研究证实, 在供给
同一种饲料的情况下,动物不同品种、年龄和性别的
CH 4 排放率相似, 这说明反刍动物 CH 4 排放量主
要受饲料组成的影响,与动物性别、年龄和品种等的
关系不大。
我国现阶段反刍动物的饲草仍以秸秆或劣质粗
饲料为主, 其 CH 4 排放量高, 能量利用率低[ 6] 。因
此,为反刍动物选择 CH 4 排放较低的饲草, 影响瘤
胃发酵模式,对于减少来自畜牧业的温室气体排放、
提高饲料能量利用效率和家畜生产性能, 具有重要
意义。为此,本试验通过测定奶牛业常用饲草的体
外发酵 CH 4 产量,探讨 CH 4 产量与饲草常规营养
之间的关系,并通过回归模型以简单实用的方法预
测饲草的 CH 4 产量, 为奶牛生产中 CH 4 低排放饲
草的选择提供依据。
1 材料与方法
1. 1 试验动物及材料
供体奶牛为健康状况良好, 体重相近的 3 头装
有永久瘤胃瘘管的泌乳期荷斯坦奶牛 ( Holstein
cow ) ,供试材料分别为青贮玉米( Zea may s L. )、玉
米秸秆、苜蓿(M edicag o sativa L. )干草 、苜蓿茎
秆、苜蓿干草 、羊草( L eymus chinensi s T . )干草,
草样 65 中温烘干、粉碎后过 1. 0 mm 筛。按实验
室常规方法 [ 7] 测定样品的粗蛋白 ( CP)、粗脂肪
( EE)、粗灰分 ( Ash)、粗纤维( CF)、酸性洗涤纤维
( ADF)、中性洗涤纤维( NDF)、无氮浸出物( NFE)
的含量。试验动物及供试草样均来自中国农业科学
院北京畜牧兽医研究所反刍动物营养实验室实验牛
场, 采样时间 2010年 3月 16日。
1. 2 方法
1. 2. 1 发酵底物的准备和人工瘤胃培养液的配制
分别称取 0. 5 g 样品置入厌氧发酵瓶, 每个处理
设置 8个重复。体外发酵的培养基按照 Menke 和
Steingass [ 8]的方法配制, 各种溶液的配方见表 1。
将 1 L 的分液专用瓶放入 39 水浴中, 用磁力搅拌
器搅拌,按蒸馏水 400 mL+ A 液 0. 1 mL+ B液 200
mL+ C液 200 mL+ D液 l mL+ E液 40 mL 的比例
和顺序加入新鲜配制的溶液, 并通入纯 CO2 饱和,
预热至 39 , 保持 30 m in, 待溶液褪至完全无色。
每只发酵瓶中分装 50 mL 培养液。
表 1 人工瘤胃营养液各溶液的配方
Table 1 Solution formulas o f artificial rumen nutrient so lution
微量元素溶液( A 液)
T race elemen t solu tion
( A solut ion )
缓冲液( B液)
Buffer s olut ion
( B solut ion )
常量元素溶液( C液)
C on stant element s olut ion
( C solut ion )
刃天青溶液( D液)
Blad e Azure s olut ion
( D solut ion)
还原剂溶液( E液)
Reductant s olut ion
( E solu tion)
CaCl2 2H2O 13. 2 g NH 4HCO 3 4. 0 g Na2HPO4 5. 7 g 刃天青 resazurin 0. 1 g 1N NaOH 4. 0 mL
C oCl 2 6H 2O 1. 0 g NaHCO3 35. 0 g KH2 PO4 6. 2 g Na2S 9H2O 0. 625 g
M nCl2 4H2O 10. 0 g M gSO4 7H 2O 0. 6 g
FeCl3 6H2O 8. 0 g
注:以上溶液分别用蒸馏水定溶至 100 mL
Note: Set solut ion to 100 mL wi th dis til led w ater
1. 2. 2 瘤胃液采集 试验当天晨饲后 2 h,采集 3
头供体奶牛瘤胃液各 600 mL, 封入自封袋以保持厌
氧, 置于盛有 39 温水的保温瓶中, 迅速带回实验
室备用。
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草 地 学 报 第 19卷
1. 2. 3 接种与发酵 在不断充入 N 2 的条件下, 以
4层纱布过滤,滤后的瘤胃液温育在 39 水浴锅中,
持续充 N 2以保持厌氧环境, 迅速接种到准备好培
养液的发酵瓶中 (每瓶接入25 mL 瘤胃液) , 盖上橡
胶塞, 旋紧聚乙烯盖。在 SPX 智能型生化培养箱
(宁波江南仪器厂产)中发酵,每个处理中的 4 个重
复接上密封铝箔气体收集袋, 用于测定气体组分
( H 2 , CH 4 和 CO2 )。另外 4个重复接体外自动产气
记录系统( AGRS系统) , 记录体外发酵产气动态变
化及总产气量 ( GP) , 39 培养 72 h[ 9] 。体外发酵
产气试验采用中国农业大学生物学院动物营养与生
理生化实验室的全自动实时产气记录装置进行。
1. 2. 4 发酵指标测定 发酵 72 h 后, 停产气系统,
将总产气量和产气动态等数据从产气系统的计算机
导出。取下气袋, 分别抽取 1 mL, 用气相色谱仪
(五丰 GC522,上海)测定各样品所产气体组分的含
量。以 N 2为载气,进样器、柱箱和检测器温度分别
为 150 , 80 和 200 。从每只发酵瓶中取 1. 0
mL 发酵液, 加入 0. 3 mL 25%偏磷酸溶液, 混匀,
4 放置 30 min, 12000 g 离心 10 m in,取上清,用气
相色谱仪 (五丰 GC522,上海)测定挥发性脂肪酸含
量, 15 m 0. 53 mm AT. FFA P 型毛细管柱, 柱温
为 120 ,检测器温度为 250 。将发酵液全部分次
倒入预先称重过的 50 mL 对应编号离心管中, 1000
g 离心 10 m in,弃上清液, 沉淀于 65 烘干 48 h, 称
重,利用差减法计算待测饲草体外干物质消失率
( I VDMD)。
体外干物质消失率( I VDMD)= 底物质- 发酵后底物重底物重
100%
1. 3 数据分析
1. 3. 1 产气动力学模型分析 利用 SAS 8. 0统计
软件读取 AGRS-1记录仪产气数据记录文件后, 参
照 Orskov 等 [ 10]提出的指数函数模型对不同饲草累
积产气量数据进行非线性拟合: GP t = A + B ( 1
- e- Ct ) , 式中: GP t 为待测草样发酵后第 t 小时累
积产气量( mL) , A 为快速降解养分的产气量( mL) ,
B 为缓慢降解养分的产气量( mL) , C 为缓慢降解养
分的产气速度( mL h- 1 ) , t 为草样在人工瘤胃的
培养时间( h)。
1. 3. 2 统计分析 利用 SPSS 13. 0统计软件进行
数据分析,对草样的常规养分、发酵指标进行方差分
析, 并用 Duncan 氏法进行均值多重比较。对发酵
CH 4 产量和其他测定指标之间进行相关分析和回
归分析, 差异性显著水平设置为 P< 0. 05。
2 结果与分析
2. 1 不同饲草营养成分含量
由表 2可知, 玉米秸秆的 CP 含量显著低于其
他饲草, ADF 和 NDF 含量显著高于其他饲草( P<
0. 05) ; CF 含量和苜蓿茎秆的差异不显著,但显著高
于其余饲草( P< 0. 05) , 其总体品质最差。而苜蓿
干草 的 CP 含量显著高于其他饲草, ADF 和 NDF
含量显著低于其他饲草( P< 0. 05) , 其总体品质最
优。青贮玉米的 EE 含量显著高于其他饲草( P<
0 05) ,苜蓿干草 的 Ash含量显著高于其他饲草
( P< 0. 05) , 青贮玉米、玉米秸秆、羊草干草的 NFE
含量差异不显著, 且羊草干草的 NFE 含量显著高于
其他饲草( P< 0. 05)。
表 2 不同饲草的实测营养成分
Table 2 M easured nutr ients composition o f differ ent fo rag es %
项目
Item
粗蛋白
CP
粗脂肪
EE
粗纤维
CF
粗灰分
Ash
酸性洗涤纤维
ADF
中性洗涤纤维
NDF
无氮浸出物
NFE
青贮玉米 Corn silage 8. 42 0. 05e 11. 59 0. 37a 32. 82 1. 39 b 4. 79 0. 20d 33. 58 0. 28c 62. 32 0. 22c 33. 77 5. 55ab
玉米秸秆 Corn stalk 4. 60 0. 08f 6. 52 0. 67b 39. 73 1. 81 a 5. 42 0. 01c 40. 72 0. 12a 73. 77 0. 29a 34. 57 2. 84ab
苜蓿干草Alfalfa hay 17. 41 0. 16a 7. 56 0. 32b 29. 88 0. 26 b 8. 26 0. 01b 27. 41 0. 18e 41. 01 0. 18f 30. 58 0. 17b
苜蓿茎秆 Alfalfa stem 14. 45 0. 16c 7. 33 0. 45b 41. 07 0. 97 a 8. 26 0. 15b 39. 73 0. 67b 60. 90 0. 79d 21. 37 2. 33c
苜蓿干草Alfalfa hay 15. 41 0. 08b 7. 52 0. 47b 32. 78 1. 06 b 10. 94 0. 15a 29. 63 0. 57d 44. 78 0. 35e 27. 56 1. 26bc
羊草干草 Chinens is hay 9. 59 0. 38d 7. 75 0. 66b 34. 62 2. 25 b 4. 76 0. 04d 33. 48 0. 26c 69. 31 0. 31b 37. 92 2. 78a
注:同列不同小写字母间表示差异显著( P< 0. 05)
Note: Different small letters in th e same column mean signif icant dif f erence ( P < 0. 05)
2. 2 营养参数与 CH4 产生量的回归分析
Moe 和 Ty rell[ 11]研究发现 CH 4 气体产生量与
碳水化合物类型有关, 并且报道源于纤维产生的
CH 4 是可溶性残渣产生的 3倍, 这与本研究的结果
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第 5期 刘树军等:奶牛常用饲草的体外发酵 CH4 产量研究
相一致。由表 3 可知, CH 4 气体产生量与 ADF,
NDF 含量均呈显著正相关( P< 0. 05) , 与 CP 含量
呈极显著负相关( P< 0. 01)。通过逐步回归分析建
立的常规养分含量和 CH 4 气体产量预测模型为:
PCH
4
= 60. 02 - 0. 91CP + 0. 44A DF ( R2 =
0 96)
式中, P CH
4
为消耗单位干重草样的甲烷气体产
量 ( mL g- 1 DM loss) , CP 和 ADF 分别为饲料中
粗蛋白质和酸性洗涤纤维的含量。
Lee等 [ 12]通过体外培养谷物、稻壳及油料粉类
饲料建立的回归模型及 Kurihara 和 Nishida[ 13] 用
165头牛得到的预测模型中, CH 4 气体产量与 CP
含量成负相关,与本研究建立的模型类似。而郭雪
峰等 [ 14]得到相反的结果,这可能由于本研究使用的
体外发酵装置为利用虚拟仪器技术设计的产气自动
记录系统比老式装置注射器灵敏, 另外郭雪峰等人
的研究中所用底物为 2 g,而本研究使用底物为 0. 5
g, 发酵底物的增加导致底物不完全发酵也可能影响
反刍动物瘤胃微生物的种群结构和饲草中养分的降
解率。
表 3 CH4 气体产生量与饲草营养参数的相关性分析
Table 3 Co rr elation analysis of methane production and nutr ition index of fo rag es
项目
Item
粗蛋白
CP
粗脂肪
EE
酸性洗涤纤维
ADF
中性洗涤纤维
NDF
粗纤维
CF
粗灰分
Ash
无氮浸出物
NFE
体外干物质消失率
I VDMD
相关系数 Correlat ion - 0. 949** - 0. 026 0. 838* 0. 899* 0. 677 - 0. 663 0. 368 - 0. 621
注: * 相关系数在 0. 05水平显著; ** 相关系数在 0. 01水平显著
Note: * means sign ificant diff erence at the 0. 05 level; ** mean s signif ican t dif feren ce at the 0. 01 level
2. 3 体外发酵 CH4产量
由表 4 可知, 供试饲草体外发酵 72 h 的 CH 4
产量介于 56. 85~ 74. 63 mL g- 1 DM loss,玉米秸
秆显著高于其他饲草( P< 0. 05) , 青贮玉米、苜蓿茎
秆、苜蓿干草、羊草干草之间差异不显著, 苜蓿干
草、苜蓿干草之间差异不显著, 且苜蓿干草显著
低于其他饲草 ( P< 0. 05)。究其原因, 这与饲草中
的发酵性碳水化合物含量和 CP 含量有关, 也可能
存在几种营养成分的组合效应。由表 2 可知, 玉米
秸秆的 CP 含量显著低于其他饲草, ADF 和 NDF
含量显著高于其他饲草( P< 0. 05) ;而苜蓿干草的
CP 含量显著高于其他饲草, ADF 和 NDF 含量显著
低于其他饲草( P< 0. 05)。由表 3 可知, 饲草体外
发酵 CH 4产量与 ADF, NDF 含量均成显著正相关,
与 CP 含量成显著负相关,这很好的解释了玉米秸
秆体外发酵 72 h产 CH 4 量显著高于其他饲草, 而
苜蓿干草显著低于其他饲草的原因。M iller [ 15] 报
道,富含纤维物质的饲料原料能促进某些纤维分解
菌和甲烷合成菌的共生, 这类微生物可以偶联碳水
化合物的降解产物, 利用 H 2 还原 CO2 合成 CH 4。
这都说明饲草的品质越差, CH 4 气体产量越高。
2. 4 挥发性脂肪酸(VFA)产量、体外干物质消失率
( IVDMD)及总产气量(GP)
瘤胃液 VFA 是饲料碳水化合物在瘤胃中发酵
的产物,其含量、组成和比例与日粮组成、瘤胃环境、
微生物区系及活性、瘤胃的发酵状态有着密切的关
系, 是一种衡量反刍动物瘤胃发酵状态的主要指
标[ 16] 。由表 4 可知, 体外发酵 72 h 后, 发酵液总
VFA浓度、乙酸浓度、丙酸浓度均为青贮玉米显著
高于其他饲草( P< 0. 05) , 且玉米秸秆显著低于其
他饲草 ( P< 0. 05)。这说明青贮玉米发酵水平最
高, 而玉米秸秆发酵水平最低。
青贮玉米和苜蓿干草之间 I VDMD差异不显
著, 但二者均显著高于其余饲草 ( P< 0. 05) ; 玉米
秸秆和苜蓿茎秆之间 I VDMD差异不显著, 但二者
均显著低于其余饲草( P< 0. 05) , 这从另一个角度
说明青贮玉米发酵水平最高,苜蓿干草 次之, 而玉
米秸秆发酵水平最低,即发酵水平与饲草品质成正
比。青贮玉米、玉米秸秆、苜蓿茎秆之间的 GP 差异
不显著, 而青贮玉米、玉米秸秆的 GP 显著高于苜蓿
干草 、苜蓿干草 、羊草干草( P< 0. 05) , 苜蓿干
草、苜蓿干草 、羊草干草的 GP 之间差异不显
著。一般认为瘤胃发酵产气量与饲料在瘤胃中的发
酵水平成正相关[ 17] ,而在本研究中却不完全如此,
这可能是由于玉米秸秆和苜蓿茎秆的品质较差, 从
而使得 CH 4 生成菌的增值,提高了 CH4 的产量, 使
GP 也随着升高。相反, 苜蓿干草 和苜蓿干草
的品质较优, 而且所含的皂苷可抑制 CH 4 的产生,
所以其 GP 较低。玉米青贮在青贮过程中细胞壁被
破坏,纤维素类物质的分解程度提高, 有利于瘤胃微
生物、纤维素酶的渗入, 加上玉米青贮的 NFE 含量
较高,这都有益于瘤胃微生物进行发酵。综合上述
分析,供试饲草的体外发酵程度由高到低依次为青
861
草 地 学 报 第 19卷
贮玉米、苜蓿干草、苜蓿干草、羊草干草、苜蓿茎秆、
玉米秸秆,饲草的 CH4 产量与其发酵程度成反比。
2. 5 体外发酵动力学参数
由表 4 可知, 羊草干草快速发酵部分产气量
( A)显著高于其他饲草( P< 0. 05) , 这可能由于羊草
干草中易发酵的淀粉和糖类含量较高, 有益于瘤胃
微生物的生长和繁殖。慢速发酵部分产气量( B) ,
青贮玉米与苜蓿茎秆之间差异不显著, 且苜蓿茎秆
显著高于其他饲草( P< 0. 05) ; 青贮玉米与玉米秸
秆之间差异不显著; 苜蓿干草 、苜蓿干草、羊草
干草之间差异不显著, 且苜蓿干草 显著低于其他
饲草( P< 0. 05) , 这可能由于苜蓿茎秆和玉米秸秆
的品质较差、慢速降解成分纤维的含量高, 苜蓿干草
的品质较优、慢速降解成分纤维的含量低。玉米
秸秆和国产苜蓿茎秆的 CH 4 产量较高,国产苜蓿干
草的 CH 4 产量最低, 故可以推出 CH 4 主要在慢速
发酵时产生。苜蓿干草 与苜蓿干草 之间慢速发
酵部分的产气速率( C)差异不显著, 但苜蓿干草
显著高于其他饲草( P< 0. 05) ; 羊草干草显著低于
其他饲草( P< 0. 05) , 这可能与苜蓿干草 和苜蓿
干草 的 Ash含量高,所含的离子对发酵过程的某
一个酶或离子通道起作用有关, 目前还不能解释清
楚。而羊草的快速降解成分 NFE 含量较高,大部分
营养物质在发酵刚开始的快速发酵过程中被发酵,
所以羊草的慢速发酵部分的产气速率( C)最低。
表 4 不同饲草 72 h体外短期瘤胃发酵参数
Table 4 72 h rumen fermentat ion parameter o f for ages
指标
Indicator s
青贮玉米
Corn silage
玉米秸秆
Corn stalk
苜蓿干草
Alfalfa hay
苜蓿茎秆
Alfalfa stem
苜蓿干草
Alfalfa h ay
羊草干草
Chin ens is hay
CH4 / mL g- 1 DM los s 66. 51 0. 60b 74. 63 1. 77a 56. 85 0. 69c 64. 01 1. 11b 59. 17 0. 98 bc 64. 42 0. 26b
VFA/ mmol L- 1 118. 27 6. 74a 35. 94 0. 83d 63. 61 4. 58c 64. 01 4. 35c 94. 64 0. 86 b 78. 09 5. 01c
乙酸/ mmol L- 1 72. 38 3. 37a 22. 29 0. 61e 38. 61 2. 13d 41. 19 1. 28d 60. 46 2. 11 b 49. 84 3. 66c
丙酸/ mmol L- 1 26. 19 1. 93a 7. 37 0. 18d 14. 03 1. 22c 12. 90 1. 89c 19. 66 0. 95 b 17. 37 0. 74bc
I VDM D/ % 72. 90 0. 18a 62. 54 0. 58d 73. 56 0. 35a 62. 37 0. 27d 70. 59 0. 35 b 65. 12 0. 45c
GP/ mL g- 1 DM loss 249. 91 1. 77a 261. 04 6. 85a 214. 44 6. 85c 243. 86 5. 08ab 219. 71 5. 40 c 225. 02 12. 47bc
A/ mL 2. 81 0. 12c 6. 35 0. 13b 3. 06 0. 06c 3. 03 0. 05c 3. 16 0. 19 c 9. 44 0. 15a
B/ mL 246. 66 0. 72ab 239. 07 2. 28b 210. 96 1. 19d 247. 28 1. 16a 214. 21 0. 91 cd 213. 31 1. 78cd
C/ mL h- 1 0. 11 0. 01bc 0. 09 0. 01d 0. 12 0. 01a 0. 10 0. 01c 0. 12 0. 01 ab 0. 07 0. 01e
注:同行不同小写字母间表示差异显著( P< 0. 05)
Note: Dif feren t sm all let ters in the same row mean signif icant di ff erence ( P < 0. 05)
2. 6 体外发酵产气动态
由图 1和图 2可知,累计产气量实测值和动态模
型预测值非常接近, R2> 0. 90。各种饲草体外发酵累
计产气量 ( GP t )随时间的延长逐渐增大,在 0~ 24 h
内GP t 迅速增加, 24~ 36 h 内增长速率渐缓, 36 h以
后速率趋于平缓,可能由于后期培养过程中代谢产物
的累积使得 pH 值下降, 导致大量微生物死亡, 剩余
的底物不能完全发酵引起。2~ 72 h,玉米青贮的 GP t
一直保持最高, 2~ 44 h, 羊草的 GP t 保持最低, 48~
72 h,国产苜蓿干草的 GP t 保持最低。
图 1 不同饲草体外发酵产气动态曲线
Fig. 1 Kinetic gas production pro files o f forag es in vit ro
862
第 5期 刘树军等:奶牛常用饲草的体外发酵 CH4 产量研究
图 2 不同饲草体外发酵产气动态模型预测曲线
Fig . 2 P redict ed kinetic gas production pro files o f forag es in vit ro by dynamics model
3 讨论
本研究由相关分析发现 CH 4 产量与 ADF,
NDF 含量呈显著正相关,而由回归分析得到的回归
模型的参数中并没有 NDF。这可能是由于 NDF 和
ADF 之间有重合( NDF 含量等于 ADF+ 半纤维素
含量)或 ADF, NDF, CP 之间有一定的互作效应造
成的。李霞等[ 18] 用体外产气法测定了几种牧草的
CH 4 产量,其结果表明, NDF 含量高、木质素含量低
的沙鞭( P sammochloa v il losa ( T rin. ) Bor )、沙葱
( A l lium mongol icum Regel )的 CH 4 产量相对较
高,分别为 0. 41 g kg- 1和 0. 68 g kg - 1 ; 蛋白质
含量高、木质素含量较低的梭梭( H aloxy lon ammo-
dendr on ( C. A. M ey. ) Bunge )、驼绒藜 ( Cer a-
toid es latens ( J. F. Gmel. ) Reveal et Holmgren)
的CH4产量较低,分别为0. 39 g kg- 1和0. 41 g kg- 1。
另外, 苜蓿干草 、苜蓿干草的 CH 4 产量最低, 这
可能由于苜蓿中含有皂苷。据魏晓玲[ 19] 报道, 苜蓿
皂甙具有驱除原虫作用, 从而减少 CH 4 产量。体
外、体内试验研究均证明,皂苷可以调控瘤胃内微生
物的发酵,使瘤胃趋于丙酸发酵, 减少氨态氮的产
生,增加丙酸的浓度, 抑制 CH 4 的产生 [ 20]。而苜蓿
茎秆的 CH 4 产量较高,可能是由于皂苷主要存在于
苜蓿的叶中,或由于露天储藏使苜蓿茎秆中的皂苷
流失。
4 结论
饲草体外发酵 CH4 产量主要受饲草种类的影
响, CH 4 产量与其 ADF, NDF 含量成正相关, 与其
CP 含量和 I VDMD 成负相关, CH4 产量最高的为
玉米秸秆, 最低的为苜蓿干草 , CH 4 主要在慢速
发酵时产生。体外发酵 72 h 后, 综合对发酵液总
VFA, I VDMD, GP 的分析得出供试饲草的体外发
酵程度由高到低依次为青贮玉米、苜蓿干草 、苜蓿
干草 、羊草干草、苜蓿茎秆、玉米秸秆。各饲草的
GP t 随时间的动态变化趋势相似,均呈现指数函数
变化趋势。依据供试饲草的常规养分含量得出饲草
CH 4 产量预测模型为: PCH
4
= 60. 02- 0. 91CP +
0 44A DF ( R2 = 0. 96) , 可用以预测其他饲草的
CH 4 产量。试验结果证明, 优质牧草的发酵程度高
于劣质牧草, 饲喂优质牧草可以提高饲料利用率,降
低反刍动物的能量损失和 CH 4产量, 从而减少温室
效应。
参考文献
[ 1] 魏秀丽,陆亦怀, 高闽光, 等.空气 CH 4 浓度变化及其与 CO 2
的相关性[ J] .光谱学与光谱分析, 2007, 27( 4) : 668-670
[ 2] IPCC. IPCC Fourth As ses sment Report ( AR4 )-Climate
Change 2007. Intergovernmental Panel on Climate Change
[ EB/ OL ] . [ 2010-10- 08 ] . http: / / w ww . ipcc. ch/ pdf / assessment-
report / ar4/ syr/ ar4_syr. pdf
[ 3] John son K A, Johnson D E. Meth ane emis sions fr om cat t le
[ J] . Journal of Animal Science, 1995, 73: 2483-2492
[ 4] Robert Goodl, Jef f Anhang. Livestock and climate chan ge[ J] .
World Watch Magaz ine, 2009, 22( 6) : 10-19
[ 5] H ol ter J B, Young A J . Methane product ion in dry and lacta-
tin g H olstein cow s [ J ] . J ou rnal of Dairy Science, 1992, 75:
2165-2175
[ 6] 许庆方,张翔,董宽虎,等.不同品种玉米植株 3 种调制方法效
果比较[ J] .草地学报, 2010, 18( 1) : 67-72
[ 7] 张丽英.饲料分析及饲料质量检测技术[ M ] . 2版. 北京:中国
农业大学出版社, 2003: 45- 78
[ 8] Menke K H , Steingass H . E st imation of the energet ic feed
value obtain ed fr om chem ical analysis and in vit ro gas produc-
tion u sing rum en f luid[ J ] . Animal Research and Developmen t,
863
草 地 学 报 第 19卷
1988, 28: 7-55
[ 9] 孟祥坤,杨红建,曹兵海,等.添加三聚氰胺对高粗料日粮短期
人工瘤胃发酵理化指标的影响[ J ] .中国畜牧杂志, 2010, 46
( 9) : 52-55
[ 10] rskov E R, McDonald I. The est imat ion of protein degrad-
abilit y in the rum en fr om incubation measurem ents w eigh ted
according to rate of passage[ J ] . Jou rnal of Agricu ltural S c-i
ence, 1979, 92: 499-503
[ 11] Moe P W, T yrrell H F. Methan e produ ct ion in dairy cow s,
p roceedings of the eighth sym posium on energy metaboli sm
[ J ] . EAAP Publicat ion, 1979, 26: 59-62
[ 12] Lee H L, Lee S C, Kim J D, et al . Methane product ion poten-
t ial of feed ingredients as m easured by in vi tr o gas test [ J ] .
A sianAust ralas ian Jour nal of Animal S cien ce, 2003, 8: 1143-
1150
[ 13] Ku rihara M , Nish ida A, Pu rnomoadi. Th e predict ion of meth-
ane conversion rate f rom dietary factors [ M ] . H okkaido, Ja-
pan, 2001: 301-304
[ 14] 郭雪峰,金海,卢德勋.甲烷气体产生量与牧草营养参数的相关
性分析[ J] .江西农业大学学报, 2009, 31( 1) : 35-40
[ 15] M iller T L, Wolin M J. Inhibi tion of growth of methane-pro-
ducing bacteria of the ruminant forestomach by hydroxylm eth-
ylglutary-l ScoA redu ctas e in hibitors [ J ] . J ournal Dairy Sc-i
ence, 2001, 84: 1445- 1448
[ 16] 那仁巴图,贾志海,卢德勋,等.不同纤维水平日粮对内蒙古白
绒山羊瘤胃发酵的影响[ J ] .中国畜牧杂志, 2008, 44( 3) : 27- 30
[ 17] 张乃峰,王中华,李兵,等.邻菲咯啉浓度对瘤胃微生物体外发
酵的影响[ J] .动物营养学报, 2003, 15( 4) : 28-31
[ 18] 李霞,金海,薛树媛,等.内蒙古双峰驼甲烷产生量的体外估测
[ J] .饲料工业, 2007, 28( 9) : 38-40
[ 19] 魏晓玲. 蓿总皂苷粗提物的提取工艺及其对绵羊瘤胃发酵功
能的影响[ D] .呼和浩特:内蒙古农业大学, 2007: 51
[ 20] 邓代君,王金合,杜晋平,等.植物提取物对瘤胃发酵的调控作
用[ J] .饲料工业, 2009, 30( 8) : 5-6
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