劉志豪，董利鋒，賈 鵬，賴 琦，高彥華，田忠紅，吳秋玨，刁其玉*

（1.河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河南洛陽 471003；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所，反芻動(dòng)物及其幼畜營(yíng)養(yǎng)代謝中美聯(lián)合研究中心，北京 100081；3.西南民族大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都 610041；4.山東銀香偉業(yè)集團(tuán)有限公司，山東菏澤 274000)

溫室氣體是指大氣中能夠促成溫室效應(yīng)的氣體成分，主要包括二氧化碳（CO）、甲烷（CH）、氧化亞氮（NO）、氫氟化合物（HFCs）和六氟化硫（SF）等，它們能夠吸收紅外線，將熱量保留在地面附近的大氣中，從而造成溫室效應(yīng)，引發(fā)極端性氣候變化。在碳達(dá)峰碳中和的時(shí)代背景下，我國(guó)畜牧業(yè)同樣也面臨著低碳發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。有研究表明，在所有人為產(chǎn)生的溫室氣體中，畜牧業(yè)約占排放總量的15%，而反芻動(dòng)物每年產(chǎn)生的溫室氣體可到達(dá)57 億CO當(dāng)量（Carbon Dioxide Equivalent，CO-eq），其中牛的溫室氣體排放量最高。牛所產(chǎn)生的溫室氣體主要包括瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的CH，糞便管理過程中產(chǎn)生CH、NO，以及正常生理活動(dòng)產(chǎn)生的CO。CH作為排放量第二大的溫室氣體，其增溫潛勢(shì)是CO的23 倍以上。此外，通過噯氣排出的CH是奶牛能量代謝過程中的重要能量損失，約占總能攝入量的6%～13%。因此，降低奶牛瘤胃CH排放對(duì)于降低溫室氣體排放和提升生產(chǎn)效益具有雙重意義。

目前國(guó)外對(duì)于奶牛、肉牛、羊等的CO排放量已有一定研究，但我國(guó)對(duì)于反芻動(dòng)物正常代謝產(chǎn)生的CO排放量研究較少。我國(guó)是反芻動(dòng)物養(yǎng)殖大國(guó)，截止2020 年末，我國(guó)牛存欄量達(dá)9 562.06 萬頭。干奶期是奶牛生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的一個(gè)階段，在此階段其干物質(zhì)采食量往往會(huì)降低，牧場(chǎng)會(huì)調(diào)整飼糧配方以滿足干奶牛營(yíng)養(yǎng)需要。干物質(zhì)采食量和飼糧組成的變化會(huì)對(duì)瘤胃內(nèi)溫室氣體排放量產(chǎn)生顯著影響，因此對(duì)干奶期奶牛的溫室氣體排放量進(jìn)行測(cè)定是準(zhǔn)確核算奶牛溫室氣體排放量不可缺少的部分。本試驗(yàn)旨在利用Greenfeed系統(tǒng)測(cè)定不同胎次的干奶牛的瘤胃溫室氣體排放量，并對(duì)后續(xù)泌乳期內(nèi)試驗(yàn)牛的產(chǎn)奶量和乳成分進(jìn)行追蹤，探討干奶牛體況、生產(chǎn)性能與溫室氣體排放量之間的相關(guān)關(guān)系，為建立全生理周期的奶牛溫室氣體排放數(shù)據(jù)庫(kù)和核算畜牧業(yè)溫室氣體排放提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn) 本試驗(yàn)于2020 年10—2020 年11月在山東省菏澤市曹縣山東銀香偉業(yè)集團(tuán)第三國(guó)際牧場(chǎng)完成。

1.2 試驗(yàn)動(dòng)物與試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)選取48 頭體況健康，處于干奶期的荷斯坦奶牛，按照胎次將試驗(yàn)動(dòng)物分為4個(gè)處理組，每組12 頭牛，4 個(gè)處理組如下：一胎組（I 組）、二胎組（II 組）、三胎組（III 組）、以及四胎及以上胎次組（IV 組）。試驗(yàn)日糧配方參照NRC（2001）中干奶牛營(yíng)養(yǎng)需要配置，以全混合日糧（TMR）形式飼喂，日糧組成及營(yíng)養(yǎng)成分見表1。本試驗(yàn)共45 d，包括預(yù)試期5 d，正試期40 d（產(chǎn)前60 天至產(chǎn)前15 天）。試驗(yàn)內(nèi)容包括生產(chǎn)性能的記錄、瘤胃溫室氣體的測(cè)定、以及后續(xù)泌乳期產(chǎn)奶性能的記錄。

表1 試驗(yàn)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平（干物質(zhì)基礎(chǔ)）

1.3 飼養(yǎng)管理 試驗(yàn)?zāi)膛２捎蒙犸暦绞斤曫B(yǎng)，每天喂料2 次（07:00 和15:00），自由采食且保證日剩料量在5%左右。每天清理剩料，計(jì)算牛只的平均采食量。自由飲水，定期清理水槽，保證飼料和飲水的清潔性。所有奶牛的飼喂方式、飼養(yǎng)環(huán)境和飼糧均保持一致。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 Greenfeed 測(cè)定系統(tǒng) Greenfeed 測(cè)定系統(tǒng)系統(tǒng)由美國(guó)C-Lock 科技股份有限公司（C-Lock Inc.，Rapid City，South Dakota，USA）研發(fā)，為我國(guó)首次引進(jìn)和使用，是國(guó)際上最為先進(jìn)和廣泛認(rèn)可的反芻動(dòng)物瘤胃甲烷排放測(cè)定系統(tǒng)，該測(cè)定系統(tǒng)配置有動(dòng)物氣體采樣器、溫室氣體濃度傳感器、氣體流量計(jì)、電子耳標(biāo)讀取器以及進(jìn)料倉(cāng)等組件。測(cè)定系統(tǒng)的基本原理是：當(dāng)奶牛接近氣體采樣器時(shí)，經(jīng)過電子耳標(biāo)讀取器識(shí)別之后，奶牛口腔和鼻腔中的氣體（CO、CH等）就能夠進(jìn)入到氣體收集管道，經(jīng)非分散性紅外分析儀檢測(cè)之后獲取氣體的濃度，同時(shí)經(jīng)氣體流量計(jì)檢測(cè)管道中氣體流量，并以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)測(cè)和分析。其CO和CH排放速率計(jì)算公式如下：

式中，CO（CH）為奶牛CO或CH的排放量，單位為g/d；Δt 為氣體樣品測(cè)定時(shí)間（1s）；CO（CH）為測(cè)定期間CO或CH的平均濃度，單位為%；CO（CH）為背景中的CO或CH的平均濃度，單位為%；Q為測(cè)定期間氣體的流速，單位為g/s。

1.4.2 飼料樣品的采集與分析 于正試期15～17 d，采用四分法采集飼料樣品，充分混勻后于65℃烘箱中烘干48 h 后，回潮24 h 制成風(fēng)干樣，粉碎后過40 目網(wǎng)篩后按照周艷所述方法對(duì)飼料中干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗灰分、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和總能進(jìn)行測(cè)定。

1.4.3 生長(zhǎng)性能測(cè)定 體重：于正式試驗(yàn)結(jié)束前5 d，在晨飼前測(cè)定每頭奶牛的體重。干物質(zhì)采食量：在整個(gè)試驗(yàn)期間，每天記錄投料量和剩料量，計(jì)算每頭奶牛的平均日采食量，通過對(duì)試驗(yàn)期間采集日糧的干物質(zhì)含量測(cè)定，計(jì)算出奶牛每天的干物質(zhì)采食量。

1.4.4 瘤胃溫室氣體排放量的測(cè)定 采用GreenFeed 測(cè)定系統(tǒng)測(cè)定瘤胃CO和CH的排放量。測(cè)定過程如下：于每日08:00-19:00 進(jìn)行測(cè)定，通過進(jìn)料倉(cāng)內(nèi)的誘食劑（苜蓿草顆粒）使試驗(yàn)牛訪問GreenFeed 測(cè)定系統(tǒng)，系統(tǒng)識(shí)別電子耳標(biāo)后開始進(jìn)行自動(dòng)測(cè)定，每次測(cè)定持續(xù)測(cè)量時(shí)間在3 min 以上視為有效測(cè)定。測(cè)定過程中，保持每頭牛每天最多可訪問Greenfeed 測(cè)定系統(tǒng)4 次，每次訪問間隔6 h。每頭奶牛的有效測(cè)定次數(shù)達(dá)到30 次以上，以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。根據(jù)CO和CH的全球增溫潛勢(shì)換算成CO-eq 排放量，作為評(píng)估瘤胃溫室氣體排放量的衡量指標(biāo)。其中，CO-eq 排放量的計(jì)算公式如下：

1.4.5 后續(xù)泌乳期牛奶樣品的采集與測(cè)定 干奶期奶牛進(jìn)入后續(xù)泌乳期時(shí)，取泌乳100 d 前后3 d 的產(chǎn)奶量平均值作為產(chǎn)奶量，并按照早中晚4:3:3 的比例取奶樣，取樣量為每天50 mL，采用乳成分和體細(xì)胞自動(dòng)分析儀（Combi Foss FT+，丹麥Foss 公司）測(cè)定乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、乳體細(xì)胞數(shù)和乳尿素氮。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析 通過Excel 2020 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA），采用Duncan's 法進(jìn)行差異顯著性分析。試驗(yàn)結(jié)果以＜0.05 為差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 干奶期奶牛的基本特征 由表2 可知，試驗(yàn)?zāi)膛５哪挲g在3 歲以上，按胎次分為4 個(gè)處理，體重隨年齡或胎次的提高而增加，范圍在716.0～806.0 kg，代謝體重變化規(guī)律與體重規(guī)律一致。各個(gè)胎次的年齡之間均有顯著差異，III 組和IV 組干奶牛的體重、代謝體重顯著高于I 組和II 組，而I 組和II 組之間，III 組和IV 組之間的體重和代謝體重均無顯著差異。干物質(zhì)采食量的估測(cè)數(shù)據(jù)為12.38 kg/d。

表2 試驗(yàn)干奶?；咎卣?/p>

2.2 后續(xù)泌乳期內(nèi)產(chǎn)奶量與乳成分 表3 為不同胎次奶牛在分娩后100 天處于高峰期階段的泌乳量與乳成分，可以看出，盡管各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異不顯著，處于泌乳高峰期的II 組奶牛的產(chǎn)奶量最高。各個(gè)處理組奶牛乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和尿素氮均無顯著差異，III 組和IV組的體細(xì)胞數(shù)顯著高于I 組和II 組，I 組和II 組之間，III 組和IV 組之間的體細(xì)胞數(shù)無顯著差異。

表3 胎次對(duì)新泌乳期內(nèi)乳成分的影響

2.3 干奶期奶牛瘤胃溫室氣體排放量 由表4 可知，干奶期奶牛瘤胃CO-eq 排放量的平均值為18 419.83 g/d，最大值為22 386.66 g/d，最小值為14 022.85 g/d，中位數(shù)為18 530.91 g/d。CO-eq 排放量/ 代謝體重的平均值為127.95 g/kg，最大值為147.79 g/kg，最小值為103.65 g/kg，中位數(shù)為127.90 g/kg。CO-eq排放量/校正乳產(chǎn)量的平均值為497.63 g/kg，最大值為784.97 g/kg，最小值為325.84 g/kg，中位數(shù)為472.89 g/kg。

表4 干奶期奶牛瘤胃溫室氣體排放量

2.4 不同胎次干奶期奶牛瘤胃溫室氣體排放量的差異由表5 可知，CO-eq 排放量I 組最低，IV 組最高。III組和IV 組的CO-eq 排放量顯著高于I 組，II 組、III組和IV 組之間沒有顯著差異。各處理組之間的CO-eq排放量/代謝體重、CO-eq 排放量/校正乳產(chǎn)量均無顯著差異，但隨著胎次的增加，CO-eq 排放量/校正乳產(chǎn)量有增加的趨勢(shì)。

表5 不同胎次的干奶期奶牛瘤胃溫室氣體排放量特征

2.5 干奶期奶牛瘤胃溫室氣體排放量與動(dòng)物特征、生產(chǎn)性能的相關(guān)關(guān)系 由表6 可知，干奶牛的CO-eq 排放量與胎次和體重均有著極顯著的相關(guān)關(guān)系（＜0.01），而與產(chǎn)奶量、校正乳產(chǎn)量、乳脂率和乳蛋白率之間沒有顯著的相關(guān)關(guān)系（＞0.05）。

表6 干奶期奶牛瘤胃溫室氣體排放量與動(dòng)物特征、生產(chǎn)性能的相關(guān)性

3 討 論

3.1 不同胎次對(duì)干奶期奶牛體重的影響 在奶牛的正常生長(zhǎng)發(fā)育過程中，荷斯坦奶牛體重隨著年齡增加而不斷增加。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著胎次增加，年齡增長(zhǎng)，干奶牛的體重逐步增加，體重在一胎至三胎增長(zhǎng)迅速，三、四胎及以上牛組的體重顯著高于一胎牛組。木沙江·烏不力等研究表明荷斯坦奶牛體重隨年齡的增長(zhǎng)而增加，體重的增長(zhǎng)速度在5 歲前均處于較高水平，特別是2～4 歲增長(zhǎng)最快，4 歲之后日增重降低，生長(zhǎng)強(qiáng)度減慢，此后奶牛體重有下降趨勢(shì)，但基本趨于穩(wěn)定，7 歲后奶牛體重緩慢下降。

3.2 不同胎次對(duì)干奶期奶牛后續(xù)泌乳期內(nèi)產(chǎn)奶量及乳成分的影響 產(chǎn)奶量是奶牛最重要的生產(chǎn)指標(biāo)之一。在本試驗(yàn)條件下，進(jìn)入后續(xù)的泌乳期后試驗(yàn)牛全部變?yōu)榻?jīng)產(chǎn)牛，各個(gè)胎次的產(chǎn)奶量和校正乳產(chǎn)量均無顯著差異。以往研究表明，胎次與產(chǎn)奶量之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，隨著奶牛胎次增加，產(chǎn)奶量逐漸上升，在達(dá)到泌乳高峰后，又逐漸開始下降，在本試驗(yàn)中產(chǎn)奶量在各個(gè)胎次之間差異不顯著，這可能是由于本試驗(yàn)僅收集了試驗(yàn)牛處于泌乳高峰期的產(chǎn)奶量數(shù)據(jù)，此階段各個(gè)試驗(yàn)牛的產(chǎn)奶量均處在整個(gè)泌乳期的較高水平。本試驗(yàn)中各個(gè)胎次之間乳脂率無顯著差異，這與廉紅霞等、董燕婕等、吳雙軍等的研究結(jié)果一致。母童研究表明，乳蛋白率在三胎時(shí)最高，且顯著高于其他胎次，乳糖率則在第三胎次顯著低于其他胎次，呈現(xiàn)先下降再升高的趨勢(shì)。翁春玲等和賴福琪等的研究同樣表明不同胎次之間的乳蛋白率有顯著差異，整體呈現(xiàn)出升高到降低再到升高的趨勢(shì)，本試驗(yàn)乳蛋白率、乳糖率隨胎次的變化趨勢(shì)與他們類似，但均無顯著差異，可能是與本試驗(yàn)所選取的樣本數(shù)量有關(guān)。陳丹等研究表明不同胎次間乳中尿素氮含量無顯著差異，隨著胎次增加，尿素氮含量呈現(xiàn)降低、升高、降低的趨勢(shì)，本試驗(yàn)結(jié)果與其一致。但有研究表明，乳中尿素氮含量隨著胎次的增加顯著增加，這可能是由于奶牛的品種、飼糧和生長(zhǎng)環(huán)境不同所導(dǎo)致。韓曉輝、母童等研究均表明隨著胎次增加，體細(xì)胞顯著增加，本試驗(yàn)結(jié)果與其一致，造成這一結(jié)果的原因可能與長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)器擠奶，對(duì)奶牛的乳房造成刺激，導(dǎo)致其乳房損傷的同時(shí)感染乳房炎幾率增加，使得乳中體細(xì)胞數(shù)隨著胎次的增加而增加。

3.3 不同胎次對(duì)干奶期奶牛瘤胃溫室氣體排放量的影響反芻動(dòng)物產(chǎn)生的溫室氣體主要來源于腸道發(fā)酵和糞便，其中腸道發(fā)酵產(chǎn)生的溫室氣體通過口、鼻和直腸等排出體外。本試驗(yàn)使用目前國(guó)際先進(jìn)的Greenfeed 測(cè)定系統(tǒng)，可以測(cè)定出奶牛處于正常狀態(tài)條件下經(jīng)過口腔和鼻腔的CO和CH排放情況；根據(jù)IPCC的推薦的每種溫室氣體的增溫潛勢(shì)，可以計(jì)算出奶牛的瘤胃溫室氣體排放量。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，干奶牛的CO-eq 排放量處于14 022.8～22 386.7 g/d，平均CO-eq 排放量為18 419.8 g/d。孫斌等研究表明，新疆荷斯坦干奶牛的CO-eq 排放量為3 111.61 g/d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本試驗(yàn)結(jié)果，這可能是因?yàn)椴捎玫臏y(cè)量方式不同，孫斌采用的是對(duì)牛舍內(nèi)的CO進(jìn)行測(cè)定計(jì)算出干奶牛的溫室氣體排放量，沒有計(jì)算奶牛瘤胃內(nèi)溫室氣體的排放量。本試驗(yàn)中，基于GreenFee測(cè)定系統(tǒng)能夠直接測(cè)定奶牛呼吸過程中通過口鼻排出的溫室氣體總量。Huhtanen 等測(cè)得飼喂TMR 和添加商用濃縮料的混合日糧奶牛的CO-eq 排放量分別為22 944、25 116 g/d，在體重（664±72 kg、675±96 kg）相近的情況下CO-eq 排放量高于本試驗(yàn)的結(jié)果，這可能是由于奶牛的CO-eq 排放量與干物質(zhì)采食量呈顯著正相關(guān)，而Huhtanen 等的試驗(yàn)動(dòng)物干物質(zhì)采食量高于本試驗(yàn)。Neel 等對(duì)不同體重安格斯牛的溫室氣體排放量的測(cè)定中發(fā)現(xiàn)，體重較高（平均體重609 kg）的安格斯牛的CO-eq 排放量為16 065 g/d，體重較低（平均體重為480 kg）的安格斯牛的CO-eq 排放量14 221 g/d，2 種結(jié)果均低于本試驗(yàn)中干奶期奶牛瘤胃的CO-eq 排放量，原因可能是本試驗(yàn)中荷斯坦奶牛的體重遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Neel 等試驗(yàn)中安格斯牛體重。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著胎次增加，干奶牛的CO-eq 排放量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，尤其是在四胎和一胎之間有著顯著的差異，而各個(gè)胎次之間的單位代謝體重CO-eq 排放量卻沒有顯著差異，Neel 等研究也表明不同體重牛的CO排放量用單位體重CO排放量表示時(shí)沒有差異，這表明胎次對(duì)CO-eq 排放量的影響可能是由于體重差異造成的。各個(gè)胎次之間的單位校正乳產(chǎn)量CO-eq 排放量沒有顯著差異，但隨著胎次增加，呈現(xiàn)出逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這可能是由于計(jì)算的校正乳產(chǎn)量是在新的泌乳期，所有牛都為經(jīng)產(chǎn)牛，各個(gè)胎次之間的產(chǎn)奶量均沒有顯著差異所造成的。

3.4 干奶期奶牛瘤胃溫室氣體排放量與動(dòng)物特征、生產(chǎn)性能的相關(guān)性 目前測(cè)定反芻動(dòng)物瘤胃溫室氣體排放量的測(cè)定方法很多，包括呼吸室法、非分光紅外技術(shù)等，但精準(zhǔn)的測(cè)定奶牛的瘤胃溫室氣體排放量需要大量的人力，在實(shí)際生產(chǎn)中，無法作到對(duì)每一頭動(dòng)物精確測(cè)定，因此需要根據(jù)反芻動(dòng)物實(shí)測(cè)的CO和CH排放數(shù)據(jù)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法建立的預(yù)測(cè)模型，核算排放因子，來預(yù)測(cè)動(dòng)物的瘤胃溫室氣體排放量，為建立溫室氣體排放清單提供準(zhǔn)確簡(jiǎn)便的方法。本試驗(yàn)結(jié)果表明，干奶牛的CO-eq 排放量與胎次（相關(guān)系數(shù)=0.44）和體重（相關(guān)系數(shù)=0.74）之間均存在著極顯著的正相關(guān)關(guān)系，體重越大，其CO-eq 排放量就越高。Arthur 等用GreenFeed 測(cè)量了119 頭小母牛和329 頭閹牛的CO排放量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)其與體重之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.84和0.87；Jonker 等研究了母羊和羔羊的CO排放量和體重之間的關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.36～0.78，與本研究結(jié)果相似，干奶期奶牛瘤胃溫室氣體排放量隨著體重的增加而增加。

4 結(jié) 論

在本試驗(yàn)條件下，干奶期奶牛的瘤胃溫室氣體排放量為14 022.8～22 386.7 g/d，平均排放量為18 419.8 g/d。不同胎次的干奶期荷斯坦奶牛的瘤胃溫室氣體排放量存在差異，其中一胎牛的瘤胃溫室氣體排放量最低。同時(shí)，干奶期奶牛的瘤胃溫室氣體排放量與胎次和體重均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。