中国农科院饲料所首次系统评估荷斯坦泌乳奶牛瘤胃甲烷排放规律

温室气体排放造成全球性极端气候变化和生态环境危机给世界各国带来了共同的挑战，深刻影响着人类的生存和发展。我国农业活动的碳排放源主要是甲烷，甲烷造成温室效应的能力是二氧化碳的25倍，主要来自于牛羊等反刍动物。因此，随着我国“碳达峰”和“碳中和”战略的实施，畜牧养殖业面临着高效生产和绿色低碳协调发展的重大挑战，其原有的技术结构、产业结构和发展方式也将面临重大变革。
近期，中国农业科学院饲料研究所反刍动物饲料团队针对我国主要奶牛品种（荷斯坦奶牛）瘤胃甲烷排放规律完成的题为“Quantification and prediction of enteric methane emissions from Chinese lactating Holstein dairy cows fed diets with different dietary neutral detergent fiber/non-fibrous carbohydrate (NDF/NFC) ratios”的研究论文在Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文), JIA) 优先在线出版。

该研究采用六氟化硫示踪技术系统研究了中国荷斯坦奶牛在泌乳前期、泌乳中期以及泌乳后期的瘤胃甲烷排放规律，并结合动物生长试验和消化代谢试验，研究了不同饲粮结构条件下的变化特征。与此同时，该研究基于饲粮营养摄入量、产奶量以及能量摄入量等指标建立了甲烷排放预测模型，并通过将该系列模型与国外的研究结果对比分析，揭示出本研究中的预测模型具有更好的预测准确度和适用性，以上结果可为系统评估规模化奶牛场碳排放和研发减排调控措施提供数据和科学支撑。
结果显示，饲粮中的中性洗涤纤维/非纤维碳水化合物（NDF/NFC）比例的提升能够显著增加荷斯坦奶牛瘤胃甲烷的排放量。其中，当NDF/NFC的比例由1.19增加至1.68时，处于泌乳前期的荷斯坦奶牛瘤胃甲烷的排放量由325.2 g/d显著增加至391.9 g/d，单位干物质采食量的甲烷排放量由15.5 g/kg显著增加至23.5 g/kg，单位标准乳的甲烷排放量由14.0 g/kg显著增加至17.8 g/kg。同样的，用于测算甲烷排放清单的关键核心因子（甲烷转化因子，甲烷能/总能摄入量，Ym）也随着饲粮中NDF/NFC比例增加而显著增加。
该研究结果表明，当荷斯坦奶牛处于不同的泌乳阶段时，饲粮中营养物质摄入量、产奶量以及能量摄入量等指标与瘤胃甲烷排放量具有显著的正相关关系。另外，在荷斯坦奶牛的泌乳前期、泌乳中期和泌乳后期，基于动物干物质采食量建立的甲烷排放预测模型的相关系数最高，分别达到了0.748、0.782和0.761，而综合3个阶段得到的预测模型中，该系数达到了0.786，反映出该模型的可靠性和适用性。
研究结果进一步揭示，与外部预测模型（IPCC，2006；Yan等，2000；Niu等，2018）相比，本文中基于干物质采食量和中心洗涤纤维采食量的建立的甲烷排放预测模型具有最低的均方根百分比误差（RMSPE），分别为17.7%和18.2%，表明该模型具有更高的预测准确度。另外，当基于总能摄入量来预测本试验中甲烷的排放量，采用IPCC （2006）、Yan等（2000）以及Niu等（2018）模型时，会高估本试验中甲烷的实际排放量，分别为20.42±3.18 MJ/d (RMSPE=36.4%), 20.15±2.73 MJ/d (RMSPE=31.3%) 以及21.12±1.85 MJ/d (RMSPE=34.7%)。这种差异性主要可能是动物品种、地域以及饲粮结构等因素造成的，也反映了建立适用于本土养殖特征和生产模式甲烷预测模型的重要性。
中国农业科学院饲料研究所刁其玉研究员为该文章的通讯作者，董利锋副研究员和贾鹏博士为第一作者。该研究得到了国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项（2016YFE0109000），国家青年自然科学基金（31802085 and 31702133），和中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（Y2021GH18-2）的资助。
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