不同饲养水平下水稻秸青贮对甲烷排放的影响

不同饲养水平下水稻秸青贮对甲烷排放的影响

除了大量的粪便，废水也排放到高收集的动物和工业中。甲烷是仅次于二氧化碳的重要温室气体。采食饲料数量及质量、生产水平及饲料消化率等因素影响反刍动物甲烷排放量,其中采食饲料数量和饲料质量是最重要的影响因素,因此,动物个体排放甲烷的量与饲料摄入种类和摄入量关系最大。水稻秸是主要的秸秆资源之一,除少部分直接用作为反刍动物饲料外,大部分被烧掉或者堆放腐烂,造成资源的巨大浪费,同时带来严重的环境污染问题。因此,水稻秸青贮在畜牧业生产中的应用研究,对于实现水稻秸的科学利用、降低反刍动物甲烷排放对环境的污染,具有非常重要的理论和现实意义。本研究的目的是采用六氟化硫(SF6)示踪技术,分别测定不同处理水稻秸对反刍动物甲烷气体排放的影响,从而为提高青贮水稻秸在动物生产中的应用提供理论依据和数据借鉴。1材料和方法1.1试验设计及试验结果在借鉴国内外研究的基础上,采用2个3×3拉丁方试验设计,在维持水平和生长水平下,分别测定饲喂干稻秸、氨化稻秸以及青贮稻秸的青年母牛的甲烷气体排放量。预试饲养期为10d,正式试验饲喂期5d。1.2测量和分析的设计和方法1.2.1下不可溶性原则SF6气体是化学稳定性最好的非金属氟化物。在常温常压下不可燃,极难溶于水,具有无色、无味、无毒、无腐蚀性的特性。另外,SF6可与周围气体较快混合并随大气运动,无沉降,大气中本底浓度低,仅占空气体积的1015分之一。1.2.2试验牛的饲养管理试验动物:选用6头平均14个月龄,生长发育正常,健康,体质量为(327±20)kg的荷斯坦青年母牛。为保证正式试验时SF6渗透管达到稳定渗透速率,正式试验开始前3d,利用瘤胃导管法将各已知速率的SF6渗透管放入试验牛的瘤胃中。日粮:第1组3×3拉丁方试验设计日粮为3种不同的粗饲料(表1),不添加精料,测定试验牛在维持水平下的甲烷气体排放量;第2组3×3拉丁方试验设计日粮为的在第1组3种粗饲料的基础上每头牛每天添加2kg精料,测定试验牛在生长水平下的甲烷气体排放量。饲养管理:试验牛均采用栓系单槽饲喂。预试饲养期按试验设计的饲养水平,每天06:00、12:00和18:00等量饲喂观察。每次投料前,将饲槽清空,剩余饲草收集并称质量,确定每天每头试验牛的实际粗饲料采食量。1.2.2.2样品采集饲料样品:每组每天采集试验精料样品和粗饲料样品。试验结束后,将每组5d采集的试验精料样和粗饲料样单独混合制成分析样品,分析样粉碎并过40目筛,贮于样品袋内用于干物质和饲料成分分析。气体样品:正式采样期,将气体采样通路连接好,开启牛轭上的密封阀即可开始采样。样品收集期完成后,将牛轭内气样压入气体采样袋内,并送至实验室进行气相分析。1.2.3色谱仪检测ch4的体积分数HP-6890N型电子捕获检测器(ECD)气相色谱仪和GC-9A型火焰离子检测器(FID)气相色谱仪,其中ECD检测气样中SF6的体积分数,FID检测气样中CH4的体积分数。柱温,50℃;进样口,120℃(SF6),100℃(CH4);检测器,250℃(SF6),120℃(CH4);载气,CH4-Ar(SF6),N2(CH4);色谱柱,HP-PLOT,GDX-102(CH4)。1.2.4气体释放速率ch4甲烷分子释放速度QCH4=QSF6×VCH4/VSF6。式中:VCH4为气体样品中CH4的体积分数;VSF6为气体样品中SF6的体积分数;QSF6为SF6的释放速率(mg/d)。每百克日粮总能摄入量=23.93×粗蛋白质量分数+39.75×粗脂肪质量分数+20.04×粗纤维质量分数+17.44×无氮浸出物质量分数。1.2.5数据的统计分析利用Excel软件整理原始数据,采用SAS(1996)软件中方差分析法及Duncan检验进行数据统计分析。2结果与分析2.1干稻秸及其他粗饲料对甲烷能量损失的影响试验牛维持水平下采食不同处理稻秸的甲烷排放情况见表2。从表2可以看出,在维持水平下,每天采食3种粗饲料的甲烷排放量以干稻秸组最高(226.98L/d)、氨化稻秸其次(220.64L/d)、青贮稻秸最低(199.46L/d);每天采食3种粗饲料导致的甲烷能量损失与每天产生的甲烷量之间相对应,因此,干稻秸的试验组每天甲烷能量损失最高,并且3个试验组之间差异显著(P<0.05);干稻秸试验组每采食1kg干物质的甲烷排放最高(32.24L)、氨化稻秸组居中(31.03L)、青贮稻秸组最少(29.20L),氨化稻秸组和青贮稻秸组与干稻秸组之间差异显著(P<0.05);干稻秸组每天损失的甲烷能占总能摄入量的比例最高(7.84%),与青贮稻秸组和氨化稻秸组之间存在显著差异(P<0.05)。试验牛采食3种粗饲料日粮甲烷排放量由大到小为干稻秸组、氨化稻秸组、青贮稻秸组。2.2试验牛在生长水平和日粮过程中,青贮稻秸和干稻秸两组共食1.生长水平下试验牛采食3种粗饲料甲烷排放情况见表2。从表2可以看出,青贮稻秸组、氨化稻秸组的每天甲烷排放量分别为188.01、193.29L,均高于干稻秸组每天甲烷排放量(169.79L),二者与干稻秸组之间差异显著(P<0.05);试验牛每采食1kg干物质的甲烷排放青贮稻秸组最高(21.93L)、氨化稻秸组次之(21.84L)、干稻秸组为最低(19.34L),青贮稻秸组与氨化稻秸组与干稻秸组之间差异显著(P<0.05);干稻秸组每天损失的甲烷能占总能摄入量的比例最低(4.68%),青贮稻秸组最高(5.32%),且与干稻秸组之间差异显著(P<0.05)。试验牛在生长水平下采食3种粗饲料日粮的甲烷排放量大小依次为:氨化稻秸、青贮稻秸、干稻秸。表明,添加相同精料量的条件下,水稻秸加工处理后消化率越高的试验组甲烷排放也越高。2.3青贮稻秸与氨化稻秸高效食食量对甲烷能量损失的影响不同营养水平下饲喂3种粗饲料日粮试验牛的甲烷排放情况如表2。从表2可以看出,维持水平下试验牛采食3种粗饲料的甲烷排放量均高于生长水平下试验牛采食相同日粮的甲烷排放量;与维持水平相比,生长水平下青贮稻秸组每天采食1kg干物质的甲烷排放量减少了7.27L,氨化稻秸组减少了9.19L,干稻秸组减少了12.9L;生长水平下甲烷能量损失占总能摄入量的比例有所下降,青贮稻秸组、氨化稻秸组以及干稻秸组分别下降了1.78%,1.94%,3.16%。这与生长水平下日粮中添加精料有关,试验牛采食富含淀粉或可溶性碳水化合物的饲料时,导致瘤胃pH值降低,抑制原虫、甲烷菌的活动和粗饲料的降解,瘤胃以丙酸发酵为主,丙酸含量增加,瘤胃甲烷产量下降。日粮仅为粗饲料时,纤维素分解菌迅速增殖,瘤胃乙酸发酵为主,氢产量增加,其分压升高,刺激甲烷菌大量增殖,增加甲烷产量。3结论和讨论3.1干稻秸和青贮稻秸对甲烷气体排放的影响作物秸秆纤维化程度较高,中性洗涤纤维(NDF)约占干物质的70%~80%,是细胞壁的主要成分。日粮中NDF含量高,瘤胃趋向于乙酸发酵类型,将增加甲烷产量,反之,可溶性碳水化合物(淀粉、果胶,葡萄糖等)瘤胃发酵趋向于丙酸发酵类型,发酵产生的甲烷少。从3种粗饲料的化学组成可以看出,NDF含量干稻秸高于氨化稻秸和青贮稻秸。瘤胃纤维分解菌降解NDF产生乙酸,并伴随大量的CO2和H2产生,促进甲烷产量(4H2+HCO-3+H+→CH4+3H2O)。青贮稻秸发酵过程中产生挥发性脂肪酸(VFA),增加了日粮中有机酸的含量,改变了瘤胃VFA的比例,缩小乙酸/丙酸的值,降低了瘤胃甲烷的产量。另有研究表明,与未发酵同类饲料相比,经过青贮或微贮发酵的饲料瘤胃甲烷产量较少。因此,青贮稻秸组甲烷排放量低于干稻秸组。干稻秸NDF质量分数明显高于氨化稻秸和青贮稻秸,瘤胃微生物降解NDF产生的乙酸/丙酸的值也高于氨化稻秸和青贮稻秸,因此,干稻秸组甲烷气体排放最高。这与氨化饲料减少甲烷排放量,发酵可溶性碳水化合物降低甲烷产量的相关研究结果相一致。3.2氨化稻秸和日粮对甲烷排放的影响青贮稻秸含水量和可溶性糖质量分数均高于氨化稻秸和干稻秸。日粮中添加精料组,氨化稻秸采用高压和液氨共同作用,有效破坏稻秸细胞壁中的纤维联结键;日粮中增加精料时可有效地促进青贮稻秸和氨化稻秸在瘤胃内的降解,二者在瘤胃内通过纤维分解菌发酵纤维为生产动物产品提供能量,并且均表现为甲烷排放的增加。相关研究结果表明,供给动物维持水平以上日粮时,能提高动物产品的量(增体质量、产奶),此时单位动物产品与甲烷排放之间呈递减的曲线关系。日粮中高能碳水化合物(如谷物)比例较高时能显著提高动物采食量和增体质量速率,降低生产单位动物产品(如增体质量、产奶量)的甲烷排放,而此时表现为单位可消化饲料的每天甲烷排放略有增加。因此,生长水平下青贮稻秸组和氨化稻秸组表现为饲料利用率高,单位甲烷排放多,进而导致生产单位动物产品的甲烷排放较少。3.3日粮精料对青年酵母生长和土壤碳排放的影响日粮组成中,如果将日粮中的糖和细胞壁分别转换为淀粉,或者直接饲喂淀粉抑制瘤胃降解,均可降低单位瘤胃发酵底物的甲烷排放量。与维持水平相比,生长水平日粮中添加了一定量的精料,即增加了日粮中淀粉的含量,降低了日