不同飼養(yǎng)水平下水稻秸青貯對甲烷排放的影響

不同飼養(yǎng)水平下水稻秸青貯對甲烷排放的影響

除了大量的糞便，廢水也排放到高收集的動物和工業(yè)中。甲烷是僅次于二氧化碳的重要溫室氣體。采食飼料數(shù)量及質(zhì)量、生產(chǎn)水平及飼料消化率等因素影響反芻動物甲烷排放量,其中采食飼料數(shù)量和飼料質(zhì)量是最重要的影響因素,因此,動物個(gè)體排放甲烷的量與飼料攝入種類和攝入量關(guān)系最大。水稻秸是主要的秸稈資源之一,除少部分直接用作為反芻動物飼料外,大部分被燒掉或者堆放腐爛,造成資源的巨大浪費(fèi),同時(shí)帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。因此,水稻秸青貯在畜牧業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究,對于實(shí)現(xiàn)水稻秸的科學(xué)利用、降低反芻動物甲烷排放對環(huán)境的污染,具有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本研究的目的是采用六氟化硫(SF6)示蹤技術(shù),分別測定不同處理水稻秸對反芻動物甲烷氣體排放的影響,從而為提高青貯水稻秸在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)借鑒。1材料和方法1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果在借鑒國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上,采用2個(gè)3×3拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì),在維持水平和生長水平下,分別測定飼喂干稻秸、氨化稻秸以及青貯稻秸的青年母牛的甲烷氣體排放量。預(yù)試飼養(yǎng)期為10d,正式試驗(yàn)飼喂期5d。1.2測量和分析的設(shè)計(jì)和方法1.2.1下不可溶性原則SF6氣體是化學(xué)穩(wěn)定性最好的非金屬氟化物。在常溫常壓下不可燃,極難溶于水,具有無色、無味、無毒、無腐蝕性的特性。另外,SF6可與周圍氣體較快混合并隨大氣運(yùn)動,無沉降,大氣中本底濃度低,僅占空氣體積的1015分之一。1.2.2試驗(yàn)牛的飼養(yǎng)管理試驗(yàn)動物:選用6頭平均14個(gè)月齡,生長發(fā)育正常,健康,體質(zhì)量為(327±20)kg的荷斯坦青年母牛。為保證正式試驗(yàn)時(shí)SF6滲透管達(dá)到穩(wěn)定滲透速率,正式試驗(yàn)開始前3d,利用瘤胃導(dǎo)管法將各已知速率的SF6滲透管放入試驗(yàn)牛的瘤胃中。日糧:第1組3×3拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)日糧為3種不同的粗飼料(表1),不添加精料,測定試驗(yàn)牛在維持水平下的甲烷氣體排放量;第2組3×3拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)日糧為的在第1組3種粗飼料的基礎(chǔ)上每頭牛每天添加2kg精料,測定試驗(yàn)牛在生長水平下的甲烷氣體排放量。飼養(yǎng)管理:試驗(yàn)牛均采用栓系單槽飼喂。預(yù)試飼養(yǎng)期按試驗(yàn)設(shè)計(jì)的飼養(yǎng)水平,每天06:00、12:00和18:00等量飼喂觀察。每次投料前,將飼槽清空,剩余飼草收集并稱質(zhì)量,確定每天每頭試驗(yàn)牛的實(shí)際粗飼料采食量。1.2.2.2樣品采集飼料樣品:每組每天采集試驗(yàn)精料樣品和粗飼料樣品。試驗(yàn)結(jié)束后,將每組5d采集的試驗(yàn)精料樣和粗飼料樣單獨(dú)混合制成分析樣品,分析樣粉碎并過40目篩,貯于樣品袋內(nèi)用于干物質(zhì)和飼料成分分析。氣體樣品:正式采樣期,將氣體采樣通路連接好,開啟牛軛上的密封閥即可開始采樣。樣品收集期完成后,將牛軛內(nèi)氣樣壓入氣體采樣袋內(nèi),并送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行氣相分析。1.2.3色譜儀檢測ch4的體積分?jǐn)?shù)HP-6890N型電子捕獲檢測器(ECD)氣相色譜儀和GC-9A型火焰離子檢測器(FID)氣相色譜儀,其中ECD檢測氣樣中SF6的體積分?jǐn)?shù),FID檢測氣樣中CH4的體積分?jǐn)?shù)。柱溫,50℃;進(jìn)樣口,120℃(SF6),100℃(CH4);檢測器,250℃(SF6),120℃(CH4);載氣,CH4-Ar(SF6),N2(CH4);色譜柱,HP-PLOT,GDX-102(CH4)。1.2.4氣體釋放速率ch4甲烷分子釋放速度QCH4=QSF6×VCH4/VSF6。式中:VCH4為氣體樣品中CH4的體積分?jǐn)?shù);VSF6為氣體樣品中SF6的體積分?jǐn)?shù);QSF6為SF6的釋放速率(mg/d)。每百克日糧總能攝入量=23.93×粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)+39.75×粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)+20.04×粗纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)+17.44×無氮浸出物質(zhì)量分?jǐn)?shù)。1.2.5數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析利用Excel軟件整理原始數(shù)據(jù),采用SAS(1996)軟件中方差分析法及Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。2結(jié)果與分析2.1干稻秸及其他粗飼料對甲烷能量損失的影響試驗(yàn)牛維持水平下采食不同處理稻秸的甲烷排放情況見表2。從表2可以看出,在維持水平下,每天采食3種粗飼料的甲烷排放量以干稻秸組最高(226.98L/d)、氨化稻秸其次(220.64L/d)、青貯稻秸最低(199.46L/d);每天采食3種粗飼料導(dǎo)致的甲烷能量損失與每天產(chǎn)生的甲烷量之間相對應(yīng),因此,干稻秸的試驗(yàn)組每天甲烷能量損失最高,并且3個(gè)試驗(yàn)組之間差異顯著(P<0.05);干稻秸試驗(yàn)組每采食1kg干物質(zhì)的甲烷排放最高(32.24L)、氨化稻秸組居中(31.03L)、青貯稻秸組最少(29.20L),氨化稻秸組和青貯稻秸組與干稻秸組之間差異顯著(P<0.05);干稻秸組每天損失的甲烷能占總能攝入量的比例最高(7.84%),與青貯稻秸組和氨化稻秸組之間存在顯著差異(P<0.05)。試驗(yàn)牛采食3種粗飼料日糧甲烷排放量由大到小為干稻秸組、氨化稻秸組、青貯稻秸組。2.2試驗(yàn)牛在生長水平和日糧過程中,青貯稻秸和干稻秸兩組共食1.生長水平下試驗(yàn)牛采食3種粗飼料甲烷排放情況見表2。從表2可以看出,青貯稻秸組、氨化稻秸組的每天甲烷排放量分別為188.01、193.29L,均高于干稻秸組每天甲烷排放量(169.79L),二者與干稻秸組之間差異顯著(P<0.05);試驗(yàn)牛每采食1kg干物質(zhì)的甲烷排放青貯稻秸組最高(21.93L)、氨化稻秸組次之(21.84L)、干稻秸組為最低(19.34L),青貯稻秸組與氨化稻秸組與干稻秸組之間差異顯著(P<0.05);干稻秸組每天損失的甲烷能占總能攝入量的比例最低(4.68%),青貯稻秸組最高(5.32%),且與干稻秸組之間差異顯著(P<0.05)。試驗(yàn)牛在生長水平下采食3種粗飼料日糧的甲烷排放量大小依次為:氨化稻秸、青貯稻秸、干稻秸。表明,添加相同精料量的條件下,水稻秸加工處理后消化率越高的試驗(yàn)組甲烷排放也越高。2.3青貯稻秸與氨化稻秸高效食食量對甲烷能量損失的影響不同營養(yǎng)水平下飼喂3種粗飼料日糧試驗(yàn)牛的甲烷排放情況如表2。從表2可以看出,維持水平下試驗(yàn)牛采食3種粗飼料的甲烷排放量均高于生長水平下試驗(yàn)牛采食相同日糧的甲烷排放量;與維持水平相比,生長水平下青貯稻秸組每天采食1kg干物質(zhì)的甲烷排放量減少了7.27L,氨化稻秸組減少了9.19L,干稻秸組減少了12.9L;生長水平下甲烷能量損失占總能攝入量的比例有所下降,青貯稻秸組、氨化稻秸組以及干稻秸組分別下降了1.78%,1.94%,3.16%。這與生長水平下日糧中添加精料有關(guān),試驗(yàn)牛采食富含淀粉或可溶性碳水化合物的飼料時(shí),導(dǎo)致瘤胃pH值降低,抑制原蟲、甲烷菌的活動和粗飼料的降解,瘤胃以丙酸發(fā)酵為主,丙酸含量增加,瘤胃甲烷產(chǎn)量下降。日糧僅為粗飼料時(shí),纖維素分解菌迅速增殖,瘤胃乙酸發(fā)酵為主,氫產(chǎn)量增加,其分壓升高,刺激甲烷菌大量增殖,增加甲烷產(chǎn)量。3結(jié)論和討論3.1干稻秸和青貯稻秸對甲烷氣體排放的影響作物秸稈纖維化程度較高,中性洗滌纖維(NDF)約占干物質(zhì)的70%~80%,是細(xì)胞壁的主要成分。日糧中NDF含量高,瘤胃趨向于乙酸發(fā)酵類型,將增加甲烷產(chǎn)量,反之,可溶性碳水化合物(淀粉、果膠,葡萄糖等)瘤胃發(fā)酵趨向于丙酸發(fā)酵類型,發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷少。從3種粗飼料的化學(xué)組成可以看出,NDF含量干稻秸高于氨化稻秸和青貯稻秸。瘤胃纖維分解菌降解NDF產(chǎn)生乙酸,并伴隨大量的CO2和H2產(chǎn)生,促進(jìn)甲烷產(chǎn)量(4H2+HCO-3+H+→CH4+3H2O)。青貯稻秸發(fā)酵過程中產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(VFA),增加了日糧中有機(jī)酸的含量,改變了瘤胃VFA的比例,縮小乙酸/丙酸的值,降低了瘤胃甲烷的產(chǎn)量。另有研究表明,與未發(fā)酵同類飼料相比,經(jīng)過青貯或微貯發(fā)酵的飼料瘤胃甲烷產(chǎn)量較少。因此,青貯稻秸組甲烷排放量低于干稻秸組。干稻秸NDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯高于氨化稻秸和青貯稻秸,瘤胃微生物降解NDF產(chǎn)生的乙酸/丙酸的值也高于氨化稻秸和青貯稻秸,因此,干稻秸組甲烷氣體排放最高。這與氨化飼料減少甲烷排放量,發(fā)酵可溶性碳水化合物降低甲烷產(chǎn)量的相關(guān)研究結(jié)果相一致。3.2氨化稻秸和日糧對甲烷排放的影響青貯稻秸含水量和可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于氨化稻秸和干稻秸。日糧中添加精料組,氨化稻秸采用高壓和液氨共同作用,有效破壞稻秸細(xì)胞壁中的纖維聯(lián)結(jié)鍵;日糧中增加精料時(shí)可有效地促進(jìn)青貯稻秸和氨化稻秸在瘤胃內(nèi)的降解,二者在瘤胃內(nèi)通過纖維分解菌發(fā)酵纖維為生產(chǎn)動物產(chǎn)品提供能量,并且均表現(xiàn)為甲烷排放的增加。相關(guān)研究結(jié)果表明,供給動物維持水平以上日糧時(shí),能提高動物產(chǎn)品的量(增體質(zhì)量、產(chǎn)奶),此時(shí)單位動物產(chǎn)品與甲烷排放之間呈遞減的曲線關(guān)系。日糧中高能碳水化合物(如谷物)比例較高時(shí)能顯著提高動物采食量和增體質(zhì)量速率,降低生產(chǎn)單位動物產(chǎn)品(如增體質(zhì)量、產(chǎn)奶量)的甲烷排放,而此時(shí)表現(xiàn)為單位可消化飼料的每天甲烷排放略有增加。因此,生長水平下青貯稻秸組和氨化稻秸組表現(xiàn)為飼料利用率高,單位甲烷排放多,進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)單位動物產(chǎn)品的甲烷排放較少。3.3日糧精料對青年酵母生長和土壤碳排放的影響日糧組成中,如果將日糧中的糖和細(xì)胞壁分別轉(zhuǎn)換為淀粉,或者直接飼喂淀粉抑制瘤胃降解,均可降低單位瘤胃發(fā)酵底物的甲烷排放量。與維持水平相比,生長水平日糧中添加了一定量的精料,即增加了日糧中淀粉的含量,降低了日