调控反刍家畜甲烷排放的新思路探究

温室气体排放已经成为人类面临的最大环境问题,反刍家畜在反刍过程中会产生数量可观的甲烷(Methane,CH4(,并通过打嗝和胃胀气排放到大气中。甲烷菌的活性与反刍家畜的日粮组成有关,许多草原植物就是甲烷菌的天然抑制剂。通过对反刍家畜CH4排放量、生产机制及减少CH4排放途径的概述,以求提供调控反刍家畜CH4排放的新思路。     

冬春两季奶牛胃肠道甲烷排放量变化的研究

于冬春两季选用相同28头体况良好的中国荷斯坦奶牛,记录奶牛饲料干物质、粗蛋白、能量、中性洗涤纤维等摄入量,在呼吸代谢室测定奶牛胃肠道甲烷排放量,研究冬春两季奶牛胃肠道甲烷排放量变化规律.结果表明,冬季泌乳牛干物质采食量显著高于春季;春季青年牛和泌乳牛胃肠道甲烷排放量和甲烷转化因子均显著高于冬季;胃肠道甲烷排放量随着干物质采食量增加而线性增加,回归方程显示春季斜率(22.36)明显高于冬季(17.04),说明奶牛春季胃肠道甲烷排放的转化效率高于冬季.这可能是因冬春两季的温度和光照时间等因素引起.相比冬季,春季奶牛甲烷转化因子较高,导致其胃肠道甲烷排放显著提高.春季甲烷转化因子显著高于冬季,这可能因季节影响奶牛对日粮的消化利用、瘤胃发酵方式和日粮能量利用效率.     

营养因素对反刍动物甲烷排放影响的研究现状

反刍动物是甲烷的主要排放源之一,其甲烷排放量占世界甲烷排放总量的15%-25%。笔者综述了粗料类型、日粮精粗比、饲草加工处理方式、饲料添加剂及日粮营养平衡调控技术对反刍动物甲烷排放量的影响。结果表明,给动物饲喂细碎的牧草、增加日粮中的精料比例、饲料中添加适当的添加剂均可减少反刍动物的甲烷排放量。     

反刍动物瘤胃甲烷合成与营养调控

反刍动物通过嗳气排出饲料在瘤胃中不完全氧化的产物甲烷,这不仅会造成能量浪费,也是导致环境温室效应的重要因素,不符合国际社会关于节能减排和低碳经济的发展原则。针对反刍动物的甲烷调控与阻抗技术是该领域的研究热点,对反刍动物瘤胃内甲烷合成、生物学意义、产量测定和营养调控等方面做了全面综述,这对于指导实践生产和理论研究均有重要意义。     

尿素在反刍家畜饲喂中的应用

正尿素是简单的纯化学物质,含氮量约42%~46%。由于反刍家畜瘤胃中的细菌可利用其来合成菌体蛋白,1千克尿素经瘤胃细菌转化后,可提供相当于4.5千克豆饼的蛋白质。因此,尿素可作为反刍家畜蛋白质的补充饲料,且其价格低廉,可大幅度降低饲料成本,节约有限的蛋白质饲料,在反刍家畜饲养中具有广阔的应用前景。现将尿素主要饲喂技术介绍如下:一、反刍家畜饲喂尿素的日粮要求合适的日粮可提高尿素利用效果,不合适的日粮     

瘤胃古菌的多样性研究进展

反刍动物瘤胃内由古茼驱动的甲烷生成不仅消耗了6%～10%的日粮能量摄入,而且生成甲烷气体是重要的温室效应气体.在全球气候变化的背景下,瘤胃古茵甲烷代谢调控成为关系畜牧业可持续性发展的重要课题.全面认识瘤胃中古菌多样性是寻找广谱、长效的瘤胃产甲烷调控方法的基础.通过对公共数据库中收录的3 112条瘤胃古茵16S rRNA基因序列进行分类和多样性预测分析,发现现有的古茵特异性引物与一些古菌种属的16S rRNA基因序列之间存在许多错配.瘤胃古茵群落在种属水平上的多样性较低,甲烷短杆茵(Methanobrevibacter)占到总数的70.1%,嗜酸球茵(Picrophilus)和甲烷球形茵(Methanosphaera)分别占13.5%和5.8%.瘤胃产甲烷古菌群落的组成也因受到宿主类型、日粮和环境等多重因素的影响而表现出较大的差异.这些结果拟为寻找一种高效、广谱的瘤胃古菌产甲烷活性的调控方法提供依据.     

养猪舍不同发酵床垫料碳素流向及二氧化碳与甲烷排放初探

为了探明发酵床养猪过程碳素流向及二氧化碳与甲烷排放特征,分别选取3种不同原料的发酵床:稻壳+锯木屑(FD)、稻壳+菌糠(FJ)、稻壳+酒糟(FW)作为研究对象,通过垫料采集和静态箱法收集气体,对一个养殖周期内的碳素变化和二氧化碳、甲烷排放量进行测定。结果表明,一个养殖周期结束后,3种发酵床二氧化碳与甲烷的排放总量占碳素总损失的比例分别为41.21%(FJ)、54.12%(FD)、48.27%(FW),是碳素转化的主要形式。3种垫料的二氧化碳排放特点呈现一定的相似性,均在养殖前期与后期各出现1个排放高峰期,后期排放量大于前期;其二氧化碳排放总量具有显著性差异,FD在整个养殖周期内二氧化碳排放量最大,其次是FJ。FJ与FW的甲烷排放特点与二氧化碳相似,均在养殖前期与后期出现两个排放高峰期且排放量大小相近,而FD的甲烷排放集中在前期,后期仅有微弱回升;3种发酵床的甲烷排放总量同样具有显著性差异,一个饲养周期内FW的甲烷排放总量最大,其次是FJ。通过相关性分析发现,3种发酵床二氧化碳与甲烷的排放呈负相关关系,初步表明发酵床存在甲烷氧化成二氧化碳的生物途径。     

添加亚麻酸及植物油对体外瘤胃发酵和甲烷生成的影响

利用瘤胃模拟体外产气法研究在高精料底物条件下添加富含十八碳不饱和脂肪酸的植物油和亚麻酸对瘤胃发酵和甲烷生成的影响。在植物油的筛选试验中,菜籽油、豆油和亚麻油分别添加底物干物质的10%,观察其对甲烷生成和发酵产物的影响。结果表明,豆油和亚麻油显著降低了产气量和甲烷产量,但甲烷产量的下降幅度更大,菜籽油无效果。同时,豆油和亚麻油显著升高了总挥发性脂肪酸含量和丙酸比例。选取筛选出的效果最显著的植物油——亚麻油,和亚麻酸一起比较研究其对瘤胃发酵的剂量效应,亚麻油和亚麻酸分别添加底物干物质的0%、3%、5%、7%和9%。亚麻油和亚麻酸分别在添加量为5%和3%时显著降低了甲烷产量,且抑制效果随添加剂量的提高而增强。亚麻油和亚麻酸显著改变瘤胃发酵模式向丙酸型发酵转变。这些结果表明,一些富含十八碳不饱和脂肪酸的植物油和亚麻酸可以在高精料日粮条件下改善瘤胃发酵,降低甲烷生成,且植物油抑制甲烷生成的效果与添加剂量和所含脂肪酸的不饱和度有关。     

低碳背景下畜牧业甲烷排放现状与减排策略研究

为推动畜牧业甲烷减排进程以及实现畜牧业绿色可持续发展提供数据支撑和科学依据,利用FAO数据库1961-2019年的长时序统计数据,分析了全球畜牧业甲烷排放量的变化趋势,结果发现:(1)1961-2019年,全世界各地区畜牧业甲烷估计排放量存在显著差异,并且总体呈不断上升趋势。(2)全球反刍动物甲烷排放量由1961年的6 804.79万t增加至2019年的10 352.91万t,分别占畜牧业甲烷排放总量的96.98%、97.51%;在不同品种反刍动物中,甲烷排放量前3位分别是肉牛、奶牛、水牛,其排放量分别由1961年的3 498.87万、1 861.56万、520.98万t增加至2019年的5 666.16万、1 996.04万、1 208.33万t。(3)印度、中国、巴基斯坦等国作为畜牧生产大国,牛、羊等反刍动物产量均排名世界前10位,其甲烷排放量也在不断增长,且增量多增速较快。在此基础上本研究提出了控制畜牧业甲烷排放的策略:在政策层面,建立畜牧业甲烷排放的统计数据与规范测算标准,对畜牧业温室气体排放征税或使其参与碳市场,建立奖励机制激励农户降低农场甲烷排放,加强生产者和消费者的气候变...     

瘤胃降解蛋白和瘤胃非降解蛋白在反刍家畜日粮中的应用

限制反刍家畜实现对饲料高效利用和畜产品最大产出的主要因素是必需氨基酸,这些氨基酸必须由瘤胃降解蛋白为原料合成的菌体蛋白和瘤胃非降解蛋白从小肠供给。家畜才能实现肉奶皮毛等畜产品的最大产出。应用瘤胃降解蛋白和瘤胃非降解蛋白这一体系评价反刍家畜的蛋白质营养需要和饲料的蛋白质质量比粗蛋白更准确,更经济、更能满足家畜高产的需求。     

Studies on Methane Emissions from Pastoral Farming in New Zealand

The aim of this paper was to give a basic understanding of studies on methane emissions of New Zealand, as we know the agriculture of New Zealand is pastoral farming, most livestock animals are grazed in pasture, and quantities of methane were released from the digestive tract and animals excreta. In New Zealand some 50% greenhouse gases （GHG） sources are attributed to agriculture and one third is methane from livestock enteric formation. For many years, many researchers have been exploiting the techniques and methods to measure the emission of methane of New Zealand, further more studing the available options to alleviate the methane emissions. Their pioneering work and successful experiences including the determined methods and mitigation strategies are worth learning for scholars around the world. Some of their approaches were not only suitable for New Zealand grazed livestock, but for many other countries, even the animals are intensively bred in pen. The calorimeter/respiration chamber is the most exactly method in present, but it needs expensive equipments and skilled manipulators, so there are still some difficulty in applying this approach extensively in practice. Sulfur hexafluoride （SF6） trace technique is much adopted for grazed livestock evaluating the methane emission, though its veracity was doubted by some researchers, it is still a good option in present for studying the GHG emissions for grazing animals. By measuring the rumen volatile fatty acid （VFA） concentration to estimate the methane emission is a relatively simple approach, it is just only a rough evaluation, and it is unsuitable for exact study, but this method may be used in China for extensively raised ruminant. In present China, the ruminants are fed in an extensively managed state, the diversities of roughage and animals varieties caused difficult to exactly estimate the methane emission. So exploiting the available options is much important for constituting the exhaustive emission inventory. This review just maybe a good reference for researchers to carry out their studies in years and acquired great achievements in methane mitigation area. outline some practical techniques of New Zealand, those this field, after all New Zealand have been persisting many     

重庆市农业温室气体减排潜力分析

农业是重要的温室气体排放源。通过对文献资料和大量研究结果进行分析,得出重庆市农业活动产生的温室气体减排空间巨大。通过推广稻田间歇灌溉可减少稻田甲烷排放15.07万t,约为当前排放量的30%;一个户用沼气每年最大可减少温室气体2.0～4.1t二氧化碳当量;推行缓释肥、长效肥料可减少单位面积农田氧化亚氮1 744.65 t,约为当前排放量的50%。     

江苏省畜禽养殖温室气体排放估算

根据畜禽养殖的活动数据和温室气体排放因子,采用IPCC指南(2006)推荐的排放系数法,估算江苏省2000～2009年畜禽温室气体排放量。结果显示:江苏省畜禽养殖甲烷年平均排放总量为174.63 Gg,氧化亚氮年平均排放总量为20.80 Gg。其中,畜禽肠道发酵是重要甲烷排放源,年平均排放量为106.63 Gg,占畜禽甲烷排放总量的61.06%;粪便管理甲烷排放是畜禽温室气体的另一重要来源,年平均排放量为68 Gg,占甲烷排放总量的38.94%;2000～2009年期间江苏省畜禽温室气体排放量总体呈下降的趋势,肠道发酵羊的甲烷排放量最大,粪便管理中温室气体排放生猪排放贡献最大,前者主要是由排放系数决定,后者取决于饲养量。     

Greenhouse gas emissions from pig and poultry production sectors in China from 1960 to 2010

Pig and poultry production in China had experienced considerable changes from 1960 to 2010.The present study aimed to evaluate the effects of these changes on greenhouse gas emission inventories(expressed as CO_2 equivalent) from these two sectors.The inventories included methane emissions from enteric fermentation,methane and nitrous oxide production from manure management.The greenhouse gas emissions from these sources in 2010 in pig sector were17,62 and 21%,respectively,and that in poultry sector(including chicken,duck,goose and others) were 1,18 and 81%,respectively.Total CO_2 equivalent increased from 1960 to 2010 in both pig(11 582 to 55564 Gg yr~(-1)) and poultry(1 497 to14 873 Gg yr~(-1)) sectors.Within poultry sector,emissions from chicken,duck,goose and others accounted for 74,15,11 and 0.01%in 2010,respectively.However,during the last 50 years,these emissions continuously reduced when related to production of 1 kg of pork(8.01 to 1.14 kg kg~(-1)),poultry meat(1.19 to 0.37 kg kg~(-1)) and egg(0.47 to 0.33 kg kg~(-1)),which is mainly associated with the continuous improvement in production efficiency in all management systems.These results provide benchmark information for Chinese authorities to develop appropriate policies and mitigation strategies to reduce greenhouse gas emissions from pig and poultry sectors.     

瘤胃微生物不同区系的硝态氮还原、甲烷产生和发酵参数比较

【目的】以硝态氮为惟一氮源,评价体外培养瘤胃微生物不同区系还原硝酸盐的程度以及对甲烷产生和发酵参数的影响。【方法】采用Menke人工瘤胃产气法进行24h厌氧发酵,以硝酸钠、可溶性淀粉和微晶纤维素组成纯合日粮,用物理离心和化学抑制剂相结合的方法,将瘤胃液分成8种区系:全瘤胃液(WRF)、原虫(P)、细菌(B)、真菌(F)、原虫+细菌(P+B)、原虫+真菌(P+F)、细菌+真菌(B+F)和负对照(CTN),测定微生物硝酸盐降解率及发酵参数。【结果】P区系硝酸盐降解率显著高于B区系(P0.001),P+F及B+F区系硝酸盐降解率低;WRF产气量和硝酸盐降解率最高,P+B和P区系次之,这3个区系的甲烷(CH4)、总挥发酸(TVFA)含量和乙酸比例均高于其它区系(P0.001);硝酸盐的还原有利于微生物蛋白的合成,P+B区系的合成量最高。【结论】瘤胃原虫(P)和细菌(B)区系具有高还原硝酸盐(NO3-)和亚硝酸盐(NO2-)能力,原虫区系的硝态氮还原能力更强;真菌(F)区系培养于此发酵底物中,还原硝酸盐的能力很弱,几乎可以忽略。瘤胃原虫和细菌区系是硝态氮还原、产甲烷和微生物蛋白合成的主要区系。     

Methane Emissions in Ruminants: Perspectives on Measurement and Estimation Methods

This paper is an introduction to the methods used to measure and estimate ruminant methane emission. An understanding of these methods is very important in order to plan experiments, understand and interpret experimental results, and compare them with findings of other studies. In this review, the principles as well as the merits and demerits of known methods used in quantifying enteric methane emission from ruminants are compared. The methods include the chambers, sulphur hexafluoride (SF₆) technique and the in vitro gas production technique. Newer methods such as the carbon dioxide (CO₂) are also discussed. Method of choice for estimating enteric methane emission will depend on aim, equipment, knowledge, time and money available. This paper will therefore be useful for expanding the knowledge base of researchers, farm planners, and policymakers as they work to develop and maintain sustainable environmental conditions for livestock farming system.     

Isolation of Succinivibrionaceae implicated in low methane emissions from Tammar wallabies

The Tammar wallaby (Macropus eugenii) harbors unique gut bacteria and produces only one-fifth the amount of methane produced by ruminants per unit of digestible energy intake. We have isolated a dominant bacterial species (WG-1) from the wallaby microbiota affiliated with the family Succinivibrionaceae and implicated in lower methane emissions from starch-containing diets. This was achieved by using a partial reconstruction of the bacterium's metabolism from binned metagenomic data (nitrogen and carbohydrate utilization pathways and antibiotic resistance) to devise cultivation-based strategies that produced axenic WG-1 cultures. Pure-culture studies confirm that the bacterium is capnophilic and produces succinate, further explaining a microbiological basis for lower methane emissions from macropodids. This knowledge also provides new strategic targets for redirecting fermentation and reducing methane production in livestock.     

中国畜牧业温室气体排放现状及峰值预测

为了解近年来中国畜牧业温室气体的排放趋势,预测排放峰值,按照《省级温室气体清单编制指南(试行)》(2011)要求,根据中国2005—2015年畜禽饲养量,评估了中国2005—2015年畜牧业温室气体(GHG)的排放状况,并以欧盟、美国2013年的人均畜产品蛋白占有量为衡量指标,预估了中国畜牧业达到该水平时的年份以及该年份的温室气体排放量,作为中国畜牧业温室气体排放峰值。结果表明:2005—2015年中国畜牧业温室气体排放量的范围为4.06~4.52亿t CO_2-eq,总体呈现两次先降后升的趋势,最低点出现在2008年,最高点为2009年;2009年之后,中国畜牧业温室气体排放总量较为平稳。以2015年的数据为基础分析中国畜牧业温室气体排放的组成,肠道CH_4是主要排放源,所占比例为66.61%,粪便N_2O和CH_4排放比例分别为18.23%和15.16%;从畜禽种类来看,反刍动物(牛、羊)为主要来源,排放比例可达72.44%,猪和家禽所占的比例分别为19.22%和6.81%。因此,养牛业是中国畜牧业温室气体的主要排放源,其次为养猪业。就地域分布来看,2015年,中国畜牧业温室气体排放量居于前10位的省份呈现连片性。河南、四川、内蒙古、山东和云南居全国前列,是施行减排的重点区域;新疆和西藏地区也应作为CH_4减排的重点区域。对于中国畜牧业温室气体排放峰值而言,若要达到欧盟2013年的人均畜产品蛋白占有量水平,峰值出现在2034年,排放量为4.89亿t CO_2-eq,较2015年增长8.94%,年均增长率为2.90%;若要达到美国2013年的人均畜产品蛋白占有量水平,排放峰值则在2043年,排放量为5.10亿t CO_2-eq,较2015年增长13.53%,年均增长率为4.32%。     

内蒙古自治区主要畜禽甲烷排放现状及对策

根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）《2006年IPCC国家温室气体清单指南》提供的估算方法,并结合第一次全国污染源普查数据,对内蒙古自治区主要畜禽肠道及粪便管理系统甲烷排放量进行了估算。通过数据分析发现,2007年内蒙古自治区主要牲畜肠道发酵系统甲烷排放总量达到689.95Gg,其中奶牛187.28Gg、其它189.83Gg,繁殖母羊220.37Gg、其它92.47Gg。2007年主要畜禽通过粪便管理系统排放的甲烷总量达到了62.75Gg,其中,奶牛排放量最高,为33.26Gg,占排放总量的53%,为粪便管理系统甲烷排放的主要因子。     

笼养肉鸡不同季节CH4和CO2排放研究

为研究规模化肉鸡场温室气体排放系数,给我国畜牧业温室气体清单编制和选择减排技术提供依据,选择山东某商业化肉鸡养殖场,对肉鸡生产过程中CO2和CH4的排放情况进行了研究。利用多功能气体分析仪对肉鸡舍CH4和CO2的浓度进行测定,肉鸡舍通风量测定则采用风机风量现场测定系统,根据不同季节连续5d测试结果计算提出肉鸡的CH4和CO2排放因子。结果表明:肉鸡在36～42d龄间的CH4和CO2的排放因子分别为(0.276±0.19)g·d-1·bird-1(58.9±37.2g·d-1·AU-1),154.4±45.7g·d-1·bird-1(33.5±8.0kg·d-1·AU-1),不同季节CH4排放因子存在显著差异,夏季最高为0.552g·d-1·bird-1,冬季最低为0.111g·d-1·bird-1,春季和秋季分别为0.187g·d-1·bird-1和0.254g·d-1·bird-1;CO2排放因子夏秋季节差异不显著,分别为186.8g·d-1·bird-1和179.8g·d-1·bird-1,但显著高于春季(163.4g·d-1·bird-1)和冬季(87.4g·d-1·bird-1);分析表明,鸡舍通风量...