A Pine Enhanced Biochar Does Not Decrease Enteric CH4 Emissions, but Alters the Rumen Microbiota

松樹增強生物炭不減少腸道甲烷排放，但改變瘤胃微生物群

來源：Frontiers in Veterinary Science, Volume 6, 2019, Article 308

《獸醫科學前沿》第6卷，2019年，文章編號308

 

摘要

這篇論文摘要闡述了研究團隊評估了松樹增強生物炭（EB）對瘤胃發酵、表觀全消化道消化率、甲烷（CH4）排放以及瘤胃和糞便微生物群的影響。使用8頭瘤胃瘺管小母牛進行實驗，添加不同水平的EB（0%、0.5%、1.0%、2.0% DM基礎）。結果表明，在測試濃度下，EB未能減少腸道甲烷排放，但改變了特定瘤胃微生物群，如Fibrobacter減少而Spirochaetes增加。摘要還提到EB對氨氮濃度和原蟲計數有二次響應，但對干物質采食量、消化率和氮平衡無顯著影響。

 

研究目的

本研究旨在探討松樹增強生物炭（EB）作為飼料添加劑對肉牛瘤胃發酵、營養消化、甲烷排放和微生物群的影響，特別是驗證EB是否能夠減少腸道甲烷排放并改善瘤胃環境，從而為降低反芻動物碳足跡提供潛在策略。

 

研究思路

研究思路采用4x4拉丁方設計，使用8頭瘤胃瘺管安格斯×赫里福德小母牛（初始體重565±35 kg），分為4組，分別添加0%（對照）、0.5%、1.0%和2.0% EB（DM基礎）到大麥青貯基礎日糧中。每個周期28天，包括14天適應期和14天測量期。測量內容包括瘤胃發酵參數（VFA、氨氮、pH、原蟲計數）、表觀全消化道消化率、氮平衡、甲烷排放（使用開放電路呼吸室）以及瘤胃和糞便微生物群（通過16S rRNA測序）。數據采用SAS的MIXED模型分析，固定效應為膳食處理，隨機效應為方、方內小母牛和周期。

 

測量的數據及研究意義

1 干物質采食量（DMI）：數據顯示各處理組DMI無顯著差異（P=0.21），平均約10 kg/d（表3）。研究意義在于確保處理效應不是由采食量差異引起，為后續結果提供基線比較。

 

2 瘤胃發酵參數：氨氮濃度和原蟲計數對EB有二次響應（P=0.01），0.5%和1.0% EB降低氨氮和原蟲計數，而2.0% EB恢復至對照水平；最小pH增加（P=0.04）且pH變異減少（P=0.03）于2.0% EB組（表3和表4）。研究意義表明EB可能通過吸附作用影響氮代謝和微生物活性，但效應取決于濃度，提示EB對瘤胃環境有調節作用。

 

3 表觀全消化道消化率：DM、OM、CP、NDF、ADF、淀粉和GE消化率均無顯著變化（P≥0.17）（表5）。研究意義說明EB在測試濃度下未改善營養消化，排除通過消化增強減少甲烷的可能性。

 

4 氮平衡：氮攝入、排泄和保留無顯著差異（P≥0.36）（表6）。研究意義證實EB不影響氮利用，與消化率結果一致。

 

5 甲烷排放：CH4生產（g/d、g/kg DMI、g/kg DMD）和CO2當量均無顯著影響（P≥0.20）（表8）。研究意義明確EB不能作為有效的甲烷減排策略，與初始假設矛盾。

 

6 微生物群：EB降低Fibrobacter（P=0.05）和Tenericutes（P=0.01）的相對豐度，增加Spirochaetes（P=0.01）、Verrucomicrobia（P=0.02）和Elusimicrobia（P=0.02）（表9）。研究意義揭示EB特異性改變微生物組成，可能影響瘤功能，但未轉化為功能變化如甲烷減少。

 

結論

1 EB在0.5%-2.0% DM添加濃度下不能減少肉牛腸道甲烷排放，表明其作為甲烷減排添加劑無效。

2 EB對干物質采食量、營養消化率和氮平衡無影響，排除通過營養改善間接減排的可能性。

3 EB改變瘤胃微生物組成，如減少Fibrobacter和增加Spirochaetes，提示其對微生物生態有特異性效應，但未導致功能增益。

4 綜合結果表明，EB在測試條件下不適合作為實踐中的甲烷 mitigation 工具，但值得進一步研究其微生物調節機制。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極（型號H2-500）測量的數據在本研究中涉及瘤胃溶解氫（H2）的監測，用于評估EB對氫動態的影響。氫是甲烷生成的關鍵前體，測量氫水平可以間接反映甲烷生產的潛力。研究中，溶解H2濃度顯示線性下降趨勢（P=0.08），但未達到顯著水平（表3），表明EB可能輕微影響氫代謝，但不足以改變甲烷排放。Unisense電極的高精度和快速響應允許實時監測瘤胃氫變化，提供對微生物發酵過程的洞察。然而，由于氫測量未顯示顯著變化，其研究意義在于驗證EB對甲烷前體的影響有限，支持了甲烷排放無變化的結論。總之，Unisense電極的應用增強了數據的可靠性，但結果強調EB不能有效調控氫積累以減排甲烷。