摘要：

本研究旨在考察松樹(shù)強(qiáng)化生物炭（EB）對(duì)以大麥青貯為主食的安格斯×赫里福德小母牛的瘤胃發(fā)酵、表觀總消化率、甲烷（CH4）排放以及瘤胃和糞便微生物群的影響。實(shí)驗(yàn)采用4×4拉丁正方形重復(fù)法，使用8頭反芻插管母牛（初始體重為565±35千克）。基礎(chǔ)日糧中含有60%的大麥青貯、35%的大麥谷物和5%的礦物質(zhì)補(bǔ)充劑，其中EB的添加量為0%（對(duì)照組）、0.5%、1.0%或2.0%（DM基數(shù)）。每個(gè)階段持續(xù)28天，包括14天的適應(yīng)期和14天的測(cè)量期。在飼喂前的第15天收集瘤胃液體、固體和糞便中的微生物組分析樣本。在飼喂后的0、3、6和12小時(shí)采集瘤胃樣本，用于分析發(fā)酵特征。從第18天到第22天收集尿液和糞便。第26-28天，將母牛飼養(yǎng)在開(kāi)環(huán)呼吸室中，以估算CH4排放量。在測(cè)量CH4期間，使用留置pH記錄器以1分鐘的間隔記錄瘤胃pH值。采用日糧處理的固定效應(yīng)和方格、方格內(nèi)小母牛和時(shí)期的隨機(jī)效應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。各處理的干物質(zhì)攝入量相似（P=0.21）。氨氮濃度和原生動(dòng)物數(shù)量與EB呈二次曲線（P=0.01），與對(duì)照組和2.0%的EB相比，0.5%和1.0%的EB均可降低氨氮濃度和原生動(dòng)物數(shù)量。2.0%EB使最低pH升高(P=0.04)，pH變化減小(P=0.03)。EB對(duì)全腸道消化率、氮平衡和甲烷產(chǎn)量無(wú)顯著影響(P≥0.17)。增強(qiáng)的生物炭降低了纖維桿菌(P=0.05)和細(xì)毛桿菌(P=0.01)的相對(duì)豐度，而增加了螺旋藻(P=0.01)、鞭毛蟲(chóng)(P=0.02)和微囊藻(P=0.02)的相對(duì)豐度。結(jié)果表明，在所研究的濃度下，EB在減少腸道CH4排放方面沒(méi)有效果，但確實(shí)改變了特定的瘤胃微生物區(qū)系。

引言：

眾所周知，反芻動(dòng)物生產(chǎn)是全球甲烷（CH4）排放的主要來(lái)源，但它在滿足全球蛋白質(zhì)需求方面也發(fā)揮著重要作用。飲食控制是減少反芻動(dòng)物腸道甲烷排放的最成功策略之一。用壓力減少需要牛肉生產(chǎn)的碳足跡，以及能夠同時(shí)提高生產(chǎn)性能和減少CH4產(chǎn)量的技術(shù)。此外，在不影響腸道甲烷通量的情況下提高產(chǎn)量可以降低甲烷排放強(qiáng)度。

強(qiáng)化生物炭（EB）是木炭的一種熱解形式，據(jù)推測(cè)可同時(shí)提高飼料降解性和減少腸道甲烷（CH4）的產(chǎn)生。它是在O2受限的條件下通過(guò)加熱（350-600℃）植物生物質(zhì)獲得的，從而產(chǎn)生一種與其他無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)混合的難降解的碳形式。

由于其表面積大、多孔結(jié)構(gòu)和礦物質(zhì)含量高，EB已被用作空氣和水的洗滌劑以及土壤改良劑。據(jù)報(bào)道，將生物炭作為土壤改良劑可提高作物產(chǎn)量和土壤肥力，并減少田地中的一氧化二氮(N2O)和甲烷。也有關(guān)于瘤胃對(duì)EB的積極反應(yīng)的報(bào)道，假設(shè)生物炭的多孔性可能有利于瘤胃環(huán)境，促進(jìn)微生物生物膜的形成，從而增加飼料降解。然而，促進(jìn)微生物生物膜的形成也會(huì)促進(jìn)瘤胃中產(chǎn)生甲烷的古細(xì)菌的生長(zhǎng)。另外，Winders等人發(fā)現(xiàn)，生物炭對(duì)肉牛的攝入量、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率或CH4產(chǎn)量沒(méi)有影響。

雖然已對(duì)日糧中生物炭的使用進(jìn)行了體外和體內(nèi)研究，但對(duì)肉牛日糧中添加生物炭的效果還缺乏全面的研究。因此，本研究的目的是調(diào)查在以大麥青貯為主的日糧中添加松樹(shù)EB對(duì)肉用小母牛瘤胃發(fā)酵、CH4產(chǎn)量、養(yǎng)分利用以及瘤胃和糞便微生物群的影響。

材料與方法:

本實(shí)驗(yàn)采用4×4拉丁方格重復(fù)法，每格4頭母牛，4個(gè)28天的周期和4種飲食處理。8頭反芻插管安格斯小母牛（565±36千克）按體重分組，隨機(jī)分配到一個(gè)方格和處理順序。每個(gè)階段的前14天用于飲食適應(yīng)，其余14天用于測(cè)量和樣本收集。每個(gè)方格的時(shí)間錯(cuò)開(kāi)一周，以適應(yīng)開(kāi)路呼吸室的可用性。小母牛被飼養(yǎng)在新陳代謝牛舍的拴系欄中，除采集樣本時(shí)外，每天都要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

飲食治療:

小母牛的基礎(chǔ)日糧為60%的大麥青貯、35%的大麥谷物和5%的礦物質(zhì)補(bǔ)充劑。日糧處理包括在基礎(chǔ)日糧中添加日糧DM的0%、0.5%、1.0%和2.0%的EB。基礎(chǔ)日糧是根據(jù)NASEM配制的典型加拿大肉牛飼養(yǎng)場(chǎng)背景日糧，符合肉用小母牛的要求。

EB由Cool Planet Energy Systems公司提供生物炭產(chǎn)品。用于EB的生物質(zhì)來(lái)自美國(guó)的南方黃松。所提供的EB是利用公司專有的Engineered BiocarbonTM技術(shù)生產(chǎn)的，該技術(shù)包括前端熱解（溫度低于650℃，持續(xù)數(shù)分鐘）和獲得專利的熱解后處理步驟。經(jīng)過(guò)后處理的生物炭被研磨成一致的顆粒大小。最終產(chǎn)品經(jīng)過(guò)了全面的化學(xué)分析，二惡英含量低于歐盟的最高限值。

飼料采樣和攝入:

在適應(yīng)期，母牛自由采食（5%獸藥），在測(cè)量總消化道消化率和甲烷時(shí)，母牛的采食量限制在90%。將EB追肥到日糧上，并手動(dòng)混合到總混合日糧（TMR）中。小母牛每天0900小時(shí)喂食一次,每期收集大麥谷物和礦物質(zhì)補(bǔ)充劑樣品，每周對(duì)大麥青貯和TMR進(jìn)行取樣，以確定DM。如果青貯DM與平均值的偏差超過(guò)±3個(gè)單位，則對(duì)TMR進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

在進(jìn)行消化道總消化率或消化室測(cè)量的幾周內(nèi)，每天對(duì)青貯飼料和TMR取樣，然后按周匯總。拒食飼料每天稱重、取樣，然后按周匯總。所有飼料樣品均在55℃溫度下干燥72小時(shí)，以測(cè)定DM。

瘤胃發(fā)酵和微生物群：

每頭母牛在第15天飼喂前、飼喂后3、6和12小時(shí)分別采集瘤胃樣品（～300克）。使用真空注射器從瘤胃液相中抽取液體樣本（40mL），用于溶解的H2分析。隨后從瘤胃網(wǎng)、瘤胃腹囊、瘤胃尾囊和瘤胃背腹囊采集四個(gè)瘤胃內(nèi)容物樣本，并將其匯集在一起。然后用兩層PECAP尼龍（孔徑355μm），以分離固體和液體成分。固體瘤胃內(nèi)容物的子樣本（30克）和液體濾液（40毫升）在液態(tài)N中速凍，用于微生物分析，分別量化固體相關(guān)微生物（SAM）和液體相關(guān)微生物（LAM）。每頭小母牛的糞便樣本都是在飼喂前采集的，用于微生物分析，并在液態(tài)N中速凍，以量化糞便相關(guān)微生物(FAM)。只有飼喂前（0h）采集的樣本才用于微生物分析，并保存在-80℃溫度下，直至進(jìn)一步處理。

在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，測(cè)定濾液的pH值，然后將兩個(gè)5mL樣品放入預(yù)裝小瓶中，小瓶中分別裝有1mL 25%（重量/體積）偏磷酸或1mL 1%（體積/體積）硫酸，用于分析揮發(fā)性脂肪酸(VFA)和氨氮(NH3-N)。小瓶在分析前儲(chǔ)存在-20℃溫度下。再取5毫升濾液用于原生動(dòng)物計(jì)數(shù)，并將其放入預(yù)裝了5毫升甲基綠-福爾馬林-堿性溶液的12毫升閃爍瓶中。