柳树-牧草复合系统降低反刍动物甲烷排放并维持生产性能的潜力研究

本研究针对反刍动物养殖导致的温室气体排放问题，创新性地评估了含缩合单宁（CTs）的柳树饲料在牧草-树木复合系统（WFG）中的应用效果。通过对比试验发现，WFG系统使肉牛甲烷（CH4）日排放量显著降低27%（173 vs. 273 g/d），同时维持代谢能摄入（MEI）和氮摄入等生产指标稳定。该研究为发展气候智慧型畜牧业提供了重要实践依据。

　　

随着全球畜牧业集约化发展，反刍动物产生的甲烷（CH₄）已成为重要温室气体来源，占人为排放量的14%。传统永久性牧草地（PRG）虽提高生产效率，却牺牲了生态系统多样性。柳树（Salix sp.）作为生物能源作物，其枝叶富含缩合单宁（Condensed Tannins, CTs）和20%以上的粗蛋白，但直径小于18mm的枝条常被废弃。英国贝尔法斯特女王大学等机构的研究团队首次系统评估了柳树-牧草复合系统（WFG）对反刍动物生产性能和环境影响的双重作用，相关成果发表于《Scientific Reports》。

研究采用两阶段拉丁方设计，比较20头阉割肉牛在WFG（柳树饲料+禾本科牧草）与PRG系统的表现。关键技术包括：1）核磁共振（¹H-¹³C HSQC NMR）解析CTs结构特征；2）便携式头箱系统（GreenFeed）实时监测CH₄、CO₂和H₂排放；3）改良盐酸-正丁醇-铁离子（HBAI）法测定CTs含量；4）基于代谢能需求的牧草干物质摄入量（FDMI）预测模型。

研究结果显示：

1. 柳树饲料产量与CTs特性：第二周期（P2）柳树饲料干物质产量降低51%，但CTs总量稳定（12.8-13.5% DM），其中游离CTs增加13%。CTs平均聚合度（mDP）为10.6，原花青素（PC）与原翠雀素（PD）比例为28.9:71.1，含1% A型黄烷-3-醇连接。

2. 饲料摄入与营养平衡：WFG组每日CTs摄入达617g（占DM 5.65%），未影响总干物质摄入（TDMI）。两组在代谢能（ME）、氮摄入及淀粉摄入方面无显著差异，但WFG组酸性洗涤纤维（ADF）摄入增加21%，中性洗涤纤维（NDF）摄入降低40%。

3. 甲烷减排效应：WFG系统使CH₄日产量降低27%（173 vs. 273 g/d），甲烷能量损失（CH₄-E）减少35%。NDF摄入与CH₄产量的相关性在PRG组更强（R²=0.55 vs. 0.22），表明CTs的抑制作用超越纤维消化率影响。

4. 动物生长性能：WFG组日增重（DLWG）降低31%，主要源于PRG组P2期的补偿性增长（+69%）。CTs摄入与DLWG呈正相关，但高PD含量（71.1%）可能通过抑制瘤胃蛋白水解菌降低整体消化率。

5. CTs代谢归宿：粪便NMR分析未检出完整CTs结构，HBAI法检测到的结合态CTs（1.97% DM）实为代谢产物，提示CTs在消化道被完全转化。

讨论指出，WFG系统通过CTs双重机制实现甲烷减排：直接抑制产甲烷古菌和纤毛虫，间接减少纤维降解产生的H₂。虽然高PD型CTs可能限制生产性能提升，但27%的CH₄减排量接近畜牧业2030年减排目标。该研究开创性地证实了柳树复合系统在实现"地上减排-地下固碳"协同效应中的价值，为发展再生农业体系提供了关键技术路径。未来需优化CTs含量与结构配比，并探究其对瘤胃微生物组的具体调控机制。