枸杞副产物提升放牧绵羊能量氮代谢效率并降低甲烷排放的创新研究

本研究针对反刍动物生产中的能量氮利用效率低和甲烷排放高的问题，探讨了添加枸杞副产物作为饲料添加剂对放牧绵羊的影响。结果表明，添加2.5%枸杞籽或7.5%枸杞渣可显著提高养分摄入和消化率，改善能量和氮代谢，同时降低每日甲烷排放和单位草地面积的甲烷排放量。该研究为开发环保型饲料添加剂、促进畜牧业可持续发展提供了重要理论和实践依据。

　　

随着全球对畜产品需求的持续增长，畜牧业面临着提高生产效率和减少环境影响的巨大压力。反刍动物生产系统尤其如此，其中能量和氮的低效利用不仅限制了动物的生长性能，还导致了大量的养分损失和温室气体排放。甲烷（CH₄）作为一种强效温室气体，其全球变暖潜能远高于二氧化碳（CO₂），并且代表了动物膳食能量的显著损失（占总能摄入的2%至12%）。同时，低效的膳食氮（N）利用降低了蛋白质转化效率，导致过量的氮排泄，对环境构成威胁。因此，优化能量和氮利用并同时减少甲烷排放的膳食干预措施成为可持续畜牧系统的优先事项。

近年来，利用富含生物活性物质的天然植物作为潜在的新型饲料添加剂以改善动物生产和减少甲烷排放的兴趣激增。功能性本地牧草（FNH）富含生物活性成分和次级代谢产物，具有提高放牧牲畜生产力和减少甲烷排放的潜力。枸杞（Lycium barbarum）的加工产生富含黄酮类化合物、多糖、甜菜碱和其他生物活性化合物的副产物，这些副产物可能作为有效的牲畜饲料添加剂。本研究旨在评估枸杞副产物对中国西北地区播种牧场上放牧绵羊的消化、代谢和甲烷排放的影响。

研究在兰州大学的临泽草地农业试验研究站进行，该地区属于温带大陆性气候，年平均温度7.7至9.3°C，年降水量112.9至118.4毫米。研究选取了24头6月龄、体重相近（34.14±1.20 kg）的健康雄性F1杂交绵羊（小尾寒羊×湖羊杂交种），采用随机区组设计分为四组（n=6），基于膳食处理：未补充的对照组（CON）、补充2.5%枸杞籽组（LBS）、补充7.5%枸杞渣组（LBR）和补充2.5%枸杞枝条组（LBT）。基础日粮为苜蓿/高羊茅按大致55:45比例混合的播种牧草。实验共持续75天，包括15天的预饲期和60天的主试验期。主试验包括代谢测试（6天）和呼吸气体测量测试（3天）。

主要技术方法包括：使用标准化样方采样法调查牧场植被组成；通过全收集法每日收集粪便和尿液样本；使用中型多通道动物呼吸代谢测量装置（GLIRI-MORMC-002）测量CH₄和CO₂排放；通过标准湿化学方法（如范Soest法测NDF、ADF，凯氏定氮法测粗蛋白CP，氧弹量热法测总能GE）分析饲料和样本的营养品质和活性成分（如多糖、总黄酮、甜菜碱）；数据采用SPSS 20.0进行单因素方差分析（ANOVA）和线性回归分析。

3.1. 补充枸杞副产物对放牧绵羊采食量、消化和增重的影响

补充枸杞籽（LBS）和枸杞渣（LBR）显著提高了绵羊的日增重（LWG）、干物质采食量（DMI）、醚提取物摄入量（EEI）、中性洗涤纤维摄入量（NDFI）和酸性洗涤纤维摄入量（ADFI）。LBS组的LWG比CON组增加了44.44%，LBR组增加了33.33%。LBS组的DMI、EEI、NDFI和ADFI分别比CON组增加了44.56%、56.15%、64.76%和65.63%。LBR组的DMI、EEI、CP摄入量（CPI）、NDFI和ADFI分别比CON组增加了45.89%、59.84%、23.26%、55.68%和61.12%。相比之下，枸杞枝条（LBT）组则表现出养分摄入和消化率的显著降低。养分的改善归因于副产物中的活性成分（如多糖、黄酮）提高了适口性和瘤胃发酵功能。

3.2. 补充枸杞副产物对放牧绵羊氮代谢的影响

补充枸杞副产物显著影响了单位代谢体重的氮代谢。LBR组的氮摄入量（NI）比CON组和LBT组分别提高了23.57%和31.06%。LBS和LBR组的可消化氮（DN）和存留氮（RN）显著高于CON和LBT组。随着NI的增加，各组单位代谢体重的粪便氮（FN）、尿氮（UN）、RN和DN呈现相似的变化模式。CON组的FN和UN增加更快，而LBS组的DN和RN更高。氮利用效率的改善与副产物中的活性成分（如多糖、黄酮、甜菜碱）促进瘤胃微生物蛋白合成、抑制原虫、改善胃肠道形态等功能有关。

3.3. 补充枸杞副产物对放牧绵羊能量代谢的影响

补充枸杞副产物显著影响了能量代谢。LBS组的总能摄入量（GEI）、可消化能（DE）、代谢能（ME）、净能（NE）以及ME与DE的比值比CON组分别显著提高了47.90%、67.95%、70.67%、128.05%和3.26%；尿能（UE）、UE/GE和CH₄能量（CH₄-E）/GE比值分别显著降低了100%、142.4%和84.62%。LBR组的GEI、粪便能量（FE）、DE、ME、NE以及ME/DE比值比CON组分别显著提高了53.78%、36.59%、64.10%、66.67%、135.89%和2.60%；CH₄-E、UE/GE和CH₄-E/GE比值分别显著降低了23.48%、45.54%和93.45%。LBT组的CH₄-E水平比CON组显著降低了19.39%。CON、LBS、LBR和LBT组绵羊的维持净能需要量（NE_m）分别为0.349、0.274、0.239和0.347 MJ/kg BW^0.75，维持代谢能需要量（ME_m）分别为0.423、0.324、0.305和0.454 MJ/kg BW^0.75。能量代谢效率的提高与活性成分调节瘤胃功能、刺激微生物发酵、提供电子促进能量代谢途径等有关。

3.4. 补充枸杞副产物对放牧绵羊温室气体排放的影响

补充枸杞副产物显著影响了温室气体排放。LBS组的CH₄排放量、CH₄/DMI、CH₄/BW^0.75、CH₄/干物质消化率（DMD）和单位草地面积的CH₄排放量分别显著降低了20.41%、80.71%、23.22%、39.27%和20.43%。LBR组的上述指标分别显著降低了22.75%、84.17%、23.48%、30.59%和22.78%。LBT组的CH₄排放量、CH₄/BW^0.75和单位草地面积的CH₄排放量分别显著降低了17.05%、19.39%和17.05%。甲烷排放的减少与副产物中的活性成分（如黄酮、多糖、植物油脂）抑制产甲烷菌活性、改变瘤胃微生物群落结构、竞争性利用氢气、将发酵模式转向丙酸生产等有关。

研究结论表明，枸杞副产物表现出独特的营养和调控特性。不同类型副产物对绵羊养分利用和甲烷排放的差异影响源于其独特的生物活性成分组成、理化特性以及与瘤胃微生物-宿主系统的固有相互作用。补充2.5%枸杞籽或7.5%枸杞渣可增强养分摄入和消化率，改善全身能量和氮利用效率，促进活增重，并减少甲烷排放。相比之下，添加2.5%枸杞枝条对活增重影响可忽略，但表现出巨大的甲烷减排潜力。这些发现强调了针对特定副产品的配方策略对于协同优化反刍动物生产力和环境可持续性的重要性。

该研究的重要意义在于为开发新型环保饲料添加剂提供了科学依据，展示了利用农业加工副产物实现畜牧业绿色发展的潜力。通过提高能量和氮代谢效率，不仅能够提升动物生产性能，还能显著降低温室气体排放，缓解畜牧业对环境的压力，符合当前全球对可持续农业和粮食系统的需求。研究结果对推动畜牧业转型升级、实现资源高效利用和生态环境保护具有重要的理论和实践价值。论文发表在《Animal Nutrition》期刊，由兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室的张晓云、杜武辰、谢凯利、冉丽娟、朱万合、侯扶江等人合作完成。