本地混合草的物候变化对其化学成分、体外发酵过程以及甲烷产量的影响

《Canadian Journal of Animal Science》：Phenological variation in native mixedgrass chemical composition, in vitro fermentation, and methane production

冷季与暖季原产牧草（P. smithii、H. comata、K. macrantha等）2022-2023年6-8月收获的化学成分及体外发酵研究表明，物种与月份交互作用显著影响干物质、粗蛋白、纤维成分及甲烷排放。冷季牧草（如P. smithii）粗蛋白含量较高且消化率（DMD）达153 mL/g DM，而暖季牧草（如D. stricta）纤维含量高导致DMD最低（88 mL/g DM）。甲烷产量与粗蛋白正相关（R2=0.354-0.531），其中D. stricta因高NDF和A:P比值（2.78）成为主要排放源。建议优化放牧时间，优先利用H. comata、D. stricta、C. longifolia和P. smithii，减少D. stricta占比可降低甲烷排放。

　　本研究探讨了三种冷季型原生草和三种暖季型原生草在加拿大西部混合草原（Mixedgrass Prairie）中生长阶段对化学成分和体外瘤胃发酵的影响。这些草种包括冷季型（C3）如Pascopyrum smithii、Hesperostipa comata和Koeleria macrantha，以及暖季型（C4）如Bouteloua gracilis、Calamovilfa longifolia和Distichlis stricta。实验在2022年和2023年的六月、七月和八月期间进行，通过线性混合模型和简单回归模型分析了数据。结果显示，植物种类与采样月份之间的显著交互作用影响了干物质（DM）、粗蛋白（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）和总可消化营养（TDN）等化学成分，以及体外瘤胃发酵参数。

在加拿大北部的混合草原生态系统中，这些原生草种不仅为畜牧业提供低成本、可持续的牧草资源，还具有重要的生态价值。然而，对于如何在不同生长阶段优化其利用，目前仍缺乏系统的了解。本研究的目的在于评估这些主要原生草种在生长季节中的化学组成及其对瘤胃发酵的影响，从而为提高动物生产性能和减少甲烷排放提供科学依据。

研究区域位于加拿大阿尔伯塔省东南部的Mattheis研究牧场，该地区具有大陆性亚干旱气候，冬季漫长寒冷，夏季短暂温暖，主要分布着干燥的混合草原生态系统。研究选取了六种草种，分别代表C3和C4类型，并在不同月份进行采样，以评估其在不同生长阶段的化学组成和发酵特性。每个月份内，每种草种从四个预先选定的地点随机采集样本，以确保对营养成分和体外瘤胃参数的准确评估。通过这种方法，研究人员能够更全面地了解不同草种在不同生长阶段的表现。

在化学组成分析方面，所有草种的干物质含量（DM%）和粗蛋白（CP）浓度均随生长阶段而变化，但不同草种之间的变化趋势有所不同。例如，Bouteloua gracilis的CP浓度在七月达到峰值，而其他草种的CP浓度则逐渐下降。NDF和ADF含量的变化也显示出明显的植物种类与采样月份之间的交互作用。Koeleria macrantha的NDF和ADF含量在生长季节中呈下降趋势，而Pascopyrum smithii的NDF和ADF含量则在生长季节中保持相对稳定。TDN浓度的变化同样受到植物种类和采样月份的影响，某些草种在生长季节中表现出更高的TDN含量。

在体外瘤胃发酵分析中，不同草种的干物质消失（DMD）和挥发性脂肪酸（VFA）的浓度变化显示出显著的交互作用。Koeleria macrantha表现出最高的VFA总产量，而Distichlis stricta的VFA浓度则最低。此外，某些草种如Koeleria macrantha在生长季节中表现出更高的干物质消失率，而Distichlis stricta则表现出较低的干物质消失率和较高的甲烷（CH?）产量。这些结果表明，不同草种在不同生长阶段对瘤胃发酵和甲烷排放的影响存在显著差异。

研究还探讨了甲烷排放的预测模型，基于体外发酵实验数据，通过线性回归分析，发现干物质摄入量（DMI）、代谢能（ME）和相对饲料价值（RFV）等参数与甲烷产量之间存在显著的正相关关系。此外，粗蛋白（CP）和总可消化营养（TDN）也对甲烷产量有积极影响，而纤维含量（NDF和ADF）则表现出负相关。这些发现为开发更精确的甲烷排放预测模型提供了重要的数据支持，同时也强调了在不同生长阶段选择适宜的草种对于减少温室气体排放的重要性。

本研究的结论指出，为了优化畜牧业生产并减少甲烷排放，应根据草种的生长特性和季节变化调整放牧管理。特别是对于Hesperostipa comata、Distichlis stricta、Calamovilfa longifolia和Pascopyrum smithii等草种，建议在生长季节早期进行放牧，或者在放牧季节后期补充蛋白质以提高其消化率。Distichlis stricta由于其较低的干物质消失率和较高的甲烷产量，可能需要在放牧计划中减少其占比，以降低肠道甲烷排放。

本研究的数据存储在阿尔伯塔大学农业、食品与营养科学系，任何数据请求可通过通讯作者获取。研究团队成员在概念化、数据分析、实验设计和模型开发等方面做出了重要贡献，确保了研究的科学性和实用性。研究得到了阿尔伯塔大学牧场研究研究所的资助，支持了实验的进行和数据的分析。