基于脂质和淀粉的日粮干预措施降低奶牛肠道甲烷排放、粪有机物质及粪和尿氮排泄的荟萃分析

《Journal of Dairy Science》：Meta-analysis of lipid- and starch-based dietary interventions to reduce enteric methane emissions, fecal organic matter, and fecal and urinary nitrogen excretion in dairy cows

　　

在奶牛日粮中添加脂质或淀粉是已知的缓解肠道甲烷（CH₄）排放策略。然而，这些营养策略对粪便和尿液中氮（N）和有机物（OM）排泄的影响需要被联合评估。本荟萃分析评估了日粮脂质补充（lipid supplementation，LS）和增加日粮淀粉含量（increased dietary starch content，IS）对CH₄产气量或排泄量（g/d）、产率（g/kg DMI）和强度（g/kg ECM）以及粪有机物（fecal OM，FOM）、粪氮（fecal N，FN）、尿氮（urinary N，UN）和总氮（total N，TN）排泄的影响。处理均值记录来源于172个实验（678个处理均值），这些实验在奶牛上进行。单变量和多变量统计分析分别评估了LS或IS（分开分析）的影响，以量化日粮乙醚提取物（ether extract，EE）或淀粉（starch，STA）含量对CH₄排放以及FOM和N排泄的影响，使用或不使用从日粮组成和动物特征获得的额外解释变量。在针对LS实验的简单单变量模型中，EE含量每增加1.0 g/kg DM，CH₄产气量、产率和强度分别降低2.03 g/d、0.077 g/kg DMI和0.082 g/kg ECM；仅EE含量不影响FOM或N产率或强度，但FN排泄量（g/d）降低。在IS实验中，简单单变量模型显示，STA含量每增加1.0 g/kg DM，CH₄产率降低0.0085 g/kg DMI，CH₄强度降低0.013 g/kg ECM。STA含量增加会增加FOM排泄量（g/d），并降低TN和FN产率及FN强度。在复杂单变量模型中，DMI和CP含量（g/kg DM）在两种策略下均与N排泄量（g/d）呈正相关。在多变量模型中，EE和STA含量在强度（g/kg ECM）上均未表现出权衡或协同作用。然而，在LS日粮的三变量模型中，EE含量增加降低了CH₄和TN产气量（g/d），而在双变量模型中，EE或STA含量升高降低了CH₄产率但增加了FOM产率（g/kg DMI）。在两种策略的双变量模型中，DMI减少同时降低了CH₄和TN产气量，以及CH₄和FOM产气量。类似地，在LS日粮的三变量模型中，采食水平（feeding level，FL）降低和NDF含量降低减少了CH₄和FN产气量（g/d）。在以淀粉为基础的日粮中，DMI减少使CH₄、FN和UN产气量以及CH₄、TN和FOM产气量（g/d）均降低。在三变量模型中，对于LS实验，较低的NDF含量降低了CH₄和FOM产率（g/kg DM），而在IS实验中，精料比例增加降低了CH₄产率并增加了FN产率，CP含量增加导致TN产率升高而FOM产率降低。总之，降低DMI并平衡关键营养素如EE、淀粉、NDF和CP可降低CH₄、FOM和N排泄，但会产生权衡。在脂质日粮中，较高的EE或STA含量降低CH₄产率同时增加FOM产率；在淀粉日粮中，较高的CP含量或精料比例降低FOM或CH₄产率同时增加N产率，凸显了针对特定日粮和特定度量进行优化的必要性。

基于脂质和淀粉的日粮干预降低奶牛肠道甲烷排放、粪有机物及粪尿氮排泄的荟萃分析

农业部门的畜牧业是温室气体（GHG）排放的主要来源之一，肠道发酵和粪便管理是甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）等排放的主要贡献者。在奶牛日粮中添加脂质或淀粉被广泛认为是一种减少肠道CH₄排放的有效营养策略，然而这些策略对粪便中有机物（OM）和氮（N）排泄的影响往往被忽视。以往研究多聚焦于单一气体或单一排泄物，缺乏对不同排放源之间权衡与协同的量化。为此，研究人员开展了一项荟萃分析，联合评估日粮脂质补充（LS）和增加日粮淀粉含量（IS）对奶牛肠道CH₄、粪有机物（FOM）以及粪氮（FN）、尿氮（UN）和总氮（TN）排泄的影响，旨在识别不同排放度量之间的权衡与协同。该研究发表在《Journal of Dairy Science》。

研究人员基于国际数据集，从172个奶牛实验（678个处理均值）中提取处理均值记录，分别构建单变量和多变量混合效应模型，量化日粮醚提取物（EE）和淀粉（STA）含量对CH₄排放（g/d）、产率（g/kg DMI）和强度（g/kg ECM）以及FOM和N排泄的影响。结果表明，增加EE含量可显著降低CH₄产气量、产率和强度；增加STA含量可降低CH₄产率和强度，但会增加FOM排泄。同时，多变量模型揭示了DMI是CH₄和N排泄的主要驱动因素，而EE或STA含量的变化会引发CH₄产率与FOM产率之间的权衡。这一发现强调了在制定减排策略时需同时考虑多种污染物联合变化的重要性，为奶牛日粮优化和温室气体减排提供了新的视角。

该研究使用的样本来自CEDERS项目扩展的Global Network项目数据集，其中包含来自新西兰、英国、荷兰、丹麦、瑞典、法国、芬兰、智利、德国等国家的172个奶牛实验，共678个处理均值。研究采用单变量混合效应模型（基于nlme程序）和多变量贝叶斯模型（基于MCMCglmm包），以处理实验内的随机效应，并通过k折交叉验证、均方根预测误差（RMSPE）、一致性相关系数（CCC）等指标评估模型预测能力。CH₄、FOM以及各氮组分的生产量（g/d）、产率（g/kg DMI）和强度（g/kg ECM）作为响应变量，EE或STA含量作为主要解释变量，同时纳入DMI、采食水平（FL）、CP、NDF等协变量。

结果部分围绕以下小标题展开：

**不同营养缓解策略的单变量关系**：单变量模型显示，在LS实验中，EE含量每增加1 g/kg DM，CH₄产气量降低2.03 g/d，产率降低0.077 g/kg DMI，强度降低0.082 g/kg ECM；在IS实验中，STA含量每增加1 g/kg DM，CH₄产率降低0.0085 g/kg DMI，强度降低0.013 g/kg ECM。复杂单变量模型进一步表明，DMI和CP含量与N排泄（g/d）正相关。

**脂质补充**：简单模型表明，EE含量降低CH₄产气量、产率和强度，但仅降低FN排泄（g/d），不影响FOM或N产率/强度。复杂模型显示，DMI和NDF消化率（NDFD）与CH₄产气量正相关，而DMI和CP含量是N排泄的主要预测因子。多变量模型还发现，EE含量在降低CH₄产气量的同时，对TN产气量也有降低作用；但在产率维度上，EE增加虽降低CH₄产率却增加FOM产率，形成权衡。

**增加日粮淀粉含量**：IS实验中，STA含量与CH₄产气量无显著关联，但增加STA可降低CH₄产率和强度，同时增加FOM排泄（g/d）并降低TN和FN产率。复杂模型显示，DMI和CP是N排泄（g/d）的正向预测因子，而FL和EE含量也影响CH₄产率。多变量分析显示，DMI对CH₄和N排泄具有正向驱动，而CP含量增加会导致TN产率升高和FOM产率降低，出现权衡。

**多变量关系**：双变量和三变量模型揭示了多种协同或权衡关系。在LS日粮中，EE或STA含量的增加可在降低CH₄产率的同时增加FOM产率；降低DMI则同时降低CH₄与TN或FOM产气量。在IS日粮中，DMI减少可同时降低CH₄、FN和UN产气量；精料比例增加降低CH₄产率而增加FN产率，CP含量增加增加TN产率而降低FOM产率。这些结果表明，减排措施往往伴随其他污染物排放的变化，需要针对不同度量进行优化。

讨论部分指出，DMI是CH₄、FOM和N排泄的主要驱动因素；EE的减排效应部分归因于脂质不可发酵、抑制产甲烷菌及改变瘤胃发酵途径；STA则通过促进丙酸途径和降低瘤胃pH来减少CH₄。然而，这些策略可能在产率或强度维度产生权衡。研究结论如下：

该研究评估了基于脂质和淀粉的日粮干预的温室气体减排效果。多变量模型揭示了污染物之间的协同、单边效应和权衡。在LS实验中，增加EE降低了CH₄和TN产气量（g/d），并在产率上形成权衡，即CH₄产率降低而FOM产率增加。在IS实验中，较高的CP引起了权衡，表现为TN产率增加和FOM产率降低。单变量模型显示，增加EE降低了肠道CH₄产气量、产率、强度和FN（g/d及g/kg ECM）。在IS中，增加STA降低了肠道CH₄产率和强度。复杂模型显示，DMI、FL和NDFD改善了CH₄的预测，而DMI和CP预测了N排泄。FOM排泄在LS日粮中受DMI、EE和CP驱动，在IS日粮中受DMI、NDF和NDFD驱动。优化关键日粮营养素并降低DMI可减少CH₄、FOM和N排泄，而所识别的权衡可指导有效的温室气体管理，支持可持续奶业系统。