芭蕉属废弃物粗饲料作为反刍动物饲养替代品的可持续管理：对瘤胃发酵和温室气体减排的潜在影响

《Sustainability》：Sustainable Management of Musa Waste Fodder as an Alternative for Ruminant Feeding: Potential Influence on Rumen Fermentation and Greenhouse Gas Mitigation

　　

由于需要满足日益增长的动物蛋白需求，同时应对迫切减少环境足迹的需要，目前畜牧生产的可持续性面临挑战。因此，本研究旨在评估芭蕉属（Musa spp.）废弃物粗饲料对体外瘤胃发酵以及气体、CH₄和CO₂产量减排的影响。在采收Musa acuminata、Musa balbisiana和Musa paradisiaca的果实后立即收集残余叶片粗饲料（为每种芭蕉属植物选择六个生产农场；每个农场收集20 kg新鲜粗饲料）。采用完全随机设计，包含三个处理（M. acuminata、M. balbisiana和M. paradisiaca）和六个重复（生产农场）。与其他评估的粗饲料相比，M. balbisiana的废弃物粗饲料中干物质（DM）和有机物质（OM）的消化率较高（p = 0.0001）（分别为399.3和438.6 g/kg）。在挥发性脂肪酸方面未观察到差异（p > 0.05）。M. acuminata和M. balbisiana的产气量较低（p < 0.0001）。然而，只有M. acuminata的CH₄产量较低（p < 0.0001）。关于CO₂产量，M. acuminata和M. balbisiana的产量较低（p < 0.0001）。总之，芭蕉属粗饲料可用于反刍动物饲料，因为其蛋白质含量高，在热带和亚热带地区可能高于许多牧草。然而，必须根据减排目标来区分其在温室气体减排方面的推荐和战略效用，因为M. balbisiana优化了总气体和CO₂的减排，而M. acuminata则针对CH₄起作用，旨在最大化畜牧生产系统的可持续性，促进更具清洁性和韧性的农业发展。

目前全球人口不断增长，畜牧业在满足动物蛋白需求的同时，面临着减少环境足迹的迫切挑战。反刍动物养殖是人类活动产生温室气体（GHG）的主要来源之一，特别是肠道发酵产生的甲烷（CH₄），其全球变暖潜能值是二氧化碳（CO₂）的28倍，不仅造成大气污染，还导致动物总能量损失。在循环生物经济背景下，寻找不与人类消耗竞争且具有调节瘤胃环境作用的替代食物资源成为当务之急。热带和亚热带地区广泛种植芭蕉属植物，这些植物在果实采收后会产生大量木质纤维素残余生物质。如果管理不当，这些残余物会成为污染源并加剧温室气体排放。然而，芭蕉属粗饲料含有较高的粗蛋白和次级代谢物（如缩合单宁、皂苷和类黄酮），这些成分能够通过抑制产甲烷古菌、减少原虫数量以及促进丙酸途径来减少甲烷生成。因此，开展这项研究旨在评估芭蕉属废弃物粗饲料对体外瘤胃发酵及气体、CH₄和CO₂减排的影响。研究表明，芭蕉属粗饲料可作为反刍动物替代饲料，且能针对不同温室气体产生减排效用。该研究为提升畜牧业可持续性、发展清洁农业提供了理论依据，论文发表在《Sustainability》期刊。

研究人员主要采用了以下关键技术方法开展此项研究：样本队列来源于六个种植不同芭蕉品种的商业农场。研究人员采集了各农场的残余叶片作为样本，并将其粉碎、烘干。采用ANKOM2000纤维分析仪和元素燃烧法分别测定样本的纤维成分和粗蛋白含量。发酵评估采用体外产气技术，利用六只装有瘤胃瘘管的羊提供瘤胃液作为接种物，并将样本置于玻璃发酵瓶中培养。通过气压传感器和注射器测定气体体积，并使用气体监测仪定量分析发酵瓶顶空气体中的CH₄和CO₂比例。同时，利用非线性能量方程对产气动力学进行建模，并测定干物质（DM）和有机物质（OM）的体外消化率。

研究结果如下：

消化率和瘤胃发酵参数：通过体外发酵培养测定发现，M. balbisiana的干物质（DM）和有机物质（OM）消化率显著高于其他品种。通过对不同时间点瘤胃液pH值的监测，发现M. paradisiaca在2至12小时的pH值较低，但在24小时各品种间无显著差异。此外，通过气相色谱法测定发现，各品种粗饲料的挥发性脂肪酸（VFAs）浓度无显著差异，这主要是由于其具有相似的纤维基质。

气体产量及减排效应：通过体外产气量测定及气体浓度监测发现，M. acuminata和M. balbisiana的总产气量和CO₂产量均显著降低。然而，在CH₄产量方面，仅有M. acuminata表现出显著降低。在动力学方面，M. paradisiaca在3至6小时的CO₂生成速率明显加快。这表明不同芭蕉属品种在温室气体减排方向上具有差异性。

在讨论部分，研究人员对结果的生化机制进行了总结。M. balbisiana较高的消化率可能源于其细胞壁较低的木质化程度，有利于瘤胃微生物的接触与发酵。而M. paradisiaca中可能存在的缩合单宁与碳水化合物形成复合物，阻碍了微生物与酶对纤维的接触，从而影响了其消化率。各品种挥发性脂肪酸无显著差异，反映了其纤维素和半纤维素等纤维基础相似，均主要产生纤维素分解菌代谢纤维时的典型产物——乙酸。针对M. balbisiana总产气量与CO₂降低但CH₄产量升高的现象，从化学计量学角度推测，这可能符合分配因子的概念。由于其挥发性脂肪酸浓度未变，较低的CO₂排放可能由于降解的有机物更多地被微生物用于同化合成细胞生物质，而非通过分解代谢途径释放出CO₂。同时，由于其消化率高，降解的结构碳水化合物多，生成了过量的还原当量，在碳源未用于丙酸生成的情况下，产生的代谢氢被产甲烷古菌充分利用以还原CO₂，从而导致CH₄增加。此外，芭蕉属特有的次级代谢物如缩合单宁，在M. balbisiana中并未作为抗营养因子降低消化率，反而可能通过分子交互作用促进了总气体和游离CO₂的减少。

研究结论指出，芭蕉属粗饲料因高蛋白含量可作为反刍动物饲料。M. balbisiana因其高消化率、低体外产气量、低CO₂排放及适度的单宁含量，有助于最大化畜牧生产系统的可持续性。然而，这种低碳排放优势需根据具体物种和减排目标来界定。当致力于在体外针对CH₄进行特定减排时，M. acuminata是更有效的生态可行替代饲料。