3-硝基氧丙醇对饲喂多年生黑麦草青贮、玉米青贮和精料日粮的秋季产犊奶牛产奶量及肠道甲烷排放的影响

《Journal of Dairy Science》：Investigating the effect of 3-nitrooxypropanol on milk production and enteric methane emissions of autumn-calving dairy cows fed a perennial ryegrass silage, corn silage, and concentrate diet

　　

本试验旨在研究3-硝基氧丙醇（3-NOP） supplementation对饲喂多年生黑麦草青贮、玉米青贮和精料日粮的舍饲爱尔兰秋季产犊奶牛产奶量及肠道甲烷（CH₄）排放的影响。试验包括为期2周的协变量期，随后进入为期6周的数据收集期，期间奶牛饲养于散栏式畜舍。研究人员将24头初产牛（平均值±标准差；产奶天数74±13 d，体重498±30 kg）和64头经产牛（产奶天数60±21 d，体重611±45 kg）的秋季产犊奶牛，根据试验前乳固体（MSo）产量、体重、胎次及CH₄产量（g/d）进行区组设计，然后随机分配到2个处理组之一。2个处理组分别为：1）不添加3-NOP的日粮（CTL）；2）含71.8 mg 3-NOP/kg干物质（DM）的日粮（3-NOP）。每日记录产奶量，每周测定乳成分、体重（BW）和体况评分（BCS）。采用GreenFeed技术测定肠道CH₄、氢气（H₂）和二氧化碳（CO₂）。与CTL组相比，饲喂3-NOP的奶牛产奶量相似；然而，饲喂3-NOP的奶牛其乳脂和乳蛋白校正乳（FPCM）产量及能量校正乳（ECM）产量有高于CTL组的趋势。与CTL组相比，饲喂3-NOP的奶牛具有更高的乳蛋白浓度、乳蛋白产量和MSo产量。3-NOP处理对乳脂浓度和乳脂产量无影响；然而，与CTL组相比，饲喂3-NOP的奶牛具有更高比例的从头合成脂肪酸（FA）和更低比例的预成形FA。与CTL组相比，饲喂3-NOP的奶牛CH₄产量降低26%，H₂产量增加4倍。与CTL组相比，饲喂3-NOP的奶牛CH₄产量（g CH₄/kg采食量（DMI））降低28%，CH₄强度（g CH₄/kg MSo、g CH₄/kg ECM和g CH₄/kg FPCM）降低27%。总之，在秋季产犊奶牛舍饲期内，在饲草-精料日粮中补充3-NOP可降低CH₄排放，且不会对动物生产性能产生负面影响。由于在放牧奶牛中施用3-NOP存在挑战，需要进一步研究以开发在放牧季节有效的CH₄减排策略，以补充爱尔兰秋季产犊体系中舍饲期间3-NOP所实现的减排效果。

**3-硝基氧丙醇在爱尔兰秋季产犊奶牛舍饲期的甲烷减排效果与生产性能影响：研究解读**

**一、研究背景与问题提出**

爱尔兰农业是温室气体（GHG）排放的最大贡献者，约占总排放量的38%（EPA，2024）。其中，肠道甲烷（CH₄）约占农业总排放量的63%，是减排的关键靶点。根据2022年爱尔兰政府《气候行动计划》，农业部门需在2030年前较2018年减排25%（DAFM，2022）。鉴于肠道CH₄在爱尔兰农业排放中的主导地位，开发不影响反刍动物生产性能的减排策略尤为重要。3-硝基氧丙醇（3-NOP）作为一种甲烷抑制剂，已在多个国家的肉牛和奶牛试验中展现出显著的减排潜力，荟萃分析估计其减排幅度在32.7%至38%之间（Dijkstra et al.，2018；Kebreab et al.，2023）。然而，3-NOP的减排效果受动物特性和日粮组成的显著影响。爱尔兰奶牛体系以季节性放牧为主，仅约6.5%的牛群在秋季产犊并在冬季舍饲。舍饲期间，日粮以高比例多年生黑麦草青贮和玉米青贮组成的全混合日粮（TMR）为主，其中性洗涤纤维（NDF）浓度（约370 g/kg DM）显著高于美国及欧洲大陆的TMR（280–330 g/kg DM），而玉米青贮淀粉含量也较低。这种日粮组成的差异性可能导致3-NOP在爱尔兰体系中的减排效果与国际荟萃分析的平均值存在偏差。因此，在爱尔兰秋季产犊奶牛中评估3-NOP的 efficacy，对于完善国家排放清单核算和制定针对性减排策略具有重要实践意义。

**二、研究目的与试验设计**

研究人员开展了一项随机完全区组设计的对照试验，旨在验证以下假说：3-NOP可降低爱尔兰秋季产犊奶牛体系的肠道CH₄排放，但其减排幅度可能低于国际荟萃分析的平均水平。试验于2022年11月至2023年1月在Teagasc Johnstown Castle研究牧场进行，共选用88头秋季产犊荷斯坦弗里西亚奶牛（24头初产牛和64头经产牛），依据试验前乳固体产量、体重、胎次和CH₄产量进行区组后随机分配至对照组（CTL）和3-NOP处理组（71.8 mg/kg DM）。试验包含2周协变量期和6周数据收集期，奶牛舍饲于散栏式牛舍，自由采食由30%多年生黑麦草青贮、36%玉米青贮和34%精料组成的TMR。

**三、主要结果**

**（1）产奶性能与乳成分**
与CTL组相比，饲喂3-NOP的奶牛产奶量无显著差异（30.4 vs. 29.9 kg/d，P = 0.21），但乳固体产量显著增加（2.48 vs. 2.42 kg/d，P = 0.04），乳蛋白浓度（3.56% vs. 3.50%，P = 0.02）和乳蛋白产量（1.08 vs. 1.04 kg/d，P = 0.01）均显著提高。乳脂浓度和产量未受处理影响，但3-NOP组奶牛乳脂中从头合成脂肪酸比例显著升高（29.36 vs. 28.67 g/100 g脂肪，P < 0.01），预成形脂肪酸比例显著降低（31.81 vs. 32.45 g/100 g脂肪，P = 0.03）。

**（2）气体排放**
采用GreenFeed系统测量发现，3-NOP组奶牛CH₄产量较CTL组降低26%（335 vs. 452 g/d，P < 0.01），CH₄产量（g CH₄/kg DMI）降低28%（15.2 vs. 21.2，P < 0.01），CH₄强度（g CH₄/kg ECM、FPCM和MSo）均降低27%（P < 0.01）。3-NOP组H₂产量是CTL组的4倍（4.28 vs. 1.05 g/d，P < 0.01），CO₂产量无显著差异。日变化分析显示，3-NOP的减排效果在夜间采食低谷期（凌晨4、5、6、8时）不显著，可能与3-NOP摄入量减少有关。

**（3）采食量与动物行为**
3-NOP组的预测干物质采食量显著高于CTL组（22.0 vs. 21.3 kg/d，P < 0.01），但采食时间、反刍时间及体况评分变化在处理间均无显著差异。3-NOP组奶牛体重略低于CTL组（600 vs. 611 kg，P < 0.01），但体重变化量无差异，该差异的生物学意义有限。

**四、技术方法概要**

本研究采用的主要技术方法包括：（1）GreenFeed气体检测系统：通过诱饵精料吸引奶牛自愿进入半封闭式采样区，利用非色散近红外分析仪实时测定呼出气体中CH₄、H₂和CO₂浓度，并扣除环境本底浓度，数据按每日6个时间段进行加权平均处理，以消除昼夜节律干扰；（2）日粮3-NOP浓度定量分析：每周采集TMR样品，参照Schilde等（2021）的方法测定3-NOP实际含量（实测为78.4±10.9 mg/kg DM，全混合日粮中为71.8±10.1 mg/kg DM）；（3）个体采食量估算：采用NASEM（2021）的两套方程（动物特性方程和日粮特性方程）预测个体DMI，并以实测群体DMI为基准进行周度校正；（4）CH₄排放因子（Ym）验证：将CTL组实测CH₄产量（452 g/d）与IPCC（2019）Tier 2方法基于Ym=0.063的预测值（457 g/d）进行对比验证。

**五、讨论与结论**

研究人员将本试验结果与国际荟萃分析的预测值进行了系统对比。根据Kebreab等（2023）的经验方程，在给定3-NOP剂量、日粮NDF（396 g/kg DM）和粗脂肪（31 g/kg DM）的条件下，预测CH₄减排幅度为30%，而实际观测值为26%，实现了87%的预期效果。CH₄强度降低幅度（27%）与模型预测值（28.7%）高度吻合。研究人员指出，本试验日粮的高NDF浓度（396 g/kg DM）是导致减排幅度低于荟萃分析平均值（33%）的主要原因——NDF每增加10 g/kg DM，3-NOP效力相应降低0.63%至1.64%（Dijkstra et al.，2018；Kebreab et al.，2023）。此外，本试验还验证了IPCC（2019）Tier 2方法中Ym=0.063的适用性——CTL组实测Ym为0.062，与默认值高度一致，但3-NOP处理组的Ym降至0.045，提示未来排放清单应纳入饲料添加剂的影响参数。

研究结论明确指出：在爱尔兰秋季产犊奶牛舍饲期内，以71.8 mg/kg DM的剂量在多年生黑麦草青贮、玉米青贮和精料日粮中补充3-NOP，可使CH₄产量降低26%，CH₄产量降低28%，CH₄强度降低27%，同时改善乳蛋白浓度、乳蛋白产量和乳固体产量，且对乳脂、采食行为和生产性能无负面影响。该结果验证了研究假说，证实3-NOP在爱尔兰高纤维TMR体系中的减排效率略低于国际平均水平，但依然是一种有效的舍饲期减排工具。然而，由于放牧条件下3-NOP的施用方式受限（仅在挤奶厅补饲时摄入导致效果大幅下降），未来需开发适用于放牧季节的缓释技术或其他补充性减排策略，以实现爱尔兰全年碳中和目标。该研究结果为爱尔兰国家温室气体排放清单的精细化核算和奶牛养殖业减排政策的制定提供了关键的本地化数据支撑。