在规模化肉牛业迅速发展的同时，其产生的环境污染问题也引起了人们的重视，牛场的污染物有多种，其中甲烷和氮是近年来备受关注的排放物。氮主要来源于肉牛排泄的粪尿，含氮物不仅对空气、土壤和水体造成污染，同时大量氮的排放还增加了肉牛饲养成本。Macrea^[1]指出，反刍动物将饲粮中蛋白质成分转化为畜产品的效率不到20%，而多数未被利用的氮则排向环境，产生污染。目前，减少反刍动物氮排放的措施主要包括降低饲粮蛋白质水平、增加小肠氨基酸的吸收量、调控瘤胃发酵状态以及添加脲酶抑制剂和改变饲喂方式等。据乔岩瑞^[2]报道，奶牛饲粮粗蛋白质水平从16.7%降低到15.3%时，尿氮减少了25%，粪氮减少了6.67%；Mulliga等^[3]的研究也得到了相似的结果；俞联平等^[4]发现通过甲醛处理饲料，可降低蛋白质在瘤胃的降解率，从而减少尿氮的排出；Bargo等^[5]发现饲喂全混合日粮可以降低瘤胃液氨态氮(NH₃-N)含量，进一步可以减少氮的排放。

甲烷是产生温室效应的主要气体之一，占所有温室气体的16%，虽然排放总量低于二氧化碳(CO₂)，但单位体积CH₄所造成的温室效应是CO₂的25倍^[6]。在我国，动物胃肠道发酵CH₄排放量占CH₄总排放量的29.7%^[7]。反刍动物的CH₄排放量主要受饲粮类型、采食量、环境温度等的影响，而在相同饲粮供给的前提下，不同年龄、品种和性别的动物CH₄排放量相似^[8]。现有的研究表明，CH₄排放的营养调控主要包括调节饲粮营养水平，向饲粮中添加脂肪、脂肪酸、天然植物及植物提取物、化学制剂、微生物及其代谢物等^[9]。CH₄虽然来源于碳水化合物，但是增加饲粮粗蛋白质水平也可以减少CH₄的排放^[10]。Moss等^[11]往牧草青贮中添加不同水平的黄豆用于饲喂羯羊，发现增加饲粮粗蛋白质水平有减少CH₄排放的作用。因此，研究不同蛋白质源饲粮对肉牛CH₄的排放影响，对CH₄减排具有一定的指导意义。本试验通过研究不同蛋白质源饲粮对肉牛氮代谢和CH₄排放的影响，为氮和CH₄减排提供理论数据。

选择3头健康状况良好，体重[(400±15) kg]接近的装有永久性瘤胃瘘管的宣汉黄牛作为试验动物，采用3×3的完全拉丁方设计。 以豆粕、菜籽粕、棉籽粕为蛋白质源配制饲粮，分别命名为豆粕组、菜籽粕组和棉籽粕组。试验分3期，每期20 d，其中预试期10 d，消化试验3 d，呼吸代谢试验7 d。

参照我国《肉牛饲养标准》(NY/T 815—2004)配制豆粕、棉籽粕、菜籽粕占精料15%的试验饲粮，其组成及营养水平见表1。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 试验饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (air-dry basis) % 项目 Items 豆粕组 SM group 菜籽粕组 RM group 棉籽粕组 CM group 原料 Ingredients 玉米 Corn 23.40 23.40 23.40 小麦麸 Wheat bran 10.31 10.31 10.31 豆粕 SM 5.95 菜籽粕 RM 5.95 棉籽粕 CM 5.95 苜蓿草粉 Alfalfa meal 19.56 19.56 19.56 白酒糟 Distilled grain 21.52 21.52 21.52 稻草 Rice straw 17.48 17.48 17.48 食盐 NaCl 0.53 0.53 0.53 小苏打 NaHCO3 0.53 0.53 0.53 预混料 Premix1) 0.72 0.72 0.72 合计 Total 100.00 100.00 100.00 营养水平 Nutrient levels2) 干物质 DM 91.15 90.94 91.02 粗蛋白质 CP 12.26 11.82 12.15 中性洗涤纤维 NDF 37.66 38.64 38.45 酸性洗涤纤维 ADF 23.56 23.26 24.62 酸性洗涤木质素 ADL 6. 26 6.77 7.24 钙 Ca 0.42 0.41 0.42 磷 P 0.31 0.30 0.31 总能 GE/(MJ/kg) 16.13 16.22 16.15 1)预混料为每千克饲粮提供 Premix provided the following per kg of diets：VA 2 200 IU，VD 275 IU，Cu 8mg,Co 0.1 mg，Zn 30 mg，Fe 50 mg，Mn 40 mg，Se 0.1 mg，I 0.5 mg。 2)实测值 Measured values。

表1 试验饲粮组成及营养水平(风干基础)Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (air-dry basis) %

试验牛日喂2次(07:00和17:00)，自由饮水。每天及时清理粪便，驱虫免疫按常规程序进行。

晨饲后2 h第1次采集瘤胃液，之后每隔6 h采1次样品，后1天采样时间在前1天的基础上后延2 h进行，每次采集200 mL。每天采4次，连续3 d。并同时全收粪、尿，每天收集的粪、尿分别进行称量和记录，各取总粪、尿样的10%，按每100 g粪样加入10%浓硫酸20 mL，尿样按100 mL加入10%浓硫酸10 mL，样品储藏在-20 ℃条件下，待测。

于四川农业大学动物营养研究所反刍动物研究室的开路循环式呼吸测热室内完成。

呼吸测热系统操作流程：消化试验后开始呼吸测热试验，3 d适应期，4 d测试期。在每次试验用牛进入开路循环式呼吸测热室前，用氮气、CO₂和CH₄对气体分析仪进行校正。呼吸测热过程中，每2 min自动测定呼吸小室的气样，15 s 1次，共测8次，并实时在屏幕上显示测定结果，计算机自动读取并存储相关数据(CH₄、CO₂排放量和O₂消耗量)以备输出。

用氧弹式热量计测定饲粮和样品总能以及粪能、尿能^[12]。

瘤胃液挥发性脂肪酸(VFA)浓度采用气相色谱法^[13]测定，并计算VFA占总挥发性脂肪酸(TVFA)的百分比。样品处理：缓慢解冻样品，取5 mL上清液4 000 r/min离心10 min，取1 mL上清液于1.5 mL离心管中，加入0.2 mL 25 %偏磷酸溶液，然后加入40 μL(210 mmol/L)的内标物巴豆酸溶液，4 ℃放置30 min，12 000 r/min离心10 min，取上清液0.1 mL加入0.9 mL的甲醇，过滤备用。测定仪器为瓦里安CP-3800GC气相色谱仪。

色谱条件：色谱柱CP-FFAP，柱长25 m，内径0.32 mm，膜厚0.3 μm，进样口温度220 ℃，进样量1 μL，分流比50 ∶ 1，检测器为火焰离子检测器(FID)，温度250 ℃，载气为高纯氮气(纯度≥99.99%)，氢气纯度≥99.99%，流量40 mL/min，空气流量450 mL/min，尾吹气流量350 mL/min，起始温度100 ℃持续1 min，以20 ℃/min升温至190 ℃，保持3 min，运行时间7.5 min。

瘤胃液NH₃-N含量的测定参照冯宗慈等^[14]改进方法。

可消化氮(g)=食入氮-粪氮；

沉积氮(g)=食入氮-粪氮-尿氮；

氮消化率(%)=100×可消化氮/食入氮；

氮利用率(%)=100×沉积氮/食入氮。 1.6.2 能量代谢指标

消化能(MJ/d)=总能-粪能；

甲烷能(MJ/d)=39.75×CH₄排放量^[15]；

代谢能(MJ/d)=消化能-尿能-甲烷能；

体总产热(kJ)=16.173 5×O₂消耗量+5.020 8×CO₂排放量-2.167 3×CH₄排放量-.987 3×尿氮^[16]；

增重净能(MJ/d)=代谢能-体总产热。

式中：总能、粪能、尿能均为实测。

试验数据采用Excel 2007进行初步处理，用SPSS 17.0软件进行统计分析，方差分析用one-way ANOVE，多重比较采用Duncan氏法，结果以平均值±标准差表示，P<0.05为差异显著。

由表2可知，豆粕组和菜籽粕组乙酸浓度差异不显著(P>0.05)，但显著高于棉籽粕组(P＜0.05);菜籽粕组和棉籽粕组丙酸浓度差异不显著(P>0.05),但显著高于豆粕组(P＜0.05);3组丁酸浓度差异显著(P＜0.05)，为棉籽粕组>菜籽粕组>豆粕组；各组的TVFA浓度均差异不显著(P>0.05)；3组乙酸/丙酸差异显著(P＜0.05),为豆粕组>菜籽粕组>棉籽粕组；各组乙酸/TVFA、丙酸/TVFA和丁酸/TVFA的变化规律与对应的VFA浓度变化规律一致。各组NH₃-N含量差异显著(P＜0.05)，为豆粕组>棉籽粕组>菜籽粕组。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 不同蛋白质源饲粮对肉牛瘤胃发酵特性的影响 Table 2 Effects of different dietary protein sources on ruminal fermentation characteristics of beef cattle 项目 Items 豆粕组 SM group 菜籽粕组 RM group 棉籽粕组 CM group 乙酸 Acetate/(mmol/L) 57.76±1.85a 57.58±1.36a 51.53±3.84b 丙酸 Propionate/(mmol/L) 16.29±0.58b 18.99±0.85a 19.41±1.76a 丁酸 Butyrate/(mmol/L) 5.90±0.26c 6.92±0.20b 7.66±0.40a 总挥发性脂肪酸 TVFA/(mmol/L) 79.96±1.83 83.50±2.38 78.62±3.59 乙酸/总挥发性脂肪酸 Acetate/TVFA/% 72.23±1.69a 68.95±1.75a 65.54±2.58b 丙酸/总挥发性脂肪酸 Propionate/TVFA/% 20.37±0.85b 22.75±1.25a 24.71±1.39a 丁酸/总挥发性脂肪酸 Butyrate/TVFA/% 7.39±0.26c 8.28±0.32b 9.75±0.95a 乙酸/丙酸 Acetate/propionate 3.54±0.32a 3.03±0.33b 2.65±0.38c 氨态氮NH3-N/(mg/dL) 10.85±0.25a 8.05±0.18c 9.52±0.21b 同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。下表同。 In the same row, values with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05), while with the same or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05). The same as below.

表2 不同蛋白质源饲粮对肉牛瘤胃发酵特性的影响 Table 2 Effects of different dietary protein sources on ruminal fermentation characteristics of beef cattle

从表3可知，豆粕组、棉籽粕组、菜籽粕组的采食氮、粪氮、可消化氮以及氮消化率差异都不显著(P＞0.05)；尿氮则是豆粕组和棉籽粕组显著高于菜籽粕组(P＜0.05)，豆粕组和棉籽粕组差异不显著(P＞0.05)； 沉积氮、氮利用率和氮生物学效价则是菜籽粕组显著高于豆粕组和棉籽粕组(P＜0.05)，而豆粕组和棉籽粕组差异不显著(P＞0.05)。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 不同蛋白质源饲粮对肉牛氮代谢的影响 Table 3 Effects of different dietary protein sources on nitrogen metabolism of beef cattle 项目 Items 豆粕组 SM group 菜籽粕组 RM group 棉籽粕组 CM group 采食氮 N intake/(g/d) 122.97±1.30 118.55±1.31 121.93±2.12 粪氮 FN/(g/d) 57.72±1.13 52.15±0.92 59.70±7.85 尿氮 UN/(g/d) 37.37±3.54a 31.53±2.33b 37.06±3.83a 可消化氮 Digestible N/(g/d) 65.25±2.14 66.40±0.92 62.23±5.73 沉积氮 N deposition/(g/d) 27.88±2.69b 34.88±3.13a 25.15±7.19b 氮消化率 N digestibility/% 53.06±1.26 56.01±0.55 51.10±5.59 氮利用率 N utilization/% 22.67±2.28b 29.40±2.32a 20.71±6.27b 氮生物学效价 NBV/% 42.73±4.35b 52.49±4.03a 40.09±8.21b

表3 不同蛋白质源饲粮对肉牛氮代谢的影响 Table 3 Effects of different dietary protein sources on nitrogen metabolism of beef cattle

从表4可知，各组的总能、粪能、消化能、代谢能及消化能/总能、代谢能/总能、体总产热均无显著差异(P＞0.05)；尿能以豆粕组最高，显著的高于菜籽粕和棉籽粕组(P＜0.05)，同时棉籽粕组也显著地高于菜籽粕组(P＜0.05)；豆粕组的增重净能、增重净能/总能、增重净能/消化能和增重净能/代谢能均是最低的，且显著低于菜籽粕组和棉籽粕组(P＜0.05)，而菜籽粕组和棉籽粕组之间差异不显著(P＞0.05)。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 不同蛋白质源饲粮对肉牛能量代谢的影响 Table 4 Effects of different dietary protein sources on energy metabolism of beef cattle 项目 Items 豆粕组 SM group 菜籽粕组 RM group 棉籽粕组 CM group 总能 GE/(MJ/d) 101.09±2.32 101.67±2.67 101.22±2.57 粪能 FE/(MJ/d) 37.41±0.49 39.37±5.31 38.16±2.43 尿能 UE/(MJ/d) 2.83±0.30a 1.57±0.12c 2.18±0.34b 体总产热 THP/(MJ/d) 36.88±2.40 35.03±1.94 35.49±1.15 消化能 DE/(MJ/d) 63.68±0.64 62.30±1.52 63.05±2.38 代谢能 ME/(MJ/d) 55.83±0.70 56.37±5.22 57.49±2.56 增重净能 NEg/(MJ/d) 18.95±0.70b 21.38±5.22a 22.00±2.56a 消化能/总能 DE/GE/% 62.99±0.49 61.28±5.22 62.30±2.40 代谢能/总能 ME/GE/% 55.22±0.69 55.45±5.13 56.80±2.53 增重净能/总能 NEg/GE/% 18.75±0.69b 21.03±5.13a 21.74±2.53a 增重净能/消化能 NEg/DE/% 29.76±1.00b 34.01±5.49a 34.82±2.69a 增重净能/代谢能 NEg/ME/% 33.94±1.06b 37.57±5.80a 38.19±2.70a

表4 不同蛋白质源饲粮对肉牛能量代谢的影响 Table 4 Effects of different dietary protein sources on energy metabolism of beef cattle

由表5可知，CH₄排放量、甲烷能和甲烷能/总能、每千克干物质采食量的CH₄排放量均为豆粕组>菜籽粕组>棉籽粕组，各组之间差异显著(P＜0.05)。

表5

Table 5

表5(Table 5)

表5 不同蛋白质源饲粮对肉牛CH4排放的影响 Table 5 Effects of different dietary protein sources on CH4 emission of beef cattle 项目 Items 豆粕组 SM group 菜籽粕组 RM group 棉籽粕组 CM group 甲烷排放量 CH4 emission/(L/d) 127.20±2.80a 110.30±2.35b 85.49±2.55c 甲烷能 CH4E/(MJ/d) 5.03±0.47a 4.36±0.73b 3.38±0.39c 甲烷能/总能 CH4E/GE/% 4.98±0.10a 4.29±0.17b 3.35±0.04c 每千克干物质采食量的甲烷排放量 CH4 emission of per kg of DMI /(L/kg DM) 23.33±0.19a 20.23±1.10b 15.69±1.05c

表5 不同蛋白质源饲粮对肉牛CH4排放的影响 Table 5 Effects of different dietary protein sources on CH4 emission of beef cattle

VFA主要是由碳水化合物在反刍动物瘤胃内经微生物发酵产生，是维持反刍动物生命和生产的主要能量来源。本试验结果显示，各组瘤胃液TVFA浓度差异不显著，与王海荣等^[17]的研究结果基本一致，可能原因是各组饲粮的精粗比没有发生变化，而一般认为VFA浓度受粗精比的影响较大^[18]，粗蛋白质水平对其影响不显著^[19]。尽管TVFA浓 度变化不显著，但其VFA组成组间差异显著，这与 王潍波等^[20]的研究结果一致，可能的原因是豆粕、菜籽粕和棉籽粕中不同类型碳水化合物的含量以及比例存在差异，在饲粮中以同一水平添加后，使饲粮中也存在差异，而瘤胃液VFA组成则受饲粮中不同类型碳水化合物的含量以及比例影响较大^[21,22,23]。 3.2 不同蛋白质源饲粮对能量代谢和氮代谢的影响

肉牛体内氮的去向可分为主要的2部分，排出体外和在体内循环利用。Tamming^[24]认为，当改变饲粮粗蛋白质水平时，会显著的改变排泄物中氮含量，其中粪氮几乎没有变化，而对尿氮影响较大。翟少伟等^[25]研究发现，尿氮随着饲粮粗蛋白质水平的提高而提高，Gressley^[26]和Flis等^[27]均有类似的研究结果。从本试验的结果发现，采用不同的蛋白质源后，饲粮粗蛋白质水平以豆粕组最高，棉籽粕组次之，菜籽粕组最低，而粪氮组间差异不显著，尿氮以豆粕组最高，棉籽粕组次之，菜籽粕组最低，这与前人的研究结果基本一致。NH₃-N是动物瘤胃氮代谢过程中饲粮含氮物和内源氮降解的重要产物，饲粮蛋白质的降解性是决定其浓度的主要因素之一^[7]。本试验中，各组瘤胃液NH₃-N含量在8.05～10.85 mg/dL，均处于最佳范围^[28]，其中豆粕组NH₃-N含量最高，棉籽粕组次之，菜籽粕组最低，可能的原因是豆粕中瘤胃降解蛋白质(RDP)含量高于棉籽粕和菜籽粕^[29]，当以相同比例添加入饲粮时，饲粮中RDP含量存在差异，最终导致NH₃-N含量的差异。瘤胃发酵产生的NH₃-N一部分用于合成微生物蛋白质，另一部分为游离状态，游离NH₃-N经消化道上皮吸收入门静脉，随血液进入肝脏合成尿素，合成的尿素一部分可以再循环利用，而多余的尿素则随尿液排出体外^[30]。因此，饲粮中RDP含量越高，瘤胃微生物降解产生的NH₃-N含量也越高，随尿液排出的氮含量也越高，这从一定程度上可以解释不同蛋白质源饲粮尿氮存在的差异(豆粕组37.37 g/d，菜籽粕组31.53 g/d，棉籽粕组37.06 g/d)。而尿氮排放的差异最终影响氮利用率和氮生物学效价。

饲粮在瘤胃内发酵产生的VFA浓度以及过瘤胃碳水化合物消化后产生的葡糖糖的含量，决定着饲粮的能量的消化利用。试验各组的总能和粪能差异不显著，尿能差异显著，且以豆粕组最高，可能是因为豆粕RDP含量过高，从而导致尿氮的提高，而蛋白质的消化利用及NH₃-N随尿排出所耗的能量均比其他养分耗能更高^[31]，这就提高了该组的体总产热和尿能的消耗，棉籽粕组和菜籽粕组有类似的能量消耗，最终影响能量的有效利用。

CH₄排放量受饲粮结构、碳水化合物类型、采食量、环境温度等多种因素的影响。Wolin等^[32]认为，如果乙酸/丙酸为0.5时，甲烷能损失为零；如果碳水化合物发酵只有乙酸而无丙酸时，甲烷能损失为33%。说明降低乙酸/丙酸可以减少CH₄排放；韩继福等^[33]也发现降低乙酸/TVFA，增加丙酸/TVFA，可以减少CH₄的排放，丙酸/TVFA与CH₄排放量之间呈较高的负相关关系。本试验结果发现，乙酸的浓度和乙酸/丙酸为豆粕组>菜籽粕组>棉籽粕组，丙酸浓度为棉籽粕组>菜籽粕组>豆粕组，而CH₄排放量为豆粕组>菜籽粕组>棉籽粕组，CH₄排放量随着乙酸/丙酸增大而升高，与前人的研究结果基本一致。说明不同蛋白质源饲粮可以通过影响各VFA的比例，进而影响CH₄的产生。

① 以菜籽粕为蛋白质源的饲粮氮生物学效价最高，豆粕次之，棉籽粕最低。

② 以棉籽粕为蛋白质源的饲粮增重净能最高，菜籽粕次之，豆粕最低。

③ 以豆粕为蛋白质源的饲粮的CH₄排放量最高，菜籽粕次之，棉籽粕最低。