发酵黄酒糟日粮对热应激奶牛粪源氮、磷组分与微生物菌群的影响

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粪污环境污染问题已成为制约我国奶牛养殖业快速发展的瓶颈之一。奶牛粪污组成复杂,氮和磷是粪便造成环境污染的化学元素,它们分别以多种不同形式存在于奶牛粪便中,粪源氮素和磷素的不同分型所具有的环境污染力也是各不相同的。另外,在奶牛粪便储存和堆肥过程中,粪便微生物通过自身代谢,可使氮素或磷素在不同分型之间互相转化,最终影响粪便对环境的潜在污染力;由此可知,微生物组成和氮磷组成对粪便的环境污染力具有重要影响。在高热高湿环境中,奶牛极易产生热应激并造成机体代谢紊乱、免疫功能受损、以及采食量和生产性能的下降,是奶牛养殖业优质发展的一大瓶颈。研究发现,热应激可影响奶牛瘤胃发酵特性,最终导致奶牛机体代谢紊乱和生产性能下降,然而热应激对奶牛粪便中氮磷组分和微生物组成是否具有调节作用,仍有待探索。因此,本研究以奶牛粪源氮、磷素分型和微生物组成为切入点,研究热应激奶牛粪便环境污染力变化特征;进一步研究在高热环境下黄酒糟部分替代豆粕日粮对奶牛粪便环境污染力的影响。1.热应激对奶牛粪便氮磷组分和微生物组成的影响研究选取10头体况相同的荷斯坦奶牛,饲喂相同日粮,每天记录环境温度与湿度,并计算温湿度指数(THI)。当THI<68或THI>68持续三天以上时,第三天测定直肠温度,并采取粪样,分析氮、磷组分以及微生物组成。结果发现,相对于非热应激组,热应激奶牛粪便中仅硝态氮浓度较高(P=0.05),而对其他氮、磷组分没有显著影响(P>0.10)。奶牛粪便中硝态氮含量的升高可能是因为热应激降低了瘤胃对其的吸收效率,使得大量的硝态氮进入后肠道。与非热应激组奶牛相比,热应激组奶牛粪便中Christensenellaceae R-7group属(P=0.02)、Blautia 属(P=0.03)、Marvinbryantia 属(P<0.01)、Candidatus Soleaferrea 属(P<0.01)、Pygmaiobacter 属(P=0.01)、RuminococcaceaeUCG-009属(P=0.01)和 Akkermansia 属(P=0.03)丰度显著提高,而[Eubacterium]brachygroup 属(P=0.02)、[Eubacterium]hallii group 属(P<0.01)和 Aeriscardovia 属(P=0.05)的丰度显著降低。从粪便微生物代谢通路角度来看,热应激奶牛粪便微生物的氨基酸、碳水化合物、脂质、辅助因子以及细胞结构通路的激活水平显著高于非热应激组奶牛(P<0.05),而糖酵解生成有机酸、氨基酸合成和氨基酸转化通路的激活水平则显著低于非热应激奶牛(P<0.05),提示热应激能够影响氮组分浓度,微生物及其代谢通路,从而影响热应激奶牛粪便的环境污染力。2.黄酒糟部分替代豆粕对高温环境下奶牛粪便氮磷组分和微生物组成的影响研究选取15头体况相同的荷斯坦奶牛,进行3×3复拉丁方试验,奶牛配对分成3组,每组5头,饲喂三种不同日粮:(1)对照组,豆粕含量为18%的TMR日粮;(2)未发酵组,未发酵黄酒糟含量为11%的TMR日粮;(3)发酵组,发酵黄酒糟含量为10%的TMR日粮,三种日粮等能等氮。每期第16-20天采集饲料样、奶样、尿样以及粪样,分析氮组分,第三期粪样分析微生物。结果显示,整个试验期THI>68,三种日粮条件下,奶牛粪中总氮及各氮素组分浓度无显著差异(P>0.1),提示以黄酒糟部分替代豆粕并没有缓解热应激引起的泌乳奶牛粪便硝态氮浓度增高的现象。相对于对照组和发酵黄酒糟组,未发酵黄酒糟组奶牛的排粪量(P<0.01)、粪氮总量(P<0.01)、不溶性氮(P<0.01)、氨态氮(P=0.09)和可溶性无机氮产量(P=0.06)较高,但干物质采食量(P=0.04)却显著降低;发酵黄酒糟组和对照组在上述指标上无显著差异,提示用发酵黄酒糟部分替代豆粕比用未发酵黄酒糟部分替代豆粕的日粮营养物质消化率更高,且更具环境友好性。进一步研究了三种日粮条件下微生物菌群的差异,发现三组奶牛的粪便微生物群落组成较为一致;从微生物代谢通路角度来看,以发酵黄酒糟替代组奶牛粪便微生物的能量代谢相关通路(丙酮酸发酵和半乳糖醛酸代谢)显著高于未发酵黄酒糟组奶牛(P<0.05),提示发酵黄酒糟组能量在奶牛瘤胃中快速释放,使得瘤胃中的氮素得到快速利用,从而使后肠道中的氮素流量和排出量降低。这些结果提示,从粪便氮素排放角度来看,发酵黄酒糟是替代豆粕饲料的潜在饲料资源。综上所述,热应激显著提高了奶牛粪便中硝态氮浓度,从而使奶牛粪便对环境的污染风险增强;以未发酵黄酒糟部分替代豆粕,显著提高了热应激奶牛的排粪量、粪氮总量、粪源氨态氮总量和粪源可溶性无机氮总量,提高了奶牛粪便的环境污染力;但以发酵黄酒糟部分替代豆粕时,奶牛粪源氮素各分型的浓度和总量均无差异。提示相对于未发酵黄酒糟,发酵黄酒糟作为部分替代豆粕饲料资源,可降低环境的氮素污染。
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