摘要：

本研究旨在考察松樹強化生物炭（EB）對以大麥青貯為主食的安格斯×赫里福德小母牛的瘤胃發酵、表觀總消化率、甲烷（CH4）排放以及瘤胃和糞便微生物群的影響。實驗采用4×4拉丁正方形重復法，使用8頭反芻插管母牛（初始體重為565±35千克）?；A日糧中含有60%的大麥青貯、35%的大麥谷物和5%的礦物質補充劑，其中EB的添加量為0%（對照組）、0.5%、1.0%或2.0%（DM基數）。每個階段持續28天，包括14天的適應期和14天的測量期。在飼喂前的第15天收集瘤胃液體、固體和糞便中的微生物組分析樣本。在飼喂后的0、3、6和12小時采集瘤胃樣本，用于分析發酵特征。從第18天到第22天收集尿液和糞便。第26-28天，將母牛飼養在開環呼吸室中，以估算CH4排放量。在測量CH4期間，使用留置pH記錄器以1分鐘的間隔記錄瘤胃pH值。采用日糧處理的固定效應和方格、方格內小母牛和時期的隨機效應對數據進行分析。各處理的干物質攝入量相似（P=0.21）。氨氮濃度和原生動物數量與EB呈二次曲線（P=0.01），與對照組和2.0%的EB相比，0.5%和1.0%的EB均可降低氨氮濃度和原生動物數量。2.0%EB使最低pH升高(P=0.04)，pH變化減小(P=0.03)。EB對全腸道消化率、氮平衡和甲烷產量無顯著影響(P≥0.17)。增強的生物炭降低了纖維桿菌(P=0.05)和細毛桿菌(P=0.01)的相對豐度，而增加了螺旋藻(P=0.01)、鞭毛蟲(P=0.02)和微囊藻(P=0.02)的相對豐度。結果表明，在所研究的濃度下，EB在減少腸道CH4排放方面沒有效果，但確實改變了特定的瘤胃微生物區系。

引言：

眾所周知，反芻動物生產是全球甲烷（CH4）排放的主要來源，但它在滿足全球蛋白質需求方面也發揮著重要作用。飲食控制是減少反芻動物腸道甲烷排放的最成功策略之一。用壓力減少需要牛肉生產的碳足跡，以及能夠同時提高生產性能和減少CH4產量的技術。此外，在不影響腸道甲烷通量的情況下提高產量可以降低甲烷排放強度。

強化生物炭（EB）是木炭的一種熱解形式，據推測可同時提高飼料降解性和減少腸道甲烷（CH4）的產生。它是在O2受限的條件下通過加熱（350-600℃）植物生物質獲得的，從而產生一種與其他無機營養物質混合的難降解的碳形式。

由于其表面積大、多孔結構和礦物質含量高，EB已被用作空氣和水的洗滌劑以及土壤改良劑。據報道，將生物炭作為土壤改良劑可提高作物產量和土壤肥力，并減少田地中的一氧化二氮(N2O)和甲烷。也有關于瘤胃對EB的積極反應的報道，假設生物炭的多孔性可能有利于瘤胃環境，促進微生物生物膜的形成，從而增加飼料降解。然而，促進微生物生物膜的形成也會促進瘤胃中產生甲烷的古細菌的生長。另外，Winders等人發現，生物炭對肉牛的攝入量、營養物質消化率或CH4產量沒有影響。

雖然已對日糧中生物炭的使用進行了體外和體內研究，但對肉牛日糧中添加生物炭的效果還缺乏全面的研究。因此，本研究的目的是調查在以大麥青貯為主的日糧中添加松樹EB對肉用小母牛瘤胃發酵、CH4產量、養分利用以及瘤胃和糞便微生物群的影響。

材料與方法:

本實驗采用4×4拉丁方格重復法，每格4頭母牛，4個28天的周期和4種飲食處理。8頭反芻插管安格斯小母牛（565±36千克）按體重分組，隨機分配到一個方格和處理順序。每個階段的前14天用于飲食適應，其余14天用于測量和樣本收集。每個方格的時間錯開一周，以適應開路呼吸室的可用性。小母牛被飼養在新陳代謝牛舍的拴系欄中，除采集樣本時外，每天都要進行運動。

飲食治療:

小母牛的基礎日糧為60%的大麥青貯、35%的大麥谷物和5%的礦物質補充劑。日糧處理包括在基礎日糧中添加日糧DM的0%、0.5%、1.0%和2.0%的EB。基礎日糧是根據NASEM配制的典型加拿大肉牛飼養場背景日糧，符合肉用小母牛的要求。

EB由Cool Planet Energy Systems公司提供生物炭產品。用于EB的生物質來自美國的南方黃松。所提供的EB是利用公司專有的Engineered BiocarbonTM技術生產的，該技術包括前端熱解（溫度低于650℃，持續數分鐘）和獲得專利的熱解后處理步驟。經過后處理的生物炭被研磨成一致的顆粒大小。最終產品經過了全面的化學分析，二惡英含量低于歐盟的最高限值。

飼料采樣和攝入:

在適應期，母牛自由采食（5%獸藥），在測量總消化道消化率和甲烷時，母牛的采食量限制在90%。將EB追肥到日糧上，并手動混合到總混合日糧（TMR）中。小母牛每天0900小時喂食一次,每期收集大麥谷物和礦物質補充劑樣品，每周對大麥青貯和TMR進行取樣，以確定DM。如果青貯DM與平均值的偏差超過±3個單位，則對TMR進行相應調整。

在進行消化道總消化率或消化室測量的幾周內，每天對青貯飼料和TMR取樣，然后按周匯總。拒食飼料每天稱重、取樣，然后按周匯總。所有飼料樣品均在55℃溫度下干燥72小時，以測定DM。

瘤胃發酵和微生物群：

每頭母牛在第15天飼喂前、飼喂后3、6和12小時分別采集瘤胃樣品（～300克）。使用真空注射器從瘤胃液相中抽取液體樣本（40mL），用于溶解的H2分析。隨后從瘤胃網、瘤胃腹囊、瘤胃尾囊和瘤胃背腹囊采集四個瘤胃內容物樣本，并將其匯集在一起。然后用兩層PECAP尼龍（孔徑355μm），以分離固體和液體成分。固體瘤胃內容物的子樣本（30克）和液體濾液（40毫升）在液態N中速凍，用于微生物分析，分別量化固體相關微生物（SAM）和液體相關微生物（LAM）。每頭小母牛的糞便樣本都是在飼喂前采集的，用于微生物分析，并在液態N中速凍，以量化糞便相關微生物(FAM)。只有飼喂前（0h）采集的樣本才用于微生物分析，并保存在-80℃溫度下，直至進一步處理。

在每個時間點，測定濾液的pH值，然后將兩個5mL樣品放入預裝小瓶中，小瓶中分別裝有1mL 25%（重量/體積）偏磷酸或1mL 1%（體積/體積）硫酸，用于分析揮發性脂肪酸(VFA)和氨氮(NH3-N)。小瓶在分析前儲存在-20℃溫度下。再取5毫升濾液用于原生動物計數，并將其放入預裝了5毫升甲基綠-福爾馬林-堿性溶液的12毫升閃爍瓶中。