摘要：

本研究旨在考察松树强化生物炭（EB）对以大麦青贮为主食的安格斯×赫里福德小母牛的瘤胃发酵、表观总消化率、甲烷（CH4）排放以及瘤胃和粪便微生物群的影响。实验采用4×4拉丁正方形重复法，使用8头反刍插管母牛（初始体重为565±35千克）。基础日粮中含有60%的大麦青贮、35%的大麦谷物和5%的矿物质补充剂，其中EB的添加量为0%（对照组）、0.5%、1.0%或2.0%（DM基数）。每个阶段持续28天，包括14天的适应期和14天的测量期。在饲喂前的第15天收集瘤胃液体、固体和粪便中的微生物组分析样本。在饲喂后的0、3、6和12小时采集瘤胃样本，用于分析发酵特征。从第18天到第22天收集尿液和粪便。第26-28天，将母牛饲养在开环呼吸室中，以估算CH4排放量。在测量CH4期间，使用留置pH记录器以1分钟的间隔记录瘤胃pH值。采用日粮处理的固定效应和方格、方格内小母牛和时期的随机效应对数据进行分析。各处理的干物质摄入量相似（P=0.21）。氨氮浓度和原生动物数量与EB呈二次曲线（P=0.01），与对照组和2.0%的EB相比，0.5%和1.0%的EB均可降低氨氮浓度和原生动物数量。2.0%EB使最低pH升高(P=0.04)，pH变化减小(P=0.03)。EB对全肠道消化率、氮平衡和甲烷产量无显著影响(P≥0.17)。增强的生物炭降低了纤维杆菌(P=0.05)和细毛杆菌(P=0.01)的相对丰度，而增加了螺旋藻(P=0.01)、鞭毛虫(P=0.02)和微囊藻(P=0.02)的相对丰度。结果表明，在所研究的浓度下，EB在减少肠道CH4排放方面没有效果，但确实改变了特定的瘤胃微生物区系。

引言：

众所周知，反刍动物生产是全球甲烷（CH4）排放的主要来源，但它在满足全球蛋白质需求方面也发挥着重要作用。饮食控制是减少反刍动物肠道甲烷排放的最成功策略之一。用压力减少需要牛肉生产的碳足迹，以及能够同时提高生产性能和减少CH4产量的技术。此外，在不影响肠道甲烷通量的情况下提高产量可以降低甲烷排放强度。

强化生物炭（EB）是木炭的一种热解形式，据推测可同时提高饲料降解性和减少肠道甲烷（CH4）的产生。它是在O2受限的条件下通过加热（350-600℃）植物生物质获得的，从而产生一种与其他无机营养物质混合的难降解的碳形式。

由于其表面积大、多孔结构和矿物质含量高，EB已被用作空气和水的洗涤剂以及土壤改良剂。据报道，将生物炭作为土壤改良剂可提高作物产量和土壤肥力，并减少田地中的一氧化二氮(N2O)和甲烷。也有关于瘤胃对EB的积极反应的报道，假设生物炭的多孔性可能有利于瘤胃环境，促进微生物生物膜的形成，从而增加饲料降解。然而，促进微生物生物膜的形成也会促进瘤胃中产生甲烷的古细菌的生长。另外，Winders等人发现，生物炭对肉牛的摄入量、营养物质消化率或CH4产量没有影响。

虽然已对日粮中生物炭的使用进行了体外和体内研究，但对肉牛日粮中添加生物炭的效果还缺乏全面的研究。因此，本研究的目的是调查在以大麦青贮为主的日粮中添加松树EB对肉用小母牛瘤胃发酵、CH4产量、养分利用以及瘤胃和粪便微生物群的影响。

材料与方法:

本实验采用4×4拉丁方格重复法，每格4头母牛，4个28天的周期和4种饮食处理。8头反刍插管安格斯小母牛（565±36千克）按体重分组，随机分配到一个方格和处理顺序。每个阶段的前14天用于饮食适应，其余14天用于测量和样本收集。每个方格的时间错开一周，以适应开路呼吸室的可用性。小母牛被饲养在新陈代谢牛舍的拴系栏中，除采集样本时外，每天都要进行运动。

饮食治疗:

小母牛的基础日粮为60%的大麦青贮、35%的大麦谷物和5%的矿物质补充剂。日粮处理包括在基础日粮中添加日粮DM的0%、0.5%、1.0%和2.0%的EB。基础日粮是根据NASEM配制的典型加拿大肉牛饲养场背景日粮，符合肉用小母牛的要求。

EB由Cool Planet Energy Systems公司提供生物炭产品。用于EB的生物质来自美国的南方黄松。所提供的EB是利用公司专有的Engineered BiocarbonTM技术生产的，该技术包括前端热解（温度低于650℃，持续数分钟）和获得专利的热解后处理步骤。经过后处理的生物炭被研磨成一致的颗粒大小。最终产品经过了全面的化学分析，二恶英含量低于欧盟的最高限值。

饲料采样和摄入:

在适应期，母牛自由采食（5%兽药），在测量总消化道消化率和甲烷时，母牛的采食量限制在90%。将EB追肥到日粮上，并手动混合到总混合日粮（TMR）中。小母牛每天0900小时喂食一次,每期收集大麦谷物和矿物质补充剂样品，每周对大麦青贮和TMR进行取样，以确定DM。如果青贮DM与平均值的偏差超过±3个单位，则对TMR进行相应调整。

在进行消化道总消化率或消化室测量的几周内，每天对青贮饲料和TMR取样，然后按周汇总。拒食饲料每天称重、取样，然后按周汇总。所有饲料样品均在55℃温度下干燥72小时，以测定DM。

瘤胃发酵和微生物群：

每头母牛在第15天饲喂前、饲喂后3、6和12小时分别采集瘤胃样品（∼300克）。使用真空注射器从瘤胃液相中抽取液体样本（40mL），用于溶解的H2分析。随后从瘤胃网、瘤胃腹囊、瘤胃尾囊和瘤胃背腹囊采集四个瘤胃内容物样本，并将其汇集在一起。然后用两层PECAP尼龙（孔径355µm），以分离固体和液体成分。固体瘤胃内容物的子样本（30克）和液体滤液（40毫升）在液态N中速冻，用于微生物分析，分别量化固体相关微生物（SAM）和液体相关微生物（LAM）。每头小母牛的粪便样本都是在饲喂前采集的，用于微生物分析，并在液态N中速冻，以量化粪便相关微生物(FAM)。只有饲喂前（0h）采集的样本才用于微生物分析，并保存在-80℃温度下，直至进一步处理。

在每个时间点，测定滤液的pH值，然后将两个5mL样品放入预装小瓶中，小瓶中分别装有1mL 25%（重量/体积）偏磷酸或1mL 1%（体积/体积）硫酸，用于分析挥发性脂肪酸(VFA)和氨氮(NH3-N)。小瓶在分析前储存在-20℃温度下。再取5毫升滤液用于原生动物计数，并将其放入预装了5毫升甲基绿-福尔马林-碱性溶液的12毫升闪烁瓶中。