Effect of Bacterial Agent Added to Fertilizer on Greenhouse Gas Emissions of Mountain Red Soil
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摘要:目的 研究猪粪与菌剂配施对山地红壤温室气体排放的影响，为减少温室气体排放提供理论依据。方法 通过盆栽试验，探讨对照（CK）、复合肥（F）、猪粪（FM）、低量菌剂与猪粪配施（FMI1）、中量菌剂与猪粪配施（FMI2）和高量菌剂与猪粪配施（FMI3）6 种不同处理下土壤温室气体的排放规律。结果 （1）施用菌剂可以显著降低CO2、CH4和N2O的排放通量，且高量菌剂与低中量菌剂有显著差异性；（2）高剂量菌剂与CK相比，CO2累计排放量降低了84.33%，CH4累计排放量降低了76.39%，N2O累计排放量降低了86.44%；（3）施用菌剂可以显著降低综合温室效应（GWP），菌剂施用量越大，对温室效应抑制越明显；（4）施用菌剂可以显著提高土壤养分含量。结论 在施用肥料的基础上配施菌剂，可以降低山地红壤CO2、CH4和N2O排放通量与综合温室效应，且菌剂剂量越大，效果越佳。Abstract:Objective Effect of addition of a bacterial agent to pig manure or a compound fertilize in mountain red soil on the greenhouse gas emissions was investigated.Method In a pot experimentation on the red soil from hilly regions, a compound fertilizer (F), pig manure (FM), combination of FM and a low level bacterial agent (FMI1), combination of FM and a medium level bacterial agent (FMI2), or combination of FM and a high level bacterial agent (FMI3) was applied to examine the differences on the greenhouse gas emissions.Result The addition of the bacterial agent resulted in (1) a reduction on the emission fluxes of CO2, CH4 and N2O with a significant difference between the high level and the low or medium level of the application; (2) an 84.33% decrease on the cumulative CO2 emission, 76.39% on CH4, and 86.44% on N2O over CK; (3) a significantly reduced comprehensive greenhouse effect (GWP) which was enhanced with increasing addition level; and, (4) a significant improvement on the nutrient content in the soil.Conclusion Applying the bacterial agent along with pig manure or a compound fertilizer significantly reduced the emission fluxes of CO2, CH4 and N2O from the mountain red soil and GWP. The higher the dose of the bacterial agent, the greater beneficial effects would result.
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Keywords:
- Bacterial agent /
- pig manure /
- mountain red soil /
- greenhouse gas emission
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传统的肉羊放牧养殖条件下，羔羊多为随母哺乳，3~4月龄才逐渐断奶，造成哺乳母羊的体况恢复慢，配种周期延长，降低了母羊繁殖效率，也影响了羔羊生长发育和育肥，增加生产成本[1]。肉羊的工厂化、集约化饲养要求母羊高频高效繁殖，羔羊快速生产且发育整齐，羔羊实施早期断奶是关键[2-3]。羔羊早期断奶技术的要点是确定合适的断奶时间和饲喂营养水平适宜的代乳品，并根据实际情况配套科学合理的饲养管理条件[4]。但由于早期断奶效果受到品种、饲喂方式、代乳品及开食料营养水平等因素的影响，适宜的早期断奶日龄以及羔羊的营养需要目前尚未有统一标准，不同品种的早期断奶模式需进一步研究探讨[4-5]。
福清山羊是福建省肉用地方品种，能够适应亚热带气候，具有耐粗饲、抗高温高湿、繁殖性能好、肉质优良等优点[6]。目前对福清山羊舍饲生产的研究较少，未见福清山羊早期断奶的相关报道。为了促进福清山羊养殖模式的舍饲化转变，进一步提高福清山羊生产效率，本试验以福清山羊为研究对象，以牧草叶为主要蛋白源配制代乳料[7]，研究早期断奶方式对福清山羊生长发育以及营养物质代谢的影响，为福清山羊早期断奶技术应用提供科学依据。
1. 材料与方法
1.1 试验时间及地点
试验于2016年6月至2016年12月在福建省农业科学院福清渔溪优质肉羊设施圈养场进行。
1.2 试验动物与饲养管理
选择日龄、体重相近的福清山羊羔羊24只，随机分成2组(试验组和对照组)，每组12只羔羊，公母各半，统一编号，按羊场原定免疫计划进行免疫。试验组和对照组羔羊均在7日龄开始诱导采食市售固体开口料(表 1)和新鲜青草。对照组羔羊由母羊哺乳至90日龄自然断奶。试验组羔羊自出生至21日龄内随母羊哺乳，21日龄开始饲喂代乳粉(每日早、中、晚人工饲喂3次，每次100~200 mL)，过渡至28日龄完全饲喂代乳粉并与母羊隔离断奶，断奶后每日人工饲喂5次(6:00、9:00、12:00、15:00、19:00)，每次150~250 mL，49日龄后完全采用开口料饲喂(每日3次)，自由采食青草。90日龄后将对照组与试验组在同一大栏(14 m×6 m)内利用自配育肥料(表 1)饲养育肥。
表 1 试验日粮组成及营养水平(干物质基础)Table 1. Nutritional composition of experimental diets (on DM basis)代乳粉 开口料 育肥料 原料 含量/% 原料 含量/% 原料 含量/% 杂交狼尾草叶粉 36 玉米 63.2 玉米青贮 30 乳清粉 35 豆粕 25.0 杂交狼尾草 30 猪油 22 麦麸 8.0 玉米 18 多维葡萄糖 1.5 磷酸氢钙 0.2 大豆粕 10.3 赖氨酸 1 石粉 2.1 麸皮 8.2 蛋氨酸 1 盐 0.5 磷酸氢钙 1.1 色氨酸 0.6 预混料 1.0 食盐 0.5 复合矿物质 0.5 小苏打 0.5 食盐 0.8 石粉 0.9 肌醇 0.6 预混料 0.5 乳酸钙 1 注：每kg预混料中含有：VA 200 000 IU、VD 50 000 IU、VE 500 IU、Fe 2 g、Cu 0.75 g、Zn 3 g、Mn 4 g、I 50 mg、Se 20 mg、Co 50 mg。 1.3 血清样品采集
不同处理羔羊在35日龄时，于晨饲前由颈静脉采血5 mL，静置至析出血清，3 000 r·min-1离心10 min，收集血清，-20℃冷冻待测。
1.4 测定项目与方法
1.4.1 体重测定
于0、15、30、45、60、90、120、150日龄晨饲前逐只测定羔羊体重。
1.4.2 血清指标测定
用Roche Modular P模块全自动生化分析仪进行血清生化指标的测定：血清尿素氮(BUN)、血糖(GLU)、总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、总胆固醇(CHOL)、钙(Ca)和磷(P)。
1.5 数据处理
采用Excel进行数据的整理，SAS17.0统计软件中Independent-Sample T Test分析试验组和对照组各指标的差异。
2. 结果与分析
2.1 早期断奶对福清山羊生长发育的影响
整个试验周期内早期断奶羔羊没有发生拒食、拉稀等症状，试验组各断奶阶段均可正常采食固体饲料，表明早期断奶试验成功。不同时期福清山羊羔羊体重及平均日增重结果见表 2。自然断奶模式下的福清山羊羔羊在45日龄前保持较快的生长速度，之后随着母羊奶水营养水平的下降，平均日增重降低，60~90日龄的平均日增重仅为(12.06±57.65)g·d-1，出现了生长停滞现象，主要是饲料过渡造成的，在适应饲料之后生长速度逐渐提高。实行早期断奶的试验组，由于代乳料替换母乳的应激作用，在15~30日龄的平均日增重有所下降，仅为对照组平均日增重的38.26%，差异极显著(P＜0.01)；60日龄前都保持快速增长，与试验组相似，饲料由液态过渡到固态造成60~90日龄羔羊的生长迟缓，之后逐渐提高，但其对羔羊生长的影响程度要低于对照组，120~150日龄的日增重为对照组的1.73倍，差异极显著(P＜0.01)。
表 2 不同时期福清山羊体重变化(x±s)Table 2. Body weight of Fuqing goats at different ages (x±s)日龄/d 体重/kg 平均日增重/(g·d-1) 试验组 对照组 试验组 对照组 0 1.43±0.28 1.35±0.27 - - 15 2.54±0.35 2.63±0.41 80.89±20.54 89.83±27.63 30 3.25±0.56 4.51±0.55** 50.83±21.45 132.83±52.57** 45 6.20±1.02 7.26±0.72** 151.11±54.58 159.56±68.18 60 7.75±1.16 8.31±1.00 140.11±83.31 84.00±100.40 90 9.45±0.89 8.44±1.34 51.39±41.59 12.06±57.65 120 12.03±0.98* 10.32±1.18 72.08±47.09 53.69±42.29 150 15.32±1.17** 13.02±1.51 152.58±40.87** 88.42±47.80 0~150 - - 97.51±10.43** 77.46±9.70 注：*表示差异显著(P＜0.05), **表示差异极显著(P＜0.01)。表 3同。 表 3 福清山羊35日龄血清生化指标变化Table 3. Serum biochemistry of 35-day-old Fuqing goats指标 试验组 对照组 尿素氮/(mmol·L-1) 5.79±2.19 5.74±1.60 血糖/(mmol·L-1) 3.50±0.66 3.89±0.79** 总蛋白/(g·L-1) 61.44±8.15 60.55±10.9 白蛋白/(g·L-1) 26.52±4.04 23.60±2.66 总胆固醇/(mmol·L-1) 3.02±1.50 3.25±1.39 钙(mmol·L-1) 1.67±0.61 2.02±0.54 磷/(mmol·L-1) 2.65±0.53 2.55±0.28 试验组全期平均日增重极显著高于对照组(P＜0.01)，150日龄羔羊平均体重比对照组高2.3 kg(P＜0.01)，表明对舍饲福清山羊实施早期断奶有利于促进其快速育肥生产。福清山羊羔羊的早期断奶补偿了哺乳后期母乳营养不足的问题，更有利于羔羊快速适应固态日粮，减少断奶应激造成的生长速度下降或停滞。同时，早期断奶羔羊15~30日龄间的生长停滞是制约断奶效果的关键因素，需要进一步调整早期断奶方案和优化代乳粉配方，保持羔羊在这一阶段的快速生长。
2.2 早期断奶对福清山羊血清生化指标的影响
为了解代乳粉对福清山羊早期断奶羔羊营养代谢的影响，测定并比较了两个处理羔羊基本营养物质代谢情况的血清生化指标(表 3)。35日龄时，利用配方代乳粉饲喂早期断奶羔羊对其血清生化指标无明显影响。除血糖指标外(P＜0.01)，不同处理的6项指标均无显著差异(P＞0.05)。表明本试验的配方代乳粉可以作为福清山羊羔羊早期断奶代乳粉。
3. 讨论
3.1 舍饲福清山羊羔羊早期断奶效果
羔羊的早期生长速度取决于摄取的营养物质以及对营养物质的消化利用效率，羔羊早期断奶前后面临营养物质来源和自身生理功能的巨大变化[5]。羔羊断奶前，母乳是羔羊的主要营养物质，哺乳母羊的泌乳规律直接影响羔羊的生长[8]。高康[9]研究表明，哺乳母羊泌乳初期的泌乳量上升速度快，泌乳高峰期出现较早(产后21 d左右)且峰值较高，但泌乳后期下降速度比较快。本研究也证实自然断奶模式的羔羊在早期表现出较快的生长速度，但随着哺乳期的延长，羔羊生长受阻。虽然对照组羔羊30~60日龄的生长速度均高于试验组，但试验组到90日龄时的平均体重已经高于对照组，并且快速生长的优势持续到150日龄，这主要是由于营养全面的代乳料补偿了后期哺乳母羊泌乳的营养不足[10-11]。郭江鹏等[12]研究表明早期断奶促进了羔羊瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃的发育，28日龄断奶对羔羊复胃发育的促进作用优于42日龄断奶，可能早期断奶对福清山羊羔羊瘤胃发育的促进作用提高了其对固体饲料的消化利用效率，从而促进羔羊生长，证实28日龄对舍饲山羊实施早期断奶具有生产实践意义。
3.2 代乳粉对羔羊血清生化指标的影响
研发营养全面、易消化吸收、成本低的羔羊代乳品对实行羔羊早期断奶生产实践具有重要意义[13]。血清中总蛋白、白蛋白及尿素氮的浓度变化能准确反映机体蛋白质的摄入量以及蛋白质代谢和利用效率[11, 14-15]。当饲粮中营养物质不平衡、适口性不好或消化不良时，羔羊采食量降低，能量摄入不足，会引起羔羊血清总蛋白含量下降[16]。付宇阳等[11]认为羔羊对代乳品中植物蛋白的消化能力不足会造成羔羊蛋白质摄入量不足，与本研究结果存在差异。本研究利用植物叶作为代乳粉的主要蛋白来源，但试验组羔羊血清总蛋白、白蛋白以及尿素氮与对照组无明显差异，这一方面可能是由于本研究代乳粉是根据羔羊氨基酸营养平衡需要所配制，添加了一定比例的必需氨基酸，补偿了羔羊对植物蛋白消化能力弱的不足，另一方面也可能是不同品种羔羊的消化器官发育存在差异，对植物蛋白的消化能力不同。
血糖是碳水化合物代谢的中间产物，是机体重要的能源，其含量可反映机体能量代谢和糖代谢状况，低水平的血糖含量是能量缺乏的标志[17]。田兴舟等[18]、付宇阳等[11]研究表明高产动物血清葡萄糖含量高于低产动物，与本研究结果一致。为了更好地保持福清山羊早期断奶羔羊的快速生长，应该适当提高代乳料的能量水平。血清总胆固醇是机体脂类代谢的反映[19]，本试验两组处理羔羊血清总胆固醇含量无明显差异，表明本试验配制的代乳粉中脂肪含量适中。在正常生理状况下，血清中钙与磷的浓度保持着一定稳定数量关系，而钙含量稳定。血钙含量低容易引起羔羊瘫软[20]。本研究中未发现瘫软羔羊，但试验组血钙浓度低于对照组，可能需要增加代乳粉中钙的含量。
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图 1 猪粪配施菌剂对山地红壤CO2排放的影响
Figure 1. Effects of bacterial agent added to pig manure on CO2 emission of mountain red soil
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图 2 猪粪与菌剂配施对山地红壤CO2累计排放量的影响
注：不同字母表示处理间差异显著（P＜0.05），下同。
Figure 2. Effect of bacterial agent added to pig manure on cumulative CO2 emission of mountain red soil
Note: Different letters indicate significant difference between treatments (P<0.05). Same for the following.
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图 3 猪粪与菌剂配施对山地红壤CH4排放的影响
Figure 3. Effect of bacterial agent added to pig manure on CH4 emission of mountain red soil
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图 4 猪粪与菌剂配施对山地红壤CH4累计排放量的影响
Figure 4. Effect of bacterial agent added to pig manure on cumulative CH4 emission of mountain red soil
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图 5 猪粪与菌剂配施对山地红壤N2O排放的影响
Figure 5. Effect of bacterial agent added to pig manure on N2O emission of mountain red soil
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图 6 猪粪与菌剂配施对土壤N2O累计排放量的影响
Figure 6. Effect of bacterial agent added to pig manure on cumulative N2O emission of mountain red soil
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图 7 猪粪与菌剂配施对土壤微生物量碳的影响
Figure 7. Effect of bacterial agent added to pig manure on microbial carbon biomass of mountain red soil
表 1 猪粪与菌剂配施对山地红壤综合温室效应的影响
Table 1 Effect of bacterial agent added to pig manure on GWP of mountain red soil
处理 Treatment CH4增温潜势 GWPCH4 N2O增温潜势 GWPN2O 综合温室效应 GWP CK 114.08±0.19 a 0.36±0.01 a 114.44±0.20 a F 87.14±0.16 b 0.22±0.07 b 87.35±0.23 b FM 79.68±0.06 b 0.27±0.02 b 79.95±0.08 b FMI1 76.14±0.15 b 0.28±0.09 b 76.42±0.24 b FMI2 70.39±0.20 b 0.25±0.05 b 70.64±0.25 b FMI3 35.52±0.13 c 0.05±0.00 c 35.58±0.13 c 
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表 2 猪粪与菌剂配施对土壤化学性质的影响
Table 2 Effect of bacterial agent added to pig manure on soil chemistry
处理
Treatment全氮
Total nitrogen（g·kg−1）全磷
Total phosphorus（g·kg−1）全钾
Total potassium（g·kg−1）碱解氮
Alkaline hydrolysis nitrogen（mg·kg−1）速效磷
Available potassium（mg·kg−1）速效钾
Available potassium（mg·kg−1）CK 0.42±0.02 c 0.31±0.01 c 8.38±0.37 c 24.15±3.64 c 7.31±0.60 d 30.42±2.77 c F 0.47±0.01 c 0.34±0.00 c 9.76±0.17 b 30.39±7.67 b 12.45±1.10 c 40.42±1.70 b FM 0.71±0.00 a 0.51±0.03 b 9.78±0.14 b 30.08±4.51 b 33.07±4.23 b 56.81±1.39 a FMI1 0.59±0.02 b 0.61±0.03 a 10.28±0.34 a 34.88±2.63 a 44.19±1.82 a 60.81±0.00 a FMI2 0.60±0.00 b 0.65±0.03 a 10.63±0.78 a 34.57±2.47 a 45.28±1.85 a 60.00±1.70 a FMI3 0.61±0.01 b 0.63±0.00 a 11.00±0.23 a 36.17±3.55 a 44.93±1.87 a 61.62±0.00 a
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