《Scientific Reports》：Biowaste-grown live microbial feed additive sustainably and significantly cut enteric methane emissions in Indian livestock
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本研究针对反刍动物肠道甲烷排放这一重大农业温室气体源，开发了一种利用果蔬废弃物培育的多菌株活微生物饲料添加剂(LFM)。通过98天的体内试验发现，2%和3%的LFM添加可分别提升饲料效率30.9%和25.5%，降低甲烷排放25.2%和30.4%，并显著改善瘤胃发酵参数（总挥发性脂肪酸提升45.5%，氨氮降低28.4%）。IPCC Tier-2模型推算全国推广可实现年减排15.4 Mt CH4（432.3 Mt CO2-eq），为循环生物经济模式下的畜牧业甲烷减排提供了可规模化解决方案。
反刍动物作为全球农业温室气体排放的重要贡献者，其肠道发酵产生的甲烷(CH4)不仅加剧气候变化，更造成饲料能量损失（占摄入总能的2-12%）。在印度这样拥有庞大反刍动物存栏量的国家，传统饲养方式与饲料质量限制进一步放大了这一问题。尽管现有减排策略（如甲烷抑制剂、离子载体等）具有一定效果，但其经济性与适用性仍面临挑战。与此同时，全球每年产生的数十亿吨食品废弃物（印度果蔬废弃物达1900-4000万吨/年）不仅占用处置资源，更成为温室气体的隐形排放源。如何将这类生物废弃物转化为高价值产品，同时实现畜牧业碳足迹削减，成为循环农业经济的关键课题。
在此背景下，由Varunkumar S. Asediya、Makbul A. Shekh、Kalpesh K. Sorathiya等学者组成的研究团队在《Scientific Reports》发表最新研究，创新性地利用果蔬市场废弃物作为基质，通过固态发酵技术培育出包含10株功能菌株的活微生物饲料添加剂(LFM)，系统评估了其对反刍动物生产性能与甲烷排放的协同改善潜力。
研究团队通过三重技术路线验证LFM效果：首先采用体外发酵系统测定不同添加比例（1%-7%）对干物质消化率(IVDMD)与甲烷产量(IVM)的影响；进而开展98天的体内饲养试验（n=15头Kankrej犊牛），设置对照组、2%LFM与3%LFM三个处理组，系统监测生长性能、瘤胃发酵参数、氮代谢与血液学指标；最后通过建立体外-体内甲烷产量关联模型，结合IPCC Tier-2方法推演全国尺度减排潜力。
关键技术方法概述
研究核心采用固态发酵工艺将果蔬废弃物转化为LFM产品，菌株分离自健康奶牛瘤胃液与原料奶（含乳酸菌、酵母菌等10株）。体外评估采用Menke产气法与气相色谱分析；动物试验设计为完全随机分组，通过食管采集瘤胃液分析挥发性脂肪酸(VFA)、氮组分等指标，利用点尿法测算纯化衍生物(PD)以评估微生物蛋白合成，并采用多种预测模型（Ellis模型、IPCC Tier-2等）估算甲烷排放。全国推演基于第20次牲畜普查数据与统一排放因子。
研究结果
体外消化率与甲烷产量
LFM添加呈现剂量依赖性效应：2%与3%添加使体外干物质消化率(IVDMD)显著提升3.8%与3.3%（P<0.05），甲烷产量每100mg可消化干物质分别降低21.3%与48.5%。体内试验中代谢体重干物质摄入量降低9.9%与7.4%，显示饲料利用效率提升。
瘤胃发酵特性
2%LFM添加使总挥发性脂肪酸(VFA)提升45.5%（P=0.027），总氮(TN)增加34.1%（P=0.025），而氨氮(NH3-N)浓度降低28.4%。瘤胃pH与其他氮组分（可溶性氮、非蛋白氮等）无显著变化，表明微生物生态系统保持稳定。
营养物质消化率
干物质消化率(DMD)在2%与3%添加组显著提高（P<0.05），有机物质、粗蛋白等其他养分消化率虽数值提升但未达显著水平。甲烷预测模型显示排放量减少25.2%-30.4%，与IPCC Tier-2估算的19.3%减排率高度吻合。
氮代谢与生长性能
LFM添加组犊牛排泄的纯化衍生物(PD)与PD:肌酐比值显著高于对照组（P<0.05），提示微生物氮流量增加。2%LFM组日增重提升24.5%，饲料转化率(FCR)、蛋白质转化率(PCR)与能量转化率(ECR)均显著改善，单位增重饲料成本降低25.6%。
血液学指标
3%LFM组红细胞计数、血红蛋白浓度、血细胞比容与白细胞计数均显著优于对照组（P<0.05），表明系统生理状态改善与生长性能提升相互印证。
减排潜力推演
通过建立体外-体内甲烷产量线性模型（R2=0.86），研究证实体外数据可有效预测体内排放。全国尺度分析表明，全面推广LFM可实现年减排15.4 Mt CH4（相当于432.3 Mt CO2-eq），潜在碳信用收益约4.94亿美元/年，北方邦、中央邦等高密度养殖区域贡献突出。
结论与展望
该研究首次系统验证了生物废弃物衍生LFM在反刍动物生产中的双效潜力：一方面通过微生物群落调控将氢流向丙酸、丁酸等替代途径转移，抑制产甲烷古菌活性；另一方面提升氮素利用效率，减少氨挥发损失。这种"废弃物-饲料-减排"的闭环模式，为落实《巴黎协定》减排目标与全球甲烷承诺提供了技术路径。后续研究需通过多中心试验结合直接甲烷测量技术（如呼吸舱、SF6示踪法）验证减排稳定性，并开展全生命周期评价以完善其环境效益评估。
