《Journal of Dairy Science》：Heat stress increases enteric methane emissions yield and intensity while impairing rumen function and productivity in lactating dairy cattle
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本文推荐一项关于热应激对泌乳奶牛环境影响的研究。为解决热应激是否会增加奶牛肠道甲烷排放强度这一关键问题，研究人员开展了对照实验。结果发现，热应激不仅降低了采食量、产奶量和瘤胃功能，更显著增加了甲烷产率和强度，证实了热应激对奶牛环境足迹和生产效率的负面影响。
在全球气候变暖的背景下，畜牧业产生的温室气体，尤其是反刍动物排放的肠道甲烷，正受到越来越多的关注。同时，气候变化本身也带来了更频繁和更强烈的热浪，对畜牧业构成了直接威胁。奶牛作为重要的经济动物，因其在泌乳期产生大量代谢热而特别容易受到热应激的影响。热应激会损害奶牛的健康、福利和生产效率，这在热带和亚热带地区尤为明显。然而，尽管热应激对奶牛生产力的负面影响已得到广泛认识，但热应激对奶牛肠道甲烷排放的直接和具体影响究竟如何，此前仍不完全清楚。研究人员推测，热应激可能会通过影响采食量和瘤胃功能，进而改变甲烷的排放模式，甚至可能增加每单位产奶量所对应的甲烷排放量，即甲烷强度。为了填补这一知识空白并验证这一假设，一项针对泌乳奶牛的前沿研究就此展开，并最终发表在《Journal of Dairy Science》上。
为了开展此项研究，研究人员采用了几个关键技术方法。研究采用了交叉设计，将40头处于泌乳中期的经产荷斯坦奶牛随机分为两组，分别接受蒸发冷却处理和仅遮阳处理，每期4周，中间设有2周的洗脱期。个体干物质采食量通过安装了Calan门的牛舍进行每日监测。瘤胃功能，包括反刍时间、瘤胃pH值、瘤胃温度和瘤胃蠕动，通过投喂SmaXtec瘤胃胶囊进行持续监测。肠道气体排放则使用两台GreenFeed系统进行实地测量，该系统通过诱饵吸引奶牛至头罩处，收集并分析甲烷、二氧化碳和氢气等气体浓度。
研究结果
呼吸频率和直肠温度
与冷却处理组相比，热应激显著提高了奶牛的呼吸频率和直肠温度，证实了热应激模型的有效性，并表明了热应激对奶牛基础生理状态的负面影响。
干物质采食量和瘤胃功能
热应激显著降低了奶牛的干物质采食量。与此同时，热应激减少了反刍时间，降低了瘤胃蠕动频率，并提高了瘤胃温度。虽然在整体上未观察到热应激对瘤胃pH值的显著影响，但在一天中的特定时段，特别是在上午的饲喂时间前后，热应激组的瘤胃pH值显著低于冷却处理组。
产奶量和牛奶成分
热应激显著降低了奶牛的产奶量和能量校正乳产量。在牛奶成分方面，热应激降低了真蛋白和固形物的百分比，同时改变了脂肪酸的组成，减少了源自乳腺从头合成的短链脂肪酸比例，增加了混合来源和预先形成的长链脂肪酸比例。此外，热应激还降低了脂肪、蛋白质和乳糖的日产量。
气体测量
热应激降低了奶牛每日访问GreenFeed系统的次数。尽管热应激组奶牛的每日甲烷排放总量低于冷却处理组，但其甲烷产率和甲烷强度均显著更高。甲烷产率是指每公斤干物质采食量所排放的甲烷克数，而甲烷强度是指每公斤产奶量或能量校正乳所对应的甲烷排放克数。此外，热应激也降低了每日二氧化碳和氢气的排放总量。
讨论与结论
本研究表明，在缺乏主动降温的条件下，环境条件成功诱导了奶牛的热应激，这通过热应激组奶牛直肠温度、瘤胃温度升高以及呼吸频率加快得以证实。作为对热应激的反应，奶牛的干物质采食量下降，这损害了支持产奶所需的营养摄入。更重要的是，热应激扰乱了瘤胃功能，表现为反刍时间减少、瘤胃蠕动减弱、瘤胃pH值在关键时段降低以及瘤胃温度升高。这些功能紊乱直接导致了产奶量、牛奶蛋白百分比及乳成分产量的下降，造成了显著的生产损失，并且这种负面影响在热应激刺激移除后仍持续存在。
研究最关键和具有启示意义的发现在于热应激对甲烷排放模式的影响。虽然由于采食量降低，热应激奶牛的每日甲烷排放总量有所减少，但甲烷产率和甲烷强度却显著增加。这意味着，在热应激条件下，奶牛每消耗一单位饲料或每生产一单位牛奶，会排放更多的甲烷。这一发现将热应激对奶牛生产性能的负面效应与其环境足迹直接联系起来，突显了热应激的双重危害：既降低了农场经济效益，又加剧了畜牧业对气候变化的影响。
尽管研究在测量气体排放时面临部分奶牛访问测量设备次数减少的挑战，但所获得的甲烷排放数据与采食量和瘤胃功能对热应激的反应高度一致，并且与先前预测模型的估计相符。该研究也存在一些局限性，例如观察到的处理与时期之间的交互效应，表明了热应激影响的长期性，即便设置了洗脱期，其效应依然会持续，这提示未来研究可能需要更长的恢复期或不同的实验设计。
总而言之，这项研究提供了直接证据，表明热应激不仅会损害泌乳奶牛的瘤胃功能和生产力，还会增加其肠道甲烷排放的产率和强度。这一结论强化了热应激对奶牛环境足迹和生产效率的负面影响，强调了在气候变化背景下，采取有效的热应激缓解措施对于保障畜牧业可持续发展及应对气候变化的重要性。
