Speial Focus: Low carbon and high feed efficiency in animals 

“绿色低碳畜牧业与饲草料高效利用”专题

农业温室气体排放量占全球总量的23%，对全球气候变化具有重要影响。在人口持续增长与减排需求迫切的背景下，该行业正面临巨大挑战。作为农业核心组成部分的畜牧业，在农业温室气体排放中占据显著比重。降低畜牧业温室排放不仅是应对气候变化的重要举措，更是保护生态环境、实现可持续发展的必然要求。这项工作关乎地球未来命运与子孙福祉，是人类必须承担的重要使命。

近年来，中国在温室气体减排领域取得显著进展，其中畜牧业减排成效尤为突出。由客座执行主编南京农业大学动物科技学院成艳芬教授和中国农业科学院饲料研究所刁其玉研究员与Journal of Integrative Agriculture编辑部共同组织策划的“绿色低碳畜牧业与饲草料高效利用”专题已在4期正式发表。专题收录的9篇论文涵盖畜禽养殖系统优化、遗传育种改良及精准营养调控等关键策略，聚焦中国学者提出的创新性减排措施，系统展现了中国在畜牧业减排领域的科学探索。在保障生产效益与经济可行性的同时，对降低畜牧业温室气体排放具有现实推广价值。我们期待这些研究成果能为读者深入解析中国畜牧业减排实践，并为政策制定者、科研人员及行业从业者提供有益参考。

 Editorial 

Low carbon and high feed efficiency in animals

绿色低碳畜牧业与饲草料高效利用

✺Yanfen Cheng, Qiyu Diao

2025, 24(4): 1217-1219.  DOI: 10.1016/j.jia.2025.02.023

 Livestock production systems 

Tracing the contribution of cattle farms to methane emissions through bibliometric analyses

通过文献计量分析追踪养牛场对甲烷排放的贡献

✺Shakoor Abdul, Zaib Gul, Ming Xu

甲烷会导致全球变暖，而牲畜是甲烷产生的主要来源之一。然而，缺乏通过文献计量工具对牲畜进行甲烷排放研究。鉴于气候变化对生态系统的负面影响和甲烷排放的增加，有必要进行文献计量学研究，以揭示该领域的研究状况和发展趋势。我们使用Bibliometrix软件包和VOSviewer 来破译养牛场甲烷排放的文献计量指标 （MECF）。从Web of Science数据库中收集了当前数据，并分析了8,998篇出版物。结果显示最常出现的关键词是甲烷（1528）、温室气体（443）、甲烷排放（440）和牛（369）。1999-2017年期间，研究主题和趋势结果的主题演变突出了二氧化碳、甲烷、奶牛、牛和风险因素。中国科学院在该领域发表了485论文，位居榜首，其次是加拿大农业与农业食品部、科罗拉多大学、美国国家海洋和大气管理局以及丹麦的奥胡斯大学。论文被引用次数从高到低依次为：中国科学院、科罗拉多大学、加拿大农业与农业食品部、美国国家海洋和大气管理局以及美国地质调查局。从发表相关论文的期刊看，《Science of the Total Environment》以290次引用频率位居第一，其次是《Journal of Dairy Science》，引用频率为223次。目前，还没有对MECF进行文献计量学研究，本文通过文献计量分析，综述了养牛场甲烷排放的研究进展，指出养牛场甲烷排放（MECF）的研究主题和发展趋势。

2025, 24(4): 1220-1233.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.05.003

Effects of stocking rate on growth performance, energy and nitrogen utilization, methane emission, and grazing behavior in Tan sheep grazed on typical steppe

放牧率对典型草原滩羊生长性能、能量与氮利用效率、甲烷排放以及放牧行为的影响

✺Hairen Shi, Pei Guo, Jieyan Zhou, Zhen Wang, Meiyue He, Liyuan Shi, Xiaojuan Huang, Penghui Guo, Zhaoxia Guo, Yuwen Zhang, Fujiang Hou

背景和目的：放牧是一种投资少、收益高的草地经营模式。但是，与单胃动物相比，反刍动物是低生产效率高CH₄排放的代表，其排放量约占人为活动CH₄排放总量的30%~32%，造成显著的能量损失。优化放牧管理对提升反刍牲畜饲料转化率，缓解动物CH₄排放具有较大的潜力和空间。因此，本研究旨在评估不同放牧率对滩羊生长性能、能量与氮利用效率、甲烷排放以及放牧行为的影响。方法：为期两年（2018-2019）的放牧试验在一个长期轮牧系统中开展，该放牧系统从2001年开始，每年6月上旬至9月上旬夏季放牧。放牧地共有9个放牧小区，每个面积为100 m×50 m，每个小区分配4只、8只和13只滩羊（6月龄，平均体重：23.15±1.32 kg），每个处理设3个空间重复，得出放牧率分别为2.7、5.3和8.7羊/公顷。结果：不同放牧年份牧草中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的含量存在差异（P<0.05），放牧率与牧草粗纤维含量呈正相关（P<0.05）；随着放牧率增加，滩羊干物质采食量下降（P<0.05），2.7羊/公顷平均日增重最高（P<0.05）；与2.7和8.7羊/公顷相比，5.3羊/公顷干物质消化率最低（P<0.05）；8.7羊/公顷时粪氮处于最低水平（P<0.05），而沉积氮/总氮在8.7羊/公顷时最高；当8.7羊/公顷时，消化能、代谢能、及消化能/总能和代谢能/总能最高（P<0.05），而甲烷排放量、甲烷/干物质采食量和甲烷能/总能在2.7羊/公顷最高（P<0.05）；年份对放牧行为影响不显著，随着放牧率增加，行走时间和反刍/休息分配时间均下降，而放牧时间与放牧率呈负相关。结论：增加放牧率可能使动物选择性采食策略改变，迫使它们采食不喜食牧草以满足其能量需求。虽然导致滩羊干物质采食量下降，但消化率提高，最终减少了氮排泄和CH₄排放。创新性：提出根据牧草营养价值和组成重新评估和调整放牧率，以优化动物生产性能以及甲烷减排途径。

2025, 24(4): 1234-1245.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.12.037

Gas production characteristics of oats and tritical silages and techniques for reducing gas emissions

燕麦和小黑麦青贮的产气特性及减少其气体排放的技术

✺Jing Tian, Rong Tian, Juanyan Wu, Liying Huang, Jianguo Zhang

青贮过程中的温室气体（GHG）产生不仅会导致青贮饲料的营养损失，还会促进气候变暖。然而，关于青贮过程中温室气体的产生及减少排放的策略信息较少，尤其是氧化亚氮（N₂O）。因此，本研究选用华南地区冬闲田种植的牧草和饲料作物中产气较多的燕麦和小黑麦为实验材料，通过不添加（对照）、添加植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum，LP）或3%玉米粉（CM）青贮56天，分析青贮过程中的气体量、温室气体浓度、发酵品质和细菌多样性，探讨青贮过程中的产气特性及减少其气体排放的技术。结果表明燕麦和小黑麦的气体量在青贮前9天迅速增加并达到峰值，且小黑麦青贮饲料的最高气体量是燕麦的两倍。在青贮28天内，小黑麦青贮饲料产生的二氧化碳（CO₂）浓度低于燕麦青贮饲料，甲烷（CH₄）和N₂O浓度高于燕麦青贮饲料。添加LP或CM显著提高了2种饲料作物的青贮发酵品质，减少了气体量，并在56天青贮结束时降低了温室气体浓度（小黑麦的CH₄除外）。在青贮初期，与产气相关的肠杆菌属、乳球菌属和明串珠菌属细菌较多，添加LP增加了乳杆菌属的相对丰度，降低了与气体量、CO₂和N₂O浓度呈正相关的科萨克氏菌属、泛菌属、肠杆菌属和乳球菌属等细菌的相对丰度。这些结果表明，青贮过程中的气体产生主要发生在前9天，添加LP或CM可以显著提高青贮饲料的发酵品质，减少青贮过程中总气体和温室气体的产生。该研究成果将有利于减少青贮饲料生产中的营养损失和温室气体排放，缓解全球气候变暖，促进草食畜牧业的健康绿色发展。

2025, 24(4): 1246-1258.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.09.023

 Animal genetics 

Genome-wide association study identifies novel loci associated with feed efficiency traits in Hu lambs

全基因组关联分析识别与湖羊饲料效率性状相关的新位点

✺Deyin Zhang, Xiaolong Li, Fadi Li, Xiaoxue Zhang, Yuan Zhao, Yukun Zhang, Zongwu Ma, Huibin Tian, Xiuxiu Weng, Weimin Wang

在集约化养羊生产中，饲料效率是影响盈利能力的重要经济性状，通常用剩余采食量和饲料转化率两个指标来评价饲料利用效率。然而，目前关于绵羊饲料效率相关性状的潜在遗传机制尚不完全清楚。因此，为了从全基因组水平上鉴别出影响绵羊饲料效率的关键基因和遗传变异，本研究随机选取系谱信息清晰、出生日龄相近、健康状况良好的1280湖羊公羔，利用单栏饲养系统测定了饲料效率相关性状并对其进行描述性统计和相关分析，研究结果显示，饲料效率相关性状具有很大的变异，且剩余采食量与平均日采食量和饲料转化率呈显著正相关。同时，利用全基因组重测序数据对平均日采食量、饲料转化率和剩余采食量性状进行了全基因组关联分析，在全基因组水平筛选到12、6和4个SNPs位点，分别与平均日采食量、饲料转化率和剩余采食量性状显著相关，通过位点注释，发现8个候选基因（LOC101121953, LOC101110202, CTNNA3, IZUMO3, PPM1E, YIPF7, ZSCAN12 和LOC105603808）与绵羊的饲料效率相关。最后，为进一步验证与剩余采食量性状显著相关的两个候选SNPs位点（chr20: g. 32767656 A>G 和 chr20: g. 32963610 T>C）对生长和饲料效率性状的影响，利用Sequenom MassARRAY SNP分型技术对候选位点在扩大试验群体中进行分型和关联分析，结果表明，两个SNPs与生长性状无显著相关性（P>0.05），但与RFI性状呈显著相关（P<0.05）。上述研究结果为绵羊饲料效率性状的遗传改良提供了参考数据，并从全基因组水平上筛选出影响湖羊饲料效率的关键SNPs位点，为绵羊饲料效率性状的分子标记辅助选择提供可靠、有效的分子标记。

2025, 24(4): 1259-1269.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.10.011

Effects of ratios of yak to cattle inocula on methane production and fiber digestion in rumen in vitro cultures

牦牛与黄牛瘤胃液体外混合发酵互作对甲烷产量和纤维降解率的影响

✺Weiwei Wang, Wei Guo, Jianxin Jiao, Emilio M Ungerfeld, Xiaoping Jing, Xiaodan Huang, Allan A Degen, Yu Li, Sisi Bi, Ruijun Long

牦牛（Bos grunniens）能够适应青藏高原的恶劣环境，与黄牛（Bos taurus）相比，其肠道消化所排放的甲烷（CH₄）较少，且对粗饲料的消化降解能力较强。为研究牦牛瘤胃液对黄牛甲烷产量的抑制和提高其饲粮降解率的潜力，本研究将牦牛（YRI）与黄牛（CRI）的瘤胃液以5种比例体外混合（YRI: CRI，百分比基础）：（1）0:100（对照）；（2）25:75；（3）50:50；（4）75:25；（5）100:0；以燕麦干草（Avena satival）作为发酵底物，持续72 h体外混合发酵，设置12 h、24 h、48 h和72 h作为发酵参数监测时间点。研究发现：与0:100（对照）相比，在发酵的大多数时间点，50:50、75:25和100:0的YRI: CRI比例发酵生成的总气体量、CH₄量和累积产生的氢气（H₂）量均较低。从发酵的12 h起，随着YRI比例的增加，二氧化碳（CO₂）产量呈线性下降（P<0.05）。发酵至72 h时，50:50和75:25比例的干物质降解率（同比0:100比例，分别高7.71%和4.11%）和酸性洗涤纤维降解率（同比0:100比例，分别高15.5%和7.61%）高于0:100（对照）比例（P < 0.05）。而增加YRI比例后，混合发酵通常会增加瘤胃发酵液中的总挥发性脂肪酸（VFA）浓度，同时降低代谢氢（[2H]）平衡中流入CH₄的比例，并降低[2H]的回收率。较低的[2H]回收率表明牦牛瘤胃液发酵中存在更多未知的[2H]受体。通过计算化学代谢途径吉布斯能变（∆G），发现还原乙酸途径（4 H₂ +2 CO2 → CH₃COOH + 2 H₂O）的吉布斯自由能变（∆G）为负值，其反应可自发进行。本研究结果将益于今后开展以下研究：1）探究更多潜在的[2H]受体以助于CH₄减排；2）挖掘更多参与纤维降解的核心微生物；3）牦牛瘤胃液如何贡献于其它反刍家畜减排。与黄牛相比，牦牛瘤胃液发酵的甲烷产量较低且对饲粮的降解率更高。而随着近年发展起来的多组学与微生物培养技术相结合，也将有助于更好地了解物种间瘤胃发酵机制间的差异。

2025, 24(4): 1270-1284. DOI: 10.1016/j.jia.2024.01.026

 Diet components and feed additives 

Dietary fat supplement affected energy and nitrogen metabolism efficiency and shifted rumen fermentation toward glucogenic propionate production via enrichment of Succiniclasticum in male twin lambs

日粮补充脂肪影响双胞胎公羔的能氮代谢效率，并通过富集琥珀酸弧菌属将瘤胃发酵转向丙酸型发酵

✺Wenjuan Li, Tao Ma, Naifeng Zhang, Kaidong Deng, Qiyu Diao

本研究旨在探讨日粮脂肪对双胞胎哺乳羔羊能量和氮代谢效率、瘤胃发酵和微生物菌群的影响。随机将30对双胞胎公羔分为两组，一组饲喂高脂日粮（HF），另一组饲喂普通脂肪日粮（NF），两种日粮（包含代乳品和开食料）的蛋白含量一致，但脂肪含量不同。在羔羊50-60日龄时进行消化代谢试验，并在60日龄按平均体重随机选择9对双胞胎羔羊屠宰并采集瘤胃液。结果表明，日粮添加脂肪可提高羔羊终末体重（BW）、瘤胃液中氨态氮（NH3-N）含量、丙酸比例及甲烷预测量（CH4e）（P<0.05）。高脂日粮有增强（0.05<P< 0.1）消化能（DE）、代谢能（ME）、DE/ME和氮利用率的潜力。然而，微生物粗蛋白（MCP）含量、总挥发酸含量（VFA）、乙酸比例和乙酸/丙酸（A:P）比值低于NF组（P<0.05）。而添加脂肪不影响羔羊血清代谢物。高通量测序显示，断奶前添加脂肪增加变形菌门和琥珀酸弧菌属的相对丰度，降低了梭菌属IV、戴阿利斯特杆菌属、罗氏菌属、氨基酸球菌属和巨单孢菌属的相对丰度。这些发现表明，高脂日粮通过富集琥珀酸弧菌属，瘤胃发酵向丙酸型发酵转变，有改善体重、能量和氮的利用率的潜力。

2025, 24(4): 1285-1295. DOI: 10.1016/j.jia.2023.06.037

Inclusion of sorghum grain rich in condensed tannins in the diet of steers did not affect the nitrogen utilization efficiency but increased the urine nitrous oxide emissions

日粮中添加富含缩合单宁的高粱不影响肉牛氮利用效率但增加尿液氧化亚氮的排放

✺Biao Xie, Changfa Mao, Xu Shen, Yufeng Liu, Qingyue Liang, Guangyong Zhao

本试验旨在研究日粮中添加富含缩合单宁（CT）[18.9 g kg-1 干物质（DM）]的高粱对肉牛氮（N）代谢和尿液氧化亚氮（N2O）排放的影响。试验1选用6头利木赞×鲁西杂交阉牛（初始体重为245 ± 18.70 kg）作为试验动物，采用有重复的3×3拉丁方试验设计，日粮中高粱含量分别为0、167和338 g kg-1 DM。试验2采用静态土壤培养技术测定试验1中尿样的N2O排放量。试验1的结果表明，日粮中添加高粱线性增加了粪N排泄量（P=0.001）、总N排泄量（P=0.010）和粪N/采食N比例（P=0.021），但没有影响尿N排泄量、沉积N和N沉积率（P>0.10）。血浆代谢组学数据显示，日粮中添加高粱上调了酚酸（N1,N5,N10-tris-trans-p-coumaroylspermine and prenyl cis-caffeate）和肉碱（3-hydroxyisovalerylcarnitine and linoelaidyl carnitine）的相对浓度。试验1的结果还显示，随着日粮中高粱比例的提高，肉牛的尿素排泄量线性增加（P=0.001），尿囊素排泄量有线性降低的趋势（P=0.051），尿液嘌呤衍生物排泄量（P=0.041）及根据尿液嘌呤衍生物估测的瘤胃微生物N流量线性降低（P=0.012）。试验2的结果表明，随着日粮中高粱比例的提高，土壤的整个培养期的平均pH没有显著变化（P>0.10），但是土壤NH₄⁺-N（P=0.012）、NO₂^--N（P=0.009）、NO₃^--N（P=0.001）和无机N（P<0.001）的平均浓度线性提高。土壤静态培养的结果还显示，随着日粮中高粱比例的提高，尿液N2O-N排放量（P= 0.001）、N₂O^-N排放/尿N施加量比例（P=0.038）和尿液N₂O^-N估测排放量（P = 0.021）均线性提高。综上所述，日粮中添加富含CT的高粱167 和 338 g kg^-1 DM不影响肉牛的N沉积率，但可增加尿液N₂O^-N排放量分别达5.7%和31.4%。为了减少向环境中排放的氧化亚氮数量，不建议在肉牛日粮中添加高水平的高粱。

2025, 24(4): 1296-1309.  DOI: 10.1016/j.jia.2023.11.035

16S amplicon sequencing and untargeted metabolomics reveal changes in rumen microorganisms and metabolic pathways involved in the reduction of methane by cordycepin

16S扩增子测序和非靶向代谢组学揭示了虫草素减少甲烷的瘤胃微生物组和代谢途径的变化

✺Haokai Ma, Dengke Liu, Rui Liu, Yang Li, Modinat Tolani Lambo, Baisheng Dai, Weizheng Shen, Yongli Qu, Yonggen Zhang

作为农业生产中贡献较大的甲烷生产者，反刍动物需要一种合适的甲烷抑制剂来降低其甲烷的排放，去尽可能地降低甲烷对气候的影响。虫草素在此前研究中已被证明能够提高免疫和调节菌群，另外含有虫草素的蛹虫草被证明可以降低体外甲烷排放，但虫草素能否降低体外甲烷产量尚不清楚。因此本试验选用虫草素来探究其对瘤胃发酵参数、产气量、瘤胃微生物组和瘤胃代谢产物的影响。我们选择0.00, 0.08, 0.16, 0.32和0.64 g L^-1五种浓度的虫草素加入到含TMR的发酵瓶内进行体外产气试验，测量了各瓶内发酵液瘤胃发酵参数以及各瓶的产气量，并选用0.00和0.64 g L^-1浓度组进行16s rRNA测序及非靶向代谢组学分析。结果表明，虫草素的添加可以增加氨态氮、总挥发酸、丙酸盐、异戊酸盐和戊酸盐的浓度，降低pH、丁酸盐浓度、总产气量、甲烷产量、二氧化碳产量、氢气产量、甲烷浓度和二氧化碳浓度，并且和虫草素浓度呈线性关系，另外氢气浓度和虫草素浓度呈二次关系。同时，Succiniclasticum、Prevotella、Rikenellaceae_RC9_gut_group、NK4A214_group、Christensenellaceae_R_7_group、unclassified_F082、Veillonellaceae_UCG_001、Dasytricha、Ophryoscolex、Isotricha、unclassified_Eukaryota、Methanobrevibacter和Piromyces的相对丰度在添加最大剂量(0.64 g L-1)的虫草素后显著降低，而Succinivibrio、unclassified_Succinivibrionaceae、Prevotellaceae_UCG_001、unclassified_Lachnospiraceae、Lachnospira、Succinivibrionaceae_UCG_002、Pseudobutyrivibrio、Entodinium、Polyplastron、unclassified_Methanomethylophilaceae、Methanosphaera和Candidatus_Methanomethylophilus的相对丰度显著升高。虫草素的添加还影响了biosynthesis of unsaturated fatty acids和purine metabolism等代谢通路，以及arachidonic acid、adenine和2′-deoxyguanosine等代谢产物。基于此，我们认为虫草素是一种效果较好的甲烷排放抑制剂，其通过影响瘤胃微生物区系改变了瘤胃代谢产物和发酵参数，从而调节了瘤胃甲烷产量。本试验能够为开发含有虫草素的虫草类副产物或添加剂作为反刍动物的甲烷抑制剂的“减碳”策略提供参考。

2025, 24(4): 1310-1326.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.04.014

Seaweed as a feed additive to mitigate enteric methane emissions in ruminants: Opportunities and challenges

大型海藻作为饲料添加剂实现反刍动物肠道甲烷减排的潜力与挑战

✺Yunlong Liu, Mi Zhou, Qiyu Diao, Tao Ma, Yan Tu

降低反刍动物肠道甲烷排放是应对气候变化的重要举措之一。自研究人员首次发现大型藻类具备降低肠道甲烷排放的潜力以来，使用大型海藻作为一种新型饲料添加剂来抑制反刍动物肠道甲烷排放在近些年得到了全球广泛关注。由于含有相对较高浓度的三溴甲烷，Asparagopsis taxiformis（紫衫状海门冬）成为首选的目标物种。三溴甲烷作为一种卤代甲烷结构类似物，能够特异性地抑制瘤胃产甲烷菌中辅酶M甲基转移酶的活性，从而阻断甲烷生成。但是需要注意的是，三溴甲烷也是一种潜在的有毒物质和消耗臭氧层的大气污染物。当前的研究重点集中在饲喂富含三溴甲烷的海藻对反刍动物肠道甲烷减排效果、生产性能和安全性的影响，以及大规模海藻种植对大气环境的影响。未来在开发海藻作为甲烷减排产品时，需要关注那些具备甲烷减排能力但同时三溴甲烷含量低的物种，例如Bonnemaisonia hamifera、Dictyota bartayresii和Cystoseira trinodis。此外，海藻中富含多种生物活性物质，这些活性物质通常具有抗菌、抗炎等生理特性，但关于这些生物活性物质在甲烷减排中的效果研究仍然缺乏。因此，需要进一步深入研究以鉴定出更多潜在功能的生物活性化合物。作为一个新的研究热点，海藻想要被开发为成熟的反刍动物饲料添加剂产品仍面临一些挑战和亟需解决的问题，例如重金属（碘和溴）和三溴甲烷在乳制品和肉制品中的残留问题，以及海藻种植、收获、保存和加工等产业链问题。综上，尽管部分海藻已经表现出很好的甲烷减排效果，但其作为商业饲料添加剂的应用仍受到安全性、成本、政策激励和法律法规等因素的影响。

2025, 24(4): 1327-1341.  DOI: 10.1016/j.jia.2024.09.036

Journal of Integrative Agriculture (《农业科学学报》(英文), JIA) 由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.6，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中国科学院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。