奶牛胃腸道甲烷排放模型估算精度的評估分析

謝天宇，王 敏，王 榮，顏志成，石惠宇，高 民，譚支良

(1.中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長沙 410128；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，呼和浩特 010018； 3.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院動物營養(yǎng)與飼料研究所，呼和浩特 010031；4.湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，長沙 410128；5.湖南農(nóng)業(yè)大學園藝園林學院，長沙 410128)

奶牛胃腸道甲烷排放模型估算精度的評估分析

謝天宇1，2，王 敏1*，王 榮1，4，顏志成1，5，石惠宇2，高 民3*，譚支良1

(1.中國科學院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長沙 410128；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，呼和浩特 010018； 3.內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學院動物營養(yǎng)與飼料研究所，呼和浩特 010031；4.湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，長沙 410128；5.湖南農(nóng)業(yè)大學園藝園林學院，長沙 410128)

本研究旨在評估和比較8個常用奶牛胃腸道甲烷排放模型的估算精度，分析影響模型估算精度的原因。在湖南望城白箬鋪奶牛場選用28頭體況良好的荷斯坦奶牛，測定奶牛胃腸道甲烷排放量、體重、產(chǎn)奶量、采食量和營養(yǎng)日采食量(酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維和總能)等。利用預測誤差均方(Mean squared prediction error，MSPE)和一致性相關(guān)系數(shù)(Concordance correlation coefficient，CCC)兩種分析方法衡量奶牛胃腸道甲烷排放量估算值與實測值間的差異，進而評估和比較8個模型的估算精度，分析影響8個模型估算精度的原因。結(jié)果表明：模型8的估算精度最高，其次模型1、2、3和6的估算精度處中等水平，模型4、5和7的估算精度較差；模型1和2的估算誤差主要來自回歸斜率偏離，模型3、6和7的估算誤差主要來自整體偏差，模型4和5的估算誤差來自回歸偏離和整體偏差。結(jié)果解釋：模型1和2的回歸斜率偏離主要是由于試驗測得的Ym值與模型推薦的默認值相差較多；模型3的整體偏差主要是由于在相同干物質(zhì)采食量的條件下，模型建立時的奶牛胃腸道甲烷排放水平遠高于本試驗；模型4和5的回歸斜率偏離和整體偏差以及模型6的整體偏差主要是由于模型本身沒有考慮到日糧碳水化合物的瘤胃降解率、日糧成分瘤胃的流通速率等因子的影響；模型7的整體偏差主要是由于稻草采食量不能等于實際日糧粗飼料采食量。以產(chǎn)奶量(kg·d-1)和體重(kg)為變量的模型8是本試驗估算精度最高的模型。有必要繼續(xù)開展試驗擴充奶牛胃腸道甲烷排放數(shù)據(jù)，建立更加準確、可靠的甲烷排放模型估算方法。

模型；估算精度；胃腸道甲烷排放；奶牛

由于中國乳制品消費需求的增加，中國奶業(yè)正處于迅猛發(fā)展時期。根據(jù)《中國畜牧業(yè)統(tǒng)計年鑒》[6]統(tǒng)計，中國2010年奶牛存欄量已高達1 420.1萬頭，遠高于1990年的269.1萬頭。奶牛存欄量的增長亦會直接導致奶牛胃腸道甲烷排放總量大幅度增加。王榮等[7]報道，截止2010年，中國奶牛胃腸道甲烷排放量所占反芻動物甲烷排放總量的比例相較于1990年的3.3%上升到13.1%。胡向東等[8]統(tǒng)計，2000-2007年間，中國奶牛胃腸道甲烷排放量占整個畜禽甲烷排放量的比例呈逐年顯著上升的趨勢，且這種上升趨勢還會隨著中國牛奶消費需求的增加和奶牛飼養(yǎng)量的增大而繼續(xù)加強。

目前，國外許多學者提出了一系列估算奶牛胃腸道甲烷排放量的模型，以評估奶牛胃腸道甲烷總體排放的趨勢和規(guī)律[9-11]。這些模型對不同地區(qū)和牧場的奶牛胃腸道甲烷排放量的估算精度存在較大差異[12]。但是，應(yīng)用模型估算中國奶牛胃腸道甲烷排放量的研究較少，有必要建立和發(fā)展適合中國奶牛飼養(yǎng)環(huán)境的奶牛胃腸道甲烷排放模型，探索影響模型估算精度的原因。通過獲取28頭中國荷斯坦奶牛日糧和胃腸道甲烷排放等相關(guān)信息，利用MSPE和CCC兩種分析方法，評估8種代表性奶牛胃腸道甲烷排放模型的估算精度，以期為奶牛胃腸道甲烷排放的估算、減排和甲烷排放清單的制定提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗?zāi)膛＿x擇與管理

本試驗地點位于湖南望城白箬鋪奶牛場，選擇28頭體況良好的荷斯坦奶牛，包括體重為0～100、100～200、200～300和300～400 kg的非泌乳奶牛各4頭，體重在400 kg以上、產(chǎn)奶量為0～15、15～30 kg·d-1泌乳奶牛各6頭。每日飼喂兩次，即05：30和16：30時，非泌乳奶牛精飼料飼喂量為體重的1%，泌乳奶牛的精飼料飼喂量是以4 kg·d-1為基礎(chǔ)，根據(jù)不同日產(chǎn)奶量來調(diào)整飼喂量(1 kg精飼料/6 kg牛奶)，粗飼料自由采食，每天記錄采食量；泌乳奶牛的擠奶時間為06：00和17：00時，機械擠奶，記錄試驗期的日產(chǎn)奶量，自由飲水。

1.2 試驗日糧

試驗日糧的粗飼料為稻草，體重小于200 kg非泌乳奶牛的精飼料為普瑞納小牛精料補充料1216；體重在200～400 kg非泌乳奶牛的精飼料為干乳期精料補充料1512；泌乳奶牛的精飼料為普瑞納奶牛精料補充料1812。按照飼料常規(guī)分析方法[13]測定干物質(zhì)(DM)、酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)和總能(GE)。日糧組成見表1。

表1 試驗日糧化學組成

Table 1 Chemical composition of experimental diets

日糧組成Composition精料1216Concentrate1216精料1512Concentrate1512精料1812Concentrate1812稻草Ricestraw干物質(zhì)/(g·kg-1)DM954950949974灰分/(g·kg-1)Ash51．567．845．063．5粗蛋白/(g·kg-1)CP162．1173．0198．039．1中性洗滌纖維/(g·kg-1)NDF413394368787酸性洗滌纖維/(g·kg-1)ADF78．493．5103．0416．0總能/(MJ·kg-1)GE16．816．116．915．8

1.3 氣體采集與甲烷測定

參考I.M.L.D.Storm等[14]呼吸代謝室法測定奶牛胃腸道甲烷排放的方法，將奶牛和試驗日糧放置于密閉呼吸代謝室內(nèi)進行呼吸試驗，每頭奶牛測定時間為2 d。奶牛呼吸代謝室大小為12 m3，氣體流速約為190 m3·h-1，每隔15 min采集30 mL氣體，保存于10 mL真空瓶中。用安捷倫氣相色譜儀7890A[15]測定采集氣體中的甲烷濃度，根據(jù)氣體流速和采集的甲烷氣體濃度計算試驗?zāi)膛Ｎ改c道甲烷日排放量(g·d-1)[16]，奶牛胃腸道甲烷能(MJ·d-1)由標準狀態(tài)下的甲烷密度0.717 g·L-1換算，甲烷日排放量和甲烷能之間用甲烷能量含量(55.65 MJ·kg-1)換算。甲烷排放因子計算公式：

其中，EF=甲烷排放因子，kg·頭-1·年-1；GE=總能量攝取，MJ·d-1；Ym=甲烷轉(zhuǎn)化因子，飼料中總能轉(zhuǎn)化為甲烷的百分比。

1.4 模型選擇

本試驗選擇了8個常用的奶牛胃腸道甲烷排放模型，詳見表2。模型1和2分別來自《1997年IPCC國家溫室氣體清單指南》[17]和《2006年IPCC國家溫室氣體清單指南》[18]提供的奶牛胃腸道甲烷排放第二層級方法Tier2。模型3是以干物質(zhì)采食量(DMI)為單一變量建立的二次回歸模型[19]。模型4和5是以化學組分日采食量為變量建立的線性回歸模型[20]。模型6、7[21]和8[22]是多變量線性模型。

1.5 模型精度分析

本試驗采用MSPE(預測誤差均方)和CCC(一致性相關(guān)系數(shù))兩種分析方法評估8個模型的估算精度。

1.5.1 MSPE分析方法 MSPE方法是一種通過計算殘差(估算值與實測值之差)的偏移程度來直接反映模型估算精確性的分析方法[23]。MSPE可分解成總體偏差所造成的誤差(Error due to overall bias，ECT)、回歸斜率偏離所造成的誤差(Error due to the regression slope from unity，ER)和隨機效應(yīng)所造成的誤差(Random error，ED)，3部分均以百分制形式表示。相關(guān)計算公式[24]：

ECT=(VP-VO)2

ER=(SVP-rSVO)2

表2 8種奶牛胃腸道甲烷排放估算模型

Table 2 Eight models to predict enteric methane emissions in dairy cows

模型Model模型來源Modelsource原估算方程Originalequation本研究使用方程Employedequationinthisstudy1IPCC(1997)Tier2[17]CH4(MJ·d-1)=0．06×GEI(MJ·d-1)CH4(g·d-1)=1．08×GEI(MJ·d-1)2IPCC(2006)Tier2[18]CH4(MJ·d-1)=0．065×GEI(MJ·d-1)CH4(g·d-1)=1．17×GEI(MJ·d-1)3J．Axelsson(1949)[19]CH4(MJ·d-1)=-2．07+2．636×DMI(kg·d-1)-0．105×DMI(kg·d-1)2CH4(g·d-1)=-37．2+47．3×DMI(kg·d-1)-1．89×DMI(kg·d-1)24J．L．Ellis等(2007)[20]CH4(MJ·d-1)=3．14+2．11×NDFI(kg·d-1)CH4(g·d-1)=56．4+37．9×NDFI(kg·d-1)5J．L．Ellis等(2007)[20]CH4(MJ·d-1)=5．87+2．43×ADFI(kg·d-1)CH4(g·d-1)=105+43．6×ADFI(kg·d-1)6J．A．N．Mills等(2003)[21]CH4(MJ·d-1)=2．16+0．493×DMI(kg·d-1)-1．36×ADFI(kg·d-1)+1．97×NDFI(kg·d-1)CH4(g·d-1)=38．8+8．85×DMI(kg·d-1)-24．4×ADFI(kg·d-1)+35．4×NDFI(kg·d-1)7J．A．N．Mills等(2003)[21]CH4(MJ·d-1)=1．06+10．27×日糧粗飼料比例+0．87×DMI(kg·d-1)CH4(g·d-1)=19．0+184×日糧粗飼料比例+15．6×DMI(kg·d-1)8M．Kirchgessner等(1995)[22]CH4(g·d-1)=10+4．9×日產(chǎn)奶量(kg·d-1)+1．5×BW0．75(kg)

GEI. 總能攝入量；DMI. 干物質(zhì)采食量；NDFI. 中性洗滌纖維攝入量；ADFI. 酸性洗滌纖維攝入量；BW. 體重

GEI. Gross energy intake；DMI. Dry matter intake；NDFI. Neutral detergent fiber intake；ADFI. Acid detergent fiber intake；BW. Body weight

式中，n為觀測奶牛數(shù)量，VPi為奶牛i胃腸道甲烷排放量的估算值，VOi為奶牛i胃腸道甲烷排放量的實測值；VP為n頭奶牛胃腸道甲烷排放量的估算均值；VO為n頭奶牛胃腸道甲烷排放量的實測均值；SVP為n頭奶牛胃腸道甲烷排放量估算值的總體標準差，SVO為n頭奶牛胃腸道甲烷排放量實測值的總體標準差；r為估算值和實測值之間的相關(guān)系數(shù)。ED所占比例越大，說明模型的估算精度越高，反之估算精度越低。

通常評估奶牛胃腸道甲烷排放模型的估算精度時，MSPE方法主要包括：1)預測誤差均方根(RMSPE)的計算，RMSPE是MSPE的開方值，以實測均值%表示，旨在評估總體估算誤差；2)ECT、ER和ED值的計算；3)繪制估算值與實測值的相關(guān)關(guān)系圖，估算值與實測值間的線性一元回歸方程通過回歸分析(SAS 9.1)獲得，比較回歸線與1∶1標準線間的關(guān)系；4)殘差分析[25]，即通過回歸分析(SAS 9.1)獲取殘差與估算值間的線性一元回歸方程，判定回歸方程的斜率和截距是否與0存在差異顯著性關(guān)系，P<0.05作為差異顯著的判斷標準。1.5.2 CCC分析方法 CCC分析方法是一種通過測量估算值和實測值的回歸線與過原點45°基準線的距離來評價兩者一致性的分析方法[26]。CCC方法主要包括CCC、Cb、v和u值等組分[27]，其計算公式：

CCC=r×Cb

式中，Cb為偏差校正因子，即最佳擬合線偏離過原點45°基準線的距離；r為估算值與實測值間的相關(guān)系數(shù)；v為實測值總體標準差和估算值總體標準差的比值；u為實測值與估算值間的偏移程度。當u為正值時，奶牛胃腸道甲烷排放量被模型低估；當u為負值時，奶牛胃腸道甲烷排放量被高估。CCC值的為0～1，當CCC值越接近1、u越接近0時，奶牛胃腸道甲烷排放量估算值與實測值間的一致性越高，即表明模型的估算精度越高。

2 結(jié) 果

2.1 奶牛數(shù)據(jù)匯總

奶牛體重、產(chǎn)奶量、采食情況和甲烷排放特性等指標見表3。28頭試驗?zāi)膛５拇x體重BW0.75為25.2～112.0，泌乳奶牛產(chǎn)奶量為10.1～26.1 kg·d-1。DMI和GEI的平均值分別為8.8 kg·d-1和142.0 MJ·d-1。精飼料和粗飼料平均攝入量分別為3.83和5.00 kg·d-1，ADFI和NDFI平均攝入量分別為2.37和3.90 kg·d-1。28頭試驗?zāi)膛Ｎ改c道甲烷排放量實測值均值為162.0 g·d-1。Ym和EF的平均值分別為7.22%和59.0 kg·頭-1·年-1。

8個模型的估算值結(jié)果顯示(表4)，奶牛胃腸道甲烷排放量的估算均值為95～258 g·d-1，其中模型2的估算均值(166 g·d-1)與實測均值(162 g·d-1)最為接近，而與實測均值相差最大的是模型5和7。

表3 試驗?zāi)膛?shù)據(jù)匯總

Table 3 Summary of the experimental data of dairy cows

指標Item均值Mean標準差SD最小值Min最大值MaxBW/kg322．0163．074．0540．0BW0．75/kg74．030．225．2112．0泌乳牛產(chǎn)奶量/(kg·d-1)Milkyieldoflactatingcow15．85．010．126．1精飼料/kgConcentrate3．832．111．337．29粗飼料/kgRoughage5．002．680．379．00粗飼料比例/%Concentrate/Roughage54．610．821．768．7DMI/(kg·d-1)8．84．71．715．5ADFI/(kg·d-1)2．371．270．274．24NDFI/(kg·d-1)3．902．141．097．22GEI/(MJ·d-1)142．095．838．9295．0CH4/(g·d-1)162．083．839．5292．0CH4/(MJ·d-1)8．994．662．2016．30Ym/%7．22．14．112．3EF/(kg·頭-1·年-1)59．030．614．4107．0

CH4.甲烷；Ym.甲烷能轉(zhuǎn)化因子；EF.甲烷排放因子

CH4.Methane；Ym.Methane conversion factor；EF.Methane emission factor

2.2 MSPE方法分析結(jié)果

由表4可知，模型8的RMSPE值最小，模型7的RMSPE值最大。MSPE各組分分析結(jié)果顯示：1)ECT值最小的是模型2，其次是模型1，模型7的ECT值最大；2)ER值最小的是模型7和3，模型2的ER值最大；3)ED值最大的是模型8。

奶牛胃腸道甲烷排放量估算值與實測值間的關(guān)系圖(圖1)顯示，模型1和2估算值與實測值的一次回歸線與1∶1標準線相比有明顯交叉，模型3和6的一次回歸線較1∶1標準線向右偏移，而模型4、5和7的既存在斜率的偏離也存在整體偏移，模型8的一次回歸線與1∶1標準線最為接近，接近重合；8個模型的誤差均方根(RMSE)為27.2%～55.8%。

殘差與估算值的一次回歸分析結(jié)果(表5)顯示：模型3、6、7和8的斜率與0比較差異不顯著，其余模型的斜率與0比較皆差異顯著(P<0.001)；模型3、5、6和8的截距與0比較差異不顯著，其余模型的截距與0比較皆差異顯著(P<0.001)。8個模型的殘差與估算值的決定系數(shù)R2為0.009～0.657。

2.3 CCC方法分析結(jié)果

模型8的CCC值最接近1，模型5的CCC值最??；估算值與實測值間的相關(guān)系數(shù)最接近1的是模型6，最小的是模型5；Cb值最接近1的是模型8，Cb值最小的是模型5；模型1、2和8估算的奶牛胃腸道甲烷排放量與實測值較為接近，模型4和5的估算值偏低(u=0.925，1.720)；模型3、6和7的奶牛胃腸道甲烷排放量估算值偏高，其u值分別為-0.431、-0.427和-1.180。

表4 MSPE方法分析結(jié)果匯總

Table 4 Summary of MSPE analysis

模型Model估算均值/(g·d-1)Mean標準差/(g·d-1)SD預測誤差均方根/%RMSPE總體偏差/%ECT斜率誤差/%ER隨機誤差/%ED1153103．045．33．635．860．52166112．050．30．750．149．2319471．149．743．20．556．3411630．272．639．739．620．759518．796．348．120．731．2619786．847．057．63．239．2725882．5101．090．10．29．7815482．627．37．11．391．7

表5 殘差與估算值間的一次線性關(guān)系

Table 5 The linear relationship between the residuals and predicted values

模型Model斜率Slope截距Intercept數(shù)值Value標準誤SEMP值P?value數(shù)值Value標準誤SEMP值P?value決定系數(shù)R21-0．270．068<0．00149．512．5<0．0010．3722-0．320．063<0．00149．512．5<0．0010．50530．050．1050．633-42．521．60．0500．00941．540．218<0．001-133．026．1<0．0010．65752．380．570<0．001-159．055．30．0080．3996-0．100．0680．159-16．414．60．2710．0757-0．060．0760．424-80．320．6<0．0010．0258-0．040．0630．553-13．111．00．2450．014

實線.奶牛胃腸道甲烷排放量估算值與實測值間的一次回歸線；虛線.1∶1 的標準線Solid line.The regression line between predicted and observed enteric methane emissions in dairy cows；Dashed line.1∶1 standard line圖1 奶牛胃腸道甲烷排放量估算值與實測值間的關(guān)系Fig.1 Relationship between predicted and observed enteric methane emissions from dairy cow

表6 CCC分析結(jié)果

Table 6 Results of CCC analysis

模型Model一致性相關(guān)系數(shù)CCC相關(guān)系數(shù)r偏差校正因子Cb標準差變化v估算偏移程度u10．8180．9030．9050．810．09520．7010．9030．8580．75-0．04330．8060．8910．9041．18-0．43140．4590．9160．5012．770．92550．1980．7570．2624．471．72060．8550．9340．9160．97-0．42770．5450．9240．5901．02-1．18080．8950．8990．9961．020．089

3 討 論

3.1 奶牛胃腸道甲烷排放特征

M.Patel等[28]利用3種不同精粗比的牧草青貯日糧飼喂6頭泌乳奶牛并測定其胃腸道甲烷排放量，發(fā)現(xiàn)飼喂精粗比為5∶5、7∶3和9∶1的3種日糧的奶牛胃腸道甲烷排放量分別為282、300和321 g·d-1，甲烷能轉(zhuǎn)化因子為別為5.1%、5.4%和5.6%，均低于IPCC(2006)Tier2的默認值6.5%。F.Klevenhusen等[29]研究了干草、大麥和玉米3種不同典型日糧對18頭奶牛胃腸道甲烷排放規(guī)律的影響，發(fā)現(xiàn)3種日糧的Ym值(7.9%、6.8%和7.1%)均高于IPCC(2006)Tier2的默認值6.5%。本試驗測定的奶牛胃腸道甲烷轉(zhuǎn)化因子均值為7.2%，高于IPCC(2006)Tier2的默認值6.5%近一個百分點。研究表明，胃腸道甲烷轉(zhuǎn)化因子受采食方式、采食量、日糧精粗比和粗飼料質(zhì)量等因素的影響[30-32]，在本試驗中，奶牛攝入日糧的蛋白含量為11%，而NDF和ADF含量分別為44.2%和24.9%，日糧攝入營養(yǎng)量明顯低于NRC(2001)[33]的推薦量。本研究結(jié)果提示，提高奶牛的飼養(yǎng)水平是減少奶牛胃腸道甲烷排放的重要途徑。

另外，本次試驗測得的泌乳奶牛胃腸道甲烷排放因子為91 kg·頭-1·年-1，遠高于IPCC(2006)Tier1中推薦的亞洲國家泌乳奶牛胃腸道甲烷排放因子61 kg·頭-1·年-1；而非泌乳奶牛胃腸道甲烷排放因子為35 kg·頭-1·年-1，低于IPCC(2006)Tier1的亞洲推薦值47 kg·頭-1·年-1，說明該牧場整體奶牛飼養(yǎng)水平偏低。

3.2 模型估算精度的評估與分析

模型1和2是IPCC(1997，2006)Tier2推薦的奶牛胃腸道甲烷排放模型。J.L.Ellis等[34]對9個奶牛胃腸道甲烷排放模型的估算精度進行了評估，認為IPCC(1997)Tier2(模型1)的估算精度較低，當模型1應(yīng)用于奶牛個體水平(IND)胃腸道甲烷排放的估算時，CCC值僅為0.009，估算值明顯偏低。E.Kebreab等[35]評估了4個模型估算美國奶牛胃腸道甲烷排放的精度，認為IPCC(2006)Tier2(模型2)的估算精度誤差主要來自于整體偏差(ECT=64.6%)，殘差與估算值一次回歸線的斜率和截距與0比較皆差異顯著，且CCC分析結(jié)果顯示估算值明顯偏高，這與本試驗結(jié)果不一致，本試驗中，MSPE分析結(jié)果顯示，模型1和2得出的RMSPE值分別為45.3%和50.3%，ER所占MSPE比例較大(分別為35.8%和50.1%)，實測值與估算值間的一次回歸線與1∶1標準線有明顯交叉，同時殘差分析顯示，回歸線的斜率和截距與0比較皆差異顯著，這說明模型1和2的估算誤差主要來自于回歸方程的斜率即回歸斜率偏離；而CCC分析結(jié)果顯示，模型1和2對奶牛胃腸道甲烷排放量的估算值接近實測值，其中u接近0，CCC值超過0.7，兩種分析方法存在一定差異。另外，本試驗所得Ym值為7.2%，高于模型1和2提供的默認值(6.0%和6.5%)，說明，Ym是導致兩個模型回歸斜率偏離的原因，因此，處于不同區(qū)域生態(tài)環(huán)境和飼喂不同日糧的奶牛其胃腸道甲烷能轉(zhuǎn)化因子存在差異。影響Ym的主要因素：1)模型僅僅以GEI來估算奶牛胃腸道甲烷排放，不能充分反映日糧的組成變化；2)模型沒有考慮環(huán)境因素、瘤胃微生物對奶牛胃腸道甲烷排放量的影響[36]；3)GE本身不能準確反映能量的消化率變異進而造成誤差[37]。

L.E.C.Chatepa[38]對25頭以紫花苜蓿和玉米青貯為日糧的奶牛胃腸道甲烷排放量實測值與7個甲烷排放模型的估算值相比較，研究結(jié)果表明，模型3的估算精度偏低，估算值(11 MJ·d-1)與實測值(29.1 MJ·d-1)相差很大，這與本試驗結(jié)果相似。本試驗中，模型3的RMSPE值高達49.7%，實測值與估算值的一元回歸線較1∶1標準線有明顯右偏移，說明該模型的估算誤差主要來自回歸方程的截距即整體偏差，且模型3的估算值明顯偏高(u= -0.431)。這種差別可能是在相同DMI條件下，J.Axelsson等[19]試驗中的奶牛胃腸道甲烷排放水平遠高于本試驗。

日糧纖維采食水平是影響奶牛胃腸道甲烷排放的重要因素[21，39]。研究表明，日糧中NDF和ADF含量與奶牛胃腸道甲烷排放有較高的相關(guān)性[40-41]。本研究對3個含NDFI和ADFI采食量模型(模型4、5和6)的估算精度進行評估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3個模型的估算精度都較低，但模型6的整體估算精度要高于模型4和5，這與J.L.Ellis等[20]的研究結(jié)果相一致。究其原因，與模型4和5相比，模型6增加了變量，整合了更為全面的日糧纖維成分信息，能更好地代表日糧纖維水平的變化。另外，模型6經(jīng)殘差分析驗證顯示，殘差與估算值回歸方程的截距與0比較，差異性接近于顯著水平，說明模型6的估算誤差主要來自整體偏差。因此，本試驗條件下，多變量模型6可能是通過增加變量信息來減少回歸斜率偏離所帶來的誤差，減少了單纖維變量模型(模型4和5)在該方面的缺陷。模型4、5和6沒有考慮到日糧碳水化合物瘤胃降解率和日糧成分的瘤胃流通速率等因子的影響，這極大影響其估算精度。

模型7是J.A.N.Mills等[21]根據(jù)英國和美國北部牧場的159頭奶牛胃腸道甲烷排放規(guī)律而建立，結(jié)果顯示該模型有較高的估算精度(RMSPE=6.4%)，模型的估算誤差主要來自于隨機效應(yīng)(ED=75%)。F.Hippenstiel等[42]以5種典型中歐日糧為基礎(chǔ)，利用9個甲烷排放模型估算荷斯坦奶牛胃腸道甲烷排放量，研究結(jié)果表明，模型7對于飼喂5種日糧的奶牛胃腸道甲烷排放估算值均低于各組實測值。另外，J.L.Ellis等[20]試驗發(fā)現(xiàn)，模型7的估算精度較低(RMSPE=43.3%，ECT=56%)。本試驗中，模型7估算精度亦很低，ECT>90%，殘差與估算值一次回歸線的斜率與0比較差異不顯著，截距與0比較差異顯著，說明模型估算誤差主要來自于整體偏差。粗飼料比例是模型7中的其中一個重要變量，本試驗使用的商品化普瑞納精飼料中含有較高的纖維比例(NDF>30%)。因此，稻草采食量不等于實際日糧粗飼料采食量，這是導致模型7整體偏差進而影響其估算精度的主要原因。

C.C.Palliser等[43]利用4個模型估算8頭采食多年生黑麥草放牧奶牛的胃腸道甲烷排放量，結(jié)果顯示，模型8的預測能力較低，在4個模型中，模型8的甲烷排放量估算值明顯低于實測值。這與本試驗結(jié)果相差較大，MSPE和CCC兩種分析結(jié)果一致顯示，模型8的估算精度最高。其原因可能是，本試驗以產(chǎn)奶量和體重為梯度來選擇試驗?zāi)膛?，該模型恰含有產(chǎn)奶量和體重兩個變量。模型8是否可以用來進行更大范圍的中國奶牛胃腸道甲烷排放量的預測，仍然需要更多試驗來證明。

4 結(jié) 論

本試驗估算精度最高的模型是模型8：CH4(g·d-1)= 10+4.9×日產(chǎn)奶量(kg·d-1)+1.5×BW0.75(kg)。關(guān)于奶牛胃腸道甲烷排放的估算和減排工作，有必要增加試驗動物數(shù)量，加強和擴充奶牛胃腸道甲烷排放數(shù)據(jù)，建立更加準確、可靠的甲烷排放模型估算方法。

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(編輯 郭云雁)

Evaluation of Accuracy of Models to Predict Enteric Methane Emissions in Dairy Cows

XIE Tian-yu1，2，WANG Min1*，WANG Rong1，4，YAN Zhi-cheng1，5， SHI Hui-yu2，GAO Min3*，TAN Zhi-liang1

(1.InstituteofSubtropicalAgriculture，theChineseAcademyofSciences，Changsha410128，China； 2.CollegeofAnimalScience，InnerMongoliaAgriculturalUniversity，Hohhot010018，China； 3.InstituteofAnimalNutritionandFeed，InnerMongoliaAcademyofAgriculturalandAnimalHusbandrySciences，Hohhot010031，China；4.CollegeofAnimalScienceandTechnology，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China；5.CollegeofHorticultureLandscape，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China)

This experiment was conducted to evaluate and compare the accuracy of 8 published models to predict the enteric methane emissions in dairy cows，and analyze the factors that could affect the accuracy of prediction.28 Chinese Holstein dairy cows were selected in the Wangcheng Bairuopu dairy farm，Hunan province，to determine the enteric methane emissions，body weight，milk production，feed intake and other nutrients intake(acid detergent fiber，neutral detergent fiber and gross energy) and etc.The difference between the predicted and observed values of enteric methane emissions from dairy cows was estimated and compared based on the mean squared prediction error(MSPE)and concordance correlation coefficient(CCC)methods，and the factors influencing the accuracy of predictions of 8 published models were analyzed.The results showed that the highest accuracy of prediction for model 8，medium accuracy of prediction for model 1，2，3 and 6，and the lowest accuracy of prediction for model 4，5 and 7.The errors influencing the accuracy of model 1 and 2 were mainly caused by deviation of regression slope from unity；the errors influencing the accuracy of model 3，6 and 7 were mainly caused by the overall bias；the errors influencing the accuracy of model 4 and 5 were caused by both deviation of regression slope from unity and overall bias.The predicting errors of model 1 and 2 were attributed to the difference of calculatedYmand IPCC defaultYm；the predicting errors of model 3 was due to that enteric methane emissions for the model 3 was higher than that in this study under the same DMI；the predicting errors of the model 4，5 and 6 were mainly caused for not considering the rumen feed digestion of carbohydrate，ruminal passage rate of dietary nutrient and etc；the predicting errors of model 7 was due to that rice straw intake couldn’t represent real dietary forage intake.Model 8 with 2 variables of milk yield(kg·d-1)and BW(kg)had the highest accurancy of prediction in this trial.Experiments are still needed to collect more data to develop accurate and reliable methods of models to predict enteric methane emissions in dairy cows.

model；accuracy of prediction；enteric methane emissions；dairy cows

10.11843/j.issn.0366-6964.2015.09.012

2014-10-16

國家自然科學基金(31472133)；中國科學院戰(zhàn)略性先導專項(XDA05020700)；國際原子能項目(16315)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(奶牛)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金(CARS-37)

謝天宇(1989-)，男，內(nèi)蒙古烏蘭浩特人，碩士生，主要從事反芻動物營養(yǎng)與調(diào)控研究，E-mail：xie8803262@163.com

*通信作者：王 敏，副研究員，E-mail：wing_mail@hotmail.com；高 民，研究員， E-mail：gmyh1588@126.com

S823.91；S815.4

A

0366-6964(2015)09-1574-10