近日，我校奶牛营养学北京市重点实验室蒋林树教授团队围绕反刍动物绿色低碳养殖与营养调控，在反刍动物甲烷减排和氮素高效利用领域在国际期刊《BiotechnologyAdvances》（影响因子14.1）与《Journalof Agriculture and Food Research》（影响因子7.2）发表系列综述，系统梳理了相关研究进展、关键技术与未来发展方向。两篇综述分别聚焦人工智能（AI）赋能瘤胃微生物工程，以及植物源副产物活性成分调控氮代谢和环境氮损失，为反刍动物碳氮协同减排提供了新的研究思路。

甲烷是反刍动物养殖温室气体排放的重要来源。团队在《BiotechnologyAdvances》发表的综述“AI-enabled rumen microbiome engineering for methane mitigation in ruminants”（赵玉超副教授为第一作者，蒋林树教授为通讯作者），提出应将瘤胃甲烷生成理解为由饲料降解、微生物互作、氢及其他还原当量流动共同驱动的多尺度生态过程。甲烷生成并非孤立的单一反应，氢气、甲酸、二氧化碳及甲基化合物等底物在产甲烷途径与丙酸生成、还原性乙酸生成、硝酸盐还原等竞争性电子汇之间分配，影响瘤胃发酵格局和甲烷释放。

图1 瘤胃甲烷生成的多尺度工程系统及AI可干预环节

综述进一步指出，单纯降低产甲烷菌丰度或抑制某一代谢环节，并不必然带来稳定、可持续的减排效果。未来需要整合宏基因组、宏转录组、代谢组、发酵参数、动物表型和甲烷测定等多源数据，借助AI开展甲烷表型预测、关键微生物功能识别和干预靶点筛选。在此基础上，研究可进一步进入“设计—构建—测试—学习”（DBTL）循环，探索直接抑制产甲烷、调节氢流向、构建功能菌群及生态调控等策略。团队强调，任何候选方案都应在动物水平综合评价甲烷减排效果、采食量、纤维消化、生产性能、动物健康、安全性、持续性及应用成本，避免以牺牲生产效率换取表观减排。

图2 AI赋能瘤胃微生物工程的“设计—构建—测试—学习”框架

氮素利用效率偏低则是反刍动物养殖面临的另一项重要环境挑战。团队在Journal of Agriculture and Food Research发表的综述“Valorizing phytogenic byproducts to reduce ruminant nitrogen footprint: From rumen to soil”（硕士研究生陈玉龙为第一作者，赵玉超副教授与蒋林树教授为共同通讯作者），从瘤胃氮代谢延伸至粪尿排泄和土壤环境过程，系统讨论植物源副产物及其活性成分降低氮足迹的潜力。单宁、皂苷、精油类成分、生物碱及桃叶珊瑚苷等植物源活性物质，可能通过影响饲料蛋白降解、微生物氮同化、瘤胃氨利用及尿素循环等环节，调节氮在动物体内的分配。

图3 反刍动物氮素利用、尿素循环与氮排泄过程

综述特别强调，评价氮减排不能只关注单一指标。瘤胃氨态氮浓度下降，并不必然意味着微生物蛋白合成增加或整体氮利用效率提高；尿氮向粪氮转移，也不等同于氮在动物体内沉积增加，更不能直接推断田间氨或氧化亚氮排放同步下降。因此，需要建立贯穿饲料摄入、瘤胃发酵、血液与乳中氮指标、粪尿氮平衡以及排泄后气体排放的综合评价体系，将动物生产表现与粪污贮存、施用及土壤氮转化过程联系起来。

图4 反刍动物氮排泄后氨和氧化亚氮排放的形成途径及环境调控因素

两篇综述从瘤胃微生物碳流与电子流调控、植物源活性物质氮代谢调节两个维度，呈现了反刍动物碳氮减排研究由单一指标观察向多组学解析、机制验证和全链条评价发展的趋势。相关研究也为农副产物高值化利用提供了方向：通过识别有效活性成分、明确作用剂量和适用条件，并结合精准营养与数字化监测，有望在保障动物健康和生产性能的前提下，提高饲料氮利用效率、降低甲烷排放及粪污环境负荷。这为奶牛养殖业实现营养效率提升与环境影响降低协同推进，提供了重要的理论参考和技术启示。

未来，团队将继续围绕天然植物活性物质资源开发、瘤胃微生物功能调控、碳氮代谢机制及精准营养技术开展研究，推动营养调控、动物健康与环境减排协同发展，为我国奶牛产业绿色、高效和可持续发展提供科技支撑。