本發明屬于奶牛性能測定和奶牛溫室氣體排放監測領域，具體涉及奶牛口鼻甲烷排放量的快速批量檢測方法與應用。

背景技術：

1、甲烷是一種重要的溫室氣體，甲烷的半衰期相對較短，在大氣中的停留時間只有約12年，遠低于二氧化碳，減排甲烷是短期內迅速緩解氣候變化的重要途徑。

2、據統計，奶牛排放的甲烷總量約占全球畜牧業甲烷排放總量的19％，僅次于肉牛的53％。值得注意的是，奶牛代謝產生的甲烷不僅會加劇全球大氣中溫室氣體的積累，還會導致奶牛總能量攝入損失5％～14％，造成飼料浪費。

3、盡管當前測量奶牛個體甲烷排放量的方法技術已有很多，如呼吸室(respiratorychamber，rc)、呼吸頭箱或面罩、六氟化硫(sf6)氣體示蹤法、嗅探器、greenfeed監測(greenfeed?emission?monitoring，gem)系統以及便攜式激光甲烷檢測器(laser?methanedetector，lmd)等，但基本都有成本高、效率低的局限性，難以快速便捷獲得大批量奶牛個體的甲烷排放數據用于選育等目的。使用奶牛的性狀指標組合去快速大批量地預測奶牛的甲烷排放水平是一種可行的替代方法，但當前學界開發的大多數模型主要是基于干物質采食量(dry?matter?intake，dmi)、總能攝入量(gross?energy?intake，gei)和日糧中膳食纖維組成比例等預測因子進行預測的，而商業牧場收集這些指標同樣困難且昂貴，這類預測模型的大規模可用性仍是有限的。因此，使用低成本和常規記錄的性狀作為預測變量可能是一個更實用的選擇。

4、當物質吸收2.5μm-25μm之間的紅外光時，分子中的化學鍵或官能團會發生特定的振動或轉動，從而產生特征性的吸收峰。中紅外光譜(mid?infrared?spectroscopy，mirs)分析技術可以利用中紅外光與物質相互作用的特性來分析確定物質的結構和組成，進而得到樣品中豐富的化學成分信息，具有具有高靈敏度、高通量、簡單無損等特點。奶牛牛奶的mirs可以從奶牛常規dhi測定中大批量低成本高效獲得，而通過牛奶mirs進行預測分析的技術已常規化用于牛奶中成分的定量或定性，近年來更逐漸用于預測奶牛的健康疾病、生理狀況等表型信息。

5、在過去十幾年中,國外研究人員一直在對基于牛奶的中紅外光譜信息預測奶牛甲烷排放的可行性進行探究，已確認基于牛奶的中紅外光譜預測奶牛的甲烷排放量是可行的，具有很強的生物學合理性和中等的預測精度。盡管目前國際上已建立了通過牛奶的中紅外光譜預測奶牛甲烷排放的模型，但這些模型的精度不高，仍有許多提升空間，且這些模型建立時對波段的選擇局限于常規牛奶成分分析使用的波段，對牛奶mirs的近紅外區域和水吸收區域多有忽略。

6、學界通常采用甲烷產量mep(methane?production，g/d)、甲烷密度mey(methaneyield，g/kg?dmi)或甲烷量mei(methane?intensity，g/kg?fat?protein?correctionmilk)指標來衡量奶牛的甲烷排放水平，但考慮到養殖奶牛主要是為了獲得其生產的牛奶，評估奶牛個體甲烷排放水平時還應結合產奶量等指標來看，mei可能要比mep和mey更適合評估奶牛的甲烷排放水平。因此，本發明選擇建立基于牛奶的中紅外光譜的奶牛甲烷排放量mei快速批量檢測技術，突破技術瓶頸，為中國奶業低碳、健康、可持續發展提供技術支撐。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供了奶牛口鼻甲烷排放量的快速批量檢測方法，方法簡單，快速，與真實值相比，準確率高。

2、本發明的另一個目的在于提供了奶牛口鼻甲烷排放量的快速批量檢測方法的應用。

3、為了達到上述目的，本發明采取以下技術措施：

4、奶牛口鼻甲烷排放量的快速批量檢測方法，包括下述步驟：

5、1.采集牛奶樣本中的紅外光譜中特征波段為：933.64cm-1-991.51cm-1、1315.58cm-1-1651.22cm-1、1697.52cm-1-1917.43cm-1、2195.20cm-1-2426.68cm-1、2430.54cm-1-2658.16cm-1、2662.02cm-1-3001.52cm-1、3101.83cm-1-3433.62cm-1、3572.51cm-1-3634.24cm-1、3842.57cm-1-3993.03cm-1、4371.11cm-1-4398.12cm-1、4421.27cm-1-4591.02cm-1、4795.49cm-1-4907.38cm-1中的mir數據；

6、2.將測定所得到的mir數據代入構建的一階導數+趨勢校正+偏最小二乘回歸的模型中，即可輸出奶牛口鼻甲烷排放量的預測結果；

7、所述的趨勢校正的方法是最小二乘法擬合；

8、所述的偏最小二乘回歸的主成分為10。

9、以上所述的方法，優選的，所述的波段每一段前后允許有兩個波點的差距。

10、以上所述的方法，優選的，所述的牛奶為中國荷斯坦奶牛產的牛奶。

11、奶牛口鼻甲烷排放量的快速批量檢測方法在奶牛性能測定中的應用。

12、與現有技術相比，本發明優點在于：

13、1.在特征波段的選擇方面，打破了常用的使用算法篩選特征波段的方法，而是使用人工手動選擇+多次遍歷的方法，尤其證實了加入部分常規牛奶成分分析建模時舍去的水吸收區域和近紅外區域可以提升模型的性能，最終選取了適配中國荷斯坦奶牛口鼻甲烷排放量的特征波段。

14、2.篩選出用于建立預測奶牛口鼻甲烷排放量的最優模型對應的預處理與算法組合，確定了最優參數，提高了模型的準確性。

15、3.實現了奶牛口鼻甲烷排放量的快速、準確、低成本、高通量的監測，獲得奶牛的牛奶mirs和乳成分信息僅需10-15秒，隨后導入模型后可直接獲得奶牛的甲烷排放量，大大提高了監測效率，具有較強的實用性，可廣泛應用于奶牛性能測定和奶牛溫室氣體排放監測。

技術特征：

1.奶牛口鼻甲烷排放量的快速批量檢測方法，包括下述步驟：

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的波段每一段前后允許有兩個波點的差距。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的方法中的牛奶為中國荷斯坦奶牛產的牛奶。

4.權利要求1所述的奶牛口鼻甲烷排放量的快速批量檢測方法在奶牛性能測定中的應用。

技術總結
本發明屬于奶牛性能測定和奶牛溫室氣體排放監測領域，具體公開了奶牛口鼻甲烷排放量的快速批量檢測方法與應用。申請人使用人工手動選擇+多次遍歷的方法，加入部分常規牛奶成分分析建模時舍去的水吸收區域和近紅外區域，提升了模型的性能，最終選取了適配荷斯坦奶牛甲烷排放量的特征波段。同時申請人篩選出用于建立預測奶牛甲烷排放量的最優模型對應的預處理與算法組合，確定了最優參數，提高了模型的準確性。

技術研發人員：張淑君,楊國昌,丁磊,褚楚,羅雪路,劉銳,江漢,余青梅
受保護的技術使用者：華中農業大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28