奶牛養(yǎng)殖氮排放對(duì)環(huán)境的影響和減排措施

秦雯霄，白雪利，高騰云

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 牧醫(yī)工程學(xué)院，河南 鄭州 450002)

近幾年來，我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，養(yǎng)殖規(guī)模和集約化程度都逐步提高，在國民經(jīng)濟(jì)中的地位也明顯上升，提升了國民的生活水平。與此同時(shí)，奶牛養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展所產(chǎn)生的廢氣、糞污也給環(huán)境帶來了不小的壓力，其中氮對(duì)環(huán)境的影響已經(jīng)被公認(rèn)為是造成環(huán)境污染的重要原因之一。我國蛋白飼料資源相對(duì)匱乏，但在實(shí)際生產(chǎn)中，為提升奶牛生產(chǎn)潛能而大量應(yīng)用高蛋白飼料與反芻動(dòng)物對(duì)氮素資源偏低的利用率形成了強(qiáng)烈對(duì)比，造成了含氮飼料的嚴(yán)重浪費(fèi)、生產(chǎn)成本升高，還使大量含氮物質(zhì)不能被機(jī)體利用而排出體外，造成對(duì)環(huán)境的污染。這與我國建立長期可持續(xù)的畜牧業(yè)目標(biāo)是背道而馳的，需要引起各方面的關(guān)注。

1 氮排放對(duì)環(huán)境的影響

氮素對(duì)環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在對(duì)地下水體和空氣的污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日糧中的氮素只有20%左右被機(jī)體轉(zhuǎn)化所利用，其余的70%～80%會(huì)以尿氮和糞氮的形式排放到空氣和土壤中，再通過揮發(fā)、徑流、反硝化等方式對(duì)環(huán)境造成污染[1]。不同生產(chǎn)水平的奶牛對(duì)氮素的利用也有很大差別，李愛華對(duì)高產(chǎn)牛場、中產(chǎn)牛場和低產(chǎn)牛場的氮排放情況研究發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)奶牛糞氮的含量顯著高于低產(chǎn)奶牛(P<0.05)，氮表觀消化率也極顯著低于中產(chǎn)和低產(chǎn)奶牛(P<0.01)，即隨著生產(chǎn)水平的提高、氮飼喂量的增加，奶牛對(duì)氮的表觀消化率會(huì)降低，奶牛場向環(huán)境中排放的糞氮和尿氮也明顯增多[2]。我國目前奶牛存欄量約為1 500萬頭，若根據(jù)劉忠琛[3]報(bào)道的一個(gè)千頭奶牛場可日產(chǎn)糞尿50 t計(jì)算，每天由奶牛養(yǎng)殖排放的糞尿量約為7.5×108t，每年可向周圍環(huán)境排放幾百至幾千萬噸的氮。

奶牛很大一部分糞尿會(huì)直接排泄到運(yùn)動(dòng)場上，如果沒有得到很好并及時(shí)的清理，會(huì)對(duì)地下水體和環(huán)境造成很大的危害。朱宏鵠對(duì)典型奶牛運(yùn)動(dòng)場的氮淋溶現(xiàn)象和流失通量研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)場土壤中硝態(tài)氮有明顯的向下淋溶現(xiàn)象，并估測(cè)得徑流氮向水體輸出通量約為14.95 kg/hm2[4]。氮在地下水體中主要以硝酸鹽的形式存在，硝酸鹽對(duì)人體和家畜健康是無益的。硝酸鹽經(jīng)過還原作用在機(jī)體中可以轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，使血液的攜氧能力減弱，嚴(yán)重時(shí)可危及生命。硝酸鹽還與機(jī)體內(nèi)仲胺類物質(zhì)發(fā)生作用生成硝銨類，有極強(qiáng)的致癌和致畸性。氮素還可以使水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化，降低水體的含氧量，不利于水中動(dòng)植物的生存。同時(shí)尿氮的排泄還是奶牛場對(duì)大氣形成污染的主推手，主要是由于從尿液里揮發(fā)出了高于糞便5～6倍的氨[5]，會(huì)引起動(dòng)植物和人體的不適，對(duì)機(jī)體造成直接傷害，逐漸改變生態(tài)狀況。

2 減排措施

針對(duì)我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)氮素利用率普遍較低的現(xiàn)狀，國內(nèi)外生產(chǎn)和科研專家從減排機(jī)理到實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究和探索。

2.1 能氮平衡

微生物利用飼糧中的蛋白質(zhì)合成自身菌體蛋白時(shí)需要充足的能量和揮發(fā)性脂肪酸提供的碳架，兩者若不能同時(shí)滿足微生物的合成需求，蛋白質(zhì)的利用率就會(huì)降低，菌體蛋白合成量就會(huì)受到影響。因此根據(jù)能氮平衡原理科學(xué)合理地配制日糧可有效提高微生物的活性和對(duì)氮素的利用。當(dāng)日糧中瘤胃能氮值(rumen energy nitrogen balance,RENB)為負(fù)值時(shí)，可通過提高日糧中瘤胃非降解蛋白(rumen undegradable protein, RUP)比例或可發(fā)酵有機(jī)物的含量達(dá)到能氮均衡，減少氮素在瘤胃內(nèi)的損失[6]。

2.2 使用優(yōu)質(zhì)蛋白粗飼料

我國地域遼闊，物種資源豐富，粗飼料品種也是多種多樣，玉米秸稈、玉米青貯、羊草、苜蓿等是目前我國北方奶牛養(yǎng)殖業(yè)中主要的粗飼料。優(yōu)質(zhì)的粗飼料擁有較好的適口性、較高的可消化性、較優(yōu)的蛋白質(zhì)品質(zhì)，在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)提高奶牛氮素的利用有一定的作用。而低質(zhì)粗飼料的應(yīng)用會(huì)使奶牛潛在的生產(chǎn)性能受到抑制，瘤胃代謝不平衡，從而使其對(duì)日糧的利用率降低。夏科等研究比較了粗飼料組合對(duì)奶牛氮的利用情況，結(jié)果表明，玉米秸稈較苜蓿草會(huì)降低奶牛的攝入總氮、可消化氮和沉積氮，也會(huì)使更多的食入氮以糞氮的形式排出，即表明玉米秸稈的氮的消化率不如苜蓿草，玉米秸稈型日糧對(duì)于減少氮排放沒有有利的促進(jìn)作用。并且發(fā)現(xiàn)羊草與玉米秸稈、苜蓿草之間存在有正組合效應(yīng)，建議在玉米秸稈資源豐富的地區(qū)采用與羊草組合的飼喂方法來提高飼料的利用率[7]。Danes等[8]發(fā)現(xiàn)當(dāng)以象草為粗飼料時(shí)，精飼料的蛋白水平為8.7%、日糧蛋白水平為15.3%～15.7%即可滿足產(chǎn)奶量為20 kg的泌乳牛蛋白質(zhì)需要，且此時(shí)氮利用率可以達(dá)到18.4%。

2.3 適宜的蛋白質(zhì)水平

日糧的粗蛋白水平和攝入量是奶牛對(duì)蛋白質(zhì)供給最簡單和最直接的體現(xiàn)。過高的日糧蛋白水平可以提高乳和乳品質(zhì)，但是氮素的利用率較低，提高了飼料成本和增加了糞氮、尿氮的排放量[8]。過低的日糧蛋白質(zhì)水平雖然可以提高乳氮利用率和減少糞氮、尿氮的排出量，但是可能會(huì)對(duì)生產(chǎn)性能有不利影響[9]。Broderick研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)日糧粗蛋白水平從15.1%提高到18.4%時(shí)，尿氮占攝入氮的比例也隨之增加[10]。Danes等[8]研究得出，乳中尿素氮含量與精料蛋白水平呈正相關(guān)關(guān)系，即氮素的利用率隨蛋白水平提高而降低。王星凌等[9]研究蛋白質(zhì)水平對(duì)奶牛氮利用的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，氮排出量隨日糧蛋白水平提高而增加，當(dāng)飼糧中粗蛋白水平為12.56%時(shí)可以得到最低的糞氮和尿氮排出量，15.53%時(shí)尿氮排出量不再上升，糞氮只在16.93%蛋白水平時(shí)出現(xiàn)明顯增加(P<0.05)。同時(shí)證實(shí)了乳氮效率(乳氮/攝入氮)并未隨蛋白水平提高而升高，日糧水平為13.96%時(shí)乳氮效率明顯高于其他高蛋白水平組(P<0.05或P<0.01)，可以滿足產(chǎn)奶量28 kg的中國荷斯坦奶牛對(duì)氮素的需求。張峰等[10]研究發(fā)現(xiàn)蛋白水平從20.7%降至15.5%會(huì)顯著影響奶牛氮的攝入量，并且氮利用率有升高趨勢(shì)，并且提出對(duì)于產(chǎn)奶量在20 kg水平的泌乳奶牛來說，15.5%的蛋白水平即可滿足其營養(yǎng)水平，而且還可以使糞氮的排出量減少約17.8%。

2.4 平衡的氨基酸搭配

反芻動(dòng)物的蛋白質(zhì)營養(yǎng)很大程度上就是氨基酸的營養(yǎng)。平衡的氨基酸是機(jī)體健康所必需的，對(duì)于提升產(chǎn)奶量、增強(qiáng)飼料氮轉(zhuǎn)化效率方面有很大程度的影響。以玉米為基礎(chǔ)日糧的產(chǎn)奶牛的限制性必需氨基酸主要是賴氨酸和蛋氨酸。豆粕被認(rèn)為是僅次于微生物蛋白的優(yōu)秀蛋白質(zhì)飼料，氨基酸組成平衡，對(duì)機(jī)體利用氮素合成乳蛋白有很大的促進(jìn)作用。平衡的氨基酸模式，可提高食入氮轉(zhuǎn)化為乳蛋白的比例，還可以降低糞氮和尿氮的排泄量，提高氮素利用率。孫健全等[12]在研究不同日糧蛋白質(zhì)和賴氨酸含量對(duì)奶牛產(chǎn)奶性能、氮利用和血液代謝激素的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，賴氨酸含量相同時(shí)，日糧粗蛋白含量為14.1%或12.6%，奶牛產(chǎn)奶性能不受影響，乳氮產(chǎn)量增加，氮利用率提高；當(dāng)奶牛日糧賴氨酸含量從0.60%降到0.45%，盡管蛋白質(zhì)含量相同，但奶牛產(chǎn)奶量下降，乳蛋白略呈下降趨勢(shì)，乳氮產(chǎn)量降低，氮利用率降低。

2.5 過瘤胃技術(shù)的應(yīng)用

將部分蛋白質(zhì)和氨基酸經(jīng)過包被處理可以使其在瘤胃發(fā)酵中免受降解，以滿足小腸消化和吸收的營養(yǎng)需要。不同的蛋白質(zhì)降解率影響著糞尿之間的氮素分配，Wang等[13]發(fā)現(xiàn)降低RDP/RUP(瘤胃可降解蛋白/瘤胃非降解蛋白)可以減少糞氮和尿氮的排出量，而且生產(chǎn)性能不受影響。Chen等[14]發(fā)現(xiàn)日糧中添加瘤胃保護(hù)蛋氨酸，可以提高表觀氮效率(乳氮/吸收氮)和奶牛能量校正乳產(chǎn)量，并且可以降低低蛋白日糧對(duì)奶牛采食量和生產(chǎn)性能的影響。代謝蛋白質(zhì)較日糧粗蛋白水平更真實(shí)地體現(xiàn)了奶牛對(duì)蛋白質(zhì)的需要，若代謝蛋白水平較低，且不能及時(shí)補(bǔ)充過瘤胃蛋氨酸時(shí)，會(huì)使乳蛋白量減少[15]。

2.6 生物肽的應(yīng)用

肽與游離氨基酸不同，是氨基酸經(jīng)肽鍵鏈接而形成的具有生物活性的化合物。很多研究發(fā)現(xiàn)肽在機(jī)體氨基酸利用方面和對(duì)瘤胃微生物活性調(diào)節(jié)都具有顯著優(yōu)于游離氨基酸的優(yōu)勢(shì)。閔育娜等[16]報(bào)道提高小肽與游離氨基酸的比例，精氨酸對(duì)機(jī)體吸收賴氨酸的影響將會(huì)減弱，使日糧的氨基酸均衡性能更好的體現(xiàn)出來，促進(jìn)機(jī)體代謝，提高對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)和氮素的利用率。而且微生物利用肽合成自身蛋白的效率要高于氨基酸，肽是影響瘤胃微生物生長速率、利用氮作為氮源合成菌體蛋白的關(guān)鍵因子，所以生物肽在生產(chǎn)中的應(yīng)用具有提高動(dòng)物機(jī)體對(duì)日糧氮利用的潛力[17]。日糧中添加富含限制性必需氨基酸發(fā)酵肽可以提高產(chǎn)奶量11.0%～13.7%，可以有效改善乳品質(zhì)[18]。

2.7 新型制劑的應(yīng)用

益生菌常常被用來改善機(jī)體對(duì)飼料的利用率和提高抗病能力。有研究發(fā)現(xiàn)奶牛在泌乳期飼喂復(fù)合益生菌(雙歧桿菌、枯草芽孢桿菌、嗜酸乳桿菌、納豆芽孢桿菌)可顯著提高產(chǎn)奶量和有效改善乳品質(zhì)[19]。酵母也是益生菌大家族的一員，因其較高的粗蛋白含量和豐富的維生素，通過改善腸胃環(huán)境和菌群結(jié)構(gòu)提高機(jī)體對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化率，使得其在實(shí)際生產(chǎn)中越來越受到青睞。酵母所含蛋白為瘤胃慢速降解蛋白，在瘤胃發(fā)酵過程中，可以相對(duì)緩慢地釋放其中的氮素，為機(jī)體提供更多的過瘤胃蛋白，從而實(shí)現(xiàn)較高的氮素吸收率和利用率[20]。酵母糖蜜是生產(chǎn)酵母的副產(chǎn)品，其干物質(zhì)含量高，并且有豐富的蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)，可以提高瘤胃微生物的活性和合成速率，日糧中添加1.5 kg酵母糖蜜可使尿素的排泄量從161 g/d降到143 g/d，氮素利用率提高到了11.8%，與空白對(duì)照組相比提高了近36%[21]。李凌巖在日糧中添加1.2%的酵母蛋白部分替代豆粕發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)組的氮利用率和沉積氮率都顯著提高(P<0.05)，尿氮的排出量也有所減少[22]。

3 結(jié) 語

氮素作為奶牛養(yǎng)殖業(yè)的“核心元素”，其生產(chǎn)和利用價(jià)值越來越受到各界的關(guān)注。有效的調(diào)控措施不僅可以提高奶牛的正常代謝水平和發(fā)揮最有生產(chǎn)潛能，也可以提高對(duì)飼料資源的科學(xué)利用水平，節(jié)約飼料資源，減輕氮素對(duì)環(huán)境造成的污染。

參考文獻(xiàn)：

[1] Tamminga S. Nutrition management of dairy cows as a contribution to pollution control[J].Journal of Dairy Science,1992,75(1):345-357.

[2] 李愛華,何立榮,辛國省,等.不同產(chǎn)奶量奶牛氮排泄對(duì)環(huán)境的影響[J].畜牧與獸醫(yī),2012,44(12):44-46.

[3] 劉忠琛, 紀(jì)偉旭. 環(huán)境污染與生態(tài)飼料的配制及營養(yǎng)調(diào)控[J].江西飼料,2003,3:1-4.

[4] 朱宏鵠,常志州,葉小梅.太湖地區(qū)奶牛運(yùn)動(dòng)場氮、磷淋溶及流失通量[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2010,26(4):750-754.

[5] Lockyer D R,Whitehead D C.Volatilization of ammonia from cattle urine applied to grassland[J].Soil Biology and Biochemistry,1990,22(8):1 137-1 142.

[6] 蘇華維,楊再俊,曹志軍,等.利用瘤胃能氮平衡原理評(píng)價(jià)奶牛全混合日糧的能氮平衡[J].中國畜牧雜志,2011,47(9):45-49.

[7] 夏科,王志博,郗偉斌,等.粗飼料組合對(duì)奶牛飼糧養(yǎng)分消化率、能量和氮的利用的影響[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào),2012,24(4):681-688.

[8] Danes M A C,Chagas L J,Pedroso A M,et al.Effect of protein supplementation on milk production and metabolism of dairy cows grazing tropical grass[J].Journal of Dairy Science,2013,96(1):407-419.

[9] 王星凌,劉春林,趙紅波,等.飼糧粗蛋白質(zhì)水平對(duì)中國荷斯坦奶牛產(chǎn)奶性能、氮利用及血液激素的影響[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào),2012,24(4):669-680.

[10] Broderick G A.effects of varying dietary protein and energy levels on the production of lactating dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2003,86(4):1 370-1 381.

[11] 張 峰,邱 偉,劉小靜,等.日糧蛋白水平對(duì)奶牛生產(chǎn)性能及氮表觀消化率的影響[J].飼料研究,2012,7:51-53.

[12] 孫建全,趙紅波,劉春林,等.改變?nèi)占Z蛋白質(zhì)和賴氨酸含量對(duì)奶牛產(chǎn)奶性能和氮利用及代謝激素的影響[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,34(2):124-128.

[13] Wang C,Liu J X,Zhai S W,et al.Effects of rumen-degradable-protein to rumen-undegradable-protein ratio on nitrogen conversion of lactating dairy cows[J].Acta Agriculturae Scandinavica Section A,2008,58:100-103.

[14] Chen Z H,Broderick G A,Luchini N D,et al.Effect of feeding different sources of rumen-protected methionine on milk production and N-utilization in lactating dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2011,94(4):1 978-1 988.

[15] Lee C, Hristov A N, Hyler K S,et al.Effects of metabolizable protein supply and amino acid supplementation on nitrogen utilization, milk production, and ammonia emissions from manure in dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2012,95(9):5 253-5 268.

[16] 閔育娜,劉虎,陸元東.生物活性肽的生理作用及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].動(dòng)物醫(yī)學(xué)進(jìn)展,2003,24(6):64-66.

[17] 孫振權(quán),王治國,王傳蓉.生物活性肽在奶牛營養(yǎng)中的研究進(jìn)展[J].中國奶牛,2011,5:53-55.

[18] 潘洪寶,高學(xué)軍,李慶章,等.日糧中富含限制性必需氨基酸發(fā)酵肽對(duì)奶牛產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)的影響[J].乳業(yè)科學(xué)與技術(shù),2011,34(5):234-236.

[19] 張志軍,劉敏,馬光輝,等.日糧中添加復(fù)合益生菌對(duì)奶牛生產(chǎn)性能的影響[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,49(4):760-764.

[20] 李金霞,孫海洲,趙存發(fā),等.過瘤胃保護(hù)性精氨酸穩(wěn)定性檢驗(yàn)研究[J].畜牧與飼料科學(xué),2011,2:72-73.

[21] 吳宗進(jìn),呂超,李勝利,等.酵母糖蜜對(duì)奶牛生產(chǎn)性能的影響[J].黑龍江畜牧獸醫(yī),2013,1:70-73.

[22] 李凌巖.酵母蛋白飼喂泌乳奶牛試驗(yàn)報(bào)告[J].中國奶牛,2011,10:24-28.