寧夏地區(qū)不同生長階段奶牛產(chǎn)污系數(shù)的對比分析

張振偉，龐偉英，周玉香，張巧娥，閆 宏*

(1.寧夏中衛(wèi)山羊選育場，寧夏 中衛(wèi) 755006；2.寧夏賀蘭縣農(nóng)牧漁局，寧夏 銀川 752000；3.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

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寧夏地區(qū)不同生長階段奶牛產(chǎn)污系數(shù)的對比分析

張振偉1，龐偉英2，周玉香3，張巧娥3，閆 宏3*

(1.寧夏中衛(wèi)山羊選育場，寧夏 中衛(wèi) 755006；2.寧夏賀蘭縣農(nóng)牧漁局，寧夏 銀川 752000；3.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

選擇不同生長階段的中國荷斯坦奶牛作為試驗對象，采用全收糞尿法來研究不同生長階段奶牛各種污染物特性及產(chǎn)污系數(shù)。結(jié)果表明：不同生長階段奶牛體重與其采食量、糞尿產(chǎn)生量大致成二倍正相關(guān)關(guān)系；P、Cu、Zn元素都主要通過糞便排泄，其中Cu、Zn元素在尿液中含量甚微；單位體重糞或尿污染物產(chǎn)生量無論是從N、P還是Cu、Zn，成年泌乳奶牛對環(huán)境的貢獻(xiàn)率都要高于育成期奶牛。

生長階段；奶牛；產(chǎn)污系數(shù)

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，促進(jìn)了畜牧業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和集約程度的不斷提高，但由于規(guī)劃、管理和技術(shù)滯后等原因，導(dǎo)致有相當(dāng)一部分養(yǎng)殖廢棄物未得到充分地利用，而是作為污染物被排入到環(huán)境中[1-3]。存欄量800頭左右的奶牛養(yǎng)殖場每年糞產(chǎn)生量0.38×104t，尿產(chǎn)生量0.27×104t，如不及時地對這些廢棄物進(jìn)行處理勢必會對環(huán)境造成巨大的危害。因此，本文以N、P、Cu、Zn污染物產(chǎn)生量為研究對象，選擇不同生長階段的中國荷斯坦奶牛作為試驗對象，采用全收糞尿法來研究不同生長階段奶牛各種污染物特性及產(chǎn)污系數(shù)，以便為控制與治理奶牛場污染提供科學(xué)的理論依據(jù)與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與時間

試驗地點在寧夏銀川某奶牛養(yǎng)殖場內(nèi)。試驗分別在2011年10月和2012年1月、4月、7月分四季進(jìn)行，每個季節(jié)連續(xù)采樣5 d，保證3 d數(shù)據(jù)有效[4]。

1.2 試驗動物的選擇

每次試驗均選擇健康狀況良好、體重相似、出生日期相近的中國荷斯坦育成期奶牛(13～14月齡，體重322±15 kg)和胎次與產(chǎn)奶量相近的中國荷斯坦成年泌乳期奶牛(產(chǎn)奶量15～18 kg，體重700±25 kg) 各5頭作為試驗對象。

1.3 試驗動物的日糧組成與飼養(yǎng)管理

日糧配方按照不同生長階段奶牛的飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計與配制。具體日糧組成與營養(yǎng)水平詳見表1。

試驗牛采用拴系式舍飼飼養(yǎng)，飼料飼喂與防疫與奶牛場其他成年泌乳母牛同步進(jìn)行。試驗牛每日飼喂3次，自由飲水。試驗期間記錄每天每頭試驗牛的采食量與糞尿排放量。預(yù)試期7 d，正試期5 d。

1.4 樣品的采集與處理

試驗開始后，收集每天每頭試驗牛的全部糞尿，稱量，記錄，并算出每天每頭試驗牛的產(chǎn)尿量與產(chǎn)糞量。將尿液充分混勻后，采集尿液約200 mL，分為2份：其中一份尿液約100 mL，移至100 mL塑料廣口瓶中，不進(jìn)行任何處理，置于-20 ℃冷凍保存，用于尿液銅、鋅、總磷的測定；一份尿液約100 mL，倒入潔凈的塑料廣口瓶內(nèi)，加入1 mL 10%H2SO4和2滴甲苯，混合均勻后，置于-20 ℃冷凍保存，以備尿總氮的測定；將糞樣充分混勻后，采集糞樣約500 g，分為2份：其中一份糞樣約300 g，移至自封袋中，不進(jìn)行任何處理，置于-20 ℃冷凍保存，用于糞中銅、鋅、總磷的測定；一份糞樣約200 g放入自封袋中后，按100 g糞樣：20 mL 4.5 mol/L H2SO4進(jìn)行固氮，-20 ℃凍存用于糞總氮的測定。

每天在定時定量飼喂試驗牛之前打掃料槽，按規(guī)定量投放飼料，采食后收集剩余料，稱重，計算采食量。直接從試驗牛飼料中采樣，每天各采樣 3個，每個樣品采集 500 g，裝入自封袋中，置于-20 ℃冷凍保存，用于飼料主要成分指標(biāo)(全氮、全磷、銅、鋅)的測定[5-6]。

表1 育成期奶牛與成年泌乳奶牛日糧配方及營養(yǎng)水平

1.5 測定指標(biāo)與方法

準(zhǔn)確記錄每天每頭試驗牛的給料量與剩料量，計算采食量，即，采食量=給料量-剩料量。TP采用HClO4-H2SO4消煮鉬銻抗比色法測定；Cu、Zn采用HF-HNO3-HClO4-H2SO4消煮-原子吸收法測定；TN采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定[5-6]。

1.6 產(chǎn)污系數(shù)的計算[1,2,5]

產(chǎn)污系數(shù)計算公式：FPi,j=QFi×CFi,j+QUi×CUi,j

式中：FPi,j為奶牛第i生產(chǎn)階段第j種污染物的產(chǎn)污系數(shù)，單位為g/(頭·d)；

QFi為奶牛第i生產(chǎn)階段糞產(chǎn)量，單位為kg/(頭·d)；

CFi,j為奶牛第i生產(chǎn)階段糞便中含第j種污染物的含量，單位為mg/kg；

QUi為奶牛第i生產(chǎn)階段尿液產(chǎn)量，單位為L/(頭·d)；

CUi,j為為奶牛第i生產(chǎn)階段尿液中第j種污染物的含量，單位為mg/L。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所得數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與方差分析，測定結(jié)果以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差來表示[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 育成期和成乳期奶牛各個季節(jié)產(chǎn)污系數(shù)對比

由表2知，育成母牛階段的奶牛在四個季節(jié)中N、P、Cu、Zn各種污染物的產(chǎn)污系數(shù)均存在著顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)的差別。其中N產(chǎn)污系數(shù)以夏季最高，春季最低，兩季節(jié)之間差異顯著(P<0.05)；P產(chǎn)污系數(shù)以夏季最高，極顯著地高于其他各季節(jié)(P<0.01)；Cu產(chǎn)污系數(shù)以夏季最高，其次依次為春、秋和冬季，其中除春季與夏季、秋季與冬季間差異不顯著(P>0.05)外，其他各季節(jié)間差異均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。Zn產(chǎn)污系數(shù)以冬季最低，極顯著地低于其他各季節(jié)(P<0.01)；與春、夏和秋季比較，冬季Zn產(chǎn)污系數(shù)降低51.53%、46.56%和42.88%。

由表2知，成乳母牛階段的奶牛在一年四季中N、P、Cu、Zn各種污染物的產(chǎn)污系數(shù)均存在著顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)的差別。其中N產(chǎn)污系數(shù)以春季最高，夏季最低，兩季之間差異顯著(P<0.05)。P產(chǎn)污系數(shù)以夏季極顯著地高于春、冬季(P<0.01)，顯著地高于秋季(P<0.05)；Cu產(chǎn)污系數(shù)以春季最高，其次依次為秋、夏和冬季，其中夏季與冬季間差異顯著(P<0.05)，春、秋季與冬季間達(dá)到差異極顯著水平(P<0.01)。Zn產(chǎn)污系數(shù)以冬季最低，為2139.89 mg/d，極顯著地低于其他各季節(jié)(P<0.01)；與春、夏和秋季比較，冬季Zn產(chǎn)污系數(shù)降低54.11%、62.13%和57.42%。

表2 不同生長階段奶牛四季產(chǎn)污系數(shù)的比較

注：污染物主要成分為全氮(N)、全磷(P)、銅(Cu)、鋅(Zn)；同行數(shù)據(jù)肩注大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)；小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)，相同表示差異不顯著(P>0.05)，下表同。

Notes：The main components of the pollutants are total nitrogen (N), total phosphorus (P), copper (Cu), zinc (Zn); The same uppercase superscripts show significant difference (P<0.01); the different small letters indicate significant difference (P<0.05), the same show no significant difference (P>0.05).The same as in the following tables.

2.2 體重、采食量與糞尿產(chǎn)生量及污染物產(chǎn)生量的比較分析

平均體重為322±15kg育成期奶牛和平均體重為(700±25)kg成年泌乳奶牛在采食量與糞尿產(chǎn)生量及污染物產(chǎn)生量上比較，見表3。

采食量、糞尿產(chǎn)生量與奶牛體重相關(guān)。將各組數(shù)據(jù)以單位體重表示，則可發(fā)現(xiàn)隨著體重增加，成年泌乳奶牛相對于育成期奶牛采食量有所下降；但糞尿產(chǎn)生量卻相對增加，致使污染物單位體重產(chǎn)生量也相應(yīng)增加，成年乳牛的單位體重污染物產(chǎn)生量比育成牛高16.49%。這表明成年泌乳奶牛對環(huán)境的貢獻(xiàn)率要高于育成期奶牛[8]。

表3 采食量與糞尿產(chǎn)生量及污染物產(chǎn)生量的對比分析

2.3 采食營養(yǎng)物質(zhì)與產(chǎn)生污染物質(zhì)的比較分析

由于奶牛通過飼料攝入的總氮、總磷以及微量元素(如銅、鋅等)不能完全被動物體所吸收，伴隨著糞便與尿液排出體外，為了能夠更加明確地分析說明上述指標(biāo)情況，特對其進(jìn)行分別比較。

2.3.1 氮(N) 育成期奶牛和成年泌乳奶牛在采食N量、糞尿N量和總N量比較，詳見表4。由表4知，在全年試驗期內(nèi)，平均體重為(322±15)kg育成期奶牛和平均體重為(700±25)kg成年泌乳奶牛日采食N量平均分別為168.55 g/天·頭和379.01 g/天·頭，糞產(chǎn)生N量平均為83.40 g/天·頭和223.66 g/天·頭，尿產(chǎn)生N量平均為39.29 g/天·頭和92.13 g/天·頭。在日糧平均粗蛋白水平為12.7%情況下，育成期奶牛每日糞N、尿N產(chǎn)生量分別占日采食N量49.48%和 23.31%，即每日所采食N量僅有 27.21%被機(jī)體所利用，約為 45.86 g。在日糧平均粗蛋白水平為15.97%情況下，成年泌乳奶牛每日糞N、尿N產(chǎn)生量分別占日采食N量59.01%和 24.31%，即16.68%用于維持需要和泌乳、增重等。從單位體重N量方面進(jìn)行比較還可看出，成年泌乳奶牛單位體重日采食N量、糞N量、尿N量均高于育成期奶牛，即在單位體重下，成年泌乳奶牛對環(huán)境的貢獻(xiàn)率要高于育成期奶牛[9]。

2.3.2磷(P) 育成期奶牛和成年泌乳奶牛在采食P量、糞尿P量和總P量比較，詳見表4。

表4 采食營養(yǎng)物質(zhì)量、糞尿污染物量和總污染物量對比分析

注：“-”代表數(shù)值很小，可以忽略不計；同行數(shù)據(jù)肩注大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)；小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)，相同表示差異不顯著(P>0.05)。

Note: “-”represents negligible small values;values with different capital superscripts in the same column are extremely different(P<0.01)；while those with different lowercase superscripts are significantly different(P<0.05), those with same superscripts differ insignificantly(P>0.05)

從表4可以看出，磷元素主要通過糞便排泄，在尿液中含量甚少。平均體重為(322±15)kg育成期奶牛通過采食飼料攝入P量為155.42 g/d·頭，通過糞尿排泄P量為121.01 g/d·頭，約占日采食P量77.86%；平均體重為(700±25)kg成年泌乳奶牛P攝入為475.20 g/天·頭，通過糞尿排泄P量為301.14 g/天·頭，占日采食P量63.37%。由于P在土壤中的移動性較差，易累積，在堿性條件下又與碳酸鈣和碳酸鎂會發(fā)生反應(yīng)，故若將奶牛糞便直接作為磷肥，其有效性較低。

從單位體重P量方面進(jìn)行比較還可看出(見表4)，成年泌乳奶牛單位體重日采食P量、糞P量、尿P量均高于育成期奶牛，即在單位體重下，成年泌乳奶牛對環(huán)境的貢獻(xiàn)率要高于育成期奶牛。過多P會通過土壤淋洗進(jìn)入地表徑流，造成地表水污染及水源富氧化。

2.3.3 銅(Cu)和鋅(Zn) 育成期奶牛和成年泌乳奶牛在采食Cu量、糞尿Cu量和總Cu量比較，詳見表4；在采食Zn量、糞尿Zn量和總Zn量比較，詳見表4。由表4可知，Cu、Zn元素主要通過糞便排泄，在尿液中含量甚微。平均體重為(322±15)kg育成期奶牛和平均體重為(700±25)kg成年泌乳奶牛日采食Cu量84.90%和60.29%通過糞便排泄進(jìn)入環(huán)境，糞便Zn產(chǎn)生量分別占日采食Zn量92.01%和75.74%。在單位體重下，成年泌乳奶牛對環(huán)境的貢獻(xiàn)率要高于育成期奶牛。Cu、Zn在土壤中移動性很小，不易隨水淋濾，又不被微生物降解，易造成土壤板結(jié)，使土壤肥力下降。

3 討 論

不同生長階段奶牛體重與其采食量、糞尿產(chǎn)生量成正相關(guān)關(guān)系。隨著體重增加，成年泌乳奶牛相對于育成期奶牛單位體重采食量有所下降，但糞尿產(chǎn)生量卻相對增加，致使污染物單位體重產(chǎn)生量也相應(yīng)增加，這與程鵬[10]所得研究結(jié)果相吻合。

在日糧平均粗蛋白水平為12.7%情況下，育成期奶牛每日所采食N量僅有 27.21%被機(jī)體所利用；成年泌乳奶牛(日糧平均粗蛋白水平為15.97%)每日所采食N量僅16.68%用于維持需要和泌乳、增重等。P、Cu、Zn元素都主要通過糞便排泄，其中Cu、Zn元素在尿液中含量甚微，幾乎沒有。育成期奶牛糞便P、Cu、Zn產(chǎn)生量分別高達(dá)77.86%、84.90%、92.01%，而成年泌乳奶牛糞便污染物產(chǎn)生量分別為63.37%、60.29%、75.74%。單位體重糞或尿污染物產(chǎn)生量無論是從N、P還是Cu、Zn，成年泌乳奶牛對環(huán)境的貢獻(xiàn)率都要高于育成期奶牛。

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Comparative Analysis on Pollutant Producing Coefficients of Lactating Cows at Different Growth Stages in NingXia

ZHANG Zhen-wei1, PANG Wei-ying2, ZHOU Yu-xiang3, ZHANG Qiao-e3, YAN Hong3*

(1.NingxiaZhongweiGoatBreedingFarm,Zhongwei，Ningxia755006；2.AgriculturalandLivestockBureauofHelanCounty,Yinchuan，Ningxia750200；3.CollegeofAgriculture,NingxiaUniversity,Yinchuan，Ningxia750021)

Choosing Chinese Holstein cows at different growth stages as test objects, this paper studied the characteristics of pollutants and pollutant producing coefficients at different growth stages of cows with all sampling of feces. The results showed that the body weight of cows at different growth stages presented a double positive correlation with feed intake and manure output. P, Cu and Zn elements were excreted mainly through feces, among which the contents of Cu, Zn elements were limited or even zero in the urine. At the same time,milch cows had higher contribution to the environment than that in breeding period on N, P, or Cu, Zn either from unit weight feces or urine pollutants.

growth stage；dairy cow；pollutant producing coefficient

2014-01-15，

2014-10-10

張振偉(1981-)，男，河南商丘人，碩士，主要從事中衛(wèi)山羊的品種保護(hù)工作。E-mail:zhwe1016@163.com

*[通訊作者] 閆 宏(1957-)，女，山東青島人，教授，研究方向：反芻動物營養(yǎng)。E-mail:yh-ych@163.com

S811.6

A

1005-5228(2015)01-0050-05