基于飼草配方優(yōu)化的肉牛養(yǎng)殖系統(tǒng)鎘平衡分析

謝運(yùn)河，紀(jì)雄輝，吳家梅，田發(fā)祥，官 迪，朱 堅(jiān)

(1.湖南省土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 長(zhǎng)沙 410125;2.中南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙 410125; 3.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長(zhǎng)沙 410125)

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基于飼草配方優(yōu)化的肉牛養(yǎng)殖系統(tǒng)鎘平衡分析

謝運(yùn)河1,2,3，紀(jì)雄輝1,2,3，吳家梅1,3，田發(fā)祥1,3，官 迪1,3，朱 堅(jiān)1,2,3

(1.湖南省土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 長(zhǎng)沙 410125;2.中南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙 410125; 3.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長(zhǎng)沙 410125)

采用線性規(guī)劃求解方法，通過評(píng)價(jià)飼草干物質(zhì)含量、粗蛋白含量、綜合凈能、肉牛能量單位及肉牛營(yíng)養(yǎng)需求等指標(biāo)，對(duì)春、夏、秋、冬飼草進(jìn)行配方優(yōu)化。結(jié)果表明，春季飼草優(yōu)化配方為燕麥(Avenasativa)、稻草、黑麥草(Loliumperenne)和玉米(Zeamays)，其干物質(zhì)比重分別為47.26%、36.55%、13.45%和2.74%；夏季為桂牧一號(hào)(Pennisetumpurpureumcv. Guimu No. 1)、玉米和稻草，其干物質(zhì)比重分別為91.25%、8.49%和0.26%；秋季為桂牧一號(hào)、玉米和紅薯，其干物質(zhì)比重分別為89.30%、9.01%和1.70%；冬季為燕麥、稻草、紅薯(Dioscoreaesculenta)、黑麥草和玉米，其干物質(zhì)比重分別為50.26%、25.59%、17.49%、5.61%和1.04%。同步監(jiān)測(cè)肉牛養(yǎng)殖系統(tǒng)飼草、飲用水、牛糞尿以及牛肉中的鎘(Cd)含量，計(jì)算肉牛養(yǎng)殖系統(tǒng)Cd輸入輸出動(dòng)態(tài)可知，單頭肉牛Cd年輸入量為753.70 mg，年輸出量為747.02 mg，系統(tǒng)Cd的輸入與輸出基本持平。Cd輸入中，飲用水及飼料添加劑對(duì)Cd年度總輸入的貢獻(xiàn)率僅分別為0.05%和4.56%，而飼草的貢獻(xiàn)率高達(dá)95.39%；Cd輸出中，牛肉和牛尿?qū)d年度總輸出的貢獻(xiàn)率僅分別為0.46%和0.06%，而牛糞的貢獻(xiàn)率高達(dá)99.48%。可見，控制飼草Cd含量和調(diào)控牛糞Cd輸出分別是減少Cd進(jìn)入養(yǎng)殖系統(tǒng)和增加養(yǎng)殖系統(tǒng)Cd輸出的最主要途徑，而因牛的糞尿流出肉牛種養(yǎng)系統(tǒng)，每頭每年帶出的Cd為226.55 mg，占Cd年輸出量的30.33%。利用清潔地域建立“飼草-肉牛-牛糞-飼草”種養(yǎng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)飼草自給、廢棄物安全消納的同時(shí)，確保飼草和肉牛質(zhì)量安全，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)在低Cd環(huán)境下循環(huán)運(yùn)行。

肉牛；鎘；飼草；配方優(yōu)化；循環(huán)農(nóng)業(yè)；質(zhì)量安全

隨著人們生活水平的提高和膳食結(jié)構(gòu)的改變，人們對(duì)牛肉的需求量越來越大，對(duì)牛肉質(zhì)量的要求也越來越高，牛肉的營(yíng)養(yǎng)與安全越來越受到人們的關(guān)注。肉牛日糧營(yíng)養(yǎng)作為肉牛供應(yīng)鏈的首要環(huán)節(jié)，如何確保營(yíng)養(yǎng)供給的安全有效顯得格外重要。日糧中的能量、蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)是肉牛日糧營(yíng)養(yǎng)中不可或缺的，同時(shí)也是調(diào)控肉質(zhì)的基礎(chǔ)。在配制日糧時(shí)，只有滿足肉牛這幾方面的營(yíng)養(yǎng)需要，才能保證牛肉在感官、營(yíng)養(yǎng)、衛(wèi)生安全和加工等諸多方面取得最佳特性，進(jìn)而生產(chǎn)出安全、優(yōu)質(zhì)的牛肉。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)表明，畜牧業(yè)的迅速發(fā)展是以挖掘牧草和其它綠色飼料的潛力并突出發(fā)展草食畜禽生產(chǎn)為前提的，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家其畜產(chǎn)品的65%～70%是由牧草轉(zhuǎn)換而來，而中國(guó)僅為8%[1]。發(fā)展中國(guó)家用80%的耕地種糧食，意在追求糧食的高產(chǎn)量；而發(fā)達(dá)國(guó)家用40%～60%的耕地種草，15%左右的耕地種飼料谷物，其余的耕地種糧食，目的是提高農(nóng)田的綜合效益[1]。因此，走出“糧草爭(zhēng)地”的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，通過調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)行糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物以及優(yōu)良牧草產(chǎn)業(yè)的共同發(fā)展，推行草田輪作或混作制度，促進(jìn)畜牧業(yè)與農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)國(guó)家的食物安全、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化都起著至關(guān)重要的作用[2]。但由于我國(guó)養(yǎng)殖戶的飼養(yǎng)技術(shù)參差不齊，大多數(shù)養(yǎng)殖戶或部分規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)精飼料配方不合理，精粗搭配不科學(xué)，不僅生產(chǎn)效率低，而且造成資源浪費(fèi)。因此，通過開發(fā)利用飼料資源，降低肉牛養(yǎng)殖成本[3]，設(shè)計(jì)飼料的合理配比，發(fā)揮肉牛最佳的生產(chǎn)性能，是優(yōu)質(zhì)高效肉牛養(yǎng)殖的可行途徑。本研究采用線性規(guī)劃求解方法對(duì)肉牛飼草配方進(jìn)行優(yōu)化，最大程度實(shí)現(xiàn)飼草本地化，降低肉牛飼養(yǎng)成本；同時(shí)，通過牛糞尿還田種植飼草，以強(qiáng)化基地種養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)的循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)飼草優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)與肉牛養(yǎng)殖廢棄物安全消納。

近年來，由于社會(huì)上不時(shí)爆發(fā)食品安全事件，尤其是食品的重金屬污染對(duì)人們的身心健康產(chǎn)生著極大的威脅。其中，鎘(Cd)是可通過食物鏈逐漸富集并對(duì)泌尿系統(tǒng)造成損害的一種重金屬，為世界衛(wèi)生組織(WHO)列為第6位危害人體健康的有毒物質(zhì)。且隨著人們對(duì)畜禽產(chǎn)品質(zhì)量安全關(guān)注度的提高，人們對(duì)畜禽飼料質(zhì)量安全的關(guān)注度也日益增加，而飼草生產(chǎn)是禽畜產(chǎn)品生產(chǎn)的源頭，因此，飼草質(zhì)量安全也就是禽畜產(chǎn)品質(zhì)量安全的第一道關(guān)口。加強(qiáng)飼草質(zhì)量安全管理工作，是新世紀(jì)新階段加快發(fā)展優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效、生態(tài)、安全的飼草生產(chǎn)，推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的重要舉措。畜禽飼料Cd超標(biāo)及其危害已有大量報(bào)道[4-6]，Cd超標(biāo)既影響了飼草的生長(zhǎng)，也會(huì)對(duì)畜禽產(chǎn)生毒害[7-9]，如何控制Cd在飼料中的污染，減少畜禽產(chǎn)品中的殘留、提高食品安全性越來越受到人們的關(guān)注。也有研究表明，肉牛養(yǎng)殖與其飼養(yǎng)環(huán)境密切相關(guān)，貴州牛組織Cd含量與飼養(yǎng)環(huán)境中的土壤、飼料和飲用水源Cd含量及污染程度密切相關(guān)[10-12]；對(duì)貴州Cd污染礦區(qū)、清潔區(qū)及中間過渡帶“土壤-飼草-羊肉”食物鏈中Cd的流動(dòng)的研究表明，土壤Cd含量高導(dǎo)致的牧草Cd含量高是引起肉羊部分部位Cd超標(biāo)的主要原因[13]?？梢?，重視飼草生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量，加強(qiáng)飼草質(zhì)量監(jiān)管，提高飼草質(zhì)量安全水平，對(duì)控制肉牛質(zhì)量安全具有極其重要的意義。本研究選擇清潔流域，通過優(yōu)化飼草配方，規(guī)劃飼草種植方案，利用飼草喂養(yǎng)肉牛，再用牛糞尿種植飼草，實(shí)現(xiàn)飼草本地化和肉牛養(yǎng)殖廢棄物的安全消納。同時(shí)，監(jiān)控土壤、飼草、牛肉和牛糞尿中的Cd含量，以探明Cd在“土壤-飼草-肉牛-牛糞尿-土壤”種養(yǎng)系統(tǒng)中的物流情況，為肉牛飼草質(zhì)量安全控制策略的制定及系統(tǒng)重金屬Cd的污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在長(zhǎng)沙縣金井鎮(zhèn)脫甲試驗(yàn)基地(28°33′32.83″ N，113°20′16.19″ E)，地處金井鎮(zhèn)金井河流域，位于湘江一級(jí)支流撈刀河的上游，屬河中丘陵盆地與洞庭湖平原之間的過渡地帶，屬亞熱帶季風(fēng)氣候?；乜偯娣e105 hm2，其中林地占65.5%，農(nóng)田占26.6%，園地占2.4%，水面占2.9%，居民用地占2.5%?；匾匀馀ｐB(yǎng)殖為主線(養(yǎng)殖規(guī)模：存欄量50頭，單頭肉牛平均體重400 kg、日增重0.5～0.7 kg)，配套飼草種植和牛糞尿消納體系。

1.2 飼草配方優(yōu)化方法

肉牛飼草配方依據(jù)基地肉牛平均體重約400 kg、目標(biāo)日增重0.7 kg兩個(gè)指標(biāo)，采用線性規(guī)劃求解方法進(jìn)行優(yōu)化。飼草配方優(yōu)化設(shè)置干物質(zhì)含量(DM)、粗蛋白含量(CP)、綜合凈能(NEmf)、肉牛能量單位(RND)4個(gè)參數(shù)，查閱肉牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)[14]可知體重400 kg、日增重0.7 kg的肉牛養(yǎng)殖參數(shù)限量值分別為DM 7.66 kg、CP 763 g、NEmf 41.76 MJ、RND 5.17 個(gè)，再按春、夏、秋、冬飼草資源和飼草營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行規(guī)劃求解[15-17]。

肉牛日營(yíng)養(yǎng)需要量[日干物質(zhì)進(jìn)食量(DMI)、CP、NEmf、RND]以及各種飼草主要營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)(CP、NEmf、RND)由肉牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)[14]查出；飼草的DM由飼草105 ℃ 殺青1 h后，80 ℃烘干至恒重后稱重。

1.3 采樣方法

2014年3月至2015年2月分為4個(gè)季節(jié)，對(duì)基地土壤及相關(guān)試驗(yàn)樣品進(jìn)行取樣?；赝寥罉悠访?0～15畝(約合0.67～1.0 hm2)取樣一份，共42份；肉牛飼草樣品、飼料添加劑、飲用水以及牛糞、牛尿每月取樣3次，牛肉在屠宰時(shí)取樣。共取飼料添加劑樣品36份、肉牛飲用水樣品36份、牛糞樣品36份、牛尿樣品36份、玉米(Zeamays)樣品36份、青貯玉米樣品9份、稻草樣品36份、燕麥(Avenasativa)樣品18份、黑麥草(Loliumperenne)樣品18份、桂牧一號(hào)(Pennisetumpurpureumcv. Guimu No. 1)樣品18份、紅薯(Dioscoreaesculenta)及紅薯莖葉樣品各18份、路邊的野草9份、牛肉樣品4份。

1.4 測(cè)定方法

Cd含量測(cè)定：稱粉碎過篩樣品0.25 g左右置于消煮管中，采用HNO3-H2O2微波消解，定容后過濾，用ICP-MS測(cè)定Cd含量[7]。為確保數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性，植株Cd含量測(cè)定時(shí)每5個(gè)樣品做一次平行，每40個(gè)樣帶一個(gè)質(zhì)控樣；ICP-MS檢測(cè)采用銠(Rh)做內(nèi)標(biāo)，回收率90%～105%。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0及Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 基地主要飼草資源及其營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)

基地以肉牛養(yǎng)殖為主線，結(jié)合上游牧草種植及下游牛糞尿消納，形成一個(gè)物質(zhì)循環(huán)利用的種養(yǎng)系統(tǒng)?；厝馀ｏ暳现饕捎衩缀惋暡萁M成，其中玉米主要由外地采購(gòu)，飼草則由基地生產(chǎn)。四季基地飼草分布情況為：春季有稻草、燕麥和黑麥草等，夏季有稻草、玉米、桂牧一號(hào)和野草等，秋季有稻草、青貯玉米、桂牧一號(hào)、紅薯、紅薯莖葉等，冬季有稻草、燕麥、黑麥草、紅薯、紅薯莖葉等。

飼草主要營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)見表1，不同飼草的CP、NEmf和RND不同。以干重計(jì)算，飼草CP含量為2.8%～19.4%，最高的為黑麥草，其次為野草，最低的為稻草；NEmf含量為2.14～9.12 MJ·kg-1，最高的為玉米，其次為紅薯，最低的為野草；RND為0.14～1.13個(gè)，最高的也是玉米，其次為紅薯，最低的為野草。

2.2 飼草配方優(yōu)化

根據(jù)飼草四季分布及主要營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)(DM、CP、NEmf、RND)進(jìn)行線性規(guī)劃求解(表2)。春、夏、秋、冬四季飼草配方優(yōu)化后飼草總干重為7.66 kg，總鮮重分別為31.79、35.75、35.54和34.59 kg。飼草配方優(yōu)化后春季主要成分為燕麥、稻草、黑麥草及玉米，其干物質(zhì)比重分別為47.26%、36.55%、13.45%和2.74%；夏季飼草主要成分為桂牧一號(hào)、玉米和稻草，其干物質(zhì)比重分別為91.25%、8.49%和0.26%；秋季飼草主要成分為桂牧一號(hào)、玉米和紅薯，其干物質(zhì)比重分別為89.30%、9.01%和1.70%；冬季飼草主要成分為燕麥、稻草、紅薯、黑麥草和玉米，其DM含量分別為50.26%、25.59%、17.49%、5.61%和1.04%。

注：所有飼草營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)均以干基計(jì)算，下同。

Note：All forage grass nutrition indicators were computed by dry weight,the same below.

表2 肉牛飼草優(yōu)化配方的飼草組成及重量Table 2 Forage composition and weight of beef cattle forage optimization formula

肉牛飼草優(yōu)化配方的養(yǎng)分指標(biāo)如表3，春、夏、秋、冬四季的DM、CP、NEmf與標(biāo)準(zhǔn)的肉牛日營(yíng)養(yǎng)需要量相同，僅夏、秋季RND比標(biāo)準(zhǔn)的肉牛每日營(yíng)養(yǎng)需要量降低了0.6%。

2.3 肉牛養(yǎng)殖系統(tǒng)的Cd輸入輸出平衡分析

測(cè)定42個(gè)土壤樣品Cd的含量為0.238 4 mg·kg-1，低于土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(0.3 mg·kg-1)，為清潔土壤。優(yōu)化飼草配方后入選的飼草Cd的含量皆低于0.5 mg·kg-1，達(dá)到飼草重金屬限量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 13078-2001)。

Cd主要通過肉牛飲食和飲水進(jìn)入養(yǎng)殖系統(tǒng)，包括水和飼料，而飼料又分為飼料添加劑和配方飼料；Cd輸出主要包括牛糞、牛尿和出欄牛體。由養(yǎng)殖系統(tǒng)日輸入輸出物質(zhì)Cd濃度(表4)可知：Cd的輸入中，飲用水Cd含量為0.017 4～0.035 8μg·kg-1，平均為0.023 4 μg·kg-1，遠(yuǎn)低于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[18](Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)0.005 mg·kg-1)；飼料添加劑Cd含量范圍為0.174 4～0.211 6 mg·kg-1，平均為0.188 2 mg·kg-1，不同時(shí)間采購(gòu)的精飼料Cd含量略有波動(dòng)；配方飼料中的玉米、稻草、燕麥、黑麥草、桂牧一號(hào)和紅薯Cd平均含量分別為0.037 8、0.449 9、0.207 5、0.245 8、0.268 2和0.004 8 mg·kg-1，配方飼料原料Cd含量年度間較穩(wěn)定，其中稻草Cd含量最高，其次為黑麥草、桂牧一號(hào)、燕麥，再次為玉米和紅薯。Cd輸出中牛尿Cd平均含量?jī)H為0.029 9 μg·kg-1，略高于飲用水；而牛肉Cd含量也僅為0.019 1 mg·kg-1，遠(yuǎn)低于食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.2 mg·kg-1；Cd輸出濃度最高的為牛糞，Cd平均含量為0.337 8 mg·kg-1，低于有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.5 mg·kg-1，可作為有機(jī)肥安全施用。

表3 肉牛飼草優(yōu)化配方的單日養(yǎng)分指標(biāo)Table 3 The nutrient content of beef cattle forage optimization formula

注：日營(yíng)養(yǎng)需要量根據(jù)肉牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)《NY/T 815-2004》查出。

Note: Daily nutritional requirement data according to the beef cattle feeding standard NY/T 815-2004.

從Cd的年度輸入輸出量可知(表5)，養(yǎng)殖系統(tǒng)單頭肉牛Cd年度總輸入量為753.70 mg，年度總輸出量為747.02 mg，輸入量比輸出量高6.68 mg，占總輸入量的0.9%。Cd輸入量中，飲用水Cd年度總輸入量為0.37 mg，占Cd年度總輸入量的0.05%；精飼料Cd年度總輸入量為34.36 mg，占Cd年度總輸入量的4.56%；配方飼草Cd年度總輸入量最多，占Cd年度總輸入量的95.39%，配方飼草中Cd輸入量由高至低依次為桂牧一號(hào)>稻草>燕麥>黑麥草>玉米>紅薯，其中桂牧一號(hào)Cd輸入量占Cd年度總輸入量的45.02%，稻草、燕麥、黑麥草、玉米、紅薯的Cd輸入量分別占Cd年度總輸入量的26.49%、18.74%、4.30%、0.76%和0.09%；Cd輸出量中，牛肉Cd年度總輸出量為3.44 mg，占Cd總輸出量的0.46%，牛尿Cd年度總輸出量為0.41 mg，占Cd總輸出量的0.06%；而牛糞年度Cd總輸出量為743.17 mg，占Cd總輸出量的99.48%。

表4 養(yǎng)殖系統(tǒng)日輸入和日輸出物質(zhì)的Cd含量Table 4 The cadmium content of the daily input and output in farming system

表5 養(yǎng)殖系統(tǒng)Cd年輸入和年輸出量(mg)Table 5 The Annual input and output of Cd (mg) in farming system

注：?jiǎn)晤^肉牛春、夏、秋、冬四季每天飲用水量分別為40、48、45、40 L，每天飼料添加劑0.5 kg。單頭肉牛每天產(chǎn)牛糞32.6 kg，含水量82%；牛尿38 L；牛肉年增重180 kg。

Note: One beef cattle drunk water 40, 48, 45, 40 L per day in spring, summer, autumn, and winter, respectively; and feed additives was 0.5 kg per day. One beef cattle produced dung 32.6 kg per day, with moisture 82%, and urine was 38 L per day; beef gain was 180 kg per year.

3 討論

肉牛的日糧是指每天每頭肉牛所采食的總飼料組分的數(shù)量?？偟囊笫羌纫燥?，還要吃好，“吃飽”是指每天每頭牛能采食足夠數(shù)量且品質(zhì)優(yōu)良的各種飼料；“吃好”是要滿足肉牛生長(zhǎng)發(fā)育和充分發(fā)揮生產(chǎn)性能的各種營(yíng)養(yǎng)需要，包括水、蛋白質(zhì)、能量、礦物質(zhì)和維生素等。本研究中，肉牛飼料分為配方飼料與飼料添加劑兩部分，配方飼料包含精飼料與粗飼料，精飼料主要為玉米，配合部分紅薯，其余皆為粗飼料，在春、夏、秋、冬四季的配方中精飼料所占DMI的比重分別為2.74%、8.49%、10.71%、18.53%，而粗飼料所占比重皆高于80%。其中，玉米所占DMI的比重分別為2.74%、8.49%、9.01%和1.04%，可見，采用線性規(guī)劃求解方法，根據(jù)基地飼草四季分布及其主要營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)(DM、CP、NEmf、RND)進(jìn)行飼草配方優(yōu)化，不僅充分供應(yīng)了肉牛營(yíng)養(yǎng)，飼料中對(duì)外采購(gòu)部分(玉米)所占比重也皆低于10%，90%以上為基地自給，在大大減少飼料采購(gòu)成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了基地飼草的最大化利用，但基于不同目的建立的飼草配方模型不同，計(jì)算得到的飼草優(yōu)化配方也存在差異。本研究地為清潔流域，在牧草Cd含量達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下建立本模型進(jìn)行分析，因此，在其它存在Cd污染超標(biāo)或Cd污染風(fēng)險(xiǎn)的流域建立飼草配方優(yōu)化模型應(yīng)添加牧草Cd含量限量指標(biāo)。

本研究地肉牛飲用水、飼草及飼料添加劑的Cd含量監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，其皆達(dá)到相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。從養(yǎng)殖系統(tǒng)Cd的年度輸出輸入量可知(表5)，飲用水及飼料添加劑對(duì)Cd年度總輸入的貢獻(xiàn)率非常小，分別為0.05%和4.56%，最主要的是飼草，其對(duì)Cd年度總輸入的貢獻(xiàn)率達(dá)95.39%。因此，控制飼草Cd含量是減少Cd進(jìn)入養(yǎng)殖系統(tǒng)的最主要途徑：一方面在飼草種植過程中采用鈍化劑與有機(jī)肥配套種植方法，減少飼草對(duì)Cd的吸收[19-20]；另一方面，可通過設(shè)置經(jīng)驗(yàn)參數(shù)優(yōu)化飼草配方，降低高Cd含量飼草份額，增加低Cd含量飼草比重。在Cd輸出中，牛肉和牛尿?qū)d年度總輸出量的貢獻(xiàn)率分別為0.46%和0.06%，而牛糞對(duì)Cd年度總輸出量的貢獻(xiàn)率達(dá)99.48%，但其Cd含量也僅為0.337 8 mg·kg-1，符合有機(jī)肥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本基地采用發(fā)酵后的牛糞做飼草的基肥，并用管道輸送牛尿做飼草追肥，同時(shí)輔以少量的尿素等無機(jī)肥料，生產(chǎn)的飼草Cd含量皆達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，本研究地肉牛飼草的生產(chǎn)需要用掉約70%的腐熟牛糞和40%的牛尿，其余的牛糞及牛尿用于研究地水稻、蔬菜等作物的生產(chǎn)。在本肉牛養(yǎng)殖系統(tǒng)的“飼草-肉牛-牛糞-飼草”的生物鏈中，單頭肉牛Cd年輸入量為753.70 mg，輸出量為747.02 mg，輸入輸出基本持平。

系統(tǒng)Cd的輸出中，牛糞中的Cd流入飼草種植系統(tǒng)的按70%、牛尿按40%計(jì)算，再次進(jìn)入肉牛養(yǎng)殖系統(tǒng)的Cd為520.47 mg，而流出系統(tǒng)的為226.55 mg，流出系統(tǒng)的Cd占總輸出量的30.33%。忽略因打藥、種子種苗以及飼草種植過程中補(bǔ)充的尿素帶入的Cd，系統(tǒng)外輸入的Cd主要由飼料中的玉米帶入，其帶入量為5.71 mg，系統(tǒng)Cd凈流出220.84 mg。此外，在清潔土壤生產(chǎn)飼草供給基地肉牛養(yǎng)殖，適當(dāng)采用鈍化劑與有機(jī)肥配套的栽培技術(shù)[16]，以確保飼草低Cd安全生產(chǎn)與肉牛質(zhì)量安全，同時(shí)肉牛產(chǎn)生的Cd含量安全的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥除了充分供應(yīng)飼草的生產(chǎn)，還可部分供應(yīng)基地其他作物生長(zhǎng)需求，確保養(yǎng)殖系統(tǒng)整體在低Cd安全范圍循環(huán)運(yùn)作，既可實(shí)現(xiàn)飼草自給，又可實(shí)現(xiàn)肉牛養(yǎng)殖廢棄物的安全消納。

4 結(jié)論

不同飼草的CP、NEmf、RND含量皆不相同，進(jìn)行飼草營(yíng)養(yǎng)配方優(yōu)化，可有效確保肉牛飼草營(yíng)養(yǎng)需求和飼草資源的高效利用。利用清潔流域建立“飼草-肉牛-牛糞-飼草”的循環(huán)種養(yǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)生產(chǎn)的飼草、牛肉、牛糞Cd含量皆符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在肉牛養(yǎng)殖環(huán)節(jié)中，Cd最主要的輸入源是飼草，因飼草帶入的Cd占總輸入量的95.39%，肉牛飲用水及飼料添加劑輸入量的Cd僅占總輸入量的4.61%；Cd最主要的輸出源是牛糞，因牛糞輸出的Cd占總輸出量的99.48%，牛尿及牛肉輸出的Cd僅占總輸出量的0.52%。嚴(yán)格管控飼草Cd含量，即可實(shí)現(xiàn)“飼草-肉牛-牛糞-飼草”系統(tǒng)在低Cd環(huán)境下可持續(xù)運(yùn)行；而產(chǎn)生的過剩的牛糞用于種植水稻或蔬菜，Cd也隨之流出系統(tǒng)，系統(tǒng)Cd為凈輸出，“飼草-肉牛-牛糞-飼草”種養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)入良性循環(huán)。

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(責(zé)任編輯 茍燕妮)

The Cd balance analysis of beef breeding system based on the optimization of forage formula

Xie Yun-he1,2,3, Ji Xiong-hui1,2,3, Wu Jia-mei1,3, Tian Fa-xiang1,3, Guan Di1,3, Zhu Jian1,2,3

(1.Soil and Fertilizer Institute of Hunan Province/ Ministry of Agriculture Key Lab of Agri-Environment in the Midstream of Yangtze River Plain, Changsha 410125, China;2.Longping Branch of Graduate School, Central South University, Changsha 410125, China;3.Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China, Changsha 410125, China)

This study aimed to use linear programming method for forage formulation optimization by dry matter (DM), crude protein (CP), combined net energy (NEmf), beef energy unit (RND) of forage and beef nutritional needs in spring, summer, autumn and winter. Forage formulation optimization in spring including oats, straw, ryegrass and maize with their proportions of dry matter were 47.26%, 36.55%, 13.45% and 2.74% respectively, and Guimu 1 grassy, corn and rice straw in summer with dry matter proportions of 91.25%, 8.49% and 0.26% respectively , and Guimu 1 grassy, corn and sweet potato in autumn by proportions of 89.30%, 9.01% and 1.70% respectively, and oats, rice straw, sweet potato, ryegrass and maize in winter by proportions of 50.26%, 25.59%, 17.49%, 5.61% and 1.04% respectively. There was a state of basically flat between input and output of Cd in beef breeding system by monitoring the Cd contents in forage, drinking water, dung and beef and calculating the input and output dynamic, and the single head beef’s Cd annual input was 753.70 mg while the output was 747.02 mg. In the Cd annual input of beef breeding system, the annual total Cd accumulation contribution rate of beef’s drinking water and fodder additives were 0.05% and 4.56% respectively, while the contribution rate of beef’s forage was 95.39%. The Cd annual total output contribution rates of beef meat and beef urine were 0.46% and 0.06% respectively, while the contribution rate of beef dung was 99.48%. The main ways to reduce the Cd input and increase the Cd output in farming system were to control the Cd content of forage and regulate the Cd output of dung. The net output of Cd per beef in this beef breeding system was 226.55 mg·head-1, accounting for 30.33% of Cd total output. Therefore, the beef breeding system of “forage-beef-dung-forage” building at clean territory could achieve the purpose of forage self sufficient and beef wastes security consumptive, and it ensured the quality of beef forage and beef meat and the system operating in cycle in the low Cd level.

beef; cadmium; forage formula; programming solver; circular agriculture; quality safety

Ji Xiong-hui E-mail: jixionghui@sohu.com

10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0683

2015-12-04 接受日期：2016-06-14

國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD14B17-1)；湖南省青年人才培養(yǎng)聯(lián)合基金(14JJ6056)第一作者：謝運(yùn)河(1982-),男，湖南新化人，助理研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究。E-mail:yunhexie@163.com

紀(jì)雄輝(1965-),男，湖南平江人，研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究。E-mail:jixionghui@sohu.com

S816;S823.9+2

A

1001-0629(2016)10-2111-08*

謝運(yùn)河,紀(jì)雄輝,吳家梅,田發(fā)祥,官迪,朱堅(jiān).基于飼草配方優(yōu)化的肉牛養(yǎng)殖系統(tǒng)鎘平衡分析.草業(yè)科學(xué),2016,33(10)：2111-2118.

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