反刍动物生产与碳减排措施

李胜利 金 鑫 范学珊 黄文明 曹志军

(1.动物营养学国家重点实验室,中国农业大学动物科技学院,北京100193;2.北京首都农业集团有限公司,北京100029)

2009年12月7日在哥本哈根举行的世界气候大会,从来没像今天这样引起全球的关注——60亿人都在翘首以待。温室效应引起的气候恶化已成为21世纪全球面临的最严重挑战之一:30年来全球最大的食物价格上涨、50年来全球最低的谷物存量、澳大利亚百年不遇的干旱、太平洋地区已经有数十个岛国面临消失的危险等等,而今后数年内环境问题还可能造成某些地区人畜共患病流行以及人口大迁移,导致经济和政治动荡。因此,全球各国有必要采取共同措施,减少工业和农业生产中的碳排放,保护我们共同的家园。

1 全球碳排放情况与碳税政策

世界气象组织发布的公报显示,从19世纪末到20世纪末的 100年中,全球年平均气温上升了0.7℃,而20世纪90年代是自1840年有正式气象记录以来最热的十年[1]。目前,二氧化碳(CO2)每年的增长速率约 0.5%(1.8μmol/mol);甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)则分别以每年1.1%和0.25%的速率增长。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)主席帕乔里披露大气中CO2浓度在2009年达到387μL/L,为历史最高值[2]。

针对越发严重的温室气体排放问题,国际上出台了“碳税”和“碳交易”等政策[3]。碳税是针对化石燃料使用进行征税,旨在减少化石燃料消耗及CO2排放,避免由此引起的气候变化。碳税最先在北欧国家实施,瑞典、挪威、芬兰、丹麦和荷兰是先行者,并于1992年由欧盟推广,目前已有阿尔巴尼亚、捷克 、丹麦 、爱沙尼亚 、芬兰、德国、意大利、荷兰、挪威、瑞典、瑞士和英国等国家开征碳税或气候变化相关税[4]。

联合国政府间气候变化专门委员会通过艰难谈判,于1992年5月9日通过《联合国气候变化框架公约》(简称《公约》)。1997年12月通过了《公约》的第1个附加协议,即《京都议定书》(简称《议定书》)。《议定书》把市场机制作为解决CO2为代表的温室气体减排的新路径,即把CO2排放权作为一种商品,从而形成了CO2排放权的交易。其基本原理是:合同的一方通过支付另一方获得温室气体减排额,买方可以将购得的减排额用于减缓温室效应从而实现其减排的目标。这种交易以每吨CO2当量为计算单位,所以通称为“碳交易”[5]。

2006年上半年,全球碳交易量已达到6.84×108t CO2当量,超过2005年同期的5倍,碳交易额约为150×108美元,超过2005年碳交易总额[6]。

2 各国近期的减排目标

发达国家经历了发展中国家目前的经济快速增长阶段,有义务对气候恶化承担更多责任,而且他们也拥有先进的技术和雄厚的经济实力,所以联合国政府间气候变化委员会对发达国家设立的减排要求为15%～30%。当然,发展中国家也不能重蹈覆辙。在这次哥本哈根会议期间,各个国家和经济体根据自己实际情况作出了预期的减排值。

2.1 美国

美国白宫2009年11月25日宣布,美国将在哥本哈根气候变化大会上承诺2020年温室气体排放量在2005年的基础上减少17%。据专家推算,这一目标仅相当于在1990年的基础上减少4%,与发展中国家对发达国家的要求相距甚远。白宫还表示,美国的减排目标还包括到2025年减排30%,2030年减排42%,2050年减排83%。

2.2 欧盟

欧盟27个成员国已同意到2020年时,将温室气体排放量在2005年的基础上减少20%。如果其他世界强国签署了类似的减排方案,欧盟将在2020年前进一步削减到30%,2050年前削减温室气体排放80%～95%。而且还将采取强硬行动制止毁林,并一致同意在2020年前,飞机制造业必须相对于2005年水平削减排放10%,船运业削减排放20%。

2.3 韩国和日本

2009年11月17日,韩国政府推出了最新的减排计划:2020年前,在2005年的基础上减排30%。因此,韩国已成为目前设立了最高减排目标的发达国家。但政府也坦承,这一减排目标的实现并非易事。日本则表示,如果其他经济体愿意承诺类似目标,日本2020年时可以减排25%。

2.4 中国

国务院总理温家宝2009年11月25日主持召开国务院常务会议,研究部署应对气候变化工作,决定到2020年的温室气体排放量比2005年下降40%～45%,而且将作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划,并制定相应的国内统计、监测、考核办法。会议还决定,通过大力发展可再生能源、积极推进核电建设等行动,到2020年我国非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右;通过植树造林和加强森林管理,森林面积比2005年增加4 000万hm2,森林蓄积量比2005年增加13亿m3。这是我国根据国情采取的自主行动,是我国为全球应对气候变化做出的巨大努力。第13个五年计划期间,预计可以减少第1个50亿t的CO2排放量。

2.5 印度

印度作为发展中大国,减排也是大势所趋。印度决定在2012年开始的第12个五年计划中致力于发展低碳经济。到2020年单位国内生产总值CO2排放比2005年下降20%～25%,但不接受强制性减排协议。

2030年,全世界最起码要减排 300亿 t的CO2。根据各国现有的减排目标,我们对全世界做一个预算,利用现有的政策和技术可以达到减排300亿t CO2的81%,这是可行的目标。麦肯锡公司做的中国技术成本曲线显示,中国在2030年的减排量可以占到全球应减排300亿吨的20%～25%,这是非常大的贡献。

3 温室气体种类以及农业对温室气体排放的贡献量

据联合国政府间气候变化专业委员会的第2次评估报告称,温室气体,如CO2、CH4和N2O,在大气中的浓度从18世纪工业化时代以来,已经有了很大的增加。究其原因,在很大程度上是由人类活动,主要是矿物燃料的使用、土地使用的变化和农业造成的。温室气体浓度的增加导致了大气和地球表面的变暖。全球温室气体的排放量中,最大排放量的是能源利用,占24%;其次是砍伐森林转化为土地,占18%;农业、工业和运输业同为第3,各占14%;然后是建筑占8%,其他能源占5%,废弃物占3%。其中农业、废弃物和土地使用是非耗能的排放,而工业、建筑、运输、电力等则是耗能排放。

3.1 CO2

海洋是大气中CO2的最重要来源,地幔是大气中CO2的另一个来源。与人类活动有关的3个主要来源是化石燃料燃烧、水泥生产和土地利用变化。工业化革命前大气中的CO2浓度为280μL/L,到2005年,其浓度已经达到379μL/L,远远超过了过去65万年来自然因素引起的变化范围[7]。

3.2 CH4

CH4是大气中含量最为丰富的有机碳气体,虽然在大气中的浓度低于CO2,但全球变暖潜力指数(GWP)的分析显示,以单位分子数(也就是同体积)而言,CH4的温室效应要比CO2大25倍(美国宇航局的研究人员在2009年10月30日出版的《科学》杂志上刊登的研究发现,CH4对气候变化的影响程度是CO2的33倍)。而且CH4不像CO2一样可以被植物吸收进入物质循环,会在大气中不断积累。因此,虽然CH4在大气中的浓度只有1.7μL/L,与CO2的379μL/L相比要低得多,但其对当前全球变暖的综合贡献率达到19%,仅次于CO2[7]。

全球CH 4释放途径有2种:一种是自然源,如沼泽和其他湿地中物质的厌氧腐烂,其排放量不到CH4总排放量的25%;另一种是人为源,如水稻种植、家畜饲养、生物质燃烧、化石燃料生成和使用、固体废物堆存以及污水处理等。大气中CH4的含量每年以0.8%～1.0%的速度增加,1990年全球大气CH4的平均含量是1.72×10-3mg/kg,比1978年的1.52×10-3mg/kg增长了12%,比工业革命前期的8.00×10-4mg/kg翻了一番。

3.3 N2O

2005年大气中N2 O的浓度为0.319μL/L[7]。大气中N 2O的浓度远小于CO2的浓度,但是N2O产生温室效应的能力是 CO2的310倍,因而N2O浓度的轻微增加就可造成很大的影响[8]。

N2O的来源包括天然来源(海洋、土壤、森林等)和人为来源。人类活动中的N2O释放源主要来自化肥使用、毁林(特别是森林变成牧场、农田)、化石燃料和生物物质的燃烧以及其他农业活动(可加速土壤中N2O的释放)。

3.4 氟氯烷烃(CFCs)

CFCs是人造化学物质,它被广泛用作制冷剂、喷雾剂、溶剂和塑料生产的发泡剂。大气中原来基本不含CFCs,从20世纪以来,人工合成的卤素碳化物不断大量排人大气,使其在大气中的浓度迅速上升。氟氯烷烃-11(CFC-11)和氟氯烷烃-12(CFC-12)是最重要的氟氯烷烃,由于化学性质稳定,它们会在大气中滞留100～200年[9]。研究表明,20世纪80年代氟氯烷烃导致的升温占全球温室效应引起温度升高部分的24%,如此下去,氟里昂将成为2l世纪仅次于CO2的温室气体。CFCs排放源较为简单,主要来自工业生产。

4 动物养殖与温室气体产生

根据食品与农业组织(FAO)统计,温室气体排放量的18%来自家畜。其中包括CO2排放量的9%、CH4排放量的37%和N2O排放量的65%[10]。全球反刍动物每年约产生CH48 000万t,占全球人类活动CH4排放量的28%。

对CH4的一项最新研究表明,肉类生产造成的排放量远远高出当前预测值。据英国《独立报》报道,肉食生产形成的CH 4排放量占全球排放总量的51%,而不是联合国估计的18%;动物养殖业产生了320亿t CO2当量,比工业和能源行业综合的影响都要大。他们表示,联合国的数据从CH 4排放、土地使用和呼吸作用这3个重要方面严重低估了数百亿头牛、羊、猪、家禽以及其他动物排放的温室气体的影响。

科学家们越来越关注牲畜呼出的CH4。古德里和安航认为,科学家大大低估了牲畜的CH4排放量。他们称,按照CH4所发挥的快速温室效应,其影响应该以20年为期进行评估,而不是2006年《牲畜的巨大阴影》报告中提出的100年。他们说,这将使牲畜的CH4排放计算结果增加50亿 t CO2当量,相当于全球总排放量的7.9%。

在土地使用方面,如果将目前用于畜牧养殖业的土地归还给天然植被和森林,将可消除大气中26亿t CO2当量的温室气体,相当于温室气体总量的4.2%。

CH4通常是饲料在瘤胃发酵过程中产生,其产量依赖于饲料发酵和转化成动物产品的效率。在发酵过程产生的挥发性脂肪酸中,乙酸和丁酸可生成CH 4和氢气(H2);而丙酸可利用氢生成糖。产生的H2在生成CH4的过程中被产甲烷菌(古细菌)利用,随后通过嗳气从动物的嘴和鼻子中呼出,另外,乙酸还可被产甲烷菌直接转化成CH4。

Sedorovich等[11]的试验表明,来自于47 hm2土地,其中70%为草场,饲养奶牛80头,每头牛产奶8 200 kg(相当于每公顷土地生产牛奶13 957 kg),每头奶牛消耗精饲料1 865 kg的示范牧场,其CH 4主要来自饲养奶牛(396 kg/hm2)和粪肥(171 kg/hm2),等效于 11 913 kg CO2;N2O主要来自粪肥(8.8 kg/hm2)、所施氮肥(5.4 kg/hm2)和收割的农作物(1.5 kg/hm2),等效于 4 848 kg CO2;喂给奶牛的精料、施加到土地中的氮肥以及粪肥可产生3 434 kg CO2。所以该牧场每年每公顷土地总排出CO2等效当量为20 195 kg,相当于每生产1 kg牛奶产生1.45 kg CO2等效当量。但Capper等[12]报道每生产1 kg牛奶可产生2.31 kg CO2等效当量。

5 减少反刍动物碳排放的技术措施

反刍动物具有功能强大的瘤胃,可消化吸收猪、鸡等单胃动物不能利用的农作物秸秆,我国每年有近6亿t可利用的农作物秸秆,而目前用作饲料的比例不足25%,大部分被焚烧还田,释放出大量的温室气体。因此,反刍动物(特别是奶牛、肉牛)被列为我国发展节粮型畜牧业和发展可持续畜牧业的首选畜种。但是瘤胃微生物在利用农作物秸秆的同时,饲料中的淀粉、细胞壁和蛋白质在其他微生物的作用下,分解成乙酸、丙酸、丁酸、H 2和CO2,产甲烷菌将 CO2、H2、甲酸、乙酸 、甲胺、次甲胺 、甲醇及其他化合物转化成 CH4和CO2。CH4化学性质稳定,以嗳气的方式经口鼻排出体外。据报导,一头体重250 kg的牛每天通过嗳气可排出超过200 L的CH 4。放牧的内蒙古白绒山羊在牧草幼嫩期、旺盛期和枯黄期的甲烷产生量分别为16.76、19.02和33.92 g/d[13]。舍饲绵羊((25±5)kg)年排放CH4和CO2总量分别约为4.38 kg和53.66 kg[14]。内蒙古双峰驼在牧草生长期的CH4排放量为295.87～502.09 g/d,结实期为316.94～713.75 g/d,枯草期为213.74～340.26 g/d,全年的 CH4排放量为137.7 kg[15]。反刍动物的CH4产量约为全球动物和人类CH4释放总量的 95%,其中水牛排放量占8%,其他牛排放量占74%,羊排放量占13%,骆驼排放量占1%[16]。因此,降低反刍动物养殖的温室气体排放量已迫在眉睫。

减少反刍动物养殖的温室气体排放量可以从4个方面入手:1)提高单产水平,减少养殖数量,以提高养殖效益;2)调控日粮;3)调控瘤胃内CH4的生成过程(包括2种方法:一种是直接抑制产甲烷菌的生长;另一种是通过减少生成CH4的底物H 2的生成量。);4)降低反刍动物粪便的温室气体排放量。

5.1 提高动物的生产性能

提高反刍动物的集约化、规模化、标准化养殖水平,提高单产水平,降低奶牛养殖数量可以减少单位产品的温室气体排放量。大量研究表明动物生产效率越高,每单位产品产生的温室气体越少。从美国1944年和2007年的奶牛养殖情况可以看出,2007年的奶牛头数、饲料饲喂量和土地使用量分别只有1944年的21%、23%和10%;粪便排放和碳足迹分别只有1944年的24%和37%;而奶牛单产是1944年的443%(图1)[12]。

从1944年到2007年,奶牛在遗传育种和饲养管理上都有很大的进步,奶牛头数减少,牛群结构也发生了改变,尤其公牛总头数减少了15倍,但是奶牛用于维持需要的养分代谢效率并没有显著变化,也就是说1944年和2007年产奶量相同的奶牛用于维持需要的营养量是相同的,但由于单产的逐年增加,奶牛的维持需要量所占比例逐渐降低,从1944年的69%到1975年的49%,2007年仅仅占33%[12]。

图1 以1944年为基准对比全美2007年牛奶产量、资源利用与排放量Fig.1 2007 U.S.milk production,resource use and emissions expressed as a percentage of 1994

从图2可以看出,2007年奶牛的CO2排放当量为26.2 kg/(头◦d),相对于1944年的13.5 kg/(头◦d)增加了近2倍,但由于奶牛头数的大幅减少、奶牛单产的提高以及相应的在饲料、水、土地等资源的使用上使得粪便产生的温室气体量也有减少,每千克牛奶的温室气体排放量为1.31 kg,只有1944年的36%[12]。

图2 每头牛的碳足迹与每千克牛奶的碳足迹Fig.2 Carbon footprint per cow and per kilogram of milk

5.2 减少瘤胃中原虫数量

减少瘤胃中的原虫数量可以降低CH4的合成量,因为产甲烷菌大多是附着在原虫表面,并且存在一个共生关系,利用氢转化成CH4。研究表明,降低瘤胃原虫数量可使CH4的产量降低20%～50%,而且改善了饲料利用率。有5种从瘤胃去除原虫的方法:1)增加脂肪含量,因为脂肪对原虫有毒性,增加日粮脂肪水平可以减少原虫数量;2)通过日粮手段来降低瘤胃p H,这是通常考虑最简单可行的办法,但要注意不能低于5.8,否则会造成亚临床性酸中毒;3)增加日粮中皂角苷含量也能使原虫数量大大降低,尽管这种方法有引起胀气的危险;4)添加一些植物和植物提取物,包括从热水中提取皂苷、丝兰提取物、无患子果实和毛瓣无患子果实的甲醇提取物;5)灌注硫酸铜、十二烷基硫代硫酸钠或者十二烷基硫酸钠,但这几种化学物质没有一种被证明是完全有效的。Machmǜller[17]的试验表明,在绵羊日粮中添加椰子油、葵花籽、亚麻籽可以明显降低CH4产量和瘤胃原虫数量。

5.3 抑制产甲烷菌的生长

正常生理状态下产甲烷菌通过氢转移不仅能保持瘤胃内低水平的H2分压,同时使单位底物发酵生成的ATP数量增多,进而提高其他微生物特别是分解纤维素微生物的发酵能。如何选择既可降低CH4的生成又不影响动物健康和生产性能,这是今后的重要任务。

直接抑制CH 4生成的方法被广泛报道,使用卤化甲烷类似物、氯仿、水合氯醛、氨基三氯乙醛、溴氯甲烷、2-溴基已磺酸、三氯乙基三甲基乙酸盐(TCEP)和三氯乙基己二酸(TCE-A),但是由于条件限制,没有一种方法是有效的。氨基三氯乙醛是一种安全的CH4抑制剂并且能增加羊的活体重,然而随着饲喂时间延长它的抗菌活性下降。

5.4 降低瘤胃中H+浓度

降低瘤胃中生成CH4的前提物质H+和甲酸等的浓度,可以减少CH4的生成量。研究表明,苹果酸可以作为电子的受体,与产甲烷菌竞争H+,使CH4生成量下降。在日粮中添加不饱和脂肪酸也可降低瘤胃内的H+浓度。另外,莫能菌素不但可以直接抑制产甲烷菌,还可抑制形成H 2和甲酸的细菌。

日本带广大学教授高桥润一在研究因食用含有硝酸盐的饲料而中毒的家畜时发现,食用含有大量硝酸盐牧草的奶牛在嗳气时几乎不排出CH4,进一步研究发现,如果在含硝酸盐的牧草中掺入L-半胱氨酸,不仅可以防止动物中毒,而且不会影响牛奶和动物肉制品。这是由于添加硝酸盐后促进硝酸盐还原菌在瘤胃内的生长,与产甲烷菌竞争氢原子所致。因此,在动物饲料中添加适当比例的硝酸盐和半胱氨酸有可能抑制瘤胃产生CH4而不产生毒性[18]。

5.5 调控日粮精粗比

日粮精粗比对反刍动物瘤胃CH4产量有较大影响。日粮精粗比影响乙酸和丙酸比例,进而影响CH 4产量,当饲喂以粗饲料为主的日粮时,乙酸的含量提高;当增加饲料中精料的比例时丙酸的含量增加。吸收的乙酸除一部分被用作合成乳脂的原料外,相当大的部分被氧化供能,而丙酸主要经肝脏转变为组织成分。乙酸经氧化后产生的过多CO2又会被产甲烷菌合成CH 4,其中以乙酸为底物的CH4合成占60%以上,以H2和CO2为底物的CH4合成占30%。因此可通过调节日粮精粗比来降低CO2和CH 4的产量。日粮精料高有利于丙酸的产生,另外,精料可以降低瘤胃p H,可以达到除去某些原虫的目的,从而降低CH4的产生。但是,当丙酸的比例过高(33%以上)时,就会影响生产性能[19],饲喂非常高的精料往往容易引起酸中毒、蹄叶炎、过肥等问题。

研究发现,日粮中的非结构性碳水化合物水平增加25%可以降低CH 4产量约20%。杨在宾[20]的试验证明,谷物类精饲料的比例为80%时,饲料能量的3%～4%以CH4的形式排放而损失;如全部供给纤维类粗饲料,则10%以上的能量随CH 4排放而损失。精饲料种类不同,CH4排放量差异也很大,以大麦为基础日粮时,甲烷能占总能量的6.5%～12.0%;以玉米为基础饲料时,甲烷能在5%以下。韩继福等[21]利用不同比例(0∶100、25∶75、50∶50、75∶25)的精料∶羊草日粮饲喂阉牛,由呼吸代谢室测试其CH4排放量,结果表明阉牛瘤胃内丙酸和CH4产量分别为3.26、4.57、6.63、8.81 mol/d和 208.13、201.26、194.17、170.99 L/d,说明日粮中精料增加有利于丙酸发酵,减少CH4排放量。汪水平等[22]分别饲喂泌乳奶牛精粗比约为30∶70的“高低质粗料型”日粮、30∶70的混合型高青贮日粮、50∶50的精粗比例相当日粮及65∶35的高精料日粮,测得其丙酸产量分别为 21.22、23.76、26.36和27.34 mmol/L,前2种日粮的瘤胃丙酸浓度分别与后2种日粮差异极显著(P＜0.01)。张爱忠等[23]以青干草为粗饲料,分别饲喂绒山羊精粗比为3∶7和2∶8的日粮,发现2∶8的日粮组的丙酸产量明显低于3∶7的日粮组。

Mathers等[24]和 Murray等[25-26]研究表明,CH4和CO2排放总量及其动态也明显反应在饲喂方式上。在一定范围内少量多次饲喂有利于提高饲料利用率和吸收率,从而减小瘤胃内p H的波动幅度,较好地维持平衡状态,有利于瘤胃内纤维物质的降解和瘤胃发酵。先粗后精,以及先粗后多次添加精料的饲喂方式有利于瘤胃内挥发性脂肪酸以丙酸为主,不仅可以降低饲料损耗减少CH4和CO2的排放量,而且可以改善动物生产性能。

改变精粗比虽然可以有效降低CH4的产量,但也产生了一定的副作用,如与人争粮、增加了氮的投入与排放等,所以其他降低CH 4产量的方法还应该进一步研究。

5.6 日粮品质及采食量

85-913-04-05攻关课题组(农业部环境保护科研监测所,天津)[27]的研究表明,喂氨化饲料的牛比喂普通饲料的牛每头每年少排放CH4 17.11 kg,且氨化饲料具有营养价值高、易消化等优点,可使牛的饲养周期大大缩短,单位畜产品CH 4排放量明显减少。游玉波[28]的试验表明,采食氨化、青贮和干玉米秸秆(日粮精粗比为50∶50)日粮的肉牛CH 4平均排放量分别为248.4、234.3和261.7 L/d,与采食青贮和干玉米秸的肉牛 CH4排放量差异显著(P＜0.05)。

饲喂干草比饲喂青贮和粗切的牧草比细碎的牧草都能产生更多的CH4。动物的生产率越高,每单位动物产品产生的CH 4量越少。此外,蛋白质在肠内消化不产生CH4[29],可以添加过瘤胃蛋白以减少CH4产量。

牧草种类不同,山羊的CH 4产量也不相同。以内蒙古白绒山羊为例,豆科类牧草中CH 4产量依次为紫花苜蓿＞沙打旺＞中间锦鸡儿＞牛枝子＞刺叶丙棘豆＞西藏锦鸡儿＞红宁角;禾本科类牧草的CH4产量依次为针茅＞羊草＞冰草＞赖草＞无芒隐子草＞中亚狼尾草＞芨芨草＞苏丹草[13]。Waghorn等[30]的研究也表明采食黑麦草和白苜蓿的绵羊的CH4产量最高为25.7 g/kg DM,而采食莲属植物的甲烷产生量为11.5 g/kg DM,采食不同牧草CH4产量可产生2倍的差异。Animut等[31]的研究表明,饲喂含单宁较高的牧草也可以降低山羊的CH4产量。

CH4排放量随采食量的增加而增加。内蒙古白绒山羊的饲养试验表明,维持水平组(干物质采食量(DMI)为0.581 kg/d)的CH4排放量为10.43 g/d,甲烷能占采食总能的比例为 8.98%;自由采食组(DMI为0.839 kg/d)的CH4排放量为15.07 g/d,甲烷能占采食总能的比例为6.28%[32]。

5.7 添加离子载体

离子载体是由放线菌产生的一种抗生素,它具有改变通过微生物生物膜离子流量的作用。革兰氏阴性菌外膜结构复杂,通常不受离子载体的影响;但革兰氏阳性菌缺乏典型的外膜,因而对离子载体极为敏感。离子载体,像莫能菌素、盐霉素和拉沙里菌素可以改变瘤胃发酵,增加丙酸产量,减少CH 4生成量。为了比较莫能霉素、盐霉素和拉沙里菌素3种离子载体对肉牛能量代谢的不同影响,以4头西门塔尔×中国黄牛杂交一代公牛为试验动物,结果表明:莫能霉素、盐霉素和拉沙里菌素对总能消化率没有显著影响(P＞0.05);分别使消化能转化为代谢能的效率提高 2.07%、1.85%和 2.07%(P＜0.05);使甲烷能与进食总能比减小15.1%、17.6%和19.3%(P＜0.05);使代谢能产热率降低1.76%、2.92%和3.87%(P ＞0.05);使日粮总能沉积率提高3.30%、5.62%和8.07%(P＞0.05)[33]。

5.8 减少粪便中温室气体的排放

全球动物粪便排放的CH 4大约占已知CH4排放总量的5.5%～8.0%,排放的N2O大约占全球N2O排放总量的7%[34]。

牛粪便最常见的处理方式是堆放。研究表明堆放前期的CO2和CH4排放速率较大,中后期较慢;N2O在堆放前期的排放速率较慢,后期排放速度逐渐上升;堆放高度为50 cm的温室气体排放速度比25 cm的低[35]。Sommer等[19]的研究表明,表面覆盖会减少液态粪便CH 4排放量,平均减少38%,但是当温度升高时,表面覆盖的影响会变小[36]。与表面覆盖减少CH4排放相反,表面覆盖增加N 2O的排放。当没有表面覆盖时,N2O的排放几乎为0,然而当形成天然表面外壳时,N2O的排放增加。但陆日东等[37]的研究表明牛粪在堆放时覆盖玉米秸秆会减少CO2、N2O的排放。另外,粪便的含水量影响粪便的硝化作用和反硝化作用。透气性很好或很差均不利于硝化或反硝化过程中N2 O的生成,因此动物粪便含水量很低和长期淹水时,N2O排放量都很小,但是粪便的干湿交替会促进N2O的生成与排放[38]。

粪便堆放可产生大量的温室气体。目前,利用牛粪便生产沼气和有机肥的技术已较成熟。沼气工程不仅能减少温室气体排放,还能提供大量的有机肥和提供一定量的清洁能源。按照政府间气候变化专业委员会2006年推荐的方法学[39]计算,在南方炎热地区,一个处理4头猪粪便的户用沼气池,每年最大可减排温室气体2.0～4.1 t CO2当量。

6 结 语

反刍动物养殖是温室气体产生的一个重要来源,为达到全球气温上升幅度低于2℃的目标,探索降低反刍动物温室气体排放量的方法已刻不容缓。

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