奶牛场氮磷循环与利用的研究



奶牛场氮磷循环与利用的研究

罗海力（西南科技大学环境与资源学院 四川 绵阳 621010）

针对我国奶牛养殖业迅速发展的现状，概述了奶牛氮磷的摄入量、排出量及消化利用率等内容，研究显示泌乳牛对氮的利用率一般在20%~35%，泌乳牛对磷的利用率一般在70%左右；目的在于了解奶牛对氮磷的利用及奶牛场中氮磷循环的规律，提高奶牛场经济和生态效益。

奶业是经济、高效的畜牧产业，是现代农业的重要组成部分。近些年我国奶牛养殖业蓬勃发展，2007年上半年，奶牛存栏数已达到1429万头[1]，同年我国奶类产量3633.4万t，占世界产量的5.4%，居世界第三位；2007年末我国奶牛规模化程度达到58.9%[2]。与此同时，产生的养殖污染也越来越受到人们的关注。据测定，1头500~600kg的成年奶牛，每天排粪量30~50kg，排尿量15~25kg，排污量15~20L[3]。2005年我国奶牛养殖业产生10亿t奶牛粪便、污水、垫料、饲料残渣等废弃物，其中奶牛粪便约为1.5亿t[1]，奶牛养殖产生的污染物已成为一些地区的主要污染源之一。奶牛养殖业所面临的最大挑战是饲料养分的再循环，特别是氮和磷。因此，研究氮磷在奶牛场的循环，提高饲料利用率，减少粪尿中氮磷排出量，对于减少环境污染具有重大意义。

1 奶牛场氮磷的循环

从生态学系统观来看，养殖的对象处于生态系统中次级生产者的位置，发挥消耗与转化初级生产者的能量与物质的作用。养殖业在农业生态系统中对物质循环、能量转换、信息传递的综合功能是其它产业难以代替的。

2 氮素的利用

氮是经营可持续奶牛场所必需的营养元素，含氮的天然高聚物蛋白质是畜禽生命的物质基础，同时也是畜产品的主要成分；日粮中的氮为奶牛提供生长、维持和牛奶生产所需的蛋白质。然而，饲喂过量蛋白质，不仅会造成蛋白质饲料浪费，而且会导致粪尿中氮含量增加，污染环境。

2.1 奶牛氮的摄入量 根据国内外用奶牛所做的氮平衡试验平均结果表明，可消化粗蛋白对维持和产奶的综合利用效率为65%，维持的可消化蛋白质需要为3.0W0.75或粗蛋白4.6W0.75(W为奶牛体重kg)时平均标准乳需粗蛋白78g/kg或可消化粗蛋白质51g/kg。在以上基础上加10%安全量，则标准乳需粗蛋白质85g/kg或可消化粗蛋白55g/kg[4]。因此1头体重600kg的成年泌乳奶牛，产奶量30kg/d，需饲料的干物质量约为20kg/d，共摄入标准乳蛋白3.12kg/d(可消化粗蛋白约为2.05kg)，按照氮与粗蛋白的换算公式[5]：粗蛋白含量(%)=氮(%)×换算系数。此处换算系数取6.25，经过计算奶牛共摄入氮0.502kg/头·d。

2.2 奶牛氮的排出量 奶牛氮的排出主要经过3个途径，粪便中的氮，尿液中的尿氮以及乳液中的氮。尿氮对环境的影响最大，粪氮和尿氮的排泄量可以认为是奶牛污染环境的总氮排泄量。

Mulligan等的研究表明，粪氮、尿氮以及乳氮的排出量与氮摄入量呈正相关[6]。Castillo等的研究中也有类似的报道，粪氮和尿氮与摄入氮呈线性相关，而尿氮与摄入氮呈指数相关[7]。

据测定，1头体重为500~600kg的成年乳牛，排粪量为30~50kg/d，尿量为15~25kg/d，产奶量为20~40kg/d，其中，奶牛粪便中各污染物平均含量见表1。

表1 奶牛粪尿中污染物的平均含量[8] (kg/t)

牛奶中的各种成分含量见表2。

表2 牛奶的各种成分含量[9]

在此做一个简单的氮素平衡计算，奶牛每天排粪、尿量，产奶量及奶中蛋白质含量均取上述数据中的平均值，即排粪40kg/d，排尿20kg/d，产奶30kg/d，奶蛋白质含量3.2%，因此总的氮排出量(FN+UN+MN)为：TNE=40×4.37+20×8.0+30×103×3.2%÷6.25=0.488kg，也就是说奶牛总氮排出量基本等于摄入量(0.502kg)。

2.3 奶牛对氮利用率的研究 据Tamminga估算，荷斯坦奶牛摄入总氮的29%、50%分别从粪、尿排出体外，而只有剩下的21%被现体吸收利用[10]。泌乳母牛平均在乳中分泌所采食氮的25%~35%，而且几乎所有的剩余氮在粪尿中排出[11]。大量的氮随购买的饲料进入奶牛牛场，其中很大一部分氮留在了农场，而不是结合于乳、动物组织和农作物等农场出售的产品。

3 磷素的利用

磷是动物生长发育的必需元素，参与体内的多种生化反应。磷是ATP和磷酸肌酸的组成成分，参与体内能量代谢；磷以磷脂的方式促进脂类物质和脂溶性维生素的吸收；磷以磷酸根的形式参与糖、脂肪和蛋白质等的代谢。但畜禽摄入体内的磷排出体外，会造成地下水或者土壤的污染。

3.1 奶牛磷的摄入量 奶牛必须提供充足的磷才能满足需要，这是因为：粪便中磷的损失量较大；日粮中磷的真吸收率低；奶中含磷水平较高。

根据国内平衡试验和饲养实际确定供给量，即维持需要按每100kg体重给4.5g磷，每公斤标准乳给3g磷可满足需要[12]。

表3 我国泌乳牛专业标准磷需要量[13] (kg/d)

表4 泌乳牛磷的需要量[14] (体重600kg，乳脂率3.75%)

表4比较了NRC(1989)奶牛营养需要量中磷的需要量及德国新近推荐的磷的需要量，该例子所用奶牛体重600 kg，乳脂率为3.75%。相比表3与表4，可以发现我国确定的磷需要量比NRC和德国磷的推荐量普遍高出25%~60%。

3.2 奶牛磷的排出量 对奶牛来说，磷的主要排泄途径是粪便。一个年产奶8900kg，日粮磷水平为0.4%的奶牛1年要排出18kg的磷。如果日粮磷增加到0.6%，总的排放量可增加到31.5kg。年产6000kg牛奶的奶牛每年磷的排出量大约为13.5kg[15]。

3.3 奶牛对磷利用率的研究 在Brintrup等人的试验中所用的日粮磷浓度(0.39%~0.42%)大多接近泌乳牛的需要量，其所计算出的吸收系数为67%，74%，72%，与德国研究者提出的综合吸收系数(70%)相似。Hibbs等人的研究得出磷吸收系数的回归方程，吸收系数计算值=1.86696-5.01238(日粮磷%)+5.12286(日粮磷%)2；(r2=0.70)。根据回归方程，当日粮含磷0.22%时，吸收系数计算值为1.0，当日粮含磷0.49%时，吸收系数降至最低(0.64)[16]。

奶牛粪便磷占总磷排放的68.7%，奶中磷占总磷排放的30.3%，而尿磷只是占总磷排放的1%。总体而言各种饲料磷的利用率为：粗饲料为0.64%，谷物饲料为0.70%，磷酸氢钙为0.75%，磷酸二氢钙为0.90%[15]。

4 小结

奶牛的饲喂应该满足其营养需要，但不应该超过。饲喂任何营养不足的饲粮，均将降低乳核乳成分的产量；然而饲喂过量的营养也将降低营养利用的效率，导致增加对环境的养分排出，增加乳生产的成本。奶牛产乳造成粪尿中养分的损失是不可避免的，由于养分在奶牛场的富积，对营养应该管理，以确保在对环境最小影响的前提下进行有效的养分循环。

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1007-1733(2011)01-0067-02

（2010–12–02）