奶牛养殖氮排放对环境的影响和减排措施

秦雯霄，白雪利，高腾云

(河南农业大学 牧医工程学院，河南 郑州 450002)

近几年来，我国奶牛养殖业迅猛发展，养殖规模和集约化程度都逐步提高，在国民经济中的地位也明显上升，提升了国民的生活水平。与此同时，奶牛养殖业发展所产生的废气、粪污也给环境带来了不小的压力，其中氮对环境的影响已经被公认为是造成环境污染的重要原因之一。我国蛋白饲料资源相对匮乏，但在实际生产中，为提升奶牛生产潜能而大量应用高蛋白饲料与反刍动物对氮素资源偏低的利用率形成了强烈对比，造成了含氮饲料的严重浪费、生产成本升高，还使大量含氮物质不能被机体利用而排出体外，造成对环境的污染。这与我国建立长期可持续的畜牧业目标是背道而驰的，需要引起各方面的关注。

1 氮排放对环境的影响

氮素对环境的影响主要体现在对地下水体和空气的污染。据统计，日粮中的氮素只有20%左右被机体转化所利用，其余的70%～80%会以尿氮和粪氮的形式排放到空气和土壤中，再通过挥发、径流、反硝化等方式对环境造成污染[1]。不同生产水平的奶牛对氮素的利用也有很大差别，李爱华对高产牛场、中产牛场和低产牛场的氮排放情况研究发现，高产奶牛粪氮的含量显著高于低产奶牛(P<0.05)，氮表观消化率也极显著低于中产和低产奶牛(P<0.01)，即随着生产水平的提高、氮饲喂量的增加，奶牛对氮的表观消化率会降低，奶牛场向环境中排放的粪氮和尿氮也明显增多[2]。我国目前奶牛存栏量约为1 500万头，若根据刘忠琛[3]报道的一个千头奶牛场可日产粪尿50 t计算，每天由奶牛养殖排放的粪尿量约为7.5×108t，每年可向周围环境排放几百至几千万吨的氮。

奶牛很大一部分粪尿会直接排泄到运动场上，如果没有得到很好并及时的清理，会对地下水体和环境造成很大的危害。朱宏鹄对典型奶牛运动场的氮淋溶现象和流失通量研究发现，运动场土壤中硝态氮有明显的向下淋溶现象，并估测得径流氮向水体输出通量约为14.95 kg/hm2[4]。氮在地下水体中主要以硝酸盐的形式存在，硝酸盐对人体和家畜健康是无益的。硝酸盐经过还原作用在机体中可以转化为亚硝酸盐，使血液的携氧能力减弱，严重时可危及生命。硝酸盐还与机体内仲胺类物质发生作用生成硝铵类，有极强的致癌和致畸性。氮素还可以使水体出现富营养化，降低水体的含氧量，不利于水中动植物的生存。同时尿氮的排泄还是奶牛场对大气形成污染的主推手，主要是由于从尿液里挥发出了高于粪便5～6倍的氨[5]，会引起动植物和人体的不适，对机体造成直接伤害，逐渐改变生态状况。

2 减排措施

针对我国奶牛养殖业氮素利用率普遍较低的现状，国内外生产和科研专家从减排机理到实践应用进行了深入的研究和探索。

2.1 能氮平衡

微生物利用饲粮中的蛋白质合成自身菌体蛋白时需要充足的能量和挥发性脂肪酸提供的碳架，两者若不能同时满足微生物的合成需求，蛋白质的利用率就会降低，菌体蛋白合成量就会受到影响。因此根据能氮平衡原理科学合理地配制日粮可有效提高微生物的活性和对氮素的利用。当日粮中瘤胃能氮值(rumen energy nitrogen balance,RENB)为负值时，可通过提高日粮中瘤胃非降解蛋白(rumen undegradable protein, RUP)比例或可发酵有机物的含量达到能氮均衡，减少氮素在瘤胃内的损失[6]。

2.2 使用优质蛋白粗饲料

我国地域辽阔，物种资源丰富，粗饲料品种也是多种多样，玉米秸秆、玉米青贮、羊草、苜蓿等是目前我国北方奶牛养殖业中主要的粗饲料。优质的粗饲料拥有较好的适口性、较高的可消化性、较优的蛋白质品质，在实际生产中对提高奶牛氮素的利用有一定的作用。而低质粗饲料的应用会使奶牛潜在的生产性能受到抑制，瘤胃代谢不平衡，从而使其对日粮的利用率降低。夏科等研究比较了粗饲料组合对奶牛氮的利用情况，结果表明，玉米秸秆较苜蓿草会降低奶牛的摄入总氮、可消化氮和沉积氮，也会使更多的食入氮以粪氮的形式排出，即表明玉米秸秆的氮的消化率不如苜蓿草，玉米秸秆型日粮对于减少氮排放没有有利的促进作用。并且发现羊草与玉米秸秆、苜蓿草之间存在有正组合效应，建议在玉米秸秆资源丰富的地区采用与羊草组合的饲喂方法来提高饲料的利用率[7]。Danes等[8]发现当以象草为粗饲料时，精饲料的蛋白水平为8.7%、日粮蛋白水平为15.3%～15.7%即可满足产奶量为20 kg的泌乳牛蛋白质需要，且此时氮利用率可以达到18.4%。

2.3 适宜的蛋白质水平

日粮的粗蛋白水平和摄入量是奶牛对蛋白质供给最简单和最直接的体现。过高的日粮蛋白水平可以提高乳和乳品质，但是氮素的利用率较低，提高了饲料成本和增加了粪氮、尿氮的排放量[8]。过低的日粮蛋白质水平虽然可以提高乳氮利用率和减少粪氮、尿氮的排出量，但是可能会对生产性能有不利影响[9]。Broderick研究发现当日粮粗蛋白水平从15.1%提高到18.4%时，尿氮占摄入氮的比例也随之增加[10]。Danes等[8]研究得出，乳中尿素氮含量与精料蛋白水平呈正相关关系，即氮素的利用率随蛋白水平提高而降低。王星凌等[9]研究蛋白质水平对奶牛氮利用的影响时发现，氮排出量随日粮蛋白水平提高而增加，当饲粮中粗蛋白水平为12.56%时可以得到最低的粪氮和尿氮排出量，15.53%时尿氮排出量不再上升，粪氮只在16.93%蛋白水平时出现明显增加(P<0.05)。同时证实了乳氮效率(乳氮/摄入氮)并未随蛋白水平提高而升高，日粮水平为13.96%时乳氮效率明显高于其他高蛋白水平组(P<0.05或P<0.01)，可以满足产奶量28 kg的中国荷斯坦奶牛对氮素的需求。张峰等[10]研究发现蛋白水平从20.7%降至15.5%会显著影响奶牛氮的摄入量，并且氮利用率有升高趋势，并且提出对于产奶量在20 kg水平的泌乳奶牛来说，15.5%的蛋白水平即可满足其营养水平，而且还可以使粪氮的排出量减少约17.8%。

2.4 平衡的氨基酸搭配

反刍动物的蛋白质营养很大程度上就是氨基酸的营养。平衡的氨基酸是机体健康所必需的，对于提升产奶量、增强饲料氮转化效率方面有很大程度的影响。以玉米为基础日粮的产奶牛的限制性必需氨基酸主要是赖氨酸和蛋氨酸。豆粕被认为是仅次于微生物蛋白的优秀蛋白质饲料，氨基酸组成平衡，对机体利用氮素合成乳蛋白有很大的促进作用。平衡的氨基酸模式，可提高食入氮转化为乳蛋白的比例，还可以降低粪氮和尿氮的排泄量，提高氮素利用率。孙健全等[12]在研究不同日粮蛋白质和赖氨酸含量对奶牛产奶性能、氮利用和血液代谢激素的影响时发现，赖氨酸含量相同时，日粮粗蛋白含量为14.1%或12.6%，奶牛产奶性能不受影响，乳氮产量增加，氮利用率提高；当奶牛日粮赖氨酸含量从0.60%降到0.45%，尽管蛋白质含量相同，但奶牛产奶量下降，乳蛋白略呈下降趋势，乳氮产量降低，氮利用率降低。

2.5 过瘤胃技术的应用

将部分蛋白质和氨基酸经过包被处理可以使其在瘤胃发酵中免受降解，以满足小肠消化和吸收的营养需要。不同的蛋白质降解率影响着粪尿之间的氮素分配，Wang等[13]发现降低RDP/RUP(瘤胃可降解蛋白/瘤胃非降解蛋白)可以减少粪氮和尿氮的排出量，而且生产性能不受影响。Chen等[14]发现日粮中添加瘤胃保护蛋氨酸，可以提高表观氮效率(乳氮/吸收氮)和奶牛能量校正乳产量，并且可以降低低蛋白日粮对奶牛采食量和生产性能的影响。代谢蛋白质较日粮粗蛋白水平更真实地体现了奶牛对蛋白质的需要，若代谢蛋白水平较低，且不能及时补充过瘤胃蛋氨酸时，会使乳蛋白量减少[15]。

2.6 生物肽的应用

肽与游离氨基酸不同，是氨基酸经肽键链接而形成的具有生物活性的化合物。很多研究发现肽在机体氨基酸利用方面和对瘤胃微生物活性调节都具有显著优于游离氨基酸的优势。闵育娜等[16]报道提高小肽与游离氨基酸的比例，精氨酸对机体吸收赖氨酸的影响将会减弱，使日粮的氨基酸均衡性能更好的体现出来，促进机体代谢，提高对营养物质和氮素的利用率。而且微生物利用肽合成自身蛋白的效率要高于氨基酸，肽是影响瘤胃微生物生长速率、利用氮作为氮源合成菌体蛋白的关键因子，所以生物肽在生产中的应用具有提高动物机体对日粮氮利用的潜力[17]。日粮中添加富含限制性必需氨基酸发酵肽可以提高产奶量11.0%～13.7%，可以有效改善乳品质[18]。

2.7 新型制剂的应用

益生菌常常被用来改善机体对饲料的利用率和提高抗病能力。有研究发现奶牛在泌乳期饲喂复合益生菌(双歧杆菌、枯草芽孢杆菌、嗜酸乳杆菌、纳豆芽孢杆菌)可显著提高产奶量和有效改善乳品质[19]。酵母也是益生菌大家族的一员，因其较高的粗蛋白含量和丰富的维生素，通过改善肠胃环境和菌群结构提高机体对营养物质的消化率，使得其在实际生产中越来越受到青睐。酵母所含蛋白为瘤胃慢速降解蛋白，在瘤胃发酵过程中，可以相对缓慢地释放其中的氮素，为机体提供更多的过瘤胃蛋白，从而实现较高的氮素吸收率和利用率[20]。酵母糖蜜是生产酵母的副产品，其干物质含量高，并且有丰富的蛋白质和矿物质，可以提高瘤胃微生物的活性和合成速率，日粮中添加1.5 kg酵母糖蜜可使尿素的排泄量从161 g/d降到143 g/d，氮素利用率提高到了11.8%，与空白对照组相比提高了近36%[21]。李凌岩在日粮中添加1.2%的酵母蛋白部分替代豆粕发现，试验组的氮利用率和沉积氮率都显著提高(P<0.05)，尿氮的排出量也有所减少[22]。

3 结 语

氮素作为奶牛养殖业的“核心元素”，其生产和利用价值越来越受到各界的关注。有效的调控措施不仅可以提高奶牛的正常代谢水平和发挥最有生产潜能，也可以提高对饲料资源的科学利用水平，节约饲料资源，减轻氮素对环境造成的污染。

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