影响泌乳奶牛氮利用率的营养因素研究进展

毛 江，焦浩鹏，梅银财，龙海霞，何 翠，宋良荣，杨晓娟

（新希望乳业股份有限公司，四川成都 610000）

当前，中国奶牛养殖逐渐走向规模化、集约化、专业化，但同时以规模化牧场为主的集约型养殖模式引发的环境污染问题也日渐凸显。如何通过科学的技术措施对奶牛进行高效地饲养管理，降低泌乳奶牛氮排放、提高氮利用率、减少奶牛养殖对环境的污染是奶牛养殖亟需解决的问题之一。

泌乳奶牛对氮的利用受多种因素影响，如奶牛自身生物遗传因素、泌乳阶段、营养因素、环境因素等。其中，营养因素是影响泌乳奶牛氮利用的重要因素之一，可以通过优化奶牛日粮配方和营养调控来降低奶牛氮排放，提高奶牛对氮的利用率。本文主要综述了影响泌乳奶牛氮利用的营养因素，为提高饲粮中氮的利用及降低环境压力等方面研究提供理论参考。

1 泌乳奶牛氮排放与利用

奶牛作为反刍动物，消化系统复杂，采食量大，泌乳奶牛平均每天的干物质采食量为20～30 kg，通过采食饲粮摄入大量的氮，经机体代谢后，大部分氮经尿液、粪便及乳液3 个途径排出尿氮、粪氮及乳氮，乳氮中95%是真蛋白氮，5%是非蛋白氮，其余少部分氮被机体吸收沉积在机体中[1]。奶牛氮利用率是奶牛将氮转化为蛋白质的效率，蛋白质包括牛奶中的蛋白质、奶牛自身贮存和代谢的蛋白质等。有研究报道，由于自身生物遗传的限制，泌乳奶牛对氮的利用率仅为20%～35%[2]，这意味着65%～80%氮随着粪和尿被排出体外。据统计，2016 年中国奶牛总存栏量约为1 413 万头，奶牛每天的排粪量为30～50 kg，排尿量为15～25 kg[3]，每年将产生2.3×108～3.8×108t 粪尿，粪和尿中大量的氮成为污染空气、水质和土壤的主要因素。据李秋凤等[4]研究报道，中国每年奶牛养殖污染总氮量为2.23×105t。乔岩瑞[5]认为，泌乳奶牛粪氮和尿氮与其氮摄入量、日粮蛋白质消化率以及饲料粗蛋白质生物学价值有关，并提出粪氮与尿氮的计算公式，其中，饲料粗蛋白质生物学价值与氨基酸平衡有关，氨基酸限制性越强，粗蛋白质生物学价值越高。

其中，粪氮和尿氮是影响氮利用率的关键因素，而粪氮和尿氮与奶牛营养代谢有很大的关系，因此营养因素是影响奶牛氮利用率的重要因素。

2 影响泌乳奶牛氮利用的主要营养因素

2.1 日粮精粗比 相比传统精、粗料分开饲喂模式，现代规模化奶牛场大都采用全混合日粮（TMR）饲喂模式，保证奶牛摄入日粮的精粗比，从而更有利于奶牛瘤胃环境的稳定与健康。不同精粗比的日粮不仅影响奶牛的瘤胃健康和生产性能，也会影响奶牛对蛋白质的降解，进而影响奶牛氮利用。王吉峰等[7]试验结果表明，日粮精粗比是影响泌乳奶牛饲料瘤胃降解率及生产性能的重要因素，且高精料日粮显著抑制了纤维素分解菌的活性，导致蛋白质的降解也受到限制，进而影响奶牛对氮的利用。孙德成等[8]研究表明，精粗比为40∶60 和50∶50 的试验组奶牛，其氮利用率和生产性能均高于精粗比为20∶80、30∶70、60∶40 和70∶30 的试验组奶牛。孙亚波等[9]研究表明，与其他试验组相比，精粗比为40∶60 时最有利于奶牛对日粮中蛋白质的消化和利用，即氮利用率最高。陈子宁等[10]试验表明，泌乳奶牛日粮精粗比例为1∶1 时，可降解氮的利用率最高，且泌乳奶牛精粗比不宜超过6∶4，7∶3 则是极限。综合以上研究报道，在实际生产中，保证奶牛正常生产性能情况下，适当降低精粗比（不低于4∶6），不仅能提高氮利用率，更有利于稳定瘤胃环境，保持瘤胃健康。

2.2 日粮蛋白质 奶牛日粮中粗蛋白质的水平和组成是影响奶牛氮利用的最直接因素。

2.2.1 粗蛋白质水平 日粮中粗蛋白质水平过高，会造成饲料资源的浪费，增加奶牛粪氮和尿氮的排放量，从而引发环境问题；相反，如果日粮中蛋白质水平过低，虽然能降低粪尿中氮的含量，提高奶牛氮利用率，但可能无法满足奶牛正常生产代谢，影响奶牛产奶量和乳品质。Castillo 等[11]试验表明，当奶牛摄入氮超过400 g/d 时，多余的氮会随尿液排出，且随日粮中蛋白质水平的增加，尿中氮含量也会增加。Danes 等[12]研究结果也表明，牛奶尿素氮随日粮中蛋白质水平的增加呈上升趋势，氮利用率会随日粮中蛋白质水平上升而下降。Groff 等[13]研究指出，牛奶尿素氮、血浆尿素氮、粪氮和尿氮均随奶牛日粮中蛋白质含量的增加而增加，且当日粮中蛋白水平达到17% 时，氮利用率最高。Sinclair 等[14]的结果显示，当奶牛日粮蛋白水平为14% 时，奶牛氮利用率最高。可能是二者试验期间日粮结构、试验牛只、泌乳阶段等因素不同，导致蛋白质降解率和氮利用率差别较大。张峰等[15]研究表明，当日粮中蛋白质水平从20.7% 降到15.5%，粪氮含量逐渐降低，氮利用率有升高趋势。王星凌等[16]试验表明，日粮蛋白质水平为12.56%和13.96%组的氮利用率显著高于15.53%和16.93% 组，且随日粮蛋白质水平的增加，尿中尿素氮和奶中尿素氮都呈增加趋势，在蛋白质水平为13.9%时，氮利用率达到最大值。

2.2.2 蛋白质的组成 根据奶牛日粮蛋白质在瘤胃中的消化情况可分为瘤胃可降解蛋白（Rumen Degradable Protein，RDP）和瘤胃非降解蛋白（Rumen Undegradable Protein，RUP），奶牛日粮蛋白质中RDP 和RUP 必须合理搭配。当RDP 进入瘤胃被微生物降解后，为微生物蛋白合成提供氮源，但是奶牛微生物蛋白合成量有限，最大值约为1.59 kg/d[17]，如果RDP 比例过高就会导致瘤胃中过量的氨进入血液参与再循环或随尿液排出体外，降低了氮利用率。因此，奶牛蛋白质需求一部分来自RDP，其余必须由RUP 提供，且泌乳奶牛产奶量越高，RUP的需要量也越多[18]。倪丽丽等[19]试验表明，当日粮中粗蛋白质水平从14.5% 降至12.5% 时，对产奶量无显著影响；提高日粮的RUP 水平不仅对提高产奶量有一定促进作用，还能降低氮排出量，提高氮利用率。孙燕勇等[20]报道，奶牛产奶量从25 kg/d 提高到40 kg/d 时，日粮干物质中RUP 需求量从3% 增加到10%，表明提高RUP 使用量可以提高产奶量，减少饲料浪费，提高氮利用率。

日粮中蛋白质的含量和组成是影响奶牛氮利用率的重要因素，在实际生产中适当降低日粮中的粗蛋白质水平，同时提高RUP 用量，不仅能满足奶牛对蛋白质的营养需求，还能提高饲料利用率和产奶量、保证奶牛健康、减少氮排放，减少奶牛养殖对周围环境的污染。

2.3 过瘤胃氨基酸 日粮中每一种蛋白质都由不同种类和数量的氨基酸构成，奶牛对日粮中蛋白质的营养需求实质在很大程度上是对不同种类氨基酸的营养需求[21]。Apelo 等[22]研究显示，奶牛日粮营养结构为低蛋白质、高过瘤胃蛋氨酸时，牛奶尿素氮和尿中尿素氮都较低，氮利用率提高。Broderivek 等[23]试验表明，在添加过瘤胃氨基酸的情况下，即使降低日粮中蛋白质水平，牛奶产量和乳蛋白含量也不会降低，反而会增加。Dinne等[24]研究表明，奶牛日粮中添加过瘤胃氨基酸可以提高氮利用率，增加奶牛体内氮沉积。Noftsger 等[25]试验得出相似的结果，即奶牛日粮中添加过瘤胃氨基酸时，氮利用率会显著提高。Chen 等[26]研究发现，添加过瘤胃蛋氨酸不仅可提高奶牛氮利用率和能量校正乳，还能降低低蛋白日粮对奶牛生产性能的影响。Lee 等[27]指出，在日粮中补充过瘤胃赖氨酸和蛋氨酸后，可以在不影响奶牛生产性能的情况下，降低尿氮排泄和粪中NH3排放。这些研究都证明了奶牛对蛋白质的需求很大程度上是对氨基酸的营养需求，使用一定量过瘤胃氨基酸是提高奶牛氮利用率的重要措施；同时，日粮中单一蛋白质的氨基酸种类有限，很难满足奶牛生产代谢，如果在日粮中加入不同种类的过瘤胃氨基酸，不仅能直接满足奶牛对氨基酸的营养需求，还能避免氨基酸在瘤胃中就被分解为水、CO2和氨，提高氮利用率，但由于过瘤胃氨基酸成本较高，实际生产使用时，需综合考虑投入和产出效益，适当地使用过瘤胃氨基酸。

2.4 碳水化合物 日粮中碳水化合物在奶牛瘤胃微生物作用下产生乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸等挥发性脂肪酸，而这些挥发性脂肪酸是奶牛主要的能量来源，因此日粮中的碳水化合物在奶牛营养中起着重要作用[28]。碳水化合物包括结构性碳水化合物（Structual Carbohydrates，SC）和非结构性碳水化合物（Non-Structual Carbohydrates，NSC），而NSC 较SC 更能促进瘤胃微生物生长和瘤胃发酵，并且提高氮利用率[29]。Hristov 等[30]研究结果表明，当奶牛日粮中添加NSC 时，日粮中的氮利用效率提高，血浆尿素氮和尿中尿素氮的含量都会降低。Alddrich 等[31]研究表明，添加一定量淀粉能增加奶牛日粮氮利用率。Cantalapiedra-Hijar 等[32]试验发现，淀粉可以促进奶牛乳蛋白质的合成，提高氮利用率，弥补日粮中蛋白不足引起的乳品质下降。王笑笑等[33]认为，通过改变日粮中碳水化合物的组成和比例可提高奶牛的乳蛋白合成和氮利用效率，减少环境污染。赵勐等[34]研究发现，奶牛对氮的利用率随日粮中中性洗涤纤维与淀粉的比例（0.86、1.18、1.63 和2.34）升高呈二次曲线变化，当比例达到1.63 时，奶牛氮利用率达到最大值。此外，谭支良等[35]研究报道，当日粮中SC 和NSC 的比例为2.64 时，瘤胃发酵达到最佳，此时瘤胃中微生物蛋白的合成效率最高。适当的SC 与NSC 比例能促进反刍动物瘤胃发酵，提高瘤胃氨和饲料氮利用率，因为微生物蛋白是奶牛合成乳蛋白的重要来源，而SC 与NSC 的比例是影响奶牛瘤胃微生物生长和瘤胃发酵的重要因素。因此，碳水化合物的结构组成是影响氮利用的重要因素。

2.5 能氮平衡 奶牛日粮中能氮平衡是影响瘤胃合成微生物蛋白的关键因素。如果能氮不平衡，不仅会造成饲料资源的浪费，而且会增加奶牛的代谢负担，最终随粪尿以氮的形式排放到环境中[36]。于锦皓等[37]研究报道，当氮元素缺乏时，奶牛瘤胃微生物的生长因偶联作用而受到抑制，每单位能量合成的蛋白质量相应减少；相反，当氮元素充足时，瘤胃微生物蛋白合成量以及合成效率随能量的增加大幅提升。陈瑶等[38]试验表明，奶牛瘤胃能氮平衡为正值时的牛奶尿素氮显著低于能氮平衡为负值时。倪传武等[39]试验显示，TMR 瘤胃能氮平衡接近0 时，微生物的氮转化效率高于85%，而TMR瘤胃能氮平衡为负值时，微生物的氮转化率仅为66%。Garg 等[40]研究表明，与处于能氮负平衡的中低产奶牛相比，能氮平衡为正值的中低产奶牛，氮沉积均升高，瘤胃微生物蛋白合成量从36% 上升至38%。因此，可以根据能氮平衡原理科学合理地配制奶牛日粮，促进能氮平衡，提高瘤胃微生物的活性，增加微生物蛋白的合成量，提高氮利用率。

3 结 语

从以上研究来看，影响奶牛氮利用率的最主要营养因素有日粮精粗比、蛋白质、氨基酸、碳水化合物、能氮平衡等。其中，日粮蛋白质水平对奶牛氮利用率的影响是众多学者研究热点，且研究结果一致表明奶牛日粮中蛋白质水平过高会降低氮利用率，但在实际生产中，很多规模化奶牛场为了追求奶牛高生产效率，采用高蛋白水平日粮，不仅造成大量饲料资源浪费，而且还会影响奶牛瘤胃健康，从长远来看并不可取。随着科学技术的发展，未来或可从营养因素之外的其他因素探究对泌乳奶牛氮利用率的影响，如奶牛自身遗传因素等，进而寻找新方法提高奶牛氮利用效率。