廉紅霞，王林楓，高騰云，付彤*

（1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，河南鄭州 450046；2.河南省家畜營養(yǎng)調(diào)控與生態(tài)養(yǎng)殖國際聯(lián)合實驗室，河南鄭州 450046）

“十四五”是我國畜牧業(yè)由畜牧大國向畜牧強國轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期。2021 年《中國奶業(yè)質(zhì)量報告》要求，到2025 年奶業(yè)實現(xiàn)全面振興，基本實現(xiàn)現(xiàn)代化，奶源基地、乳品質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)競爭力整體水平進(jìn)入世界先進(jìn)行列。隨著經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)，消費需求呈現(xiàn)個性化和多樣化趨勢，創(chuàng)新驅(qū)動成為發(fā)展新引擎，綠色生產(chǎn)為主導(dǎo)方向，這些新變化對草食畜牧業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展提出了新的要求。畜牧業(yè)應(yīng)堅持綠色發(fā)展，協(xié)同推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖和環(huán)境保護，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。2021年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布《關(guān)于開展綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)試點工作的通知》提出，加快推動農(nóng)業(yè)綠色低碳發(fā)展。中國乳業(yè)肩負(fù)著推動碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的責(zé)任與使命，全面推進(jìn)全產(chǎn)業(yè)鏈綠色轉(zhuǎn)型與升級、采取有效行動促進(jìn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展意義深遠(yuǎn)。實現(xiàn)乳品行業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)、開展綠色可持續(xù)發(fā)展成為中國乳業(yè)的發(fā)展方向。

目前中國奶業(yè)已躋身世界第一陣營，正處于構(gòu)筑“奶業(yè)強國”的進(jìn)程中。隨著規(guī)?；⒓s化程度的提高，奶牛生產(chǎn)為人類提供大量優(yōu)質(zhì)乳制品的同時，所面臨環(huán)境污染問題和奶牛生產(chǎn)蛋白質(zhì)飼料緊缺問題日益嚴(yán)重。我國飼用蛋白原料對外依存度長期保持在80% 以上，2021 年，我國進(jìn)口苜蓿干草178.03 萬t，同比增加31%，其進(jìn)口價格近5 年來一直呈上漲趨勢；國內(nèi)大豆需求逐年增加，2020 年已超過1 億t；另一方面，飼料中添加過量的蛋白質(zhì)，導(dǎo)致動物對蛋白質(zhì)的利用率降低、排放到自然界中的氮元素增加。因此，提高養(yǎng)殖中氮的利用效率，實現(xiàn)蛋白質(zhì)高效利用與氮素減排迫在眉睫。

1 奶牛集約化養(yǎng)殖中氮減排的必要性

畜牧養(yǎng)殖對環(huán)境造成的污染問題已引起全球的廣泛關(guān)注。畜牧業(yè)在世界范圍內(nèi)面臨著經(jīng)濟、環(huán)境和社會可持續(xù)發(fā)展的諸多挑戰(zhàn)，其中氮的排放對空氣、水質(zhì)、生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和人類健康的影響是一個重要問題。奶牛個體糞尿排泄量在家畜中是最多的，是農(nóng)業(yè)面源污染的主要因素之一。據(jù)測定，一頭體重為500～600 kg 的成年乳牛每天排糞量30～50 kg，尿量15～25 kg。一個千頭奶牛場日產(chǎn)糞尿50 t。而糞尿中含氮物對空氣、土壤和水體均可造成污染，因此成為主要的環(huán)境關(guān)注物。

我國奶牛養(yǎng)殖規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化和現(xiàn)代化水平不斷提高，生產(chǎn)效率大幅度提升，整體素質(zhì)明顯增強。2020 年我國奶牛數(shù)量615 萬頭，牛奶產(chǎn)量3 440 萬t，成母牛平均單產(chǎn)達(dá)到8.3 t；奶牛規(guī)模養(yǎng)殖比例達(dá)到67%，超過50 萬頭成母牛平均單產(chǎn)達(dá)到10 t 以上，多家牧場單產(chǎn)達(dá)到了13 t。據(jù)中國奶牛數(shù)據(jù)中心統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2021 年6 月參測牛只305 d 產(chǎn)奶量為9.34 t。

隨著我國奶牛業(yè)的快速發(fā)展，氮排泄污染環(huán)境的問題也越來越受到重視，奶牛氮排泄量與飼糧的粗蛋白質(zhì)含量和消化率密切相關(guān)。在奶業(yè)生產(chǎn)中，養(yǎng)殖者為提高產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)通常提高日糧蛋白的含量，導(dǎo)致70%～80%的攝入氮通過糞便和尿液排泄到水體、陸地和大氣中，進(jìn)一步造成環(huán)境的惡化。伴隨奶業(yè)快速發(fā)展而來的奶牛集約化養(yǎng)殖導(dǎo)致排放的氮在較小空間內(nèi)積累。理想情況下，大部分氮素應(yīng)保留在家畜體內(nèi)，或沉積到糞肥中然后用作農(nóng)作物肥料。然而，大量的氮會以揮發(fā)性氮形式流失。奶牛向環(huán)境中排泄的氮主要是尿氮和糞氮，其通過不同的方式對環(huán)境產(chǎn)生影響，主要以氨氮（NH-N）、一氧化二氮（NO）和氮氣（N）的形式排放到空氣中；或者以硝酸鹽（NO）的形式排放到地下水中；以顆粒氮的形式排放到地表水中，導(dǎo)致大氣顆粒增加，平流層臭氧濃度降低，溫室氣體濃度升高，水生生態(tài)系統(tǒng)富營養(yǎng)化和沿海缺氧，降水、土壤和地表水酸度增加等，最終大部分污水進(jìn)入土壤，通過雨水沖刷進(jìn)入地表水源和地下水源，對水體造成污染。

糞便作為奶牛養(yǎng)殖主要的污染源，分解的終產(chǎn)物以氨、硝酸鹽和胺等3 種形態(tài)進(jìn)入土壤。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2016 年全國奶牛場糞污年產(chǎn)量約4 億t。牛糞中有機質(zhì)、氨態(tài)氮（NH-N）、總磷（TP）、總氮（TN）含量分別達(dá)53.56、1.71、1.18、4.37 g/kg，其中的蛋白質(zhì)等經(jīng)微生物分解產(chǎn)生如甲烷（CH）、硫化氫（HS）、氨氣（NH）等。相比糞氮，對于污染空氣而言，尿氮的污染更為嚴(yán)重，因為從尿液中揮發(fā)出來的氨是糞便中的6～7 倍。與糞便中的氮不同，尿液中的氮對不同的氮攝入量更敏感。因此制定可實施的方案以優(yōu)化養(yǎng)殖場奶牛對氮素的保留，并盡量減少這些營養(yǎng)素在尿液中的排泄量意義重大。

2 奶牛蛋白水平周期性波動日糧研究進(jìn)展

在自然界中，一些動物、植物和微生物經(jīng)歷了季節(jié)性的營養(yǎng)不足和充足時期，這種營養(yǎng)波動在生物的快速生長期以代償性生長的方式影響穩(wěn)態(tài)的過程。反芻動物瘤胃微生物可能在氮供應(yīng)量低于或高于其需求量時增加對氮利用的效率。研究表明，日糧氮水平不斷變化時，反芻動物氮沉積有所增加，原因在于循環(huán)到瘤胃中的尿素氮能夠為機體蛋白合成提供氮源，保證了動物體內(nèi)正常的氮代謝。樊艷華等通過研究飼糧蛋白質(zhì)水平周期性變動對內(nèi)蒙古白絨山羊內(nèi)源尿素氮循環(huán)和微生物蛋白質(zhì)合成的影響，探明周期性變動飼糧蛋白質(zhì)水平有利于提高內(nèi)蒙古白絨山羊氮利用率和微生物蛋白質(zhì)合成量。飼喂蛋白水平周期性波動日糧可提高羔羊氮利用率，原因可能在于轉(zhuǎn)運至瘤胃的尿素增加。Muscher 等通過Ussing Chamber 以瘤胃上皮模擬尿素氮轉(zhuǎn)運測定尿素氮在瘤胃的流通量，表明飼喂2 d 變動低氮飼糧的羊屠宰后，尿素氮在基膜的流通量更大。

通過日糧管理和周期性改變?nèi)占Z的飼喂方式來提高反芻動物氮利用率是緩解環(huán)境污染的一種重要手段。在接近或低于動物需要的日糧粗蛋白質(zhì)水平下，波動日糧粗蛋白質(zhì)才能有效地提高氮的存留率，且動物的生產(chǎn)性能不會下降。以48 h 為間隔的波動日糧粗蛋白質(zhì)水平可以增加反芻動物的氮利用效率，這表明了48 h 日糧粗蛋白質(zhì)水平的變化可能與消化物在腸道中的存留時間一致。瘤胃碳水化合物降解率與粗蛋白質(zhì)降解率同步是提高氮利用效率、減少尿氮排泄進(jìn)而提高動物生產(chǎn)性能的一種方法。

日糧蛋白質(zhì)水平周期性波動可調(diào)動反芻動物的尿素氮循環(huán)機制，降低糞氮、尿氮排出量，增加沉積氮/攝入氮，而且用于合成的微生物蛋白的氮增加，機體氮利用率提高。飼喂波動粗蛋白質(zhì)水平的日糧時，機體蛋白質(zhì)代謝的變化可能是提高氮利用效率的部分原因。與在靜態(tài)濃度下每天攝入等量粗蛋白的動物相比，飼喂波動粗蛋白日糧的動物有更多的尿素向門靜脈引流內(nèi)臟轉(zhuǎn)移。尿素循環(huán)到門靜脈引流內(nèi)臟的增加可能導(dǎo)致瘤胃內(nèi)NH-N 濃度的增加，進(jìn)而使瘤胃內(nèi)微生物粗蛋白合成增加，這表明相對于靜態(tài)日糧，飼喂波動日糧的動物尿素氮凈流量更大。當(dāng)瘤胃中氮含量較低時，日糧粗蛋白水平波動可能促進(jìn)了氮的循環(huán)利用。Zhang 等在荷斯坦公犢上的試驗也表明，以48 h 為間隔的日糧粗蛋白水平波動，增加了肝臟合成的尿素氮和進(jìn)入胃腸道的尿素氮，用于再合成代謝的尿素氮增加，從而增加了犢牛的氮利用率。因而，通過飼喂與日糧在消化道中滯留時間相似的間隔波動日糧粗蛋白水平，可以減少日糧CP的總喂量，且不會對動物的生產(chǎn)性能產(chǎn)生不利影響。

3 蛋白水平周期性波動日糧對奶牛氮減排的啟示

目前奶牛生產(chǎn)中，為確保高產(chǎn)奶量，通常會采用過量蛋白質(zhì)攝入。對奶牛而言，氮主要來源于飼料中的含氮化合物，奶牛對飼料中氮的利用率只有30% 左右，未利用的氮通過糞便和尿液排放到環(huán)境中（約30% 隨糞便排出，約40% 隨尿液排出），較低的利用率不僅會造成生產(chǎn)效益低下、飼料成本增加，同時也使污染物的排放量增多，制約了奶牛業(yè)發(fā)展。研究表明，瘤胃降解為氮利用率低的最主要原因。目前，研究者建議的奶牛日糧粗蛋白質(zhì)水平為15.7%～17.1%，這既能滿足奶牛的氮代謝需要，又能有相對較小的氮排泄量。

蛋白質(zhì)飼料緊缺問題一直是養(yǎng)殖業(yè)面臨的重要課題。特別是近年來，我國奶牛養(yǎng)殖水平迅速提高，集約化程度加快，優(yōu)質(zhì)蛋白飼料需求量日益增多。在奶牛全混合日糧（Total Mixed Ration,TMR）中，蛋白質(zhì)飼料占20%～40%，占飼料總成本的40%～50%。大豆和苜蓿作為奶牛養(yǎng)殖的主要蛋白飼料，長久以來主要依賴于來自美國的進(jìn)口。2018 年中美貿(mào)易戰(zhàn)以來，我國奶牛蛋白飼料緊缺問題日益嚴(yán)重。

日糧中適宜的粗蛋白質(zhì)水平對反芻動物的生產(chǎn)性能和飼料的有效利用至關(guān)重要。解決奶牛養(yǎng)殖全產(chǎn)業(yè)鏈中氮減排的措施包括：從飼料源頭控制，即建立健全準(zhǔn)確的飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，制定奶牛日糧中低蛋白日糧的使用及氨基酸平衡機制；著眼養(yǎng)殖過程管理，即奶牛飼喂管理過程中降低氮損失，做好能氮平衡工作，提高氮利用效率；實施終端調(diào)控，即糞尿減排及資源再利用。

在營養(yǎng)研究領(lǐng)域，日糧粗蛋白質(zhì)水平是影響動物氮排放的重要因素。奶牛日糧中高濃度的氮不僅增加了微生物蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，也提高了瘤胃NH的含量，從而增加了尿氮的排泄量。實踐證明，降低日糧氮含量對動物的氮利用效率有很大的改善，不僅降低了飼料成本，還減少了溫室氣體排放和水土污染。因此豬、禽養(yǎng)殖業(yè)提出了“低蛋白飼料”的解決方案，但對追求高品質(zhì)乳制品的奶牛業(yè)并不可行，盡管降低日糧氮濃度可以減少牛的氮排泄量，但日糧氮水平的降低可能會影響動物的生產(chǎn)性能和健康?？梢?，通過降低日糧氮濃度來減少氮排放在奶牛生產(chǎn)中并不是一個可行的策略。

基于此，精細(xì)化飼養(yǎng)成為今后世界范圍內(nèi)奶牛養(yǎng)殖的發(fā)展趨勢。表明提高飼喂精準(zhǔn)度，每天每頭牛飼料成本可降低2%，精準(zhǔn)飼喂可增加2%的產(chǎn)奶。調(diào)整日糧使提供的蛋白質(zhì)滿足奶牛需要成為提高氮利用率的基本原則。在我國奶牛攝入過量蛋白質(zhì)造成的奶牛高淘汰率、飼料資源浪費及環(huán)境污染問題愈來愈嚴(yán)重的情況下，尋找新的出路更顯重要。提高奶牛氮利用率、實行精準(zhǔn)飼養(yǎng)，是解決目前奶牛生產(chǎn)中氮減排問題切實可行的方法，其中日糧粗蛋白水平波動研究及策略無疑為奶牛養(yǎng)殖氮減排提供了新的思路和啟示。

4 小 結(jié)

粗蛋白水平周期性波動日糧通過對氮利用的積極影響，實現(xiàn)了奶牛精準(zhǔn)飼養(yǎng)及奶牛集約化養(yǎng)殖過程中的氮素減排，為保持奶牛高產(chǎn)前提下實現(xiàn)氮減排提供了新的思路。