李忠東

溫室氣體排第二

近日，美國一家大型奶牛場發(fā)生大爆炸，瞬間升起巨大的黑色蘑菇云，數十千米外都清晰可見。爆炸引發(fā)的大火造成嚴重損失，燒死奶牛1.8萬多頭，數十名擠奶工人受傷。為什么奶牛場會發(fā)生如此大規(guī)模的爆炸？

調查人員發(fā)現，奶牛排放的甲烷是元兇。甲烷濃度過高時易形成爆炸性混合氣體，一旦遇到明火或者電弧等就會造成嚴重后果，特別是養(yǎng)殖場等低通風的地方，更容易出現高濃度甲烷氣體，進而引發(fā)爆炸事故。

奶牛運輸過程中也發(fā)生過類似問題。2014年，一架波音747在愛爾蘭海上空發(fā)出了火災警報。飛行員隨即緊急迫降，技術人員在現場進行檢查，并未在機艙內發(fā)現火災和煙霧的痕跡，但測出機艙內聚集了大量甲烷氣體，而這種氣體就來自于飛機上的400頭奶牛。這些氣體如果不能及時排除，就可能隨時被引爆。

人類活動的影響，造成了區(qū)域性環(huán)境污染以及全球性的氣候變暖。工業(yè)生產和交通運輸消耗化石能源排放出大量污染物質和溫室氣體，是造成全球變暖的主要原因。與此同時，大規(guī)模飼養(yǎng)的牛羊等家畜在新陳代謝，特別是消化食物的過程中，也會排放大量的溫室氣體。據聯合國糧農組織發(fā)布的公告，全球畜牧業(yè)所產生的溫室氣體量占到各行業(yè)各領域排放總量的15％左右，與之相比，機動車只占13％。

溫室氣體包括水蒸氣、二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、臭氧、一氧化碳，以及氯氟烴、氟化物、溴化物、氯化物、醛類和各種氮氧化物、硫化物等極微量氣體，會導致氣候變化、冰川消融、海平面上升等諸多問題。

甲烷氣體是僅次于二氧化碳的第二大溫室氣體，約占全球溫室氣體排放量的20％。不過，排行第二的甲烷氣體“增溫能力”要比第一名二氧化碳強大得多。盡管甲烷氣體的總量遠不及二氧化碳的總量，但溫室效應的潛能是二氧化碳的25倍。甲烷除了本身對紅外線的吸收能力強大以外，被排入空氣后還不易被生物直接利用，能在空氣中停留9～15年。按照20年的時間框架內計算，甲烷氣體的溫室效應潛能可以飆升到二氧化碳的溫室效應的72倍了。

資料顯示，正常情況下甲烷氣體對人體是基本無毒的，但濃度過高時，會使空氣中氧含量明顯降低，使人窒息?？諝庵屑淄闅怏w達25％～30％時，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中，以及呼吸和心跳加速等問題，若不及時遠離，可致窒息死亡。

環(huán)保組織研究指出，農業(yè)領域約占全球甲烷氣體排放量的40％，而畜牧業(yè)是其中最大的來源，達到32％。牛、羊每天通過打嗝和放屁釋放的甲烷氣體，占了大氣層中甲烷總量的10％以上。據初步估算，一頭成年奶牛每年排放的甲烷氣體大約有110.7千克，相當于1.7輛汽車的甲烷氣體排放量。羊雖然食量比牛小得多，一年排放量較少，只有不到10千克，但是基數很大，達到近30億只。除了甲烷氣體，牛排出的糞便中含有一氧化二氮（笑氣）和氨氣，這些化學物質對環(huán)境也有不容忽視的破壞作用。

在反芻動物中，牛的甲烷氣體排放量占了大頭。全球養(yǎng)殖牛的數量大約在20億頭，如果全球各地的養(yǎng)牛場所產生的甲烷氣體得不到有效控制，就會對全球變暖產生嚴重影響。正因如此，近年來，控制甲烷氣體排放成為應對全球氣候變化的一個重點領域。聯合國政府間氣候變化專門委員會的報告顯示，如果甲烷氣體排放量在未來10年內減少40％～45％，在本世紀中葉之前可將全球變暖的預值降低0.3℃。

消化系統(tǒng)很特殊

牛羊的體內之所以會產生甲烷氣體，主要與它們特殊的消化系統(tǒng)結構有關。牛、羊屬于反芻動物，采食一般比較匆忙。主要食物是牧草、干草等，因富含纖維素等難以消化的物質，需要更長時間才能消化。牛的腸道非常長，能夠讓食物在體內停留14～20小時。常見的草食反芻動物有水牛、黃牛、奶牛、山羊、綿羊、駱駝、長頸鹿、羊駝、狍子，以及梅花鹿等。它們先將大部分牧草、干草等粗飼料吞咽進入瘤胃，等到了比較安全的地方，才會將在瘤胃浸泡和軟化一段時間的粗飼料，經逆嘔重新回到口腔咀嚼，混入唾液后再吞咽回瘤胃。這個過程就是反芻。

單胃哺乳動物只有一個胃室，主要利用腸子消化食物。糖類、脂類和蛋白質經消化液分解為較簡單的形式后被吸收，提供維持自身生理活動所需的能量或合成自身代謝、生長、發(fā)育和繁殖所需的各種物質。反芻動物的消化生理要比單胃哺乳動物復雜得多。反芻動物的胃由瘤胃、網胃、重瓣胃和皺胃組成，它們不是一條直線通到底，而是相互交錯。4個胃室各有分工，通過密切合作，才能完成食物的第二次咀嚼。瘤胃和網胃負責將食物和膽汁混合，特別是使用共生細菌將纖維素分解為葡萄糖，然后反芻食物，經緩慢咀嚼以充分混合，進一步分解纖維。重新吞咽后的食物經過瘤胃到重瓣胃，進行脫水，再送到皺胃，最后進入小腸被吸收。其中，瘤胃微生物的菌體蛋白質、糖類和脂類，是反芻動物最重要、最直接也是利用效益最高的營養(yǎng)來源。

瘤胃是食物進入牛羊等反芻動物胃腸道內的第一個胃室，體積最大，占了整個胃面積的80％。成年母牛的瘤胃容積可達151升，能存136千克內容物。瘤胃不能分泌胃液，它的消化功能全靠生活在這里的厭氧微生物。食物到達瘤胃后，大量微生物便會馬上粘貼在它們的表面，分泌纖維素酶、半纖維素酶以及β－糖苷酶等消化酶，快速將食物中的纖維素、半纖維素和果膠等多糖類物質切割成單糖，并變身為揮發(fā)性的脂肪酸和二氧化碳等。反芻動物60％～70％的能量來源于脂肪酸。經過微生物的充分消化后，約50％的粗纖維可在瘤胃內被消化。

在消化過程中，瘤胃產生出大量氫氣。無氧的瘤胃環(huán)境培養(yǎng)了產甲烷菌，它們并不參與瘤胃中的消化過程，但可以利用消化的副產物氫氣，與二氧化碳結合生成甲烷氣體和水，這一過程被稱為甲烷生成反應。當甲烷氣體逐漸增多后，牛不得不以打嗝、放屁的形式排出多余的氣體。其中90％～95％通過口腔排出，5％～10％以糞便和放屁的形式釋放。這讓飽脹的牛、羊舒服了一些，卻加劇了地球溫室效應。

減少排放有妙招

為減少牛打嗝、放屁排放出的甲烷氣體，日本科學家正在推進“減少牛甲烷項目”。他們希望通過開發(fā)牛胃傳感器，同時使用人工智能控制喂食，在2050年將牛的甲烷氣體排放量減少80％。研究人員發(fā)現，將腰果殼中提取的油混合到飼料中，氫氣會被轉化為牛的營養(yǎng)來源“丙酸”，而非甲烷氣體，從而將甲烷氣體的排放量減少近兩成。

阿根廷科學家研制了一種有趣的“采屁背包”，用來收集牛屁?！安善ū嘲币欢搜由斓墓茏硬迦氲脚５南唬占瘯r產生的甲烷氣體，一天可以達到300升。收集后的甲烷氣體還能進行二次利用，轉化為充足能量后可使汽車行駛24個小時，也能利用燃燒釋放的能量供應熱水。

英國科學家研發(fā)了一款牛用減排口罩，口罩前端的傳感器可以監(jiān)測牛打嗝時排放的甲烷氣體濃度。當含量過高時，口罩通過催化劑使奶牛排放的甲烷氣體發(fā)生氧化反應，轉化為二氧化碳和水，將甲烷中和50％，最終實現減少甲烷氣體排放的目的。這款口罩不會影響奶牛正?；顒雍瓦M食，可以將甲烷氣體引起的溫室效應數值降低到不足原始值的1.5％。

澳大利亞科學家通過喂牛吃紅海藻，能降低99％以上的甲烷氣體排放。紅海藻即蘆筍藻，藻體深紅棕色或紫紅色，高6～12厘米，主要生長在潮間帶下深水沼中或低潮帶下礁石上，在澳大利亞昆士蘭的熱帶水域相當普遍。早在2014年，研究人員就做過實驗，用蘆筍藻做成牛的膳食補充劑，發(fā)現可消除腸胃99％以上甲烷氣體，并且不影響肉質。

在新西蘭北帕默斯頓的一個研究農場，研究者將紅茶菌粉末混合成一種類似牛奶的飲料喂給小奶牛。研究人員指出，紅茶菌是一種益生菌，研究表明它可以減少打嗝，從而減少甲烷氣體排放。試驗表明，吃了益生菌補充劑后，小牛的甲烷氣體排放量減少了20％。

在過去15年中，新西蘭科學家一直致力于開發(fā)一種疫苗。疫苗能刺激動物的免疫系統(tǒng)產生抗體，然后抑制生產甲烷氣體的微生物，有可能將奶牛產生的甲烷氣體量減少30％或更多。疫苗只需要每年注射一次，甚至可能在動物一生中只注射一次，而且不會傷害動物或影響牛奶或肉的質量。

新西蘭人口約500萬，但有約1000萬頭牛和2600萬只羊。養(yǎng)殖業(yè)是該國最大的出口創(chuàng)匯來源。新西蘭約一半的溫室氣體來自農場。作為應對全球氣候變化的一項行動，該國政府計劃對本國農場動物排放的溫室氣體征稅。征集的稅款將全部用于資助農業(yè)新技術的研究。此稅將在2025年開始征收，但稅費尚未確定。不過，該計劃引來當地農場主的強烈反對，指出這種稅將使小型農場無法生存，導致肉類和奶類價格上漲。