降低奶牛氮排放的營養調控措施

（1.河北農業大學動物科技學院，河北保定071001；2.河北省牛羊胚胎工程技術研究中心，河北保定071001；3.河北農業大學養?？茖W研究所，河北保定071001）

（1.河北農業大學動物科技學院，河北保定071001；2.河北省牛羊胚胎工程技術研究中心，河北保定071001；3.河北農業大學養?？茖W研究所，河北保定071001）

奶牛生產中排放的氮素一直是引起生態環境問題的元素之一。隨著我國奶牛數量的增加，減少奶牛氮排放已經成為日益被關注的問題。本文從瘤胃原蟲的調節、蛋白質包被技術、飼料加工方式以及合理調整配方等方面對減少奶牛氮排放的營養措施進行了綜述，為提高奶牛氮素的利用率、緩解氮素對環境的影響提供支持。

奶牛；營養調控；氮排放

近幾年，我國奶牛業得到了較快的發展，不僅表現在數量的增加，在效率方面也有所提高，所帶來的環境問題也日益受到世界的關注，給我國奶牛生產提出了嚴峻挑戰。含氮化合物是奶牛業對環境產生較大影響的一個污染物，氮主要來源于奶牛排泄的糞尿。而糞尿中含氮物由于對空氣、土壤和水體均可造成污染，同時大量氮的排放還會增加奶牛飼養成本。氮在畜禽日糧中是必需的，并且是氨基酸的構成成分，而氨基酸又是構建蛋白質的基本單位，然而，家畜排出的氮卻是有害的。因此成為關注的重要環境污染物。20世紀70年代以來，氮污染問題的研究在國際上越來越引起人們重視，1975年在哥本哈根召開的氮的水污染會議以及1976年在斯德歌爾摩舉行的關于氮的學術會議，推動了氮污染研究進展。近年來，為了降低畜牧業含氮物質的污染，各國都相繼研究并采取了一系列管理措施，如歐盟進行的“氮與歐洲”研究計劃，美國弗吉尼亞大學開展的“國際氮計劃”研究項目。本文綜述了降低氮污染的相關措施。

1 氮污染的危害

奶牛的氮素大部分是通過飼料進入的，在生產過程中，大部分氮不是結合在乳、動物組織等產品上而是留在養殖場。MacRea[1]指出，反芻動物將日糧中蛋白成分轉化為畜產品的效率還不到20%，而多數未被利用的氮則排向環境，產生很大的污染。據Tamminga[2]估計，荷斯坦奶牛攝入的總氮從尿、糞中排出體外的分別50%、29%，而只有剩下的21%被機體吸收利用。奶牛糞中氮的主要形式為蛋白質、氨基酸和尿素等有機氮及氨態氮，約占糞尿總氮量的60%，氨態氮主要是以NH4HCO3為主的銨鹽。

氮對空氣環境的影響是由其分解產物所造成。糞尿中含氮物質的分解均能產生氨氣并在分解產物中占的比例最大。由氮產生的氨氣對環境的影響是多方面的，首先排放到畜舍空氣的氨會使家畜的眼結膜充血出現炎癥、甚至導致失明。其次還能引起呼吸系統疾病、中樞神經系統麻痹、中毒性肝病、心肌損傷炎癥。氨氣還可導致家畜的采食量和生產性能的下降，并對工作人員產生不良影響；氨會產生酸雨，對土壤、水體、農作物和城市建筑造成影響。糞尿不加以任何處理隨意排放或施用不當，以致于超過土壤的自我潔凈能力時，不僅會對土壤本身造成污染，而且會使土壤表面滲出硝酸鹽，從而影響植物的生長，并且通過土壤沖刷和毛細管作用還會對地下水造成污染。Alice[3]報道，非洲在1999年有31%的牧場因畜禽糞便污染而導致土壤鹽漬化，降低了土壤肥力。大量的含氮物進入水體會產生水體富營養化現象，導致藻類等水生植物大量生長和水生動物迅速繁殖，從而大量消耗溶解氧，最終水生生物因缺氧無法生存而死亡。

2 營養調控措施

2.1 調節原蟲數量瘤胃中含有大量的原蟲，這些原蟲可以利用發酵淀粉和可溶性糖，從而降低瘤胃內淀粉和可溶性糖的濃度，達到穩定pH的作用。然而，原蟲在營養方面也存在負效應：瘤胃原蟲主要靠吞食細菌獲得氨基酸，合成自身蛋白質，每分鐘約有1%的瘤胃細菌被原蟲吞食[4]。所以去不去原蟲一直是一個很爭議的問題。試驗發現去原蟲以后，細菌的數量增多，而細菌具有更強大的脫氨基活性，可以使日糧中可降解蛋白更多地轉化為菌體蛋白。體內試驗也已經證實控制原蟲可減少原蟲對細菌的吞噬，增加瘤胃內細菌的數量，增加進入十二指腸的日糧蛋白質和細菌蛋白質，降低瘤胃氨濃度和尿中氮。韓春艷等[5]研究表明，全部驅除原蟲和部分驅除原蟲可降低瘤胃內NH3-N的濃度，各組綿羊瘤胃內NH3-N濃度的高低依次是：對照組＞部分驅組＞全驅組。說明控制原蟲可減少原蟲對細菌的吞噬，增加瘤胃內細菌的數量，促進微生物蛋白的合成。Jounay等[6]認為原蟲不能利用NH3合成自身的蛋白質，而本身又分泌脫氨酶不斷釋放NH3，因此原蟲是NH3的凈生產者。這也是去原蟲后可以降低瘤胃中NH3濃度的原因。Lvan等[7]認為驅除原蟲降低瘤胃總揮發性脂肪酸，會降低瘤胃肽和氨基酸的濃度。瘤胃原蟲可改變淀粉的消化位置，穩定瘤胃內pH，維持瘤胃內厭氧環境穩定，故去原蟲意味著瘤胃微生物區系間生態關系的失衡，不利于瘤胃發酵。以上引用試驗證明，去除部分原蟲有利于減少氮的排放。

2.2 蛋白質包被技術Rotz[8]認為減少氮排泄最好解決方式是飼喂經保護的蛋白質?？梢圆扇∫恍┐胧┦乖诹鑫附到饴矢叩牡鞍踪|加以保護，提高反芻動物小腸可消化的蛋白質和氨基酸，提高養分吸收，達到減少氮排放目的。過瘤胃保護氨基酸技術在滿足反芻動物限制性氨基酸需要的同時，還可提高蛋白質飼料的利用率，改善畜產品質量，同時還可以減輕氮對環境的污染。所以提高粗蛋白的生物學價值不僅可以節約蛋白飼料而降低養殖成本，而且在提高生產性能的同時還可減輕氮對環境的危害。Crooker等[9]研究了添加經甲醛（3 g/100 g）處理的大豆粉對瘤胃蛋白質消化及對產奶量、奶組成成分、蛋白質降解的影響。試驗揭示了添加甲醛（3 g/100 g）將減少大豆蛋白的瘤胃蛋白降解率。Broderick等[10]研究表明當日糧蛋白質從18.6%降低到16.1%，同時補充過瘤胃蛋氨酸，可以提高氮的利用率，降低氮的排泄。Chen等[11]發現日糧中添加瘤胃保護蛋氨酸，可以提高表觀氮效率（乳氮/吸收氮）和奶牛能量校正乳產量，并且可以降低低蛋白日糧對奶牛采食量和生產性能的影響。

2.3 飼料加工方式飼料的不同加工方式直接影響著其在瘤胃中消化率，也就意味著影響著氮素的利用率。王桂瑛等[12]在用蒸汽壓片和干碾玉米飼喂奶牛的研究中發現，蒸汽壓片玉米可以使糞氮量和尿氮量減少，雖然蒸汽壓片氮的攝入量減少，但提高了氮的利用率。陳濤[13]在奶牛日糧中添加蒸汽壓片玉米大幅度提高了奶牛生產性能和經濟效益，有效地降低了氮、磷的排放，并確定蒸汽壓片玉米最佳添加范圍為混合精料的10%～20%。大豆是奶牛主要的高能量、高蛋白飼料。通過加熱的方式（如膨化、擠壓、糖化）來提高蛋白質消化率，減少氮排泄已在生產中得到廣泛應用。加熱主要是通過使蛋白質變性，降低蛋白質的溶解度，從而降低蛋白質在瘤胃中的降解率。但由于熱處理費工、費時、耗能，且營養元素遇熱的穩定性，一些氨基酸遭到破壞等，大多數學者已放棄對其的研究。粗飼料的長度會對蛋白質消化產生一定影響，這是因為粗飼料長度過長會影響瘤胃內微生物與日糧的接觸，導致蛋白質的降解率降低；通過切斷和TMR揉絞的方式提高粗飼料在瘤胃的作用時間，提高了氮素的吸收率。適當地減小日糧粒度可加快瘤胃外流速度和食糜排空速度，從而降低瘤胃蛋白質消化率，減少氮的排泄。

2.4 合理調整配方

2.4.1 日糧精粗比例近幾年來，奶牛日糧的精粗比例越來越受到人們的重視。研究發現，泌乳奶牛日糧精粗比對飼料瘤胃降解率及生產性能的影響時，提出高精料日糧顯著抑制了纖維素分解菌的活性，導致蛋白質的降解也受到限制。這是由于在高精料條件下蛋白和淀粉分解菌將成為優勢菌群而使纖維分解菌數量降低的緣故，而且瘤胃在分解大量的糖和淀粉形成酸性環境易引起酸中毒，對奶牛的健康造成巨大的威脅。但日糧粗料的比例也不宜過大，因為隨著粗料比例的增高，瘤胃液中乙酸比例就越高，合成的甲烷也相應的高，且甲烷的釋放必然造反芻動物飼料能量的損失。試驗發現精粗比為7:3、1:1和3:7時對日糧有機物、中性洗滌維和酸洗纖維的降解、蛋白質的轉化和微生物合成效率的影響，指出精粗比為1:1時可降解氮的利用效率最高且提出飼養實踐中精料的比例以不高60%為宜，70%可能是極限?？梢娺m宜精粗比對提高氮利用效率起重要作用。

2.4.2 氨基酸平衡日糧畜禽對蛋白質的需要實際上是對構成蛋白質的多種氨基酸的數量及相互比例的需要。孫健全等[14]在研究不同日糧蛋白質和賴氨酸含量對奶牛產奶性能、氮利用和血液代謝激素的影響時發現，賴氨酸含量相同時，日糧粗蛋白含量為14.1%或12.6%，奶牛產奶性能不受影響，乳氮產量增加，氮利用率提高；當奶牛日糧賴氨酸含量從0.60%降到0.45%，盡管蛋白質含量相同，但奶牛產奶量下降，乳蛋白略呈下降趨勢，乳氮產量降低，氮利用率降低。理想氨基酸模式是指日糧中的氨基酸組成和比例與動物需要的氨基酸及其比例一致，包括必需氨基酸和非必需氨基酸之間比例。理論上動物對理想蛋白質的利用率為100%。利用理想蛋白質模式配制日糧，不僅可以提高飼料轉化效率、降低飼料成本，還可以降低日糧含氮量和排出量[15]。但是，反芻動物的瘤胃就使采食的蛋白質發生了變化，蛋白質和氨基酸在瘤胃微生物的作用下大部分被分解并合成微生物蛋白。這樣不僅要考慮動物食入的氨基酸，還要計算菌體蛋白。充分利用理想蛋白質這一模式，平衡奶牛所需氨基酸可大大降低氮的排泄。

2.4.3 日糧蛋白質水平日糧適宜的蛋白質水平對控制奶牛氮攝入起著積極作用，這也是泌乳奶牛氮素減排的營養措施之一。Castillo等[16]試驗研究了添加不同蛋白水平和降解能力的青貯對奶牛日糧氮排放量的影響，研究指出，尿氮排出量隨著蛋白質降解和添加水平而增加，說明降低日糧蛋白質水平可以減少氮素的排放，并提出奶牛日糧氮不要超過（400 g N/d），否則就會隨著尿液排出。娜仁花等[17]試驗驗證：粗料為青貯玉米時，隨日糧精料水平的提高糞氮比例減少，而尿氮比例增加。王星凌等[18]研究蛋白質水平對奶牛氮利用的影響時發現，氮排出量隨日糧蛋白水平提高而增加，當飼糧中粗蛋白水平為12.56%時可以得到最低的糞氮和尿氮排出量，15.53%時尿氮排出量不再上升，糞氮只在16.93%蛋白水平時出現明顯增加（P＜0.05）。同時證實了乳氮效率（乳氮/攝入氮）并未隨蛋白水平提高而升高，日糧水平為13.96%時乳氮效率明顯高于其他高蛋白水平組（P＜0.05或P＜0.01），可以滿足產奶量28 kg的中國荷斯坦奶牛對氮素的需求。Petit等[19]發現，日糧蛋白含量（16%和18%）對糞氮排泄量無顯著影響，而對尿氮和總氮排泄量有顯著的影響。因此通過降低飼料粗蛋白的水平、在日糧中增加消化率高的飼料用量不僅可以降低飼養成本、減少浪費，同時可以減少氮污染。

2.5 調控瘤胃發酵，優化微生物蛋白合成日糧含氮物在瘤胃發酵降解產生的氨基酸、氨等物質為瘤胃微生物合成菌體蛋白提供了原料，而日糧中碳水化合物發酵產生的揮發性脂肪酸則為微生物蛋白的合成提供了能量。含氮化合物和碳水化合物均為微生物生長所必需。如果碳水化合物和蛋白質同步降解，會促進氮轉化為微生物蛋白質，而較多的微生物蛋白合成減少了日糧中外來蛋白質的供給數量，也就是減少了氮的輸入和氮的排泄。通過添加飼料添加劑，可以控制瘤胃的發酵，繼而提高氮的利用率，減少氮素在糞尿中的排放。瘤胃素在反芻動物已得到廣泛的應用，最初以抗球蟲為主，目前已有40多個國家投入商品化生產，并廣泛用作肉牛、羊的增重劑和豬的生長促進劑。研究表明，在飼料中添加瘤胃素，能夠直接或者間接降低瘤胃中蛋白質的降解和脫氨基酶活性，從而增加了過瘤胃蛋白數量[20]。益生菌常常被用來改善機體對飼料的利用率和提高抗病能力。有酵母作為益生菌大家族的一員，因其較高的粗蛋白含量和豐富的維生素，通過改善腸胃環境和菌群結構提高機體對營養物質的消化率，使得其在實際生產中越來越受到青睞。酵母所含蛋白為瘤胃慢速降解蛋白，在瘤胃發酵過程中，可以相對緩慢地釋放其中的氮素，為機體提供更多的過瘤胃蛋白，從而實現較高的氮素吸收率和利用率[21]。

3 結語

奶牛氮排泄問題越來越受到人們的關注，其中瘤胃原蟲的調節、蛋白質包被技術、飼料加工方式以及合理調整配方等都能改善反芻動物氮的排泄。既可保證動物正常的生長與生產，又可避免不必要的資源浪費。在一定程度上為實現真正的綠色生態養殖打下基礎。然而，影響反芻動物氮排泄的因素很多，其氮的排放量多少是綜合因素作用的結果。因此，在采取降低反芻動物氮排泄的措施時應綜合分析，采用綜合方法達到理想的效果。

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（編輯：郭雪峰）

降低奶牛氮排放的營養調控措施

陳子寧1，高艷霞1,2,3，薛倩1，李曉蒙1，李建國1,2,3?

Nutrition control measures of reduce emissions of nitrogen of dairy cows

Chen Zining1,Gao Yanxia1.2.3,Xue Qian1,Li Xiaomeng1,Li Jianguo1,2,3*

（1.Department of Animal Science,Agricultural University of Hebei,HebeiBaoding071001；2.Research Center of Embryo Engineering Technology in Cattle and Sheep of Hebei,HebeiBaoding071001；3.Cattle Science Institute,Agricultural University of Hebei,HebeiBaoding071001）

The emissions of nitrogen in dairy production has been one of the elements of ecological environment problems.With the increased the number of cows,lowering nitrogen excretion of dairy cattle has become a focus,which has to be solved as soon as possible.This article reviewed the measures of relevant nutritional manipulation about reducing the emissions of nitrogen,including the regulation of rumen protozoa and the technology of protein package,the method of fodder machining and adjusting the formula.In order to improve dairy cow production and reduce the hazards of nitrogen emissions on the environment.

Cattle;Nutrition control;Nitrogen emissions

S823.5文獻標識碼：A文章編號：1672-9692(2015)01-0020-05

2014-11-23

陳子寧（1988-），男，碩士，研究方向為反芻動物營養。

李建國（1959-），男，博士，教授，博士生導師，研究方向為反芻動物營養。

國家現代農業（奶牛）產業技術體系（CARS-37），河北省現代農業產業技術體系奶牛創新團隊建設專項資金