陈子宁 高艳霞 薛倩 李晓蒙 李建国
河北农业大学动物科技学院
河北农业大学养牛科学研究所
河北省牛羊胚胎工程技术研究中心
摘要：奶牛生产中排放的氮素一直是引起生态环境问题的元素之一。随着我国奶牛数量的增加，减少奶牛氮排放已经成为日益被关注的问题。本文从瘤胃原虫的调节、蛋白质包被技术、饲料加工方式以及合理调整配方等方 面对减少奶牛氮排放的营养措施进行了综述，为提高奶牛氮素的利用率、缓解氮素对环境的影响提供支持。
关键词：奶牛；营养调控；氮排放
近几年，我国奶牛业得到了较快的发展，不仅表现在数量的增加，在效率方面也有所提高，所带来的环境问题也日益受到世界的关注，给我国奶牛生产提出了严峻挑战。含氮化合物是奶牛业对环境产生较大影响的一个污染物，氮主要来源于奶牛排泄的粪尿。而粪尿中含氮物由于对空气、土壤和水体均可造成污染，同时大量氮的排放还会增加奶牛饲养成本。氮在畜禽日粮中是必需的，并且是氨基酸的构成成分，而氨基酸又是 构建蛋白质的基本单位，然而，家畜排出的氮却是有害的。因此成为关注的重要环境污染物。20世纪70年代以来，氮污染问题的研究在国际上越来越引起人们重视，1975年在哥本哈根召开的氮的水污染会议以及 1976年在斯德歌尔摩举行的关于氮的学术会议，推动了氮污染研究进展。近年来，为了降低畜牧业含氮物质的污染，各国都相继研究并采取了一系列管理措施，如欧盟进行的 “氮与欧洲”研究计划，美国弗吉尼亚大学开展的“国际氮计划”研究项目。本文综述了降低氮污染 的相关措施。
奶牛的氮素大部分是通过饲料进入的，在生产过程中，大部分氮不是结合在乳、动物组织等产品上而是留在养殖场。MacRea指出，反刍动物将日粮中蛋白成分转化为畜产品的效率还不到20%，而多数未被利用的氮则排向环境，产生很大的污染。据 Tamminga估计，荷斯坦奶牛摄入的总氮从尿、粪中排出体外的分别 50%、29%，而只有剩下的 21%被机体吸收利用。奶牛粪中氮的主要形式为蛋白质、氨基酸和尿素等有机氮及氨态氮，约占粪尿总氮量的 60%，氨态氮主要是以 NH4HCO3为主的铵盐。
氮对空气环境的影响是由其分解产物所造成。 粪尿中含氮物质的分解均能产生氨气并在分解产物中占的比例最大。由氮产生的氨气对环境的影响是多方面的，首先排放到畜舍空气的氨会使家畜的眼结膜充血出现炎症、甚至导致失明。其次还能引起呼吸系统疾病、中枢神经系统麻痹、中毒性肝病、心肌损伤炎症。氨气还可导致家畜的采食量和生产性能的下降，并对工作人员产生不良影响；氨会产生酸雨，对土壤、水体、农作物和城市建筑造成影响。粪尿不加以任何处理随意排放或施用不当，以致于超过土壤的自我洁净能力时，不仅会对土壤本身造成污染，而且会使土壤表面渗出硝酸盐，从而影响植物的生长，并且通过土壤冲刷和毛细管作用还会对地下水造成污染。Alice报道，非洲在 1999 年有 31% 的牧场因畜禽粪便污染而导致土壤盐渍化，降低了土壤肥力。大量的含氮物进入水体会产生水体富营养化现象，导致藻类等水生植物大量生长和水生动物迅速繁殖，从而大量消耗溶解氧，最终水生生物因缺氧无法生存而死亡。
瘤胃中含有大量的原虫，这些原虫可以利用发酵淀粉和可溶性糖，从而降低瘤胃内淀粉和可溶性糖的浓度，达到稳定 pH 的作用。然而，原虫在营养方面也存在负效应：瘤胃原虫主要靠吞食细菌获得氨基酸，合成自身蛋白质，每分钟约有1%的瘤胃细菌被原虫吞食。所以去不去原虫一直是一个很争议的问题。试验发现去原虫以后，细菌的数量增多，而细菌具有更强大的脱氨基活性，可以使日粮中可降解蛋白更多地转化为菌体蛋白。体内试验也已经证实控制原虫可减少原虫对细菌的吞噬，增加瘤胃内细菌的数量，增加进入十二指肠的日粮蛋白质和细菌蛋白质，降低瘤胃氨浓度和尿中氮。韩春艳等研究表明，全部驱除原虫和部分驱除原虫可降低瘤胃内NH3-N的浓度，各组绵羊瘤胃内 NH3-N 浓度的高低依次是：对照组＞部分驱组＞全驱组。说明控制原虫可减少原虫对细菌的吞噬，增加瘤胃内细菌的数量，促进微生物蛋白的合成。Jounay 等认为原虫不能利用 NH3 合成自身的蛋白质，而本身又分泌脱氨酶不断释放 NH3， 因此原虫是 NH3 的净生产者。这也是去原虫后可以降低瘤胃中 NH3 浓度的原因。Lvan 等认为驱除原虫降低瘤胃总挥发性脂肪酸，会降低瘤胃肽和氨基酸的浓度。瘤胃原虫可改变淀粉的消化位置，稳定瘤胃内 pH，维持瘤胃内厌氧环境稳定，故去原虫意味着瘤胃微生物区系间生态关系的失衡，不利于瘤胃发酵。以上引用试验证明，去除部分原虫有利于减少氮的排放。
Rotz认为减少氮排泄最好解决方式是饲喂经保护的蛋白质。可以采取一些措施使在瘤胃降解率高的蛋白质加以保护，提高反刍动物小肠可消化的蛋白质和氨基酸，提高养分吸收，达到减少氮排放目的。过瘤胃保护氨基酸技术在满足反刍动物限制性氨基酸需要的同时，还可提高蛋白质饲料的利用率，改善畜产品质量，同时还可以减轻氮对环境的污染。所以提 高粗蛋白的生物学价值不仅可以节约蛋白饲料而降低养殖成本，而且在提高生产性能的同时还可减轻氮对环境的危害。Crooker 等研究了添加经甲醛（3 g/100g）处理的大豆粉对瘤胃蛋白质消及对产奶量、奶组成成分、蛋白质降解的影响。试验揭示了添加甲醛（3 g/100 g）将减少大豆蛋白的瘤胃蛋白降解率。Broderick 等研究表明当日粮蛋白质从18.6%降低到16.1%，同时补充过瘤胃蛋氨酸，可以提高氮的利用率，降低氮的排泄。 Chen 等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。
饲料的不同加工方式直接影响着其在瘤胃中消化率，也就意味着影响着氮素的利用率。王桂瑛等[12] 在用蒸汽压片和干碾玉米饲喂奶牛的研究中发现，蒸汽压片玉米可以使粪氮量和尿氮量减少，虽然蒸汽压片氮的摄入量减少，但提高了氮的利用率。陈涛在奶牛日粮中添加蒸汽压片玉米大幅度提高了奶牛生产性能和经济效益，有效地降低了氮、磷的排放，并确定蒸汽压片玉米最佳添加范围为混合精料的 10% ～20%。大豆是奶牛主要的高能量、高蛋白饲料。通过加热的方式（如膨化、挤压、糖化）来提高蛋白质消化率，减少氮排泄已在生产中得到广泛应用。加热主要是通过使蛋白质变性，降低蛋白质的溶解度，从而降低蛋白质在瘤胃中的降解率。但由于热处理费工、费时、耗能，且营养元素遇热的稳定性，一些氨基酸遭到破坏等，大多数学者已放弃对其的研究。粗饲料的长度会对蛋白质消化产生一定影响，这是因为粗饲料长度过长会影响瘤胃内微生物与日粮的接触，导致蛋白质的降解率降低；通过切断和 TMR 揉绞的方式提高粗饲料在瘤胃的作用时间，提高了氮素的吸收率。适当地减小日粮粒度可加快瘤胃外流速度和食糜排空速度，从而降低瘤胃蛋白质消化率，减少氮的排泄。
2.4.1 日粮精粗比例
近几年来，奶牛日粮的精粗比例越来越受到人们的重视。研究发现，泌乳奶牛日粮精粗比对饲料瘤胃降解率及生产性能的影响时，提出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。这是由于在高精料条件下蛋白和淀粉分解菌将成为优势菌群而使纤维分解菌数量降低的缘故，而且瘤 胃在分解大量的糖和淀粉形成酸性环境易引起酸中毒，对奶牛的健康造成巨大的威胁。但日粮粗料的比例也不宜过大，因为随着粗料比例的增高，瘤胃液中乙酸比例就越高，合成的甲烷也相 应的高，且甲烷的释放必然造反刍动物饲料能量的损失。试验发现精粗比为7:3、1:1 和 3:7时对日粮有机物、中性洗涤维和酸洗纤维的降解、蛋白质的转化和微生物合成效率的影响，指出精粗比为1:1时可降解氮的利用效率最高且提出饲养实践中精料的比例以不高 60% 为宜， 70% 可能是极限。可见适宜精粗比对提高氮利用效率起重要作用。
2.4.2 氨基酸平衡日粮
畜禽对蛋白质的需要实际上是对构成蛋白质的多种氨基酸的数量及相互比例的需要。孙健全等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。理想氨基酸模式是指日粮中的氨基酸组成和比例与动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间比例。理论上动物对理想蛋白质的利用率为100%。 利用理想蛋白质模式配制日粮，不仅可以提高饲料转化效率、降低饲料成本，还可以降低日粮含氮量和排出量。但是，反刍动物的瘤胃就使采食的蛋白质发生了变化，蛋白质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。这样不仅要考虑动物食入的氨基酸，还要计算菌体蛋白。充分利用理想蛋白质这一模式，平衡奶牛所需氨基酸可大大降低氮的排泄。
2.4.3 日粮蛋白质水平
日粮适宜的蛋白质水平对控制奶牛氮摄入起着积极作用，这也是泌乳奶牛氮素减排的营养措施之一。 Castillo 等试验研究了添加不同蛋白水平和降解能力的青贮对奶牛日粮氮排放量的影响，研究指出，尿氮排出量随着蛋白质降解和添加水平而增加，说明降低日 粮蛋白质水平可以减少氮素的排放，并提出奶牛日粮氮不要超过（400 g N/d），否则就会随着尿液排出。娜仁花等试验验证：粗料为青贮玉米时，随日粮精料水平的提高粪氮比例减少，而尿氮比例增加。王星凌等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。Petit 等发现，日粮蛋白含量（16%和 18%）对粪氮排泄量无显著影响，而对尿氮和总氮排泄量有显著的影响。因此通过降低饲料粗蛋白的水平、在日粮中增加消化率高的饲料用量不仅可以降低饲养成本、减少浪费，同时可以减少氮污染。
日粮含氮物在瘤胃发酵降解产生的氨基酸、氨等物质为瘤胃微生物合成菌体蛋白提供了原料，而日粮中碳水化合物发酵产生的挥发性脂肪酸则为微生物蛋白的合成提供了能量。含氮化合物和碳水化 合物均为微生物生长所必需。如果碳水化合物和蛋白质同步降解，会促进氮转化为微生物蛋白质，而较多的微生物蛋白合成减少了日粮中外来蛋白质的供给数量，也就是减少了氮的输入和氮的排泄。通过添加饲料添加剂，可以控制瘤胃的发酵，继而提高氮的利用率，减少氮素在粪尿中的排放。 瘤胃素在反刍动物已得到广泛的应用，最初以抗球虫为主，目前已有40多个国家投入商品化生产，并广泛用作肉牛、羊的增重剂和猪的生长促进剂。 研究表明，在饲料中添加瘤胃素，能够直接或者间接降低瘤胃中蛋白质的降解和脱氨基酶活性，从而增加了过瘤胃蛋白数量。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。有酵母作为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。
奶牛氮排泄问题越来越受到人们的关注，其中瘤胃原虫的调节、蛋白质包被技术、饲料加工方式以及合理调整配方等都能改善反刍动物氮的排泄。既可保证动物正常的生长与生产，又可避免不必要的资源浪费。在一定程度上为实现真正的绿色生态养殖打下基础。然而，影响反刍动物氮排泄的因素很多，其氮的排放量多少是综合因素作用的结果。因此，在采取降低反刍动物氮排泄的措施时应综合分析，采用综合方法达到理想的效果。
转自：现代畜牧兽医
