奶牛場(chǎng)氮磷循環(huán)與利用的研究

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奶牛場(chǎng)氮磷循環(huán)與利用的研究

羅海力（西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 四川 綿陽(yáng) 621010）

針對(duì)我國(guó)奶牛養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展的現(xiàn)狀，概述了奶牛氮磷的攝入量、排出量及消化利用率等內(nèi)容，研究顯示泌乳牛對(duì)氮的利用率一般在20%~35%，泌乳牛對(duì)磷的利用率一般在70%左右；目的在于了解奶牛對(duì)氮磷的利用及奶牛場(chǎng)中氮磷循環(huán)的規(guī)律，提高奶牛場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

奶業(yè)是經(jīng)濟(jì)、高效的畜牧產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分。近些年我國(guó)奶牛養(yǎng)殖業(yè)蓬勃發(fā)展，2007年上半年，奶牛存欄數(shù)已達(dá)到1429萬(wàn)頭[1]，同年我國(guó)奶類(lèi)產(chǎn)量3633.4萬(wàn)t，占世界產(chǎn)量的5.4%，居世界第三位；2007年末我國(guó)奶牛規(guī)?；潭冗_(dá)到58.9%[2]。與此同時(shí)，產(chǎn)生的養(yǎng)殖污染也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。據(jù)測(cè)定，1頭500~600kg的成年奶牛，每天排糞量30~50kg，排尿量15~25kg，排污量15~20L[3]。2005年我國(guó)奶牛養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生10億t奶牛糞便、污水、墊料、飼料殘?jiān)葟U棄物，其中奶牛糞便約為1.5億t[1]，奶牛養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染物已成為一些地區(qū)的主要污染源之一。奶牛養(yǎng)殖業(yè)所面臨的最大挑戰(zhàn)是飼料養(yǎng)分的再循環(huán)，特別是氮和磷。因此，研究氮磷在奶牛場(chǎng)的循環(huán)，提高飼料利用率，減少糞尿中氮磷排出量，對(duì)于減少環(huán)境污染具有重大意義。

1 奶牛場(chǎng)氮磷的循環(huán)

從生態(tài)學(xué)系統(tǒng)觀來(lái)看，養(yǎng)殖的對(duì)象處于生態(tài)系統(tǒng)中次級(jí)生產(chǎn)者的位置，發(fā)揮消耗與轉(zhuǎn)化初級(jí)生產(chǎn)者的能量與物質(zhì)的作用。養(yǎng)殖業(yè)在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)物質(zhì)循環(huán)、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞的綜合功能是其它產(chǎn)業(yè)難以代替的。

2 氮素的利用

氮是經(jīng)營(yíng)可持續(xù)奶牛場(chǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，含氮的天然高聚物蛋白質(zhì)是畜禽生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)也是畜產(chǎn)品的主要成分；日糧中的氮為奶牛提供生長(zhǎng)、維持和牛奶生產(chǎn)所需的蛋白質(zhì)。然而，飼喂過(guò)量蛋白質(zhì)，不僅會(huì)造成蛋白質(zhì)飼料浪費(fèi)，而且會(huì)導(dǎo)致糞尿中氮含量增加，污染環(huán)境。

2.1 奶牛氮的攝入量 根據(jù)國(guó)內(nèi)外用奶牛所做的氮平衡試驗(yàn)平均結(jié)果表明，可消化粗蛋白對(duì)維持和產(chǎn)奶的綜合利用效率為65%，維持的可消化蛋白質(zhì)需要為3.0W0.75或粗蛋白4.6W0.75(W為奶牛體重kg)時(shí)平均標(biāo)準(zhǔn)乳需粗蛋白78g/kg或可消化粗蛋白質(zhì)51g/kg。在以上基礎(chǔ)上加10%安全量，則標(biāo)準(zhǔn)乳需粗蛋白質(zhì)85g/kg或可消化粗蛋白55g/kg[4]。因此1頭體重600kg的成年泌乳奶牛，產(chǎn)奶量30kg/d，需飼料的干物質(zhì)量約為20kg/d，共攝入標(biāo)準(zhǔn)乳蛋白3.12kg/d(可消化粗蛋白約為2.05kg)，按照氮與粗蛋白的換算公式[5]：粗蛋白含量(%)=氮(%)×換算系數(shù)。此處換算系數(shù)取6.25，經(jīng)過(guò)計(jì)算奶牛共攝入氮0.502kg/頭·d。

2.2 奶牛氮的排出量 奶牛氮的排出主要經(jīng)過(guò)3個(gè)途徑，糞便中的氮，尿液中的尿氮以及乳液中的氮。尿氮對(duì)環(huán)境的影響最大，糞氮和尿氮的排泄量可以認(rèn)為是奶牛污染環(huán)境的總氮排泄量。

Mulligan等的研究表明，糞氮、尿氮以及乳氮的排出量與氮攝入量呈正相關(guān)[6]。Castillo等的研究中也有類(lèi)似的報(bào)道，糞氮和尿氮與攝入氮呈線(xiàn)性相關(guān)，而尿氮與攝入氮呈指數(shù)相關(guān)[7]。

據(jù)測(cè)定，1頭體重為500~600kg的成年乳牛，排糞量為30~50kg/d，尿量為15~25kg/d，產(chǎn)奶量為20~40kg/d，其中，奶牛糞便中各污染物平均含量見(jiàn)表1。

表1 奶牛糞尿中污染物的平均含量[8] (kg/t)

牛奶中的各種成分含量見(jiàn)表2。

表2 牛奶的各種成分含量[9]

在此做一個(gè)簡(jiǎn)單的氮素平衡計(jì)算，奶牛每天排糞、尿量，產(chǎn)奶量及奶中蛋白質(zhì)含量均取上述數(shù)據(jù)中的平均值，即排糞40kg/d，排尿20kg/d，產(chǎn)奶30kg/d，奶蛋白質(zhì)含量3.2%，因此總的氮排出量(FN+UN+MN)為：TNE=40×4.37+20×8.0+30×103×3.2%÷6.25=0.488kg，也就是說(shuō)奶牛總氮排出量基本等于攝入量(0.502kg)。

2.3 奶牛對(duì)氮利用率的研究 據(jù)Tamminga估算，荷斯坦奶牛攝入總氮的29%、50%分別從糞、尿排出體外，而只有剩下的21%被現(xiàn)體吸收利用[10]。泌乳母牛平均在乳中分泌所采食氮的25%~35%，而且?guī)缀跛械氖Ｓ嗟诩S尿中排出[11]。大量的氮隨購(gòu)買(mǎi)的飼料進(jìn)入奶牛牛場(chǎng)，其中很大一部分氮留在了農(nóng)場(chǎng)，而不是結(jié)合于乳、動(dòng)物組織和農(nóng)作物等農(nóng)場(chǎng)出售的產(chǎn)品。

3 磷素的利用

磷是動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素，參與體內(nèi)的多種生化反應(yīng)。磷是ATP和磷酸肌酸的組成成分，參與體內(nèi)能量代謝；磷以磷脂的方式促進(jìn)脂類(lèi)物質(zhì)和脂溶性維生素的吸收；磷以磷酸根的形式參與糖、脂肪和蛋白質(zhì)等的代謝。但畜禽攝入體內(nèi)的磷排出體外，會(huì)造成地下水或者土壤的污染。

3.1 奶牛磷的攝入量 奶牛必須提供充足的磷才能滿(mǎn)足需要，這是因?yàn)椋杭S便中磷的損失量較大；日糧中磷的真吸收率低；奶中含磷水平較高。

根據(jù)國(guó)內(nèi)平衡試驗(yàn)和飼養(yǎng)實(shí)際確定供給量，即維持需要按每100kg體重給4.5g磷，每公斤標(biāo)準(zhǔn)乳給3g磷可滿(mǎn)足需要[12]。

表3 我國(guó)泌乳牛專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)磷需要量[13] (kg/d)

表4 泌乳牛磷的需要量[14] (體重600kg，乳脂率3.75%)

表4比較了NRC(1989)奶牛營(yíng)養(yǎng)需要量中磷的需要量及德國(guó)新近推薦的磷的需要量，該例子所用奶牛體重600 kg，乳脂率為3.75%。相比表3與表4，可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)確定的磷需要量比NRC和德國(guó)磷的推薦量普遍高出25%~60%。

3.2 奶牛磷的排出量 對(duì)奶牛來(lái)說(shuō)，磷的主要排泄途徑是糞便。一個(gè)年產(chǎn)奶8900kg，日糧磷水平為0.4%的奶牛1年要排出18kg的磷。如果日糧磷增加到0.6%，總的排放量可增加到31.5kg。年產(chǎn)6000kg牛奶的奶牛每年磷的排出量大約為13.5kg[15]。

3.3 奶牛對(duì)磷利用率的研究 在Brintrup等人的試驗(yàn)中所用的日糧磷濃度(0.39%~0.42%)大多接近泌乳牛的需要量，其所計(jì)算出的吸收系數(shù)為67%，74%，72%，與德國(guó)研究者提出的綜合吸收系數(shù)(70%)相似。Hibbs等人的研究得出磷吸收系數(shù)的回歸方程，吸收系數(shù)計(jì)算值=1.86696-5.01238(日糧磷%)+5.12286(日糧磷%)2；(r2=0.70)。根據(jù)回歸方程，當(dāng)日糧含磷0.22%時(shí)，吸收系數(shù)計(jì)算值為1.0，當(dāng)日糧含磷0.49%時(shí)，吸收系數(shù)降至最低(0.64)[16]。

奶牛糞便磷占總磷排放的68.7%，奶中磷占總磷排放的30.3%，而尿磷只是占總磷排放的1%?？傮w而言各種飼料磷的利用率為：粗飼料為0.64%，谷物飼料為0.70%，磷酸氫鈣為0.75%，磷酸二氫鈣為0.90%[15]。

4 小結(jié)

奶牛的飼喂應(yīng)該滿(mǎn)足其營(yíng)養(yǎng)需要，但不應(yīng)該超過(guò)。飼喂任何營(yíng)養(yǎng)不足的飼糧，均將降低乳核乳成分的產(chǎn)量；然而飼喂過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)也將降低營(yíng)養(yǎng)利用的效率，導(dǎo)致增加對(duì)環(huán)境的養(yǎng)分排出，增加乳生產(chǎn)的成本。奶牛產(chǎn)乳造成糞尿中養(yǎng)分的損失是不可避免的，由于養(yǎng)分在奶牛場(chǎng)的富積，對(duì)營(yíng)養(yǎng)應(yīng)該管理，以確保在對(duì)環(huán)境最小影響的前提下進(jìn)行有效的養(yǎng)分循環(huán)。

[1] 王會(huì)群, 高騰等. 奶牛集約化生產(chǎn)體系中磷污染的研究進(jìn)展[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2009, 21(9): 147-149.

[2] 于康震. 解放思想開(kāi)拓創(chuàng)新抓住機(jī)遇科學(xué)發(fā)展[J]. 中國(guó)飼料, 2009,(1): 4-10.

[3] 張響英, 唐現(xiàn)文. 控制環(huán)境污染, 建設(shè)生態(tài)奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)[J]. 中國(guó)畜牧獸醫(yī), 2008, 35(8): 77-79.

[4] 奶牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)科研協(xié)作組. 奶牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和典日糧配方[M]. 北京: 農(nóng)業(yè)出版社, 1989.5-6.

[5] 邊建中, 王民路. 粗蛋白質(zhì)與氮的換算[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 1990, 5: 16-17.

[6] F.J. Mulligan, P. Dillon, et al . Supplementary Concentrate Type Affects Nitrogen Excretion of Grazing Dairy Cows [J]. Journal of Dairy Science, 2004, 87： 3451-3460.

[7] Castillo, A.R., E.Kebread, D.E.Beever, et al. A review of efficiency of nitrogen utilization in lactating dairy cows and its relationship with the environmental pollution [J]. J.Anim.Feed Sci., 2000, 9: 1-32.

[8] 沈振月. 浙江省畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染狀況與防治對(duì)策研究[OL], 2004, 4-12. http：//www.51hp.net.

[9] 黃松濱, 呂化民編. 奶牛的飼養(yǎng)[M]. 北京: 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社, 1984. 214-215.

[10] Tamminga S. Nutrition management of dairy cows as a contribution to pollution control [J].Journal of Dairy Science, 1992, (75):345-357..

[11] 王永康. 乳牛營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境[J]. 乳業(yè)科學(xué)與技術(shù), 2001, 2: 39-41.

[12] 中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部. 奶牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)[M]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2004, 4-5.

[13] 王建華, 戈新等我國(guó)奶牛磷需要量[J]. 中國(guó)飼料, 2005, 6: 25-27.

[14] L.D.Satter, 胡伶, 李琍. 奶牛磷需要量及其對(duì)環(huán)境的影響[J]. 國(guó)外畜牧科技, 200, 28(2): 5-8.

[15] 郗偉斌, 關(guān)貴巖, 牛巨龍. 奶牛磷營(yíng)養(yǎng)的研究進(jìn)展[J]. 飼料工業(yè), 2005, 5: 11-13.

[16] 張萍. 奶牛對(duì)磷的營(yíng)養(yǎng)需要[J]. 乳業(yè)科學(xué)與技術(shù), 2001, 4: 20-28.

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（2010–12–02）