作者简介
刁其玉
反刍动物饲料创新团队资深首席科学家
中国农业科学院饲料研究所二级研究员
德国哥廷根动物生理营养学博士，反刍动物饲料创新团队资深首席科学家，中国农业科学院饲料研究所二级研究员、博士生导师，兰州大学博士生导师，国家肉羊产业技术体系营养与饲料功能研究室主任及岗位专家，国务院特殊津贴专家，全国农业先进工作者。《肉羊营养需要》标准制定者。获得国家专利出版基金资助出版《中国肉用绵羊营养需要》。
刁其玉老师受邀作为华信共享智库主办的动物营养师研修班反刍动物营养师讲师，将主讲《肉牛、肉羊多元化日粮设计要点》。
在温室气体排放方面，我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。
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大气变暖与温室气体排放
英国气象局哈德利中心和东英吉利大学气候研究所、美国国家海洋和大气管理局、美国国家航空航天局戈达德空间研究所、欧洲中期天气预报中心、日本气象厅6家全球权威机构发布的气候变化显示，从1850年开始，到2025年的预测，大气温度在上升，全球平均温度距平(一系列平均气温与总平均气温的差值)增高，大体为正距平。温室气体(Greenhouse Gas，GHG)或称温室效应气体，是指大气中能够促成温室效应的气体成分，能够吸收红外线，将热量保留在地面附近的大气中，从而造成温室效应，引发极端性气候变化。联合国规定控制的6种温室气体：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化合物(HFCs)、全氟碳化合物(PFCs)、氟化硫(SF6)。
1.1 碳排放急剧增加如何影响全球气候变化
在二氧化碳和甲烷排放量较多的情况下，有80%～90%的太阳热量被吸收，并被保留在大气内，会造成酸雨等一系列气候变化，否则80%～90%太阳热量将被反射。
1.2 大气环境面临着升温增加
2018年10月8日，IPCC在韩国仁川发布《全球升温1.5℃特别报告》，评估表明全球升温控制在1.5℃内，将极大地降低气候风险。升温幅度越小，对人类和生态系统冲击越小。有科学家预测，按照目前的排放速度和减排速度，全球升温很难保持1.5℃。
全球76亿人口仅占地球生物总重量的0.01%，却造成83%的野生哺乳动物灭绝 ( 由于温室气体排放造成 )，半数植物消失。当前，生物灭绝的速度已经是过去1000万年平均值的数十至数百倍，并且还在进一步加速。
我们希望以最低成本实现 1.5℃目标，实现这一目标有工业和农业的因素。自然气候与人类、动物活动密切相关。地球系统科学研究表明，自然损失与气候变化之间存在紧密联系。而由于人类不合理的土地利用导致红树林、泥炭地和热带雨林损毁，二氧化碳排放总量增加13%，持续加剧气候变化。树木被认为是有史以来最佳的碳捕获与碳封存载体，对减缓温室气体排放、缓解气候变化风险能够发挥重要作用。
1.3 环境温度上升对环境的作用
2010年8月5日，位于格陵兰岛西北部的彼得曼冰川分裂，形成了一个面积约260km2的巨型冰山，为当今北半球最大的冰山。2019年3月17日位于北极圈内的格陵兰岛(丹麦)99m高的冰山拱门轰然坍塌，全球气候变暖带来的不可逆的灾难正在路上。最近有报道，格陵兰岛单日融冰60亿t。
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碳中和势在必行
2.1 甲烷气体和反刍动物生产
甲烷是产出动物重要的温室气体(GHG)之一，增温潜势是CO2的26倍；牛和羊产生的CH4占到全球1/4以上；加上粪便管理，排放量可达40%。甲烷能占总能5%～15%，是能量损失的重要部分，也会对环境造成破坏；产奶量25kg/d的成年泌乳奶牛：干物质采食量为18kg/d，甲烷占进食总能量10%。
2.2 牛与羊是养殖动物的主要甲烷排放动物
奶牛、黄牛、牦牛、水牛，甲烷排放量为300～500g/(d·头)；绵羊、山羊、奶羊甲烷排放量为40～60g/(d·只)。
2.3 奶业是瘤胃碳排放的核心
2.3.1 全球奶牛瘤胃碳排放情况
2016年，全球牛胃肠道CH4排放量为9870万t，乳制品行业是胃肠道CH4的主要生产行业，为1860万t(联合国粮农组织，2018)。当CH4以二氧化碳当量表示时，奶牛CH4排放量占全球乳制品行业温室气体排放总量的46%。奶牛的甲烷排放量占全球家畜排放量的30%(Haque，2018)。
2.3.2 中国奶业和奶牛瘤胃碳排放情况
2018年，中国畜牧业生产系统的温室气体排放量约为29800万t(二氧化碳当量)，占农业温室气体总排放量的47%(联合国粮农组织，2019)，占国内温室气体总排放量的3%(责任投资原则，2021)。据估计，2019年中国奶业生产系统的温室气体排放量为4490万t，占畜牧业温室气体总排放量的15%(Huang，2021)。
2.4 甲烷能与动物的生产性能
甲烷是一种浪费，每减少1kg甲烷的排放，就可以多产17.7kg标准乳或1.3kg牛肉。
2.5 动物体内的能量分配
养殖业的甲烷排放与工业甲烷排放不同，工业上降低甲烷排放需要效率成本，将烧煤改成烧液化气、耗电 ；而对于动物来讲，日粮消化能分配，经“阀门调控作用”，一部分转化为日粮代谢能(ME)，用于畜产品生产，另一部分转化为甲烷能，危害大气环境。在“阀门”部位，通过调控作用减少甲烷能排放，使更多的能量用于畜产品生产，这是动物营养与饲料行业的研究重点。
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反刍动物甲烷生成与减排措施
3.1 牛羊甲烷排放的相关因素
CH4排放的影响因素有品种、日粮组成、采食量、饲养策略、可消化量、瘤胃发酵类型、微生物区系、环境应激等。
3.2 后备牛瘤胃甲烷排放因子及规律
后备奶牛9月龄、12月龄、15月龄，50%精饲料组的甲烷排放量最低，相应的甲烷排放因子为35.6kg/年、43.5kg/年、70.7kg/年。
3.3 泌乳奶牛瘤胃甲烷排放因子
泌乳奶牛在泌乳前期、泌乳中期、泌乳后期的甲烷排放因子分别为121.3kg/年、126.6kg/年、120.0kg/年，与饲料精粗比、NDF/NFC比例有关。饲料中NDF/NFC比例可以代表粗饲料和精饲料的含量，随着NDF/NFC比例降低，甲烷产量显著下降，甲烷排放因子也显著下降。NDF/NFC为1.30甲烷排放量最低，在泌乳前期、中期、后期的甲烷排放因子分别为95.1kg/年、119.4kg/年、88.5kg/年。
3.4 奶牛甲烷产生小结
基于荷斯坦泌乳牛产奶量为42.2kg/d，甲烷排放量为330g/d、14.6g/kgDMI、9.0g/kgFCM、2.4g/kgBW0.75。荷斯坦奶牛胎次和甲烷产量越高，每采食1kgDMI和每产生1kg标准乳排放的甲烷越多，浪费的饲粮总能越多。荷斯坦奶牛产奶量越高，每产生1kg标准乳排放的甲烷越少，有利于提高生产效益和甲烷减排。
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研发反刍动物瘤胃甲烷减排技术产品
4.1 天然植物提取物的应用
试验表明，天然植物提取物可以减少甲烷排放6%～8%。枯草芽孢杆菌和血根碱均可显著提高荷斯坦泌乳牛产奶量、乳成分比例及乳成分产量。
表 1 枯草芽孢杆菌及血根碱对泌乳牛产奶性能的影响
枯草芽孢杆菌和血根碱均能显著提高干物质采食量(DMI)；对甲烷(CH4)产量没有影响，但显著降低CH4/DMI、CH4/FCM及CH4/ECM。枯草芽孢杆菌和血根碱均显著提高荷斯坦泌乳牛营养物质采食量，枯草芽孢杆菌显著提高NDF和ADF表观消化率。枯草芽孢杆菌和血根碱均显著提高荷斯坦泌乳牛摄入总能和总排出能，降低尿能和甲烷能比例，最终提高总代谢能。
表 2 枯草芽孢杆菌及血根碱对泌乳牛营养素消化率的影响
4.2 优选出低聚木糖与复合酶制剂作为甲烷抑制剂
试验表明，低聚木糖与复合酶减排效果减少甲烷12%～18%。奶牛采食量基本接近，产奶量增加将近1kg；产奶量增加，甲烷产量明显减少。低聚木糖和复合酶可以通过提高利用率减少甲烷排放、提高生产性能。
4.3 提高产量是减排的有效措施
提高管理水平，产奶量提高，甲烷排放量减少。产奶量高的奶牛，消耗饲料少，排出物有减少的趋势。从单头来看，CO2、CH4的排放量不明显，但每千克鲜奶CO2、CH4的排放量明显降低。
4.4 调整日粮配方(精粗比)
调整日粮精粗比，粪氮排泄量少，利用率提高，40∶60精粗比，粪氮、粪总磷、尿氮、尿总磷排泄量最低，甲烷的排放量在50∶50精粗比最低。
饲喂TMR4(精∶粗=50∶50)与饲喂TMR1(20∶80)和TMR6(70∶30)的奶牛相比，每头每年甲烷排放量分别减少15.20kg和89.84kg；氮排放分别降低3.71kg和17.51kg；磷排放分别减少2.59kg和4.07kg，对大气和环境都非常有利；饲喂TMR4(50∶50)比TMR1(20∶80)标准乳产量提高10.54%；乳脂率增加9.67% ；乳糖增加7.26%，能减少奶牛对土壤水源及空气的污染，提高奶牛的生态效益和经济效益；饲喂精料含量为40%和50%TMR可降低奶牛氮、磷、甲烷排泄量，提高产奶性能。
表 3 调整日粮配方(精粗比)对奶牛甲烷排放和生产性能的影响
饲料的配制方案或设计方案非常重要，优化设计使饲料利用率提高，生产性能提高，环境污染也相对减少。
4.5 宏基因组学分析阐明瘤胃甲烷产生和减排机制
瘤胃微生物主导菌群的解析，主要是瘤胃细菌、真菌、原虫与古菌(甲烷菌)。日粮中添加血根碱(植物提取物)与枯草芽孢杆菌(微生态)对微生菌群的调控作用。
甲烷代谢通路中的CO2加氢产甲烷途径，编码甲烷通路关键酶(EC)基因在A、CON两组中的相对丰度，减少甲烷的排放。9种优势真菌丰度与甲烷排放量、瘤胃pH、乙酸/丙酸呈正相关。
甲烷抑制剂的两个作用途径：①抑制甲烷菌；②提高饲料利用率。甲烷是反刍动物消化代谢过程中的必然产物，甲烷排放量为5%～15%，采取合理措施，甲烷排放将减少，饲料得到合理的应用。
4.6 营养技术降低甲烷排放的效果
可以采用一些简单、常用的措施降低甲烷排放，如饲料加工、补饲技术、使用激素等。通过物理技术或生物技术加工处理牧草，牧草利用率提高，反刍动物甲烷排放减少。
表 4 营养技术降低甲烷排放的效果
来源：畜牧产业
作者：刁其玉
