奶牛养殖的污染及防范

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1奶牛养殖业对环境的污染

奶牛养殖业对环境的污染主要包括四个方面，即土壤污染、水体污染、大气污染和微生物污染。土壤污染：奶牛生产中通常会超剂量添加无机矿物元素，由于其利用率低，很大一部分未被吸收而排出体外，随施肥进入农田，在土壤中蓄积，对作物的生长和人类的健康构成威胁。水体污染：奶牛生产对水体的污染主要来源于粪尿中的氮和磷。奶牛对饲料中氮和磷的吸收利用率很低，只有30%~35%左右，大量未被吸收利用的氮和磷被排出体外，其中大部分进入土壤，并通过雨水的冲刷进入地表水源和地下水源。水中的氮多以硝酸盐的形式存在，饮用水中含有过多的硝酸盐会对人体健康造成危害。过多的氮和磷进入水体导致水体富营养化，使藻类及其他水生植物过度生长，大量消耗溶解氧，导致鱼虾类大量死亡，植物根系腐烂，在水底层发生厌氧分解，产生H2S、NH3、硫醇等恶臭物质，使水体成为“死水”。大气污染：奶牛生产中产生的有害气体可分为两类，其一是温室气体，即二氧化碳（CO2）和甲烷（CH4），可破坏大气臭氧层，加剧温室效应；其二是NH3、H2S、一氧化碳等，可导致牛舍和周边环境空气质量下降，影响奶牛和人的健康。微生物污染：奶牛的排泄物及生产中产生的废弃物中含有大量有害微生物，可通过滋生的蚊蝇或空气进行传播，对奶牛本身和周边人群的健康构成威胁。

2降低环境污染的途径与方法

2.1通过营养调控降低氮磷及其他矿物元素的排泄量

近年来，国内外有很多关于氮磷对环境污染方面的研究。研究的重点主要集中在两个方面：一是从宏观的角度研究评价一个地区或整个国家养殖业所产生的氮和磷对环境的污染状况，即氮和磷的排泄量与土地承载能力之间的平衡关系，以此作为畜牧业发展规划与布局的依据；二是氮磷的具体减排措施。由于我国蛋白质饲料资源匮乏，蛋白质饲料价格很高，增加了畜牧业的生产成本，因此多年来我国动物营养领域一直在探索提高日粮蛋白质利用率的方法，并取得了很好的成果，这与降低氮排放在方向上是一致的。尽管如此，由于反刍动物氮代谢生理特点及其复杂性，在如何提高奶牛氮的利用效率、降低排放量方面仍有很大的潜力与空间，因此仍然是目前研究的热点。提高奶牛日粮氮利用率的途径有很多，如根据能氮平衡理论科学配合日粮，通过合理补充过瘤胃氨基酸以平衡到达小肠的氨基酸比例等。近年来，小肽在动物蛋白质消化代谢过程中的作用及生理与营养功能方面的研究为提高日粮氮的利用率开辟了新的途径。尽管我国早在20世纪80年代末就已建立了小肠可吸收蛋白质体系的雏形，但由于在饲料相关参数的测定与积累上未及时跟上，致使该体系至今尚不能在生产上广泛应用。因此，进一步完善该体系的各项细节，建立完整的、覆盖整个饲料成分表的、与小肠可吸收蛋白质体系相配套的参数系统，使该体系能够在奶牛生产中普遍推广应用，是目前的首要任务。

由于我国磷源饲料价格不高，储量丰富，且其在日粮中所占比例较小，对整个日粮成本的影响不大，因此过去在如何提高奶牛对饲料磷的利用率、降低排放量方面并未受到足够的重视，今后应加强此方面的研究。植物性饲料中的磷多以植酸磷的形式存在，而单胃家畜和家禽的消化道内几乎不存在分解植酸磷的酶，对植酸磷的利用率相当低，因而对于单胃家畜和家禽而言，降低磷排放的方法除了使用利用率较高的磷源配制日粮外，最有效的途径是在日粮中添加植酸酶。一般认为，反刍动物可以利用植物性饲料中的植酸磷，因此采用日粮中添加植酸酶的方法来提高磷利用率的效果不明显。目前国外的研究多集中于重新评价反刍动物（特别是奶牛）对磷的需要量和植物性饲料磷的消化率两个方面，旨在通过在满足奶牛对磷的需要量的前提下降低日粮磷的供给，从而达到提高吸收率、降低排放量的目的。奶牛粪磷对环境的污染是由于日粮中磷过量供给造成的。导致奶牛日粮磷供给量过高的根本原因是由于饲养标准中所推荐的日粮磷需要量高于奶牛的实际需要量。目前各国奶牛饲养标准中确定的可吸收磷需要量基本上没有太大问题，但在对饲料磷消化率的估计上长期以来一直存在偏低的现象，如：美国NRC1989版《奶牛营养需要》将日粮磷的总吸收率定为50%，ARC1991为58%。正是由于对牛饲料磷消化率估计的过低，导致日粮磷推荐供给量偏高。近年来，随着奶牛磷营养研究的不断发展，一些国家的奶牛饲养标准均对饲料磷的吸收率参数进行了必要的调整，如：NRC2001版《奶牛营养需要》规定奶牛对粗饲料中磷的吸收率为64%，精饲料为70%；法国INRA规定磷酸盐中磷的吸收率为65%，谷物为75%，谷物副产物和饼粕类为68%，青草和青贮类为66%，豆类为65%。总结饲养试验的资料表明，饲粮磷含量为0.30％～0.34％时，能够满足生长奶牛的正常血磷浓度、最大平均日增重和骨骼强度。饲粮磷含量在0.32％～0.42％时即可满足整个泌乳期的需要，高于此水平不会提高奶牛的产奶量。乳脂率和乳蛋白不受饲粮磷水平的影响。并没有证据能证明饲喂超过需要量的饲粮磷可以提高奶牛的繁殖性能。饲粮磷的吸收率随磷含量的升高而下降，因而饲喂超过奶牛需要的高磷日粮只能增加粪磷的排泄量。

相对于美国NRC2001版《奶牛营养需要》，我国现行奶牛饲养标准（NY/T34－2004）中有关磷的需要量参数与指标明显偏高。对于体重为300kg、日增重800g的后备母牛，日粮磷的需要量中国标准比NRC标准高37.78％；体重为680kg、日产25kg标准乳的泌乳母牛中国标准高79.97％；体重为680kg、妊娠第270d的干奶母牛中国标准高35.21％，应尽早对我国现行奶牛饲养标准中磷需要量参数进行修订。由于微量矿物元素在动物日粮中的比例非常低，其添加量对日粮成本的影响很小，因此在营养学研究中更多关注于其对生产性能和健康的影响，即缺乏症和耐受量的问题，而没有考虑排泄量和环境污染的问题。由于动物对微量矿物元素的需求量与耐受量之间相差很大，一般为10～100倍，因此在日粮配合中为了避免缺乏症的发生，往往不考虑饲料原料中的本底含量，而过量添加，由此造成排泄量增加和环境污染。因此，必须重视微量矿物元素对环境的污染问题，最简单的方法是在配制奶牛日粮时严格按照需要量操作，并将饲料原料中所含有的微量矿物元素考虑在内，避免过量添加。氨基酸螯合矿物盐可以提高微量矿物元素的吸收率和动物的生产性能，同时降低排放量，对此方面的研究多年来一直没有间断。对于奶牛而言，采用氨基酸螯合盐的方式添加微量矿物元素还可以使其中的氨基酸过瘤胃，起到事半功倍的效果。但存在的主要问题是成本较高。

2.2通过营养调控降低CH4的排放量

CH4是仅次于CO2的重要温室气体，单位体积CH4造成的温室效应是CO2的2～30倍，且不能像CO2那样被植物吸收利用，参与物质循环，更容易在大气中不断积累。据估测，CH4对全球气候变暖的贡献率可达15％～20％，其中反刍动物排放的CH4占总CH4排放量的15％～25％，其中牛的排放占主要部分。除此之外，CH4的产生与排放是反刍动物饲料能量的重大损失，可以占到饲料总能的2％～12%，因此控制CH4的产生与排放，一方面对环境保护具有重要意义，另一方面可以提高饲料的转化效率，降低养殖成本。国内外对降低CH4的排放方面多年来进行了大量的研究工作，找到了很多降低反刍动物CH4产生与排放的途径。提高个体奶牛的生产性能以减少相对饲养数量，是降低奶牛CH4排放的根本方法。调整奶牛日粮结构、改善粗饲料品质、适当提高日粮精粗比、将饲料适当粉碎或制粒、添加某些有机酸（延胡索酸和苹果酸等）和聚醚类离子载体，可以改变瘤胃发酵模式，降低挥发性脂肪酸中乙酸对丙酸的比例，加快饲料通过瘤胃的速度，减少在瘤胃的停留时间，从而降低发酵强度，进而降低CH4产量与排放量。添加饱和脂肪酸、蒽醌等添加剂可以有效降低瘤胃原虫数量，从而减少寄生于瘤胃原虫表面的产CH4菌的数量，降低CH4产量。

2.3做好奶牛生产中废弃物的处理工作

奶牛生产中的主要废弃物是粪便和污水，这是奶牛场的最大污染源，对土壤、水源的污染主要来源于此，有害气体如NH3、H2S等也由此产生，还会导致蚊蝇滋生、臭味、疫病传播等问题。对粪便和污水的有效处理是奶牛场环境控制和降低环境污染的关键，同时也与其资源化利用密切相关。奶牛场粪便和污水的处理问题，国内外有很多解决方案，粪便与污水分开处理是目前大家公认的原则。牛舍粪污的清除是奶牛场的日常工作，我国传统上采用人工干清粪方式，但这对规模化奶牛场来说浪费大量人工成本。近年来新建的现代化规模奶牛场已采用机械清粪方式，刮粪板系统是目前最佳的解决方案，而铲车清粪则存在诸如能耗过高、工作空间受限、易对牛舍地面造成损伤等缺点。由刮粪板收集起来的粪污须通过水冲管道输送系统集中起来，然后采用适当的机械设备进行固液分离。分离出的固体经适当干燥后用于牛床的垫料，液体经沉淀后上清液重复用于粪污管道输送系统的运行，是目前集约化奶牛场较为理想的粪污处理系统。目前国内使用该类系统还不多，主要问题是粪污输送管道经常阻塞和固液分离设备运行故障较多，这既与设施设备的选型和性能有关，也与牛场的饲养工艺有关，应加强相关国产设施设备的研发与组装配套，使其能够尽早完善，并降低成本。另外，在我国北方地区冬季严寒，研发适合北方地区使用的牛舍粪污收集与输送的技术与设备，也是急需解决的问题。

固体粪便最简单的处理方法是自然堆积发酵、还田。此种方法简便，费用低，因此是目前国内外普遍采用的方法。但其效果因堆积的时间与环境温度存在差异而有很大变化，一般很难达到理想的效果。我国由于土地面积有限，奶牛场的粪便堆积场面积不够，因而堆积发酵时间严重不足，效果不理想。另外，这种方式处理的粪便不适合长距离运输，只能就近施放，对于规模较大的牛场，附近的土地吸纳能力有限，限制了这种方法的应用与实际效果。可采用许多方法对粪便进行进一步处理，如用作沼气发酵的底物，加工成各种专用有机肥料等，这些方法国内外均已有成功经验。但这些方法都需要较高的设备投资，运行维护费用，加工成本等，需要进一步完善技术与配套设施设备，较好地解决了经济可行性的问题。

可采用许多方法对奶牛场的污水进行的处理，如自然沉淀分离发酵，生物发酵等。一般来说，因为数量大，可利用部分少，处理费用更高，污水处理比粪便处理难度更大。国外大部分采用自然沉淀分离方式处理，经简单自然发酵后还田。国内对污水的处理还不多。自然沉淀分离和自然发酵的方法比较简便，不需要什么费用，但由于沉淀和发酵速度慢，需要大量的沉淀池，这在国内很难做到。就近还田受到土地吸纳能力和运输设备的限制。化学处理方式所需成本过高，包括设施设备的投入和运行费用，国内奶牛场基本无法承受。目前国内废弃物处理的最主要问题是技术上可行的方法在经济上是否有可行性。因为奶牛养殖本身是微利或低利的行业，承受不了巨大的废弃物处理费用。加之我国土地面积有限，粪便长期堆积和污水长期存放的条件都很难达到，因此关键问题是研发出适合我国国情的排放标准和实用的处理方法。需要特别指出的是应在奶牛场的建设选址时就充分考虑废弃物的处理问题，把废弃物处理放在一个更大的系统内综合考虑，这会比单独考虑废弃物的处理更能事半功倍，提高处理效果，降低处理成本。

3不同奶牛生产模式的环境污染控制问题

我国奶牛养殖业按养殖规模可分为三种类型，大型规模化牧场、中小型牧场，和散养户。由于他们生产地点、生产条件、养殖规模、养殖方式各有不同，对环境污染的特点和控制的关键点也不同。大型规模化奶牛场一般为新建牧场，由于资金雄厚，建设目标高，多由专业公司规划设计，可以做到设计规范，建构筑物标准，设施设备齐全，在控制环境污染和粪污处理方面有国外成功的经验可以借鉴。在建设时应注意的问题是：在规划和选址时充分考虑环境控制问题，适当控制规模，结合周边土地对粪污的吸纳能力和粪污利用方式综合考虑粪污处理方案，优化设施设备的选型与配套。

中小型奶牛场一般为原有传统型牧场，在建设时没有充分考虑环境污染和环境控制问题，牛场建设不够规范，设施设备不齐全，不配套，且较陈旧，粪污处理方式原始简单，处理效果不理想，存在一定程度的环境污染问题，需要进行改造。但由于资金、场地、周边环境等因素的制约，改造难度较大，国内尚缺乏成功的经验。在改造时应注意的问题是：根据现有条件和周边环境条件因地制宜，粪污收集与处理方式采用传统和现代相结合的工艺，即采用刮粪板集粪，用农用车集中至堆粪场，自然发酵，然后还田。此工艺污水数量较少，可采用自然沉淀，分级天然发酵，然后灌溉农田的处理工艺。相关研究单位和设计公司应在实践中不断积累经验，尽快研发出适合现阶段我国现阶段中小规模奶牛场生产条件的环境控制方案和配套粪污处理设施设备，在生产中推广应用。

散养户是我国奶牛养殖业初级阶段所特有的生产模式，其主要特点是以家庭为基本生产单位，奶牛饲养于自家的庭院中。散养户的养殖规模极其有限，少则几头，多则十几头，牛舍简陋，缺少必要的生产设施设备，以手工操作为主，生产工艺原始，生产水平低，人畜混杂，粪污基本上不进行任何处理，不但存在着严重的环境污染，还有防疫难度大、原料奶质量难以控制等一系列问题，必须加以解决。解决奶牛家庭散养户现有问题的途径有两条，一是将其逐步发展成为规范化的小型家庭牧场，二是将其并入奶牛养殖小区。小型家庭牧场是最终解决方案，但短期内难以实现。奶牛养殖小区属于过渡性方案，可缓解当务之急。国外小型家庭奶牛场非常普遍，怎样将其成功模式改造移植到我国还有许多工作要做，目前国内尚无此方面的研究。

奶牛养殖小区是我国奶牛养殖业现阶段特有的生产模式，在我国已有多年历史，尽管在建设理念和经营管理模式方面进行了很多探索，但由于没有国外的经验可以借鉴，直到目前为止，尚未出现业内公认的成功范例，无论是建设模式还是生产工艺均很原始，配套设施设备不健全，环境控制和粪污处理问题很多，环境污染情况非常严重，必须尽快加以解决。由于奶牛养殖小区建设的特殊性，需要考虑的因素很多，其规划设计远比规模化奶牛场困难，因此需要奶牛场规划设计与奶牛饲养管理方面的专家密切合作，在深入系统研究的基础上，建立多种可行的规划建设方案与技术规范，以指导不同地区和条件下新小区的建设和老小区的改造。奶牛养殖小区建设应遵循如下基本原则：小区总体规模不宜过大，小区内养殖单元不宜太小；饲料原料采购、青贮制作、日粮加工配送、疫病防治、繁殖配种、资料管理、挤奶与鲜奶销售均应统一进行；采用人工干清粪方式，粪污集中处理。