尿素补饲反刍动物替代蛋白饲料,减少大豆用量,降低饲养成本

蛋白为动物生长最贴切的营养(proximate nutrition),这一结论源自德国100多年前的研究(Kellner,1909),后来在美国得到了进一步发展(Armsby,1917)。地球上,蛋白(CP)及蛋白氮(CPN)相对少,所能支撑的健康人口数量有限,粮食短缺的根本是富含蛋白的食物短缺。非蛋白氮(NPN)数量丰富,但人类不能直接利用非蛋白氮,利用非蛋白氮补伺反刍动物生产蛋白,并为人类所用,为我们长期面临的挑战。

尿素作为一种含非蛋白氮物质,广泛存在于哺乳动物的尿液中,1773年被发现,1828年首次在德国人工合成。1922年,德国建立利用氨气和二氧化碳合成尿素工艺,开创了尿素工业化生产,为尿素做肥料及非蛋白氮利用开创了历史。

1890年前后,德国科学家利用天门冬酰胺培养酵母和细菌成功,促进探索研究非蛋白氮补饲反刍动物替代蛋白以补充饲料蛋白不足问题(Loosli and McDomald,1968),即反刍动物瘤胃具有丰富的细菌,瘤胃细菌能否利用酰胺态尿素的非蛋白氮合成蛋白供牲畜生长的假设研究。至1940年,通过100多个添加尿素的补饲实验,德国相关研究人员和养殖户接受尿素可以补饲反刍动物以补充蛋白的认识(Patra and Aschenbach,2018),补饲效果显著。

1940-1970年,美国研究人员在接受德国的尿素补饲研究基础上,研究证明,补饲的尿素就是通过瘤胃内的细菌转化合成为菌体蛋白,用于吸收生长(Reid,1953)。后续进一步证明,补饲尿素的奶牛所产奶的组成与不补饲尿素的相似(Virtanen,1966;Helmer and Bartley,1971)。确立了尿素补饲的理论基础,并在生产中大量用尿素补饲反刍动物(Loosli and McDomald,1968)。

1973年,美国尿素饲用量达到700万吨(ton),但形成了美国奶业用低质日粮生产牛奶的形象,社会担心硝酸盐问题以及有上当受骗心理。同年,美国奶业又发生了一件大事,Roffler and Satter(1973)研究认为,即使不添加尿素,日粮蛋白达到12%,每天每头奶牛也可以生产22.7kg奶,奶业生产再次受到了压力。好奶牛也可以不用尿素就高产奶,为什么要用尿素呢?后续的建议配方不再包括直接伺喂尿素,尿素饲用量快速降为400万吨/年,奶业用占一半,至1985年这一数量基本维持(Kertz,2010)。也正是自那个时候,美国苜蓿生产跳跃式增长,至1989年苜蓿生产开始下降,但饲用尿素数据进入不可寻状态,这是不再统计还是有主动掌控不清楚。

1970-2010年,通过代谢实验、吸收实验、生长实验、氮平衡实验、体内实验及体外实验,不同国家全面研究了尿素补饲绵羊、山羊、犊牛、生长牛、育肥牛、小奶牛、产奶牛的补饲量及其效果,并研究了尿素在瘤胃中的水解过程及其影响因子、外源补饲尿素及内源尿素在体内的代谢等(Kertz,2010)。

到现今,尿素补饲反刍动物这一主题的研究有1万多个实验,同行全面接受“廉价尿素可以补饲反刍动物,替代昂贵的精饲料蛋白,反刍动物通过瘤胃细菌转化水解的尿素铵离子成为菌体真蛋白,吸收后用于长肉或产奶,没有食品安全隐患”这一结论,并在生产中广泛应用尿素补饲牛羊,包括用尿素处理秸秆作饲料的同时,间接或直接补饲尿素(Schwab and Broderick,2017)。

Rupel等(1943)利用含蛋白10%的精料作对照,加亚麻籽饼或尿素提高精料蛋白至18%,做了一个奶牛产奶实验,前者比对照产奶增加14%,后者比对照产奶增加19%。这个实验中,尿素占精料3%,相当于占日粮1%,尿素氮白占整个日粮蛋白的1/3。这个奶牛实验的标准成为了后来尿素补饲的经验法则,并被广为教授和传播(Schwab and Broderick,2017),包括对其他反刍动物的尿素补饲。

Kertz(2010)认为,Rupel(1943)的建议标准有三个数据,绝对数量不一致,有点乱。2010年,Kertz对尿素补伺奶牛提出了新的建议:精料中添加1%的尿素,保持在135g/天,不超过日粮总蛋白的20%,这样可以避免采食量不足等许多生产问题。事实上,Rupel的建议可以理解为分别针对不同饲料、不同种类、不同生长阶段的反刍动物,并不单一针对优质饲料及奶牛。现在,美国、澳大利亚的教授或政府还是在按1943年的建议标准进行宣传推广(Kniffen, 2014;Department of Agriculture and Fisheries,2018;Whittier,2021)。

尿素补饲实验的一些结果相互有冲突,原因是尿素添加量不同、牲畜种类不同、日粮能量浓度不同、日粮基础蛋白含量不同、牲畜采食的适应时间不同、牲畜对尿素补饲反应的平稳期不同等等。高比例尿素补饲,实验数据有下降趋势,主要是因为采食量下降,而采食量下降的原因表观是因为气味或口味,实际是因为没有给动物更多时间以适应高尿素日粮。

尿素补饲可以补充饲料蛋白不足,有利于牛羊生长或产奶,有利于降低成本。低质饲草添加尿素,结合精料,补饲效果显著;低蛋白日粮添加尿素,结合精料,补伺效果显著。这些基本结论没有争议(Patra and Aschenbach,2018),并于上世纪四十年代被证明以来一直没有受到挑战。

补饲尿素数量过多或补饲方法不适合,瘤胃短时间内产生较多铵离子,引起牲畜尿素中毒并胀气,若救治不及时造成死亡损失。这是生产中需要注意的问题。好饭吃多了吃快了肚子疼,干嘛要吃多吃快呢,道理是一样的。

尿素中毒的表现特征是动物僵化站立以至趴卧、流涎、胀气,及时通过口部灌服食用醋1-2升,并在腰窝部瘤胃突出位置扎针排气,1-2小时后即可缓解,5-6小时后恢复(Whitehair, 1989,笔者有伺喂牛尿素中毒的救治经历)。拌精饲料补饲、喷草料补饲、尿素舔砖补饲、氨化秸秆补饲等为简易有效办法。包衣尿素等缓释尿素有防止尿素中毒作用,并减少N排放(Salami et al.,2021)。现在的各项研究没有说清楚各种缓释尿素所能延缓的时间长度。

研究也证明,不同种类的铵盐补饲效果相似,并且没有或少有中毒现象(Lee and Beauchemin ,2014)。因为尿素含氮量高,成本低,所以,生产中还是首选尿素作为非蛋白氮进行补充替代,但可以选择其他种类铵盐补饲。牲畜生长过程中,瘤胃菌体蛋白及体内蛋白合成需要硫和磷,所以补饲尿素时,添加适当数量硫和磷将起到事半功倍的作用。标准为N:S=10:1,S:P=2:1,即N:S:P=20:2:1(Berger and Rasby,2011;Department of Agriculture and Fisheries,2018)。我们的研究表明,饲喂氨化玉米秸秆补饲磷硫,56天内绵羊体重比氨化玉米秸秆不补饲磷硫组增加38%,比传统饲喂羊草组增加54%,饲草料转化率达到8.9%(周道玮等,2022)。

历史地看,一战、二战期间,德国生产生活物资短缺,促使德国积极开展尿素补饲研究,并进行了生产实践。这是始于假设的应用技术研究,后促进机理性基础研究的典型案例。当时,美国也同样面临饲草不足问题,发展了尿素补饲研究。现在,这二个国家变发达,特别是机械发达,并且土地面积相对广阔,都大面积生产了营养丰富的青鲜草、干草或青贮,所产饲草蛋白丰富,并精料生产丰富,尿素补饲仅在必要时使用,包括在青贮玉米时添加使用。美国奶业每年用200万吨也不是一个小数。

中国没有更多的土地生产青鲜草、干草或青贮,草原也生产不出足够多的饲草以满足日益增长的牛羊生产需要。中国农田产秸秆7-8亿吨,利用尿素氨化秸秆(Adesogan et al,2019),处理秸秆的同时,间接补饲,为中国牛羊产业发展需要研究、推广和普及的问题。利用草地干草伺喂同样需要氨化或补伺尿素,以提高蛋白水平,提高饲草转化率,增加饲养效益。

1公斤标准尿素相当于2.92公斤粗蛋白(0.467*6.25),相当于7.0公斤豆粕(含42%CP)。尿素价格2元/kg,豆粕价格4元/kg,即补饲2元的尿素相当于饲喂28元的豆粕。潜在的经济效益、食物安全效益,社会效益、甚至生态效益巨大。

2020年,我国存栏牛0.96亿头,出栏牛0.46亿头,相当于全年养牛1.42亿头;同年,我国存栏羊3.1亿只,出栏羊3.2亿只,相当于全年养羊6.3亿只,折合为0.63亿头牛;相当于全年笼统养牛2.1亿头。以每头牛每天平均补伺100克尿素替代相应豆粕计算,全国全年尿素补饲量为0.1kg/天头*365天*2.1亿头=76.7亿公斤,即767万吨,合为5369万吨豆粕(767*7),合为6711万吨大豆(大豆:豆粕=1:0.8),占全年进口大豆的50%多。若实现,大豆短缺压力骤减。

767万吨尿素价值153亿元,5369万吨豆粕价值2147亿元,二者相差近2000亿元。2020年,中国出栏牛0.46亿头,出栏羊3.2亿只,产牛羊肉0.12亿吨,用尿素替代豆粕补饲,每公斤牛羊肉的价格将降低17元。若实现,比现阶段的牛羊肉价格降低25%(17/68)。

上述数据粗疏直接了一点,或者可以打个对折,但是,用尿素补伺替代大豆可以减少大豆消费,这很确定,并是一个很大的数量。其中的经济效益、其中对于生产低价牛羊肉以满足人们对美好食物向往的意义也很肯定。

中国的尿素补伺研究始于上世纪50年代,利用尿素氨化秸秆始于上世纪80年代初,历史相对短,但生产中有增长式使用和推介(王钟建,1996)。2008年,违法犯罪的“牛奶中直接添加三聚氰胺事件”阻碍了尿素饲用,管理者、生产者以至用户担心尿素与有毒的三聚氰胺扯上关系,类似当年美国牛奶生产面临的社会压力,但不科学,这严重延缓了中国对尿素的补饲利用,这是一件非常不幸的事。

三聚氰胺生产是以硅胶为催化剂,在380-400℃的温度下沸腾反应,先分解生成氰酸,并进一步缩合生成三聚氰胺。看,尿素与三聚氰胺有关系,但补饲尿素无论如何也生不成三聚氰胺,补饲尿素后的测定结果也证明了这一结论(江兰和孟庆翔,2011)。

上述回顾历史,陈述事实的目的是希望尿素补饲在中国牛羊业内广泛开展起来,以降低大豆短缺压力、降低牛羊饲养成本,以低成本生产飘香的牛奶、美味的牛羊肉,部分地满足人们对美好生活的向往。

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