南方规模化奶牛场草基循环农业模式研究

冯德庆1，黄勤楼2，黄秀声1，陈钟佃1，钟珍梅1

（1福建省农科院农业生态研究所，福州350013；2福建省农业科学院畜牧兽医研究所，福州350013）

摘要：针对奶牛养殖快速发展带来的资源浪费和环境污染问题，探讨了南方规模化奶牛场循环农业模式并提出了相关策略。提出养殖场粪污（包括奶牛粪、尿和养殖废水）是造成环境污染的主要因子，牧草是消纳养殖场粪污，变废为宝，构成循环利用链的主要载体。因此南方规模化奶牛养殖可以就地取材、就近利用，构筑形成草基循环农业模式。草基循环农业模式结合规模化奶牛养殖对鲜草需要量大、杂交狼尾草产量高且对奶牛场污水氨氮吸收率高的三大因素而构建，是低耗高效、安全优质、清洁生态的循环农业模式。

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关键词 ：规模化；奶牛；循环经济；杂交狼尾草

中图分类号：S811.5 文献标志码：A 论文编号：casb14100014

基金项目：国家科技支撑计划“规模化养牛场牧草净化治污与饲草高效循环利用”(2012BAD14B15-03)；国家科技支撑计划“狼尾草新品种选育及在畜牧上高效循环利用”(2011BAD17B02-06)。

第一作者简介：冯德庆，男，1971 年出生，福建宁德人，副研究员，硕士，主要从事畜牧及畜牧生态研究。通信地址：350013 福建省福州市晋安区新店镇埔垱福建省农业科学院农业生态研究所，Tel：0591-87574138，E-mail：koala-1011@163.com。

通讯作者：黄勤楼，男，1964 年出生，福建闽清人，研究员，博士，研究方向畜牧与畜牧生态。通信地址：350013 福建省福州市晋安区新店镇埔垱福建省农业科学院畜牧兽医研究所，Tel：0591-87572094，E-mail：hql202@126.com。

收稿日期：2014-10-10，修回日期：2015-01-10。

0 引言

近年来，随着中国经济的增长，乳业取得了快速的发展。据报道，2011 年全国奶牛存栏1440 万头，奶类产量达到3810 万t[1]。乳业的发展，对优化农业产业结构、增加农民收入、提高城乡居民生活水平起到了积极的推动作用，但同时也带来了巨大的环保压力。以每头奶牛每天产生50 kg 废弃物估算[2]，全国现有存栏奶牛每年可产生约2.6 亿t 废弃物。这种污染源若无法消纳，将会对水质、空气、土壤带来严重污染，成为养殖场所在地区的主要污染源之一。

循环经济就是在可持续发展的思想指导下，运用生态学规律指导人类利用自然资源和环境容量，按照自然生态系统物质循环和能量流动规律重构经济系统，把清洁生产、资源及其废弃物综合利用、生态设计和可持续消费等融为一体，使经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中，实现“资源-产品-再生资源-再生产品”的物质反复循环流动[3]。因此，乳业需要可持续发展，必须运用循环经济思路，遵循减量化、再利用以及资源化原则，以高效循环利用技术为支撑，贯穿奶牛养殖、养殖场粪污无害化处理及资源化利用、牧草种植、加工和利用等各个环节，构建低耗高效、安全优质、清洁生态的循环农业模式，从而提高资源的利用效率，避免资源浪费，以最小的生态成本获得最大的经济和生态效益[4-5]。

1 减量化原则在规模化奶牛养殖生产中的应用

1.1 通过营养调控降低养殖环节污染排放

1.1.1 通过营养调控降低氮的排放蛋白质是保证奶牛生产性能和繁殖性能的重要营养物质。但在实际饲粮中有相当多的氮不能被奶牛利用，导致大量的氮排放到环境中。据估算，荷斯坦奶牛摄入的总氮中29%、50%分别从粪、尿排出体外，而只有剩下的21%被吸收利用[6]。氮素的过多排放不仅污染环境，而且造成资源的流失。

降低奶牛养殖过程氮排放的途径有很多，可通过提高饲粮氮转化效率，降低瘤胃饲料蛋白质降解率达到降低氮排放的目的。如科学配制饲粮、调节饲粮精粗比、粗饲料的适宜长度、加工方式，对在瘤胃降解率高的蛋白质加以保护及添加瘤胃素等都能提高氮利用效率，减少氮的排放[7-11]。

1.1.2 通过营养调控降低磷的排放研究表明，泌乳牛粪便中日均磷排泄量为151.23 g，占采食饲料磷的65.19%，机体利用率为34.81%[12]。含磷量为0.32%的低磷饲粮能够满足奶牛的营养需要。研究还表明奶牛干物质采食量、产奶量、饲料转化率、乳脂率和乳蛋白率不受饲粮磷水平的影响，而且磷的表观消化率还随着磷摄入量增加而极显著降低。因此，严格根据NRC的磷推荐量，合理安排奶牛饲粮，在提高奶牛的生产效率的同时，降低磷排泄，这是从源头上降低奶牛养殖过程磷排放最有效的办法[13-14]。

1.1.3 通过营养调控降低CH4的排放量据估测，全世界家畜年排放CH4约8000 万t，其中牛的排放量约占73%。因此，反刍动物是CH4的最大生物来源。目前研究表明，通过提高奶牛的生产性能，减少饲养总量是降低奶牛CH4排放的理想方法。此外，通过调整奶牛饲粮精粗比、改变瘤胃发酵模式、加快饲料通过瘤胃的速度，以及通过饱和脂肪酸等添加剂降低瘤胃原虫数量，可以降低CH4的排放[15-16]。

1.2 通过固液分离降低需要就地消纳的粪污量据测定，一头500~600 kg 的成年奶牛，每天排粪量30~50 kg，排尿量15~25 kg，排污量15~20 L。因此，一个千头规模的奶牛场，每天的粪污量在60 t 以上，一年的粪污量达到20000 t左右[2]。通过固液分离系统，可将其中占粪污总量50%的粪便进行分离、收集，用于生产有机肥、食用菌等，降低需要就地消纳的粪污量[16]。

1.3 通过草地净化系统消纳终端粪污

在华南地区，狼尾草属牧草具有生物量大、生长周期长、耐肥等特点。若杂交狼尾草在水肥充足情况下生长速度快、产量高，每年可刈割8~10 次，可供青草时间为8 个月，鲜草产量可达225.12~252.58 t/hm2，每年可产出的杂交狼尾草的总氮量为1.39~2.26 t/hm2[17]。

有实验以土壤为基质， 选择象草(Pennisetumpurpureum)和黑麦草(Loliumperenne)作为植被模拟人工湿地净化系统，研究牧草全年轮作在间歇流人工湿地中对奶牛场高质量浓度污水的适应性及对污水氮、磷的净化效果。结果表明，象草、黑麦草在间歇性高质量浓度污水中生长良好，可作为畜牧场高质量浓度污水修复植物进行全年轮作，并适时的收割，去除污水中的氮、磷。在不同污水质量浓度处理的牧草净化系统中，水力停留时间为8 天的条件下，铵氮的去除率为75.9%~94.9%；硝态氮的去除率为65.4%~90.9%；总氮的去除率64.2%~90.1%；总磷的去除率在90%以上；象草和黑麦草对污水中氮、磷的吸收转化在系统对氮磷净化中的贡献率平均分别为氮25.12%和20.03%、磷31.20%和20.42%[18]。这说明象草和黑麦草对奶牛场污水氨氮吸收率高，只要保障足够面积的草地，可以消纳养殖场终端粪污。

2 资源化原则在规模化奶牛场中的应用

奶牛粪污是环境的一种污染源。但是从资源化利用角度看，奶牛粪污又是宝贵的资源。有研究表明，新鲜牛粪含有总氮4.37 kg/t，总磷1.18 kg/t；牛尿含有总氮8.0 kg/t，总磷0.40 kg/t[19]。说明奶牛粪污含有大量的氮、磷等营养物质，是宝贵的肥料资源，可以开发成肥料、土壤修复剂等。新鲜牛粪中有机物占8.44%~10.62%[20]，可用作食用菌培养料、蚯蚓的培养料等。牛粪中含有大量未消化的植物纤维，晒干后与适量石灰混合，是一种很好的牛栏垫料。此外，奶牛粪污经过厌氧发酵可获得沼气，用于人们的日常生活，其中产生的沼渣和沼液也是很好的有机肥料[21-25]。

3 规模化奶牛场牧草的多级利用体现再利用原则牧草在规模化奶牛养殖生产中具有举足轻重的作用，还具有可多级利用的特点，因此是构建规模化奶牛场草基循环农业模式的基础。

奶牛是食草量巨大的一种草食性动物。一头体重500 kg 的中高产奶牛，每天可消耗杂交狼尾草鲜草10 kg。一个千头奶牛场，每天可消耗鲜草10 t，每年可消耗鲜草3000 t。生产这么多杂交狼尾草，需要约15 hm2草地。这些草地可以消纳大量养殖场粪污，草地生产的大量牧草又可返回到养殖环节。

此外牧草也可以用于生产食用菌。研究表明：杂交狼尾草在草粪比为6:4(C:N=28.66:1)时，双孢蘑菇产量最高为12.316 kg/m2，氨基酸含量为24.42%，栽培效益为30.66 元/m2；稻草在草粪比为6:4(C:N=28.66:1)时双孢蘑菇产量最高为14.228 kg/m2、氨基酸含量为19.42%，栽培效益为41.72 元/m2。稻草栽培双孢蘑菇效益高。但稻草产量不高，一般为6000~6750 kg/hm2。狼尾草的干草产量可达45000~67500 kg/hm2，利用其栽培双孢蘑菇，可缓解蘑菇主产区对稻草的需求[26]。

4 草基循环农业模式构建

规模化奶牛养殖生产过程中，养殖场粪污（包括奶牛粪、尿和养殖废水）是造成环境污染的主要因子，牧草是消纳养殖场粪污，变废为宝，构成循环利用链的主要载体。因此规模化奶牛养殖可以就地取材、就近利用，构筑形成草基循环农业模式。

草基循环农业模式结合规模化奶牛养殖对鲜草需要量大、杂交狼尾草产量高且对奶牛场污水氨氮吸收率高的三大因素而构建，其基本流程包括（图1）：奶牛养殖过程中，使用优质牧草（杂交狼尾草）作为主要青饲料，并通过营养调控降低粪污排放量。养殖过程中产生的粪污经固液分离，分成粪渣和废水。粪渣可用于制作有机肥或者食用菌；养殖废水可经厌氧池发酵产生可用的沼气、沼液和沼渣。沼渣可用于制作有机肥。沼液及其他养殖废水通过草地净化系统消纳。草地净化系统生产的大量牧草可返回到养殖环节，利用奶牛食草量大的特点就地利用；或者用于食用菌生产等多级利用。该模式合理配置奶牛养殖、养殖场粪污无害化处理及资源化利用、牧草种植、加工和利用等各个环节，构建低耗高效、安全优质、清洁生态的循环农业模式，多层次利用和开发自然资源，实现产业链内废物的资源化利用，产生明显的经济效益。

5 结论

通过营养调控降低养殖场污染排放，通过固液分离降低需要就地消纳的粪污量，通过草地净化系统消纳终端粪污实现减量化原则在规模化奶牛养殖生产过程的应用。

牛场粪污是一种宝贵的资源，粪污废弃物资源化包括肥料化利用、饲料化利用、能源化利用，以及作为食用菌培养料、燃料等多种途径。

牧草在规模化奶牛养殖生产中具有举足轻重的作用，还具有可多级利用的特点，因此是构建规模化奶牛场草基循环农业模式的基础。

草基循环农业模式结合规模化奶牛养殖对鲜草需要量大、杂交狼尾草产量高且对奶牛场污水氨氮吸收率高的三大因素而构建，是一种低耗高效、安全优质、清洁生态的循环农业模式，多层次利用和开发自然资源，实现产业链内废物的资源化利用，产生明显的经济效益。

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参考文献

[1] 高鸿宾.农业部副部长高鸿宾在第三届中国奶业大会上强调提高奶业科技创新能力,加快奶业发展方式转变[EB/OL].http://www.moa.gov.cn/zwllm/zwdt/201206/t20120619_2766244.Htm,20120619.

[2] 张响英,唐现文.控制环境污染,建设生态奶牛养殖场[J].中国畜牧兽医,2008,35(8):77-79.

[3] 吴天马.循环经济与农业可持续发展[J].环境导报,2002(4):4-6.

[4] 张详解.我国奶业推进循环经济的策略探讨[J].改革与战略,2007,23(1):164-165.

[5] 姚玮玮.乳业循环经济模式的系统动力学模型构建及其应用研究[D].镇江:江苏大学,2010:9-10.

[6] Tamminga S. Nutrition management of dairy cows as a contributionto pollution control[J]. Journal of Dairy science, 1992,75(1):345-357.

[7] 孙亚波,边革,刘庆全,等.不同精粗比例TMR饲粮对中产奶牛氮代谢的影响[J].中国草食动物,2010,30(6):21-25.

[8] 王加启,冯仰廉.饲粮精粗比对瘤胃微生物合成效率的影响[J].畜牧兽医学报,1995,26(4):301-307.

[9] 马冬梅,苗树君,刘子骞,等.全混合饲粮中饲草长度对奶牛采食行为、瘤胃发酵和饲粮消化率的影响[J].中国牛业科学,2009,35(4):9-13.

[10] 陈涛,高艳霞,曹玉凤,等.蒸汽压片玉米对奶牛生产性能和氮磷排放影响的研究[J].畜牧兽医学报,2009,40(12):1769-1775.

[11] 付春丽,王瑞宁,傅彤,等.降低奶牛氮排放的营养调控措施[J].家畜生态学报,2012,33(4):96-101.

[12] 王会群.奶牛集约化生产体系中磷素平衡及其环境效应[D].郑州:河南农业大学,2010:34.

[13] 刘振.日粮磷水平对奶牛生产性能及磷排放的影响[D].杭州:浙江大学,2010:17-20.

[14] 张晓明.奶牛养殖业对环境的污染及其控制[J].中国畜牧杂志,2011,47(8):38-42.

[15] 冯仰廉,李胜利,赵广永,等.牛甲烷排放量的估测[J].动物营养学报,2012,24(1):1-7.

[16] 王启加.现代奶牛养殖科学[M].北京:中国农业出版社,2006:58-62.

[17] 黄勤楼,黄秀声,陈钟佃,等.规模化猪场污染及废弃物循环利用研究[J].中国农学通报,2007,23(10):175-178.

[18] 颜明娟,方志坚,翁伯琦,等.牧草轮作对奶牛场污水氮、磷的净化效果研究[J].生态环境学报,2011,20(10):1540-1546.

[19] 李国泰,庄爱科,矫江,等.黑龙江省奶牛粪便对环境污染的调查及处理建议[J].黑龙江农业科学,2010(6): 60-64.

[20] 胡天印,陈玲,胡玉敏,等.奶牛粪便综合利用的技术研究[J].宁波大学学报:理工版,2004,17(3):357-360.

[21] 杨小芳,伏健,董琦,等.奶牛场粪便处理技术研究进展[J].湖南畜牧兽医,2012(6):1-4.

[22] 林清,昝林森.规模化牛场粪污无害化处理及资源化利用方法探讨[J].家畜生态学报,2011(1):73-75.

[23] 田伟,张振华,汪贞,等.牛粪高温堆肥过程中木质纤维素降解及相关生物学特性研究[J].浙江农业学报,2014,26(2):432-438.

[24] 李文圣,王旭东.猪粪和牛粪与秸秆配合堆腐过程中腐殖物质的变化特征[J].生态与农村环境学报,2014,30(4):541-544.

[25] 关红民,王佳,李和国,等.奶牛养殖小区育成牛粪中污染因子的四季动态监测研究[J].中国奶牛,2014(9):44-47.

[26] 陈钟佃,黄秀声,郭仲杰,等.杂交狼尾草栽培料对双孢蘑菇产量及品质的影响[J].热带作物学报,2011,32(9):1615-1618.