美国中北部乳业系统采用农业生态实践提升牛奶中Omega-3与植物营养素水平

本研究针对传统乳业系统营养品质与环境可持续性问题，探索了农业生态（再生）实践对牛奶营养成分与土壤健康的提升作用。通过比较五种采用轮牧与多样化饲草喂养的牧场与常规TMR（全混合日粮）对照组，发现再生牧场牛奶中Omega-3脂肪酸（如EPA、DPA）和植物营养素（如p-cresol sulfate、hippuric acid）显著提高，土壤有机碳与微生物活性也明显改善。该研究为可持续乳业发展提供了科学依据，具有重要的营养健康与环境意义。

　　

牛奶作为全球饮食结构中重要的营养来源，其营养成分受到奶牛品种、健康状况、环境条件、管理措施以及饲料类型等多种因素的影响，其中饲料构成被认为是最关键的因素。近年来，随着人们对食品营养品质和环境可持续性关注度的提高，农业生态学（Agroecology）或“再生农业”（Regenerative Agriculture）逐渐成为乳业系统改革的重要方向。这类实践强调通过多样化种植、轮牧、减少耕作、覆盖作物等方式，提升系统的生态功能与资源利用效率。然而，关于这类实践对牛奶营养成分，特别是功能性成分如Omega-3多不饱和脂肪酸和植物来源生物活性物质（phytonutrients）的影响，仍缺乏系统性的研究。

为此，来自美国犹他州立大学食品与营养科学系的Sree Bhavya Immadi、Muhammad Ahsin、Joseph Vinod Varre、Robert E. Ward、Allen Williams以及Stephan Van Vliet共同开展了一项研究，比较了美国中北部地区六个奶牛场中五种采用再生管理策略的牧场与一个采用传统全混合日粮（TMR）的对照牧场，旨在从土壤健康、饲料成分到牛奶营养品质的全链条角度，评估农业生态实践的实际效果。该研究最终发表于《Food Bioscience》。

为开展本研究，团队于2023年6月在美国中北部地区选取六个牧场，其中五个为再生牧场，实施轮牧、多样化饲草及混合饲料喂养，另一所为传统TMR喂养的对照牧场。研究人员分别采集土壤、饲草/饲料和牛奶样本，利用气相色谱（GC-FID）分析脂肪酸组成，超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）进行植物营养素代谢组学分析，土壤样本则委托专业实验室测定有机碳含量、微生物生物量及氮循环指标。数据分析采用ANOVA、聚类分析、主成分分析等多变量统计方法。

研究结果主要包括以下几个方面：

一、牛奶脂肪、饲草及饲料样本中脂肪酸（FA）组成分析

数据显示，再生牧场牛奶中多种Omega-3多不饱和脂肪酸（如C20:5n3和C22:5n3）含量显著高于对照组，其中再生牧场1的EPA含量高出122–144%，DPA高出800–1000%。同时，再生牧场饲草中α-亚麻酸（C18:3n3）平均高出217%，而对照组饲料中亚油酸（C18:2n6）含量较高。Omega-6/Omega-3比例在再生牧场牛奶中普遍较低，尤其在牧场1中仅为2.68，远低于对照组的6.20。聚类分析与主成分分析进一步表明，再生牧场1因实施全草饲喂养且植物多样性最高（超过60种），其牛奶脂肪酸组成与其他牧场及对照组差异显著。

二、牛奶、饲草及饲料中的植物营养素分析

代谢组学分析共鉴定出28种植物营养素，包括酚酸、黄酮、异黄酮、苯类化合物等。再生牧场1的牛奶中植物营养素总含量最高（3945 μg/100mL），显著高于对照组（2166 μg/100mL）。其中，p-cresol sulfate、hippuric acid、catechol、formononetin等化合物在再生牧场牛奶中尤为丰富。热图分析显示，这些化合物与牧场中饲草多样性高度相关，而对照组牛奶中则以大豆异黄酮（如daidzein）为主，反映其饲料中大豆成分的贡献。

三、牧场土壤健康指标比较

土壤健康参数显示，再生牧场1的土壤有机碳（SOC）含量最高（达420 mg/kg），有机氮与无机氮比例也更优（约4.0），微生物生物量及真菌/细菌比均高于对照组。相比之下，传统TMR牧场的土壤微生物活性及有机质积累较低。相关分析进一步表明，土壤健康指标与牛奶中部分植物营养素含量呈正相关，提示良好的土壤条件有助于提升饲草品质与牛奶营养成分。

四、牛奶植物营养素、脂肪酸与土壤指标之间的相关性

通过Person相关性分析，团队发现土壤有机碳和微生物生物量与牛奶中多种植物营养素（如isoquercetin、catechol）以及饲草中部分成分（如3,4-dihydroxybenzoic acid、formononetin）显著正相关。同时，牛奶中Omega-6/Omega-3比例与多种植物营养素呈负相关，表明高植物营养素水平可能与更健康的脂肪酸组成有关。

研究表明，农业生态实践特别是高多样性植物轮牧，能够显著提高牛奶中Omega-3脂肪酸和多种植物营养素的含量，同时改善土壤健康与微生物活性。再生牧场1因完全依赖草饲且植物种类最丰富，表现出最优的营养成分与土壤指标。这一发现从“土壤-植物-动物”连续体的角度，为再生农业在提升食品营养与环境可持续性方面的潜力提供了有力证据。尽管研究样本量有限，且结果受到季节与管理差异的影响，但本研究为后续更大规模、多季节的研究奠定了基础，也为推动乳业系统向更健康、更生态友好的方向转型提供了科学依据。