降低日粮粗蛋白（CP）与阴阳离子差（DCAD）以减少泌乳奶牛粪便氨（NH3）排放

《Journal of Dairy Science》：Lowering dietary crude protein and cation-anion difference to reduce manure ammonia emissions in lactating cows

　　

本研究的目的是确定降低日粮粗蛋白质（CP）、降低阴阳离子差（DCAD）或同时降低CP和DCAD对泌乳性能和粪便氨（NH₃）排放的影响。采用16头泌乳中期荷斯坦奶牛，进行重复4×4拉丁方设计，每期21 d，包括14 d日粮适应期和7 d样品收集期。奶牛被随机分配到以下处理：CON，对照日粮（干物质基础含17.0% CP和221 mEq/kg DCAD）；RCP，降低CP日粮（干物质基础含15.2% CP和221.4 mEq/kg DCAD）；RDCAD，降低DCAD日粮（干物质基础含16.8% CP和?11 mEq/kg DCAD），并补充富含C16:0的脂肪酸（FA）和一种蛋氨酸类似物；RCP-RDCAD，同时降低CP和DCAD日粮（干物质基础含15.4% CP和?11.5 mEq/kg DCAD），并补充富含C16:0的FA和蛋氨酸类似物。从每头奶牛采集样品以测定全消化道养分消化率、氮利用、血液代谢物和乳FA组成。每头奶牛的粪便在连续气流室系统中培养6 d，以测定NH₃排放。降低日粮CP（RCP + RCP-RDCAD vs. CON + RDCAD）不影响干物质采食量（DMI），但降低了产奶量（40.9 vs. 41.8 kg/d）和乳蛋白产量（1.38 vs. 1.42 kg/d）。此外，降低CP倾向于降低中性洗涤纤维（NDF）消化率（47.4 vs. 49.2%）。饲喂降低CP日粮的奶牛血浆总必需氨基酸（EAA）浓度降低。降低日粮CP提高了乳氮分泌（33.2 vs. 30.9%）并降低了尿氮排泄（29.9 vs. 32.9%，占氮摄入量比例）。饲喂降低CP日粮的奶牛粪便累计NH₃排放降低35%。降低DCAD（RDCAD + RCP-RDCAD vs. CON + RCP）降低了DMI、产奶量（40.0 vs. 42.7 kg/d）、乳脂产量（1.79 vs. 1.90 kg/d）和乳蛋白产量（1.34 vs. 1.46 kg/d）。降低DCAD倾向于提高全消化道NDF消化率（49.1 vs. 47.4%），并降低了乳FA中trans-10 C18:1的浓度，这可能是由于补充了棕榈酸和一种蛋氨酸类似物。饲喂降低DCAD日粮时，观察到血液尿素氮（BUN）和乳尿素氮（MUN）升高，表明氮利用效率低下。当奶牛饲喂降低DCAD日粮时，多种血液代谢物和气体受到影响，尿液pH降低（6.41 vs. 8.01），提示代偿性代谢性酸中毒。饲喂降低DCAD日粮的奶牛粪便累计NH₃排放降低21%。CP和DCAD对粪便NH₃排放存在互作效应，因为RCP或RDCAD降低了NH₃排放，但RCP-RDCAD的减排量低于RCP和RDCAD单独观察到的减排量之和。总之，降低CP或DCAD可有效降低粪便NH₃排放，且组合进一步降低NH₃排放，尽管减排效果并非加性。尽管具有这些潜在的环境效益，但补充棕榈酸和蛋氨酸类似物的降低CP日粮和降低DCAD日粮降低了生产性能和氮利用效率，因此这些策略并不实用。

**研究背景与问题**

奶牛养殖的环境足迹中，氨（NH₃）排放是重要组成部分。美国全国性评估显示，奶牛生产对全国NH₃排放清单的贡献约为24%，是最大的单项贡献源。降低日粮粗蛋白（CP）已被公认为减少粪便NH₃排放最有效的营养策略，其通过降低尿氮排泄来减少NH₃挥发。然而，过度降低CP可能导致代谢蛋白（MP）缺乏，对产奶性能产生负面影响。另一种策略是降低日粮阴阳离子差（DCAD），通过降低尿液pH和粪便pH来抑制NH₃排放，但以往研究表明降低DCAD会降低干物质采食量（DMI）、产奶量和乳脂产量。近期研究（Hu等，2026）发现，在降低DCAD日粮中补充棕榈酸或蛋氨酸类似物（HMTBa）可在不损害产奶性能的情况下减少粪便NH₃排放。因此，本研究旨在验证降低CP与降低DCAD的联合策略，以期在避免生产损失的前提下最大化减少粪便NH₃排放，并检验两者是否存在加性效应。

**研究设计与主要方法**

研究人员采用16头泌乳中期荷斯坦奶牛（体重700±59.0 kg，泌乳天数145±34.3 d，起始产奶量41.1±5.31 kg），进行重复4×4拉丁方设计，每期21 d（14 d适应，7 d采样）。四种日粮为：CON（17.0% CP，DCAD 221 mEq/kg干物质）、RCP（15.2% CP，DCAD 221.4 mEq/kg干物质）、RDCAD（16.8% CP，DCAD ?11 mEq/kg干物质，补充棕榈酸和蛋氨酸类似物）及RCP-RDCAD（15.4% CP，DCAD ?11.5 mEq/kg干物质，同样补充）。关键方法包括：采用不可消化中性洗涤纤维（iNDF）作为内源标记估算粪便排出量，采用尿肌酐估算尿量；按每日粪尿比例混合后，在连续气流室系统中培养6 d，测定NH₃、CH₄和CO₂排放；使用面罩系统测定肠道CH₄和CO₂；采集血、乳、粪、尿样品分析养分消化率、氮利用和代谢物。

**研究结果**

**干物质采食量与产奶性能**：降低CP不影响DMI，但降低产奶量（40.9 vs. 41.8 kg/d）和乳蛋白产量，乳蛋白浓度下降；降低DCAD显著降低DMI（27.5 vs. 29.1 kg/d）、产奶量（40.0 vs. 42.7 kg/d）、乳脂产量和乳蛋白产量，但饲料效率未受影响。乳糖浓度和产量也因降低DCAD而下降。

**全消化道养分消化率**：降低CP显著降低干物质、有机物和CP消化率，并倾向于降低NDF消化率；降低DCAD则显著提高干物质、有机物和CP消化率，并倾向于提高NDF消化率。

**乳脂肪酸组成**：降低CP增加了乳脂中C16:0和混合脂肪酸（FA）比例，降低trans-11 C18:1和cis-9,trans-11 C18:2等；降低DCAD增加混合FA、降低从头合成和预formed FA比例，同时降低多种长链FA，但提高奇数碳和支链FA（OBCFA）比例。

**血浆氨基酸与代谢物**：降低CP降低血浆总EAA浓度（957 vs. 1026 μmol/L）；降低DCAD降低亮氨酸、谷氨酰胺等，但增加赖氨酸、蛋氨酸、丙氨酸等，总非必需氨基酸（NEAA）升高，血浆非酯化脂肪酸（NEFA）浓度升高。

**血液指标**：降低CP仅降低BUN；降低DCAD显著降低血钠、HCO₃^?、pCO₂和碱剩余，升高血氯、pO₂、氧饱和度和BUN，尿液pH从8.01降至6.41，提示代偿性代谢性酸中毒。

**氮利用与排泄**：降低CP降低尿氮和尿尿素氮（UUN）排泄，增加粪氮占氮摄入比例，提高乳氮分泌比例；降低DCAD降低粪氮排泄和尿尿酸排泄，增加尿量和尿中尿囊素排泄，但尿氮和UUN排泄未受影响，BUN和MUN升高，表明氮利用效率下降。

**肠道气体**：降低CP不影响肠道CH₄和CO₂产量；降低DCAD降低CO₂产量，CH₄产量不变，但CH₄产量除以DMI有升高趋势。

**粪便气体排放**：降低CP使粪便累计CH₄排放降低10%，降低DCAD使累计CH₄和CO₂排放分别降低18%和22%。NH₃排放方面，RCP比CON降低35%，RDCAD降低21%，RCP-RDCAD降低48%，但CP与DCAD间存在互作，组合减排量低于单独减排量之和。

**讨论总结**

降低CP和DCAD均可有效降低粪便NH₃排放，其机制分别与减少尿氮排泄和降低尿液pH有关。组合处理未呈现加性效应，原因在于降低DCAD引发的代偿性代谢性酸中毒和氮利用效率低下，尤其是当蛋白供应不足时更为明显。降低CP导致的产奶下降主要源于MP和EAA供应不足；降低DCAD则通过降低DMI和促进氨基酸氧化加剧了乳蛋白合成的下降。尽管补充棕榈酸和蛋氨酸类似物改善了全消化道消化率和瘤胃发酵指标，但未能完全抵消乳脂和乳蛋白产量的损失。

**研究结论**

将日粮CP降低1.5个百分点、DCAD从220降至?11 mEq/kg干物质，可使粪便NH₃排放分别降低35%和21%；两者组合进一步使NH₃排放降低48%，但减排效果并非加性，这可能归因于氮利用效率低下（表现为MUN、BUN和血浆NEAA升高）。此外，降低DCAD日粮还使粪便CH₄排放降低18%。然而，降低CP和DCAD（即使补充棕榈酸和蛋氨酸类似物）均降低了产奶量及乳脂和乳蛋白产量。因此，尽管这些策略在减少粪便气体排放方面有效，但其环境效益被生产性能下降所抵消，作为实际应用策略并不可行。