宁夏地区不同生长阶段奶牛产污系数的对比分析

张振伟，庞伟英，周玉香，张巧娥，闫 宏*

(1.宁夏中卫山羊选育场，宁夏 中卫 755006；2.宁夏贺兰县农牧渔局，宁夏 银川 752000；3.宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021)



宁夏地区不同生长阶段奶牛产污系数的对比分析

张振伟1，庞伟英2，周玉香3，张巧娥3，闫 宏3*

(1.宁夏中卫山羊选育场，宁夏 中卫 755006；2.宁夏贺兰县农牧渔局，宁夏 银川 752000；3.宁夏大学 农学院，宁夏 银川 750021)

选择不同生长阶段的中国荷斯坦奶牛作为试验对象，采用全收粪尿法来研究不同生长阶段奶牛各种污染物特性及产污系数。结果表明：不同生长阶段奶牛体重与其采食量、粪尿产生量大致成二倍正相关关系；P、Cu、Zn元素都主要通过粪便排泄，其中Cu、Zn元素在尿液中含量甚微；单位体重粪或尿污染物产生量无论是从N、P还是Cu、Zn，成年泌乳奶牛对环境的贡献率都要高于育成期奶牛。

生长阶段；奶牛；产污系数

经济的高速发展与农业结构的不断调整，促进了畜牧业生产规模的不断扩大和集约程度的不断提高，但由于规划、管理和技术滞后等原因，导致有相当一部分养殖废弃物未得到充分地利用，而是作为污染物被排入到环境中[1-3]。存栏量800头左右的奶牛养殖场每年粪产生量0.38×104t，尿产生量0.27×104t，如不及时地对这些废弃物进行处理势必会对环境造成巨大的危害。因此，本文以N、P、Cu、Zn污染物产生量为研究对象，选择不同生长阶段的中国荷斯坦奶牛作为试验对象，采用全收粪尿法来研究不同生长阶段奶牛各种污染物特性及产污系数，以便为控制与治理奶牛场污染提供科学的理论依据与数据基础。

1 材料与方法

1.1 试验地点与时间

试验地点在宁夏银川某奶牛养殖场内。试验分别在2011年10月和2012年1月、4月、7月分四季进行，每个季节连续采样5 d，保证3 d数据有效[4]。

1.2 试验动物的选择

每次试验均选择健康状况良好、体重相似、出生日期相近的中国荷斯坦育成期奶牛(13～14月龄，体重322±15 kg)和胎次与产奶量相近的中国荷斯坦成年泌乳期奶牛(产奶量15～18 kg，体重700±25 kg) 各5头作为试验对象。

1.3 试验动物的日粮组成与饲养管理

日粮配方按照不同生长阶段奶牛的饲养标准进行设计与配制。具体日粮组成与营养水平详见表1。

试验牛采用拴系式舍饲饲养，饲料饲喂与防疫与奶牛场其他成年泌乳母牛同步进行。试验牛每日饲喂3次，自由饮水。试验期间记录每天每头试验牛的采食量与粪尿排放量。预试期7 d，正试期5 d。

1.4 样品的采集与处理

试验开始后，收集每天每头试验牛的全部粪尿，称量，记录，并算出每天每头试验牛的产尿量与产粪量。将尿液充分混匀后，采集尿液约200 mL，分为2份：其中一份尿液约100 mL，移至100 mL塑料广口瓶中，不进行任何处理，置于-20 ℃冷冻保存，用于尿液铜、锌、总磷的测定；一份尿液约100 mL，倒入洁净的塑料广口瓶内，加入1 mL 10%H2SO4和2滴甲苯，混合均匀后，置于-20 ℃冷冻保存，以备尿总氮的测定；将粪样充分混匀后，采集粪样约500 g，分为2份：其中一份粪样约300 g，移至自封袋中，不进行任何处理，置于-20 ℃冷冻保存，用于粪中铜、锌、总磷的测定；一份粪样约200 g放入自封袋中后，按100 g粪样：20 mL 4.5 mol/L H2SO4进行固氮，-20 ℃冻存用于粪总氮的测定。

每天在定时定量饲喂试验牛之前打扫料槽，按规定量投放饲料，采食后收集剩余料，称重，计算采食量。直接从试验牛饲料中采样，每天各采样 3个，每个样品采集 500 g，装入自封袋中，置于-20 ℃冷冻保存，用于饲料主要成分指标(全氮、全磷、铜、锌)的测定[5-6]。

表1 育成期奶牛与成年泌乳奶牛日粮配方及营养水平

1.5 测定指标与方法

准确记录每天每头试验牛的给料量与剩料量，计算采食量，即，采食量=给料量-剩料量。TP采用HClO4-H2SO4消煮钼锑抗比色法测定；Cu、Zn采用HF-HNO3-HClO4-H2SO4消煮-原子吸收法测定；TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定[5-6]。

1.6 产污系数的计算[1,2,5]

产污系数计算公式：FPi,j=QFi×CFi,j+QUi×CUi,j

式中：FPi,j为奶牛第i生产阶段第j种污染物的产污系数，单位为g/(头·d)；

QFi为奶牛第i生产阶段粪产量，单位为kg/(头·d)；

CFi,j为奶牛第i生产阶段粪便中含第j种污染物的含量，单位为mg/kg；

QUi为奶牛第i生产阶段尿液产量，单位为L/(头·d)；

CUi,j为为奶牛第i生产阶段尿液中第j种污染物的含量，单位为mg/L。

1.7 数据统计与分析

所得数据采用Excel 2003和SPSS 17.0软件包进行数据统计与方差分析，测定结果以平均数±标准差来表示[7]。

2 结果与分析

2.1 育成期和成乳期奶牛各个季节产污系数对比

由表2知，育成母牛阶段的奶牛在四个季节中N、P、Cu、Zn各种污染物的产污系数均存在着显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的差别。其中N产污系数以夏季最高，春季最低，两季节之间差异显著(P<0.05)；P产污系数以夏季最高，极显著地高于其他各季节(P<0.01)；Cu产污系数以夏季最高，其次依次为春、秋和冬季，其中除春季与夏季、秋季与冬季间差异不显著(P>0.05)外，其他各季节间差异均达到极显著水平(P<0.01)。Zn产污系数以冬季最低，极显著地低于其他各季节(P<0.01)；与春、夏和秋季比较，冬季Zn产污系数降低51.53%、46.56%和42.88%。

由表2知，成乳母牛阶段的奶牛在一年四季中N、P、Cu、Zn各种污染物的产污系数均存在着显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的差别。其中N产污系数以春季最高，夏季最低，两季之间差异显著(P<0.05)。P产污系数以夏季极显著地高于春、冬季(P<0.01)，显著地高于秋季(P<0.05)；Cu产污系数以春季最高，其次依次为秋、夏和冬季，其中夏季与冬季间差异显著(P<0.05)，春、秋季与冬季间达到差异极显著水平(P<0.01)。Zn产污系数以冬季最低，为2139.89 mg/d，极显著地低于其他各季节(P<0.01)；与春、夏和秋季比较，冬季Zn产污系数降低54.11%、62.13%和57.42%。

表2 不同生长阶段奶牛四季产污系数的比较

注：污染物主要成分为全氮(N)、全磷(P)、铜(Cu)、锌(Zn)；同行数据肩注大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)；小写字母不同表示差异显著(P<0.05)，相同表示差异不显著(P>0.05)，下表同。

Notes：The main components of the pollutants are total nitrogen (N), total phosphorus (P), copper (Cu), zinc (Zn); The same uppercase superscripts show significant difference (P<0.01); the different small letters indicate significant difference (P<0.05), the same show no significant difference (P>0.05).The same as in the following tables.

2.2 体重、采食量与粪尿产生量及污染物产生量的比较分析

平均体重为322±15kg育成期奶牛和平均体重为(700±25)kg成年泌乳奶牛在采食量与粪尿产生量及污染物产生量上比较，见表3。

采食量、粪尿产生量与奶牛体重相关。将各组数据以单位体重表示，则可发现随着体重增加，成年泌乳奶牛相对于育成期奶牛采食量有所下降；但粪尿产生量却相对增加，致使污染物单位体重产生量也相应增加，成年乳牛的单位体重污染物产生量比育成牛高16.49%。这表明成年泌乳奶牛对环境的贡献率要高于育成期奶牛[8]。

表3 采食量与粪尿产生量及污染物产生量的对比分析

2.3 采食营养物质与产生污染物质的比较分析

由于奶牛通过饲料摄入的总氮、总磷以及微量元素(如铜、锌等)不能完全被动物体所吸收，伴随着粪便与尿液排出体外，为了能够更加明确地分析说明上述指标情况，特对其进行分别比较。

2.3.1 氮(N) 育成期奶牛和成年泌乳奶牛在采食N量、粪尿N量和总N量比较，详见表4。由表4知，在全年试验期内，平均体重为(322±15)kg育成期奶牛和平均体重为(700±25)kg成年泌乳奶牛日采食N量平均分别为168.55 g/天·头和379.01 g/天·头，粪产生N量平均为83.40 g/天·头和223.66 g/天·头，尿产生N量平均为39.29 g/天·头和92.13 g/天·头。在日粮平均粗蛋白水平为12.7%情况下，育成期奶牛每日粪N、尿N产生量分别占日采食N量49.48%和 23.31%，即每日所采食N量仅有 27.21%被机体所利用，约为 45.86 g。在日粮平均粗蛋白水平为15.97%情况下，成年泌乳奶牛每日粪N、尿N产生量分别占日采食N量59.01%和 24.31%，即16.68%用于维持需要和泌乳、增重等。从单位体重N量方面进行比较还可看出，成年泌乳奶牛单位体重日采食N量、粪N量、尿N量均高于育成期奶牛，即在单位体重下，成年泌乳奶牛对环境的贡献率要高于育成期奶牛[9]。

2.3.2磷(P) 育成期奶牛和成年泌乳奶牛在采食P量、粪尿P量和总P量比较，详见表4。

表4 采食营养物质量、粪尿污染物量和总污染物量对比分析

注：“-”代表数值很小，可以忽略不计；同行数据肩注大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)；小写字母不同表示差异显著(P<0.05)，相同表示差异不显著(P>0.05)。

Note: “-”represents negligible small values;values with different capital superscripts in the same column are extremely different(P<0.01)；while those with different lowercase superscripts are significantly different(P<0.05), those with same superscripts differ insignificantly(P>0.05)

从表4可以看出，磷元素主要通过粪便排泄，在尿液中含量甚少。平均体重为(322±15)kg育成期奶牛通过采食饲料摄入P量为155.42 g/d·头，通过粪尿排泄P量为121.01 g/d·头，约占日采食P量77.86%；平均体重为(700±25)kg成年泌乳奶牛P摄入为475.20 g/天·头，通过粪尿排泄P量为301.14 g/天·头，占日采食P量63.37%。由于P在土壤中的移动性较差，易累积，在碱性条件下又与碳酸钙和碳酸镁会发生反应，故若将奶牛粪便直接作为磷肥，其有效性较低。

从单位体重P量方面进行比较还可看出(见表4)，成年泌乳奶牛单位体重日采食P量、粪P量、尿P量均高于育成期奶牛，即在单位体重下，成年泌乳奶牛对环境的贡献率要高于育成期奶牛。过多P会通过土壤淋洗进入地表径流，造成地表水污染及水源富氧化。

2.3.3 铜(Cu)和锌(Zn) 育成期奶牛和成年泌乳奶牛在采食Cu量、粪尿Cu量和总Cu量比较，详见表4；在采食Zn量、粪尿Zn量和总Zn量比较，详见表4。由表4可知，Cu、Zn元素主要通过粪便排泄，在尿液中含量甚微。平均体重为(322±15)kg育成期奶牛和平均体重为(700±25)kg成年泌乳奶牛日采食Cu量84.90%和60.29%通过粪便排泄进入环境，粪便Zn产生量分别占日采食Zn量92.01%和75.74%。在单位体重下，成年泌乳奶牛对环境的贡献率要高于育成期奶牛。Cu、Zn在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，又不被微生物降解，易造成土壤板结，使土壤肥力下降。

3 讨 论

不同生长阶段奶牛体重与其采食量、粪尿产生量成正相关关系。随着体重增加，成年泌乳奶牛相对于育成期奶牛单位体重采食量有所下降，但粪尿产生量却相对增加，致使污染物单位体重产生量也相应增加，这与程鹏[10]所得研究结果相吻合。

在日粮平均粗蛋白水平为12.7%情况下，育成期奶牛每日所采食N量仅有 27.21%被机体所利用；成年泌乳奶牛(日粮平均粗蛋白水平为15.97%)每日所采食N量仅16.68%用于维持需要和泌乳、增重等。P、Cu、Zn元素都主要通过粪便排泄，其中Cu、Zn元素在尿液中含量甚微，几乎没有。育成期奶牛粪便P、Cu、Zn产生量分别高达77.86%、84.90%、92.01%，而成年泌乳奶牛粪便污染物产生量分别为63.37%、60.29%、75.74%。单位体重粪或尿污染物产生量无论是从N、P还是Cu、Zn，成年泌乳奶牛对环境的贡献率都要高于育成期奶牛。

[1] 王 诚,张 印,蔺海朝,等.猪粪尿中N、P、Cu、Zn排放量的测定与分析[J].家畜生态学报,2011,32(4):81-84.

[2] 李纪周.天津市规模化畜禽养殖场粪污治理及资源化利用调查研究[D].北京：中国农业科学院,2011.

[3] 庞凤梅,李 鹏,李玉浸,等.天津市畜禽粪便年排放量估算及控制对策研究[J].农业与发展,2008(3):82-86.

[4] 李 艳,朱继红,张振伟,等.不同生长阶段牛排粪量与尿液pH值昼夜变化的研究[J].畜牧与兽医,2009,41(10):43-44.

[5] 史鹏飞.规模化奶牛场产污系数和排污系数测定研究[D].郑州：河南农业大学,2009.

[6] 王新谋.家畜粪便学[M].上海：上海交大出版社,1998:266.

[7] 明道绪，王钦德，耿社民等．生物统计附试验设计[M]．3版.北京：中国农业出版社，2001．

[8] Nennich T D,Harrison J H,Vanwieringen L M,et al.Predtction and evaluation of urine and urinary nitrogen and mineral excretion from dairy cattle[J].J Dairy Sci,2006,89(1):353-364.

[9] 彭军.巢湖流域规模化畜禽养殖场对水环境污染评价及其控制对策研究[D].合肥：安徽农业大学,2001.

[10] 程 鹏.北京地区典型奶牛场污染物排泄系数的测算[D].北京：中国农业科学院,2008.

Comparative Analysis on Pollutant Producing Coefficients of Lactating Cows at Different Growth Stages in NingXia

ZHANG Zhen-wei1, PANG Wei-ying2, ZHOU Yu-xiang3, ZHANG Qiao-e3, YAN Hong3*

(1.NingxiaZhongweiGoatBreedingFarm,Zhongwei，Ningxia755006；2.AgriculturalandLivestockBureauofHelanCounty,Yinchuan，Ningxia750200；3.CollegeofAgriculture,NingxiaUniversity,Yinchuan，Ningxia750021)

Choosing Chinese Holstein cows at different growth stages as test objects, this paper studied the characteristics of pollutants and pollutant producing coefficients at different growth stages of cows with all sampling of feces. The results showed that the body weight of cows at different growth stages presented a double positive correlation with feed intake and manure output. P, Cu and Zn elements were excreted mainly through feces, among which the contents of Cu, Zn elements were limited or even zero in the urine. At the same time,milch cows had higher contribution to the environment than that in breeding period on N, P, or Cu, Zn either from unit weight feces or urine pollutants.

growth stage；dairy cow；pollutant producing coefficient

2014-01-15，

2014-10-10

张振伟(1981-)，男，河南商丘人，硕士，主要从事中卫山羊的品种保护工作。E-mail:zhwe1016@163.com

*[通讯作者] 闫 宏(1957-)，女，山东青岛人，教授，研究方向：反刍动物营养。E-mail:yh-ych@163.com

S811.6

A

1005-5228(2015)01-0050-05