版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我們

全球變暖加劇了冰川融化和海平面上升，自 2006 年至 2018 年期間每年上升 3.7 毫米，同時(shí)也導(dǎo)致更頻繁和更強(qiáng)烈的極端天氣事件，如颶風(fēng)和熱浪，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類生存環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。但奶牛吃什么，跟全球變暖能有什么關(guān)系呢？你別說，還真有，今天咱們就來了解一下。

溫室氣體，和牛有什么關(guān)系？

我們知道，全球變暖的一個(gè)重要因素就是溫室氣體排放，像二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）和氧化亞氮（N?O），都能通過吸收和儲(chǔ)存熱量導(dǎo)致全球變暖。據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）數(shù)據(jù)顯示，自工業(yè)化以來，人類活動(dòng)已使全球溫度上升約 1.1°C，其中溫室氣體排放是主要驅(qū)動(dòng)因素。

根據(jù)國際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)，能源行業(yè)是最大的溫室氣體排放源，占全球排放量的 73.2%，其中電力和供熱部門占 42%。而農(nóng)業(yè)活動(dòng)，如畜牧業(yè)、稻田種植等，是甲烷和氧化亞氮的重要來源，占全球排放的 17%。水泥生產(chǎn)等工業(yè)過程和化學(xué)制造約占全球二氧化碳排放的 20%。此外，廢棄物處理和填埋場產(chǎn)生了約 3%的甲烷排放。這些排放源相互作用，共同推動(dòng)氣候變化。

上面提到農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的甲烷排放占 17%，其中畜牧業(yè)本身就貢獻(xiàn)了全球溫室氣體排放的 14.5%，其中的一大部分就來自牛放屁、打嗝排放出的甲烷。所以說，牛和溫室氣體排放還真脫不開關(guān)系。

為什么牛等反芻動(dòng)物在消化過程中會(huì)產(chǎn)生甲烷呢？這主要是因?yàn)槠湮覆?，特別是瘤胃內(nèi)的微生物在分解纖維素和其他碳水化合物時(shí)進(jìn)行厭氧發(fā)酵。這種生物化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物之一是甲烷，通過打嗝和放屁排放到大氣中。

甲烷的排放量因動(dòng)物種類、飼料種類和飼養(yǎng)方式而異。以奶牛為例，每頭奶牛每天可排放約 250-500 升甲烷，約占反芻動(dòng)物總甲烷排放的 20%。為了減少這種排放，科學(xué)家建議通過調(diào)整飼料組成以及改進(jìn)養(yǎng)殖方式來減緩甲烷的產(chǎn)生，從而降低畜牧業(yè)對(duì)氣候變暖的影響。

如何讓牛少打嗝放屁？

考慮到人對(duì)牛肉和牛奶的需求，靠不養(yǎng)牛來減少排放并不現(xiàn)實(shí)，但人們?nèi)匀豢梢韵氲絼e的辦法。

2021 年，根據(jù)加州大學(xué)戴維斯分校的一項(xiàng)研究表示，科學(xué)家在 5 個(gè)月的時(shí)間內(nèi)給 21 頭牛的飲食中添加了一種紅藻（Asparagopsis taxiformis），僅占總飼料量的 0.2%，結(jié)果顯示甲烷排放量減少了高達(dá) 82%。而 2024 年 12 月，加州大學(xué)戴維斯分校的科學(xué)家又在《美國國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表了新的研究成果。

研究在美國蒙大拿州的半干旱牧場進(jìn)行，探索添加含紅藻的顆粒補(bǔ)充劑對(duì)肉牛甲烷排放的影響。24 頭牛隨機(jī)分為對(duì)照組和處理組，處理組飼料中添加 20%的海藻補(bǔ)充劑，該補(bǔ)充劑含有抑制甲烷生成的溴仿。通過排放監(jiān)測系統(tǒng)測量牛的甲烷、二氧化碳和氫氣排放，并記錄體重和飼料攝入量。結(jié)果顯示，處理組甲烷排放量減少 37.7%，從 182 克/天降至 138 克/天。

發(fā)表在《美國國家科學(xué)學(xué)院院刊》的研究（來源：文獻(xiàn) 1）

目前來看，只要溴仿用量被嚴(yán)格控制，并對(duì)其代謝與殘留進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，其作為飼料添加劑是安全的，但需要更多研究來支持這些結(jié)論，特別是在長期效應(yīng)和加工副產(chǎn)物方面。

研究還發(fā)現(xiàn)，處理組的氫氣排放量顯著增加，而二氧化碳排放量略有下降。這表明甲烷生成路徑的抑制改變了瘤胃內(nèi)的代謝過程?？傮w而言，該研究驗(yàn)證了含溴仿的海藻補(bǔ)充劑在實(shí)際牧場條件下減排甲烷的有效性，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)畜牧業(yè)提供了切實(shí)可行的解決方案。

這種方法不會(huì)對(duì)牛的健康、體重增長或乳產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響，同時(shí)飼養(yǎng)成本的增加也在可接受范圍內(nèi)，具有很強(qiáng)的可操作性?？茖W(xué)家認(rèn)為，如果將這種技術(shù)推廣至全球范圍的畜牧業(yè)，不僅能夠大幅減少甲烷排放，還能在滿足全球?qū)εＤ毯团Ｈ庑枨蟮耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)更加可持續(xù)的畜牧業(yè)生產(chǎn)。此外，與傳統(tǒng)的減排措施相比，海藻補(bǔ)充劑的生產(chǎn)與應(yīng)用具有較低的技術(shù)門檻，利于推廣到低收入地區(qū)。

當(dāng)然，要給?！皽p排”，海藻并不是唯一的選擇。比如從反芻動(dòng)物甲烷產(chǎn)生方式出發(fā)通過調(diào)整飼糧結(jié)構(gòu)、優(yōu)化飼養(yǎng)管理、優(yōu)選適宜品種和生理狀態(tài)動(dòng)物以及利用植物次級(jí)代謝產(chǎn)物(如單寧、皂苷和精油等)、微生態(tài)制劑(如酵母菌、乳酸菌和枯草芽孢桿菌等微生物)、有機(jī)酸(如蘋果酸、延胡索酸和單寧酸等)、無機(jī)化合物(3-NOP)以及藻類(海藻和微藻)等多種減排措施，降低甲烷排放。

研究發(fā)現(xiàn)植物次生代謝產(chǎn)物具有甲烷減排作用，如單寧、皂苷、類黃酮和精油等。單寧可以結(jié)合瘤胃中微生物外膜上的多糖、蛋白質(zhì)成分，從而降低瘤胃微生物的活性,使甲烷氣體的產(chǎn)生量降低。還有試驗(yàn)表明，在山羊中使用濃縮單寧可以減少 50%的甲烷。在體外批量培養(yǎng)中，隨著皂素劑量的增加，甲烷排放減少 29%，原生動(dòng)物數(shù)量減少 50%。

牛屁竟然能廢物利用？

除了通過添加海藻改變飼料成分來減少牛的甲烷排放外，直接收集牛排放的甲烷并加以利用同樣是一種有趣且具有潛力的解決方案。阿根廷國家農(nóng)業(yè)技術(shù)研究所（INTA）早在 2014 年就提出了一項(xiàng)創(chuàng)新性研究，為牛佩戴塑料背包并通過管子連接其最大的消化器官——瘤胃，從中提取甲烷。

據(jù)研究數(shù)據(jù)，每頭牛每天可以收集約 300 升甲烷，這些氣體經(jīng)過處理后可以作為一種清潔能源使用?？赡苣銜?huì)問，區(qū)區(qū) 300 升甲烷夠干什么呢？讓我們來簡單算一算。

300 升的甲烷是什么概念呢？大家都知道我們家中天然氣的主要成分就是甲烷，以甲烷用作燒水為例，我們來做個(gè)計(jì)算，已知條件如下：

甲烷體積：300 升 = 0.3 立方米。

甲烷的密度：0.656 kg/m3。

甲烷的燃燒熱：55.5 MJ/kg。

水的比熱容：4.186 kJ/(kg·℃)。

加熱效率：假設(shè)為 60%。

水的初始溫度：20℃。

水的沸點(diǎn)：100℃。

通過以下的步驟我們可以算出，如果一頭牛一天放 300 升的屁，這么多甲烷，可以燒開近 20 升的水！

300 升甲烷可以燒開近 20 升的水（來源：作者計(jì)算）

盡管這一技術(shù)仍處于概念驗(yàn)證階段，但它的應(yīng)用前景尤其在偏遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)場中顯得極具吸引力。阿根廷作為全球重要的牛肉生產(chǎn)國，擁有超過5000萬頭牛，如果這一技術(shù)能夠推廣到規(guī)?；瘧?yīng)用，將大幅減少牧業(yè)甲烷排放對(duì)環(huán)境的影響。

總結(jié)

奶牛放屁和打嗝所排放的甲烷，看似是日常畜牧業(yè)的無害現(xiàn)象，但實(shí)際上對(duì)氣候變化的影響不容忽視?？茖W(xué)家們通過創(chuàng)新的技術(shù)手段，如改進(jìn)飼料組成、添加海藻補(bǔ)充劑以及開發(fā)甲烷收集設(shè)備，為減少溫室氣體排放提供了有效解決方案。這些研究不僅在理論層面驗(yàn)證了甲烷減排的可行性，更為實(shí)際應(yīng)用提供了寶貴的參考。

或許未來隨著這些技術(shù)的成熟與推廣，我們有望在不犧牲畜牧業(yè)生產(chǎn)效率的情況下，顯著減少溫室氣體排放。

參考文獻(xiàn)

[1]Meo-Filho, Paulo, John F. Ramirez-Agudelo, and Ermias Kebreab. "Mitigating methane emissions in grazing beef cattle with a seaweed-based feed additive: Implications for climate-smart agriculture." Proceedings of the National Academy of Sciences 121.50 (2024): e2410863121.

[2]Roque, Breanna M., et al. "Red seaweed (Asparagopsis taxiformis) supplementation reduces enteric methane by over 80 percent in beef steers." Plos one 16.3 (2021): e0247820.

[3]李高龍,吳兆海,趙連生,等.反芻動(dòng)物甲烷減排研究進(jìn)展[J].中國畜牧獸醫(yī),2024,51(11):4812-4823.DOI:10.16431/j.cnki.1671-7236.2024.11.016.

[4]Qiu, Jian-qiang, et al. "Research progress in regulation of tannins on intestinal microbiota of animals." (2023): 772-781.

[5]Waghorn, Garry C., and Warren C. McNabb. "Consequences of plant phenolic compounds for productivity and health of ruminants." Proceedings of the Nutrition Society 62.2 (2003): 383-392.

[6]Animut, G., et al. "Methane emission by goats consuming diets with different levels of condensed tannins from lespedeza." Animal Feed Science and Technology 144.3-4 (2008): 212-227.

[7]https://science.nasa.gov/climate-change/causes/

[8]https://www.fao.org/

[9]https://openknowledge.fao.org/handle/20.500.14283/cc9029en

策劃制作

作者丨Denovo團(tuán)隊(duì)

審核丨史文清 北京市畜牧總站 正高級(jí)畜牧師

策劃丨丁崝

責(zé)編丨丁崝

審校丨徐來、林林

點(diǎn)擊查看 中國科普資源名錄 資源展示

點(diǎn)擊查看 中國科普資源名錄 資源需求

歡迎掃碼關(guān)注深i科普！

我們將定期推出

公益、免費(fèi)、優(yōu)惠的科普活動(dòng)和科普好物！