牛羊吃海藻甲烷排放少？

劉國偉

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的報告曾指出，非二氧化碳溫室氣體尤其是甲烷的深度減排，將是全球升溫控制在1.5攝氏度以下的必要條件。說起甲烷排放，很多人可能會先想到油氣行業(yè)，其實牲畜消化過程中形成的甲烷也是應對氣候變化的重大挑戰(zhàn)。近年來，有一種名為“紫杉狀海門冬”的海藻震驚了畜牧業(yè)。各大媒體報道稱，研究人員發(fā)現(xiàn)在飼料中添加少量的這種海藻，就能使牛排放的甲烷減少99%。它真有如此神奇的作用嗎？

消化效率低致甲烷排放量高

甲烷是一種強力溫室氣體，對大氣的增溫效應遠高于二氧化碳。美國《麻省理工科技評論》雜志稱，全球牲畜每年排放的溫室氣體中，有40%來自消化過程中產生的甲烷，這些甲烷95%從牲畜口鼻排出，剩下的以屁的形式排出。

牛和其它反芻動物通過腸道發(fā)酵的過程，在胃部細菌的幫助下消化富含纖維素的食物，這正是它們能吃草為生的原因所在。消化反芻過程中，瘤胃里的細菌通常會調動酶，而這些酶會產生甲烷，這么一來動物在產生甲烷廢氣時就浪費了食物2%～15%的能量。甲烷的產生代表消化效率不佳。

為了減少這部分甲烷，全球研究機構多年來從飼料研發(fā)、繁殖特定品種的低甲烷排放牲畜、尋找疫苗等方向進行突破。實踐中，人們雖然發(fā)現(xiàn)在飼料中添加油料或油料種子可以助消化、減少甲烷排放，但從草料改為基于糧食和油料的飼料往往意味著從牧場放養(yǎng)到集中飼養(yǎng)的轉變。全球環(huán)境獨立研究機構“世界觀察研究所”研究員勞拉·雷諾茲認為：“除了減少牲畜的總體數(shù)量，沒有其他明確的途徑可以讓牲畜生產‘氣候友好型肉類’。”

“紫杉狀海門冬”帶來新機遇

把紫杉狀海門冬作為牲畜飼料添加劑的嘗試，給牲畜飼養(yǎng)行業(yè)的甲烷減排帶來了機遇。

《南海常見大型海藻圖鑒》介紹，紫杉狀海門冬這種海藻生于低潮線下的礁石或珊瑚上，在我國廣東、海南、福建和臺灣沿海均有分布。從外形上看，它沒有什么特殊之處：圓柱形藻體暗紅褐色或紫紅色，株高6到12厘米;藻體直立叢生，下部分枝很少，上部短枝上生有細密小枝，雌雄異體。若非當下嚴峻的甲烷減排形勢，這種海藻恐怕不會引起多少人的興趣。

2016年1月，澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織（CSIRO）的羅伯特·金利及該國詹姆斯庫克大學的3位學者在《動物生產科學》期刊上，發(fā)表了題為《紫杉狀海門冬與瘤胃液在體外發(fā)酵過程中可有效抑制甲烷生成》的論文。瘤胃是反芻動物的第一胃，是迄今已知的降

解纖維物質能力最強的天然發(fā)酵罐。

該論文的結論是：“紫杉狀海門冬添加劑量為1%時，可顯著減少甲烷生成;添加劑量大于等于2%時，可基本消除甲烷生成，同時對草料的發(fā)酵效率影響最小”。然而世界各大媒體報道該研究時強調了“99%的甲烷削減能力”，其實原論文并未提及99%數(shù)據(jù)，許是各大媒體基于原論文“基本消除”字樣而推出的數(shù)據(jù)。相關報道還忽略了，這項研究成果是基于體外模擬裝置發(fā)酵實驗觀測得出的，該成果投入實用后的成效還有待觀察。

加國農民海藻養(yǎng)牛啟發(fā)科學家

要說這項研究的起源，還得從加拿大一位牧民說起。加拿大愛德華王子島的牧民喬·多爾甘數(shù)年前就發(fā)現(xiàn)，海邊牧場的奶牛受孕更容易，產奶量也比內陸牧場的奶牛多。2011年，多爾甘創(chuàng)立了“北大西洋有機產品”公司，專門在牧草缺乏季節(jié)為內陸牧場的牲畜提供海藻。如此一來給牛喂海藻的做法逐漸在一些產奶區(qū)流行開來。

出于拓展業(yè)務的需要，多爾甘找到了澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織（CSIRO）的羅伯特·金利來為自己的業(yè)務收集數(shù)據(jù)。金利和同事阿蘭·弗雷丁收集了多種海藻，把它們和牛的瘤胃液成分混合后，觀察其確切的營養(yǎng)價值。出于環(huán)境學家的職業(yè)好奇心，金利還想了解牛飼料對腸道甲烷的影響，在實驗室做體外模擬裝置發(fā)酵實驗后，他發(fā)現(xiàn)收集來的海藻能減少16%的甲烷生成。 作為農牧業(yè)大國，澳大利亞牛羊排放的甲烷約占該國溫室氣體總量的1/10。在聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織（CSIRO）工作期間，金利和詹姆斯庫克大學及畜牧業(yè)協(xié)會合作，篩選了多種海藻，測試它們對反芻動物甲烷排放的影響，對比之后發(fā)現(xiàn)“紫杉狀海門冬”是上佳之選。

隨后，金利在羊身上做實驗，發(fā)現(xiàn)添加1%的海藻就能使羊的甲烷排放削減60%，添加3%的海藻，甲烷減排效果達到80%。這個實驗結果令人備受鼓舞，接下來他們的實驗主場開始向美國加利福尼亞州轉移。

既減排甲烷又節(jié)省土地

僅在美國加州，就有180萬頭奶牛和少量肉牛，它們每年排放的溫室氣體高達1150萬噸的二氧化碳當量（度量溫室效應的基本單位，1噸甲烷的二氧化碳當量是25噸），相當于250萬輛汽車的二氧化碳排放量。從全美來看，牲畜排放的甲烷量占該國甲烷排放總量的36%。

這些數(shù)字促使加州立法者2016年通過法律，要求到2030年，將加州的甲烷和其他短期污染物的排放量降低40%（以2013年為基準）。巨大的減排壓力使當?shù)赜嘘P部門對澳大利亞的研究成果很感興趣，加州大學戴維斯分校承擔了相關項目的實驗工作。

加州大學戴維斯分校動物科學家埃爾米亞斯·克布雷阿卜，是研究項目的牽頭人。他專注牲畜甲烷減排項目研究已經(jīng)十多年。在加州北部實驗場里，克布雷阿卜和助手把12頭荷斯坦奶牛（身上分布著黑白斑狀花紋）分成3組：4頭吃牧草和較多量的海藻，4頭吃牧草和較少量的海藻，剩下的4頭只吃牧草。吃飽后的奶牛被引入觀測室，里面有測量甲烷量的傳感器，測量結果被傳到數(shù)據(jù)庫和智能手機上。

研究團隊還在海藻中摻了糖漿，讓飼料更對奶牛的胃口。這個做法顯然吸取了英國之前在一項實驗中的教訓：體外模擬實驗顯示咖喱也是不錯的甲烷減排添加劑，但用活牛做實驗，牛對咖喱毫無食欲。

2018年春天，克布雷阿卜的團隊在奶牛實驗中發(fā)現(xiàn)，多種海藻的甲烷減排效果達到了30%，紫杉狀海門冬的減排效果更為突出，達到了58%。同年9月，克布雷阿卜表示，他的團隊計劃從2018年10月開始對肉牛飼料添加海藻進行為期6個月的研究。

4月3日，克布雷阿卜在接受《環(huán)境與生活》雜志記者的郵件采訪時透露，對肉牛的實驗仍在繼續(xù)，主要內容為“測試飼料攝入、排放、體重增長及其他指標，以便更好地了解海藻對牲畜產量、甲烷排放、動物福利和肉品口味的影響”。

雖然克布雷阿卜的研究結果不如澳大利亞的體外實驗那么突出，但也足以吸引加州地區(qū)的許多奶農了。畢竟甲烷生成被視為牲畜消化效率低下的表現(xiàn)，減少甲烷的生成也就意味著更高效的消化，牲畜食用海藻后能提高產肉和產奶量的秘密就在于此。

除了加州當?shù)貒揽恋募淄闇p排政策對奶農形成的現(xiàn)實壓力，“有機谷”組織（由加州1500多名奶農自發(fā)成立）項目經(jīng)理喬納森·雷恩博德還揭示了海藻飼料吸引奶農的經(jīng)濟因素：“如果奶牛消化效率能提升5%，就可能減少5%的養(yǎng)牛用地，這部分節(jié)省下來的土地就可以休耕或種植其他作物。”

按照這個邏輯放眼全球，海藻飼料的前景似乎風光無限，但事實上該領域存在的困難和爭議比我們想象的要復雜得多。

海藻量產不足是短板

目前全球藻類年產量（濕重）2500萬噸，很多人對讓牲畜吃上紫杉狀海門冬充滿期待。可是，澳大利亞當初用來做實驗的紫杉狀海門冬是潛水員費盡力氣從昆士蘭中部大凱珀爾島水下打撈上來的。加州大學戴維斯分校在做實驗時為找到200公斤的這種海藻也傷透了腦筋，說到底這些麻煩都來白一個問題：紫杉狀海門冬尚未實現(xiàn)商業(yè)化種植，所以供應嚴重不足。

杉狀海門冬目前仍無成熟的人工種植技術，但有的公司已經(jīng)開始著手在這個產業(yè)鏈上搞研發(fā)了。美國馬薩諸塞州格林菲爾德的一家生產商就在越南啟動了稱之為“綠色牧場”的項目，公司創(chuàng)始人喬西·戈德曼想在越南的海岸實現(xiàn)紫杉狀海門冬的成規(guī)模培植，目前尚未取得技術突破。

不過，即便這方面的技術瓶頸被打破，還存在一個障礙：全球的牲畜太多了，需要種植海藻的水域面積不可小覷。美國《國家地理》雜志載文稱，僅僅滿足澳大利亞2900萬頭牛1/10的飼料添加需求，就需要6000公頃的水域來種植海藻，美國9200萬頭牛需要的海藻種植面積則是澳大利亞的3倍多。

添加海藻牛肉殘留致癌物？

拋開上述的技術瓶頸，飼料添加海藻的推廣還面臨著一些安全性質疑。新西蘭畜牧業(yè)溫室氣體研究聯(lián)合會（PGGRC）和昆士蘭詹姆斯庫克大學的科學家研究了5年后，發(fā)現(xiàn)一個嚴重的環(huán)境隱憂：和其他海藻一樣，紫杉狀海門冬會產生一種叫“三溴甲烷”的物質，可能會破壞大氣中的臭氧層。新西蘭農業(yè)溫室氣體研究中心副主任安迪·雷辛格認為，三溴甲烷泄露到大氣的風險很高，藻類種植場不可能完全控制好。

雷辛格稱，牲畜食用海藻后甲烷削減效果明顯，實際上是海藻產生的三溴甲烷的功勞。三溴甲烷會與維生素B合力阻斷甲烷的產生。三溴甲烷是一種在實驗室里很容易加工生產出來的化學物質，雷辛格認為，與其費盡心思種海藻，不如直接給牲畜投喂三溴甲烷藥丸，既可以做到投送劑量精確，還可以避免大規(guī)模種植海藻引發(fā)的負面環(huán)境影響。

雷辛格更擔心的是農牧產品中的三溴甲烷殘留問題，他表示“無法想象新西蘭會允許三溴甲烷出現(xiàn)在乳制品產業(yè)鏈里”。

羅伯特·金利倒不擔心三溴甲烷的殘留，畢竟這種物質的致癌性仍存在很大爭議。他表示對“三溴甲烷破壞臭氧層”的說法尚不清楚。

多國角逐飼料添加劑研發(fā)

從飼料添加劑入手減少甲烷排放已然是各國的共識。研究人員做了各種嘗試，在飼料中添加的東西除了咖喱，還有大蒜、牛至（一種有香味的藥草）和肉桂等等，結果好壞參半。

擁有3億頭牛的印度，對海藻的研究進展表現(xiàn)出濃厚興趣。從客觀條件上看，印度的海岸線很長，技術成熟后當?shù)厝藷o需土地、肥料和淡水等資源即可開展海藻種植。

荷蘭帝斯曼集團（DSM，專注于生命科學和性能材料的跨國公司）研究人員研發(fā)了名為“3NOP”的添加劑，在為期12周的荷斯坦奶牛實驗中實測，可減少30%的甲烷排放量，奶牛產奶量未見減少，奶牛的體重還有所增長。克布雷阿卜認為這種產品的推廣潛力不小，因為帝斯曼集團旗下有生產企業(yè)而且掌控銷售渠道，能夠更快地提高產量和壓低成本。

我國目前在牲畜減排方面的研究和實踐成果，主要集中在“牲畜糞肥處理技術”方面。從中國農業(yè)科學院飼料研究所可以了解到，我國在“養(yǎng)殖模式下反芻動物溫室氣體排放規(guī)律”方面的研究取得了較好進展。2018年8月該飼料所與美國賓夕法尼亞大學舉行了“反芻動物及其幼畜營養(yǎng)代謝中美聯(lián)合研究中心”揭牌儀式，雙方將在反芻家畜生產系統(tǒng)溫室氣體排放和減排技術等方面開展國際合作。我們期待，在不久的將來，我國也能在該領域取得令人矚目的成績。