非蛋白氮在反芻家畜飼料豆粕減量替代中的潛力

申軍士， 鄭文金， 毛勝勇， 瞿明仁， 卜登攀

（1.南京農業大學動物科技學院，江蘇南京 210095；2.江西農業大學動物科學技術學院，江西南昌 330045；3.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京 100193）

隨著我國畜牧業的快速發展，優質飼料資源長期短缺，特別是蛋白質飼料資源緊缺成為制約我國畜牧業發展的瓶頸。根據國家統計局數據，近十年我國大豆進口依存度持續高于80%以上，2020年進口量更是首次突破1億t（圖1）。近年來，由于全球疫情持續蔓延、國際貿易摩擦、俄烏軍事沖突等原因導致豆粕價格持續上漲，對畜禽養殖者的生產運營和成本控制造成較大沖擊。2022年春節后，豆粕價格一路攀升，至2月底豆粕價格高達4900元/t，相比春節前價格漲幅30%以上，雖然4月份豆粕價格開始回落，但仍維持在4000元/t以上的高位（中國飼料信息網）。在高價蛋白質飼料的市場背景下，如何緩解飼料成本壓力，成為養殖者普遍關注的問題。

圖1 我國每年大豆國產量、進口量及進口依存度情況（1995—2021）

2021年3月，農業農村部制定了《飼料中玉米豆粕減量替代工作方案》。2021年11月份，經濟日報發表的《推進飼料糧減量替代》一文中指出，發展優質飼草產業特別是優質高產苜蓿可以減少牛羊豆粕使用量（譙仕彥，2021）。除了發展優質高產苜蓿，對于反芻家畜來說，由于其獨特的瘤胃功能，可以給其飼喂部分非蛋白氮（NPN）以達到降低生產成本、減少對蛋白質飼料原料依賴的目的，但目前使用中仍存在一些問題，致使NPN在我國反芻家畜飼料豆粕減量替代中的潛力尚未充分發揮。本文對NPN在反芻家畜生產中的應用潛力及使用過程中的注意事項進行了分析，并提出了NPN安全高效利用的相關建議，以期為NPN成為反芻家畜豆粕減量替代方案提供理論和技術支撐。

1 我國反芻家畜非蛋白氮應用潛力

歐美等國家早已將NPN規模化應用于反芻家畜生產中，早在20世紀70年代美國飼用尿素的年使用量已達30萬t（Helmer和Bartley，1971）。NPN在美國反芻家畜牧場中應用非常廣泛。Chase（2019）對53個高產奶牛群日糧配方的調研數據表明，含尿素日糧配方數占比總調研配方數的比例為54.7%，僅次于蛋白質飼料原料中的豆粕 （浸提71.7%和壓榨79.2%）和雙低菜粕（67.9%）。我國在20世紀90年代曾大力開展尿素飼料緩釋技術的研究和應用推廣工作，并且取得顯著成效。1999年，中國農業科學院研究團隊因在“瘤胃微生物脲酶抑制劑的合成與應用”方面所作出突出貢獻（王加啟，1998），相關研究成果榮獲國家科技進步二等獎。近年來，筆者通過牧場走訪發現，NPN的實際應用量與潛在需求量仍然相差甚遠，NPN產品如普通尿素、包被尿素或膨化尿素等在規模化奶牛養殖場有一定的應用，而在規模化的肉牛場和肉羊場以及散養戶中應用較少，目前仍缺乏具體使用量數據。

1.1 反芻家畜對非蛋白氮（尿素）潛在需求量反芻動物可以利用NPN，這是行業共識，但我國對NPN潛在需求量是多少，可替代多少優質飼料蛋白還鮮見相關數據報道。根據2020年我國羊出欄量、牛出欄量、牛奶產量和奶牛單產（中國畜牧獸醫年鑒，2021），以及農業農村部發布的2625號公告《飼料添加劑安全使用規范》中NPN在全混合日糧中的推薦添加量等數據推算，我國牛羊尿素年總需求量為126.58萬t，其中肉羊23.96萬t、肉牛87.49萬t、奶牛15.13萬t。

具體推算方法如下（以應用最為廣泛的尿素為例）：

肉羊：2020年，我國羊出欄31941.3萬只，按每只羊飼喂尿素日糧100 d（3月齡后開始飼喂尿素，6~7月齡出欄），每天飼喂7.5 g尿素[干物質采食量（DMI）按1 kg計算，尿素占全混合日糧比例為0.75%]，尿素年需求量為31941.3萬只×100 d×7.5 g/d≈23.96萬t（注：未考慮基礎母羊對尿素需求量）。

肉牛：2020年，我國牛出欄4565.5萬頭，每頭肉牛飼喂尿素日糧365 d（6月齡開始飼喂尿素，按18月齡出欄），每天飼喂52.5 g尿素（DMI按7 kg計算，尿素占全混合日糧比例為0.75%），尿素年需求量為4565.5萬頭×365 d×52.5 g/d≈87.49萬t（注：未考慮基礎母牛對尿素需求量）。

奶牛：2020年，我國牛奶產量3440.1萬t，成母牛平均單產8300 kg，成母牛存欄約為414.50萬頭（3440.1萬t÷8.3 t/頭），每頭奶牛每天飼喂100 g尿素（DMI按20 kg計算，尿素占全混合日糧比例為0.5%），尿素年需求量為414.50萬頭×365 d×100 g/d≈15.13萬t（注：未考慮6月齡以上育成牛和青年牛對尿素需求量）。

根據以上推算結果可以看出，我國反芻家畜對飼用尿素的年需求量至少在120萬t以上（未考慮部分反芻家畜需要量）。2020年我國尿素產量5623萬t，農用氮肥是尿素下游需求量最大的領域，占比高達50%，復合肥需求占比25%，其他尿素主要用于工業制造領域（華經情報網）。120萬t的飼用尿素相比我國尿素的總產量而言微乎其微，因此，沒有必要擔心飼用尿素產量受限問題。

1.2 反芻家畜非蛋白氮（尿素）替代豆粕潛力2021年，在我國配合飼料中，豆粕占比約為15.6%（譙仕彥，2021），而對于反芻家畜來說，因其可以充分的利用雜粕（如菜籽粕、棉籽粕、花生粕、玉米蛋白粉等）作為蛋白源，豆粕在反芻家畜日糧中的占比較低，如果豆粕在肉羊、肉牛和奶牛全混合日糧（DM基礎）中的占比分別按7.5%、7.5%和10%計算，根據上述肉羊、肉牛和奶牛的推算方法可計算出反芻家畜豆粕年總需求量為1417.01萬t，其中肉羊239.56萬t、肉牛874.86萬t、奶牛302.59萬t（注：未考慮部分反芻家畜對豆粕需求量）。傳統尿素替代豆粕只是簡單的以氮含量進行折算，考慮到豆粕氨基酸組成方面的優勢，筆者根據奶牛飼養標準（2004）中的相關參數統一將尿素和豆粕折算成反芻家畜小腸可消化粗蛋白質進行比較（相關參數：飼料瘤胃可消化粗蛋白質轉化為微生物蛋白的效率為0.90，飼料瘤胃非降解蛋白小腸消化率為0.65，瘤胃微生物粗蛋白質小腸消化率為0.70，常規尿素氮被瘤胃微生物利用的平均效率為0.65）。假定豆粕粗蛋白質含量為0.46，瘤胃降解粗蛋白質占比為0.60（不同加工方式豆粕存在差異）；尿素等價蛋白設為2.875，在瘤胃完全降解。

小腸可消化粗蛋白質計算公式：飼料瘤胃非降解粗蛋白質×0.65+瘤胃微生物粗蛋白質×0.70；

100 g豆粕可產生小腸可消化粗蛋白質：100×0.46×（1~0.60）×0.65+100×0.46×0.60×0.90×0.70=29.348 g；

100 g常規尿素可產生小腸可消化粗蛋白質：100×2.875×0.65×0.70=130.8125 g；

根據以上結果可以看出，在日糧能量適宜的情況下，相同重量的豆粕和尿素換算成可產生的小腸可消化粗蛋白質量，尿素是豆粕的4.46倍（130.8125÷29.348），即生產中使用1 t尿素可節約4.46 t豆粕。如果將120萬t尿素全部應用到反芻家畜生產中可替代豆粕120×4.457≈535萬t，每噸大豆可產豆粕約780 kg，相當于節約535/0.78=685.90萬t大豆，按每畝大豆產量125 kg算，相當于685.90/0.125=5487.20萬畝耕地的大豆產出。

2 反芻家畜非蛋白氮使用存在問題

2.1 非蛋白氮使用與氨中毒 養殖者擔心NPN使用產生氨中毒應該是限制NPN在反芻家畜生產中使用的最主要原因之一。不同的NPN具有不同的化學特性，比如尿素分解釋放的游離NH3為堿性，添加尿素可使瘤胃pH升高，而氯化銨為弱酸性，添加后可使瘤胃pH降低（Patra，2015；Kertz等，1983）。關于不同NPN的使用安全性，前人研究發現，將10 g尿素（約占日糧DM的1%）直接灌注至綿羊瘤胃后，瘤胃pH快速升高導致急性氨中毒的發生（Clark等，1951）；而Kertz等（1983）將178 g氯化銨（與占日糧DM 2%的尿素等氮當量）直接給奶牛瘤胃灌注后瘤胃氨濃度顯著升高（平均154.9 mg/dL），但pH降低（平均5.71），并未引起氨中毒。Bartley等（1976）通過大規模奶牛瘤胃尿素灌注試驗證明，氨中毒的發生與瘤胃pH和血氨濃度呈顯著正相關，而與瘤胃氨濃度無相關性，如果日糧易于發酵且瘤胃pH低于7.4，高瘤胃氨濃度（>80 mg/dL）并未引起氨中毒。在育肥湖羊上的研究發現，在低蛋白高精料日糧基礎上補充3% DM的尿素，瘤胃氨濃度顯著升高，但瘤胃pH僅為5.67（Li等，2020），也并未出現氨中毒現 象（Xu等，2019）。由上述分析可知，只有高氨和高pH同時存在情況下才容易引起氨中毒。當前我國規模化牧場育肥肉牛、肉羊和泌乳奶牛的飼養模式基本都以高精料為主，瘤胃pH處于較低水平，甚至部分動物長期處于亞急性瘤胃酸中毒狀態。因此，對于反芻家畜養殖者來說，只要保證所推薦添加劑量的尿素等NPN均勻混合到日糧中飼喂就不會發生氨中毒的風險。

2.2 非蛋白氮使用與動物生產、繁殖性能及畜產品品質 養殖者對于NPN使用的另一個擔心就是日糧添加NPN影響動物生產性能（肉牛肉羊生長、奶牛泌乳等）、繁殖性能（受胎率、產犢間隔等）和畜產品品質（肉品質、奶品質）。目前，在所有可添加使用的NPN當中，尿素性價比最高，應用也最為廣泛。一百多年來，國內外已在尿素及其緩釋產品對反芻家畜生產、繁殖性能及畜產品品質的影響方面進行了大量研究，眾多學者也對這些研究 進 行 了 相 關 綜 述（Patra，2015；Kertz，2010；Helmer和Bartley，1971；Reid，1953）。眾多綜述結果表明，日糧中的NPN添加量只有超過一定范圍才會對動物生產、繁殖性能及畜產品品質等產生不利影響，如引起DMI、生長和泌乳性能、繁殖性能下降等。2018年，我國農業農村部發布的2625號公告《飼料添加劑安全使用規范》中對尿素等NPN在配合飼料或全混合日糧中的推薦添加量和最高限量進行了規定（表1），按照這些推薦劑量進行添加，通過合理的日糧配制可以做到既降低生產成本，又不會對動物生產、繁殖性能及畜產品品質產生負面影響。此外，2008年非法添加物三聚氰胺對畜產品品質所產生的負面影響也讓養殖者對NPN使用的安全性有所擔心。三聚氰胺事件發生后，我國制定了飼料原料和飼料產品（2.5 mg/kg）（中華人民共和國農業部公告第1218號）、乳及乳制品中三聚氰胺限量值（嬰幼兒配方奶粉1 mg/kg，其他乳及乳制品2.5 mg/kg）（中華人民共和國衛生部公告2008年第25號），有效確保了飼料及畜產品品質的安全性。

2.3 基礎日糧粗蛋白質水平與非蛋白氮添加效果 在反芻家畜飼養實踐中，對尿素的使用量已積累了不少經驗，如以干物質計，反芻家畜日糧尿素添加量不大于1%，以精飼料計在2%~3%，以替代日糧含氮量計不超過1/3，以體重計喂量在每100 kg活重20~30 g，日糧蛋白質含量超過13%時不加尿素等。隨著對反芻家畜營養研究的不斷深入，對尿素用量的確定要求更精確、更有效（劉榮昌等，2001）。但是，動物不同種類或品種、不同生長階段以及所處的不同環境等因素均會影響動物對養分需求量。對于反芻家畜來說，不同種類和生長階段、不同生長或生產性能動物對蛋白質的需求量相差較大。比如，泌乳荷斯坦奶牛日糧粗蛋白質水平在15%~18%（奶牛飼養標準，2004）；育肥綿羊日糧粗蛋白質水平在15%~20%（肉羊飼養標準，2004）；而對于育肥山羊和肉牛來說，日糧粗蛋白質水平比較低，10%~12%粗蛋白質水平即可滿足蛋白需求（肉羊飼養標準，2004；肉牛飼養標準，2004）。在育肥湖羊上的研究發現，在基礎日糧粗蛋白質水平11.6%的基礎上添加1%（CP=14.49%）、2%（CP=17.29%）和3%（CP=20.06%）的尿素，湖羊生長性能（DMI和ADG）呈二次曲線變化，1%尿素添加量組湖羊生長性能最優（Xu等，2019）。因此，在基礎日糧粗蛋白質水平基礎上再添加NPN是否具有效果主要取決于不同反芻家畜對粗蛋白質的需求量，如果基礎日糧粗蛋白質水平不能滿足動物需求，在此基礎上添加適合劑量的NPN可能會產生正效果。當然，在配制反芻家畜日糧時還要考慮日糧其他因素如RDP與RUP比例、能氮釋放同步性、NDF和物理有效NDF（peNDF）含量及其他礦物質和維生素之間的平衡等。

2.4 等氮當量條件下不同非蛋白氮添加效果在2.1的分析中已提到尿素和氯化銨具有不同的化學特性，尿素分解產氨為堿性，氯化銨為酸性。與此類似，其他不同NPN化學特性也有所不同，如硫酸銨和磷酸二氫銨為酸性，磷酸氫二銨為堿性（表1）。不同NPN化學特性的不同致使其用途和功效有所不同。近期，通過研究高精料日糧條件下添加1% DM尿素與等氮含量的氯化銨對育肥湖羊干物質采食量（DMI）和生長性能的影響發現與飼喂尿素組相比，氯化銨處理組湖羊DMI和生長性能顯著降低（阿不都沙拉木，2022）。表1中所列NPN除了可為反芻家畜提供氮源用于合成微生物蛋白外，在生產中還有其他用途。如氯化銨為酸性，在反芻家畜特別是肉羊養殖中氯化銨常被添加到日糧中用于預防尿結石（王坤等，2016）；對于圍產前期奶牛來說，氯化銨是一種有效的陰離子鹽，日糧中添加可有效預防奶牛產后低血鈣等代謝病的發生（王坤等，2016）。此外，有些NPN除了可補充氮之外還可同時補充其他元素，如硫酸銨可補充硫元素，磷酸二氫銨、磷酸氫二銨和磷酸脲可補充磷元素。如果僅從補充氮元素來考慮，尿素含氮量和性價比最高，也是目前市場上應用最為廣泛的NPN飼料添加劑。市場上與尿素相關產品主要有普通尿素、包被尿素和膨化尿素（或稱為糊化尿素）等，這些不同加工處理尿素進入瘤胃后氨釋放速率存在差異，可通過改變微生物蛋白的合成效率進而影響動物生長或生產性能（田錦繡等，2021）。由以上分析可知，不同NPN因化學特性、元素含量和加工處理方式等不同，即使等氮當量添加，飼喂效果可能也會有所不同。

表1 不同非蛋白氮飼料添加劑特性及安全使用規范

3 非蛋白氮安全高效利用研究及推廣相關建議

3.1 加強非蛋白氮基礎和應用技術研究 普通尿素被動物攝入后在瘤胃微生物脲酶的作用下會迅速分解產生氨，由于氨的產生速率遠遠超過瘤胃微生物利用氨的速率，造成過量的氨被瘤胃上皮吸收入血進入肝臟，在肝臟中轉化為尿素并大部分隨尿液排出體外，氮素的流失不但浪費資源而且污染環境（Patra，2015）。針對此問題，建議從以下三個主要方向開展基礎和應用技術研究：一是尿素分解產氨的機理及其緩釋技術；二是瘤胃微生物利用氨合成微生物蛋白的影響因素及提高合成效率的營養調控技術；三是瘤胃上皮氨吸收的影響因素及其調控技術。簡言之，就是從瘤胃氨的生成、利用和吸收三方面入手，開展相關基礎和應用技術研究，進而為反芻家畜NPN的安全、高效利用提供理論和技術支撐。

3.2 制定非蛋白氮應用替代技術方案及質量評價標準 有關NPN產品的標準，我國相繼發布了飼料級磷酸脲農業行業標準（NY/T 917~2004）、反芻動物非蛋白氮復合補充料加工技術規范地方標準（DB 14/T 1339-2017），以及飼料添加劑尿素的國家標準（GB 7300.601-2020）等。在NPN的安全使用方面，農業農村部發布的第2625號公告《飼料添加劑安全使用規范》對NPN在配合飼料或全混合日糧中的最高限量進行了規定，飼料企業和養殖者使用NPN產品時應嚴格遵守規定，不得超量使用。然而，在生產實踐中，NPN的相關產品如包被尿素、緩釋尿素等質量受包被材料、配方組成、加工工藝等因素影響差異很大，造成產品質量參差不齊，缺少部分NPN產品的生產標準和評價標準，使得一些NPN產品在反芻家畜上的飼喂仍然缺乏質量安全保障。在當前高蛋白質飼料行情下，為落實農業農村部“提效減量，開源替代”的部署，深入實施豆粕減量替代行動，充分挖掘蛋白質資源，減少對大豆依賴程度，中國飼料工業協會正在征集并起草相關團體標準。在反芻家畜方面，全國動物營養指導委員會肉牛營養分會聯合全國優勢單位正在制定“肉牛多元化飼草日糧生產技術規范”，內容涉及NPN利用。鑒于NPN在反芻家畜生產中的應用潛力，建議國家制定并發布更多NPN相關產品的生產標準、評價標準及應用技術方案，切實發揮技術和標準在行業發展中的引領作用。

3.3 大規模飼料和養殖企業在非蛋白氮應用方面發揮示范引領作用 根據飼料和養殖企業的規模和人才技術儲備情況，因地制宜、循序漸進的開展推廣應用工作。大規模飼料和養殖企業具有專門的技術人才，并且集約化、機械化和自動化水平比較高，便于推廣應用，在NPN應用方面可發揮示范引領作用。反芻動物飼料生產企業可先行示范應用，2021年我國反芻動物飼料產量1480.3萬t（2021年全國飼料工業發展概況），如果尿素添加量按反芻動物飼料1%計算（精料補充料和濃縮料添加比例可以更高），工業化反芻飼料就可直接應用14.8萬t尿素，相當于節約66.0萬t豆粕（14.8×4.46）。對于大規模奶牛、肉牛和肉羊養殖企業而言，精料多以自配料為主，在當今飼料資源特別是蛋白質飼料資源匱乏、飼料成本居高不下的情況下，牧場配方師可適當調整日糧配方以充分發揮NPN在節本增效中的作用。

3.4 開展非蛋白氮應用技術培訓和推廣服務 近年來，我國牛羊生產規模化比重不斷提高，生產水平逐步提升。2020年，我國奶牛規模化養殖比例為67.2%，但肉牛、肉羊規模化比例偏低，僅為29.6%和43.1%（“十四五”全國飼草產業發展規劃）。規模化牧場具有一定的人才和技術儲備，便于NPN的推廣和應用。但對于大多牛羊散養戶來說，他們缺乏專業知識，飼養管理技術落后，再加上我國社會化服務體系還不夠健全和完善，很多地方的牛羊養殖戶很難得到NPN應用方面的技術培訓和指導。因此，充分利用科研教學單位、全國動物營養指導委員會、產業技術體系和行業協會等專家資源，深入養殖場（戶），開展NPN應用的技術培訓和推廣服務，對于推進豆粕減量替代，促進農戶增收，促進畜牧業可持續發展具有十分重要的意義。