随着规模化、标准化养殖的快速发展，畜禽产生的废弃物对环境的影响越来越大，其中以氮、磷排放所造成的污染尤为突出，研究表明畜禽排泄物中60%的磷来源于反刍动物^{[ 1 ]}。近年来我国奶牛养殖业蓬勃发展，2012年奶牛存栏1 450万头。以1头奶牛年均排泄20.1 t粪便^{[ 2 ]}，粪中总磷含量0.51%~0.90%[饲粮磷含量0.31%~0.49%，干物质(DM)基础]^{[ 3 ]}计算得出的磷排放量相当可观。而粪中水溶性磷含量和粪总磷含量高度相关^{[ 4 ]}，其占总磷比例为57.9%~78.9%^{[ 5 ]}，且因其更易溶于水，所以对水体环境的直接影响更大。基于以上，在不影响后备奶牛生产性能的前提下，从营养学角度探讨磷减排具有重要的现实意义。

磷是动物生长发育的必需元素，是动物所需营养中的常量元素之一。机体中的磷元素参与构成细胞膜，有机物合成、分解代谢，能量代谢，遗传信息的传递及机体缓冲作用^{[ 6 ]}等重要的生理功能。已有研究证实磷摄入量影响后备奶牛的骨骼生长以及繁殖性能^{[ 7,8,9,10 ]}。当磷摄入量低于需要量时，机体会动员骨磷以维持稳定的血磷浓度；且影响后备奶牛的干物质采食量及骨骼生长，严重时甚至会出现佝偻病等钙磷缺乏症^{[ 7,8 ]}，并导致奶牛的繁殖性能下降，出现发情周期改变，卵泡直径变小等现象^{[ 9,10 ]}，但也有观点认为磷缺乏所导致的繁殖性能降低是由于体重过低引起的^{[ 11 ]}。

目前，有关后备奶牛饲粮磷需要量的数据有限。我国现行标准(NY/T 34—2004)^{[ 12 ]}显示后备奶牛的钙磷需要量如下：维持量为每100 kg体重供给6 g钙和4.5 g磷，每千克增重供给20 g钙和13 g磷，但该标准中没有磷消化率和可利用率的数据。普遍的观点认为我国奶牛饲养标准中磷推荐值过高^{[ 13 ]}。NRC(2001)^{[ 14 ]}提出，奶牛饲粮的磷含量为0.30%~0.34%(DM基础)时，即可满足生长犊牛正常的血磷浓度、最大平均日增重和骨骼强度。NRC(2001)和NY/T 34—2004对8~10月龄荷斯坦奶牛(体重250~350 kg)饲粮钙磷的推荐值见表1。由此可以看出，在相同体重和平均日增重的情况下，我国饲养标准对磷的推荐值明显高于NRC(2001)。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 NY/T 34—2004和NRC(2001)对荷斯坦后备奶牛饲粮钙磷含量的推荐值 Table 1 Recommendations of dietary phosphorus and calcium contents for Holstein heifer in NY/T 34—2004 and NRC(2001) g/d 体重 BW/kg 平均日增重 ADG/(g/d) 钙 Ca 磷 P NY/T 34—2004 NRC(2001) NY/T 34—2004 NRC(2001) 250 800 31 34 19 16 1 000 35 40 21 18 300 800 34 35 20 17 1 000 38 41 23 19 350 800 37 37 24 18 1 000 41 42 26 20

表1 NY/T 34—2004和NRC(2001)对荷斯坦后备奶牛饲粮钙磷含量的推荐值 Table 1 Recommendations of dietary phosphorus and calcium contents for Holstein heifer in NY/T 34—2004 and NRC(2001) g/d

随着我国奶牛养殖业集约化、规模化的快速发展，奶牛存栏量不断增加，导致以粪尿为主的污染物排放也急剧增加，并造成了严重的环境污染。

粪、尿是规模化奶牛场产生废弃物的主要构成部分。根据科学预测，2020年畜禽粪便总量将达28.11亿t，其中牛粪所占比例为49.87%^{[ 15 ]}。以我国华东地区为例，育成牛(12~18月龄，平均体重404 kg)日平均排泄粪便13.58 kg、尿7.60 kg，其中粪中磷含量为1.11 g/kg，尿中磷含量为0.38 g/kg^{[ 16 ]}。以育成牛占牛群总数29%^{[ 17 ]}计算，1个千头规模的奶牛场，育成牛磷排放量将近1.9 t/年。同时，我国奶牛养殖业中磷的利用率(10%~22%)较低，远低于美国、澳大利亚和新西兰等国的平均水平(19%~35%)^{[ 18 ]}。这不仅对环境造成严重污染，也是对资源的一种浪费。

奶牛养殖时，磷排放对环境的污染主要有土壤污染和水体污染。过量的磷，进入土壤后会转化成磷酸盐并使土壤硬化。富磷土壤经雨水冲刷后，溶解磷进入水体，导致浮游植物和水生植物激增，大量消耗水中溶解氧，致使水生生物缺氧死亡^{[ 19 ]}。另据文献报道，全国奶牛场每年产生养殖废水2.34×10⁸~2.60×10⁸ t^{[ 20 ]}。这些废水中含有大量磷，污染负荷大。Forbes等^{[ 21 ]}认为，一个140头规模奶牛场，3年内排放的污水中总磷含量变化范围为1.0~246.5 mg/L，平均值为(45.92±4.96) mg/L。这些废水若不经处理而直接排放，将会对区域水体环境造成巨大污染。

降低后备奶牛磷排放对环境的污染要坚持“截源开流”原则，即减少含磷废弃物的排放，同时提高对牛场废弃物中磷的处理和利用。

规模化奶牛场的粪污在经过干湿分离后，污水经处理后排放或作为灌溉用水，粪便堆肥后回田，利用土地消化磷，或者用粪便来发酵产沼气。Jin等^{[ 22 ]}报道发酵产生的沼渣中总磷含量12.5~415.1 mg/L，可溶性磷含量10.4~149.8 mg/L。目前，国内外主要是采用自然、生物和物理化学的方法处理废液中的磷元素。研究者使用人工湿地系统处理废水，总磷去除率在42%以上^{[ 23,24 ]}。Urbinati等^{[ 25 ]}用好氧-厌氧方法处理牧场废水，得出总磷去除率在60%左右。而鸟粪石结晶法属于物理化学沉淀法的一种，它可使废水中磷的去除率达90%~94%^{[ 26 ]}，且其沉淀可作为肥料回田，具有良好的前景。

Kebreab等^{[ 27 ]}以牧草青贮饲粮为基础，研究不同碳水化合物、蛋白质水平的精料对饲粮总磷利用率的影响,发现使用缓慢降解淀粉的饲粮，粪磷排放比高降解淀粉饲粮减少15%，并认为是能量的缓慢释放使瘤胃微生物对磷利用率提高。Hill^{[ 28 ]}关于泌乳奶牛磷消化及代谢的研究中也得出了类似的结论。

目前，在饲粮中添加植酸酶的试验多集中于泌乳奶牛。Knowlton等^{[ 29 ]}用低磷(0.32%,DM基础)加酶(植酸酶和纤维素酶)饲粮和低磷不加酶饲粮饲喂泌乳早期的奶牛，发现添加酶制剂的饲粮并不影响磷摄入及乳磷、粪磷和尿磷排出，但加酶组磷的表观消化率明显提高。另外，也有报道认为在饲粮中添加外源性植酸酶，不影响总磷的摄入及其流入十二指肠和回肠，但使植酸磷摄入减少、无机磷摄入增加，同时提高瘤胃和消化道中植酸磷降解率及血液中无机磷的浓度^{[ 30,31,32 ]}。也有观点认为植酸酶的活性并不影响总磷的排放，但它会影响机体内磷的平衡^{[ 28 ]}。

由于我国磷源饲料价格不高，且在饲粮成本中比重不大^{[ 12 ]}，导致饲粮磷过度饲喂，超出奶牛营养需要。Kebreab等^{[ 33 ]}认为，磷的过度饲喂是奶牛养殖造成的环境污染中磷的主要来源。因此，降低饲粮磷含量将是后备牛磷减排的一项有力措施。Bjelland等^{[ 34 ]}认为饲粮精料中的基础磷含量(0.20%~0.35%,DM基础)可充分满足后备奶牛的营养需要，并不需要额外添加磷，持续饲喂荷斯坦-娟姗杂交后备奶牛低磷饲粮(0.30%,DM基础)和高磷饲粮(0.40%,DM基础)18个月(4~22月龄)，发现两者之间在生长、繁殖力以及泌乳方面均无明显差异。对于低磷饲粮是否影响后备牛骨骼生长，进而影响日后产奶量的问题，Esser等^{[ 35 ]}专门从骨生长和骨代谢2个方面开展研究，结果表明，饲粮中额外添加磷不会对奶牛骨架、骨密度以及骨代谢指标产生影响。而对于低磷饲粮对繁殖力的影响，Tallam等^{[ 10 ]}发现饲喂低磷饲粮(0.35%,DM基础)和高磷饲粮(0.47%,DM基础)，在泌乳第2周时，2组间小卵泡(直径3~5 mm)和大卵泡(直径大于9 mm)数量相似，而中等卵泡(直径6~9 mm)数量高磷组比低磷组多，但这并不影响奶牛在主动等待期黄体的生成以及血液中孕酮的浓度。

磷在奶牛的生产过程中起着重要作用，但在实际生产中饲粮磷含量往往过高，超出了奶牛的营养需要，从而加重了磷的排放，进而造成了严重的环境污染。后备牛在奶牛群中所占比例较高，粪污排泄量大，但因其产生效益的周期较长，所以关注度低，以至于后备牛磷需要量的相关研究较少，因此，从动物营养学角度出发开展后备奶牛磷减排研究，具有重要意义。