非蛋白氮在反刍家畜饲料豆粕减量替代中的潜力

申军士， 郑文金， 毛胜勇， 瞿明仁， 卜登攀

（1.南京农业大学动物科技学院，江苏南京 210095；
2.江西农业大学动物科学技术学院，江西南昌 330045；
3.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京 100193）

随着我国畜牧业的快速发展，优质饲料资源长期短缺，特别是蛋白质饲料资源紧缺成为制约我国畜牧业发展的瓶颈。根据国家统计局数据，近十年我国大豆进口依存度持续高于80%以上，2020年进口量更是首次突破1亿t（图1）。近年来，由于全球疫情持续蔓延、国际贸易摩擦、俄乌军事冲突等原因导致豆粕价格持续上涨，对畜禽养殖者的生产运营和成本控制造成较大冲击。2022年春节后，豆粕价格一路攀升，至2月底豆粕价格高达4900元/t，相比春节前价格涨幅30%以上，虽然4月份豆粕价格开始回落，但仍维持在4000元/t以上的高位（中国饲料信息网）。在高价蛋白质饲料的市场背景下，如何缓解饲料成本压力，成为养殖者普遍关注的问题。

图1 我国每年大豆国产量、进口量及进口依存度情况（1995—2021）

2021年3月，农业农村部制定了《饲料中玉米豆粕减量替代工作方案》。2021年11月份，经济日报发表的《推进饲料粮减量替代》一文中指出，发展优质饲草产业特别是优质高产苜蓿可以减少牛羊豆粕使用量（谯仕彦，2021）。除了发展优质高产苜蓿，对于反刍家畜来说，由于其独特的瘤胃功能，可以给其饲喂部分非蛋白氮（NPN）以达到降低生产成本、减少对蛋白质饲料原料依赖的目的，但目前使用中仍存在一些问题，致使NPN在我国反刍家畜饲料豆粕减量替代中的潜力尚未充分发挥。本文对NPN在反刍家畜生产中的应用潜力及使用过程中的注意事项进行了分析，并提出了NPN安全高效利用的相关建议，以期为NPN成为反刍家畜豆粕减量替代方案提供理论和技术支撑。

欧美等国家早已将NPN规模化应用于反刍家畜生产中，早在20世纪70年代美国饲用尿素的年使用量已达30万t（Helmer和Bartley，1971）。NPN在美国反刍家畜牧场中应用非常广泛。Chase（2019）对53个高产奶牛群日粮配方的调研数据表明，含尿素日粮配方数占比总调研配方数的比例为54.7%，仅次于蛋白质饲料原料中的豆粕 （浸提71.7%和压榨79.2%）和双低菜粕（67.9%）。我国在20世纪90年代曾大力开展尿素饲料缓释技术的研究和应用推广工作，并且取得显著成效。1999年，中国农业科学院研究团队因在“瘤胃微生物脲酶抑制剂的合成与应用”方面所作出突出贡献（王加启，1998），相关研究成果荣获国家科技进步二等奖。近年来，笔者通过牧场走访发现，NPN的实际应用量与潜在需求量仍然相差甚远，NPN产品如普通尿素、包被尿素或膨化尿素等在规模化奶牛养殖场有一定的应用，而在规模化的肉牛场和肉羊场以及散养户中应用较少，目前仍缺乏具体使用量数据。

1.1 反刍家畜对非蛋白氮（尿素）潜在需求量反刍动物可以利用NPN，这是行业共识，但我国对NPN潜在需求量是多少，可替代多少优质饲料蛋白还鲜见相关数据报道。根据2020年我国羊出栏量、牛出栏量、牛奶产量和奶牛单产（中国畜牧兽医年鉴，2021），以及农业农村部发布的2625号公告《饲料添加剂安全使用规范》中NPN在全混合日粮中的推荐添加量等数据推算，我国牛羊尿素年总需求量为126.58万t，其中肉羊23.96万t、肉牛87.49万t、奶牛15.13万t。

具体推算方法如下（以应用最为广泛的尿素为例）：

肉羊：2020年，我国羊出栏31941.3万只，按每只羊饲喂尿素日粮100 d（3月龄后开始饲喂尿素，6~7月龄出栏），每天饲喂7.5 g尿素[干物质采食量（DMI）按1 kg计算，尿素占全混合日粮比例为0.75%]，尿素年需求量为31941.3万只×100 d×7.5 g/d≈23.96万t（注：未考虑基础母羊对尿素需求量）。

肉牛：2020年，我国牛出栏4565.5万头，每头肉牛饲喂尿素日粮365 d（6月龄开始饲喂尿素，按18月龄出栏），每天饲喂52.5 g尿素（DMI按7 kg计算，尿素占全混合日粮比例为0.75%），尿素年需求量为4565.5万头×365 d×52.5 g/d≈87.49万t（注：未考虑基础母牛对尿素需求量）。

奶牛：2020年，我国牛奶产量3440.1万t，成母牛平均单产8300 kg，成母牛存栏约为414.50万头（3440.1万t÷8.3 t/头），每头奶牛每天饲喂100 g尿素（DMI按20 kg计算，尿素占全混合日粮比例为0.5%），尿素年需求量为414.50万头×365 d×100 g/d≈15.13万t（注：未考虑6月龄以上育成牛和青年牛对尿素需求量）。

根据以上推算结果可以看出，我国反刍家畜对饲用尿素的年需求量至少在120万t以上（未考虑部分反刍家畜需要量）。2020年我国尿素产量5623万t，农用氮肥是尿素下游需求量最大的领域，占比高达50%，复合肥需求占比25%，其他尿素主要用于工业制造领域（华经情报网）。120万t的饲用尿素相比我国尿素的总产量而言微乎其微，因此，没有必要担心饲用尿素产量受限问题。

1.2 反刍家畜非蛋白氮（尿素）替代豆粕潜力2021年，在我国配合饲料中，豆粕占比约为15.6%（谯仕彦，2021），而对于反刍家畜来说，因其可以充分的利用杂粕（如菜籽粕、棉籽粕、花生粕、玉米蛋白粉等）作为蛋白源，豆粕在反刍家畜日粮中的占比较低，如果豆粕在肉羊、肉牛和奶牛全混合日粮（DM基础）中的占比分别按7.5%、7.5%和10%计算，根据上述肉羊、肉牛和奶牛的推算方法可计算出反刍家畜豆粕年总需求量为1417.01万t，其中肉羊239.56万t、肉牛874.86万t、奶牛302.59万t（注：未考虑部分反刍家畜对豆粕需求量）。传统尿素替代豆粕只是简单的以氮含量进行折算，考虑到豆粕氨基酸组成方面的优势，笔者根据奶牛饲养标准（2004）中的相关参数统一将尿素和豆粕折算成反刍家畜小肠可消化粗蛋白质进行比较（相关参数：饲料瘤胃可消化粗蛋白质转化为微生物蛋白的效率为0.90，饲料瘤胃非降解蛋白小肠消化率为0.65，瘤胃微生物粗蛋白质小肠消化率为0.70，常规尿素氮被瘤胃微生物利用的平均效率为0.65）。假定豆粕粗蛋白质含量为0.46，瘤胃降解粗蛋白质占比为0.60（不同加工方式豆粕存在差异）；
尿素等价蛋白设为2.875，在瘤胃完全降解。

小肠可消化粗蛋白质计算公式：饲料瘤胃非降解粗蛋白质×0.65+瘤胃微生物粗蛋白质×0.70；

100 g豆粕可产生小肠可消化粗蛋白质：100×0.46×（1~0.60）×0.65+100×0.46×0.60×0.90×0.70=29.348 g；

100 g常规尿素可产生小肠可消化粗蛋白质：100×2.875×0.65×0.70=130.8125 g；

根据以上结果可以看出，在日粮能量适宜的情况下，相同重量的豆粕和尿素换算成可产生的小肠可消化粗蛋白质量，尿素是豆粕的4.46倍（130.8125÷29.348），即生产中使用1 t尿素可节约4.46 t豆粕。如果将120万t尿素全部应用到反刍家畜生产中可替代豆粕120×4.457≈535万t，每吨大豆可产豆粕约780 kg，相当于节约535/0.78=685.90万t大豆，按每亩大豆产量125 kg算，相当于685.90/0.125=5487.20万亩耕地的大豆产出。

2.1 非蛋白氮使用与氨中毒 养殖者担心NPN使用产生氨中毒应该是限制NPN在反刍家畜生产中使用的最主要原因之一。不同的NPN具有不同的化学特性，比如尿素分解释放的游离NH3为碱性，添加尿素可使瘤胃pH升高，而氯化铵为弱酸性，添加后可使瘤胃pH降低（Patra，2015；
Kertz等，1983）。关于不同NPN的使用安全性，前人研究发现，将10 g尿素（约占日粮DM的1%）直接灌注至绵羊瘤胃后，瘤胃pH快速升高导致急性氨中毒的发生（Clark等，1951）；
而Kertz等（1983）将178 g氯化铵（与占日粮DM 2%的尿素等氮当量）直接给奶牛瘤胃灌注后瘤胃氨浓度显著升高（平均154.9 mg/dL），但pH降低（平均5.71），并未引起氨中毒。Bartley等（1976）通过大规模奶牛瘤胃尿素灌注试验证明，氨中毒的发生与瘤胃pH和血氨浓度呈显著正相关，而与瘤胃氨浓度无相关性，如果日粮易于发酵且瘤胃pH低于7.4，高瘤胃氨浓度（>80 mg/dL）并未引起氨中毒。在育肥湖羊上的研究发现，在低蛋白高精料日粮基础上补充3% DM的尿素，瘤胃氨浓度显著升高，但瘤胃pH仅为5.67（Li等，2020），也并未出现氨中毒现 象（Xu等，2019）。由上述分析可知，只有高氨和高pH同时存在情况下才容易引起氨中毒。当前我国规模化牧场育肥肉牛、肉羊和泌乳奶牛的饲养模式基本都以高精料为主，瘤胃pH处于较低水平，甚至部分动物长期处于亚急性瘤胃酸中毒状态。因此，对于反刍家畜养殖者来说，只要保证所推荐添加剂量的尿素等NPN均匀混合到日粮中饲喂就不会发生氨中毒的风险。

2.2 非蛋白氮使用与动物生产、繁殖性能及畜产品品质 养殖者对于NPN使用的另一个担心就是日粮添加NPN影响动物生产性能（肉牛肉羊生长、奶牛泌乳等）、繁殖性能（受胎率、产犊间隔等）和畜产品品质（肉品质、奶品质）。目前，在所有可添加使用的NPN当中，尿素性价比最高，应用也最为广泛。一百多年来，国内外已在尿素及其缓释产品对反刍家畜生产、繁殖性能及畜产品品质的影响方面进行了大量研究，众多学者也对这些研究 进 行 了 相 关 综 述（Patra，2015；
Kertz，2010；
Helmer和Bartley，1971；
Reid，1953）。众多综述结果表明，日粮中的NPN添加量只有超过一定范围才会对动物生产、繁殖性能及畜产品品质等产生不利影响，如引起DMI、生长和泌乳性能、繁殖性能下降等。2018年，我国农业农村部发布的2625号公告《饲料添加剂安全使用规范》中对尿素等NPN在配合饲料或全混合日粮中的推荐添加量和最高限量进行了规定（表1），按照这些推荐剂量进行添加，通过合理的日粮配制可以做到既降低生产成本，又不会对动物生产、繁殖性能及畜产品品质产生负面影响。此外，2008年非法添加物三聚氰胺对畜产品品质所产生的负面影响也让养殖者对NPN使用的安全性有所担心。三聚氰胺事件发生后，我国制定了饲料原料和饲料产品（2.5 mg/kg）（中华人民共和国农业部公告第1218号）、乳及乳制品中三聚氰胺限量值（婴幼儿配方奶粉1 mg/kg，其他乳及乳制品2.5 mg/kg）（中华人民共和国卫生部公告2008年第25号），有效确保了饲料及畜产品品质的安全性。

2.3 基础日粮粗蛋白质水平与非蛋白氮添加效果 在反刍家畜饲养实践中，对尿素的使用量已积累了不少经验，如以干物质计，反刍家畜日粮尿素添加量不大于1%，以精饲料计在2%~3%，以替代日粮含氮量计不超过1/3，以体重计喂量在每100 kg活重20~30 g，日粮蛋白质含量超过13%时不加尿素等。随着对反刍家畜营养研究的不断深入，对尿素用量的确定要求更精确、更有效（刘荣昌等，2001）。但是，动物不同种类或品种、不同生长阶段以及所处的不同环境等因素均会影响动物对养分需求量。对于反刍家畜来说，不同种类和生长阶段、不同生长或生产性能动物对蛋白质的需求量相差较大。比如，泌乳荷斯坦奶牛日粮粗蛋白质水平在15%~18%（奶牛饲养标准，2004）；
育肥绵羊日粮粗蛋白质水平在15%~20%（肉羊饲养标准，2004）；
而对于育肥山羊和肉牛来说，日粮粗蛋白质水平比较低，10%~12%粗蛋白质水平即可满足蛋白需求（肉羊饲养标准，2004；
肉牛饲养标准，2004）。在育肥湖羊上的研究发现，在基础日粮粗蛋白质水平11.6%的基础上添加1%（CP=14.49%）、2%（CP=17.29%）和3%（CP=20.06%）的尿素，湖羊生长性能（DMI和ADG）呈二次曲线变化，1%尿素添加量组湖羊生长性能最优（Xu等，2019）。因此，在基础日粮粗蛋白质水平基础上再添加NPN是否具有效果主要取决于不同反刍家畜对粗蛋白质的需求量，如果基础日粮粗蛋白质水平不能满足动物需求，在此基础上添加适合剂量的NPN可能会产生正效果。当然，在配制反刍家畜日粮时还要考虑日粮其他因素如RDP与RUP比例、能氮释放同步性、NDF和物理有效NDF（peNDF）含量及其他矿物质和维生素之间的平衡等。

2.4 等氮当量条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铵具有不同的化学特性，尿素分解产氨为碱性，氯化铵为酸性。与此类似，其他不同NPN化学特性也有所不同，如硫酸铵和磷酸二氢铵为酸性，磷酸氢二铵为碱性（表1）。不同NPN化学特性的不同致使其用途和功效有所不同。近期，通过研究高精料日粮条件下添加1% DM尿素与等氮含量的氯化铵对育肥湖羊干物质采食量（DMI）和生长性能的影响发现与饲喂尿素组相比，氯化铵处理组湖羊DMI和生长性能显著降低（阿不都沙拉木，2022）。表1中所列NPN除了可为反刍家畜提供氮源用于合成微生物蛋白外，在生产中还有其他用途。如氯化铵为酸性，在反刍家畜特别是肉羊养殖中氯化铵常被添加到日粮中用于预防尿结石（王坤等，2016）；
对于围产前期奶牛来说，氯化铵是一种有效的阴离子盐，日粮中添加可有效预防奶牛产后低血钙等代谢病的发生（王坤等，2016）。此外，有些NPN除了可补充氮之外还可同时补充其他元素，如硫酸铵可补充硫元素，磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和磷酸脲可补充磷元素。如果仅从补充氮元素来考虑，尿素含氮量和性价比最高，也是目前市场上应用最为广泛的NPN饲料添加剂。市场上与尿素相关产品主要有普通尿素、包被尿素和膨化尿素（或称为糊化尿素）等，这些不同加工处理尿素进入瘤胃后氨释放速率存在差异，可通过改变微生物蛋白的合成效率进而影响动物生长或生产性能（田锦绣等，2021）。由以上分析可知，不同NPN因化学特性、元素含量和加工处理方式等不同，即使等氮当量添加，饲喂效果可能也会有所不同。

表1 不同非蛋白氮饲料添加剂特性及安全使用规范

3.1 加强非蛋白氮基础和应用技术研究 普通尿素被动物摄入后在瘤胃微生物脲酶的作用下会迅速分解产生氨，由于氨的产生速率远远超过瘤胃微生物利用氨的速率，造成过量的氨被瘤胃上皮吸收入血进入肝脏，在肝脏中转化为尿素并大部分随尿液排出体外，氮素的流失不但浪费资源而且污染环境（Patra，2015）。针对此问题，建议从以下三个主要方向开展基础和应用技术研究：一是尿素分解产氨的机理及其缓释技术；
二是瘤胃微生物利用氨合成微生物蛋白的影响因素及提高合成效率的营养调控技术；
三是瘤胃上皮氨吸收的影响因素及其调控技术。简言之，就是从瘤胃氨的生成、利用和吸收三方面入手，开展相关基础和应用技术研究，进而为反刍家畜NPN的安全、高效利用提供理论和技术支撑。

3.2 制定非蛋白氮应用替代技术方案及质量评价标准 有关NPN产品的标准，我国相继发布了饲料级磷酸脲农业行业标准（NY/T 917~2004）、反刍动物非蛋白氮复合补充料加工技术规范地方标准（DB 14/T 1339-2017），以及饲料添加剂尿素的国家标准（GB 7300.601-2020）等。在NPN的安全使用方面，农业农村部发布的第2625号公告《饲料添加剂安全使用规范》对NPN在配合饲料或全混合日粮中的最高限量进行了规定，饲料企业和养殖者使用NPN产品时应严格遵守规定，不得超量使用。然而，在生产实践中，NPN的相关产品如包被尿素、缓释尿素等质量受包被材料、配方组成、加工工艺等因素影响差异很大，造成产品质量参差不齐，缺少部分NPN产品的生产标准和评价标准，使得一些NPN产品在反刍家畜上的饲喂仍然缺乏质量安全保障。在当前高蛋白质饲料行情下，为落实农业农村部“提效减量，开源替代”的部署，深入实施豆粕减量替代行动，充分挖掘蛋白质资源，减少对大豆依赖程度，中国饲料工业协会正在征集并起草相关团体标准。在反刍家畜方面，全国动物营养指导委员会肉牛营养分会联合全国优势单位正在制定“肉牛多元化饲草日粮生产技术规范”，内容涉及NPN利用。鉴于NPN在反刍家畜生产中的应用潜力，建议国家制定并发布更多NPN相关产品的生产标准、评价标准及应用技术方案，切实发挥技术和标准在行业发展中的引领作用。

3.3 大规模饲料和养殖企业在非蛋白氮应用方面发挥示范引领作用 根据饲料和养殖企业的规模和人才技术储备情况，因地制宜、循序渐进的开展推广应用工作。大规模饲料和养殖企业具有专门的技术人才，并且集约化、机械化和自动化水平比较高，便于推广应用，在NPN应用方面可发挥示范引领作用。反刍动物饲料生产企业可先行示范应用，2021年我国反刍动物饲料产量1480.3万t（2021年全国饲料工业发展概况），如果尿素添加量按反刍动物饲料1%计算（精料补充料和浓缩料添加比例可以更高），工业化反刍饲料就可直接应用14.8万t尿素，相当于节约66.0万t豆粕（14.8×4.46）。对于大规模奶牛、肉牛和肉羊养殖企业而言，精料多以自配料为主，在当今饲料资源特别是蛋白质饲料资源匮乏、饲料成本居高不下的情况下，牧场配方师可适当调整日粮配方以充分发挥NPN在节本增效中的作用。

3.4 开展非蛋白氮应用技术培训和推广服务 近年来，我国牛羊生产规模化比重不断提高，生产水平逐步提升。2020年，我国奶牛规模化养殖比例为67.2%，但肉牛、肉羊规模化比例偏低，仅为29.6%和43.1%（“十四五”全国饲草产业发展规划）。规模化牧场具有一定的人才和技术储备，便于NPN的推广和应用。但对于大多牛羊散养户来说，他们缺乏专业知识，饲养管理技术落后，再加上我国社会化服务体系还不够健全和完善，很多地方的牛羊养殖户很难得到NPN应用方面的技术培训和指导。因此，充分利用科研教学单位、全国动物营养指导委员会、产业技术体系和行业协会等专家资源，深入养殖场（户），开展NPN应用的技术培训和推广服务，对于推进豆粕减量替代，促进农户增收，促进畜牧业可持续发展具有十分重要的意义。

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