牛羊吃海藻 甲烷排放少?
 
来源:环境与生活        发稿时间:2019-05-10 17:07:00        发稿编辑:影子

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的报告曾指出,非二氧化碳温室气体尤其是甲烷的深度减排,将是全球升温控制在1.5摄氏度以下的必要条件。说起甲烷排放,很多人可能会先想到油气行业,其实牲畜消化过程中形成的甲烷也是应对气候变化的重大挑战。近年来,有一种名为“紫杉状海门冬”的海藻震惊了畜牧业。各大媒体报道称,研究人员发现在饲料中添加少量的这种海藻,就能使牛排放的甲烷减少99%。它真有如此神奇的作用吗?

动物科学家埃尔米亚斯·克布雷阿卜,是美国加州大学戴维斯分校奶牛甲烷减排研究项目的牵头人。

消化效率低致甲烷排放量高

甲烷是一种强力温室气体,对大气的增温效应远高于二氧化碳。美国《麻省理工科技评论》杂志称,全球牲畜每年排放的温室气体中,有40%来自消化过程中产生的甲烷,这些甲烷95%从牲畜口鼻排出,剩下的以屁的形式排出。

牛和其它反刍动物通过肠道发酵的过程,在胃部细菌的帮助下消化富含纤维素的食物,这正是它们能吃草为生的原因所在。消化反刍过程中,瘤胃里的细菌通常会调动酶,而这些酶会产生甲烷,这么一来动物在产生甲烷废气时就浪费了食物2%~15%的能量。甲烷的产生代表消化效率不佳。

牛羊吃海藻  甲烷排放少?

美国“绿色牧场”项目在越南设立实验室,雇员黄氏庆(音译)正在培植海藻。

为了减少这部分甲烷,全球研究机构多年来从饲料研发、繁殖特定品种的低甲烷排放牲畜、寻找疫苗等方向进行突破。实践中,人们虽然发现在饲料中添加油料或油料种子可以助消化、减少甲烷排放,但从草料改为基于粮食和油料的饲料往往意味着从牧场放养到集中饲养的转变。全球环境独立研究机构“世界观察研究所”研究员劳拉·雷诺兹认为:“除了减少牲畜的总体数量,没有其他明确的途径可以让牲畜生产‘气候友好型肉类’。”

“紫杉状海门冬”带来新机遇

把紫杉状海门冬作为牲畜饲料添加剂的尝试,给牲畜饲养行业的甲烷减排带来了机遇。

《南海常见大型海藻图鉴》介绍,紫杉状海门冬这种海藻生于低潮线下的礁石或珊瑚上,在我国广东、海南、福建和台湾沿海均有分布。从外形上看,它没有什么特殊之处:圆柱形藻体暗红褐色或紫红色,株高6到12厘米;藻体直立丛生,下部分枝很少,上部短枝上生有细密小枝,雌雄异体。若非当下严峻的甲烷减排形势,这种海藻恐怕不会引起多少人的兴趣。

2016年1月,澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的罗伯特·金利及该国詹姆斯库克大学的3位学者在《动物生产科学》期刊上,发表了题为《紫杉状海门冬与瘤胃液在体外发酵过程中可有效抑制甲烷生成》的论文。瘤胃是反刍动物的第一胃,是迄今已知的降解纤维物质能力最强的天然发酵罐。

该论文的结论是:“紫杉状海门冬添加剂量为1%时,可显著减少甲烷生成;添加剂量大于等于2%时,可基本消除甲烷生成,同时对草料的发酵效率影响最小”。然而世界各大媒体报道该研究时强调了“99%的甲烷削减能力”,其实原论文并未提及99%数据,许是各大媒体基于原论文“基本消除”字样而推出的数据。相关报道还忽略了,这项研究成果是基于体外模拟装置发酵实验观测得出的,该成果投入实用后的成效还有待观察。

加国农民海藻养牛启发科学家

要说这项研究的起源,还得从加拿大一位牧民说起。加拿大爱德华王子岛的牧民乔·多尔甘数年前就发现,海边牧场的奶牛受孕更容易,产奶量也比内陆牧场的奶牛多。2011年,多尔甘创立了“北大西洋有机产品”公司,专门在牧草缺乏季节为内陆牧场的牲畜提供海藻。如此一来给牛喂海藻的做法逐渐在一些产奶区流行开来。

牛羊吃海藻  甲烷排放少?

加拿大牧民乔·多尔甘(左)在海滩上收集海藻,他用海藻喂养牲畜的做法激发了研究人员的灵感。

出于拓展业务的需要,多尔甘找到了澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的罗伯特·金利来为自己的业务收集数据。金利和同事阿兰·弗雷丁收集了多种海藻,把它们和牛的瘤胃液成分混合后,观察其确切的营养价值。出于环境学家的职业好奇心,金利还想了解牛饲料对肠道甲烷的影响,在实验室做体外模拟装置发酵实验后,他发现收集来的海藻能减少16%的甲烷生成。

作为农牧业大国,澳大利亚牛羊排放的甲烷约占该国温室气体总量的1/10。在联邦科学与工业研究组织(CSIRO)工作期间,金利和詹姆斯库克大学及畜牧业协会合作,筛选了多种海藻,测试它们对反刍动物甲烷排放的影响,对比之后发现“紫杉状海门冬”是上佳之选。

随后,金利在羊身上做实验,发现添加1%的海藻就能使羊的甲烷排放削减60%,添加3%的海藻,甲烷减排效果达到80%。这个实验结果令人备受鼓舞,接下来他们的实验主场开始向美国加利福尼亚州转移。

既减排甲烷又节省土地

仅在美国加州,就有180万头奶牛和少量肉牛,它们每年排放的温室气体高达1150万吨的二氧化碳当量(度量温室效应的基本单位,1吨甲烷的二氧化碳当量是25吨),相当于250万辆汽车的二氧化碳排放量。从全美来看,牲畜排放的甲烷量占该国甲烷排放总量的36%。

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美国加州180万头奶牛和少量肉牛每年排放的温室气体,相当于250万辆汽车的二氧化碳排放量。

这些数字促使加州立法者2016年通过法律,要求到2030年,将加州的甲烷和其他短期污染物的排放量降低40%(以2013年为基准)。巨大的减排压力使当地有关部门对澳大利亚的研究成果很感兴趣,加州大学戴维斯分校承担了相关项目的实验工作。

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美国加州大学戴维斯分校的荷斯坦奶牛实验场,奶牛耳朵上可见编号。

加州大学戴维斯分校动物科学家埃尔米亚斯·克布雷阿卜,是研究项目的牵头人。他专注牲畜甲烷减排项目研究已经十多年。在加州北部实验场里,克布雷阿卜和助手把12头荷斯坦奶牛(身上分布着黑白斑状花纹)分成3组:4头吃牧草和较多量的海藻,4头吃牧草和较少量的海藻,剩下的4头只吃牧草。吃饱后的奶牛被引入观测室,里面有测量甲烷量的传感器,测量结果被传到数据库和智能手机上。

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加州戴维斯大学将紫杉状海门冬研磨后掺了糖浆,添加到牛饲料里。

研究团队还在海藻中掺了糖浆,让饲料更对奶牛的胃口。这个做法显然吸取了英国之前在一项实验中的教训:体外模拟实验显示咖喱也是不错的甲烷减排添加剂,但用活牛做实验,牛对咖喱毫无食欲。

2018年春天,克布雷阿卜的团队在奶牛实验中发现,多种海藻的甲烷减排效果达到了30%,紫杉状海门冬的减排效果更为突出,达到了58%。同年9月,克布雷阿卜表示,他的团队计划从2018年10月开始对肉牛饲料添加海藻进行为期6个月的研究。

4月3日,克布雷阿卜在接受《环境与生活》杂志记者的邮件采访时透露,对肉牛的实验仍在继续,主要内容为“测试饲料摄入、排放、体重增长及其他指标,以便更好地了解海藻对牲畜产量、甲烷排放、动物福利和肉品口味的影响”。

虽然克布雷阿卜的研究结果不如澳大利亚的体外实验那么突出,但也足以吸引加州地区的许多奶农了。毕竟甲烷生成被视为牲畜消化效率低下的表现,减少甲烷的生成也就意味着更高效的消化,牲畜食用海藻后能提高产肉和产奶量的秘密就在于此。

牛羊吃海藻  甲烷排放少?

科学家正研究海藻对牲畜产量、甲烷排放和肉品口味的影响。

除了加州当地严苛的甲烷减排政策对奶农形成的现实压力,“有机谷”组织(由加州1500多名奶农自发成立)项目经理乔纳森·雷恩博德还揭示了海藻饲料吸引奶农的经济因素:“如果奶牛消化效率能提升5%,就可能减少5%的养牛用地,这部分节省下来的土地就可以休耕或种植其他作物。”

按照这个逻辑放眼全球,海藻饲料的前景似乎风光无限,但事实上该领域存在的困难和争议比我们想象的要复杂得多。

海藻量产不足是短板

目前全球藻类年产量(湿重)2500万吨,很多人对让牲畜吃上紫杉状海门冬充满期待。可是,澳大利亚当初用来做实验的紫杉状海门冬是潜水员费尽力气从昆士兰中部大凯珀尔岛水下打捞上来的。加州大学戴维斯分校在做实验时为找到200公斤的这种海藻也伤透了脑筋,说到底这些麻烦都来自一个问题:紫杉状海门冬尚未实现商业化种植,所以供应严重不足。

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紫杉状海门冬尚未实现商业化种植,供应严重不足。

紫杉状海门冬目前仍无成熟的人工种植技术,但有的公司已经开始着手在这个产业链上搞研发了。美国马萨诸塞州格林菲尔德的一家生产商就在越南启动了称之为“绿色牧场”的项目,公司创始人乔西·戈德曼想在越南的海岸实现紫杉状海门冬的成规模培植,目前尚未取得技术突破。

不过,即便这方面的技术瓶颈被打破,还存在一个障碍:全球的牲畜太多了,需要种植海藻的水域面积不可小觑。美国《国家地理》杂志载文称,仅仅满足澳大利亚2900万头牛1/10的饲料添加需求,就需要6000公顷的水域来种植海藻,美国9200万头牛需要的海藻种植面积则是澳大利亚的3倍多。

添加海藻 牛肉残留致癌物?

抛开上述的技术瓶颈,饲料添加海藻的推广还面临着一些安全性质疑。新西兰畜牧业温室气体研究联合会(PGGRC)和昆士兰詹姆斯库克大学的科学家研究了5年后,发现一个严重的环境隐忧:和其他海藻一样,紫杉状海门冬会产生一种叫“三溴甲烷”的物质,可能会破坏大气中的臭氧层。新西兰农业温室气体研究中心副主任安迪·雷辛格认为,三溴甲烷泄露到大气的风险很高,藻类种植场不可能完全控制好。

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紫杉状海门冬是红藻的一种,从温带到热带海域都有分布。

雷辛格称,牲畜食用海藻后甲烷削减效果明显,实际上是海藻产生的三溴甲烷的功劳。三溴甲烷会与维生素B合力阻断甲烷的产生。三溴甲烷是一种在实验室里很容易加工生产出来的化学物质,雷辛格认为,与其费尽心思种海藻,不如直接给牲畜投喂三溴甲烷药丸,既可以做到投送剂量精确,还可以避免大规模种植海藻引发的负面环境影响。

雷辛格更担心的是农牧产品中的三溴甲烷残留问题,他表示“无法想象新西兰会允许三溴甲烷出现在乳制品产业链里”。

罗伯特·金利倒不担心三溴甲烷的残留,毕竟这种物质的致癌性仍存在很大争议。他表示对“三溴甲烷破坏臭氧层”的说法尚不清楚。

多国角逐饲料添加剂研发

从饲料添加剂入手减少甲烷排放已然是各国的共识。研究人员做了各种尝试,在饲料中添加的东西除了咖喱,还有大蒜、牛至(一种有香味的药草)和肉桂等等,结果好坏参半。

拥有3亿头牛的印度,对海藻的研究进展表现出浓厚兴趣。从客观条件上看,印度的海岸线很长,技术成熟后当地人无需土地、肥料和淡水等资源即可开展海藻种植。

荷兰帝斯曼集团(DSM,专注于生命科学和性能材料的跨国公司)研究人员研发了名为“3NOP”的添加剂,在为期12周的荷斯坦奶牛实验中实测,可减少30%的甲烷排放量,奶牛产奶量未见减少,奶牛的体重还有所增长。克布雷阿卜认为这种产品的推广潜力不小,因为帝斯曼集团旗下有生产企业而且掌控销售渠道,能够更快地提高产量和压低成本。

牛羊吃海藻  甲烷排放少?

在海滩上放牛的做法古已有之,减排甲烷的奥妙却是最近几年才被发现的。

我国目前在牲畜减排方面的研究和实践成果,主要集中在“牲畜粪肥处理技术”方面。从中国农业科学院饲料研究所可以了解到,我国在“养殖模式下反刍动物温室气体排放规律”方面的研究取得了较好进展。2018年8月该饲料所与美国宾夕法尼亚大学举行了“反刍动物及其幼畜营养代谢中美联合研究中心”揭牌仪式,双方将在反刍家畜生产系统温室气体排放和减排技术等方面开展国际合作。我们期待,在不久的将来,我国也能在该领域取得令人瞩目的成绩。

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