编者按：
据报道，全球反刍动物每年产生的甲烷约达 8×10[7] 吨，占全球人类活动的甲烷排放量的 28%。而在反刍动物中，牛的甲烷排放量又占了大头。通常，一头奶牛每年的甲烷排放量可达 110.7 kg。在全世界范围内，每天都有十几亿头牛在排放温室气体，因此，其对全球变暖的影响可想而知。
牛产生甲烷的机制主要依赖于瘤胃中产甲烷微生物。那么我们是否可以通过改善饲料来降低牛的甲烷排放量呢？今天，我们共同关注可减少甲烷排放的饲料添加剂。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发。
① 全球变暖都怪牛？
要养活超过 70 亿人口，就不得不产生大量的碳足迹（Carbon Footprint）：农业耕作需要砍伐大面积的森林；不可持续的耕作方式（如单一栽培、农药滥用和土壤耕作）会导致大量温室气体的排放；食品运输和储存过程也会产生碳排放。然而，大家殊不知，最大的始作俑者却是那个看似无辜的因素——牛打嗝和放屁释放的甲烷。
甲烷是一种温室气体，其在大气中停留的时间比二氧化碳短得多，但却对全球变暖的影响更大。
牛每次打嗝或放屁都会排放出甲烷。它们的粪便会释放出甲烷以及二氧化碳和一氧化二氮等其他温室气体。一头牛每天产生多达 500 升的甲烷，而全世界有超过 10 亿头牛。
农业生产是甲烷排放的主要来源，而畜牧业产生的甲烷则占了农业甲烷排放量的大头。那么，我们要如何解决这个问题呢？为了寻找答案，我们将目光投向牛的肠道，甲烷就是通过肠道发酵产生的。
牛和山羊等反刍动物的胃与人类的胃存在明显的区别：牛和山羊等反刍动物的胃有四个不同的隔间。第一个腔室称为瘤胃，是大部分活动发生的地方，它的运作方式就像一个发酵罐，微生物在其中分解淀粉和纤维素等复杂的碳水化合物，并产生副产物甲烷。近年来，科学家们一直在研究如何控制这一过程，以减少甲烷的生产。
② 保守策略：植生素
植生素（Phytogenics）是一种来源于植物的化合物，能够促进农场动物的生长，并且不具有抗生素活性。这个词是由奥地利公司 Delacon 在 80 年代创造的。
这些化合物能够通过一种或多种机制来减少甲烷的产生：抑制产甲烷微生物的生长繁殖；抑制与产甲烷微生物协同生活的原生生物的生长繁殖；促进涉及利用氢的代谢途径以抑制甲烷的产生。
Delacon 公司的 Thierry Aubert 是反刍动物专家，他说：“我们公司的植物性饲料添加剂利用了这三大机制，它会影响发酵过程，刺激瘤胃中的淀粉降解，直接影响原生动物和产甲烷古菌，并通过硫酸盐还原剂利用一些植物提取物中的二氢。”
瑞士生物科技公司 Agolin 开发了一种混合精油，作为饲料添加剂用于减少甲烷排放量。Agolin 首席执行官 Kurt Schaller 表示：“当成年动物以每天1克的比率将该饲料添加剂添加到奶牛和肉牛饲料中时，研究证明，该精油能够影响瘤胃中甲烷的产生，进而减少甲烷向环境的释放量。”然而，目前还不清楚这种影响是由于它对牛肠道微生物的作用，还是由于发酵反应的改变。
不过，最近的一项分析表明，Agolin 公司的饲料添加剂很可能对肠道微生物和发酵过程均发挥作用。Schaller 补充说：“我们发现，在为期几周的适应期后，瘤胃微生物组发生了积极的变化，即饲喂 Agolin 饲料添加剂后，瘤胃细菌数量显著增加，而原生动物数量减少。”
另一家来自瑞士的生物科技公司 Mootral，则在其生产的饲料添加剂中添加了大蒜和柑橘类黄酮生物活性提取物。这种饲料添加剂能够直接作用于产生甲烷的古菌，使得许多产甲烷的菌株数量急剧下降，并且不会对发酵过程产生负面影响。目前，Mootral 公司的饲料添加剂正在等待批准以进行商业使用。
但是值得注意的是，对于这些植生素添加剂来说，实践操作过程中的甲烷减少量与实验室中所得到的数据存在巨大差距。虽然改善饲料添加剂的功效对于弥补这一差距至关重要，但我们仍然需要面对动物行为方面的挑战：牛是挑食的，如果饲料不符合它们的口味，它们就不会吃。此外，不同的喂养方式也会影响肠道微生物组的组成。
据 Mootral 公司动物健康科学经理 Ruchita Khurana 说：“瘤胃及其微生物组仍然是一个有待充分探究的领域。我们致力于在不同的农场、畜牧品种和饲喂方式条件下进行试验，以评估 Mootral 产品在不同农业实践中的影响。”
③ 一把双刃剑：海藻
数千年来，沿海地区的人们一直在使用海藻作为牲畜饲料。近年来，一些研究证明了这种做法在减少甲烷排放量上的可能性。其中一项研究表明，将紫杉状海门冬（一种红藻类物种）添加到动物饲料中，可减少高达 99%的甲烷排放量。这是因为海藻能够合成一种有效的甲基转移酶抑制剂——溴仿，而甲基转移酶是甲烷生产所必需的。
瑞典初创公司 Volta Greentech 利用紫杉状海门冬来为奶牛生产饲料。该公司采用陆基生产系统和垂直生物反应器来最大化这种海藻的生产。通过循环海水和利用附近工业的废热，该公司还降低了生产过程中的温室气体排放。
而爱尔兰初创公司 DúlaBio 则在饲料添加剂中加入了当地海藻的混合物。该公司通过促进再生海藻养殖和农村生物经济来进一步减少气体排放。
根据 Volta Greentech 和 DúlaBio 的报告，两家公司都能降低近 80%的农田甲烷排放量。虽然与之前研究结果显示的 99%减少率相差甚远，但这远远高于植生素研究报告的最大减少率 38%。然而，海藻面临的挑战在于其大规模种植对经济和环境的潜在影响。
首先，为达到解决牲畜甲烷排放的目的，海藻种植产量需要足够多，这意味着海藻生产系统需要扩大规模。
此外，以海藻为食的牛体内可能会积累高水平的碘，这对人类来说是一个安全隐患，因为高水平的碘会影响甲状腺健康。这可能会使一些生物技术公司对海藻添加剂的创新望而却步。
另外，海藻能积聚铅和汞等重金属，溴仿被列为可能的人类致癌物。Aubert 评论说：“虽然红海藻在减少甲烷排放方面有很好的潜力，但是，在欧洲，有规定限制了饮食中的碘、重金属和溴仿（减少甲烷的主要成分之一）的含量。”
此外，随着时间的推移，自然选择会降低甲烷减排的效率。正如人类病原体随着长期暴露在环境中而产生耐药性一样，反刍动物的微生物组可能会进化出防御策略，以对抗减少它们数量的饲料添加剂。如果这种情况发生，生物技术公司将需要确定新的靶标代谢机制以作为应对策略。
④ 为什么农民需要关心这些？
与其他人类活动不同，农业对环境的影响并不容易让人察觉。并且，许多农民并不信任主流媒体和环保组织的宣传。在发展中国家，大多数农民属于贫困人口，减少温室气体排放的重担本不应该落在他们身上。那么，用什么方式才能激励农民积极响应减少甲烷排放的号召呢？
首先，农民是受气候变化影响最大的群体。洪水、干旱和野火都会对他们的农场造成严重破坏。不过，想要广泛推广饲料添加剂等特殊解决方案，必须让农民获得更加显而易见的好处才行。
牛释放的甲烷量反映了能源的浪费。因此，能够减少甲烷排放量的饲料添加剂有助于提高饲料利用率。如果生物技术公司能够将这些对牛的生产和健康都有明显益处的饲料添加剂推向市场，那么这对于减少农业中甲烷排放量会有很大的帮助。例如，通过降低氨排放和氮损失，Delacon 公司饲料添加剂可实现奶牛每天的产奶量增加 1.7 升。
展望未来，这项技术的实施可能会受益于与农民互动的大型机构的碳计量解决方案。据 Mootral 公司业务发展总监 Eileen Rüter 介绍，该公司正在开发一种碳信用额模式，在降低生产成本的同时实现减排完全可追溯。
Eileen Rüter 说：“我们的第一个进入商业化阶段的商业模式依赖于加工公司、零售商或政府为支付产品成本而给予农民的激励。我们正积极与几家这样的公司和政府组织接触，希望可以把这些组织串联起来。”
原文链接：
https：//www.labiotech.eu/in-depth/feed-additives-cattle-methane-emissions/
作者｜Sachin Rawat
编译｜张砚宁
审校｜617
编辑｜晴晴大人
