今天小编分享的科学经验：如果把奶牛一天放的屁收集起来，竟然可以烧开 20 升的水？，欢迎阅读。
全球变暖加剧了冰川融化和海平面上升，自 2006 年至 2018 年期间每年上升 3.7 毫米，同时也导致更频繁和更强烈的极端天气事件，如飓风和热浪，对生态系统和人类生存环境构成严重威胁。但奶牛吃什么，跟全球变暖能有什么关系呢？你别说，还真有，今天咱们就来了解一下。
温室气体，和牛有什么关系？
我们知道，全球变暖的一个重要因素就是温室气体排放，像二氧化碳（CO ₂）、甲烷（CH ₄）和氧化亚氮（N ₂ O），都能通过吸收和储存热量导致全球变暖。据政府间气候变化专门委员会（IPCC）数据显示，自工业化以来，人类活动已使全球温度上升约 1.1 ° C，其中温室气体排放是主要驱动因素。
根据国际能源署（IEA）的数据，能源行业是最大的温室气体排放源，占全球排放量的 73.2%，其中电力和供热部门占 42%。而农业活动，如畜牧业、稻田种植等，是甲烷和氧化亚氮的重要来源，占全球排放的 17%。水泥生产等工业过程和化学制造约占全球二氧化碳排放的 20%。此外，废弃物处理和填埋场产生了约 3% 的甲烷排放。这些排放源相互作用，共同推动气候变化。
上面提到农业活动产生的甲烷排放占 17%，其中畜牧业本身就贡献了全球温室气体排放的 14.5%，其中的一大部分就来自牛放屁、打嗝排放出的甲烷。所以说，牛和温室气体排放还真脱不开关系。
为什么牛等反刍动物在消化过程中会产生甲烷呢？这主要是因为其胃部，特别是瘤胃内的微生物在分解纤维素和其他碳水化合物时进行厌氧发酵。这种生物化学反应的副产物之一是甲烷，通过打嗝和放屁排放到大气中。
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甲烷的排放量因动物种类、饲料种类和饲养方式而异。以奶牛为例，每头奶牛每天可排放约 250-500 升甲烷，约占反刍动物总甲烷排放的 20%。为了减少这种排放，科学家建议通过调整饲料组成以及改进养殖方式来减缓甲烷的产生，从而降低畜牧业对气候变暖的影响。
如何让牛少打嗝放屁？
考虑到人对牛肉和牛奶的需求，靠不养牛来减少排放并不现实，但人们仍然可以想到别的办法。
2021 年，根据加州大学戴维斯分校的一项研究表示，科学家在 5 个月的时间内给 21 头牛的饮食中添加了一种红藻（Asparagopsis taxiformis），仅占总饲料量的 0.2%，结果显示甲烷排放量减少了高达 82%。而 2024 年 12 月，加州大学戴维斯分校的科学家又在《美国国家科学院院刊》上发表了新的研究成果。
研究在美国蒙大拿州的半干旱牧场进行，探索添加含红藻的颗粒补充剂对肉牛甲烷排放的影响。24 头牛随机分为对照组和处理组，处理组饲料中添加 20% 的海藻补充剂，该补充剂含有抑制甲烷生成的溴仿。通过排放监测系统测量牛的甲烷、二氧化碳和氢气排放，并记录体重和饲料摄入量。结果显示，处理组甲烷排放量减少 37.7%，从 182 克 / 天降至 138 克 / 天。
发表在《美国国家科学学院院刊》的研究（来源：文献 1）
目前来看，只要溴仿用量被严格控制，并对其代谢与残留进行持续监测，其作为饲料添加剂是安全的，但需要更多研究来支持这些结论，特别是在长期效应和加工副产物方面。
在饲料中添加藻类可以使甲烷排放量下降（来源：作者拍摄）
研究还发现，处理组的氢气排放量显著增加，而二氧化碳排放量略有下降。这表明甲烷生成路径的抑制改变了瘤胃内的代谢过程。总体而言，该研究验证了含溴仿的海藻补充剂在实际牧场条件下减排甲烷的有效性，为实现可持续畜牧业提供了切实可行的解决方案。
这种方法不会对牛的健康、体重增长或乳产量产生显著影响，同时饲养成本的增加也在可接受范围内，具有很强的可操作性。科学家认为，如果将这种技术推广至全球范围的畜牧业，不仅能够大幅减少甲烷排放，还能在满足全球对牛奶和牛肉需求的同时实现更加可持续的畜牧业生产。此外，与传统的减排措施相比，海藻补充剂的生产与应用具有较低的技术门槛，利于推广到低收入地区。
当然，要给牛 " 减排 "，海藻并不是唯一的选择。比如从反刍动物甲烷产生方式出发通过调整饲粮结构、优化饲养管理、优选适宜品种和生理状态动物以及利用植物次级代谢产物 ( 如单宁、皂苷和精油等 ) 、微生态制剂 ( 如酵母菌、乳酸菌和枯草芽孢杆菌等微生物 ) 、有机酸 ( 如苹果酸、延胡索酸和单宁酸等 ) 、无机化合物 ( 3-NOP ) 以及藻类 ( 海藻和微藻 ) 等多种减排措施，降低甲烷排放。
研究发现植物次生代谢产物具有甲烷减排作用，如单宁、皂苷、类黄酮和精油等。单宁可以结合瘤胃中微生物外膜上的多糖、蛋白质成分，从而降低瘤胃微生物的活性 , 使甲烷气体的产生量降低。还有试验表明，在山羊中使用浓缩单宁可以减少 50% 的甲烷。在体外批量培养中，随着皂素剂量的增加，甲烷排放减少 29%，原生动物数量减少 50%。
牛屁竟然能废物利用？
除了通过添加海藻改变饲料成分来减少牛的甲烷排放外，直接收集牛排放的甲烷并加以利用同样是一种有趣且具有潜力的解决方案。阿根廷国家农业技术研究所（INTA）早在 2014 年就提出了一项创新性研究，为牛佩戴塑料背包并通过管子连接其最大的消化器官——瘤胃，从中提取甲烷。
据研究数据，每头牛每天可以收集约 300 升甲烷，这些气体经过处理后可以作为一种清洁能源使用。可能你会问，区区 300 升甲烷够干什么呢？让我们来简单算一算。
300 升的甲烷是什么概念呢？大家都知道我们家中天然气的主要成分就是甲烷，以甲烷用作烧水为例，我们来做个计算，已知条件如下：
甲烷体积：300 升 = 0.3 立方米。
甲烷的密度：0.656 kg/m ³。
甲烷的燃烧热：55.5 MJ/kg。
水的比热容：4.186 kJ/ ( kg · ℃ ) 。
加热效率：假设为 60%。
水的初始温度：20 ℃。
水的沸点：100 ℃。
通过以下的步骤我们可以算出，如果一头牛一天放 300 升的屁，这么多甲烷，可以烧开近 20 升的水！
300 升甲烷可以烧开近 20 升的水（来源：作者计算）
尽管这一技术仍处于概念验证阶段，但它的应用前景尤其在偏远地区的农场中显得极具吸引力。阿根廷作为全球重要的牛肉生产国，拥有超过 5000 万头牛，如果这一技术能够推广到规模化应用，将大幅减少牧业甲烷排放对环境的影响。
总结
奶牛放屁和打嗝所排放的甲烷，看似是日常畜牧业的无害现象，但实际上对气候变化的影响不容忽视。科学家们通过创新的技术手段，如改进饲料组成、添加海藻补充剂以及开发甲烷收集设备，为减少温室气体排放提供了有效解决方案。这些研究不仅在理论层面验证了甲烷减排的可行性，更为实际应用提供了宝贵的参考。
或许未来随着这些技术的成熟与推广，我们有望在不牺牲畜牧业生产效率的情况下，显著减少温室气体排放。
参考文献
[ 1 ] Meo-Filho, Paulo, John F. Ramirez-Agudelo, and Ermias Kebreab. "Mitigating methane emissions in grazing beef cattle with a seaweed-based feed additive: Implications for climate-smart agriculture." Proceedings of the National Academy of Sciences 121.50 ( 2024 ) : e2410863121.
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[ 7 ] https://science.nasa.gov/climate-change/causes/
[ 8 ] https://www.fao.org/
[ 9 ] https://openknowledge.fao.org/handle/20.500.14283/cc9029en
策划制作
作者丨 Denovo 团队
审核丨史文清 北京市畜牧总站 正高级畜牧师
策划丨丁崝
责编丨丁崝
审校丨徐来、林林
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