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牛奶哪裡來?-《食品黑手黨》

商周出版_96
・2015/11/21 ・3558字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 590 ・九年級

「乳牛」並非生來就是專門產乳的,「乳牛」是人類發明的一種高科技動物名稱,這種動物終其一生都必須不斷泌乳。相較於一九六○年代,牛乳產能增加了將近兩倍,一頭牛每年平均可產八千三百公斤的牛乳,黑白斑的荷仕登乳牛(Holstein)可產九千公斤,有些牧群的產量甚至可達每年每頭一萬三千公斤。和其他家禽家畜一樣,牛隻的生物多樣性也面臨嚴重危機:二○一二年,德國四大乳牛種黑白斑和紅斑荷仕登乳牛、西門塔爾牛(Fleckvieh)和褐牛的牛乳產量占了總產量的九○%。年長的牛產量較豐,隨著泌乳次數頻繁,依品種而定,乳量從每天三十公斤增加到五十公斤。消費者在咖啡裡倒了一些牛奶或咬下乳酪麵包時,從不曾想過牛為什麼會產牛奶、牠們過著什麼樣的生活,或為什麼酪農數量越來越少,而養牛場規模越來越大。我們消費者希望以最低廉的價格買到更多樣選擇的牛奶,卻不曾意識我們低廉的大量消費是多大的犧牲換來的。

牛奶,PanSci
消費者希望以最低廉的價格買到更多樣選擇的牛奶,卻不曾意識低廉的大量消費是多大的犧牲換來的。Source: wiki/ Carsten Schertzer

乳牛和專門產蛋的蛋雞不一樣,並不是專門培育來長期產乳的。牠們和其他哺乳動物一樣,懷孕的時候,乳房才會開始形成乳汁。因此現代化養殖的乳牛一生就是永無止盡地人工授精、懷孕和泌乳的循環。雌性犢牛長到兩歲齡後,會用養殖種牛的精子進行人工授精。由於大多數酪農為牛隻進行人工授精時,會選擇高性能育種的種牛,因此牛隻種類的生物多樣化逐漸減少。每頭種牛每年達六萬次最高授精次數的情況不在少數,因此近親交配的風險增加,一旦超過某種程度,就可能出現性能和健康的傷害風險。而迄今的第二大問題是,自二○○八年以來,養殖乳牛的健康問題扮演越來越重要的角色,根據德國育牛業者工作團體(ADR)的報告,西門塔爾牛有這方面問題的比例占四三%,褐牛有四七%。

原則上,乳牛第一次生產的時間介於二十四至三十二月齡之間,從頭胎生產開始,乳牛會不間斷地產乳約三百天。普羅維牲畜協會曾將乳牛的性能比喻成夏威夷的鐵人三項競賽,在八個小時的比賽期間,運動員平常訓練有素的心臟打出約一萬五千公升的血液流經全身,是平常辦公室工作者的七倍。而乳牛的心臟循環性能幾乎是鐵人競賽參賽運動員的等級:要產出一公升的牛乳,乳牛的心臟必須打出五百公升的血液,讓血液流經乳房的腺體組織;每天產三十公升牛奶,就等於一萬五千公升的血液。但是鐵人三項競賽的參賽者是自願參加的,而乳牛之所以這麼做是因為人類的希望,而且牠們必須天天如此。

奶牛,PanSci
現代化養殖的乳牛一生就是永無止盡地人工授精、懷孕和泌乳的循環。Source: wiki/ Ellywa

然而高性能的產能有其代價,牛隻原本的壽命可達約二十年,但是乳牛在這麼密集的生產條件下,五年後就必須退役,被送上屠宰場的輸送帶,成了灌香腸的牛肉。過去這幾十年來,乳牛的使用年限逐年銳減,如果從生第一胎算起,約二歲半就要退役,其使用期限約只有二十六個月,德國育牛業者工作團體預估為三年。每個農場每年約屠宰超過三分之一的乳牛,因為即便施以抗生素治療,牛隻身體早已不堪負荷。現代化養殖的高性能乳牛常有生育問題以及病痛問題,都是因為乳房疾病、子宮發炎、蹄疾病和代謝性疾病所致。

乳牛生產後約六至八週,會再次進行授精:牠們的身體還在生產牛乳,卻必須同時懷孕,這造成乳牛身體的嚴重負擔。在三百天不間斷地泌乳後,酪農會停止擠乳,讓乳牛「乾涸」六至八週。根據酪農的說法,這段時間足以讓乳牛身體恢復,準備下一次的分娩。一分娩後,乳牛大量泌乳,量大到足以哺育四隻犢牛。由於大量泌乳,所以乳牛需要大量的營養,但是牠們卻無法透過飼料補足這些營養,因為產後的牠們大多沒有食慾,這樣的情形讓乳牛飼主大傷腦筋。如果無法在必要的營養需求和最低進食份量之間取得平衡,疾病便會出現,這台強力產乳機便會停機。

乳牛容易生病的原因在於身體的過度使用、養殖方式以及牛隻胃腸系統的特性。和所有反芻動物一樣,牛的胃是一種精密的多室系統,是由瘤胃、蜂巢胃、重瓣胃及皺胃所構成。由於有四道消化程序,因此牛能消化其他哺乳動物無法消化的植物和植物成分。但是對於含豐富碳水化合物的飼料,如穀物等,反而不適合反芻類動物的胃腸系統。而高性能乳牛是一種超級乳牛,經過了這幾十年,飼主將乳牛的基因結構調整到最大乳量產出的等級。

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乳牛在大量泌乳後需要大量的營養,但產後的牠們時常食慾不振,成了飼主最困擾的問題。Source: flickr/ Jennifer C.

只是高性能乳牛如果只啃食青草和麥桿,根本無法達到每天高達六十公斤的產乳目標,甚至連每日二十公斤的乳量都無法達成,因為牠們的消化系統只能消化有限的大量植物性食物。高性能乳牛很難進行飼料管理,泌乳期的營養太多或不足都會危及健康。特別是在分娩後,乳牛常有營養不足的情形,如果無法達到平衡,可能出現酮症(Ketosis):那是一種代謝產物「酮體」在血液內堆積,進而又更降低食慾。若罹患此症,乳牛會開始生病,不吃飼料,身體開始消瘦。如果再加上中央神經系統受損,牛隻便會出現精神渙散以及舔東西的現象,最後可能失明、流口水或有躁狂現象。

酮症並非養牛場裡唯一和餵食及畜養方式相關的疾病,乳房發炎和生育問題也是飼主頭痛的疾病。如蹄壁從真皮裂開的蹄葉炎(Laminitis)等蹄部疾病也是因為飼料粗纖維含量太少以及特定養殖場條件所導致的疾病。因為太多碳水化合物會造成分裂碳水化合物的細菌鏈球菌(Streptokokken)爆炸式地增生。這種細菌除了會產生有毒物質以外,還會形成乳酸,大量殺死能消化粗纖維的細菌。牛隻的整個身體即呈現過酸反應,例如:站立的時候,會因蹄部劇烈疼痛而只固定在同一個位置上,或拒絕站立。

長期處於產乳性能壓力下也會對胃產生嚴重影響,牠們的皺胃可能會左側或右側異位,左側異位可能還能自行恢復原狀,右側異位時,如果沒有緊急開刀治療就可能有致死危險。皺胃位移是一種生產疾病,目前還沒有充分的研究資訊。但確定的是,那是因為長期處於高性能壓力下身體產生的警示和壓力訊號,與遺傳基因無關,而是錯誤的養殖方式和食物所致。自一九六○年代以來,乳牛在大量養殖條件下,這種現象廣泛地出現。牛乳的價格越來越低,這是動物用牠們的健康換來的。

牛奶,PanSci
乳牛在大量養殖條件下,牛乳的價格越來越低,這是動物用牠們的健康換來的。Source: fkickr/ www.bluewaikiki.com

然而,在追求乳量和牛乳低價的要求之下,犧牲的不只是動物,農民們也深受其害。每一項投資都要成本,而農業工廠讓農民的生活越來越困難。近來,越來越多乳牛量超過千頭以上的大規模農場,它們的經濟優勢在於可以較低的價格購入精飼料,而且能節省人事費用。這種自然發展的「結構性改變」,不只對農民造成工作機會的流失和收入的損失,除此之外,對於耕地、社會和生態系統也帶來不少負面影響。因此,二○一二年五月到二○一三年五月短短一年之間,約有四千家乳牛農場結束營業,約超過總體的八%。反之,乳牛數超過一百頭的大規模農場數量則持續增加:一百頭以上的農場增加約六千八百家,兩百頭以上的農場增加約二千三百家。因此過去五年間,共計減少超過二萬家農場。

乳牛變成了生產機器,因為經濟性是最高優先考量。「每頭乳牛每時間單位能生產的牛乳量才是最重要的!」這是該產業的鐵律。因此,業者常捨棄經驗豐富的酪農,而改聘僱無經驗的助手,因為他們的薪水比較低。這些缺乏專業知識的助手顯然對牛隻的一切一無所知,因此,常出現牛隻因延遲醫治,造成生病和壽命的終結,進而被迫提早送至屠宰場。即便是養殖方法和食物的小小錯誤,也可能加速性能下降、健康問題和痛苦的到來。

糟糕的是,牛的消化系統在不斷餵食低纖維、高營養成分的飼料後,到某種程度時便會出現問題。如果餵食牛隻穀物和黃豆,就必須運用非常精密的飼料管理,才能避免牛隻生病。

食品黑手黨,PanSci

本文摘自《食品黑手黨》,由商周出版 出版。

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【水獺媽媽專欄:從日常學永續】乳牛們的心情變好了,牛奶也會變好喝嗎?
PanSci_96
・2022/11/01 ・798字 ・閱讀時間約 1 分鐘

我們都喝過牛奶、吃過雞蛋,但你知道應該怎麼照顧這些生產農產品的動物呢?牠們在生產人類食物或是成為食物之前,可是一個個的生命呢!

近年,聯合國持續推動「友善畜牧」,倡導對待雞、豬、牛等家禽家畜,應該從過去著重在防範汙染、促進產業發展,轉變為關注動物本身的健康和福利,將牠們視作事業夥伴,一起創造價值。

什麼是友善畜牧?要如何重視動物的健康福利呢?圖/水獺媽媽提供

那我們就舉乳牛為例吧!

平常我們趴在桌上睡午覺,一下子就會腳麻、手麻,而乳牛每天需要躺臥14個小時,那麼,乾淨舒適的休息空間是不是對牠們非常重要呢?

擁擠的畜舍、寄生蟲的傳播,都會讓乳牛生病,水泥地面或橡膠地面則會讓乳牛因容易滑倒、劈腿而受傷,高溫高濕的環境,也容易讓乳牛處於熱緊迫的狀態,就像我們中暑一樣,造成不適。

乳牛身體一不舒服,食慾就會降低,進而影響乳牛的乳量和乳液成分,就會使得我們買到的牛奶就不優囉!

畜牧友善前後的改變。圖/水獺媽媽提供

一起用行動支持友善畜牧吧!

台灣有不少人都喜歡喝鮮奶,甚至還有餵過牛牛,這種超值得炫耀的經驗。而說到鮮奶,大家想必都有自己的「愛牌」,像是「鮮乳坊」就是很多人喜歡的選擇之一,其創辦人暨獸醫師阿嘉,從2015年就開始實踐友善畜牧的精神,慢慢串聯認同理念的酪農,再將利潤投入產業永續發展。

大家下次去超市,記得可以注意「快樂牛牛」生產的鮮奶,一起用行動支持友善畜牧!

大家下次去超市,記得可以注意「快樂牛牛」生產的鮮奶,一起用行動支持友善畜牧!圖/水獺媽媽提供
PanSci_96
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為何台灣石斑魚會驗出「孔雀石綠」和「結晶紫」?出口驗出禁藥的事件層出不窮,到底可用的水產動物用藥有哪些?
Evelyn 食品技師_96
・2022/07/27 ・3685字 ・閱讀時間約 7 分鐘

2022 年 6 月 10 日,中國大陸以檢出禁用藥物隱性結晶紫為由,全面禁止臺灣石斑魚輸入,引起我國一陣軒然大波。後來陸方聲稱,因過去多次從臺灣石斑魚中驗出土黴素超標,還有檢出孔雀石綠和結晶紫等兩種禁藥,故禁止臺灣石斑魚銷陸。

而我方行政院農業委員會 (以下簡稱農委會)漁業署回應,近年已加強正確用藥宣導,及未上市水產品產地監測措施,市場上石斑魚已鮮少檢出用藥不合格情事[1]。同時也公告 11 家石斑魚養殖場之禁藥抽驗結果,包括孔雀綠/還原型孔雀綠、結晶紫/還原型結晶紫等均未檢出[2]

你也喜歡吃石斑嗎?

台鐵便當特別推出期間限定的龍膽石斑魚便當,支持台灣漁民。

對此我國養殖業者表示,政府稽核抽查的對象多針對合法業者,但更多的是業者未納管、未被抽查。再者,漁貨在出口前,若數量不足,可能會有養殖業者併貨,向其他養殖業者買貨集貨,增加禁藥感染的風險。因此一出事就拖垮整個產業,使合法業者跟著倒楣[3, 4]

為何水產養殖業會如此需要用藥呢?上述提到那麼多種用藥,是否已經令你眼花撩亂?

用藥雖可防止養殖水產動物生病,但使用不當會造成藥物殘留

臺灣地處亞熱帶,「水產養殖業」為我國重要的經濟活動之一,國人食用養殖水產比例比遠洋水產多,主要的養殖物種有吳郭魚、石斑魚、鰻魚、虱目魚、 牡蠣、文蛤、蜆及白蝦等。

但由於地狹人稠,可利用的土地空間有限,故養殖水產業者多採取高密度養殖的經營方式,極易造成養殖動物緊迫及疾病發生,因此需使用動物用藥品以控制疾病。

然而,不當的使用藥物,不僅容易對養殖動物造成嚴重的傷害,更容易對環境造成長久的藥物殘留,危害人類健康,甚至直接影響各國的進口貿易。

如 2003 年進口英國的魚隻約有 3% 被驗出有孔雀綠殘留[5];2005 年屏東養殖石斑也被驗出孔雀綠,嚴重影響國內養殖業者及外銷市場。還有 2012 年來自中國湖南的進口大閘蟹、2015 年銷日的鰻魚,皆與孔雀綠的殘留有關[6]

相信「孔雀綠」大家已經在新聞上有所耳聞,只是不太清楚為何它會被禁用。

孔雀綠晶體。圖/ W. Oelen @Wikepedia CC BY 3.0
孔雀綠晶體,為亮綠色、帶金屬光澤的晶體。圖/wikipedia

早期大家愛用的孔雀綠,因風險太大被禁用

孔雀綠(malachite green),亦稱孔雀石綠,是一種人造的三苯甲烷類染料,呈綠色結晶固狀,顏色鮮豔,常用於紡織品及紙類的染色。

其具有絕佳的抗菌能力,在水產養殖生產過程中,廣泛使用於預防魚卵感染病菌或治療魚體的寄生蟲、真菌及原蟲等疾病,加上價格低廉、容易取得,故自 1930 年代就廣泛運用於水產養殖。

而孔雀綠可快速被魚體吸收,並代謝成穩定的代謝物還原型孔雀綠(leucomalachite green),為脂溶性化合物,可在環境中或魚體內殘留很久(半衰期長達 40 天),不易代謝及排除。

但是,孔雀綠對魚類也有劇毒之影響,因在用藥的過程中,有時中毒濃度和治療濃度十分相近,導致魚類孔雀綠中毒。

動物實驗也證明,孔雀綠會傷害肝臟功能,導致貧血、甲狀腺與腫瘤、影響胎兒生長,具有致癌、致突變和致畸形等風險。

因此許多國家都已明令禁止在供給人食用的動物及水產品中使用該物質,而我國行政院衛生署(現衛生福利部)早就於 97 年訂定,水產品中孔雀綠/還原型孔雀綠為不得檢出[5]

左為孔雀綠之化學結構,右為還原型孔雀綠之化學結構,穩定的還原型孔雀綠是孔雀綠之代謝物。圖 / 參考資料 5

孔雀綠、結晶紫都被禁,那合法的水產養殖用藥有哪些?

除了上述的孔雀綠,這次被大陸檢出的禁藥「隱性結晶紫」,亦是屬於三苯甲烷類的染劑,具有殺菌或殺寄生蟲作用。

結晶紫(crystal violet)進入生物體內經轉化後,同樣也會被還原成脂溶性、無色的還原型結晶紫(leucocrystal violet),又稱隱性結晶紫。具有致癌性、基因突變、致畸胎性等風險,故很早也被法規列為不得檢出的禁藥[4]

Black lumps in a glass beakerPurple liquid in a test tube
左為結晶紫晶體,右為結晶紫水溶液。圖 / wikipedia

所以現在水產養殖業常見的合法用藥有哪些呢?

依農委員今年最新修正的《動物用藥品使用準則》[7] [註 1]中,第三條附件一「水產動物用藥品使用規範」,清楚明訂了水產動物用藥品之品目、 使用對象、用途、用法、用量、停藥期及使用上應注意事項等。

規範中指定之藥品品目計有 17 項,其對象水產動物計有吳郭魚等 50 種以上。且應依照獸醫師(佐)處方藥品販賣及使用管理辦法之相關規定,加強藥品之使用管理,防範其被濫用。

就本文事件主角石斑魚來說,比較常見的合法用藥如安默西林(Amoxicillin)、脫氧羥四環黴素(Doxycycline)、紅黴素(Erythromycin)、氟滅菌(Flumequine)、歐索林酸(Oxolinic acid)與羥四環黴素(Oxytetracycline)等,依各養殖戶的用藥習慣而有所不同。

其中,羥四環黴素便是陸方聲稱過去多次從臺灣石斑魚中驗出超標的「土黴素」。

表為「水產動物用藥品使用規範」第十一項藥品「羥四環黴素」,明確規範羥四環黴素的使用對象、用途、用法、用量和停藥期等。圖 / 參考資料 7

水產動物用藥品是抗生素,過量使用最終仍危害人類健康

羥四環黴素,被稱為地靈黴素土黴素,是養殖業中使用最為廣泛的抗生素之一,其具有廣效性、良好的體液和組織滲透性,以及低成本和低毒性風險,在中國、日本、美國及歐盟都將其列為允用藥之一。

在國內常用於治療親水性產氣單胞菌及弧菌等,雖能治療疾病,但若過量用藥,易引起魚類的緊迫以及不良的後果。如有研究證實,其可導致虹鱒 DNA 損傷、增加氧化壓力及脂質過氧化;也會引起大西洋鮭魚的肝臟損害[7]

適當的抗生素可以使魚生長的環境更好,但若是使用過量,很可能也會影響到食用的人。圖 / envato

所以要注意,水產動物用藥品主要為抗生素或合成抗菌劑。若過量使用,除了會引起魚類的不良的後果之外,藥品殘留於環境亦會對生態有所影響,直接或間接影響到水生生物,甚至可能經由食物鏈而轉移至消費者,危害人類的健康。

故水產動物用藥品在使用上,應遵守中央主管機關訂定之使用準則,如能適當使用,不但能治療水產動物疾病保持其健康,提高生產力、降低生產成本,更可促進水產事業的發展,對水產事業有很大貢獻。

註解:

1. 2005 年第一次公告,法源為《動物用藥品管理法》第三十二條,明訂「動物用藥品之使用對象、用途、用法、用量、停藥期及使用上應注意事項等,應遵守中央主管機關訂定之使用準則」。

參考資料

  1. 漁業署,2022。因應中國大陸片面暫停我國石斑魚輸入 農委會採取相關措施保障漁民權益。行政院農業委員會。
  2. 漁業署,2022。11場養殖場檢測報告出爐皆未檢出 具體落實內外銷措施 以維護漁民權益。行政院農業委員會。
  3. 彭宣雅、侯俐安,2022。石斑檢驗羅生門 採樣巧門太多。聯合新聞網。
  4. 張語屏,2022。石斑魚檢出禁藥遭中國祭出禁令!到底「孔雀石綠」是什麼?。食力 foodNEXT。
  5. 趙詩敏,2014。三種幾丁質類物質對水中孔雀綠去除之研究。國立臺灣海洋大學水產養殖學系碩士學位論文。基隆。
  6. 行政院環境保護署毒物及化學物質局,2017。孔雀綠是什麼?又為何會出現在水產品裡?。PanSci 泛科學。
  7. 行政院農業委員會,2022。動物用藥品使用準則 – 農業委員會主管法規查詢系統
  8. 莊昭緣,2019。飼料中添加葡聚多醣體及羥四環黴素對龍虎斑非特異性免疫反應及抵抗溶藻弧菌能力之影響。國立臺灣海洋大學水產養殖學系碩士學位論文。基隆。
Evelyn 食品技師_96
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一名食品技師兼研發專員,對食品科學充滿熱忱。有鑒於近年發生許多食安風暴,大眾對於食品安全的關注越來越高,網路上卻充斥著不實資訊或謠言。希望能貢獻微薄之力寫些文章,讓更多人有機會認識食品科學的正確知識!想獲得更多食品營養資訊可追蹤作者的粉絲專頁喔!https://www.facebook.com/profile.php?id=100066016756421

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如何幫畜牧業減排溫室氣體?——教會小奶牛上廁所,可有效降低「一氧化二氮」排放!
阿咏_96
・2021/10/17 ・2615字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

近年來,大眾對於「氣候變遷」這個詞越來越不陌生,國際間也會簽訂不同協議與政策,來減緩溫室氣體的排放,講到這邊,我們通常會想到化石燃料的使用,但較少被人們注意到的是,畜牧業也是排放甲烷、二氧化碳、一氧化二氮等溫室氣體的大宗,甚至會造成水污染及空氣污染。

最近由心理學家團隊發表的研究,提出一種可能的解決方案,以減少畜牧業對環境的影響,也就是——「教小奶牛上廁所」!

看到這邊一定頭上冒出好幾個問號,為什麼畜牧業會對氣候變遷造成影響?是哪方面的影響?為什麼教奶牛尿尿可能可以減緩對環境的衝擊呢?要怎麼教?

圖/Pixabay

畜牧業和氣候變遷到底有什麼關係?

首先,根據聯合國糧食與農業組織 (FAO) 的報告,全球畜牧業每年約排放 7.1 兆噸的二氧化碳,大約是人為排放溫室氣體的 14.5%,其中,牛是排放量最大的物種,佔畜牧業排放量的 65 %,而大約來自於腸道發酵、糞便儲存與加工、飼料生產過程、其他能源使用等活動,FAO 也提出了目前評估可實行的減緩方案,其中一項便是提高奶牛的飼料開發以及飼養技術,來減少消化過程中和分解糞便時產生的甲烷 (CH4) 與一氧化二氮 (N2O) 。

而這篇研究的主角之一就是一氧化二氮 (N2O) ,雖然它只佔全球溫室氣體總排放量的 5% ,但它把熱留在地球的能力卻將近是二氧化碳的 300 倍!除此之外,每次排放的一氧化二氮 (N2O) 都會停留在大氣中超過一世紀,可以說是一種「長壽」的溫室氣體。從 1990 年起,紐西蘭的一氧化二氮排放量增加了五成,主要是來自乳製品業擴展以及氮肥使用,因此紐西蘭政府制定了一個目標,要在 2050 年之前將一氧化二氮的排放減少到淨零。

但這和牛有什麼關係呢?

紐西蘭的一氧化二氮排放量增加與乳製品業擴展有關。 圖/Pixabay

從「牛尿尿」開始的氮旅程

原因是牛尿液中氮含量很高,而動物尿液中的氮來源主要是尿素  (CH₄N₂O),在紐西蘭和澳洲,通常將牛飼養在戶外,牠們排尿之後,就開始一趟名為「氮循環」的旅程,首先尿素會迅速在土壤裡被水解成銨鹽 (NH4+) ,再經過微生物「亞硝化菌」氧化成亞硝酸根 (No2),接著,另外一群微生物「硝化菌」,將亞硝酸鹽 (No2) 再氧化成硝酸根 (NO3),以上的過程稱為「硝化作用 (Nitrification) 」。

當然,旅程還沒有結束,另一群稱作「脱硝菌」或「脫氮菌」的微生物會將硝酸鹽還原成氮氣 (N2),叫做「去硝化作用」或「脫氮作用」,而一氧化二氮 (N2O) 是反應的中間產物,會直接被釋放到大氣中。

難道把牛飼養在牛舍裡就沒有問題了嗎?

代誌不是憨人想得這麼簡單!當牛尿液中的氮和地板上的糞便混在一起時,會產生另一種空氣污染物——氨 (NH4)。

File:Nitrogen Cycle 2.svg
生態環境中的氮循環系統。細菌在其中扮演了關鍵角色,將氮源轉換為各種化合物,能夠被生物利用。圖/WIKIPEDIA

所以,如果牛的尿液可以被收集處理,裡面所含的氮就可以被轉換,減緩對環境的衝擊,但是要怎麼收集牛的尿液呢?

最直接的方式就是,教小牛到「廁所」裡尿尿。

要怎麼教會小牛尿尿?獎勵和拆解步驟是關鍵

研究團隊利用行為心理學的原理,訓練小牛到特定的地方排尿,這個原理便稱為「操作制約 (Operant Conditioning)」,由美國哈佛大學心理學教授史金納 (B.F. Skinner) 於 1938 年提出,當時有個著名的動物實驗稱為「史金納箱 (Skinner Box)」,將飢餓的小白鼠放在箱子裡,內有電動裝置紀錄動物的正確反應次數和頻率,因飢餓不安而活動的小白鼠,偶然壓到槓桿就會得到少量食物,當以後小白鼠看到槓桿,再去壓桿的頻率就會比以前高。對小白鼠來說,因反應而出現的食物是「強化物」,對壓桿這個「操作性反應」產生了強化作用。

除此之外,他們還運用訓練小孩上廁所,一種叫做「反向鏈接技術 (Backward Chaining Technique) 」的方式,將目標拆解成小步驟,從最後一步開始訓練到第一步。

首先,小牛被限制在圍欄設置成的廁所區域裡,當小牛排尿後再給予牠們喜歡的食物進行強化。然後,把小牛帶到圍欄外的一條走廊上,並再次強化進去廁所裡尿尿的行為,如果小牛在走廊上就排尿,便會用讓牠稍微不開心的噴水阻止牠。

經過幾次強化訓練,他們訓練的八頭小牛中,有七隻學會了在廁所尿尿,而且學習的速度和人類小孩差不多快!牠們大約只受了 15 天的訓練,大部分的小牛在 20 至 25 次排尿後學會了整套,比三到四歲的人類小孩還快。

小奶牛在廁所尿尿的影片。資料來源/參考資料 1

由此,研究團隊得到了兩個結論,第一是牛能夠學會注意自己的排尿反射,在準備尿尿時會移動到廁所裡;第二,在可以得到獎勵的情況下,牠們學會先憋尿,除非到了正確的地方。

牛牛學會了,然後呢?

在知道可以訓練牛牛到廁所排尿後,下一步要怎麼做才能夠離減排溫室氣體的目標越來越近呢?

作者認為希望未來可以優化廁所裝置,自動檢測排尿以及給予獎勵,就像是放大版的史金納箱一樣。除技術層面外,像是紐西蘭、澳洲等地的畜牧業,大多將牛飼養在開放的圍場,應該要把廁所設在哪裡,或者牛願意走多遠過來上廁所,都是需要進一步了解的問題,也才能夠將這項技術真正運用在不同國家的畜牧業,實際做到減緩畜牧業對氣候變遷的影響。

參考資料

  1. Dirksen, N., Langbein, J., Schrader, L., Puppe, B., Elliffe, D., Siebert, K., … & Matthews, L. (2021). Learned control of urinary reflexes in cattle to help reduce greenhouse gas emissions. Current Biology, 31(17), R1033-R1034.
  2. Gerber, P. J., Steinfeld, H., Henderson, B., Mottet, A., Opio, C., Dijkman, J., … & Tempio, G. (2013). Tackling climate change through livestock: a global assessment of emissions and mitigation opportunities. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO).
  3. 張春興(民80)。教育心理學:三化取向的理論與實踐。台灣東華書局。
  4. Backward Chaining Technique
  5. 全國法規資料庫:空氣污染防治法施行細則
  6. The science of nitrous oxide