随着养殖业集约化程度逐步提高,奶牛养殖经历了农户散养、小区养殖、集约化养殖模式的转变,在这一转变过程中,粪便的环境风险、优质饲草供应、畜禽区域布局等问题逐渐凸显。我们以河北省滦南县为例,开展了奶牛养殖体系养分流动和环境排放的限制因素研究,为促进种养一体化发展探索了途径。本研究通过选取不同发展阶段的奶牛养殖模式进行调研,通过建立奶牛饲料利用率-牛场粪尿回收率-粪尿还田率-饲料本地自给率-村域养分平衡等系统化方法体系,阐明了奶牛养殖模式变迁对各环节养分效率的影响,揭示了种养结合中畜禽养殖规模、种植业与养殖业结合程度、生产技术等重要因子对养分效率的影响,并探讨了种养结合的发展模式。本文主要研究结果如下:1)小农户分散养殖模式下,畜禽粪便的处理方式多样,滦南奶牛养殖户超过50%的粪便能够在自家耕地消化利用,但是粪尿储存导致庭院卫生环境较差,而且分散养殖的生产效率低,如滦南奶牛户散养情况下牛奶单产仅16.0kg head-1d-1,饲料氮利用率仅17.1%。沼气在进一步提高粪尿收集、降低家庭养殖庭院环境污染方面的作用在不同地区截然不同,在北方奶牛养殖场仅能处理5%的粪便,但增加GHG排放2669 kg C02-eq,所以是失败的,滦南沼气户数量下降了 73.1%。而在南方散户养猪体系能处理超过90%的粪便,并减少GHG排放6336 kg CO2-eq,研究期间沼气进一步增长了 6.7%。北方户用沼气作用有限的原因是:沼气技术与低温的自然环境不匹配、畜禽粪便产生量大与沼气体积有限的矛盾、家庭能源连续多样化需求和沼气供应能力有限的矛盾、公共服务成本高与沼气效益低的矛盾、沼液养分量低与种植业需求高的矛盾。2)通过研究4个村的奶牛养殖,小区养殖模式转入集约化养殖后,牛奶产量从20.3 kg head-1 d-1提高到30.1 kg head-1 d-1,饲料氮的利用效率从18.0%提高到20.1%,但系统氮效率却从39.4%显著降低到27.4%。主要原因是养殖户与种植户分离后粪便的还田率和饲料自给率降低。养殖场的粪便还田率从74.4%降低到43.2%,原因是养殖场粪便售价高达30 Yuan Mg-1,周边农户种植小麦、玉米、花生等传统作物无法承受这样的价格。相反,集约化养殖场94.5%的饲料采用苜蓿、羊草、青贮玉米等高品质饲料,但周边小农户种植的小麦、玉米、花生等作物无法满足集约化养殖场的饲料需求,导致秸秆和籽粒饲料化率从44.1%降低到1.7%。3)部分集约化养殖场为了饲草供应和粪尿处理扩大了土地,实现了部分种养结合。我们研究了3个种养结合的养殖场和5个仅养殖的奶牛场,发现与未实现种养结合的养殖场相比,种养结合的养殖场泌乳牛个体和群体水平的产奶量分别提高了 18%和25%,原因是粗饲料的优化,自有土地尤其是满足了 68%的青贮玉米需求;种养结合的养殖场粪尿收集率提高到了 18.7%(高于种养分离的10.2%),原因是粪便机械的采用;虽然自有土地消纳了 38%的粪便,但是现有种养结合模式仍没有实现种植与养殖的完全匹配,养殖场内部的土地不足是关键因素。本村小农户在有机肥利用和种植结构上未进行显著调整,无法协同养殖场进行区域优化。4)种养之间的矛盾既有土地资源的限制,也有生产技术的限制。一方面需要在种养结合的养殖场提高种植效率和粪尿还田技术,另一方面需要在养殖场周边的小农户地里实现种植模式调整与技术优化,通过养殖场与区域内小种植户的结合,是破解问题的关键。本研究通过设置粮改饲试验并配套有机肥还田技术,发现通过有机肥N(180 kg ha-1)替代化肥N以及优化灌溉(262 mm ha-1)能够提高或稳定苜蓿的产量,同时节约了 50%的灌溉水并降低了硝酸盐的淋洗风险。在协调种养之间矛盾中,优化养分管理技术具有巨大的潜力。