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通过营养调控减少养猪生产的环境污染

时间：2009-12-18 10:55:57来源：作者：山峰

推荐：购买《猪病的防治》VCD光盘，请到365农业网VCD商城     畜牧生产中造成环境污染最明显的是养猪生产的环境污染问题，集约化养猪生产的环境污染更突出。猪排泄物中含有超过植物需要的过剩的氮和磷，过剩的氮和磷以及氮所产生的氨气挥发造成了环境酸化和对土壤、水源和空气的污染。过去的饲养方式和饲粮配制，所追求的目标是使生产性能达到最高水平，而没有特别考虑营养物质的过剩问题。随着公众对环境污染的关注日益强烈，畜牧生产者不得不考虑采取某些措施，尽可能减少猪排泄物便所造成的环境污染，氮和磷是猪粪尿中造成环境污染的主要物质，另一种污染情况是饲料添加物所造成的污染。减少养猪生产的环境污染的根本出路是通过营养和饲养的手段调控污染成分的排放，而不是被动的污水处理。
1 养猪生产所造成的环境污染问题
    Van der Peet-Schwering等（1999）研究了不同类别猪的氮和磷摄入、排放和沉积的情况，母猪、断奶仔猪和生长肥育猪氮和磷排出量占总摄入量的比例分别为：氮76%、46%和67%，磷75%、38%和63%；氮主要通过尿液排出，而磷则主要通过粪便排出。猪饲料中氮和磷的含量很高，但只有一小部分磷和氮沉积在动物体内(Lynch，1993)，大部分饲料中的氮和磷排出环境中。每天每头肥育猪平均产生4.55l的粪便，即每年排出约9.5kg氮和约6.8kg的磷。一头猪从断奶到体重达100kg屠宰时止，消耗8~9kg氮，其中不超过3kg的氮被吸收沉积为瘦肉，而5~6kg氮则被排泄掉，在被排泄的氮中，33%在粪便中，67%在尿中。在综合猪场，排出环境中的氮和磷都在70%以上。
    养猪生产造成的环境污染问题已引起全球的关注。在荷兰、丹麦和英国等一些畜牧业发达的国家，已进行了比较深入的研究，并已制定法规，限制经由猪粪尿排出的磷和氮的数量，以控制这些成分在土壤和水中的积累。饲料添加物所造成的污染如高铜添加剂使用对土壤和水源的污染也很突出。
    解决养猪生产中的污染问题的一项措施是猪场污水处理，但是，污水处理不仅是一种治标不治本的被动措施，而且大大增加了养猪生产的成本。解决养猪生产中的污染问题的根本出路在于有效的营养措施，科学的日粮配制技术和生物技术在饲料中的应用为解决这一难题在一定程度上提供了新的手段。近年来，动物营养学研究的一个重点是开发低污染日粮(生态型日粮)。解决养猪生产中的粪尿污染的营养饲养措施有4个方面：①是降低日粮中营养物质(主要是氮和磷)的浓度；②是提高日粮中营养物质的消化利用；③是减少或禁止使用有害添加物；④是科学合理的饲养管理措施。
2 降低日粮的蛋白质浓度，减少氮的排泄
    低污染日粮的概念源于蛋白质节约效应(Han和Lee 2000)。目前，多数饲料的蛋白质含量都大大超过猪的需要量，例如肥育猪豆粕—玉米型日粮蛋白质水平在16%就足够了，但常常使用的饲料蛋白质超过20%。由于六分之一的蛋白质是氮组成的，减少日粮蛋白质含量将大大降低氮的排泄量。将日粮蛋白质含量从18%降到16%，这将使育肥猪的氮排泄量减少15%，而如果将日粮蛋白质含量增加至24%，则使氮排出量提高47%。Schutte等(1990)的研究显示，降低日粮蛋白质水平2%，可使生长肥育猪氮排出量减少约20%。蛋白质过量(或者日粮的能量不足)，导致一部分蛋白质被降解作为能量使用，蛋白质降解所产生的氮以尿素的形式随尿排出。
    为了保证畜禽的生长性能，在降低蛋白质的同时，必须考虑日粮氨基酸的水平和氨基酸平衡，特别是注意补充重要的限制性氨基酸。一般地，必须补充赖氨酸和蛋氨酸，在大多数情况下，还必须考虑补充苏氨酸和色氨酸，日粮蛋白质水平降低越多，补充的限制性氨基酸种类和数量也就越多。张常明等(1999)的试验中，降低生长猪日粮蛋白，补充赖氨酸和苏氨酸，不会影响生长性能。Lenis等(1999)认为，如果低蛋白日粮中补充限制性氨基酸的水平合适，日粮的蛋白质水平还可以进一步降低。Gatel等(1992)报道指出，在补充4种氨基酸(赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸和色氨酸)的基础上，日粮蛋白质水平降低2.6%，可使氮排出量减少31.5%。
    另外，Lenis和Jongbloed(1999)报道，在低蛋白质日粮中补充氨基酸，不仅可降低氮的排出，而且可减少尿量。因为在降低日粮蛋白质时，通常减少了豆粕的用量，而豆粕中含有2%~2.2%的钾，豆粕用量的降低即日粮中钾的水平也降低。日粮蛋白质和钾水平的降低将使畜禽的饮水量下降，排尿量减少。日粮蛋白质水平若降低1个百分点，排尿量减少11%。Orock等(1997)的试验中，降低日粮4%的蛋白质，另外补足4种必须氨基酸，可降低空气中69%的氨气，减少猪舍的臭气。Shurson等（1999）研究表明，选用含硫低的饲料原料，配制营养合理，含硫量低的日粮，仔猪的总硫和硫酸盐的排泄量可以减少约30%，总硫排出量的减少，可导致猪舍另一种臭味硫化氢气体排放的减少。
    综合考虑到猪的生长性能、氨基酸添加剂来源和价格等因素，一般认为，把目前生长肥育猪日粮蛋白质水平降低2~4个百分点是可行的。如果再降低蛋白水平，可能会得不偿失。
3 提高日粮蛋白质的消化和利用，减少氮的排泄
    有多种途径可以提高猪对日粮蛋白质的消化和利用，减少氮排放到环境中，如使用酶制剂、应用理想蛋白质的原理配制猪的日粮和适当的加工技术对饲料进行加工处理。
第一种方法是使用酶制剂，近年来的重大进展之一就是使用酶制剂来提高饲料中能量、蛋白质的消化率。的确，纤维素酶、阿拉伯木聚糖酶、β-葡聚糖酶等可分解纤维性饲料原料，蛋白酶则可直接促进蛋白质原料的分解。应用这些酶制剂可直接提高蛋白质和氨基酸的利用率，这样就可有较高比例的氨基酸被用于动物的生长，而不会被动物排泄出体外(Close，1996)。如饲料内添加蛋白分解酶，能够改善氮利用率。添加酶制剂可改善氮利用率高达34%之多(Han，2000)。断奶仔猪日粮添加1%木酶时，氮利用率提高34%，添加1%的纤维素酶和果胶酶时，氮利用率改善23%。冯定远等(1997、1999、2000)的试验也显示，添加β-葡聚糖酶、木聚糖酶和蛋白酶等，可提高猪的蛋白质消化率16.5%，改善生长性能。
    第二种途径是应用理想蛋白质的原理配制猪的日粮。通过氨基酸平衡(一般是通过使用多种氨基酸添加剂)使蛋白质能够得到充分的利用，减少多余的氨基酸被用于作能量来源。日粮蛋白质中的氨基酸模式与动物对氨基酸的需要相匹配，这一概念称之为“理想蛋白质”。日粮中氨基酸应能够满足最大瘦肉增重时的最小需要量，而过剩部分很少，这是提高蛋白质利用效率，减少氮排出造成环境污染的途径之一(Han，2000)，特别是在氨基酸不平衡的日粮中使用赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸和色氨酸，这样可以大大改善氮的利用。
    第三种途径是饲料的加工处理，一般认为适当的加工技术对饲料原料进行加工(如膨化和其它技术)可以减少营养的代谢性浪费(Close，1996)，制粒和膨化等加工工艺可以消除许多抗营养因子。某些抗营养因子如胰蛋白酶抑制因子、植物凝集素等均抑制蛋白质的消化利用，而消除这种影响后，可提高蛋白质的消化率和体内的利用。饲料制粒处理有改善饲料效率和降低养分排出的趋势，使干物质和氮的排泄量降低23%和22%（Heugten和Kempen，1999）。
4 采用阶段饲喂法或分养饲喂法等减少营养排出所造成的污染
    在猪场中可通过营养管理来提高养分的利用率并减少养分的浪费。一种实用的方法也许也是最简单的方法那就是分阶段饲喂。大多数肉猪采用两阶段饲养法饲喂，即45kg以前喂仔猪饲料，45kg以后喂生长肥育饲料。随着猪体重的增加，每千克饲料中所需的磷和氨基酸应下降。因此两阶段饲养法导致氮和磷饲喂过量而排出。如果采用多阶段饲养法，既可满足猪的营养需要，又降低氮和磷的排出量，这可通过在生长肥育期各阶段将高氮和磷饲粮与低氮和磷饲粮按不同比例混合而实现。
    传统方式不能满足现代养猪生产需要，目前提出了阶段式饲养(Phase feeding system)。过去认为猪可根据自己需求调节蛋白质采食量(Kyriazakis等1990)，但一些研究报道生长肥育猪没有能力调节蛋白质食入量，(Gourley等1993，Nam和Aherne，1995)，所以人为地调节营养摄入量的阶段式饲喂法深受关注。在环境保护方面，已证实阶段饲喂法的优越性(Jongbloed和Lenis，1992,Honeyman，1996)。猪在肥育后期，采用二阶段饲喂比采用一阶段饲喂法的氮排泄量减少8.5%(Han 2000)，多阶段饲养可使尿氮减少15％，氨气产生量减少17％。饲喂阶段分得越细，不同营养水平日粮种类分得越多，越有利于减少氮的排泄。
    分养饲喂法是另外一种减少营养排出所造成的污染的饲养手段。怀孕母猪每日的氮和磷需要量较哺乳母猪低得多，与在怀孕期、哺乳期使用同一种饲粮相比，使用两种饲粮的，每年每头猪可减少氮和磷排出量20%（Everts和Dekker，1994），母猪的繁殖成绩不受影响。荷兰多数采用怀孕母猪与妊娠母猪饲喂不同饲粮的方法。另外，公母分养配制营养水平不同的日粮，也有利于减少氮的排泄。公母营养需要不同，生长肥育期粗蛋白相差8.2%~9.6%(NRC1998)。
    湿喂与干喂方法比较能提高营养的消化利用，减少饲料营养的排泄，也能在一定程度上降低环境污染。
5 减少猪舍的氨气等臭气的污染综合措施
    猪饲粮中约有70%的氮是以蛋白质形式通过粪便和以尿素形式通过尿液这两条途径排出的。尿素可被尿素酶催化分解成二氧化碳和氨气挥发到空气当中。养猪生产中约有50%的氨气是从猪场的猪舍和粪坑中挥发出来的。可通过以下方法来减少源自猪舍的氨气量：①降低猪场粪池污水中的尿素和氨的浓度；②降低粪池污水温度；③减少污水挥发表面积；④降低粪池污水pH值（Van Vuuren和Jongbloed，1994）。除猪舍方面的措施外，合理的饲养措施也可大大减少氨气的挥发，其中仅仅以尿素浓度和污水pH值可调控。尿液中的尿素含量可通过以下方法来减少：①饲喂低蛋白日粮；②日粮中含一定量的纤维性原料。污水pH值可通过下列途径降低：①日粮中含一定量的纤维性原料；②日粮中添加酸性盐。
    Elzing和Kroodsma（1993）发现奶牛尿液中的尿素与模型系统中的氨气呈线性相关。Latimier和Dourmad（1993）采用不同蛋白水平的饲粮饲喂肥育猪，并采用挥发氮=摄入氮-沉积氮-污水中的氮这一公式得出氨气挥发量，他们推断认为氨气降低的百分率与氮排泄量的减少率是等同的。Van der Peet-Schwering等（1996）研究了在传统猪舍饲养条件下与在改进猪舍饲养条件下低蛋白饲粮对屠宰猪排放出的氨气量的影响，认为在改进畜舍饲养条件下减少的氨气量与尿液中减少的氮排泄量是相等的（平均约15%），而在传统畜舍饲养条件下减少的氨气量（4%）比尿液中减少的氮排泄量（13%）要少得多。因此饲养措施可能只是减少了改进畜舍系统条件下的氨气挥发量。Cahn（1998）研究了3种蛋白水平（16.5%、14.5%、12.5%）的饲粮对肥育猪排放的氨气量的影响，结果表明当日粮粗蛋白从16.5%降到12.5%时氨气量减少50%，日粮每减少一个百分点的粗蛋白，氨气就减少10%~12.5%。
    污水pH值可通过降低尿液pH值来降低。Mroz等（1996）和Canh（1998）的试验表明，当饲粮中的CaCO3被CaSO4、CaCl2或苯甲酸钙替代时能有效降低尿液、污水的pH值及氨气量。就降低污水pH和氨气的作用而言，CaSO4和CaCl2效果相当，但两者的效果比苯甲酸钙低很多。与其余饲粮相比，添加苯甲酸盐的饲粮所产生的尿液pH值虽然相似，但其污水pH值要低。其原因可能是苯甲酸在体内代谢为马尿酸，而后者是一种弱酸，可增强尿液的缓冲能力（Mroz等，1996）。当饲粮中CaCO3被CaSO4、CaCl2、苯甲酸钙替代后，氨气可分别减少33%、30%、54%。Den Brok等（1997）在生产条件下用苯甲酸钙代替屠宰猪饲粮中CaCO3可减少氨气量40%，使每头猪每年的排氨量降低至1.22kg。
    当饲粮中含有较多可发酵非淀粉多糖（NSP）时粪中的一部分细菌蛋白氮是由尿液中的尿素转移来的（Kirchgessner等，1993；Bakker，1996；Canh，1998）。供大肠中细菌发酵的有机物会诱发血液排出尿素（Low，1985）并促进细菌生长，当尿素被转移到大肠后被细菌尿素酶分解成氨气，然后合成细菌蛋白，使结肠重新吸收的氨气减少。一些尿液中的氮就是被这样转移到了粪中（Morz等，1993）。Canh（1998）研究了4种NSP水平的饲粮对氮排泄分布的影响。结果表明：NSP含量的高低对氮排出的总量没有影响，但对氮的排泄模式有影响；与最低NSP组相比，最高NSP饲粮组通过尿液排泄出的氮减少了，同时通过粪便排出的氮增加了。因此通过提高饲粮中NSP水平可减少氨气。NSP不仅对氮的排泄分布有影响，而且也能通过形成挥发性脂肪酸降低污水的pH值（Canh，1998）。这些挥发性脂肪酸形成于猪后肠和粪坑中。Canh（1998）发现提高肉猪饲粮中甜菜渣水平能降低污水pH值和氨气量。似乎污水中挥发性脂肪酸含量的增加是引起污水pH值和氨气下降的主要原因。
    中美洲沙漠生长的丝兰属植物提取物可以有效地减少猪舍的氨气释放量，从而减少猪场周围环境空气质量。由于在日粮中的添加量较低(100~120g/t饲料)，使用前景很有吸引力。过去的研究认为，丝兰属植物提取物可能是通过抑制尿素酶活性而起作用，但Headon的研究结果表明是提取物中的某些成分与释放出的氨直接结合而减少氨气浓度。这说明不仅在饲料中可以直接添加丝兰属植物提取物，而且还可以在贮粪池内、冲粪沟中和猪舍内等直接使用。
6 猪日粮中使用植酸酶，减少磷的排泄
    构成猪日粮很大比例的植物性饲料原料中约占总磷三分之二的磷是以植酸磷的形式存在的，在正常条件下，这些植酸形式结合的磷不能或很少能被猪禽这样的单胃动物所利用，所有未能被消化的植酸磷随粪便排出进入环境，从而可能导致环境磷污染，尤其在集约化生产地区更易发生，荷兰就是由于集约化养猪生产导致严重磷污染的国家。畜牧业发达国家已开始立法，禁止养殖业中磷的超标排放。
    微生物来源的植酸酶的使用是一种有效的解决这一问题的途径。植酸磷只有在被植酸酶分解后才能被肠道吸收。在不添加植酸酶的情况下，猪对玉米中磷的消化率仅为16%，对豆粕中磷的消化率为38%。据Cromwell等(1993)的估测，每千克饲粮添加1 000酶单位的微生物植酸酶可将约三分之一的不可利用磷转化为可利用磷。每千克饲粮添加500酶单位的植酸酶可在每千克饲粮中产生约0.8g的可消化磷，相当于1.0g磷酸一钙来源的磷或1.23g磷酸二钙来源的磷。所以，在猪日粮中使用植酸酶可显著提高植酸磷的消化利用率，减少无机磷的添加量，从而减少猪粪便磷排出对环境的污染。另外，植酸酶可提高猪对日粮蛋白质和氨基酸及钙的消化率，因此，它可降低猪日粮的蛋白水平，减少氮排出的环境污染。
    Simons等(1900)首次在猪饲料中添加微生物来源的植酸酶取得满意的结果，添加1 000单位/kg日粮时，磷消化率提高27%~51%。仔猪饲料中添加1500mg/kg日粮时，提高磷消化率70%以上(Jongbloed等1991)。Cromwell等(1993)在仔猪试验中，添加500mg/kg日粮的植酸酶提高日增重12%~16%，饲料转化率6%和磷利用率23%~80%。最近几年有关这方面的报道很多。荷兰从1991年开始就有了商业化的微生物植酸酶。饲粮中添加微生物植酸酶后，磷的消化率可提高27%~30%（Den Hartog，1992）。Beer和Jongbloed（1992）用20~55kg猪研究了不同微生物植酸酶水平对磷消化率的影响，结果表明每单位植酸酶的效率以每千克饲粮含500FTU最佳，这大概相当于每千克饲粮中0.8g的可消化磷。从1995年起荷兰的绝大多数猪饲料均添加有微生物植酸酶。植酸酶可与饲料一起制粒，也可在制粒后喷涂在饲料表面。
7 使用其它添加剂替代高铜含锌添加剂，减少铜锌排出造成的环境污染
    高铜添加剂主要用于乳猪和仔猪阶段的日粮中，用于防止猪的下痢和促进仔猪的生长发育，但是大量的高铜添加剂(用量在125~250mg/kg)的使用，包括目前在中大猪阶段也使用高铜。使过多的铜排放于土壤和水源中，其主要危害是使土壤中的微生物减少，造成土壤板结、土壤肥力下降。有资料表明，高水平的铜会减少粪尿池中微生物的数量，微生物的作用降低，会使粪便的臭味增加。71kg的阉公猪饲喂含铜218mg/kg的日粮与32mg/kg的日粮，前者铜的排出量比后者高6.7倍。长期使用高锌添加剂也是有害的，断奶仔猪饲喂含锌2 500mg/kg~3 000mg/kg的日粮，其中大约90%~95%的锌被排出。
    为了减少高铜添加剂的使用，可以使用其它的替代添加剂来解决防止仔猪下痢和促生长这一问题。目前可以考虑的包括卵黄抗体添加剂、益生素、寡糖、酸化剂等，其中卵黄抗体是应用于乳猪和仔猪日粮中，防止猪下痢和促生长的一种令人瞩目的新型添加剂。Marquardt等（1999）的研究表明，通过产蛋鸡免疫的方法所生产的卵黄抗体对初生和早期断奶仔猪受到大肠杆菌K88侵袭时，能得到有效的保护，使仔猪的下痢显著降低，促进仔猪的健康生长。冯定远等（2001）的试验也表明，卵黄抗体可以有效地降低仔猪的下痢，提高生长性能。生物技术在饲料中的应用，为解决养猪业的环境污染问题提供了有效的手段。