【农业养殖技术】减少养猪生产对环境的污染

【农业养殖技术】减少养猪生产对环境的污染

摘要：通过对动物粪便加工或减少粪便中营养物质排泄，可以减少养猪生产对环境的污染。本文探讨了减少营养物质在环境中排泄的一般方法和减少氮，磷以及微量元素等营养物质排泄的具体方法。过去的50年，美国的养猪业发生了巨大的变化。养猪朝着集约化，工厂化发展。集约化养猪集中在国家的某些地区。这些猪群产生的大量粪便以及粪便中的营养物质远远超过了当地的土壤能将其用作肥料的能力。因此，如何利用这些动物排泄物便成为集约化养猪的一大难题。通常，一头育肥猪平均一天产生的废物约为1.2加仑(不包括冲洗用水和水浪费)。一年排泄的总氮量达21磅，磷达15磅。这些营养物质大部分是生长肥育猪产生的。通过对动物粪便加工处理或减少粪便中营养物质的排泄量，可以减少养猪生产对环境的污染。营养物质在消化代谢过程中100%利用，不能利用的部分排出体外。动物采食的日粮，大约只有20-50％的氮和20-60％的磷沉积到机体。由此可见，通过营养科学的手段降低养分排泄量大有可为。本文探讨了降低养分排泄的一般方法和降低氮磷和矿物质排泄的具体措施。降低养分排泄的一般方法：饲料利用率：通过提高饲料利用率的方法降低养分排泄是最合符逻辑的。如果提高饲料利用率0.1%(饲料/重比从3.0下降到2.9)，养分排泄量可下降3.3%(假设生长速度和养分沉积相同)。coffy(1996)报道，由于遗传技术和营养科学的发展，生长肥育猪(50-250磅)的饲料利用率已从20年前的4.0下降到现在的2.85。瘦肉组织比脂肪组织的沉积更有效。因此，使猪沉积瘦肉，可以提高饲料利用率。如果从猪出生到上市全期使用上面提到的方法，提高饲料利用率，可以计算出营养的排泄量至少降低35％。35％也许过高的估价了饲料利用率在环境污染的上的作用，因为全期的日粮营养浓度是不同的。制粒技术也可以提高饲料转化率，降低养分排泄。Wordra(1995)报道，饲料制粒后，干物质和氮排泄分别降低23％和22％，饲料利用率提高6.6％。Hancock等人综合8个试验数据，认为制粒可以提高猪日增重6％，饲料转化率改善6－7％。饲料浪费：有效的饲养管理能减少浪费，提高饲料利用率。料槽是饲料浪费的主要原因。Ilinois大学的IanTayor和StanCurtis用11种形式的料槽饲喂50－125磅的猪，通过收集称量掉在地板上和漏过地板的饲料量，计算出饲料浪费为2.1-7.7%。美国对饲料浪费的估价为4％(2－12％)，英国为6％(1.5-20%)，丹麦为3－5％。饲料浪费每减少2％，一头猪达到上市体重时可节约84美分(饲料效率以3.0计算，饲料成本为7美分/磅)。而且，粪中氮，磷排泄降低3％(以氮，磷在体内的存留率35％计算)。设计饲槽的一般原则为：饲槽底部50％为饲料覆盖，另外50％空闲。精确满足营养需要：随动物体重增加，维持需要减少，沉积内容改变(脂肪沉积增加，瘦肉组织沉积减少)，而且采食量增加，因而日粮所需营养浓度逐步降低。阶段饲养可以满足动物不同生长阶段的不同营养需要。避免出现营养过剩或不足。VanderPeet-Schwering等(1996)报道多阶段饲养，尿氮可降低14.7%。氨气排出量降低16.8%。多阶段饲养是相对于二阶段饲养而言的，它将含蛋白较高的日粮和蛋白较低的日粮按不同比例混合。以周为单位调整，随日龄增加，减少高蛋白日粮的比例。Koch(1990)从理论上计算，如果将生长肥育阶段的每一个饲槽增加到两个，氮磷的排泄量将减少13％。Lenis(1998)估价的值为氮排泄减少6％。阶段饲养可降低饲料费用，减少氮排泄。Koehler在《Pork98》(1998年5月)上发表的关于阶段饲养的经济效益。上表中玉米价格为＄2.24/bul.豆粕为＄24每吨。(含蛋白44％)。同时假设所有生长阶段的猪生产性能一致。公母分开饲喂可以更好更精确的满足营养需要，降低养分排泄和成本。饲料加工工艺：确切知道饲料原料的营养含量及其消化利用率，提高饲料加工工艺的精确度，可减少过剩养分的排泄和避免营养缺乏症。Spear(1996)分析了16个母猪料样品和17个肥育猪饲料样(见表4)，样品由北Carolina饲料检测中心采样，分析(仅有一个样来自农场)。结果表明，样品之间的矿物质含量差别非常明显，而且超过NRC推荐的标准。这种差别部分归结于不同营养学家对营养需要量估价的差异，一部分由于人们对原料养分含量缺乏认识和饲料混合不均匀。为了弥补不同原料营养含量的不同以及加工过程中精确度不足，人们在配方时，往往超量添加一些营养物质，这样虽然可避免营养缺乏，但同时容易造成营养过量，过量的营养排出体外，造成环境污染。同时增加饲料成本。减少排泄的方法：从上文可知，食入氮在猪体存留率非常低，氮在体内代谢过程见图1（略）。氮以蛋白和氨基酸的形式进入动物体内，在胃中首先经盐酸和胃蛋白酶的消化，进入小肠后被胰蛋白酶和糜蛋白酶消化分解。酶本身也是一种蛋白，因而也在粪中沉积。内源粪氮还包括小肠分泌物和肠道脱落细胞。部分内源分泌物可以重吸收，大约25％直接进入大肠。(Souffrant等1993).饲养标准列出的氨基酸消化率一般为氨基酸回肠末端消化率，它是回肠末端的氨基酸与食入的氨基酸之比，考虑了内源氮损失。选用氨基酸消化率较高的日粮可降低粪氮含量(图1),据FEFAN(1992)估价，选用消化率高的日粮可减少营养物质排泄5％。饲料成本，储存费用和质量控制方面都有益无弊。降低日粮蛋白含量：蛋白质经动物消化后，以氨基酸的形式吸收，然后用于机体沉积肌肉或发挥其它生理功能。英国ARC(1981)首先试图解释理想蛋白的概念。随后理想蛋白在世界范围内广泛应用。理想蛋白即所有氨基酸组成比例与动物用于维持和瘦肉沉积所需比例相符合。从概念可知，理想蛋白的各种氨基酸平衡，而且在粪氮的排泄量最小。理想蛋白以赖氨酸为100，计算其它氨基酸的配比。一旦赖氨酸的需要量确定，其它各种氨基酸的需要量便可以很方便快速的算出。需要指出的是不同种类的动物，同种动物的不同生理阶段，氨基酸需要不同，理想蛋白模式也不同。Baker(1996)给出了不同体重的猪的氨基酸理想模式。Fuller等(1989)研究了用于维持和生长需要的氨基酸模式。因为随着蛋白的添加维持组分有所提高.相应的氨基酸模式也随着体重的增加而发生改变。与此相同，在NRC（1998）的新标准中猪的氨基酸需要量也以维持和生长为基础来计算。Chung和Baker（1991）极端的运用这种概念，饲喂体重为20磅左右的猪，无论用玉米-豆粕-乳清粉日粮或是纯化日粮：以玉米淀粉，乳糖和蔗糖为碳水化合物来源，以理想比例添加单种氨基酸并且以之为唯一的氮源，结果都证明在低氮日粮的情况下表现都差不多。纯化日粮的14日日均增重为1.1磅。然而，氮的排泄却大相径庭，玉米-豆粕-乳清粉日粮组的氮排泄量占44%（粪和尿中），而纯化日粮组为32%。因此使用理想蛋白模式可有效的降低排泄氮中超过30%的部分，然而在实践情况中，最低成本日粮配方只能降低日粮中一小部分的蛋白含量。图2列出减少玉米-豆粕日粮粗蛋白后与之相关的价钱。这些计算值是用不添加合成氨基酸、粗蛋白含量为16%的日粮推算出来的（含有0.82%的总赖氨酸）。根据表5列出的比例设置最小的氨基酸量。尽管只列出了每吨饲料中赖氨酸的添加量，其他的氨基酸（苏氨酸、蛋氨酸、色氨酸）也需要包括在内以维持适当的氨基酸模式。这些应用于粗蛋白含量为14.5%的日粮中造成每吨饲料的耗费上升。在这个例子中排泄氮量下降没有显示出价值，但以后可能会成为一个越来越重要的因素。以氨基酸而不是以蛋白为基础配置日粮可以有效的降低猪日粮中的氮含量。以这个例子中的价格来计算，日粮中的氮含量可以降低0.16%（1%的粗蛋白）而日粮费用不会上升。Kerr（1995）从28个试验中推断出每降低1%的粗蛋白，氮排泄降低8.4%。除了降低氮的排泄量，低蛋白日粮还可以影响空气中的氨气含量和气味。Latimer（1993）报道说饲喂低蛋白饲料后空气中的氮含量降低了15%。生长猪和肥育猪的日粮蛋白水平分别降低1.6%（从17.8-16.2%）和1.9%（从15.4-13.5%）可使氮排泄量降低16%。从这项研究平均来看，每降低1%的粗蛋白可以降低氮排泄量的9%和氨气排出量的8.6%。Hobbs等（1990）观察到以低蛋白日粮饲喂可以减少臭味的混合物。以高蛋白日粮（生长猪20.8%，育肥猪18.9%）和低蛋白日粮（生长猪16.1%，育肥猪13.8%）来比较可以看出在生长期低蛋白组的臭味混合物降低了1/2以上。在育肥阶段臭味混合物降低了9/10以上。由于公众对养猪业臭味的觉察非常重要，因此这一领域的研究还要继续进行。减少排泄物的方法动物体内绝大多数的磷在骨头中；然而磷还在动物的许多代谢功能中起着重要作用。谷物和植物蛋白源所提供的饲料中含有大量的磷，然而这些磷大部分与植酸结合，植酸磷不能被动物利用。植物性磷源的生物学效价只有14-50%（NRC，1998），因为大部分植酸磷都被排出体外，因此以有效磷为基础配置日粮或者选择有效磷含量较高的原料可以降低磷的排出。Cromwell（1990）计算不同组分的日粮的总磷和有效磷（日粮配制为含有0.5%的总磷））。玉米-豆粕型日粮的有效磷含量为0.23%，这一含量被定为需要量（NRC，1998）。当用小麦为原料时有效磷含量超过需要量。在这种情况下，由于有效磷供给超过需求，因而磷的排出量增加。从O’Quinn等人（1997）的研究外推，日粮中每降低0.05%的有效磷，磷排泄量降低8%。无论使用双低菜籽粕还是以小麦次粉配制日粮，有效磷的计算值都要低于需要量。这个例子表明，用有效磷为基础配制日粮可以有效的减少磷的不足与过量。但目前还需要不同阶段猪对有效磷的准确需要量。使用植酸酶可以有效的提高对植物磷源的消化率。植酸酶是一种可以击断植酸分子、释放磷的酶，使磷可以被猪有效利用。Kornegay（1996）估计使用200-1000个单位的植酸酶可以减少粪中磷排出量的25-50%。他计算出对于生长肥育猪（体重40-240磅，消耗饲料700磅）磷的排出量从不加植酸磷的0.32磅减少到加植酸磷的0.25磅（以NRC推荐的0.45%的磷水平来饲喂）。从一些有关植酸酶添加的文章摘要来看（Hoppe和Schwartz，1993被Koregay引用，1996），432U/kg相当于0.1%的磷。一般情况下500U/kg的植酸酶相当于0.1%的植酸，由此可以计算出植酸磷的经济价值。植酸酶的价格为1.36美元/磅，植酸酶添加剂含有600U植酸酶/克；磷酸二氢钙（18.5%的磷酸）的价格为345美元/吨，其他原料的价格也都差不多。这一计算值完全以最低饲料成本配方为基础，并且没有考虑由于添加植酸酶而使磷的消化率提高从而降低了磷的排泄所产生的价值。减少微量元素的排出不同阶段猪对于微量元素锌和铜的排泄量。锌和铜的存留量估计为20%，但以锌和铜的促生长水平饲喂猪其存留为5%（NRC，1998）。通过减少保育仔猪锌铜饲