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通过营养和饲喂策略来降低粪便中的养分排放

作者:来源:时间:2008-06-10 15:02点击:

 

作者:Mindy J. Spiehs,地区推广学者 - 明尼苏达大学技术推广服务,家畜粪便系统 - 过去几十年当中畜牧业发生了实质性的变化。在养禽业、养猪业,尤其是奶牛业当中,生产日益集中。这种发展的结果是,畜牧企业越来越少,但生产规模越来越大。

介绍

畜牧业越来越集中的同时,人们对畜牧企业的异味排放问题,以及畜禽粪便中残留养分污染地下水的问题也越来越担心。要想降低空气污染和水质污染,关键在于调整动物日粮。

所有的动物,不论是反刍动物(牛和羊)还是单胃动物(猪和鸡),都需要五种基本的营养。动物需要能量,由日粮中的脂类和碳水化合物提供的,还需要蛋白质、水、维生素合矿物质元素。即使在最佳的管理条件下,动物也无法100%地利用摄入的营养。总是有一部分养分会随粪便排出体外。养分的损失主要由四方面原因造成:(1)饲料浪费、(2)日粮中养分水平过高、(3)日粮中未消化的养分,以及(4)动物身体死亡细胞脱落。从粪便管理的角度来看,我们感兴趣的是两种养分:蛋白质降解产生的氮,还有矿物质元素当中的磷。

氮和磷

氮在畜禽日粮当中是必需的。氮是氨基酸的构成成分,而氨基酸又是构建蛋白质的基本单位。也就是说,氮是建造蛋白质所必须的元素。然而,家畜排出的氮却是有害的,它会以氨气的形势挥发到空气当中,在畜场周围产生难闻的异味。湖泊、河流中的氨也会对水生生物造成毒害。氨还会渗入到地下水当中造成污染。美国全国50%的人口、乡下95%的人口是以地下水作为饮用水源的。

磷也是畜禽日粮中必须的元素。它是牙齿和骨骼的关键组分,也是高能化合物的组分。磷还是细胞膜、RNA和DNA的重要组分。动物经粪便排出的磷会和土壤颗粒结合,再经土壤侵蚀作用带到湖泊、河流等地表水当中。一旦地表水中磷含量过高,就会刺激藻类的生长,而藻类会消耗调水中溶解的大量氧气,使鱼类因无法获得足够的氧气而消亡。

表 1 显示畜禽粪便中氮和磷的平均含量。这些只是平均值。畜场排出的畜禽粪便中氮、磷的具体含量会因管理、日粮、粪便存贮方式以及畜禽日龄等方面的不同情况而变化。

表 1. 畜禽粪便中氮和磷的平均含量(中西部计划服务 18.1)
粪便种类 N 含量 P 含量
干牛粪 5-6.3 kg/吨 3.6-5.4 kg/吨
干禽粪 15.4-20.8 kg/吨 27 kg/吨
湿猪粪 3.3-6.5 kg/立方 3.3-5.1 kg/立方
湿奶牛粪 3.3-3.9 kg/立方 1.7-1.8 kg/立方

降低氮、磷排放的策略:减少饲料浪费

那么畜场怎样才能降低氮、磷排放呢?一个办法湿减少饲料的浪费。这里的浪费饲料指的是提供给动物,却没有被动物采食到的饲料。可能是料槽里残留的饲料,或被溅洒到地上的饲料。Van Heugten 和 Van Kempen(1999)研究发现,美国养猪业当中饲料浪费的比例为2%-12%。据他们估算,即使浪费比例只有5%,每头猪就可能会损失1.77美元的利润,并且多排放327克氮和82克磷。通过经常调节料槽,以及为不同日龄、不同类型的动物分别提供设计良好的料槽,可降低饲料的浪费。为牛提供全混合日粮(TMR),为猪、禽提供颗粒料,也可降低饲料浪费。

提高配方精度

减少粪便养分损失的第二种方法是提高日粮配方的精度,更精确地满足畜禽的营养需要。畜禽能够利用养分的量是有限的。超过这个限度提供给动物的养分将会随粪便排出。当然,畜禽所需的每种营养成分都必须足量供应,但生产者也应该注意,不要粗放地在日粮里提供过多的氮和磷,这也是同样重要的。此外,公畜和母畜的营养需要是不一样的。相同的动物在不同生长阶段的营养需要也是不一样的。比如说,开食犊牛的营养需要就和生长牛的营养需要不一样。因此,要按类型和生长阶段将动物分成不同的组群,分别配给不同的日粮,以便精确满足不同动物的营养需要。把公、母分开饲养的技术称为分性别饲养。把不同阶段的动物分开饲养称为分阶段饲养。

在过去,许多生产者都按高于饲养标准的水平来提供养分,留出一定的安全量。Spears(1996)研究发现,北卡罗莱纳肥育猪日粮中总磷含量为0.40至0.70%。而肥育猪日粮总磷含量的推荐水平只有0.40%。平均起来,生产者提供的磷是动物维持、生长过程所需磷的1.55倍。对Wisconsin奶牛业进行的另一项研究发现,奶牛日粮中总磷含量为0.45至0.50,而奶牛推荐标准只有0.38%。过多的磷动物是无法利用的,这部分磷会随粪便排出。猪日粮的磷含量只要降低0.1%,每头猪排出的磷就会减少8.3%(Kornegay和Verstegen,2001)。基于这些研究结果,现在许多生产者已经降低了安全量的幅度,以便降低养分排放,还能节省成本。

还有一种办法能更精确地满足家禽和猪的营养需要,那就是添加合成氨基酸。合成氨基酸是人工合成的产品,某种特定的氨基酸含量很高。传统配方当中,蛋白质和氨基酸的需要量是靠蛋白质饲料来满足的,比如豆粕、肉骨粉等。但这些饲料当中含有各种氨基酸,并非每种氨基酸都能达到动物需要的含量。如果添加了合成氨基酸,就不必添加那么多的蛋白质饲料,也能满足动物对各种氨基酸的需求。这样,日粮的总蛋白含量就降低了,粪便中排除氮的量也就减少了。通过添加合成氨基酸,日粮粗蛋白含量每降低1%,粪便中总氮排除量就可以降低8%(Kerr 和 Easter,1995)。氮排放降低了,氨气产量自然降低,从而减轻了畜场周围的异味。

提高消化率

降低粪便养分损失的第三种方法是提高日粮的消化率。饲喂效化率高的日粮,畜禽能够用于维持和生长的养分比例就增加了,随粪便排放的比例就减少了。各种饲料原料的消化率是不同的。例如,对猪来说,玉米中的磷只有14%能够被消化,而带滤液的玉米加工蒸馏物(DDGS)当中的磷90%可以被猪消化。当然,生产者在选择饲料原料时还要在消化率和成本之间进行权衡。

有一种提高磷消化率的方法用得越来越普遍,就是在日粮中添加植酸酶,这种酶制剂市场上可以买到。饲用谷物当中所含的磷大部分都和一种叫做植酸的化合物结合在一起。这部分磷动物是无法消化利用的,会随粪便排出。植酸酶则可以破坏植酸化合物,使可利用磷的比例增加。这样,谷物中的磷就可以更多地被动物消化吸收,随粪便排放的比例就会减少。通过在低磷日粮中添加植酸酶,可将磷的排放量降低33%(Kornegay 和 Verstegen,2001)。牛料中没必要添加植酸酶,因为瘤胃中的微生物自然会生成植酸酶。

有一种低植酸玉米,饲喂这种玉米可起到和添加植酸酶一样的效果(图 1)。这种玉米的总磷含量与普通玉米相同,但其中与植酸结合的比例较低,因此可利用磷的比例高,更多的磷可被动物消化。目前,饲喂低植酸玉米的成本比饲喂普通玉米加植酸酶的成本要高。但随着玉米育种工作的进展,这种情况有可能会改变。

总结

上面讨论的营养和饲喂策略可显著降低养分排放,但这些措施并不能完全解决畜禽粪便污染的问题,因为无论如何,100%的利用率是不可能实现的。放眼未来,可能还会出现更多的技术,可以帮助减少畜禽粪便氮、磷的排放量。然而,这些技术能否真正为畜牧生产者所接受,经济因素将起到重要作用,因为畜场必须盈利才能生存。因此,在这一领域应继续进行研究,为生产者提供经济可行的技术,来降低畜牧企业的养分排放。

参考文献

Kerr, B.J. and R.A. Easter. 1995. Effect of feeding reduced protein, amino acid supplemented diets on nitrogen and energy balance in growing pigs. J. Anim. Sci. 73:3000-3008.

Kornegay, E.T. and M.W.A. Verstegen, 2001. Swine nutrition and environmental pollution and odor control. In Swine Nutriton, 2 nd Ed., Lewis, A.J. and L.L. Southern Eds. CRC Press Washington , D.C. Pg 609-630.

Spears, J.W. 1996. Optimizing mineral levels and sources for farm animals. In Nutrient Management of Food Animal to Enhance and Protect the Environment, Kornegay, E.T., Ed, CRC Press, Boca Raton, FL. Pg 259-276.

Van Heugten, E and T. Van Kempen. 1999. Methods may exist to reduce nutrient excretion, Feedstuffs, April 1, pg 6.

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