畜牧業(yè)減少氮排放的營(yíng)養(yǎng)策略與需要解決的問(wèn)題

尹靖東

（動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院 北京 100193）

畜牧業(yè)減少氮排放的營(yíng)養(yǎng)策略與需要解決的問(wèn)題

尹靖東

（動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院 北京 100193）

編者按

2017年《中國(guó)畜牧雜志》全面改版。為更好展示畜牧學(xué)領(lǐng)域的科技前沿，促進(jìn)學(xué)術(shù)交流，本刊特別邀請(qǐng)不同領(lǐng)域的專(zhuān)家或青年骨干，圍繞各自的研究領(lǐng)域，介紹自己、團(tuán)隊(duì)或國(guó)際研究機(jī)構(gòu)近幾年的研究成果、存在問(wèn)題及研究展望，或就當(dāng)前的研究熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行討論和評(píng)論。本期自副主編開(kāi)始，將為讀者帶來(lái)相關(guān)綜述，希望能引發(fā)讀者對(duì)相關(guān)熱點(diǎn)、難點(diǎn)的思考，并進(jìn)行深入探討。

近20年，我國(guó)畜牧業(yè)年均增長(zhǎng)2%～3%，已進(jìn)入穩(wěn)定增長(zhǎng)期。以肉類(lèi)為例，2015年肉類(lèi)生產(chǎn)8 625萬(wàn)t，人均達(dá)到62 kg，基本滿(mǎn)足了人們消費(fèi)需求。伴隨著畜產(chǎn)品供給的相對(duì)充足和人均收入的提高，大型養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的溫室氣體、臭味、灰塵和污水給養(yǎng)殖業(yè)形象蒙上了陰影，畜牧業(yè)的環(huán)保問(wèn)題在我國(guó)引起了廣泛的關(guān)注。我國(guó)是全球最大的養(yǎng)殖業(yè)國(guó)家，也是養(yǎng)殖業(yè)污染排放量最大的國(guó)家。養(yǎng)殖業(yè)排放的溫室氣體主要有一氧化二氮（N2O）、甲烷（CH4），還有與惡臭味有關(guān)的NH3和H2S。FAO的數(shù)據(jù)表明，大約9%的CO2、35%～40%的CH4、65%的N2O和66%的NH3來(lái)自畜禽生產(chǎn)，其中CH4和N2O溫室效應(yīng)潛能分別是CO2的296倍和20倍。2013年以來(lái)，我國(guó)政府陸續(xù)頒布了《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》、《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（水十條）和“南方水網(wǎng)地區(qū)生豬養(yǎng)殖布局調(diào)整優(yōu)化的指導(dǎo)意見(jiàn)”等一系列條例，這將加速我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的重新布局和區(qū)域整合。為了保障肉、蛋、奶等食品的供應(yīng)，我國(guó)需要維持大規(guī)模的養(yǎng)殖業(yè)，但大規(guī)模的養(yǎng)殖業(yè)需要消費(fèi)大量的飼料原料，其種植、加工、運(yùn)輸耗用大量的土地、水以及能源，對(duì)環(huán)境的影響十分大。因此，提高飼料利用效率是動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)家參與解決養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境污染的主戰(zhàn)場(chǎng)，這也要求動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)家對(duì)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要更加精細(xì)地研究，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)技術(shù)和飼料配制技術(shù)提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用，從而優(yōu)化動(dòng)物飼糧配制。我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)產(chǎn)值超過(guò)1.2萬(wàn)億，占世界豬肉產(chǎn)量的50%以上，是我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中單項(xiàng)產(chǎn)值最大的行業(yè)，因此本文圍繞養(yǎng)豬業(yè)，探討減少養(yǎng)殖業(yè)氮排放的營(yíng)養(yǎng)策略和飼養(yǎng)技術(shù)措施。

NRC（2012）[1]的出版標(biāo)志著動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)家對(duì)于理想條件下豬獲得最佳生產(chǎn)性能所需要的營(yíng)養(yǎng)素有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。NRC（2012）推薦的營(yíng)養(yǎng)需要量中，除給出了各種有效必需氨基酸的需要量，還列出了最低氮的供給，從而保證所有效氨基酸的供給。但這方面的進(jìn)展并不表明我們已經(jīng)準(zhǔn)確地了解在實(shí)際飼養(yǎng)條件下豬飼糧中適宜的氨基酸供給量，因?yàn)檫@取決于飼料原料中各種氨基酸的有效含量和各種環(huán)境條件通過(guò)影響豬的采食量和代謝從而對(duì)豬氨基酸需要量的影響。NRC（2012）較NRC（1998）[2]推薦的動(dòng)物采食量依不同體重階段下降了5%～15%，日糧粗蛋白質(zhì)水平下降約2個(gè)百分點(diǎn)。通常認(rèn)為日糧粗蛋白質(zhì)水平降低1個(gè)百分點(diǎn)，會(huì)減少糞便中10%的氮、10%排放到空氣中的氨、3%的水消耗和5%的糞便體積。從中可以看出，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)需要量研究進(jìn)展對(duì)于推動(dòng)養(yǎng)殖業(yè)高效利用蛋白質(zhì)和減少環(huán)境氮、碳、磷及污水排放的巨大貢獻(xiàn)。動(dòng)物對(duì)日糧蛋白質(zhì)的需要，實(shí)質(zhì)上是對(duì)氨基酸的需要。滿(mǎn)足動(dòng)物氨基酸需要量的技術(shù)策略就是通過(guò)配制一定粗蛋白質(zhì)水平的日糧，保證動(dòng)物從日糧中獲取足夠的氨基酸，另外一種更經(jīng)濟(jì)的策略是在適度粗蛋白質(zhì)水平的日糧中配合添加晶體氨基酸來(lái)補(bǔ)充動(dòng)物對(duì)氨基酸的需要量。一般情況下，補(bǔ)充賴(lài)氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、色氨酸4種晶體氨基酸來(lái)滿(mǎn)足動(dòng)物對(duì)氨基酸的需要量可減少動(dòng)物20%～25%的氮排放量。隨著人工合成氨基酸工藝的進(jìn)步，越來(lái)越多的合成氨基酸使用成本已大幅降低，使其已進(jìn)入到飼糧配制的原料范疇中。Gloaguen等[3]在補(bǔ)充4種氨基酸的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步補(bǔ)充精氨酸、谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸，使日糧粗蛋白質(zhì)水平在NRC（2012）水平的基礎(chǔ)上降低了4.8個(gè)百分點(diǎn)，但并不影響11～22 kg生長(zhǎng)豬的生長(zhǎng)性能。

本課題組的研究[4]表明，對(duì)于30～60 kg的生長(zhǎng)豬，日糧粗蛋白質(zhì)水平降低1個(gè)百分點(diǎn)，糞氮降低大約5.4% ，尿氮降低9%，總氮排放降低7%～8%；但是對(duì)于90～110 kg 的豬，糞氮水平基本不會(huì)變化，主要是尿氮會(huì)下降15%～20%，總氮排放降低10%～12% ，這與Canh等[5]的報(bào)道基本一致。

我國(guó)許多地區(qū)，豬在保育階段結(jié)束后直至飼喂到120 kg體重的整個(gè)出欄期間都使用一種日糧，如果采用階段飼養(yǎng)則可以至少降低25%～30%的氮排放。本課題組的[4]研究表明，在滿(mǎn)足必需氨基酸供給的條件下，日糧粗蛋白質(zhì)水平從14%降低至12%，不影響90～115kg豬的生長(zhǎng)性能、氮沉積、胴體品質(zhì)和肉品質(zhì)，但氮排放減少20%。

目前在降低養(yǎng)殖業(yè)排放的研究中，仍需要重點(diǎn)解決以下幾個(gè)基礎(chǔ)性的問(wèn)題：①日糧粗蛋白質(zhì)水平降低到一定程度后，由于所謂的非必需氨基酸缺乏引起的動(dòng)物生產(chǎn)性能降低，能否通過(guò)補(bǔ)充必需氨基酸挽回動(dòng)物的生長(zhǎng)性能或者必須補(bǔ)充什么氨基酸？非必需氨基酸缺乏導(dǎo)致了體內(nèi)什么營(yíng)養(yǎng)素的缺乏？這些研究可能會(huì)引起必需氨基酸的重新定義；②長(zhǎng)期食用低蛋白水平的日糧，對(duì)動(dòng)物的攝食行為、免疫機(jī)能、機(jī)體代謝和碳排放會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響，對(duì)動(dòng)物健康和動(dòng)物福利會(huì)帶來(lái)什么樣的影響，這些都需要評(píng)估。

日糧中使用纖維素酶、植酸酶、非淀粉多糖酶等酶制劑可以減少5%的氮排放量。另外，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中如何降低氮排放，仍然有一些亟待加強(qiáng)的環(huán)節(jié)。如飼料生產(chǎn)廠商或部門(mén)為了降低飼料原料有效氨基酸含量估測(cè)不準(zhǔn)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，配制的日糧蛋白質(zhì)水平通常高于豬的實(shí)際需要，這一方面造成飼料成本偏高，另一方面也會(huì)增加養(yǎng)豬業(yè)的成本。更準(zhǔn)確地配制滿(mǎn)足動(dòng)物蛋白質(zhì)需要的日糧，需要在建立更便捷、準(zhǔn)確地檢測(cè)或預(yù)測(cè)各種飼料原料有效氨基酸（SID氨基酸）含量，或者在系統(tǒng)評(píng)估各種飼料原料有效氨基酸含量的變化幅度方面取得突破。這方面的研究在家禽特別是蛋雞和肉雞方面也要盡快取得實(shí)質(zhì)性突破。飼料的凈能值的準(zhǔn)確估計(jì)也將提高谷物類(lèi)飼料的利用效率，從而減少碳的排放。

其次，飼糧從料倉(cāng)輸送到飼料槽的控制方式、料槽的設(shè)計(jì)、制作方面仍有較大的改進(jìn)空間，這方面的進(jìn)步可以有效減少飼料浪費(fèi)、提高8%～10%的飼料利用效率。我國(guó)與歐美國(guó)家相比，飼料轉(zhuǎn)化效率低在很大程度上與飼料浪費(fèi)大有關(guān)。

最后，造成我國(guó)畜禽養(yǎng)殖污染的一個(gè)重要原因就是大量畜禽糞便等廢棄物得不到有效利用，其中與畜禽糞便中的Cu、Zn乃至畜禽舍消毒用藥物殘留有關(guān)系，但主要是與有機(jī)肥的政策環(huán)境有關(guān)。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)家對(duì)化肥的生產(chǎn)、運(yùn)輸、購(gòu)買(mǎi)和使用等環(huán)節(jié)給予政策扶持，對(duì)每噸氮肥所有環(huán)節(jié)的補(bǔ)貼約為160元，而畜禽糞便生產(chǎn)的肥料則沒(méi)有補(bǔ)助政策，二者沒(méi)有平等的市場(chǎng)地位，這阻礙了畜禽糞便的還田利用。加之施用化肥更容易機(jī)械化，更清潔衛(wèi)生，短期效益更明顯，因此，將糞便制成更清潔、更方便、使用效果堪比化肥的肥料，將有效提升種植業(yè)消納養(yǎng)殖業(yè)糞污排放的能力。今后需要在工藝集成和標(biāo)準(zhǔn)化方面取得進(jìn)展，這將需要?jiǎng)游餇I(yíng)養(yǎng)學(xué)、微生物發(fā)酵工程和環(huán)境工程領(lǐng)域的專(zhuān)家攜手減少畜禽糞便中重金屬和藥物殘留，研究更有效的糞污收集、糞便固液分離、污水處理方法，將固體糞便與廢棄物加工成能媲美化肥的質(zhì)量足夠好且便于使用的干燥肥料。

畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)90年代即開(kāi)始關(guān)注養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題[6-7]，利用立法和經(jīng)濟(jì)措施來(lái)防治畜禽養(yǎng)殖造成的環(huán)境污染。我國(guó)養(yǎng)殖規(guī)模大、發(fā)展模式多，雖然可以借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和方法，但也需尋找更適合自己的路子。高效利用飼料進(jìn)行畜牧業(yè)生產(chǎn)、減少糞便和廢棄物污染方面的研究，包括從應(yīng)用基礎(chǔ)研究、應(yīng)用技術(shù)集成以及配套的政策理論研究，在當(dāng)前無(wú)疑都是受到養(yǎng)殖業(yè)界和政府環(huán)保部門(mén)的普遍歡迎，也是畜牧界亟需開(kāi)展的接地氣研究，有望為養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力。

參考文獻(xiàn):

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10.19556/j.0258-7033.2017-02-001

國(guó)家基礎(chǔ)重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃（2013CB127302）；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0700201）

尹靖東（1970-），博士，研究員，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物分子營(yíng)養(yǎng)與遺傳方向首席科學(xué)家，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目學(xué)術(shù)骨干，國(guó)家“985”平臺(tái)研究骨干，E-mail:yinjd@cau.edu.cn