北京地區(qū)生長(zhǎng)育肥豬采食、排泄及生長(zhǎng)性狀間的典型相關(guān)分析

王俊健 ，王曉鳳，李偉寧，余 健，胡蒸蒸，陳少康，李 爽，鄭美麗，郭 峰，鄭瑞峰*，劉劍鋒*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100193；2.北京市畜牧總站，北京 100101）

隨著生豬產(chǎn)業(yè)集約化養(yǎng)殖技術(shù)的進(jìn)步，生豬飼養(yǎng)技術(shù)、生產(chǎn)效率快速提高，規(guī)模豬場(chǎng)的糞便排放量劇增，污染問(wèn)題也越來(lái)越突出。統(tǒng)計(jì)顯示，全國(guó)目前畜禽糞污年產(chǎn)生量約38 億t，據(jù)《中國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)形勢(shì)分析與預(yù)測(cè)（2013）》，畜禽養(yǎng)殖排放的糞水可以做為非常有價(jià)值的有機(jī)肥，但由于目前存在處理利用不合理、種養(yǎng)結(jié)合不緊密等問(wèn)題，影響到了我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全以及人類(lèi)健康也有一定影響[1]。因此，減少豬場(chǎng)糞污排放在當(dāng)前畜牧業(yè)大環(huán)境下具有十分重要的意義。

目前對(duì)畜禽養(yǎng)殖污染采取的處理方式主要有2 種：一種以生產(chǎn)為主導(dǎo)，將糞污肥料化，但該方法需要有配套耕地，且由于土地也不能過(guò)載，因此需要較大量的土地配套；二是工程處理[2]，糞便和污水通過(guò)沼氣池實(shí)現(xiàn)能源化，但目前技術(shù)與裝備普遍落后，處理成本與養(yǎng)殖業(yè)的低利潤(rùn)、高風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)之間矛盾突出，同時(shí)也有一定的二次污染，后續(xù)還是要與種植業(yè)結(jié)合。而通過(guò)育種技術(shù)來(lái)降低豬場(chǎng)糞污排放則可從根源上減少規(guī)模化豬場(chǎng)的糞污排放，同時(shí)基本無(wú)固定資產(chǎn)投入，符合當(dāng)前畜禽產(chǎn)業(yè)發(fā)展和未來(lái)市場(chǎng)的需求。因此，分析生長(zhǎng)育肥豬采食、生長(zhǎng)和排泄之間的關(guān)系對(duì)于未來(lái)的育種工作十分必要。典型相關(guān)分析目的在于識(shí)別并量化兩組變量之間的聯(lián)系，在不損失元變量的基礎(chǔ)上將兩組變量相關(guān)關(guān)系的分析轉(zhuǎn)化為一組變量的線性組合與另一組變量線性組合之間的相關(guān)關(guān)系分析，一定程度上彌補(bǔ)了簡(jiǎn)單相關(guān)只能研究2 個(gè)變量且易受其他因素干擾的缺點(diǎn)。本研究應(yīng)用典型相關(guān)分析對(duì)生長(zhǎng)育肥豬采食、生長(zhǎng)和排泄3 組性狀共11 個(gè)變量進(jìn)行研究，揭示其相互關(guān)系，為今后通過(guò)育種降低糞污排放提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物、地點(diǎn)和時(shí)間 飼養(yǎng)試驗(yàn)在北京順義區(qū)天鵬興旺養(yǎng)殖有限公司進(jìn)行，試驗(yàn)選用120 頭健康狀況良好、生理年齡相近、體重70 kg 左右的生長(zhǎng)育肥豬（94 頭大白豬，20 頭長(zhǎng)白豬，6 頭杜洛克），試驗(yàn)豬性別隨機(jī)。試驗(yàn)從2018 年6 月開(kāi)始，共140 d。

1.2 飼養(yǎng)管理 每批挑選10 頭符合條件的生長(zhǎng)育肥豬稱(chēng)重后置于代謝籠中進(jìn)行飼養(yǎng)試驗(yàn)，共12 批，給與充足的飼料和飲水以供其自由采食，每批次飼養(yǎng)周期為7～10 d，試驗(yàn)期間對(duì)每頭豬的飼料采食量、飲水量、糞尿排放量進(jìn)行記錄。

試驗(yàn)使用的代謝籠為自主設(shè)計(jì)，籠體下部鋪設(shè)漏縫板與底部糞尿收集裝置連接。糞尿收集裝置包括攔糞網(wǎng)、排泄槽、糞便轉(zhuǎn)移盤(pán)及尿液轉(zhuǎn)移箱。排泄物通過(guò)漏縫板流通到排泄槽，位于排泄槽上方的攔糞網(wǎng)可將尿液過(guò)濾，即尿液通過(guò)導(dǎo)孔收集到尿液轉(zhuǎn)移箱，從而實(shí)現(xiàn)糞尿分離。采食裝置包括食槽及架設(shè)在主體框架上部的水箱，該箱體用水管相連接，配備碗式飲水器。

1.3 樣品采集與分析 飼養(yǎng)試驗(yàn)中每天從代謝籠中收集已分離的每頭豬排放的全部糞尿并分別進(jìn)行稱(chēng)重，選取飼養(yǎng)第4 天的糞便和尿液分別混勻后對(duì)其中成分進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)糞便中全氮、全磷、銅和鋅的含量，檢測(cè)方法分別為全氮含量測(cè)定法（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)NY 525-2002）、全磷含量測(cè)定法（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)NY 525-2002）、火焰原子吸收分光光度法（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB/T 17138-1997），檢測(cè)中尿液凱氏氮、總磷、銅和鋅的含量及pH，測(cè)定方法分別為凱氏法（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB 11891-89）、鉬酸銨分光光度法（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB 11893-89）、原子吸收分光光度法（GB 7475-87）和玻璃電極法（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GB 6920-86），其中，由于不同時(shí)段豬尿液的pH 會(huì)發(fā)生變化，每一批次都統(tǒng)一在09:00 測(cè)量pH，飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后再次對(duì)豬稱(chēng)重并記錄。得到糞尿成分測(cè)量結(jié)果后根據(jù)畜禽養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)污系數(shù)的基本公式，計(jì)算每頭試驗(yàn)豬的產(chǎn)污系數(shù)[3]。

其中，F(xiàn)Pijk為每頭豬產(chǎn)污系數(shù)，單位為mg/d；QFij為每頭糞產(chǎn)生量，單位為kg/d；CFijk為第 i 種動(dòng)物第 j 生產(chǎn)階段糞便中含第 k 種污染物的濃度，單位為mg/kg；QUij為每頭尿液產(chǎn)生量，單位為L(zhǎng)/d；CUijk為第 i 種動(dòng)物第 j 生產(chǎn)階段尿中含有第 k 種污染物的濃度，單位為mg/L。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 典型相關(guān)分析是利用主成分分析的思想，把多個(gè)變量之間的相關(guān)化為2 個(gè)新的綜合變量之間的相關(guān)，即求α=(α1,…,αp)’ 和和β=(β1,…,βq)’使得新變量：

2 個(gè)新的綜合變量之間有最大可能的相關(guān)，相關(guān)最大的變量即為第一典型相關(guān)變量，其相關(guān)系數(shù)即為第一典型相關(guān)系數(shù)。典型相關(guān)變量的相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)采用Bartlett 的大樣本卡方檢驗(yàn)[4]。本試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析使用SAS 統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)（9.2）進(jìn)行，典型相關(guān)分析使用CANCORR 過(guò)程進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 各性狀均值、標(biāo)準(zhǔn)差及其與體重的關(guān)系 本試驗(yàn)共采集到117 頭豬的11 個(gè)性狀表性數(shù)據(jù)，分別為采食量（X1）、飲水量（X2）、日增重（X3）、體重（X4）、排糞量（X5)、排尿量（X6）、N 產(chǎn)污系數(shù)（X7）、P產(chǎn)污系數(shù)（X8）、Cu 產(chǎn)污系數(shù)（X9）、Zn 產(chǎn)污系數(shù)（X10）和尿液pH（X11），其均值與標(biāo)準(zhǔn)差如表1 所示。

表2 顯示，體重與試驗(yàn)中檢測(cè)的多數(shù)性狀具有顯著的相關(guān)性，與排糞量存在顯著的正相關(guān)（P＜0.05），與采食量、排尿量及N、P、Cu、Zn 的產(chǎn)污系數(shù)存在極顯著的正相關(guān)（P＜0.05），和尿液pH 存在極顯著的負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。

2.2 性狀之間相關(guān)分析結(jié)果 經(jīng)相關(guān)性檢驗(yàn)（表3），飲水量和P 產(chǎn)污系數(shù)、排尿量和日增重以及飲水量和采食量3 對(duì)性狀之間存在顯著的正相關(guān)（P＜0.05），尿液pH 和采食量顯著負(fù)相關(guān)，采食量和排尿量等32 對(duì)性狀之間有極顯著的正相關(guān)（P＜0.01），尿液pH 和Cu 產(chǎn)污系數(shù)，尿液pH 和采食量及尿液pH 和Zn 產(chǎn)污系數(shù)3對(duì)性狀間極顯著負(fù)相關(guān)（表4）。其中P 產(chǎn)污系數(shù)和排糞量的相關(guān)系數(shù)最大（0.921）。

2.3 各性狀的典型相關(guān) 各性狀間的典型相關(guān)系數(shù)、貢獻(xiàn)率及概率值見(jiàn)表5，3 組性狀的第1 典型相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平，所解釋的相關(guān)信息分別為0.846 5、0.736 7 和0.997 8。而采食性狀與產(chǎn)污性狀，以及生長(zhǎng)性狀和產(chǎn)污性狀的第2 典型相關(guān)系數(shù)也達(dá)到極顯著水平，但所解釋的相關(guān)信息僅為0.153 5 和0.263 3。3 組性狀均具有較強(qiáng)的相關(guān)性，其中采食性狀和生長(zhǎng)性狀的相關(guān)性最高。

表1 各性狀的均值和標(biāo)準(zhǔn)差

表2 體重與各性狀的相關(guān)系數(shù)

表3 各性狀之間的相關(guān)系數(shù)

表4 各性狀之間的相關(guān)系數(shù)補(bǔ)充

2.4 各性狀間典型變量的構(gòu)成 各性狀間的第1 典型變量的相關(guān)都達(dá)到了顯著水平（P＜0.05），而采食與產(chǎn)污性狀，以及生長(zhǎng)與產(chǎn)污性狀之間的第2 典型相關(guān)變量也達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）。

3 討 論

3.1 體重對(duì)各性狀的影響 豬的體重與其年齡存在極顯著的相關(guān)性，因此在大多數(shù)模型中豬的年齡都被體重所替代。在本研究中，豬的體重也與采食量、排尿量和排糞量都存在相關(guān)關(guān)系。王杰等[5]由此擬合出高原地區(qū)杜× 長(zhǎng)× 大三元豬采食量與體重的回歸方程：Y=1.0575Ln(X)-1.5761，R2=0.868 7 來(lái)預(yù)測(cè)豬的采食量。采食和生長(zhǎng)性狀間第一典型變量的構(gòu)成中可以看出，V1中以采食量的系數(shù)最大，W1以日增重的系數(shù)最大，說(shuō)明日增重較體重與采食量的相關(guān)性更強(qiáng)，在試驗(yàn)中自由采食會(huì)由于豬拱料造成大量浪費(fèi)，而相關(guān)分析表明生長(zhǎng)育肥豬的日增重與體重并無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系，因此為減少飼料浪費(fèi)可以在生產(chǎn)實(shí)踐擬合回歸方程時(shí)可以加入日增重，提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，從而為飼料供給提供參考。

本研究中采集到的尿液樣品大多呈堿性（104/108），豬尿液pH 主要受飼糧中的非淀粉多糖含量[6]及腎臟調(diào)節(jié)體液酸堿度能力影響，且放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)細(xì)菌分解尿液成分產(chǎn)生氨導(dǎo)致尿液pH 改變，試驗(yàn)中豬群采食飼料相同，尿液pH 與體重和采食量均呈現(xiàn)極顯著的負(fù)相關(guān)，即體重越小的豬尿液堿性越強(qiáng)，可能原因是生長(zhǎng)育肥豬器官和功能仍處于發(fā)育狀態(tài)，體重高的豬腎臟功能更為完善，保堿能力更為健全，因而擁有較強(qiáng)的體液酸堿度調(diào)節(jié)能力，尿液pH 更接近7。

3.2 采食性狀與生長(zhǎng)性狀之間的關(guān)系 生長(zhǎng)育肥豬的采食性狀和生長(zhǎng)性狀間存在顯著的相關(guān)性，且該相關(guān)主要由采食量和日增重引起的，實(shí)際生產(chǎn)中也常通過(guò)控制豬的采食量提高其生產(chǎn)性能。從相關(guān)性上來(lái)看雖然飲水量與日增重之間并無(wú)關(guān)系，但飲水量與采食量存在顯著相關(guān)性，且第一典型變量V1中飲水量系數(shù)也較大。Schlink 等[7]使用20～90 kg 的生長(zhǎng)育肥豬進(jìn)行試驗(yàn)估算出平均飲水量與采食量的比值為2.56:1，而本試驗(yàn)該比值為2.75，可能原因在于豬的飲水量受氣溫、飼料組成及飼養(yǎng)管理水平等因素影響。此外在豬飲水量中有相當(dāng)一部分不是由于豬的生理需求，而是由豬的習(xí)性而消耗，如使用飲水器時(shí)由于豬的習(xí)慣存在差異，浪費(fèi)水量也有所不同，因此生產(chǎn)試驗(yàn)中豬的實(shí)際飲水量往往會(huì)偏高。但可以通過(guò)采食量估算豬的飲水所消耗的水資源，從而為擬定廢水處理方案提供參考。

本試驗(yàn)中平均日增重為0.42 kg/d，低于在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種豬質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（廣州）測(cè)得的0.899 kg/d，平均耗料增重比約為4.5，高于上海種豬工程技術(shù)研究中心測(cè)得的2.34，可能原因在于試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)期氣溫較高，豬的應(yīng)激較強(qiáng)，造成拱料及飼料浪費(fèi)較嚴(yán)重，由于條件限制不能將浪費(fèi)飼料全部收集，此外有些豬在炎熱天氣時(shí)采食量顯著降低，在飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后體重甚至有所減少導(dǎo)致。

表5 各組性狀間典型相關(guān)系數(shù)

表6 各性狀間相關(guān)顯著的典型變量的構(gòu)成

3.3 生長(zhǎng)性狀與排泄性狀之間的關(guān)系 生長(zhǎng)性狀與排泄性狀間相關(guān)顯著的第1 對(duì)典型變量中，V1中以體重的系數(shù)最大，日增重的系數(shù)稍小，W1中以排尿量和P 產(chǎn)污系數(shù)較大，說(shuō)明采食性狀和排污性狀間V1和W1相關(guān)顯著主要由體重、日增重和排尿量及P 產(chǎn)污系數(shù)的相關(guān)引起的，可以認(rèn)為豬的體重和日增重對(duì)于排尿和P 產(chǎn)污系數(shù)有較大影響。氮、磷是是畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染源的重要指標(biāo)，也是水體污染檢測(cè)的主要指標(biāo)，若排放量超過(guò)農(nóng)田承載容量可能會(huì)造成土壤退化、水體污染等問(wèn)題。磷在豬體內(nèi)起著重要的生物學(xué)作用，如參與骨骼和牙齒組成、體內(nèi)能量代謝等，而豬對(duì)飼料中的植酸磷利用率極低，生產(chǎn)中往往在日糧中添加過(guò)量的無(wú)機(jī)磷來(lái)滿(mǎn)足豬的需要，但同時(shí)造成了環(huán)境污染，且豬場(chǎng)排出廢水會(huì)隨著儲(chǔ)存時(shí)間增加其中無(wú)機(jī)磷比例會(huì)增加，廢水污染風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)上升[8]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，豬P 產(chǎn)污系數(shù)與日增重顯著相關(guān)，在各產(chǎn)污系數(shù)的典型變量中，其系數(shù)最大，與日增重的相關(guān)最強(qiáng)，因此與生產(chǎn)的關(guān)系也最為緊密。此后在育種時(shí)可均衡經(jīng)濟(jì)收益與環(huán)境影響采取平衡育種來(lái)減少糞中磷含量，此外，畜牧場(chǎng)的氮磷排放量除生理因素外與飼料結(jié)構(gòu)、糞污處理方式有關(guān)，在實(shí)際生產(chǎn)中也需要根據(jù)飼料磷生物學(xué)價(jià)值評(píng)定合理配置日糧[9]，采取適當(dāng)?shù)那寮S方式來(lái)達(dá)到減排目的。

3.4 采食性狀和排泄性狀之間的關(guān)系 采食和產(chǎn)污性狀的第1 典型相關(guān)變量中，V1以采食量的系數(shù)最大，而W1中以排糞量、排尿量和P 產(chǎn)污系數(shù)的系數(shù)較大，說(shuō)明采食和產(chǎn)污性狀間V1和W1相關(guān)顯著主要由采食量和排糞尿量及P 產(chǎn)污系數(shù)之間的相關(guān)引起的；而在第2典型相關(guān)變量中，V2以飲水量的系數(shù)最大，而W2中N產(chǎn)污系數(shù)最大，說(shuō)明典型變量V2和W2相關(guān)主要由飲水量和N 產(chǎn)污系數(shù)引起的。飼養(yǎng)中減少N 排放的主要方法是減少日糧中蛋白質(zhì)含量，但當(dāng)飼料中的粗蛋白降至12%時(shí)，豬的生長(zhǎng)發(fā)育就會(huì)受到抑制[10]，因此，兼顧環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)效益，在減少豬氮排放時(shí)，除了采取低氮日糧，相應(yīng)的育種措施也需要落實(shí)。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，生長(zhǎng)育肥豬的產(chǎn)污與采食及生長(zhǎng)性狀都顯著相關(guān)，豬在增重帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生更多的污染物，因此在規(guī)劃育種方案時(shí)，應(yīng)采取平衡育種的理念，在提高豬經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也要兼顧環(huán)保因素，減少對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染。在糞尿的各種污染組分中，N 和P 與采食及增重的相關(guān)關(guān)系最為密切，為降低其產(chǎn)污系數(shù)營(yíng)養(yǎng)和育種方面都需要更多的重視。本試驗(yàn)在順義區(qū)展開(kāi)，可以為北京及華北地區(qū)的育種提供參考，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖過(guò)程清潔化，降低畜牧產(chǎn)業(yè)環(huán)保壓力、提高養(yǎng)殖效率、促進(jìn)生豬養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展。