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):

[1] National Research Council. Nutrient Requirements of Swine NRC (2012) Nutrient Requirements of swine[M]. Washington, D C: National Academy Press, 2012.

[2] National Research Council. Nutrient Requirements of Swine NRC (1998) Nutrient Requirements of swine[M]. Washington D C: National Academy Press, 1998.

[3] Gloaguen M, Le Floc’h N, Corrent E, et al. The use of free amino acids allows formulating very low crude protein diets for piglets[J]. J Anim Sci, 2014, 92:637-644.

[4] Qin C F, Huang P, Qiu K, et al. In fl uences of dietary protein sources and crude protein levels on intracellular free amino acid profile in the longissimus dorsi muscle of finishing inishing gilts[J]. J Anim Sci Biotech, 2015, 7: 184-193.

[5] Canh T T, Aarnink A J, Verstegen M W, Schrama J W. Influence of dietary factors on the pH and ammonia emission of slurry from growing- fi nishing pigs[J]. J Anim Sci, 1998, 76:1123-1130.

[6] Voorburg J H. Pollution by animal production in the Netherlands: solutions[J]. Rev Sci Tech, 1991, 10 (3):655-668.

[7] Han In K. (韓仁圭). Recent advances in animal nutrition and production of low pollution diets for monogastric animals[A]. 第一屆中韓國(guó)際動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)和飼料加工技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)文集[C].李德發(fā)主編. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 1996.

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