付 敏，陳天寶*，劉 怡，賴靖雯，歐陽佚亭，陳 敏，曾洪良

(1.四川省畜牧科學(xué)研究院,成都 610000；2.動(dòng)物遺傳育種四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,成都 610000)

我國是牛肉生產(chǎn)和消費(fèi)大國，肉牛產(chǎn)業(yè)作為我國畜牧業(yè)發(fā)展的重要組成部分，在提高農(nóng)牧民收入、改善居民膳食結(jié)構(gòu)等方面做出了重大貢獻(xiàn)，2019年牛肉產(chǎn)量為667.28萬t，僅次于美國和巴西，肉牛出欄達(dá)4533.87萬頭。隨著養(yǎng)殖數(shù)量增加和規(guī)?；潭忍岣?，肉牛養(yǎng)殖糞污給環(huán)境帶來了沉重的壓力，養(yǎng)殖量聚集程度越高，排放量越多，對環(huán)境的威脅也越大，而且，研究表明反芻動(dòng)物對環(huán)境的影響是其他牲畜的3～10倍。氮和磷是動(dòng)物生長必需營養(yǎng)元素，受自身消化生理決定，其不可能被動(dòng)物完全消化利用，未被消化吸收的和機(jī)體代謝產(chǎn)生的氮磷將主要通過糞便和尿液排出體外。過多的氮磷排放會(huì)給環(huán)境帶來許多負(fù)面影響，如地下水污染、動(dòng)物棲息地和生物多樣性變化、有害藻類、富營養(yǎng)化、缺氧和魚類死亡等。王夢竹等研究發(fā)現(xiàn),我國豬和肉牛是畜禽養(yǎng)殖氮元素進(jìn)入水體的主要排放單元。針對畜禽養(yǎng)殖環(huán)境污染問題，國家相繼開展了畜禽養(yǎng)殖污染綜合治理和畜禽養(yǎng)殖糞污資源化利用行動(dòng)，改善養(yǎng)殖面源污染問題，促進(jìn)種養(yǎng)循環(huán)發(fā)展。然而，加強(qiáng)畜禽糞便養(yǎng)分管理最關(guān)鍵的任務(wù)是準(zhǔn)確掌握糞肥養(yǎng)分特性，科學(xué)核算養(yǎng)殖場糞污產(chǎn)排量。

近年來，學(xué)者們從全球尺度、區(qū)域尺度、流域尺度、地區(qū)尺度和農(nóng)田尺度去衡量畜禽養(yǎng)殖氮磷的平衡和盈虧，由于各研究中所采用的肉牛養(yǎng)殖氮磷排泄參數(shù)差異較大，導(dǎo)致核算肉牛養(yǎng)殖產(chǎn)排量時(shí)結(jié)果誤差大，可比性較差。雖然，國內(nèi)外針對特定試驗(yàn)條件下肉牛養(yǎng)殖氮磷養(yǎng)分消化、排泄等方面有較多的研究，但在實(shí)際生產(chǎn)條件下肉牛氮磷排泄的研究報(bào)道較少，而且已有各研究氮磷排泄量差異較大，與污染普查中的產(chǎn)污系數(shù)也存在一定差異。動(dòng)物糞尿養(yǎng)分產(chǎn)排量受品種、生長階段、飼料特性和飼養(yǎng)管理方式等因素的影響很大，而我國肉牛養(yǎng)殖又存在分布廣、品種多、飼養(yǎng)管理水平差異大、飼料組成變化大等特點(diǎn)，這導(dǎo)致了難以用少數(shù)科學(xué)試驗(yàn)條件下的參數(shù)來衡量全國各區(qū)域生產(chǎn)實(shí)際排泄情況。因此，研究實(shí)際生產(chǎn)條件中不同養(yǎng)殖模式下氮磷排放是非常必要的。四川省是肉牛養(yǎng)殖大省，總量排在全國前列。因此，本研究旨在對四川典型養(yǎng)殖模式下的養(yǎng)殖場/戶開展肉牛糞尿產(chǎn)排量及氮磷養(yǎng)分特性研究，為完善肉牛養(yǎng)殖糞尿養(yǎng)分排泄參數(shù)體系和科學(xué)評估肉牛養(yǎng)殖氮磷排泄對環(huán)境貢獻(xiàn)及糞污資源化利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 典型養(yǎng)殖模式下監(jiān)測牛場(戶)的選擇

我國肉牛養(yǎng)殖以中小型養(yǎng)殖戶為主，其中出欄1～9頭的散養(yǎng)戶占95.39%， 10～49頭的散養(yǎng)戶占3.8%，年出欄50～99頭的養(yǎng)殖戶占0.6%。養(yǎng)殖模式以人工受精的自繁自養(yǎng)和商品架子牛育肥為主，養(yǎng)殖品種以西門塔爾牛、夏洛萊牛、利木贊牛和安格斯牛等品種的雜交牛為主。我國肉牛養(yǎng)殖清糞方式主要為干清糞，污水處理方式主要是厭氧發(fā)酵。

基于四川肉牛養(yǎng)殖現(xiàn)狀，選擇3種養(yǎng)殖模式開展肉牛糞尿產(chǎn)生量以及氮磷養(yǎng)分特性研究，每種模式選擇1個(gè)肉牛養(yǎng)殖定點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)，分別在春、夏、秋、冬四季節(jié)開展肉牛養(yǎng)殖糞尿及氮磷產(chǎn)排量監(jiān)測。其中，模式1為自繁自養(yǎng)肉牛養(yǎng)殖戶，常年存欄肉牛25～40頭；模式2為自繁自養(yǎng)適度規(guī)模養(yǎng)殖場，常年存欄肉牛200～300頭；模式3為架子牛育肥場(購進(jìn)架子?；驙倥?，常年存欄800～1 200頭。三種典型模式下的養(yǎng)殖場/戶選址及基本情況見表1。

表1 三種典型養(yǎng)殖模式下監(jiān)測肉牛場基本情況Table 1 Basic conditions of each monitoring beef cattle farms under three different typical breeding modes

1.2 監(jiān)測方法及數(shù)據(jù)采集

1.2.1 肉牛糞尿產(chǎn)生量測定及樣品采集

1.2.1.1 試驗(yàn)動(dòng)物及管理 分別在各養(yǎng)殖場，按照試驗(yàn)要求選擇健康、體重、膘情相近的犢牛、育成育肥牛、能繁母牛各5頭(模式3只選擇犢牛、育成育肥牛)，單欄飼養(yǎng)于試驗(yàn)圈舍限位欄。采用常規(guī)飼養(yǎng)管理，每天上午7:00和下午4:00喂料，上午7:30和下午4:30清掃圈舍，糞便用推車運(yùn)送到堆糞場。預(yù)飼7 d后，安裝糞尿收集裝置，適應(yīng)1 d，開始連續(xù)3 d的全收糞尿代謝試驗(yàn)。試驗(yàn)前后稱重，每天記錄飲水量、采食量、收集全部糞尿，測定糞便含水率。

1.2.1.2 樣品采集與處理 試驗(yàn)期間，每天喂料時(shí)采集飼料樣品，同一天飼料樣品混合均勻后，取樣500 g密封于塑封袋，標(biāo)記后冷藏保存。每天早上8點(diǎn)結(jié)算前一天的糞、尿量，并將同一天每頭試驗(yàn)牛的糞、尿分別混合均勻。糞樣按照四分法取2份樣品，各500 g，1份按照100 g新鮮糞便加入5 mL 4.5 mol·LHSO和2滴甲苯，混勻后密封于塑封袋，冷藏保存；另1份不做任何處理用于測定絕干水分含量。尿液混勻后取樣2份，各500 mL，按照按每100 mL加入2 mL 4.5 mol·LHSO和4滴甲苯，混勻后裝入潤洗后的塑料樣品瓶，密封，標(biāo)記后置于-20 ℃冷凍保存，3 d樣品采集完后立刻開展樣品檢測。

1.2.2 排污量測定及樣品采集

1.2.2.1 養(yǎng)殖場排污量測定 分別在春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)全收糞尿代謝試驗(yàn)的第1～3天，開展養(yǎng)殖場排污監(jiān)測，記錄每天牛糞收集量，原液收集池水位高度變化，計(jì)算每日污水產(chǎn)生量和糞便收集率。

(1)

式中：Q為糞便收集率(%)，F(xiàn)為養(yǎng)殖場每日糞便收集量(kg)，XF為第i階段肉牛日產(chǎn)鮮糞量(kg)，n為該養(yǎng)殖場第i階段肉牛存欄量。

(2)

式中：Q為污水產(chǎn)生量(L·head)，S為原液貯存池面積(m)，h為每日污水水位增加高度(m)。n為該養(yǎng)殖場肉牛存欄量。

1.2.2.2 糞污樣品采集 分別在鮮糞暫存區(qū)和堆肥區(qū)，按GB/T 25169-2010 畜禽糞便監(jiān)測技術(shù)，采集暫存糞便和堆肥樣品各2份，每份500 g，處理方法與新鮮糞便處理方法相同。在原液收集池和沼液貯存池，按GB/T 27522-2011畜禽養(yǎng)殖污水采樣技術(shù)規(guī)范，分別采集原液和沼液樣品各2份，每份500 mL，處理方法與尿液樣品處理方法相同。

1.3 檢測指標(biāo)及方法

飼料檢測含水率、粗蛋白、總磷；糞便檢測含水率、總氮、總磷；尿液檢測總氮、總磷，飼料樣品檢測采用官方分析化學(xué)家協(xié)會(huì)(AOAC)方法，糞便、尿液和污水檢測方法參照董紅敏等。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

通過Excel 2010對試驗(yàn)期各階段牛每天采食量、尿液、糞便、污水等分析指標(biāo)進(jìn)行初步整理，不同階段肉牛數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，以<0.05 作為差異顯著性標(biāo)準(zhǔn)，>0.05差異不顯著。通過逐步回歸分析影響肉牛糞便、尿液及氮磷排泄量的影響因素及重要性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同養(yǎng)殖模式下肉牛采食及糞尿產(chǎn)生量變化

3種模式下不同生長生理階段肉牛采食量及糞尿產(chǎn)生量變化見表2。在犢牛階段，糞便產(chǎn)生量差異顯著(<0.05)，且在模式2最高；尿液產(chǎn)生量差異不顯著(>0.05)。在育成育肥牛階段和能繁母牛階段，糞、尿產(chǎn)生量均差異顯著<0.05)，且在模式2最低。

表2 不同養(yǎng)殖模式下肉牛攝入與糞尿排泄情況Table 2 Intake and excretion of feces and urine of beef cattle under different typical breeding modes

2.2 不同養(yǎng)殖模式下肉牛糞尿氮排泄情況

不同養(yǎng)殖模式下肉牛糞尿氮排泄情況見表3。在犢牛階段，糞氮、尿氮、排泄總氮、氮排泄率均差異顯著(<0.05)，其中，模式1糞氮最低(24.51 g·d)，尿氮最高(44.83 g·d)，氮排泄率最高(84.53%)，模式2糞氮最高(28.63 g·d)，尿氮最低(44.83 g·d)，氮排泄率最低(59.29%)。在育成育肥牛階段，糞氮、尿氮、排泄總氮均差異顯著(<0.05)，氮排泄率差異不顯著(>0.05)，在模式2糞氮、尿氮、排泄總氮均為最低。在能繁母牛階段，氮攝入量、排泄量、排泄率均差異顯著(<0.05)。

表3 不同養(yǎng)殖模式下肉牛糞尿氮排泄情況表Table 3 Manure N excretion of beef cattle under different typical breeding modes

2.3 不同養(yǎng)殖模式下肉牛糞尿磷排泄情況

不同養(yǎng)殖模式下肉牛磷排泄情況見表4。各生長生理階段肉牛糞尿磷排泄差異顯著(<0.05)。在犢牛階段，模式3的總磷排泄量最高，而磷排泄率在模式1最高。育成育肥牛階段，模式3的攝入磷、排泄總磷最高，而模式2最低。在母牛階段，模式2排泄總磷、磷排泄率均顯著高于模式1(<0.05)。

表4 不同養(yǎng)殖模式下肉牛磷排泄情況表Table 4 Manure N excretion of beef cattle under different typical breeding modes

2.4 肉牛養(yǎng)殖糞尿及氮磷排泄量影響分析

為分析不同養(yǎng)殖模式對肉牛糞尿及氮磷養(yǎng)分排泄量的影響，將養(yǎng)殖模式、體重、干物質(zhì)采食量作為影響因子，分別對糞便、尿液、氮和磷排泄量開展逐步回歸分析，結(jié)果顯示：養(yǎng)殖模式、平均體重和干物質(zhì)采食量與肉牛糞便、尿液和氮磷排泄量分別具有顯著的線性相關(guān)性(<0.05)，其回歸模型及影響因素的重要性如表5所示。養(yǎng)殖模式對肉牛糞便產(chǎn)生量的影響重要性為15.3%，且與模式1呈顯著正相關(guān)關(guān)系(<0.05)；養(yǎng)殖模式對尿液產(chǎn)生量的影響重要性為36.6%，且與模式1呈顯著正相關(guān)(<0.05)，與模式3呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(<0.05)，而干物質(zhì)采食量對尿液產(chǎn)生量的影響不顯著(>0.05)；養(yǎng)殖模式對氮排泄量的影響重要性達(dá)61.0%，主要與模式2呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(<0.05)；養(yǎng)殖模式對磷的影響為45.0%，與模式1呈顯著正相關(guān)關(guān)系(<0.05)，與模式3呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(<0.05)。

表5 養(yǎng)殖模式、體重和干物質(zhì)采食量與肉牛糞尿及磷排泄的回歸關(guān)系及重要性Table 5 Relationships and importance of culture patterns, body weight, dry matter intake on faeces, urine ,N, P excretion of beef cattle

2.5 肉牛場糞便收集及氮磷養(yǎng)分特性

不同養(yǎng)殖模式下糞便收集率及氮磷變化見表6。三種模式下肉牛場的糞便收集率差異顯著(<0.05)，模式3糞便收集率最高，模式1糞便收集率最低。暫存糞便的含水率差異不顯著(>0.05)；糞便中氮磷含量差異顯著(<0.05)，模式3最高，模式2最低。從堆肥來看，模式3進(jìn)行生物發(fā)酵后，水分含量下降較多，氮含量降低了31.90%，磷含量降低了9.64%；模式2氮含量降低了14.6%，磷含量降低了20.69%。模式1是氮含量降低21.55%，磷含量降低35.90%。

表6 不同養(yǎng)殖模式下糞便收集率及氮磷變化Table 6 Fecal collection rate and changes of N and P concentrations in feces under different typical breeding modes

2.6 不同模式下肉牛場污水產(chǎn)生量及氮磷養(yǎng)分特性

不同養(yǎng)殖模式下肉牛場污水產(chǎn)生量及氮磷濃度變化見表7。三種模式下肉牛場污水產(chǎn)量差異顯著(<0.05)。模式1單頭肉牛污水產(chǎn)生量最高，達(dá)18.91 L·head·d，是模式2的3.20倍。暫存液中氮濃度在模式2最高，模式3最低。而磷的濃度在模式3最高，模式2最低。經(jīng)過厭氧處理后，氮和磷的濃度都有不同程度降低，模式1氮濃度變異較大，污水處理后濃度降低較少。而模式2，氮和磷的濃度分別降低了85.11%和81.93%，模式3氮磷分別降低了31.60%、80.30%。

表7 不同養(yǎng)殖模式下污水產(chǎn)生量及氮磷濃度變化Table 7 Sewage production and changes of N and P concentrations under different typical breeding modes

3 討 論

3.1 不同養(yǎng)殖模式下肉牛糞尿及氮磷排泄分析

本研究結(jié)果顯示，相同生理階段肉牛在不同養(yǎng)殖模式下糞尿及氮磷排泄量差異顯著。關(guān)于肉牛不同階段糞尿產(chǎn)生量和氮磷排泄等研究報(bào)道較少。模式1和模式2犢牛采食量、氮攝入與排泄量與云強(qiáng)等研究一致，育肥牛氮的攝入和排泄量與Chiavegato等研究一致，但是高于王國利等和Flessa等的研究。Dong等發(fā)現(xiàn)，體重為329 kg的肉牛日采食干物質(zhì)量為6.62 kg，日排泄總氮104.2 g，其中尿氮平均為60.4 g，本研究尿氮排泄量與之較一致，而糞氮高于上述這些研究。本研究磷的攝入與排泄量略低于許建海等報(bào)道的(369.5±37.8 kg)雜交后備母牛磷攝入與排泄量，與申躍宇等研究一致。影響肉牛糞尿產(chǎn)生及氮磷養(yǎng)分變化的因素較多，其主要?dú)w結(jié)為內(nèi)因和外因，內(nèi)因主要包括：品種、體重、體況、采食量等；外因主要包括飼養(yǎng)管理、氣候環(huán)境、飼料供應(yīng)等。肉牛糞便和氮磷的排泄量通常由采食量和飼糧消化率決定。研究表明，干物質(zhì)采食量與糞便的產(chǎn)生量呈顯著的正相關(guān)，飼糧中粗纖維含量的增加，會(huì)提高肉牛采食量，降低飼糧的消化率，導(dǎo)致糞便產(chǎn)生量增加；氮磷的攝入量大于動(dòng)物需要量時(shí)，糞尿中氮磷的排泄增加。與此同時(shí)，隨著體重的變化，機(jī)體代謝增強(qiáng)，通常會(huì)增加采食和排泄的量。

本研究中，外因影響主要體現(xiàn)在不同的養(yǎng)殖模式中。從本研究結(jié)果來看，養(yǎng)殖模式作為主要外因顯著影響糞便、尿液、氮和磷排泄量，且影響程度較大。其中，模式2對氮排泄具有顯著負(fù)相關(guān)，原因是模式2飼料原料種類單一，營養(yǎng)水平較TMR日糧差，且飼喂方式不同，氮攝入量較少，導(dǎo)致排泄量減少，因此呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)關(guān)系。模式1和模式3顯著影響尿液和磷的排泄，與模式1呈正相關(guān)，與模式3呈負(fù)相關(guān)。分析原因是模式3為架子牛規(guī)模育肥場，沒有繁殖母牛，加之飼養(yǎng)管理水平高，減少了尿液排泄量和磷的排泄，而模式1由于是自繁自養(yǎng)戶，在TMR飼料配制、飼養(yǎng)管理等方面存在不足。此外，磷的排泄還與當(dāng)?shù)仫暳虾惋嬎辛缀坑嘘P(guān)。

3.2 不同養(yǎng)殖模式下肉牛場糞污及氮磷養(yǎng)分含量變化

隨著畜禽養(yǎng)殖糞污資源化利用的推廣應(yīng)用，養(yǎng)殖場糞污收集率越高，對環(huán)境的污染越低。本研究中3種養(yǎng)殖模式下養(yǎng)殖場糞便收集率隨著規(guī)模化程度提高而提高，而單頭肉牛污水產(chǎn)量模式1最高，模式2最低，均小于我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18596-2001)規(guī)定值，這與養(yǎng)殖場糞污收集處理設(shè)施配套和管理水平有較大關(guān)系。被監(jiān)測的3個(gè)養(yǎng)殖場/戶，雖然都配套有雨污分流、糞便運(yùn)輸車、堆糞場、污水溝、污水收集池、厭氧發(fā)酵池等。但是，模式1是開放式圈舍，飲水與尿液不能完全分開，圈舍濕度較大，導(dǎo)致污水產(chǎn)量高，但原水收集池與圈舍距離近，氮的揮發(fā)可能相對較少。而模式2和模式3，由于規(guī)模場在糞便清理和飲水控制上更加合理，飲水進(jìn)入原液池的量較少，因此污水產(chǎn)量較低。模式2由于牛品種主要為本地雜交牛，個(gè)體均較小，尿液產(chǎn)量較低，而模式1和模式3主要為西雜牛，牛的個(gè)體大，排尿量較高。

糞便經(jīng)過簡單堆漚肥后還田利用，是我國畜禽固體糞便的主要處理方式，其占比達(dá)一半以上，但是簡單堆漚肥處理受堆體壓實(shí)程度、表面是否覆蓋、堆體高度等因素影響，其養(yǎng)分含量變化較大。因此，不同條件下，糞便堆肥處理后氮磷養(yǎng)分含量差異大。從污水處理來看，其氮磷濃度變異幅度也較大，本試驗(yàn)中三個(gè)監(jiān)測點(diǎn)污水厭氧發(fā)酵后磷的濃度低于王慶紅等研究結(jié)果，但仍然大于我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18596-2001)規(guī)定的厭氧發(fā)酵后允許磷最大排放濃度。分析原因除了排泄量的差異之外，厭氧發(fā)酵效果、飲水及當(dāng)?shù)丨h(huán)境中磷含量也有關(guān)系。影響污水中總氮濃度因素較多，如pH、溫度、處理時(shí)間等。模式1無論是厭氧發(fā)酵還是自然堆肥都是最簡單的處理方式，未添加任何其他物質(zhì)，而且由于周邊農(nóng)田需求量大，堆肥和厭氧發(fā)酵的時(shí)間都較短；模式2由于在糞便中添加有谷草，而且堆肥棚屬于開放式，氮的揮發(fā)較大；模式3由于在室內(nèi)進(jìn)行生物發(fā)酵，先進(jìn)行干濕分離后添加生物菌劑，因此干物質(zhì)和氮含量較高。

4 結(jié) 論

(1)養(yǎng)殖模式對肉牛養(yǎng)殖糞尿及氮磷排泄影響顯著，其對尿液(36.6%)和氮(61.0%)磷(45.0%)排泄量的影響強(qiáng)度大于對糞便排泄(15.3%)的影響。

(2)三種模式下糞便收集率：規(guī)模肉牛育肥場(86.22%)>適度規(guī)模自繁自養(yǎng)場(76.85%)>散養(yǎng)戶(71.09%)；污水產(chǎn)生量：散養(yǎng)戶(18.91 L·head·d)>規(guī)模肉牛育肥場(11.29 L·head·d)>適度規(guī)模自繁自養(yǎng)場(5.91 L·head·d)。而且糞污經(jīng)貯存處理后，氮磷濃度變化較大。因此，要準(zhǔn)確評判肉牛養(yǎng)殖產(chǎn)排污情況，一方面要繼續(xù)加大不同養(yǎng)殖模式下肉牛養(yǎng)殖產(chǎn)排污系數(shù)監(jiān)測，另一方面要提高肉牛養(yǎng)殖的標(biāo)準(zhǔn)化水平。