畜牧氮污染及其营养调控

（1、湖南长沙绿叶生物科技有限公司，长沙，4101252、湖南农业大学动物医学院，长沙，410128）

随着畜牧业生产规模的不断扩大和集约化程度的不断提高，畜禽排泄物中氮对环境的污染日趋严重，畜禽生产过程中积累的大量粪尿不仅会污染表土层和地下水，其产生的有害气体还会污染大气，并由此产生一系列公害。因此减少畜牧业中排泄物的污染已成为当务之急。

畜禽粪便中的一部分氮挥发到大气中增加了大气中的氮含量，严重时行成酸雨，危害农作物，其余大部分则被氧化成硝酸盐渗入地下或地表水流入江河，从而造成广泛的污染。有报道称，在德国一万平方公尺的土地上就有10公升的氮跟着雨水下来，氮以硝酸盐型式污染水源后，会导致蓝婴症、胎儿畸型、婴儿瘁死症、孩童高血压及成人胃癌。因氮水溶性高，极易溶于河川及湖泊中，导致水中绿藻水生植物的大量繁殖，造成河川及湖泊优养化，使河道阻塞，洪水泛滥及水中缺氧，海草和鱼类寄生虫渐多，鱼贝死亡。据估计，畜牧业是造成中国南海氮污染的主要内陆根源，导致海洋生态系统生物多样性的丧失。因此，美国环保署(EPA)订定饮用水中硝酸盐可容许最高浓度为10ppm。另外，目前，日本已订定放流水中氮标准为120ppm，在畜牧业方面，因极难达此标准，而暂定为260ppm。我国尚无标准，目前正研拟标准中。

氮主要以蛋白质、肽、氨基酸等形态被动物所利用。各种含氮营养素一部分沉积于体内供机体利用，其余部分则以粪尿氮排出体外。畜禽排泄物中氮的主要来源于粪氮和尿氮，粪氮由未消化的氮、微生物氮和内源氮三部分构成。内源氮损失来源于胃肠道，包括来自于唾液、胆汁、胰、肝和肠分泌物、血浆以及脱落的上皮。尿氮是以吸收未利用的氨基酸和氮从尿中排出的。畜禽粪和尿常混在一起，由于微生物的活动，粪尿中含氮物质大量降解，产生大量挥发性脂肪酸和氮。粪尿排出后，约有60%~75%的氮转化为氨。由于集约化饲养和管理方式，动物饲养所产生的粪便水分含量较高，含有丰富的微生物及各种代谢酶，加速了动物排泄物中氨气的产生与挥发。同时多数来源于含氮化合物的含硫有机化合物与无机含硫物也会在微生物的作用下形成挥发性含硫气体。另外，在粪尿中还发现80多种含氮化合物，其中有10种对恶臭有重要影响[1]。　

提高畜禽对氮的代谢利用率与确定其合理的需要量是目前动物营养研究工作者需要共同面对的一个重要课题。这是因为：首先，畜牧业生产的主要目的是将饲料级蛋白质转化为高价值的动物产品供人类食用。近年来，全球动物产品持续增长，以满足人口增长带来的对动物蛋白质消费增长的需要；第二，日粮氮被认为是动物饲养中第二昂贵的营养素，因此提高氮利用率是提高养殖效益的关键；第三，最近几年，集约化养殖中产生动物性来源的气味（特别是来源于猪排泄物的气味）及其对环境的有害作用已成为一个关乎全球可持续发展的重要问题。日粮含氮化合物（包括蛋白质、DNA和RNA）是产生对环境有负面作用的动物性来源气味的主要前体物质。尿液中的尿素与粪中不可消化的蛋白质、DNA及RNA是动物粪便氨散发的主要来源，并对环境造成污染。含硫氨基酸以及其它无机、有机含硫化合物通过体内或体外厌氧发酵产生的有害挥发性硫化物。苯基丙氨酸、氨酸和色氨酸厌氧降解产生的苯酚和吲哚是肉品中产生不良气味的主要原因。而且，畜禽粪中含氮化合物通过硝化基作用产生硝酸盐和一氧化二氮是地面水资源污染、温室效应与气候恶化的原因。因此，提高日粮氮利用率是降低集约化养殖对环境造成负面影响的关键[2]。

本文主要从饲料营养和饲养管理方面阐述了提高氮利用率，减少氮污染的各种技术和管理措施。

一、饲料营养方面

（一）科学确定养分需要量

所有减少氮排出的措施是否成功，取决于能否准确估测动物对氨基酸的需要量及饲料中可利用氨基酸的含量(NRC，1998)[3]。

动物对氮的需要量是营养学家设计配方和配制日粮的标准，而影响氮需要量的因素有很多，如动物品种、饲养水平、环境条件、饲料原料质量等。因此，在进行有关试验时要选择有代表性的动物，尽可能全面考虑种种影响因素。饲料原料中氨基酸的含量、质量的差异很大，因此，不仅要测定各种氨基酸的含量，而且还应测定各种氨基酸的回肠消化率和全消化道消化率，这样才能准确地反映饲料营养价值和动物的营养需要，有效地预测动物的生产性能，做出的配方才能满足畜禽的营养需要且保证氮的最少摄入，从而达到氮的最小排出。

（二）按理想蛋白模式配制日粮

随着时代的进步和科技的发展，人们对畜禽日粮蛋白质营养的认识与研究已从关注粗蛋白质营养发展到真蛋白质营养，并逐渐深入到氨基酸营养，可消化氨基酸营养的研究。按畜禽理想蛋白质模式[4]，可消化氨基酸为基础添加合成氨基酸[5]，配制成符合畜禽营养需要的平衡日粮，可以适当降低饲料粗蛋白水平而不影响动物的生产性能。此时饲料的转化率最大，营养素排除最少。既可以节省蛋白质资源，又可以减少氮污染。

合成氨基酸的使用畜禽日粮中氮的利用率通常只有30%-50%，要提高氮的利用率，必须提高日粮氨基酸的平衡；而日粮中必需氨基酸含量占总氮含量45%-55%时，氮的利用率最高。在日粮氨基酸平衡性较好的条件下，日粮蛋白质降低2个百分点对动物的生产性能无明显影响，而氮排泄量却能下降20%。使用相同氨基酸水平而粗蛋白水平低4%的日粮，使动物的总氮排泄量降低了49%（P<0.01），而生产性能未受影响。

各国学者已尝试通过配制氨基酸平衡的低蛋白质日粮，以减少氮的排出，并取得良好的效果[6~9]。实践证明，按可消化氨基酸和理想蛋白模式计算并配制的饲料，可降低日粮蛋白质水平2.5%，而生产性能不减，在日粮氨基酸平衡性较好的条件下，日粮粗蛋白质水平降低2个百分点对动物的生产性能无明显影响，而这可使氮的排泄量降低10%～20%[10]。鸡粪中氮含量减少20%。日本一项关于肉用仔鸡的研究指出，在蛋白质水平16%的饲粮中添加合成氨基酸，能达到和蛋白质水平18%的饲粮相同的生产性能。而且在56日龄时，蛋白质水平16%的饲粮与蛋白质水平18%的饲粮相比，其氮排泄量可降低到70%（荻原郁子，2001)）。无论在仔猪阶段还是在生长猪阶段，低蛋白氨基酸平衡日粮均可提高猪的生产性能和饲料转化率，并可降低粪氮的排放量[11]。据冯定远[12]研究报道，在生长猪和育肥猪日粮中添加氨基酸，同时使日粮粗蛋白质降低1个百分点，猪的体增重未受到影响，氮的利用率有所提高，其粪便中氮的排泄量降低17.7%。随着科学技术的发展，在畜禽日粮中添加赖氨酸，蛋氨酸已被养殖者充分接受，而在日粮中添加苏氨酸，色氨酸正处于研究阶段。有资料表明，以理想蛋白氨基酸模式为指导，按可消化氨基酸配制日粮，添加合成氨基酸，使日粮蛋白质水平降低两个百分点时，则猪粪尿中排出的氮可以减少25%；如果同时在猪日粮中添加赖氨酸，苏氨酸，蛋氨酸和色氨酸可以使日粮蛋白质水平降低四个百分点而不影响生长速度，此时粪尿中氮的排出量大约减少29.3%。Carter等（1996）报道，在生长育肥猪日粮中添加赖氨酸（Lys）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）及色氨酸（Trp），减少4个百分单位的日粮粗蛋白质含量并显著降低氮排泄（34%）。将人工合成的L-赖氨酸添加于饲料中，在不影响动物生产性能的前提下，可替代蛋白质中的赖氨酸，降低粗蛋白质的含量和饲料费用[13]。Boza等（1995）的研究表明，以小肽形式作为氮源时，整体蛋白质沉积高于相应氨基酸日粮或完整蛋白质日粮。

随着合成氨基酸生产规模的扩大，成本会逐渐降低,同时由于人们对环境问题的认识，合成氨基酸的用量将会有很大幅度的增加[14]。豆粕是易受市场波动且需大量进口的大宗饲料原料，当豆粕价格较高时,通过补加合成氨基酸降低豆粕用量，可以降低饲料成本，同时节省外汇。血清尿素氮可以较准确的反映动物体内蛋白质代谢和氨基酸的平衡情况,氨基酸平衡良好时，血清尿素氮浓度下降[15]。因此，在畜禽日粮中使用合成氨基酸，能提高日粮氮利用率，减少粪尿氮排出量，从而节约饲料蛋白质，减少氮污染。

（三）选取合适的饲料原料

选择畜禽易消化的饲料原料，显然可以提高营养物质的消化率而降低排泄量。而且有什么样的饲料原料，就有什么样的饲料产品。为了提高饲料中养分的利用率，在选购饲料原料时一定要注意选购消化率高、营养变异小、有毒有害少、安全性高的原料。这样生产的饲料，才能达到消化率高、增重快、排泄少、污染少、无公害的目的。选用谷物和其它蛋白质消化率高的饲料，取代农副产品等蛋白质消化率低的原料来配制猪饲粮可使日粮氨基酸的平衡性更好，从而可提高氮的消化利用率。

（四）消除饲料中的抗营养因子

目前，我国畜禽日粮多以玉米-豆粕型为主，在这些植物性饲料原料中含有大量的抗营养因子，如蛋白酶抑制因子，凝集素，等等，这些抗营养因子的存在对日粮蛋白质的消化吸收会产生不利的影响。经过适当的加工处理，如加热，膨化，制粒，添加酶制剂等可以消除日粮中的抗营养因子对日粮中粗蛋白消化，吸收的影响，实践已证明，加热处理过的大豆饼粉比未加热处理的氨基酸的消化率提高30%以上，饲料中蛋白质的消化吸收率的提高，相应减少了粪便中氮的排出量。

（五）利用合理的饲料加工技术

饲料的合理加工已经认识到不仅营养成分的配比会影响饲料转化效率的改善，加工工艺，如粉碎、混合、膨化等也影响各种饲料营养成分的利用效率。粉碎后的饲料粒度降低，表面积增大，有更多的机会同消化酶反应，可提高消化率。膨化可使大分子的淀粉和蛋白质等切成小分子的物质，而新物质更有利于消化吸收。用膨化全脂大豆和高粱饲喂单胃动物时，可以改善了膨化原料的干物质消化率和氮消化率，制粒颗粒料不仅可以改善饲料利用效率，还可减少饲喂粉料时抛洒或将粪尿污染后造成浪费。已知采用膨化或颗粒加工技术，可破坏或抑制饲料中抗营养因子，提高养分利用率。但是，在加工技术中要防止营养成分的损失，维生素、酶及药物都易受到高温条件的破坏。因此，为了防止高温制粒时营养物质活性受到破坏，要采取一些保护措施，如将营养物质加保护膜。正确的饲料加工调制能提高其消化率，每提高1%的消化率，每公斤肉产品的氮损耗就要减少1.4%（vanKempen，2000）。

（六）添加外源蛋白酶，提高蛋白质利用率

随着酶工业的发展，各种酶制剂相继应用于饲料工业中，这不仅可以提高蛋白质的利用率，降低蛋的排出量，而且可以提高畜禽生产能力。现在开发的蛋白酶主要包括胃蛋白酶，胰蛋白酶，木瓜蛋白酶，菠萝蛋白酶等，其主要作用是将动物摄取的饲料蛋白质分解为小分子的肽或氨基酸，被动物吸收后用于重新组合成自身的蛋白质。饲料中添加饲用酶制剂不仅能补充内源酶的不足，还能消除饲料中抗营养因子和有毒有害物质的影响，促进饲粮养分的消化吸收，减少家禽排泄物对环境的污染，促进生态营养的发展。酶制剂添加在饲料中能提高畜禽对饲料蛋白质的消化和利用率，使饲料中较高含量的蛋白质和氨基酸被释放出来，降低氮的排出。如：植酸酶、纤维素酶、ß-葡聚糖酶、蛋白酶等，这些酶可释放出谷物中的碳水化合物，从而提高蛋白质的利用率，又可提高碳水化合物的利用率。这样可使粪便量和氮排出量减少20%。

微生态制剂（EM）是一种新型活菌制剂，进入肠道内促进畜禽体内微生态平衡发生变化，增加肠道有益菌群的数量，防止肠道微生态失调，明显提高机体对各种营养物质的吸收，提高饲料利用率。其中益生素在畜牧业中的应用日趋广泛。

另外，有些中草药饲料添加剂，如：艾叶、大蒜、秸杆、苍术等，不仅能促进畜禽生长发育，而且还能提高畜禽对饲料的利用率。它们为取代抗生素、化学合成药物、微量元素饲料添加剂提供了新途径。

二、饲养管理方面

（一）阶段饲喂

阶段饲喂就是用不同养分组分组成的日粮，来饲喂不同生长发育阶段的畜禽，以使日粮养分更接近畜禽的营养需要，从而避免传统饲养方式造成的养分浪费和污染。近来许多报道也显示，根据畜禽年龄或不同生理机能变化划分阶段采用不同的饲养方式，能减少氮的排放量。氨基酸需要随畜禽年龄和生理状态而异，为了使氮的损失降至最低，必须经常调整氨基酸的供给量。阶段饲喂可达到这一目的。多阶段饲喂可提高家禽饲料转化效率约7%。阶段饲喂对种母猪降低氮排出也是有益的。妊娠母猪每千克日粮氮的需要远低于泌乳母猪。妊娠期、泌乳期分别配制日粮比使用一种日粮可分别降低氮排出15%和21%，且不影响繁殖性能。研究发现，在猪的生长育肥阶段，与饲喂一种日粮相比，饲喂两种日粮使氮的排泄量下降13%。Koch（1990）报道，根据猪的年龄和体重满足其营养需要，氮的排泄可减少14%，氮沉积可增加10%。Schuering等(1996)也报道，多阶段饲养可使猪尿氮的排泄量下降14.7%，氨下降16.8%。因此，按畜禽的不同发育阶段来制定蛋白质的需要量，可降低每只（头）畜禽的日粮成本，也是降低氮排泄量更经济的方法。

（二）公母分饲

由于不同性别的畜禽生长速率有相当的差异，且营养需要是不同的，因此，为了达到较好的营养利用效率，如果能够实施公母分养，给予不同营养的饲料配方，可以大大的改善饲料营养的利用率，降低饲料成本，也能减少氮和磷的排泄。例如，用公仔鸡高蛋白饲粮和较高环境温度，可使饲料利用率提高15%-20%，氮的排出量减少15%-20%。种用阶段公母使用不同的饲粮，公鸡日粮蛋白质含量可降低25%-30%，既保证公鸡有较好的繁殖性能，又降低蛋白质消耗，减少氮的排出量。一般来说，从两周龄起，公鸡与母鸡对产生最佳效果所需的重要营养素需求量有显著差别，从十五日龄起，公鸡的蛋白质、维生素、赖氨酸需求量应增加至公母混养的115%；母鸡则可降至90%[16]。在肥育阶段，阉猪相同采食量下其增重速度要高于母猪15％；相反母猪比阉猪的饲料转化率高，沉积更多的肌肉及更少的脂肪组织。由于母猪比阉猪瘦肉生长率更高而采食量更少，所以很多研究者建议，母猪需较高水平的日粮粗蛋白，每公斤日粮中应比去势公猪多加10％的氨基酸，以最大限度地提高生长和胴体瘦肉率[17]。

（三）排泄物处理

1、开发畜禽用防臭剂

为了减轻畜禽排泄物及其气味的污染，从预防的角度出发，可在饮料中或畜舍垫料中添加各类除臭剂。如应用丝兰属植物提取物、天然沸石为主的偏硅酸盐矿石，（海泡石、膨润土、凹凸棒石、蛭石、硅藻石等）、绿矾（硫酸亚铁）、微胶囊化微生物和酶制剂等，来吸附、抑制、分解、转化排泄物中的有毒有害成份，将氨变成硝酸盐，将H2S变成硫酸，从而减轻或消除污染。

2、利用生物和生态净化方法

通过生物手段净化畜禽粪便及其污水，主要是利用厌氧发酵原理，将污物处理为沼气和有机肥。这是目前世界上应用最广泛、处理量较大、费用低廉、适应性较强、比较经济的方法。此法在正常气温条件下可使污染物BOD（生化需氧量）减少70%－90%，如意大利研制的一种厌氧发酵装置，获得的沼气甲烷含量高达70%以上，可直接作燃料。该处理系统每年可制取沼气1500万m3。

常规的污水处理方法是沉淀、过滤和消毒。但在大中型集约化畜牧场污水排放量大，经过沉淀、酸化水解等一级处理后，出水中COD和SS含量仍然较高，尚需进行二级处理方可达到排放标准。人工湿地的应用将有效地解决这一问题。人工湿地由碎石构成碎石床，在碎石床上栽种耐有机物污水的高等植物，植物本身能够吸收人工湿地碎石床上的营养物质，这在一定程度上使污水得以净化。同时，当污水渗流石床后，在一定时间内碎石床会生长出生物膜，在近根区有氧情况下，生物膜上的大量微生物把有机物氧化分解成CO2和H2O，通过氨化、硝化作用把含氮有机物转化为含氮无机物。在缺氧区，通过反硝化作用脱氮。所以人工湿地碎石床既是植物的土壤，又是一种高效化的生物滤床，是一种理想的全方位生态净化方法。

3、粪便的再利用技术

利用规模化畜禽场粪便，经过一定的加工、处理，可以生产出适合蔬菜等经济作物生长需要的有机－无机复混肥。将畜禽场的环境治理与畜禽粪便的开发利用紧密结合，使畜禽场处于一种良性循环的状态，同时又生产出了有利于农作物生长的有机－无机肥料，这对于促进我国畜牧业规模化发展的良性循环具有重要意义[18]。　

三、以养猪生产为例，说明采用各种饲养管理措施来减少氮排泄量的情况（表1）

表1养猪生产中减少氮排泄量的营养措施(王文军，1998)

四、结语

21世纪是一个崇尚绿色、注重节约的时代，且伴随着“两型社会”重要思想的提出，即资源节约型和环境友好型，要求一切生活与生产活动都将在环保和节约的前提下进行，其中解决畜牧业污染和原料浪费问题也是保护生态环境、节约能源的重要内容。在解决畜牧业对环境污染这个问题上应坚持“预防为主，防重于治”原则，力求运用保健饲养技术和生态学原理，通过营养调控从根本上消除污染源，实现畜牧业的健康发展。另外，在不影响经济效益的前提下，从饲养管理、营养需要和饲料的配合加工等一系列营养调控措施入手，可提高畜禽对饲料的利用率，可以在一定范围内有效减少畜禽粪便中氮的排泄及污染。但同时还要对畜禽排出的粪尿加以各种无害化处理，对其进行合理开发和利用。保健养猪技术[19]正是符合了“两型社会”新理念的要求，走“低投入、低能耗、低污染、高产出”的路子，深受养殖户欢迎。总之，为了减少畜禽氮排泄和污染，应该采取一整套的对策和措施，最终达到生态、经济、社会效益相统一[20]。按照理想蛋白质模式，配制符合畜禽营养需要的低蛋白氨基酸平衡日粮，对提高各畜禽的生产性能、减少环境污染、促进生态型养殖业的发展具有重要的理论与现实意义。

参考文献

[1]吴信,印遇龙.低氮低磷日粮对生长育肥猪生产性能和生态环境的影响[J].安徽农业科学,2006,34(22):5870-5871,5876.

[2]印遇龙,李铁军,黄瑞林,等.猪氨基酸营养与代谢[M].科学出版社.2008:173-174.

[3]NRC.NutrientRequirementsofSwine.NASWashington,DC:NationalAcademicPress,1998.

[4]HoneymanMS.SustainabilityissuesofUSswineproduction.JAnimSci,1996,74:1410～1417.

[5]KomegayET,RadcliffeJS.Relativebioavailabilityofphosphorussourceswithdifferentsolubilitiesinneutralammoniumcitrate(NAC)foryoungpigs.JAnimSci,1997,75:188.

[6]GoihlJ.Aminoacidsupplementationoflow-proteinswinedietsexplored[J].Feedstuff,1995(11):27.[7]Harms,R.H.,Russell,G.B.Optimizingeggmasswithaminoacidsupplementionofalow-proteindiet[J].PoultryScience,1993(72):1892-1896.

[8]Summers,J.D.Reducingnitrogenexcretionoflayinghenbyfeedinglowercrudeproteindiets[J].PoultryScience,1993(72):1473-1478.

[9]Summers,J.D.,Atkinson,J.L.,Spratt,D.Supplementationofalowproteindietinanattempttooptimizeeggmassoutput[J].Can.J.Anim.Sci.,1991(71):211-220.

[10]石军,陈安国.日粮组成的环保对策.饲料博览,2001(12):19-20.

[11]柴君秀,许　斌,张凌青,等.不同营养状况对舍饲滩羊繁殖性能的影响[J].《黑龙江畜牧兽医》,2007,(2):41-42.

[12]冯定远.赖氨酸在家畜生产中对减轻环境污染、减轻应激影响和提高畜产品质量的作用[J].国外畜牧学――猪与禽,1996,(4):20-23.

[13]宋宪曾,郅春敏.减少养殖污染的营养调控措施[J].河南畜牧兽医,2004,25(6):41.

[14]张永成,李德发.减少养猪业对环境污染的营养措施[J].《饲料工业》,1999,20(12):1-4.

[15]MalmlofK.Aminoacidinfarmanimalnutritionmetabolism,partitionandconsequencesofimbalance.

SwedishJAgrRes,1988,18(4):191～193.

[16]魏刚才,刘保国.降低养禽业中氮对环境污染的措施[J].中国家禽,2004,26(6):46-48.

[17]师阳,宋代军.用营养手段降低养猪生产中氮、磷污染的措施[J].畜禽业,2004,4:6-8.

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