畜牧业减少氮排放的营养策略与需要解决的问题

尹靖东

（动物营养学国家重点实验室，中国农业大学动物科技学院 北京 100193）

畜牧业减少氮排放的营养策略与需要解决的问题

尹靖东

（动物营养学国家重点实验室，中国农业大学动物科技学院 北京 100193）

编者按

2017年《中国畜牧杂志》全面改版。为更好展示畜牧学领域的科技前沿，促进学术交流，本刊特别邀请不同领域的专家或青年骨干，围绕各自的研究领域，介绍自己、团队或国际研究机构近几年的研究成果、存在问题及研究展望，或就当前的研究热点问题进行讨论和评论。本期自副主编开始，将为读者带来相关综述，希望能引发读者对相关热点、难点的思考，并进行深入探讨。

近20年，我国畜牧业年均增长2%～3%，已进入稳定增长期。以肉类为例，2015年肉类生产8 625万t，人均达到62 kg，基本满足了人们消费需求。伴随着畜产品供给的相对充足和人均收入的提高，大型养殖场产生的温室气体、臭味、灰尘和污水给养殖业形象蒙上了阴影，畜牧业的环保问题在我国引起了广泛的关注。我国是全球最大的养殖业国家，也是养殖业污染排放量最大的国家。养殖业排放的温室气体主要有一氧化二氮（N2O）、甲烷（CH4），还有与恶臭味有关的NH3和H2S。FAO的数据表明，大约9%的CO2、35%～40%的CH4、65%的N2O和66%的NH3来自畜禽生产，其中CH4和N2O温室效应潜能分别是CO2的296倍和20倍。2013年以来，我国政府陆续颁布了《畜禽规模养殖污染防治条例》、《水污染防治行动计划》（水十条）和“南方水网地区生猪养殖布局调整优化的指导意见”等一系列条例，这将加速我国畜禽养殖业的重新布局和区域整合。为了保障肉、蛋、奶等食品的供应，我国需要维持大规模的养殖业，但大规模的养殖业需要消费大量的饲料原料，其种植、加工、运输耗用大量的土地、水以及能源，对环境的影响十分大。因此，提高饲料利用效率是动物营养学家参与解决养殖业环境污染的主战场，这也要求动物营养学家对动物营养需要更加精细地研究，通过营养技术和饲料配制技术提高营养物质的利用，从而优化动物饲粮配制。我国养猪业产值超过1.2万亿，占世界猪肉产量的50%以上，是我国农业领域中单项产值最大的行业，因此本文围绕养猪业，探讨减少养殖业氮排放的营养策略和饲养技术措施。

NRC（2012）[1]的出版标志着动物营养学家对于理想条件下猪获得最佳生产性能所需要的营养素有了进一步的认识。NRC（2012）推荐的营养需要量中，除给出了各种有效必需氨基酸的需要量，还列出了最低氮的供给，从而保证所有效氨基酸的供给。但这方面的进展并不表明我们已经准确地了解在实际饲养条件下猪饲粮中适宜的氨基酸供给量，因为这取决于饲料原料中各种氨基酸的有效含量和各种环境条件通过影响猪的采食量和代谢从而对猪氨基酸需要量的影响。NRC（2012）较NRC（1998）[2]推荐的动物采食量依不同体重阶段下降了5%～15%，日粮粗蛋白质水平下降约2个百分点。通常认为日粮粗蛋白质水平降低1个百分点，会减少粪便中10%的氮、10%排放到空气中的氨、3%的水消耗和5%的粪便体积。从中可以看出，动物营养需要量研究进展对于推动养殖业高效利用蛋白质和减少环境氮、碳、磷及污水排放的巨大贡献。动物对日粮蛋白质的需要，实质上是对氨基酸的需要。满足动物氨基酸需要量的技术策略就是通过配制一定粗蛋白质水平的日粮，保证动物从日粮中获取足够的氨基酸，另外一种更经济的策略是在适度粗蛋白质水平的日粮中配合添加晶体氨基酸来补充动物对氨基酸的需要量。一般情况下，补充赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、色氨酸4种晶体氨基酸来满足动物对氨基酸的需要量可减少动物20%～25%的氮排放量。随着人工合成氨基酸工艺的进步，越来越多的合成氨基酸使用成本已大幅降低，使其已进入到饲粮配制的原料范畴中。Gloaguen等[3]在补充4种氨基酸的基础上，进一步补充精氨酸、谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸，使日粮粗蛋白质水平在NRC（2012）水平的基础上降低了4.8个百分点，但并不影响11～22 kg生长猪的生长性能。

本课题组的研究[4]表明，对于30～60 kg的生长猪，日粮粗蛋白质水平降低1个百分点，粪氮降低大约5.4% ，尿氮降低9%，总氮排放降低7%～8%；但是对于90～110 kg 的猪，粪氮水平基本不会变化，主要是尿氮会下降15%～20%，总氮排放降低10%～12% ，这与Canh等[5]的报道基本一致。

我国许多地区，猪在保育阶段结束后直至饲喂到120 kg体重的整个出栏期间都使用一种日粮，如果采用阶段饲养则可以至少降低25%～30%的氮排放。本课题组的[4]研究表明，在满足必需氨基酸供给的条件下，日粮粗蛋白质水平从14%降低至12%，不影响90～115kg猪的生长性能、氮沉积、胴体品质和肉品质，但氮排放减少20%。

目前在降低养殖业排放的研究中，仍需要重点解决以下几个基础性的问题：①日粮粗蛋白质水平降低到一定程度后，由于所谓的非必需氨基酸缺乏引起的动物生产性能降低，能否通过补充必需氨基酸挽回动物的生长性能或者必须补充什么氨基酸？非必需氨基酸缺乏导致了体内什么营养素的缺乏？这些研究可能会引起必需氨基酸的重新定义；②长期食用低蛋白水平的日粮，对动物的摄食行为、免疫机能、机体代谢和碳排放会产生什么样的影响，对动物健康和动物福利会带来什么样的影响，这些都需要评估。

日粮中使用纤维素酶、植酸酶、非淀粉多糖酶等酶制剂可以减少5%的氮排放量。另外，在现实生产中如何降低氮排放，仍然有一些亟待加强的环节。如饲料生产厂商或部门为了降低饲料原料有效氨基酸含量估测不准带来的风险，配制的日粮蛋白质水平通常高于猪的实际需要，这一方面造成饲料成本偏高，另一方面也会增加养猪业的成本。更准确地配制满足动物蛋白质需要的日粮，需要在建立更便捷、准确地检测或预测各种饲料原料有效氨基酸（SID氨基酸）含量，或者在系统评估各种饲料原料有效氨基酸含量的变化幅度方面取得突破。这方面的研究在家禽特别是蛋鸡和肉鸡方面也要尽快取得实质性突破。饲料的净能值的准确估计也将提高谷物类饲料的利用效率，从而减少碳的排放。

其次，饲粮从料仓输送到饲料槽的控制方式、料槽的设计、制作方面仍有较大的改进空间，这方面的进步可以有效减少饲料浪费、提高8%～10%的饲料利用效率。我国与欧美国家相比，饲料转化效率低在很大程度上与饲料浪费大有关。

最后，造成我国畜禽养殖污染的一个重要原因就是大量畜禽粪便等废弃物得不到有效利用，其中与畜禽粪便中的Cu、Zn乃至畜禽舍消毒用药物残留有关系，但主要是与有机肥的政策环境有关。长期以来，国家对化肥的生产、运输、购买和使用等环节给予政策扶持，对每吨氮肥所有环节的补贴约为160元，而畜禽粪便生产的肥料则没有补助政策，二者没有平等的市场地位，这阻碍了畜禽粪便的还田利用。加之施用化肥更容易机械化，更清洁卫生，短期效益更明显，因此，将粪便制成更清洁、更方便、使用效果堪比化肥的肥料，将有效提升种植业消纳养殖业粪污排放的能力。今后需要在工艺集成和标准化方面取得进展，这将需要动物营养学、微生物发酵工程和环境工程领域的专家携手减少畜禽粪便中重金属和药物残留，研究更有效的粪污收集、粪便固液分离、污水处理方法，将固体粪便与废弃物加工成能媲美化肥的质量足够好且便于使用的干燥肥料。

畜牧业发达国家早在20世纪90年代即开始关注养殖业带来的环境污染问题[6-7]，利用立法和经济措施来防治畜禽养殖造成的环境污染。我国养殖规模大、发展模式多，虽然可以借鉴国外先进技术和方法，但也需寻找更适合自己的路子。高效利用饲料进行畜牧业生产、减少粪便和废弃物污染方面的研究，包括从应用基础研究、应用技术集成以及配套的政策理论研究，在当前无疑都是受到养殖业界和政府环保部门的普遍欢迎，也是畜牧界亟需开展的接地气研究，有望为养殖业的健康可持续发展提供源源不断的动力。

参考文献:

[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. (韩仁圭). Recent advances in animal nutrition and production of low pollution diets for monogastric animals[A]. 第一届中韩国际动物营养和饲料加工技术学术研讨会文集[C].李德发主编. 北京: 中国农业大学出版社, 1996.

10.19556/j.0258-7033.2017-02-001

国家基础重点研究发展计划（2013CB127302）；国家重点研发计划（2016YFD0700201）

尹靖东（1970-），博士，研究员，动物营养学国家重点实验室动物分子营养与遗传方向首席科学家，教育部新世纪优秀人才，国家重点基础研究项目学术骨干，国家“985”平台研究骨干，E-mail:yinjd@cau.edu.cn