随着养猪生产集约化程度的提高，单位土地面积生产出的粪尿已远远超出生态环境的再循环需求。于是，对环境乃至整个生态系统造成了极大的破坏。加之粪便散发出的有害气体在很大程度上也制约了养猪业的发展。

目前已有许多国家，如荷兰、德国、英国等，试图通过立法的方式来解决因发展畜牧业而对环境造成的污染，但这种解决方法使得生产成本大大提高。目前，营养学家已经将过去追求最大限度地提高动物的生产性能转移到采取多种方式来有效减少粪便对环境所造成的污染上。

本文仅对近年来关于降低粪便中营养物质排出量以及减少粪便排出量的营养学方法予以综述，以供今后研究开发低污染的绿色饲料时参考。

1． 减少养分排出量

1.1 铜和锌

当前日粮中铜和锌的添加量多数超出其适宜需要量，其原因主要是较大剂量的铜和锌可以起到生长促进剂的作用。在加拿大，国家饲料协会已将日粮中铜和锌的最大限量分别规定为125ppm和500ppm。在美国，日粮中铜和锌的添加水平远高于此。荷兰考虑到环境污染问题，已不再允许在日粮中使用铜和锌的促生长剂量。一旦日粮中铜和锌的含量刚好可以满足动物体对其需要时，这两种物质在粪便中的排出量就会显著降低（Murphy,1998）。

1.2 氮和磷

养猪生产中饲料投入占很大比例，而氮和磷的成本又占日粮成本的很大部分。氮和磷的过量排放是造成环境污染的祸首。一般情况下，生长猪只能利用氮和磷食入量的80-85%(Jongbloed等，1992)，于是人们不得不投入大量的时间和精力去寻求降低氮和磷的排出量、提高日粮中氮和磷利用率的有效措施。这就需要对饲料原料中各种氨基酸和磷的消化率以及各种动物对这两种营养物质的需要量有一个准确的了解。

1.2.1氮的利用率

 不同饲料原料中氨基酸的利用率有很大差异（见表1，NRC1998）。

人们普遍认为以可利用氨基酸为基础来配制日粮比以总氨基酸为基础配制更为准确。饲料中氨基酸的利用率需要准确测定。目前尚未找到一种方便、低廉、可重复的技术对氨基酸的利用率作出正确评价。一般认为，氨基酸的回肠末端消化率可以用作评定饲料中氨基酸的利用率。但是，对经过热处理的和含有大量抗营养因子的成分，回肠末端消化率可能会高估了氨基酸的利用率。Batterham（1993）研究表明，豌豆的处理温度从0℃ 上升到165℃的过程中，回肠末端消化率从92%下降到84%，但是用费时费力的斜率法作出的消化率都是从96%下降到47%，其原因主要是赖氨酸的ε- 氨基在高温时与还原性糖结合而不能被动物体所利用导致的，但传统的氨基酸分析方法不能将两者区分开来。

表1 猪日粮饲料原料氨基酸的消化率（％）

*以磷酸钙的生物活性为100

**赖氨酸回肠真消化率

1.2.2 磷的利用率

日粮中总磷的含量不能代表其营养价值，因为磷在大多数植物中是以磷酸盐的形式存在的，难以被动物体利用（见表1）。动物性磷源和无机磷源的利用率较高，因此配制日粮时应以可利用磷而不是总磷为基础。

评价饲料中磷的利用率有两种不同的方法（De Lange，1997）。一种是美国采用的斜率比法(Cromwell,1993)，该方法是将日粮中待测磷源添加水平与骨骼特性作一相关，再与标准磷源相比而得出的。另一种方法是荷兰、法国等国家采用的方法，利用不同磷源在低水平采食条件下粪中磷的含量来评定磷的利用率 (Jongbloed,1987)。这两种方法相比，后者比前者得出的数据变异小，重复性高(Jongbloed,1987；Yi和 Kornegay,1996)。由表1可见，对多数原料来讲，两种方法得出的数据是一致的。但是，某些成分，如双低油菜粕、脱壳大豆粉以及磷酸氢钙的数据存在很大差异。欧洲多用磷酸钙而不是磷酸氢钙，原因即在于此。

1.3 发挥动物生产潜力，降低氮磷排放量

    生产率提高是最直接的降低氮磷排放量的有效措施。通常饲料转化率的提高会减少粪便中氮和磷的排放量。饲料转化率每提高0.25个单位，可以减少氮的排出量5-10%（Coffey,1996）。在过去的20多年中，25-110公斤猪的饲料转化率从4.0降到2.85。 Jongbloed（1997）将荷兰生长肥育猪饲料转化率与磷的排出量归纳如表2。

表2 荷兰生长肥育猪饲料转化率与磷的排出量

*生长/肥育

高蛋白质沉积率的猪饲料转化率也高，可以生产出更多的瘦肉（Jongbloed 和Henkas,1996）。另外，当饲养公猪而不是去势公猪时，瘦肉生长潜力提高15%，可以使粪中氮和磷的排放量减少15%（Jongbloed和 Lenos,1992）。Keller（1980）研究发现SPF猪较一般饲养条件下的猪饲料转化率提高10%，从而可减少10%的氮排出量。

1.4 提高氮和磷的利用率

1.4.1    植酸酶的应用

日粮中主要成分是谷物籽实或谷物籽实经加工后所形成的产品，这些籽实中60-80%的磷以植酸盐的形式存在，对猪来说，其生物学利用率仅为10-30%（Kornegay,1996），因而造成日粮中磷的利用率很低，大量磷随粪便排出体外。

植酸磷必须经过酶的水解，释放出无机磷才能被猪所利用。猪的消化道内有四种潜在的降解植酸盐的酶：消化道分泌的肠植酸酶；某些饲料原料，如小麦类中含有的内源性植酸酶；源于肠道寄生菌的植酸酶以及微生物产生的植酸酶。

除磷元素外，植酸还与饲料中的某些离子， 如Ca^2＋、Mg^2＋、Cu^2＋、Mn^2＋、Zn^2＋、Fe^2＋、Cr^3＋等形成稳定的络合物，从而影响这些矿物元素的吸收。植酸酶的水解作用可以将这些矿物元素释放出来，提高其在日粮中的利用（Kornegay,1996）。

在过去的几年里，合成的植酸酶在猪的日粮中得到了广泛应用（Cromwell，1993），从而提高了饲料中磷的消化率（Simons等，1990）。于是，降低了日粮中总磷的水平，降低了粪中磷的排出量（Coello and Kornegay，1996）。

日粮中应用植酸酶，需要注意以下因素：

1 不同植酸酶产品的酶活性存在差异，可以采用酶单位(PTU)法在产品间进行比较。

2       植酸酶的使用效果因日粮改变而有差异。

3       植酸酶对热敏感，制粒温度不能超过70－75度，并且应对全价料中酶活性进行追踪检测。

4       植酸酶不仅可以提高日粮中磷的利用率，而且可以提高日粮中与植酸结合的矿物质元素的消化率，提高饲料利用率1－2％。

5       添加植酸酶可以降低日粮中钙磷水平，为日粮配制留出空间，起到降低成本的作用。

6       目前，对日粮中添加植酸酶的量以及相应地降低日粮中钙磷水平这一问题仍有争议。一般认为，添加量低于200PTU/Kg日粮时，效果较中等添加剂量（200－1000PTU/Kg）及高添加剂量（大于1000PTU/Kg）要好得多。另外，对不同年龄/体重的猪的添加效果也有异议，似乎认为体重越大应用效果越好。

7       日粮中钙磷的比例对植酸酶的使用效果有很大影响。当日粮钙磷比例从2.0:1降至1.1:1时，可以使酶的催化效率提高5－12％（Kornegay,1996）。

由于添加植酸酶降低了日粮中钙磷水平，综合考虑酶的价格及无机磷源的价格，在猪日粮中添加植酸酶前景广阔。目前在荷兰有超过70％的猪日粮中应用植酸酶。

1.4.2 饲料中抗营养因子的消除

多数豆科籽实中含有大量的抗营养因子，如蛋白酶抑制因子、凝集素、单宁、淀粉酶抑制因子等。这些抗营养因子的存在对日粮中蛋白质的消化吸收产生不利影响。经过适当的加工处理，如膨化、制粒等，可以降低日粮中抗营养因子的含量，提高饲料养分的利用率，减少氮和磷的排出量（Schulze,1994）。

1.4.3 其它代谢调节剂的应用

很多研究表明，营养物质的代谢作用不仅与营养物质本身的特性有关，而且还受到一些代谢调节剂的影响，如酶制剂、有机酸制剂、b－兴奋剂、生长激素、抗生素、益生素、酵母培养物及有机铬等。合理使用这些代谢调节剂可以改善机体的代谢机能，提高养分的利用率，从而减少养分的排出量。

1.5 满足猪对氮和磷的需要量

1.5.1 阶段饲养

在荷兰，仔猪、生长猪和肥育猪日粮中有效磷水平分别为0.41, 0.25和0.20%。空怀与泌乳母猪日粮的有效磷水平分别为为0.25和0.36％（CVB，1990）。

Jongbloed（1997）认为不同阶段生长猪（10－25Kg，25－45Kg，40－70Kg，70－110Kg）日粮中有效磷水平应分别为3.7、3.0、2.2、 1.7g/Kg日粮。妊娠与泌乳母猪分别为2.1和3.0g/Kg日粮。也即随着生长猪体重的增加，每公斤日粮中可利用磷水平逐渐降低，因此，采取阶段饲养方式可以更好地满足猪对磷的需要，并减少磷的排放量。

Lenis（1989）研究发现生长猪采取二阶段饲养可以降低磷的排出量6％。Beer等（1991）发现采用多阶段饲养可以减少磷的排出量22％。Everts等（1994）研究表明在妊娠与泌乳期间采用二阶段饲养可以降低磷的排出量20％。

猪对日粮氨基酸的需要量研究已有大量报道。生长肥育猪为达到最大的生产性能，回肠可消化蛋＋胱氨酸，苏氨酸，色氨酸与回肠可消化赖氨酸的比值分别为59％、 60％和19％（Lenis等，1992）。当考虑蛋氨酸与胱氨酸的需要量时，认为蛋氨酸加胱氨酸的比例不应低于50％（Lenis等，1990）。对于公猪及生长迅速的母猪来说，每公斤日粮中应比去势公猪多加10％的氨基酸（Lenis等，1996a）。生长猪对异亮氨酸的需要量估计为赖氨酸需要量的 57－60％（Lenis等，1996b）。考虑到最大的氮利用率时，日粮中必须氨基酸与总氮的最佳比例范围为0.45-0.55％，而达到最大氮沉积时，这一比例还要低一些。

降低日粮中蛋白质与磷的添加量可以减少氮与磷的排出。研究表明，氮磷的摄入量降低10％，粪中的排出量至少可以降低15％（De Lange等，1997）。体重60Kg的猪日粮中粗蛋白由16％降至14％时，氮排出量减少15％。

1.5.2 公母分饲

去势公猪与母猪相比，尽管在体重25Kg以前差异不明显，但是在这以后，前者的采食量与增重速度要高于后者。在肥育阶段，去势公猪采食量与增重速度要高于母猪15％，但是去势公猪的瘦肉率低。因此，采取公母分饲的方法，根据其不同的营养需要量配制日粮，可减少氮磷的排出（De Lange等，1997）。

1.5.3 用合成氨基酸替代日粮中的部分蛋白质

生长肥育猪采食典型的玉米－豆粕型日粮，因氨基酸不平衡导致的粪中氮排出量的增加约占粪中总氮量的25％。

Baker（1996）归纳出三个体重阶段氨基酸的理想模式（见表3）。

表 3猪三个体重阶段理想氨基酸模式

由表可见，在理想蛋白质模式中，苏氨酸、色氨酸、氮＋胱氨酸相对赖氨酸的比例随着猪体重增加而加大。原因是体重越大，维持需要占总需要量的比例就越大。日粮中氨基酸的平衡情况越接近理想模式，氮的利用率也就越高。Tuitoek（1997a,b）研究表明，若玉米－豆粕型日粮氨基酸平衡时，生长猪可以降低40％氮的排出。

提高氨基酸平衡的简单方法是采用合成氨基酸替代日粮中的蛋白质，以满足猪对氨基酸的需要，减少粪中氮的排出量。如果日粮配制得当，应该至少可以达到典型玉米－豆粕型日粮同样的生产性能。目前，猪日粮中广泛应用合成赖氨酸，其它合成的氨基酸也将逐步得到应用。

Coffey（1996）指出，由于对猪氨基酸需要量及日粮中氨基酸利用率的了解还很有限，使得合成氨基酸的应用受到限制。鉴于目前合成氨基酸的成本较高，在猪日粮中添加除赖氨酸以外的其它氨基酸会明显增加日粮成本。随着氨基酸人工合成技术的提高，合成成本将会大幅度降低，日粮中应用合成氨基酸前景看好（De Lange等，1997）。

1.5.4 肥育后期不添加矿物质与维生素

在肥育的最后阶段（上市前3－5周），日粮中不添加矿物质和维生素对胴体品质没有影响（Kim等,1995; Patience等,1995; Mavromichalis等,1995）。但是，这三个试验未对粪中养分含量的变化加以评价。而且，这种做法不符合某些法令（Murphy，1998）。

2 降低粪便的臭味

粪便的臭味是指粪便中含有的或在贮存过程中释放出来的挥发性成分。目前已有160中挥发性成分从粪中鉴定出来（O^,Neill and Philips,1992）。其中至少有13％属于鲜粪中的成分（Hobbs等，1996）。这些挥发性成分可以分成四类：

1).挥发性脂肪酸（乙酸、丙酸、丁酸、3－甲基丁酸、戊酸）

2).酚类物质（苯酚、4－甲基苯酚、4－乙基苯酚）

3).吲哚类物质（吲哚、粪臭素）

4).硫化物

厌氧贮存过程会产生大量的硫化物。其它成分会在发酵时产生，如氨气、SO₂、NO₂、胺及氨基酸衍生物。尽管氨气与粪臭味之间相关不大，人们仍积极采取措施减少氨气的排放量（O^,Neill and Philips,1992；Hobbs等，1996）。

降低粪中氮的排出会降低粪中的挥发性物质，从而减少粪便的臭味。Hobbs等（1996）研究表明，降低日粮中蛋白质水平和理想蛋白质的摄入量，会明显减少粪中多种挥发性成分的含量。

通过调节后肠的发酵也可以降低粪臭味产生。Agergaard等（1995）在日粮中添加纤维成分减少了粪臭味的产生。Jansen等（1995）在日粮中应用碳酸氢盐提高了肠道的pH值，降低后肠中吲哚的产生，从而降低粪臭味。

另外，通过在日粮中应用抗菌素、酸味剂，以及在粪便中加入可以与粪臭味结合的物质，也可以起到降低粪臭味的作用（Den Broek等，1997）。

3 减少粪便排出量

水是猪生长发育过程中最重要的营养物质。有关猪对水需要量的研究较少，加之包括环境在内的许多因素又影响水的需要量，所以对猪来讲，通常以水的消耗量作为需要量（NRC，1998）。

Yang等（1981）用氚标记测定水周转率，在限饲及正常饲喂风干饲料时，生长猪（30－40Kg）和非泌乳成年母猪（157Kg）对水的需要量分别为120和80ml/Kg体重。

水的摄入量越多，粪便的排出量也越大，这就增加了粪便处理的难度。于是有人提出自由饮水的同时对水量加以限制。

Jongbloed（1997）研究了日粮的粗蛋白水平及水的给量对猪生长的影响。研究表明，日粮粗蛋白下降3％，对水的摄入没有显著影响。但是，尿中总氮及排尿量分别降低1.7g/L 和45.8mml/L。当饲料与水的比例由4:1降至2:1，而环境温度在18－20度时，可以降低日排尿量3.6L，并且对妊娠母猪的健康没有影响。

4.结语

总之，如何有效地控制和减少猪对环境的污染已经成为畜牧生产、环境保护、遗传育种和营养学家们共同关注的问题。从营养角度而言，应当准确测定猪对饲料养分的需要量和饲料中养分的有效含量；用优质饲料原料按照理想蛋白质模式配制平衡的日粮；通过添加代谢调节剂来强化饲料养分的利用率；最大限度地减少需要量与供给量之间的差异；减少其过量饲喂；降低粪中养分的排出量。在具体应用时，应采用系统调控理论来进行优化，生产出优质、高效、低污染的绿色饲料，从根本上保证畜牧养殖业的可持续发展。