作为全国低碳(C)农业绿色发展先行区之一,衢州市积极响应“3060”双C发展战略,大力支持农业绿色发展研究,推动传统农业向现代绿色低C农业转型
[1]。推进养殖减排是推动农业领域绿色低C转型的重要途经
[2]。我国养猪生产的C排放量占全国总C排放量较高,C减排潜力巨大
[3]。饲喂农副产品和提高饲料蛋白质利用效率等综合策略可以有效减少C和氮(N)的排放
[4]。除养殖外,衢州市也是浙江省粮食主要产地之一,水稻、油菜是当地主要农作物,《衢州市2023年统计年鉴》
[5]数据显示,2022年衢州早稻种植面积约为20 153 hm
2,油菜的种植面积约为28 980 hm
2,分别占浙江省早稻和油菜种植面积的第二和第一。尽管粮食产量高,米糠、糙米和菜籽饼等农副产品资源丰富,但绝大部分农副产品饲料化利用度不高
[6],加之我国饲料资源缺乏,尤其是以玉米为代表的能量饲料和以豆粕为代表的蛋白饲料,长期依赖进口且价格昂贵
[7-8];“人畜争粮”问题加剧,饲料成本持续上涨,从而限制了当地养殖业的可持续发展。
合理利用农副产品部分替代玉米豆粕等常规饲料原料可有效缓解饲料资源短缺的问题,也可节省饲料成本、减少环境污染
[9]。准确评估饲料的营养价值是实现原料价值挖掘和高效利用的先决条件
[10]。净能(NE)体系相较于消化能(DE)和代谢能(ME)体系,更能代表饲料中“真实可利用”的能量
[11]。此外,基于对C和N足迹特征分析,使用净能体系配制日粮能够有效减少C和N排放,从而减少对环境的危害
[12]。因此,本研究旨在探究衢州当地4种常用农副产品的营养价值,并以实测营养成分为基础,利用农副产品替代玉米和豆粕配制多元化日粮,以衢州市三易易生态农业科技有限公司为案例,分析其减排潜力,以期促进衢州市农副产品的开发和利用,助力养猪业绿色、低碳、健康发展。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验所用的4种农副产品共计5种原料均采购于浙江省衢州市,其中包含菜籽饼(RSM)2种,统糠(UB)、米糠(RB)和糙米(BR)各1种,菜籽饼1(RSM1)和菜籽饼2(RSM2)所用的油菜籽分别来自龙游县和衢江区,具体样品信息见
表1。
1.2 试验设计
呼吸测热试验在国家饲料工程技术研究中心丰宁动物试验基地进行,所有试验操作按照农业农村部饲料效价与安全监督检验测试中心(北京)制定的猪饲料营养价值评价技术规程进行。试验选取12头健康的杜×长×大三元杂交去势公猪,初始体重为29.8±2.0 kg,采用2个连续的6×3尤登方(Youden square)试验设计。试验共设置6个日粮处理,每个处理6个重复,日粮配方与营养成分见
表2。6个试验日粮包括1个玉米豆粕型基础日粮(BD)和5个待测日粮,待测日粮中RSM1、RSM2、UB、RB和BR分别以20%、20%、30%、30%和40%替代基础日粮的供能组分,日粮的配制参照
试验将12头去势公猪按照体重随机分为2组,每组6头,2组试验猪在预试期和正试期之间交替进行,每组分别进行3期试验,合计共6期。饲喂水平为2.5倍维持ME需要量,每天等量饲喂2次(8:30和15:30)。每期试验时间为10 d,包括5 d预试期和5 d正试期,正试期第1天适应小室,第2~4天进行常规测热并全收粪尿,第5天绝食测热仅收尿。小室气密性检验与仪器校准参照Wang等
[14]的方法。
1.3 检测指标及方法
分别采集5种原料样品(其中RSM1、RSM2和BR经粉碎机粉碎后取样)和6种日粮样品,装入密封塑料袋,放至-20 ℃冰箱中保存。粪尿样品的采集和保存方法与Wang等
[14]一致。
原料和日粮检测指标:DM、CP、EE、淀粉(ST)、NDF、ADF、Ash、GE、Ca、P及18种氨基酸(AAs)含量。
粪样检测指标:DM、CP、EE、NDF、ADF、Ash和GE含量。
尿样检测指标:N和GE含量。
呼吸测热室气体检测指标:空气和小室中的O2、CO2和CH4浓度以及气体交换量。
指标检测方法:DM、CP、ST、Ash、Ca和总P的测定参照AOAC
[15]推荐方法;NDF和ADF使用纤维分析仪(ANKOM 200,安科姆技术公司,美国)按照范氏洗涤纤维法
[16]测定;EE的含量依据Lv等
[17]的方法测定;GE使用氧弹式测热仪(Parr 6400,Parr公司,美国)测定;色氨酸(Trp)的测定使用高效液相色谱仪(Agilent 1200,安捷伦科技有限公司,美国),样品在110 ℃下经4 mol/L氢氧化锂水解24 h后测定;其余17种AAs使用氨基酸自动分析仪(日立L-8800,日立集团,日本)测定,其中蛋氨酸(Met)和半胱氨酸(Cys)测定时样品在0 ℃下经过甲酸(过氧化氢∶甲酸=1∶9)氧化16 h,再用7.5 mol/L盐酸水解24 h后测定,其他AAs测定时样品在110 ℃下经6 mol/L盐酸水解24 h后检测;气体交换量使用中国农业大学自主研发的6台呼吸测热室测定;O
2浓度使用高精度顺磁性氧分析仪测定(Oxymat 6E,西门子股份公司,德国);CO
2和CH
4浓度采用红外线分析仪测定(Ultramat 6E,西门子股份公司,德国);呼吸室排气体积采用质量流量计测定(Alicat,艾里卡特科技有限公司,美国)。
1.4 生长育肥猪商品饲料原料替代减排分析
以衢州市三易易生态农业科技有限公司所用生长育肥猪生长期(30~75 kg)和育肥期(75~110 kg)的商品饲料为基础,根据衢州地产4种农副产品营养成分的实测值,参考GB/T 39235—2020
[13],利用农副产品替代上述2种商品饲料中的部分原料,配制相同蛋白水平的多元化日粮,进而分析比较猪回肠末端N和粪P的排放及饲料成本的差异。
1.5 计算方法
气体容积、O
2消耗量和CO
2生成量的计算参照Wang等
[14]的方法;总产热(THP)和绝食产热量(FHP)根据Brouwer
[18]的公式计算;日粮DE、ME和NE的计算分别依照Adeola
[19]和Noblet等
[20]报道的公式;ME采食量、能量沉积(RE)、试验原料有效能值和消化率(ATTD)的计算参照Li等
[21]的方法;有机物(OM)含量为DM含量减去Ash含量;原料中CP标准回肠消化率(SID)和P标准全肠道消化率(STTD)的计算参照GB/T 39235—2020
[13],CP的回肠末端排放量计算为CP的摄入量减去标准回肠可消化CP的含量;粪中P排放量计算为P的摄入量减去标准全肠道可消化P的含量。
1.6 统计分析
试验数据采用SAS 9.4软件中的GLMMIX模型统计分析,日粮为固定效应,小室和试验期为随机效应。用Tukey’s test进行多重比较,P<0.05为差异显著,P<0.01为差异极显著。
2 结果与分析
2.1 农副产品的营养组成分析
试验所用5种原料的营养成分见
表3。可知:RSM1和RSM2的CP水平较高(分别为42.30%和39.21%),各种AA含量也高于其他农副产品;BR的EE含量最低(2.25%)而ST含量最高(80.10%),
RB的EE含量最高(19.42%);RSM2和UB含有较高的NDF和ADF,与UB相比,RB中的NDF和ADF含量分别降低了60.1%和76.6%;5种非常规饲料原料的GE含量在17.64~21.57 MJ/kg,其中RB最高,BR最低。
2.2 日粮类型对生长猪营养成分消化率、氮平衡、能量平衡、能值及能量转化率的影响
日粮类型对生长猪营养成分消化率、氮平衡、能量平衡、能值和能量转化率的影响见
表4。日粮类型影响生长猪对营养物质的消化率,6种日粮DM和GE的ATTD变化趋势一致,BR日粮极显著高于UB、RB和RSM日粮(
P<0.01),RSM与RB日粮均极显著高于UB日粮(
P<0.01)。RB和BR日粮CP的ATTD极显著高于UB和RSM2日粮(
P<0.01),RSM和RB日粮NDF的ATTD极显著高于BR和UB日粮(
P<0.01)。各试验日粮的EE、ADF、OM的ATTD差异均不显著(
P>0.05)。
在氮平衡中,生长猪每日的N摄入量排序为:RSM日粮>RB日粮>UB和BR日粮(P<0.01)。RSM日粮的粪排出N量和尿排出N量均极显著高于UB、RB和BR日粮(P<0.01),UB日粮的粪排出N量极显著高于BR日粮(P<0.01),UB日粮的尿排出氮量极显著高于RB和BR日粮(P<0.01)。RSM日粮的氮沉积量极显著高于UB和BR日粮(P<0.01),RB和BR日粮的氮沉积量极显著高于UB日粮(P<0.01)。氮沉积率中,BR日粮相对较高,RB日粮次之,RSM和UB日粮较低(P<0.01)。
在能量平衡中,饲喂5种待测日粮的生长猪的THP和FHP之间没有显著差异,饲喂RSM和RB日粮的生长猪的ME采食量和RE之间没有显著差异,但均极显著高于饲喂UB日粮的生长猪(P<0.01)。
在日粮能值中,5种待测日粮的DE和ME变化趋势基本一致,其中RB和BR日粮相对较高,RSM日粮次之,UB日粮最低(P<0.01);RSM、RB和BR日粮的NE值之间没有极显著差异,但均极显著高于UB日粮(P<0.01)。
能量转化率中,两种RSM日粮的UE/DE和ME/DE无显著差异(P>0.05),且UE/DE极显著高于UB、RB和BR日粮(P<0.01),BR和RB日粮的UE/DE极显著低于UB日粮(P<0.01)。RB和BR日粮的ME/DE极显著高于RSM和UB日粮(P<0.01),UB日粮的ME/DE极显著高于RSM日粮(P<0.01)。
2.3 农副产品的营养成分消化率、能值及能量转化率分析
4种农副产品的营养成分消化率、能值和能量转化率见
表5。对于ATTD,DM、GE和OM的变化趋势一致,即BR相对最高,RB和RSM次之,UB最低(
P<0.01);BR中CP的ATTD极显著高于RSM和UB(
P<0.01);RSM和RB中EE的ATTD均极显著高于UB和BR(
P<0.01),UB中EE的ATTD极显著高于BR(
P<0.01)。
在能值中,RB、BR和RSM的DE、ME和NE均极显著高于较高UB(P<0.01);RSM1、RSM2、UB、RB、BR的NE值分别为9.41、9.13、5.11、12.64、11.63 MJ/kg。在能量转化率中,UB、RB和BR的ME/DE极显著高于RSM(P<0.01);5种原料的NE/ME之间没有显著差异(P>0.05),但UB的NE/ME值最低(61.21%)。
2.4 生长育肥猪饲料配方比较及减排分析
4种农副产品替代部分玉米、豆粕等原料配制的多元化日粮和常规日粮配方及日粮营养成分对比见
表6。从原料组成来看,与常规日粮相比,多元化日粮中的玉米占比在生长期和育肥期分别减少7.2%和10.0%,豆粕配比在生长期和育肥期均减少2.0%。
在营养水平方面,相比于常规日粮,生长期和育肥期多元化日粮净能水平均下降。生长期2种日粮配方中的CP水平相同,但多元化日粮标准回肠可消化CP更高,CP的回肠末端排泄量降低,N的排放量较常规日粮降低2.5%;同样地,育肥期2种日粮的CP水平接近,多元化日粮标准回肠可消化CP高于常规日粮,N的排放量降低2.4%。与常规日粮相比,多元化日粮中总P含量和PSTTD均下降,PSTTD/总P在生长期相同,在育肥期略低,生长期和育肥期粪P的排泄量分别降低16.0%和6.3%。
扣除运输费用后,生长期的多元化日粮成本为3 450元/t,较常规日粮节省143元/t,成本降低4.0%;育肥期多元化日粮成本为3 378元/t,较常规日粮节省43元/t,成本降低1.3%。
3 讨 论
3.1 农副产品的营养价值
衢州市主要的农作物为油菜和水稻,其加工副产物RSM、UB、RB和BR是主要的农副产品,且产量丰富
[7-8]。衢州地产4种农副产品营养成分的实测值与GB/T 39235—2020
[13]和NRC
[22]报道值存在一定差异,这主要是因为饲料原料的营养成分受品种、产地和加工工艺等的影响。准确评定饲料原料的营养价值,是精准配方与原料高效利用的基础
[21]。高效开发利用衢州地产农副产品,科学替代玉米、豆粕等原料,不仅可缓解常规饲料原料供应紧张的局面,而且可降低饲料成本,并减少养殖N和总P等排放。
本研究中2种RSM样品之间的化学成分存在差异,这可能与油菜籽产地和除杂程度有关
[23]。2种RSM样品的EE含量分别为7.06%和7.95%,低于李培丽
[23]报道值(8.5%~11.1%),可能是近年来榨油工艺的改进提高了油菜籽的出油率,导致RSM的EE含量下降
[24]。此外,由于油菜籽没有使用机械轧胚,而是经过蒸炒等热处理,这加剧了RSM的热损害和美拉德反应,其反应产物会被当作NDF排出,因此,两种RSM中NDF含量高于GB/T 39235—2020
[13]和NRC
[22]报道值。
UB是一种采用一次加工工艺由稻谷生产精米时分离出的稻壳(砻糠)、碎米和米糠的混合物,营养组成受砻糠和米糠混合比例的影响
[25]。值石全等
[25]测定的的风干基础UB的GE、CP、NDF和ADF含量分别为16.00 MJ/kg、2.86%、64.94%和75.81%,低于本试验所用衢州地产UB中的GE(16.51 MJ/kg)和CP(9.96%),高于NDF(47.43%)和ADF(31.88%)的含量。
衢州地产RB的营养成分与GB/T 39235—2020
[13]和Stein等
[26]报道值接近。据报道
[26],RB中CP含量为15%~18%,且具有较高的生物学价值,EE含量为15%~24%,NDF含量为25%,总P含量也较高。
BR是稻谷脱壳后不加工或较少加工所获得的全谷粒米,与白米之间的差别在于加工过程中保留了胚、种皮和糊粉层,可作为饲料原料配制日粮,与稻谷相比,营养价值更高
[27]。本试验所用BR的ST含量为80.1%,与GB/T 39235—2020
[13](81.02%)和张德福
[27]的报道值(82.4%)较为接近。
3.2 日粮类型对生长猪营养成分消化率、氮平衡、能量平衡、能值及能量转化率的影响
日粮中营养物质的消化率与其纤维含量呈负相关,这与之前的报道吻合
[23]。本研究中衢州地产RSM日粮营养成分的ATTD均在李忠超
[28]报道的范围内。而BR日粮的NDF和EE的ATTD与李亚奎
[29]测定值存在差别,这可能是受测定方法(直接法和间接法)及日粮营养水平的影响。
不同类型日粮能量和N的利用存在差异,这可能与日粮CP水平有关,随着CP摄入量增加,机体CP的周转代谢加快,N的排泄增加,进一步导致UE/DE提高,能量利用效率下降
[30]。UB日粮的DE、ME和NE相对最低,一方面可能是受ME采食量水平的影响,另一方面可能由于UB中稻壳的纤维主要是纤维素、半纤维素和木质素,而生长猪对纤维素和半纤维素的消化利用极其有限,不能消化木质素
[31],这部分纤维的摄入增加了UB日粮中粪能的排出,导致日粮DE降低,ME随之下降,此外,由于富含纤维类饲料的热增耗较高
[32],因此UB日粮的NE值也较低。
3.3 农副产品的营养成分消化率、能值及能量转化率
衢州地产2种RSM的CP和EE的ATTD低于李忠超
[28]报道的值,一方面可能是受品种、气候、加工工艺等影响,导致菜籽饼的营养成分存在一定差异
[29],另一方面可能与猪的个体及生长阶段有关。李忠超
[28]试验中所用40 kg的生长猪与本研究中30 kg的生长猪相比,消化系统发育的愈加完善,肠道对营养物质的吸收利用效率更高
[33]。
RSM中CP含量较高,过高的CP摄入会加速机体CP的周转代谢,导致能量利用效率降低
[30]。衢州地产的两种RSM的DE和ME均在李培丽
[23]报道值(12.64~15.77 MJ/kg,11.93~14.41 MJ/kg)内,ME/NE的比值与前人的报道一致
[21],而NE值低于先前的报道
[21,23],可能是随着近年来提油工艺的改进,RSM中EE含量低于之前的报道值
[13,22]。董万福等
[34]研究表明,猪育肥期添加5%~15%的UB可以提高其生长性能,降低饲料成本。由于目前国内暂无生长猪UB有效能值和养分消化率的公开数据,因此,本研究对UB营养价值的评价也为其开发利用提供基础数据。衢州地产RB的NE/ME相对最高,这可能是由于RB含有较高的EE和ST,EE和ST的ME利用效率高于CP和纤维
[20]。与吕之谦
[35]、GB/T 39235—2020
[13]和NRC
[22]相比,衢州地产RB的GE、EE、CP和NE较高,而NDF与ADF含量较低,因此,仅使用参考值
[13]配制日粮,可能造成能量或CP的过量,增加C和N的排放
[9]。衢州地产BR的NE值低于李亚奎
[29]测定值(13.81 MJ/kg)和GB/T 39235—2020
[13]的报道值(12.89 MJ/kg),这可能是受原料营养成分和测定方法的影响
[36]。
3.4 生长育肥猪饲料配方比较及减排
开发利用非常规饲料,是玉米豆粕减量替代的重要措施,由于农副产品价格低、产量高、营养价值丰富,因此,在猪饲料营养降本增效方面更有优势
[37]。此外,本地运输饲料成本更低,现产现用,质量也更有保障。利用BR和RSM等农副产品替代部分玉米豆粕,配制生长育肥猪多元化日粮,可以减少养猪对这2种常规原料的过度依赖,降低饲料成本,对于养殖业节能降耗,推进畜牧业健康可持续发展,落实《猪鸡饲料玉米豆粕减量替代技术方案》和《饲用豆粕减量替代三年行动方案》,保障粮食安全等具有重要意义
[38]。
RSM1的大多数营养成分高于RSM2,但两者价格相同,因此在多元化日粮配方设计中使用了RSM1替代常规日粮的饲料原料。与生长期和育肥期的常规日粮相比,多元化日粮中RB的使用量均降低,一方面由于RB被其它农副产品所替代,另一方面衢州地产RB中CP和NE的实测值均高于参考值
[13],因此,在相同添加水平下能替代更多的能量和蛋白饲料。
在猪生长期的配方中,多元化日粮的NE水平降低至10.38 MJ/kg,与GB/T 39235—2020
[13]生长育肥猪25~50 kg阶段日粮NE的推荐量一致,比常规日粮低0.13 MJ/kg,以玉米的NE值(11.59 MJ/kg)
[13]为参考,相当于节省1.12%的玉米。衢州市2022年出栏生猪124万头
[5],按照衢州市三易易生态农业科技有限公司生长育肥猪生长期的料重比2.0计算,共计可节省1 250 t玉米。同样地,在猪育肥期的饲料配方中,多元化日粮NE水平降低至10.23 MJ/kg,略高于生长育肥猪75~100 kg阶段的推荐量(10.21 MJ/kg)
[13],较常规日粮低0.28 MJ/kg,相当于减少2.38%的玉米,按育肥期的料重比3.0计算,衢州全市约节省3 100 t饲用玉米。精准配方,可避免营养过剩,降低猪能量饲料及C源的摄入,减轻猪的肠道负担,降低C排放
[39]。多元化日粮与常规日粮ME不同,且育肥期多元化日粮ME低于参考值
[13],不宜直接使用NRC
[22]中的公式比较C的摄入、沉积和利用率,但Hu等
[12]通过情景分析和从摇篮到农场的生命周期评估(LCA),测算了不同配方体系下中国生猪生产(25~120 kg)的C足迹和N足迹,发现应用NE体系的配方比应用ME体系的配方降低约2%的C足迹和4%的N足迹。
生长期多元化日粮与常规日粮CP水平一致,但回肠末端N的排放降低,主要是由于多元化日粮中含有较高水平的BR,BR中CP的SID高于麸皮和RB
[13]。提高饲料中CP的消化利用会增加猪体内N的沉积,降低N的排泄
[30]。此外,多元化的饲料配方还能提高猪对饲料中其他养分的消化吸收,提高饲料的利用效率,降低饲料的消耗量,从而减少C排放
[39]。Pokharel等
[40]研究表明,生长猪日粮中适当降低总P水平,会降低粪尿中P的含量,且不影响猪的生长性能,减少环境污染。此外,还可通过添加植酸酶等营养调控手段,提高饲料中总P的消化利用率,降低猪排泄物中总P的含量
[41]。
4 结 论
本研究通过测定4种衢州地产农副产品营养价值并分析其替代猪饲料原料的减排潜力,得出以下结论:4种衢州市地产农副产品产量丰富且营养价值较高,实测营养成分与公开数据存在一定的差异;以DM为基础,RSM、UB、RB和BR的NE值分别为9.27、5.11、12.64和11.63 MJ/kg;按照农副产品营养成分实测值配制生长育肥猪生长期和育肥期的日粮,可减少玉米豆粕等饲料原料的配比,猪回肠末端N排放量分别降低2.5%和2.4%,粪P的排放相应减少16.0%和6.3%,生长期和育肥期猪饲料成本可分别节省4.0%和1.3%。
国家重点研发计划项目(2023YFD1301405)
企业委托项目(202205410410629)