飼料酶制劑在減少家禽生產對環境影響中的作用

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飼料酶制劑在減少家禽生產對環境影響中的作用
  
糖酶/蛋白酶復合物和植酸酶在幫助養殖者為滿足歐洲、美國及其他地區更加嚴厲的環境法律方面扮演了重要角色。通過減少糞便總量和糞便中關鍵成分的含量，酶制劑幫助養殖者在維持養殖規模的同時又不違反污染控制的要求。
  
預計全球對禽產品的需求至2014年將以每年2.2%的速度增長，可見養禽業的前景非常樂觀。然而，需求的增長也將增加養殖者所要面對的問題：需要有效降低成本來增加產品在全球的競爭力；滿足更加嚴厲的食品和福利標準；抵抗來自禽類疾病和生物安全的困擾。
  
目前養殖業面臨的所有難題中，最困難的是如何將家禽生產對環境的影響減至最低。任何對此表示懷疑的人只需細想一下相關數據就可以理解。據美國農業部（USDA）估計，僅在美國，每年家畜和家禽的排糞量可達5億噸左右。糞便處理問題隨著養殖規模的擴大將變得更加困難，而擴大養殖規模是為了滿足零售商和消費者對于“有支付能力”產品的需求。
  
隨著養殖規模的擴大，在養殖場附近找到足夠的土地來處理動物糞便將成為日益棘手的問題。除了糞便的體積外，其他主要影響環境的因素有糞便中的氮磷水平和氨含量。家禽攝入的氮、磷有80%沒有被吸收利用，而是直接排到了環境中。
  
動物廄肥：機會還是威脅？
動物廄肥對耕種者和反芻動物飼養者具有巨大的經濟效益，可以減少他們在購買化學肥料上的費用，且這些化學肥料都是利用不可再生資源生產的。但這種肥料也不是處處都有益的。歐洲西北部、美國東部和中西部、日本和東南亞沿海地帶所面臨的問題，并不是使用動物廄肥來滿足農田營養需要，而是需要處理過多的動物廄肥。地表水中過多的硝酸鹽和磷酸鹽會導致藻類的大量繁殖，而飲水中含過多硝酸鹽和磷酸鹽將對公共衛生健康造成威脅。這樣的發現已使更多的問題集中在了環境可持續發展上，也促使世界許多地方采用立法來減少硝酸鹽和磷酸鹽污染的風險。
  
據估計，歐盟有20%的地表水污染嚴重。因此，歐盟硝酸鹽管理部門要求各成員國實施各種控制方案，限制每公頃土地硝酸鹽的使用量。例如，水資源管理部門的目標是防止水源污染。該部門設置了一套控制機制來確保所有的污染源得到治理，并確立了地表水質量和數量目標。這些措施可以保證，到2015年所有的地表水達到“優等”。歐盟綜合污染預防與控制委員會正設法在全區從源頭著手控制污染。
  
不只歐盟國家關心水質問題。美國幾乎40%的水源受到污染，部分是由于對集約化養殖場（CAFOs）的管理不當引起的。美國環境保護機構（EPA）負責管理國家污染物排放削減制度（NPDES）許可證，該許可證用于規范各種排入美國水源的污染物。除了申請許可證，所有CAFOs都必須開發并實施了一套營養管理方案，以減少排放到環境中的污染物，包括家禽和家畜排泄的氮和磷。
  
尋求解決方法
通過立法嚴格限制每公頃土地氮含量的方法適用于控制家畜廄肥，而這項立法也給家畜飼養者們帶來了難題。
  
已經證明，營養是減少環境影響的重要領域，商業化可行性技術有助于實現此目標。例如，可以通過設置有一定技術含量的飼喂模式，在滿足禽類營養要求的同時通過制定更加實際的飼料消費量達到減少排入環境中氮和磷數量的目的。
  
飼喂較易消化的日糧是減少飼料損失和排糞量的另一種方法。調整好大小的顆粒狀飼料比粉狀的飼料更能提高消化率，而且根據營養物質的消化率和有效性配制的飼料比使用平均值來測定更精確和適用。
  
就減少氮的排出量而言，一種選擇是通過減少家禽日糧中粗蛋白的含量來減少含N化合物的水平。研究者表示，給7-14日齡的雞飼喂含23%、21%、19%和17%粗蛋白的日糧，4天后每只雞只每天各自的氮排出量分別為3.93g，3.26g，2.35g和2.19g。他們認為將肉雞日糧中粗蛋白的含量從21%降低到19%就可以減少10-20%的氮排出量，但他們也指出減少飼料中的粗蛋白含量將導致腹脂的增加，從而影響胴體質量。
  
另一位研究者已證明，將產蛋母雞日糧中的粗蛋白含量從17%降至13.5%時，可減少30%的氮排出量，但是產蛋率也減少了2-3%。
  
應對困境
家禽養殖者和飼料生產商所面臨的困境是，如何在盡量不影響環境的條件下，以低成本持續生產高質量禽肉和禽蛋產品。
  
谷物、油粕粉及其副產品中高比例的磷來源于植酸。因為禽類缺乏降解植酸的酶，因此禽類只能有效吸收飼料中30%的磷。被利用的天然磷數量有限，大部分的磷通過動物的消化道直接排出，從而造成養殖者的損失和環境問題。
  
飼喂來自如肉和骨粉的高消化性的磷是非常有效的，通?？梢越档统杀静p少磷的排出量，但在很多市場上這種做法是違法的。為了確保飼料能提供禽類所需得磷量，要添加昂貴的無機磷源，但仍會有20%的無機磷未被消化。
  
飼喂酶制劑是一種低成本高效的解決方法。許多大規模的養殖企業已經逐漸意識到植酸酶在減少營養物質浪費、提高肉產品效益以及降低成本中的巨大效益。因此，鑒于植酸酶在這方面的特性，從2000年開始，美國的馬里蘭州已經要求所有的養禽飼料合同中應注明飼料中含有植酸酶或者其他酶制劑或者添加物來減少磷的排出量。
  
表1顯示，添加植酸酶后對生長雞的磷排量有顯著不同。這表明，從正常飼料轉換到低磷飼料時，需添加500單位/kg的植酸酶可以減少52%的磷攝入量，增加63%的磷滯留量，減少70%的磷排出量。
  
關于降低氮排放量的問題，在美國、西班牙和英國的研究機構對糖酶/蛋白酶復合物在腸段或糞便對蛋白和氨基酸的吸收率的有效性進行了研究。表2的結果證明，腸段對大麥和小麥為主的肉雞飼料的蛋白/氨基酸消化率比對照組平均提高了18%；測量糞便中蛋白和氨基酸的消化率，添加了酶的實驗組分別提高了8%和6%的消化率。
  
西班牙 Nutreco 家禽研究中心對玉米日糧做的進一步研究也清晰地證明了，添加糖酶/蛋白酶復合物有益于蛋雞腸段的消化，見表3。
  
更好的解決方法
添加少量的天然磷，降低對昂貴的磷添加劑的需求，確保營養物質的完全消化可以使養殖者在減少飼料和生產成本時不影響禽類的生產性能。此外，通過減少70%的磷排出量（見表1），對環境十分有利。
  
植物飼料成分的細胞壁黏附營養物質，包括那些含氮物質，例如氨基酸和蛋白質。某些飼料成分中的可溶性纖維也溶于禽類消化道，從而形成能吸附含氮營養物質和減緩含氮物質消化速度的粘性凝膠物質。禽類缺乏消化植物細胞壁或者降解可溶性纖維的酶類，因此不能吸收黏附的營養物質，這些物質以未消化的形式被排出。
  
為了解決這種情況，通常將糖酶和蛋白酶的復合物如木聚糖酶、β-葡聚糖酶和蛋白酶加入飼料。這些酶可確保完全地消化營養物質，從而最大限度的提高飼料利用率，降低飼養成本，優化雞只均勻度同時減少氮的排出量。
  
我們調查研究了飼料中添加木聚糖酶對雞糞便的影響（見表4），從表4可以看到，氮排出量減少了15%。此外，木聚糖酶通過降低膳食纖維的水結合能力，降低了12%的水排出量和14%的干物質排出量，從而使排泄物的總量減少了17%。這對于家禽行業對環境的影響具有積極的正面效應。
  
對母雞進行同樣的研究（見表5），結果證明飼料中添加木聚糖酶后，干物質和含氮化合物的消化率分別提高了2%和1%，同時減少了6%的氮排出量，而水分、干物質和排泄物總量的減少均達到了7%。
  
影響
這些發現對經濟和環境領域都具有重大的實際應用意義。
  
據估計，1000只蛋雞每年的氮排出量可達650kg。歐盟硝酸鹽管理部門限制有機氮的排放量在170kg/公頃/年，而處理650kg的氮需要3.9公頃的土地。以表5中的數據為例，飼喂添加了木聚糖酶的飼料可減少6%的氮排出量，每1000只蛋雞每年就可以減少40kg的氮排出量，而處理氮需要的土地也就減少到3.6公頃。因此，每100萬只蛋雞，就可以減少300公頃用來處理雞糞的土地。
  
歐盟對磷的立法要求集中在使來自含磷的礦物質肥料和動物廄肥中的磷含量符合農作物的需求量。盡管超出需求量也是允許的，但到2012年要求每年每公頃的土地使用6kg的磷，相當于13.6kg的磷酸鹽。已知冬小麥的生長對磷酸鹽的需求是70kg/公頃，而每年每公頃冬小麥所允許的磷酸鹽用量為83.6kg。假定僅僅是由動物來提供這些磷酸鹽，那么1000只蛋雞每年就可產生545kg左右的磷酸鹽，這可以滿足6.52公頃冬小麥的磷酸鹽需求。
  
植酸飼料酶制劑可減少30%的磷排出量，這意味著同樣的1000只蛋雞每年將產生380kg的磷酸鹽，這些磷酸鹽可用于4.5公頃的冬小麥。因此，每100萬只蛋雞，就可以減少2000公頃用來處理雞糞的土地。已知處理雞糞還需要更多的土地，因此減少磷排出量將仍是養殖業所關注的重點。
  
立法壓力的增加無疑將迫使養殖者們更加關注家禽生產對環境的影響問題。這就需要一種積極有效的方法，即科學技術。在禽類飼料中添加酶制劑已經充分證明，添加酶制劑不僅可以提高飼料的利用率和產品的經濟效益，而且還可以減少肉蛋生產對環境的影響。