选择配种成功的健康‘长白(Landrace)×约克(Yorkshire)’(LY)二元杂交母猪12头,单笼饲养于专用母猪代谢笼,开展全收粪尿代谢试验,到下次发情配种前结束。试验期采用养殖场常规饲养管理,在妊娠前期(1~28d)、妊娠中期(29~83d)、妊娠后期(84~113d)、哺乳期(1~28d)和空怀期(1~7d)饲喂相应阶段商业饲料。在试验前一天、断奶第7d称重记录母猪体重,分娩时记录仔猪初生重、窝产仔数、断奶窝重、死淘仔猪数等。
仔猪断奶后,随机选取健康断奶DLY商品仔猪12头,单笼饲养于专用可调节移动式代谢笼,通过调整代谢笼大小,确保试验猪正常生长。试验从仔猪第29日龄开始至体重达100kg左右结束,试验期间采用养殖场常规饲养管理,分别在保育期(7~20kg)、生长前期(20~40kg)、生长后期(40~60kg)和肥育期(60~100kg)结束前后称重记录试验猪体重,并饲喂相应阶段商业饲料。
试验期间,每天早上8:00结算前一天的粪、尿量,并将同一天每头猪的粪、尿分别混合均匀,粪样按照总重的20%取样后均分为2份,1份按照100g新鲜粪便加入5mL4.5mol·L1H2SO4,并加2滴甲苯,风干粉碎,冷藏保存,另1份不做任何处理用于测定绝干物质含量;尿液按照总重的10%取样,样品按照按每100mL加入4.5mol·L1H2SO42mL和4滴甲苯,混匀后装入塑料瓶密封,标记后置于20℃冷冻保存。将每头猪同一生长生理阶段样品混匀,按照四分法取样,粉碎过40目筛,立即开展相应指标检测。
测定饲料中水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、无氮浸出物、灰分等营养成分含量,粪便中水分、总氮含量及尿液中总氮含量,采用官方分析化学家协会(AOAC)方法测定。
生猪年排放系数计算公式:
式中:nfi为第i阶段商品肉猪存栏量(万头),nt为生猪总存栏量,nb为公猪存栏量,ns为母猪存栏量,ti为第i阶段生猪饲养天数(d),tfa为商品肉猪从出生到屠宰上市总饲养天数(d)。
生猪养殖氮排放总量计算公式为:
式中:TNP为全国(各省)生猪养殖氮年排放总量(万t),实际生产中,哺乳仔猪和对应母猪没有分开,其排泄量包含在哺乳母猪排泄量内,因此,不再单独计算哺乳仔猪的氮排泄量;PNi为第i阶段生猪养殖氮年排泄系数;ni为全国(各省)第i阶段生猪存栏量(万头);λi为第i阶段生猪存活率。
单位猪肉产品氮排泄量是生产1kg猪肉产品全程通过粪尿排泄的氮总量,包括其繁殖种猪分摊量。
单位猪肉产品氮排放量(MNP,g·kg1)计算公式为:
式中:MP为猪肉产量(万t)。
单位耕地面积生猪养殖氮承载负荷是1年内在维持相对稳定的前提下,区域内单位耕地面积所承载的由生猪养殖排泄的粪尿氮总量,主要反映生猪养殖对环境产生的氮负荷。
单位面积生猪养殖氮承载量(NCP,kg·hm2)计算公式为:
式中:CLA为耕地面积(hm2)。
从粪尿氮结构看,日排粪氮最高的是母猪哺乳期,其次是母猪空怀期和肉猪生长后期,其中哺乳期是保育期的5.07倍;日排尿氮最高的是母猪妊娠前期,其次是母猪空怀期、肉猪肥育期,其中妊娠前期是保育期的4.76倍,保育期生猪日排粪氮、尿氮量均最低。
从氮的排泄率来看,日排泄率最高的是妊娠前期,达81.55%,其次是空怀期,达68.38%,最低的是哺乳期母猪,为34.09%。其中,粪氮排泄率最高的是肉猪生长后期,为22.75%,最低的是母猪妊娠后期,为13.39%。尿氮排泄率最高的是母猪妊娠前期,达64.80%,最低的是母猪哺乳期,为34.09%。在母猪妊娠前期尿氮与粪氮比值最大,妊娠中期和哺乳期尿氮与粪氮比值最低,其他阶段差异不显著。
1头母猪从配种成功到下次发情配种前作为1个繁殖周期,目前在我国生猪养殖平均生产水平下,妊娠期111~115d,哺乳期21~28d,空怀期7~14d完成配种。在本研究条件下,健康能繁二元杂交母猪总氮年排泄系数为11.75kg·头1·a1,其中粪氮4.16kg·头1·a1,尿氮7.60kg·头1·a1。正常DLY商品肉猪氮的年排放系数为9kg·头1·a1,其中粪氮2.74kg·头1·a1,尿氮6.26kg·头1·a1。1头商品肉猪年排氮量较母猪低23.40%,而氮排泄率较母猪高14.60个百分点。
2010—2018年,生猪养殖氮排泄总量前5名的河南省、山东省单位耕地面积氮负荷量在全国排名第14和15,2000—2009年情况相似。而北京、上海生猪养殖氮排放总量较低,单位耕地面积氮承载负荷较高。
我国生猪养殖氮排放总量较高,而且商品肉猪氮排放量显著高于种猪,其原因是我国经济水平快速发展,人们对猪肉消费的需求量显著增加,促进生猪养殖数量逐年增加;另外,由于育种技术、繁殖技术、饲养技术及防疫技术的不断提高和应用,生猪养殖生产效率显著提高,同时,降低了单位猪肉产品氮排放量。近20年,我国生猪养殖氮排放量呈先增后降的趋势,原因一方面人们消费习惯发生变化,增加了禽肉和牛肉的消费,另一方面国家通过用法律、政策引导、技术指导,深入改善养殖环境,在这期间关闭了许多养殖环境不达标和禁止养殖区的养殖场(户),导致养殖总量有所下降。
本研究以我国主要生猪品种DLY作为研究对象,在环控圈舍条件下,以我国主要饲料原料和平均营养水平为基础,通过全生产周期监测获取其氮的摄入与排泄参数,并以此对全国生猪养殖粪尿氮产生情况进行分析。然而,影响生猪氮排泄的因素较多,如品种、饲料组成和营养水平等。因此,计算结果仍然存在一定的不确定性:一是品种差异带来的不确定性,本研究未考虑不同品种之间氮排泄的差异性;二是饲料和营养水平的差异性,不同养殖技术管理水平的养殖场(户)在营养策略上会有差异,本研究未考虑由此带来的氮排泄差异;三是本研究是一种静态分析方法,而畜禽养殖是动态变化的过程,特别是各阶段畜禽养殖数量与真实值之间仍然存在一定的不确定性;四是本研究只核算了生猪粪尿氮的产生量,未考虑资源化利用情况,因此不能通过该核算结果评估生猪养殖对环境产生的实际危害。为准确掌握生猪养殖氮排放,我们下一步将继续完善和丰富我国主要生猪品种、主要营养水平下的氮排泄参数。
生猪不同生长生理阶段氮的摄入和排泄量差异显著,而且,尿氮排泄量显著高于粪氮。在核算生猪养殖氮排放量时应分别采用各生长生理阶段的氮排泄系数,重视繁殖母猪氮排泄量的核算。在本研究条件下我国生猪养殖氮年排泄系数,保育猪、生长猪和肥育猪平均为4kg·a–1、10.06kg·a–1和13.06kg·a–1,能繁母猪平均为11.75kg·a–1。
2000—2018年,我国生猪养殖氮排放总量呈先增后降的趋势,商品肉猪氮排放量贡献最大,2000—2009年平均为394.05万t·a–1,2010—2018年平均为415.72万t·a–1,商品肉猪氮排放量占比分别为83.80%和84.28%。但是,随着科技发展,单位猪肉产品氮排放量逐年降低。我国各省生猪养殖氮排放量和区域负荷不均衡,可能会造成局部环境压力。