日粮中添加纤维饲料对生长育肥猪排泄物特性的影响

张振玲（编译）

(徐州生物工程职业技术学院动物工程系，江苏 徐州 221006)

饲喂高品质饲料可最大限度地提高猪的生长性能，但同时也会导致猪场的单位污染水平增加。高品质饲料可促进蛋白质发酵，增加日粮中氮的摄入量。将膳食纤维添加到猪的日粮中可以增加纤维发酵，增加肠道内所需微生物群的可利用性。有证据表明，将膳食纤维添加到猪日粮中，可使饲料中的氮素从原来尿中的尿素形式转为粪便中的细菌体形式排出，这种转变很明显使得氮不易挥发。猪排泄物产生的不愉快的气味，对商品猪场附近的居民造成干扰。目前，减少猪场废弃物污染的一种方法是添加使用纤维饲料。此外，猪饲料中添加纤维还可减少导致全球变暖的污染物的排放。不同的纤维来源具有不同的理化性质，很可能会影响猪的排泄物特性。纤维饲料的选择和适宜的添加水平应考虑纤维饲料植物的生长性能、可获得性及其对环境污染的影响。

将膳食纤维纳入猪日粮的最佳水平的前提是不对猪的生产性能产生负面影响。此外，试验还研究了常见纤维源（玉米芯、禾本科牧草、苜蓿草、玉米秸秆和葵花籽壳）的理化性质和其对猪自愿采食量的影响。有研究认为，当日粮纤维添加量达160 g/kg时，添加不同纤维源的饲料猪的采食量均下降。当添加量增加到400 g/kg时，观察到自愿采食量又有增加。高纤维饲喂水平下，猪需要消耗更多的饲料以弥补营养水平的降低，满足其营养需求。然而，由于猪的肠容量有限，阻止了其继续增加自愿采食量，因此，高纤维水平的日粮导致猪生长性能下降。然而，目前人们仍不清楚这些常见纤维源对猪排泄物特性的作用或影响。由于植物来源和加工工艺等不同，膳食纤维组成上存在一些差异。这些差异可能会改变动物排泄物的特性，特别是生长猪的排泄物－粪便和尿液，但这些纤维对排泄物特性的影响程度需要人们进一步定量研究。了解排泄物的特性是猪场污水管理的第一步。对排泄物特性的了解可使生猪养殖者能够选择饲料原料，不仅降低饲料成本，而且减少猪场排泄物对环境污染的负面影响。研究目的是确定不同纤维来源及添加水平下，生长猪的排泄物－粪便和尿液的特性。人们推测认为，向生长猪提供不同的纤维和纤维含量水平会改变猪排泄特性，从而减少养猪污染物的排放。

1 材料与方法

1.1 试验地点和伦理方面

试验在南非彼得马里茨堡的Ukulinga研究农场进行。农场位于南纬29°40′，东经30°24′，海拔约 775 m。日平均气温 29 ℃变化范围为28．2～43 ℃。年平均降雨量为735 mm，降雨主要在夏季，冬季偶有轻到中度霜冻。研究符合夸祖鲁纳特大学动物伦理委员会所要求的标准（第096/11号参考资料/动物）。

1.2 猪和猪舍

试验选用104头雄性F1杂种猪（大白×长白，PIC配套系），体重为（18±2．0）kg。 在 1．5 m×1．0 m 的 猪圈内饲养4周。每圈配备塑料管道饲喂系统和可自由饮水的低压乳头状饮水器。饲料任其自由采食。圈舍的设计方式是将粪便和尿液分开收集。猪舍温度保持在23 ℃，采用自动加热和通风系统。

1.3 饲料与试验设计

玉米芯（MC）、禾本科牧草（GH）、苜蓿干草（LH）、玉米秸秆（MS）和葵花籽壳（SH）是试验中使用的纤维源。纤维饲料粉碎过筛（孔径2 mm）后，以不同含量水平（0，80，160，240，320和400 g/kg）掺入到基础日粮中，保持基础日粮的主要营养含量不变。基础日粮从当地饲料公司购买，纤维含量低，干物质中总纤维含量为50 g/kg。基础日粮配方：黄玉米（426 g/kg）、大豆（176 g/kg）、大豆饼粕（83 g/kg）、麦麸（100 g/kg）、 全 麦（100 g/kg）、 葵花 籽 饼 粕 (75 g/kg)、 鱼 粉（20 g/kg）和添加剂（20 g/kg）。总共有26份完整的日粮。基础日粮中添加5种不同的纤维源（MC、GH、LH、MS和SH）饲料，5种纤维源每种都有5个不同的添加水平（80、160、240、320 和 400 g/kg），加上对照，共26份，即26个处理。表1列出了这26份日粮的成分。每个处理有2个重复，采用相同的试验设计，每个处理组合有4头猪。

1.4 猪粪便和尿液的收集与储存

试验的最后3 d，收集每头猪的粪便和尿液样品（不包括适应期，此时试验已进行4周）。袋子悬挂在每个猪圈栏的下面，覆盖整个圈栏范围，以确保排泄物的全面回收。收集250 g/头粪便和250 mL/头尿液（＜1 h）。粪便收集在塑料袋中，存放在-20 ℃的温度下待分析。粪便与尿液分开收集。尿液 仅 从 0、80、160 g/kg（MC、GH、LH、MS和SH）添加水平中收集。Ndou等人发现在试验中当每种纤维饲料添加水平不超过160 g/kg时，对猪的生长性能没有影响。所以，对于超过160 g/kg的添加水平，尿液收集基本上是不必要的，因为在较高的纤维添加水平下猪的生长性能受到影响。尿液是通过猪圈下的漏斗经管子收集到桶里的。网状纱布被放置在尿液桶上以阻档小的微粒进入到尿桶。为防止氨气挥发，收集5 min内，将2 mL硫酸（25%）加入到每个样品中，并将样品置于-20 ℃保存，待分析。

1.5 测量

采用Strickling等人设计的手压法和目测法，对新鲜粪便在收集期间进行了粪稠度评分。采用同一个人对所有粪便样本进行了粪稠度打分。所用粪稠度评分的说明见表2。采用美国分析化学协会（AOAC）的方法测定了粪便干物质、粗蛋白（CP）、粗脂肪、粗纤维、氮和粪便灰分含量。依Van Soest等人方法，用纤维萃取包测定中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）。据Otto等人方法，测定粪便中短链脂肪酸（SCFA）的含量，即：乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸和戊酸。

2 统计分析

采用SAS的一般线性模型程序，分析了不同纤维来源和添加水平对粪便排泄量、粪稠度、粪氮和SCFA含量的影响。使用SAS程序中PDIFF选项对均值进行了成对比较。粪稠度的数据在分析前进行了平方根变换，结果在报告时进行了平方转换。用回归分析法估算纤维水平对粪便干物质（DM）、粪便产量、粪稠度、粪氮、CP、粗脂肪、ADF和NDF的影响。

3 结果

3.1 统计分析和显著水平

纤维源对粪便DM、粪便产量、粪氮、CP、NDF、ADF和异丁酸（g/kg）有极显著影响（表3），总短链脂肪酸（TSCFA）和乙酸盐显著受纤维源的影响（表3）。纤维水平对粪便中DM、粪产量、粪稠度、粪氮、CP、ADF和NDF有极显著影响，对粗脂肪含量有显著影响（图1）。不同纤维源与纤维添加水平对粪便DM、粪便产量、粪稠度、粪氮、粪便蛋白、粪便脂肪、NDF和ADF的交互作用差异不显著，对异丁酸盐和丁酸盐浓度却有极显著影响（表4）。

3.2 粪便成分

猪粪中干物质含量（DM）随着添加不同的纤维饲料变化较大。与添加MC、GH、LH和MS纤维饲料相比，饲喂添加SH纤维饲料日粮的猪粪便中DM值显著高（表3）。饲喂添加GH、MS和SH纤维饲料日粮的猪粪便排泄量极显著高于添加MC和LH纤维饲料（表3）。猪粪便的粪稠度和氮含量在所有纤维饲料（SH除外）添加后基本相同。饲喂添加SH饲料的猪的粪氮水平极显著高。与其他纤维来源相比，饲喂添加GH和MS的猪粪便中NDF和ADF含量高。饲喂添加SH日粮中乙酸盐浓度显著高（见表3）。

表1 试验日粮（作为基础日粮）的化学组成

表 2 粪稠度打分

猪粪中DM含量随纤维水平增加而显著降低（见图1）。粪产量随纤维添加水平的增加呈线性增加。随纤维水平的增加，粪稠度和氮含量均呈线性显著增加（见图1）。粪中CP含量呈线性增加，而粪便脂肪含量随纤维添加量呈曲线响应。NDF和ADF随纤维量增加呈线性增加。

3.3 纤维来源和添加水平互作对短链脂肪酸浓度的影响

粪便中异丁酸盐浓度随MC和GH纤维饲料添加水平的增加而显著增加，分 别 在 日 粮 240 g/kg 和 320 g/kg 添加水平时显著达到峰值（表4）。饲喂添加MS日粮的猪粪便中异丁酸盐含量最高，而饲喂添加SH日粮的猪粪便中异丁酸盐含量在各添加水平上基本相同（表5）。饲喂添加LH日粮的猪粪便中丁酸浓度随纤维水平的增加而显著增加（表4），饲喂添加MS和SH日粮的猪粪便中丁酸盐浓度在240 g/kg添加水平时最大。此外，在试验全部纤维添加水平上，饲喂添加MS和SH饲粮的猪粪便中异丁酸盐含量最小。在80 g/kg和160 g/kg纤维添加水平下，异丁酸盐含量最大，且在240 g/kg纤维添加水平后趋于下降。同时，在240 g/kg纤维水平及以上，异丁酸盐含量（添加MC和LH纤维饲料）最大。总的来说，与研究中测试的不同添加水平所有纤维相比，饲喂添加MC纤维饲料日粮的猪粪便中丁酸盐浓度最高。

3.4 纤维来源对尿氮含量、粪与尿氮比和尿量的影响

表5显示的是尿氮、粪与尿氮比和猪日产尿量。添加不同的纤维对尿氮和尿量无影响。随着纤维添加水平的增加，尿氮和尿量均降低。

4 讨论

不同植物的纤维基质和组成不同，决定了不同纤维（饲料）的性质不同，也就决定了其膨胀能力的不同。这种不同可能解释了饲喂添加不同纤维来源的日粮的猪粪便的差异。观察显示，饲喂纤维饲料的猪粪便量多。粪便量多是由于高纤维饲料（GH，MS，SH）中不易消化的纤维成分比例高。与低纤维饲料相比，高纤维饲粮中难以消化的成分占比更大，这些难以消化的成分不能在肠道中进行发酵。ADF和NDF是高度不可消化的饲料成分，因此，猪饲料中纤维含量水平的增加导致产生了更多的粪便排泄物。

目前研究中，摄食较高纤维含量饲粮的猪有较高的粪稠度（高于摄食纤维含量水平较低的猪）。因此，给猪喂食纤维饲料的好处之一是可减少水样粪的发生。生长猪水样粪便的出现是仔猪断奶后出现的常见现象，这是由于仔猪胃肠消化紊乱引起的。胃肠消化紊乱可由各种原因引起，如高蛋白饲喂（生长猪饲喂高蛋白饲料可确保其肌肉快速生长）引起的发酵。此外，低纤维饲喂使结肠中水分和电解质的分泌异常，从而导致形成较脏粪便（污粪）。所以，日粮中难消化成分的增加（特别是日粮中纤维含量增加时，尤其是ADF）可能使得在较高的纤维饲喂水平下形成了较高的粪稠度。另有Bindelle等的研究报告指出约有22%的氮与禾本科饲草中的NDF结合。Schulze等的报道指出摄入的NDF只有约20%被猪消化，其余大量的经由粪便排出。NDF的排出随不同的纤维源及其添加量而变化，因为不同纤维及含量水平具有不同的组成。因此，随纤维源植物种类的不同，氮与纤维结合能力也不同，这对于猪吸收氮素也有影响。这就解释了日粮中添加不同的纤维饲料，猪粪便中氮和蛋白质含量变化的原因。

Kaun和Liong观察到不同的纤维有不同的可溶性物质。肠内注入SCFAs可使水和电解质的分泌减少。未消化完的蛋白质底物（氨基酸）脱氨以及肠道和猪粪便中厌氧细菌对可溶性碳水化合物的发酵导致SCFAs的产生。饲喂添加SH日粮的猪的粪便中蛋白质含量最高，这也就解释了为什么目前研究中乙酸和SCFAs的产量最大。因为蛋白质和碳水化合物饲料在到达后肠之前没有完全被吸收，很可能导致了猪粪便中SCFAs的浓度增加。有时，在猪营养供应有限情况下，SCFAs被猪用作能量来源，这可能导致喂食GH和MS的猪有同样的情况。饲喂添加高难消化的GH和MS饲料的猪体内SCFA的浓度足可使之作为能量来源来使用。目前的研究表明，高纤维饲料在结肠中发酵产生的SCFAs（如丁酸盐）较多。这就减少了水和电解质的分泌。SCFA浓度随着猪日粮纤维含量的增加而增加，也印证了Otto等人的研究结果，Otto等人还发现SCFA随着猪日粮蛋白质含量的降低而增加。SCFAs的产生是猪日粮中可溶性碳水化合物厌氧发酵的结果。目前的研究中，含有高不消化成分（纤维）的饲料（如SH）可能导致SCFAs作为能源的大量使用。丁酸就是生长猪大肠上皮细胞的主要能量来源。

图1 日粮中纤维添加水平对生长猪粪便理化组成的影响

表3 不同纤维源对生长猪粪便成分影响比较

表4 纤维源×纤维水平对异丁酸盐和丁酸盐影响

表5 纤维源×纤维水平对尿氮含量、粪与尿氮比和尿量的影响（均值标准误差）

试验中观察到，饲喂添加纤维饲料的猪产生大量粪氮。尿氮当随日粮中纤维水平的增加而下降。随着日粮中纤维含量的增加，粪便产量增加，氮的再分配减少了猪场氮的挥发。饲喂高纤维饲料的情况下可导致高粪氮和低尿氮的产生，这是氮重新分配的结果，高纤维饲喂使更多的氮与粪而不是尿液结合。与粪结合的氮是细菌性质的（实际上成为细菌自身的组成元素），因为粪中含有脲酶与其结合，故较不易挥发。这也减少了氨气等挥发性污染物的产生。

5 结论

向生长猪日粮中添加纤维饲料，可增加粪便以及SCFAs的产量并提高粪便的稠度。添加纤维饲料虽然使猪的排泄物有所增加，但与粪便结合的氮的增加导致尿中氮含量降低，使得氮的挥发变少。此外，在目前的研究中，添加MC产生了更多的异丁酸和丁酸，异丁酸和丁酸是具恶臭的发酵副产物。这意味着将纤维纳入猪的日粮中会改变生长猪的排泄特性，从而减少猪场排放的污染物，从而验证了文中所提假设，即向生长猪提供不同的纤维和纤维含量水平会改变猪的排泄特性，从而减少养猪业污染物的排放。生长猪排泄特性的影响及程度取决于所添加使用的纤维饲料，纤维饲料的选择和使用应当有助于猪场污染物的管理。