北京地区生长育肥猪采食、排泄及生长性状间的典型相关分析

王俊健 ，王晓凤，李伟宁，余 健，胡蒸蒸，陈少康，李 爽，郑美丽，郭 峰，郑瑞峰*，刘剑锋*

（1.中国农业大学动物科学技术学院，北京 100193；2.北京市畜牧总站，北京 100101）

随着生猪产业集约化养殖技术的进步，生猪饲养技术、生产效率快速提高，规模猪场的粪便排放量剧增，污染问题也越来越突出。统计显示，全国目前畜禽粪污年产生量约38 亿t，据《中国农村经济形势分析与预测（2013）》，畜禽养殖排放的粪水可以做为非常有价值的有机肥，但由于目前存在处理利用不合理、种养结合不紧密等问题，影响到了我国生态环境保护，对农产品质量安全以及人类健康也有一定影响[1]。因此，减少猪场粪污排放在当前畜牧业大环境下具有十分重要的意义。

目前对畜禽养殖污染采取的处理方式主要有2 种：一种以生产为主导，将粪污肥料化，但该方法需要有配套耕地，且由于土地也不能过载，因此需要较大量的土地配套；二是工程处理[2]，粪便和污水通过沼气池实现能源化，但目前技术与装备普遍落后，处理成本与养殖业的低利润、高风险特点之间矛盾突出，同时也有一定的二次污染，后续还是要与种植业结合。而通过育种技术来降低猪场粪污排放则可从根源上减少规模化猪场的粪污排放，同时基本无固定资产投入，符合当前畜禽产业发展和未来市场的需求。因此，分析生长育肥猪采食、生长和排泄之间的关系对于未来的育种工作十分必要。典型相关分析目的在于识别并量化两组变量之间的联系，在不损失元变量的基础上将两组变量相关关系的分析转化为一组变量的线性组合与另一组变量线性组合之间的相关关系分析，一定程度上弥补了简单相关只能研究2 个变量且易受其他因素干扰的缺点。本研究应用典型相关分析对生长育肥猪采食、生长和排泄3 组性状共11 个变量进行研究，揭示其相互关系，为今后通过育种降低粪污排放提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验动物、地点和时间 饲养试验在北京顺义区天鹏兴旺养殖有限公司进行，试验选用120 头健康状况良好、生理年龄相近、体重70 kg 左右的生长育肥猪（94 头大白猪，20 头长白猪，6 头杜洛克），试验猪性别随机。试验从2018 年6 月开始，共140 d。

1.2 饲养管理 每批挑选10 头符合条件的生长育肥猪称重后置于代谢笼中进行饲养试验，共12 批，给与充足的饲料和饮水以供其自由采食，每批次饲养周期为7～10 d，试验期间对每头猪的饲料采食量、饮水量、粪尿排放量进行记录。

试验使用的代谢笼为自主设计，笼体下部铺设漏缝板与底部粪尿收集装置连接。粪尿收集装置包括拦粪网、排泄槽、粪便转移盘及尿液转移箱。排泄物通过漏缝板流通到排泄槽，位于排泄槽上方的拦粪网可将尿液过滤，即尿液通过导孔收集到尿液转移箱，从而实现粪尿分离。采食装置包括食槽及架设在主体框架上部的水箱，该箱体用水管相连接，配备碗式饮水器。

1.3 样品采集与分析 饲养试验中每天从代谢笼中收集已分离的每头猪排放的全部粪尿并分别进行称重，选取饲养第4 天的粪便和尿液分别混匀后对其中成分进行检测，检测粪便中全氮、全磷、铜和锌的含量，检测方法分别为全氮含量测定法（标准号NY 525-2002）、全磷含量测定法（标准号NY 525-2002）、火焰原子吸收分光光度法（标准号GB/T 17138-1997），检测中尿液凯氏氮、总磷、铜和锌的含量及pH，测定方法分别为凯氏法（标准号GB 11891-89）、钼酸铵分光光度法（标准号GB 11893-89）、原子吸收分光光度法（GB 7475-87）和玻璃电极法（标准号GB 6920-86），其中，由于不同时段猪尿液的pH 会发生变化，每一批次都统一在09:00 测量pH，饲养试验结束后再次对猪称重并记录。得到粪尿成分测量结果后根据畜禽养殖业产污系数的基本公式，计算每头试验猪的产污系数[3]。

其中，FPijk为每头猪产污系数，单位为mg/d；QFij为每头粪产生量，单位为kg/d；CFijk为第 i 种动物第 j 生产阶段粪便中含第 k 种污染物的浓度，单位为mg/kg；QUij为每头尿液产生量，单位为L/d；CUijk为第 i 种动物第 j 生产阶段尿中含有第 k 种污染物的浓度，单位为mg/L。

1.4 统计分析 典型相关分析是利用主成分分析的思想，把多个变量之间的相关化为2 个新的综合变量之间的相关，即求α=(α1,…,αp)’ 和和β=(β1,…,βq)’使得新变量：

2 个新的综合变量之间有最大可能的相关，相关最大的变量即为第一典型相关变量，其相关系数即为第一典型相关系数。典型相关变量的相关系数显著性检验采用Bartlett 的大样本卡方检验[4]。本试验数据分析使用SAS 统计系统（9.2）进行，典型相关分析使用CANCORR 过程进行。

2 结果与分析

2.1 各性状均值、标准差及其与体重的关系 本试验共采集到117 头猪的11 个性状表性数据，分别为采食量（X1）、饮水量（X2）、日增重（X3）、体重（X4）、排粪量（X5)、排尿量（X6）、N 产污系数（X7）、P产污系数（X8）、Cu 产污系数（X9）、Zn 产污系数（X10）和尿液pH（X11），其均值与标准差如表1 所示。

表2 显示，体重与试验中检测的多数性状具有显著的相关性，与排粪量存在显著的正相关（P＜0.05），与采食量、排尿量及N、P、Cu、Zn 的产污系数存在极显著的正相关（P＜0.05），和尿液pH 存在极显著的负相关（P＜0.01）。

2.2 性状之间相关分析结果 经相关性检验（表3），饮水量和P 产污系数、排尿量和日增重以及饮水量和采食量3 对性状之间存在显著的正相关（P＜0.05），尿液pH 和采食量显著负相关，采食量和排尿量等32 对性状之间有极显著的正相关（P＜0.01），尿液pH 和Cu 产污系数，尿液pH 和采食量及尿液pH 和Zn 产污系数3对性状间极显著负相关（表4）。其中P 产污系数和排粪量的相关系数最大（0.921）。

2.3 各性状的典型相关 各性状间的典型相关系数、贡献率及概率值见表5，3 组性状的第1 典型相关系数均达到极显著水平，所解释的相关信息分别为0.846 5、0.736 7 和0.997 8。而采食性状与产污性状，以及生长性状和产污性状的第2 典型相关系数也达到极显著水平，但所解释的相关信息仅为0.153 5 和0.263 3。3 组性状均具有较强的相关性，其中采食性状和生长性状的相关性最高。

表1 各性状的均值和标准差

表2 体重与各性状的相关系数

表3 各性状之间的相关系数

表4 各性状之间的相关系数补充

2.4 各性状间典型变量的构成 各性状间的第1 典型变量的相关都达到了显著水平（P＜0.05），而采食与产污性状，以及生长与产污性状之间的第2 典型相关变量也达到了显著水平（P＜0.05）。

3 讨 论

3.1 体重对各性状的影响 猪的体重与其年龄存在极显著的相关性，因此在大多数模型中猪的年龄都被体重所替代。在本研究中，猪的体重也与采食量、排尿量和排粪量都存在相关关系。王杰等[5]由此拟合出高原地区杜× 长× 大三元猪采食量与体重的回归方程：Y=1.0575Ln(X)-1.5761，R2=0.868 7 来预测猪的采食量。采食和生长性状间第一典型变量的构成中可以看出，V1中以采食量的系数最大，W1以日增重的系数最大，说明日增重较体重与采食量的相关性更强，在试验中自由采食会由于猪拱料造成大量浪费，而相关分析表明生长育肥猪的日增重与体重并无明显相关关系，因此为减少饲料浪费可以在生产实践拟合回归方程时可以加入日增重，提高预测的准确性，从而为饲料供给提供参考。

本研究中采集到的尿液样品大多呈碱性（104/108），猪尿液pH 主要受饲粮中的非淀粉多糖含量[6]及肾脏调节体液酸碱度能力影响，且放置时间过长细菌分解尿液成分产生氨导致尿液pH 改变，试验中猪群采食饲料相同，尿液pH 与体重和采食量均呈现极显著的负相关，即体重越小的猪尿液碱性越强，可能原因是生长育肥猪器官和功能仍处于发育状态，体重高的猪肾脏功能更为完善，保碱能力更为健全，因而拥有较强的体液酸碱度调节能力，尿液pH 更接近7。

3.2 采食性状与生长性状之间的关系 生长育肥猪的采食性状和生长性状间存在显著的相关性，且该相关主要由采食量和日增重引起的，实际生产中也常通过控制猪的采食量提高其生产性能。从相关性上来看虽然饮水量与日增重之间并无关系，但饮水量与采食量存在显著相关性，且第一典型变量V1中饮水量系数也较大。Schlink 等[7]使用20～90 kg 的生长育肥猪进行试验估算出平均饮水量与采食量的比值为2.56:1，而本试验该比值为2.75，可能原因在于猪的饮水量受气温、饲料组成及饲养管理水平等因素影响。此外在猪饮水量中有相当一部分不是由于猪的生理需求，而是由猪的习性而消耗，如使用饮水器时由于猪的习惯存在差异，浪费水量也有所不同，因此生产试验中猪的实际饮水量往往会偏高。但可以通过采食量估算猪的饮水所消耗的水资源，从而为拟定废水处理方案提供参考。

本试验中平均日增重为0.42 kg/d，低于在农业农村部种猪质量监督检验测试中心（广州）测得的0.899 kg/d，平均耗料增重比约为4.5，高于上海种猪工程技术研究中心测得的2.34，可能原因在于试验进行时期气温较高，猪的应激较强，造成拱料及饲料浪费较严重，由于条件限制不能将浪费饲料全部收集，此外有些猪在炎热天气时采食量显著降低，在饲养试验结束后体重甚至有所减少导致。

表5 各组性状间典型相关系数

表6 各性状间相关显著的典型变量的构成

3.3 生长性状与排泄性状之间的关系 生长性状与排泄性状间相关显著的第1 对典型变量中，V1中以体重的系数最大，日增重的系数稍小，W1中以排尿量和P 产污系数较大，说明采食性状和排污性状间V1和W1相关显著主要由体重、日增重和排尿量及P 产污系数的相关引起的，可以认为猪的体重和日增重对于排尿和P 产污系数有较大影响。氮、磷是是畜禽养殖业污染源的重要指标，也是水体污染检测的主要指标，若排放量超过农田承载容量可能会造成土壤退化、水体污染等问题。磷在猪体内起着重要的生物学作用，如参与骨骼和牙齿组成、体内能量代谢等，而猪对饲料中的植酸磷利用率极低，生产中往往在日粮中添加过量的无机磷来满足猪的需要，但同时造成了环境污染，且猪场排出废水会随着储存时间增加其中无机磷比例会增加，废水污染风险也会上升[8]。本试验结果表明，猪P 产污系数与日增重显著相关，在各产污系数的典型变量中，其系数最大，与日增重的相关最强，因此与生产的关系也最为紧密。此后在育种时可均衡经济收益与环境影响采取平衡育种来减少粪中磷含量，此外，畜牧场的氮磷排放量除生理因素外与饲料结构、粪污处理方式有关，在实际生产中也需要根据饲料磷生物学价值评定合理配置日粮[9]，采取适当的清粪方式来达到减排目的。

3.4 采食性状和排泄性状之间的关系 采食和产污性状的第1 典型相关变量中，V1以采食量的系数最大，而W1中以排粪量、排尿量和P 产污系数的系数较大，说明采食和产污性状间V1和W1相关显著主要由采食量和排粪尿量及P 产污系数之间的相关引起的；而在第2典型相关变量中，V2以饮水量的系数最大，而W2中N产污系数最大，说明典型变量V2和W2相关主要由饮水量和N 产污系数引起的。饲养中减少N 排放的主要方法是减少日粮中蛋白质含量，但当饲料中的粗蛋白降至12%时，猪的生长发育就会受到抑制[10]，因此，兼顾环境保护及经济效益，在减少猪氮排放时，除了采取低氮日粮，相应的育种措施也需要落实。

4 结 论

本研究结果表明，生长育肥猪的产污与采食及生长性状都显著相关，猪在增重带来经济效益的同时也势必会产生更多的污染物，因此在规划育种方案时，应采取平衡育种的理念，在提高猪经济效益的同时也要兼顾环保因素，减少对环境产生的污染。在粪尿的各种污染组分中，N 和P 与采食及增重的相关关系最为密切，为降低其产污系数营养和育种方面都需要更多的重视。本试验在顺义区展开，可以为北京及华北地区的育种提供参考，实现养殖过程清洁化，降低畜牧产业环保压力、提高养殖效率、促进生猪养殖可持续发展。