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3.4不同磷源磷水平无机磷、有机磷、全磷含量5
3.5不同磷源磷水平无机磷、有机磷、残余磷在全磷中分配5
4结论与讨论7
参考文献7
Abstract9
Keywords9
作者:
綦建华,指导教师:
刘婷
摘要:
磷是一种不可再生资源,也是动物生长必需营养元素。
然而,近年来,我国动物饲料磷过分使用,已经导致了严重的环境污染。
因此,本实验以磷酸氢钙(DCP)作为对照,分析了在降低饲料磷添加水平的基础上饲喂高水溶性磷酸氢钙Ⅲ型(MDCP)后,仔猪粪便磷组分的变化特征。
结果表明:
与DCP相比,MDCP可以降低仔猪粪便中无机磷组分含量尤其是溶解性磷含量(水溶性无机磷和碳酸氢提取态无机磷)。
与DCP相比,MDCP可以增加仔猪粪便中有机磷组分含量。
随着饲料磷水平增加,各磷组分均增加,但增加最为明显的为无机磷含量。
可见,在实际生产上可在仔猪饲粮中添加MDCP,以达到降低仔猪粪便磷对环境污染的效果。
关键词:
磷酸一二钙;
仔猪;
粪便;
磷组分
1引言
近年来,我国畜禽养殖业发展速度较快,畜禽存栏量每10年增加1-2倍,使畜牧业由原来副业发展为现在农业主导产业[1]。
畜禽养殖量增加的同时,我国畜禽粪便产生量也发生了巨大的变化,以鲜重计,畜禽粪便产生量已由上世纪80年代的6.9亿吨增加到2010年的30.6亿吨[2];
以干重计,2012年我国畜禽粪肥的总量为554百万吨,其包含的磷5.0百万吨[3],使我国成为世界上畜禽粪尿磷产生量最多的国家之一[4]。
目前,我国畜禽粪便处理的主要措施是畜禽粪便还田。
然而,由于畜禽粪便中氮磷比例较作物需求氮磷比例高,如果以作物氮需求量为基准确定畜禽粪便还田量,会导致大量磷素流失到环境中,如果以作物磷需求量为基准确定畜禽粪便还田量,不仅需求大量的土地面积,也会增加农田工作量[5]。
目前解决这一矛盾的措施之一是根据动物对磷需求量辅以高效饲料磷酸盐添加剂增加动物对饲料磷的利用效率,从而达到降低粪便中磷排放的目的[6]。
磷酸一二钙(MDCP)是一种新型的饲料磷添加剂。
与其他普通饲料磷添加剂(磷酸氢钙,DCP;
磷酸二氢钙,MCP)相比,该饲料磷添加剂具有总磷含量高、水溶性磷含量高、生物学效价高、动物粪便中磷残留少等优点[7-9]。
所以,MDCP作为一种新型磷源饲喂在不同畜禽上是未来饲料磷添加剂的发展趋势,也是降低动物粪便磷对环境污染的有效措施之一。
然而,动物饲粮中磷添加剂的改变势必会改变动物粪便中磷的种类。
畜禽粪便中磷主要有机磷与无机磷两种形式[10]。
畜禽粪便中磷一部分可溶于水,另外一部分可与矿物结合或与有机体和重金属形成复合体[1]。
畜禽粪便磷形态研究始于1949年,Mcauliffe和Peech采用乙醇与二乙醚混合液(3:
1)、5%TCA及残留物的灰化等系列处理过程分析了畜禽粪便中磷存在的形态,并根据粪便磷存在的形态将畜禽粪便中磷分为磷脂、无机磷、酸溶性磷和残留态磷[11];
1959年,Peperza将Mcauliffe分级法应用到畜禽粪便磷组分级中,他们发现不同畜禽粪便之磷组分含量差异较大[12];
1994年,Barnet用修正的Mcauliffe方法分析了猪粪、蛋鸡粪、羊粪和牛粪中不同形态磷含量,结果表明:
磷脂类占0.4-2.1%,无机磷占35-63%,酸溶性磷占8-53%和残留态磷占11-41%。
上述畜禽粪便磷分级的方法尽管能较好的说明畜禽粪便中不同形态磷对植物有效性的影响,但难以说明畜禽粪便不同形态磷对环境的影响,如不同畜禽粪便磷的溶解状况与径流情况。
因此,1997年,Leinweber在Hedley土壤磷分级连续浸提方法修改的基础上分析了经冷冻干燥处理后猪粪和鸡粪磷组分的含量,结果表明残留态磷(39-41%)>
不稳定态磷(24-39%)>
惰性磷(17-27%)>
NaOH提取磷(3-10%);
然而,2000年Dou利用同样方法分析了奶牛粪和鸡粪中不同磷组分的含量,得出了与Leinweber相反的结论,即奶牛、鸡粪便中不稳定态磷比重高,并指出不稳定磷含量高,意味着更易随径流流失[6]。
因此该种方法能够较好的评价畜禽粪便中磷组分的流失情况,也是目前分析畜禽粪便磷组分采用较多的方法[10]。
虽然有研究表明,化学连续浸提法过程中用NaOH和HCl作为浸提剂容易水解部分有机磷,而高估了粪便中无机磷的含量[13],但与其他方法(核磁共振技术[14]、能谱仪技术、X射线吸收近边结构谱技术相比,化学连续浸提法能够分辨出多种磷存在形式并能更加详细的反映动物饲料对动物粪便的影响及动物粪便磷对环境的影响。
目前,分析畜禽粪便磷组分的方法较多。
化学连续浸提法基于磷活性和溶解性,将畜禽粪便中总磷分解为不同磷组分,该方法普遍用于固态和液态畜禽粪便磷组分分级[2,6,14]。
在化学连续浸提法中,不同浸提剂可以提取不同活性的磷。
粪便中无机磷和部分有机磷可以被水直接提取;
粪便中吸附在晶体表面的磷能够被0.5MNaHCO3提取;
粪便中Fe-P和Al-P可以被0.1MNaOH浸提;
Ca-P可被1.0MHCl提取;
最后剩下的稳定磷可被H2SO4–H2O2提取[10]。
因此,基于化学连续浸提法分析畜禽日磷粮添加剂和磷水平优化后畜禽粪便中磷形态、种类、磷组分变化状况对预测粪便磷还田后环境风险具有重要意义。
2材料与方法
2.1样品采集
猪粪样品采集分基于不同磷源(磷酸一二钙,MDCP;
磷酸氢钙,DCP)不同磷水平(0.00%、0.50%、0.10%,0.15%、0.20%)(表1)仔猪饲养试验的基础上进行。
其中,具体仔猪饲料磷添加量如表2。
于仔猪饲养试验第25-35天,在每个试验组下各选择1头体重约20kg断奶仔猪于代谢笼中进行消化代谢试验,采用全收粪尿法采集仔猪粪便。
即每天早晨8:
00和下午14:
00投料、清粪,然后准确记录每天的投料量、余料量、粪尿排泄量。
连续收集3天,最后将3天收集的粪样按重复组充分混合。
将混合样分成2份,一份喷洒10%硫酸后置于自封袋内于-20℃冰箱保存,一份于65℃烘箱中烘干至恒重,以备分析。
表1各参试物基本信息
参试物
来源
钙(%)
全磷(%)
水溶性磷(%)
DCP
北京化工厂,分析纯
≥22.8
≥17.7
-
MDCP
云南磷化集团,饲料级
≥14.0
≥21.0
≥17.5
表2不同磷源磷水平磷添加量
CK
DCP(%)
MDCP(%)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
TP
0.37
0.42
0.47
0.52
0.57
0.29
0.59
0.88
1.18
-
0.24
0.70
0.93
2.2测定指标与方法
畜禽粪便磷组分测定
采用Dou(2002)化学连续浸提法进行。
在化学连续浸提过程中,称取0.3g过2mm筛的烘干样品,然后分别依次加30ml水、0.5MNaHCO3、0.1MNaOH和1.0MHCl于振荡机上(220r/min)振荡60min,离心15min(1000rpm/min),最后对提取液用真空泵抽滤并过0.45μm的纤维消化膜。
一部分滤液直接于波长880nm下钼蓝比色法测定无机磷的含量,一部分滤液于180℃下消煮测定不同浸提液下全磷的含量,二者之差则为有机磷含量。
最后将残渣完全转移到消煮管中用H2SO4-H2O2进行消煮测定残余磷的含量。
2.3数据统计和分析
采用excel2010对数据进行分析及作图。
3结果与分析
3.1化学连续提取法分析仔猪粪便无机磷组分含量
MDCP饲粮组仔猪粪便中水溶态无机磷含量、碳酸氢钠提取态无机磷含量、盐酸提取态无机磷含量均低于DCP饲粮组,而氢氧化钠提取态无机磷含量则高于DCP饲粮组(图1)。
随着磷水平增加,仔猪粪便中水溶态无机磷、碳酸氢钠提取态无机磷、氢氧化钠提取态无机磷和盐酸提取态无机磷含量均随之增加。
且增加较为明显的主要为水溶态无机磷、碳酸氢钠提取态无机磷含量。
在仔猪粪便无机磷组分中,各组分含量顺序为:
水溶态无机磷>
碳酸氢钠提取态无机磷>
氢氧化钠提取态无机磷>
盐酸提取态无机磷。
图1化学连续提取法分析不同磷源磷水平下仔猪粪便无机磷组分含量
注:
1.DCP:
磷酸氢钙;
MDCP:
磷酸一二钙;
3.2化学连续提取法分析仔猪粪便全磷组分含量
与DCP饲粮组相比,MDCP饲粮组可降低仔猪粪便中水溶态全磷含量、碳酸氢钠提取态全磷含量,随着饲料磷水平增加这种效果更加明显(图2)。
然而,与DCP饲粮组相比,MDCP饲粮组可增加仔猪粪便中氢氧化钠提取态全磷和盐酸提取态全磷含量。
可见,MDCP能够降低仔猪粪便中对环境易产生污染的溶解性磷碳酸(水提取态磷和碳酸氢钠提取态磷)的含量。
随着磷水平增加,各磷组分均增加(图2)。
这表明,饲料磷水平的改变,粪便中磷组分含量亦会改变。
各磷组分含量顺序为:
水溶态全磷>
碳酸氢钠提取态全磷>
盐酸提取态全磷>
氢氧化钠提取态全磷。
图2化学连续提取法分析不同磷源磷水平下仔猪粪便全磷组分含量
3.3化学连续提取法分析仔猪粪便有机磷组分含量
磷源磷水平对仔猪粪便有机磷组分含量有所作用,但作用规律不及无机磷组分和全磷组分(图3)。
MDCP可增加仔猪粪便中有机磷含量。
如碳酸氢钠提取态有机磷、盐酸提取态有机磷含量。
MDCP尤其增加了盐酸提取态有机磷含量,由于盐酸提取态有机磷为稳定性磷不易释放到环境中,这表明MDCP可降低仔猪粪便磷污染。
图3化学连续提取法分析不同磷源磷水平下仔猪粪便有机磷组分含量
3.4不同磷源磷水平无机磷、有机磷、全磷含量
由图4可知,MDCP可降低仔猪粪便中有机磷含量,增加仔猪粪便中有机磷含量。
仔猪粪便中无机磷和有机磷含量均随着磷水平增加而增加。
不同磷源下残余磷含量差异很大(图4)。
如DCP下残余磷含量高于MDCP,且随着磷水平增加,这种现象更加明显。
MDCP下仔猪粪便中全磷含量低于DCP。
如:
当磷水平为2.0%时,MDCP下仔猪粪便中全磷含量为30g/kg,而DCP则为25g/kg。
增加磷水平,全磷含量也增加,其表现规律同磷水平对猪粪便中有机磷、无机磷和残余磷。
3.5不同磷源磷水平无机磷、有机磷、残余磷在全磷中分配
不同磷源磷水平无机磷、有机磷、残余磷在全磷中分配(图5)。
无论磷源为MDCP或DCP,仔猪粪便中无机磷、有机磷和残余磷占据全磷的比例顺序为:
无机磷>
有机磷>
残余磷。
与DCP相比,MDCP可降低仔猪粪便中无机磷占据全磷的比例。
如当在最高磷水平(2.0%)时,DCP下仔猪粪便中无机磷占据全磷的比例为80%,而MDCP下则为60%。
随着磷水平增加,无机磷、有机磷、残余磷在全磷中分配比例亦增加,但主要为无机磷的增加。
图4化学连续提取法分析不同磷源磷水平下仔猪粪便有机磷、无机磷和全磷含量
图5不同磷源磷水平无机磷、有机磷、残余磷在全磷中分配
4讨论与结论
(1)饲喂水溶性磷高的MDCP,可显著增加仔猪对粪便中水溶性磷含量,且随着磷添加水平的增加而显著递增。
Baxter等人所做的通过降低仔猪饲料中磷含量,显著降低了仔猪粪便中可溶性磷含量的排放的实验,这与本研究结果一致。
(2)仔猪粪便无机磷组分中主要为水溶性无机磷含量最高。
饲喂磷酸一二钙饲粮组(MDCP)后,可显著降低仔猪水溶性无机磷含量。
本研究虽然通过饲喂了MDCP可以降低仔猪粪便溶解性磷含量,但是在各磷组分中,依为溶解性磷含量最高。
(3)MDCP可降低仔猪粪便无机磷含量,增加有机磷含量。
MDCP与其他饲料磷添加剂相比,MDCP具有溶解性磷含量高的特性,便于动物吸收利用,从而达到提高仔猪对饲料磷的效果。
MDCP可降低仔猪粪便磷还田后对环境的风险。
改变磷水平添加量,可显著改变仔猪粪便中水溶性磷含量。
因此,在实际生产上可在仔猪饲粮中添加MDCP下,基于动物磷需求量适当降低饲粮中磷添加水平,可达到提高仔猪对饲粮磷利用率,降低仔猪粪便磷对环境污染的效果。
然而,本研究限于短期观测仔猪对饲喂MDCP后的磷排泄变化,此外,猪机体对磷的需求利用随仔猪的生长而变化,通过饲喂MDCP附以降低磷添加水平这个措施是否有长期降低环境污染效应,有待进一步研究。
参考文献
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Effectsofdifferentfeedphosphorusadditivesandlevelsonpigmanurephosphorusfractions
Author:
JianhuaQiSupervisor:
TingLiu
Abstract:
Phosphorusisanon-renewableresourceandanessentialnutrientforanimalgrowth.However,thefeedphosphorusisoverusecommonlyinChina,whichhasledtoseriousenvironmentalpollution.Therefore,inthisstudy,inordertoanalyzethechangesofphosphoruscompositioninpiglets,calciumphosphate(DCP)andhighwater-solublecalciumhydrogenphosphatetypeⅢ(MDCP)combinedwithreducingtheleveloffeedphosphoruswereconducted.TheresultsshowedthatcomparedwithDCP,MDCPcoulddecreasethecontentofinorganicphosphorusinpigmanure,especiallydissolvedphosphorus(water-solubleinorganicphosphorusandhydrogenatedinorganicphosphorus).ComparedwithDCP,MDCPcanincreasethecontentoforganicphosphorusinpigmanure.Withtheincreaseoffeedphosphoruslevel,thephosphoruscomponentsincreased,especiallyinorganicphosphoruscontent.ItcanbeseenthatMDCPcanbeaddedtopigletsinactualproductiontoachievetheeffectofreducingphosphoruspollution.
Keywords:
MDCP;
Pig;
Manure;
PFractions
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