螺旋藻作为家禽替代饲料对粪便储存期间氨和温室气体排放的影响研究

《Poultry Science》：USING SPIRULINA ( LIMNOSPIRA PLATENSIS) AS AN ALTERNATIVE FEEDSTUFF FOR POULTRY: EFFECTS ON AMMONIA AND GREENHOUSE GAS EMISSIONS FROM EXCRETA DURING STORAGE

本研究探讨了在热中性及热应激条件下，使用高含量（15%）螺旋藻替代豆粕饲喂肉鸡后，其粪便在储存期间产生的氨和温室气体排放变化。结果表明，热应激和螺旋藻添加均会显著增加氨和氧化亚氮排放，但对甲烷影响甚微。研究揭示了高比例替代饲料对环境足迹的双面性，为评估螺旋藻作为可持续蛋白源的实际应用潜力提供了关键数据。

　　

随着全球人口增长，人类对肉、蛋、奶等动物源产品的需求持续上升。作为高效且相对低成本的蛋白质来源，家禽产业在其中扮演着重要角色。然而，该产业的快速发展也伴随着严峻的环境挑战。其中，豆粕作为家禽饲料的主要蛋白源，其大规模种植和贸易与土地占用、森林砍伐、温室气体排放及生态系统退化等问题紧密相连。因此，寻找可持续的替代蛋白源，减少畜牧业对生态环境的负面影响，成为亟待解决的科学问题。与此同时，气候变化导致的高温热浪频发，也给家禽养殖带来了“热应激”这一新挑战，它不仅影响鸡只的生长性能和健康，还可能改变其代谢与排泄物特性，进而影响环境排放。那么，有没有一种既能部分替代传统蛋白原料，又具备良好营养潜力的方案呢？蓝藻界的明星——螺旋藻（Limnospira platensis），因其高蛋白含量、丰富的必需氨基酸、维生素和矿物质，以及能在非耕地甚至废水中生长的特性，成为了一个备受瞩目的候选者。已有研究表明，低剂量添加螺旋藻能改善饲料转化率并提升抗氧化能力。然而，当添加比例提高到15%这样的高水平时，其对家禽排泄物的环境排放究竟会产生何种影响，尤其是在热应激条件下？这项发表在《Poultry Science》上的研究，为我们揭开了谜底。

研究者们采用了几项关键的技术方法系统评估了螺旋藻饲料对环境排放的影响。研究选用两种生长缓慢的肉鸡品系（全羽和裸颈）并在两种温度（热中性23°C和热应激30°C）下饲养，通过不同日粮（对照与含15%螺旋藻）构成八个实验组，从而分离并评估了基因型、日粮和环境温度三个因素的影响。研究核心在于对收集的粪便样本进行长达60天的模拟储存监测。气体测量采用了定制的密闭系统，使用光声气体监测仪连续测量储存期间产生的氨（NH₃）、氧化亚氮（N₂O）、二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）的浓度，并通过特定公式计算累计排放量。此外，实验还对粪便样本的初始化学特性（如干物质、总氮、铵态氮、总碳、碳氮比和pH值）进行了分析，以探究其与气体排放的内在联系。

研究结果

1. 粪便特性

分析显示，所有处理组的粪便干物质含量均较高（约94%）。饲喂螺旋藻日粮的组别，其粪便的初始和最终pH值均显著高于对照组，其中SPFF_TNZ（螺旋藻日粮+全羽品系+热中性条件）组的最终pH值高达10.11。在总氮含量方面，热中性条件下的螺旋藻组（SPFF_TNZ和SPNN_TNZ）显著高于其对照组，表明螺旋藻添加可能增加了氮的排泄。所有处理组的铵态氮含量均较低（低于1.5 g/kg），而螺旋藻组的碳氮比（C:N）普遍低于对照组。

2. 气体排放

氮排放。

氨排放：在整个62天的储存期内，所有处理组的氨排放模式相似，初期活性较高，约14天后趋于稳定。累计氨排放量存在显著差异。在热应激条件下，无论是否添加螺旋藻，排放量都最高（CHS: 9.859 g/kg; SPHS: 7.781 g/kg）。在热中性条件下，螺旋藻组（SPTNZ: 6.719 g/kg）的排放也显著高于对照组（CTNZ: 3.174 g/kg）。以初始总氮的损失百分比计，热应激对照组（CHS）损失最高（26.4%），而热中性对照组（CTNZ）损失最低（8.6%）。

氧化亚氮排放：其排放量远低于氨。累计排放显示，热应激条件下的两个组（SPHS和CHS）排放量最高，且螺旋藻热应激组（SPHS: 14.518 mg/kg）显著高于对照热应激组（CHS: 12.140 mg/kg）。然而，以氮损失百分比表示时，各组间无显著差异，均处于极低水平（<0.04%）。

碳排放。

二氧化碳排放：累计排放数据显示，热中性条件下的两组（CTNZ和SPTNZ）之间无显著差异（约20.6 mg/kg），但均显著低于热应激条件下的两组。热应激条件下，螺旋藻组（SPHS: 457.628 mg/kg）的排放量异常高，且显著高于热应激对照组（CHS: 147.206 mg/kg），但组内变异很大。以碳损失百分比计，所有处理组均低于0.11%，且无显著差异。

甲烷排放：所有处理组的甲烷排放量都极低（<0.075 μg/kg），组间无显著差异。

3. 全球变暖潜能值

总温室气体排放以二氧化碳当量表示。螺旋藻热应激组（SPHS）的全球变暖潜能值最高（7887.55 mg CO₂eq/kg），其次是热应激对照组（CHS: 5732.99 mg CO₂eq/kg），热中性螺旋藻组（SPTNZ: 3984.91 mg CO₂eq/kg）和热中性对照组（CTNZ: 3574.25 mg CO₂eq/kg）最低且彼此有显著差异。氧化亚氮和甲烷对总全球变暖潜能值的贡献占比分别低于0.36%和0.0015%。

结论与重要意义

本研究得出结论：在肉鸡日粮中添加15%的螺旋藻，会影响粪便的化学组成，并在储存期间增加氨和温室气体的排放。在热中性条件下，螺旋藻的添加提高了粪便的粗蛋白含量，导致氨排放量上升。在不同环境条件下，日粮处理对二氧化碳和氧化亚氮排放无显著影响，而温度的影响更为显著。全球变暖潜能值在热中性条件下未受显著影响，但在高温条件下，螺旋藻热应激组表现出最高的全球变暖潜能值。总体而言，热应激条件下的气体排放始终更高，这可能是由于高温损害了胃肠道功能所致。

这项研究的意义在于，它首次系统量化了以高比例螺旋藻作为替代蛋白源饲喂肉鸡后，其粪便在储存阶段的环境排放，并揭示了热应激这一环境胁迫因素的叠加效应。研究结果挑战了“替代蛋白源必然更环保”的简单假设，明确指出在未添加消化酶等辅助手段的情况下，高比例（15%）使用螺旋藻可能会因其难消化的细胞壁导致食糜黏度增加、养分消化率下降，反而增加氮排泄和后续的氨挥发损失，特别是在热应激环境下问题更为突出。这为螺旋藻在畜牧业中的可持续应用提供了关键的警示和优化方向：即需要综合考虑添加比例、动物所处的环境温度以及可能需要的配套技术（如添加外源酶）来平衡其营养优势与环境足迹。同时，研究也强调了在评估饲料替代策略的环境效益时，必须将整个产业链环节（包括废弃物管理）纳入考量。该研究为制定更精准、更全面的畜牧业碳氮减排策略提供了重要的科学依据。