《Scientific Reports》：Comparative evaluation of Bacillus subtilis delivery forms reveals their effects on biogenic element excretion in pigs
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猪养殖中过量氮、磷和微量元素（如锌、铜）的排泄导致水体富营养化与土壤退化。为探究不同益生菌递送方式对环境的影响，研究人员开展了枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）不同施用形式（孢子与发酵油菜籽粕）对断奶猪营养存留与排泄影响的研究。结果表明，以发酵油菜籽粕为载体时效果最佳，显著降低了粪尿氮、总磷及粪中锌、铜的排泄，提升了钙磷镁的消化率与存留，预测每千头猪可减排氮26 kg、磷3.6 kg。该研究为整合区域性油籽副产品、替代进口豆粕及实现养分减排目标提供了有效策略。
随着全球对动物蛋白需求的增长，集约化养猪业的规模不断扩大，随之而来的环境挑战也日益严峻。猪只排泄物中含有的大量氮、磷以及锌、铜等微量元素，若未经有效管理而进入环境，会引发水体富营养化、土壤重金属累积等一系列生态问题。如何在不影响动物生产性能的前提下，从源头减少养殖过程中的养分排放，已成为畜牧业可持续发展的重要课题。益生菌，特别是枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），因其能够产生植酸酶、蛋白酶等多种酶及有益代谢产物，被认为具有改善动物肠道健康、提升饲料养分利用率从而减少排泄的潜力。然而，益生菌以何种形式添加到饲料中才能最大化其环境效益，此前尚不明确。是直接添加游离的芽孢，还是将其“搭载”于某种经过处理的饲料基质中？这个问题的答案，对于开发经济高效的减排技术至关重要。发表在《Scientific Reports》上的这项研究，正是为了解答这个问题。研究人员系统比较了两种不同的枯草芽孢杆菌递送方式——直接添加孢子与以发酵油菜籽粕为载体——对断奶猪养分消化、存留与排泄的影响，旨在评估其减少环境污染的实际效果，并探索利用区域性农业副产品实现“变废为宝”的可行路径。
为开展此项研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法：1. 动物试验设计与分组：将28日龄断奶的384头杂交（约克夏 × 长白）猪随机分为四组，分别饲喂不同日粮直至体重达30公斤。2. 消化代谢试验：通过收集粪便和尿液，测定表观全肠道消化率（Apparent total-tract digestibility）和回肠末端消化率（Apparent ileal digestibility, AID），以评估常量与微量元素的消化吸收情况。3. 排泄物与养分平衡分析：定量测定并计算每日氮、磷、钙、镁、锌、铜等元素的排泄量、存留量及损失量。4. 发酵载体制备：利用枯草芽孢杆菌87Y菌株对油菜籽粕进行固态发酵处理，制备益生菌发酵饲料。
研究结果
1. 不同日粮对氮排泄与存留的影响
通过比较四种日粮处理组（阳性对照PC、阴性对照NC、添加枯草芽孢杆菌孢子组BS、添加发酵油菜籽粕组FR）猪只的氮代谢数据，研究人员得出以下结论：与不添加任何添加剂的阴性对照组（NC）相比，饲喂发酵油菜籽粕（FR）的猪只表现出最优的减排效果。其粪便氮排泄量降低了32%，尿液氮排泄量降低了29%，这使得每日每头猪的总氮输出从6.6克显著减少至4.5克。而仅添加枯草芽孢杆菌孢子（BS）的组别，其减排效果介于FR组与NC组之间，属于中等改善。这表明，将益生菌嵌入发酵的油菜籽粕基质中，能更有效地促进猪只对氮的存留，减少其向环境的流失。
2. 不同日粮对磷、钙、镁排泄与消化率的影响
在磷代谢方面，FR组的效果同样最为突出。与NC组相比，FR组猪只的总磷排泄量下降了39%（从每日每头3.05克降至1.85克）。更重要的是，磷的回肠末端消化率（AID）从47%大幅提升至70%，增加了超过20个百分点。在钙的存留方面，FR组猪只的钙存留量相较于NC组惊人地提高了187%。对于镁元素，FR组也将其消化率从22%提升至43%。BS组在这些指标上同样显示出中等程度的改善。这些数据清晰地证明，以发酵油菜籽粕为载体施用枯草芽孢杆菌，能显著提升猪只对磷、钙、镁等常量矿质元素的消化吸收效率，从而大幅减少粪便中的排出量。
3. 不同日粮对微量元素排泄的影响
除了常量元素，研究还关注了对环境有潜在风险的微量元素锌和铜。结果显示，FR组猪只粪便中的锌排泄量比NC组降低了63%，铜排泄量降低了39%。这一发现具有重要意义，因为粪便作为有机肥还田是这些微量元素进入土壤的主要途径之一，其含量的降低直接有助于减轻土壤重金属累积的风险。
4. 整体环境效益预测
基于试验数据，研究人员对规模化养殖场的潜在环境效益进行了预测。计算表明，若在1000头断奶仔猪的饲养过程中采用FR日粮，预计可在养殖场门口（farm-gate）实现减排氮26公斤、磷3.6公斤的显著效果。这为实现养猪业的养分减排目标提供了具体的、可量化的技术方案。
研究结论与意义
本研究通过系统的动物试验证明，枯草芽孢杆菌的施用形式对其环境效益有决定性影响。与直接添加游离孢子相比，将其预嵌入经发酵的油菜籽粕载体中，能产生更优的减少氮、磷及微量元素排泄、提升钙磷镁等元素消化率与存留的效果。究其原因，作者在讨论中分析，发酵油菜籽粕这一载体扮演了多重角色：它不仅能够固定化枯草芽孢杆菌所产生的酶类和有益代谢产物（后生元），还能为益生菌孢子提供保护，并同时供给益生元（如左聚糖），从而形成了一种协同作用的合生元（Synbiotic）体系。这种整合策略实现了“一石多鸟”的综合效益：在环境层面，直接且显著地降低了养殖业的养分污染负荷；在资源利用层面，有效增值了区域性的油籽加工副产品（油菜籽粕），为替代需要进口的豆粕提供了新选择；在产业层面，为养猪场达成越来越严格的养分流失减排目标提供了一项实用的营养解决方案。因此，这项研究不仅揭示了益生菌载体优化的重要性，也为发展环境友好型畜牧业和推动农业副产品的循环高值化利用提供了重要的科学依据和实践方向。
