肉鸡生产中的氨排放：几种基于源头的减排策略的影响

《Biosystems Engineering》：Ammonia emissions from broiler production: Influence of several source-oriented mitigation strategies

　　

摘要
在禽类中，以尿酸形式排出的氮和未消化的蛋白质转化为氨，这会对环境、农场工人和动物的健康造成严重损害。肉鸡舍内会形成并排放出高浓度的 NH3。本研究的目的是评估在半实用化舍内条件下，不同来源导向的缓解策略（营养、管理和通风）对肉鸡 NH3 排放的影响。同时研究了这些策略对垫料质量和成分、肉鸡性能以及脚部和关节病变的影响。对日粮和 compartment 气候控制的修改对 NH3 排放没有显著影响。用替代粗蛋白源部分替代豆粕导致脚部和关节病变的发生率较高（两者 P < 0.001）。日粮粗蛋白的减少 negatively impacted 肉鸡生长（育肥期 1 和 2 分别为 P < 0.001 和 P = 0.009）和饲料效率（育肥期 1 和 2 分别为 P = 0.001 和 P = 0.010），但降低了脚部和关节病变的发生率（分别为 P = 0.002 和 P = 0.025）。关于垫料材料，与刨花相比，亚麻使 NH3 排放降低了 40%（P = 0.003）。因此，结论是亚麻可以成为一种好的来源导向策略，以减少肉鸡舍的 NH3 排放。由于亚麻垫料质量较差，将在较低的 NH3 排放与受损的肉鸡性能以及较高的脚部病变发生率之间存在权衡。

引言
集约化牲畜生产产生的气体排放继续成为一个主要关切，因为其对环境健康的负面影响。从气体污染物中，氨（NH3）是在肉鸡饲养设施中产生并排放的主要气体（Naseem & King, 2018）。肉鸡舍排放的氨可以与酸性化合物反应，并促成颗粒物（PM）的形成，这是一种空气污染物（National Research Council, 2003; Swelum et al., 2021; Wyer et al., 2022）。此外，NH3 向环境的沉降促成土壤的氮富集和酸化以及地表水的富营养化（Cappelaere et al., 2021; Galloway & Cowling, 2002; Paerl, 1997; Santonja et al., 2017; Swelum et al., 2021）。

引起关注的不仅仅是排放的 NH3，肉鸡舍内高水平的 NH3 会降低室内空气质量，并对动物健康产生负面影响。暴露于高浓度 NH3 会减少鸟类如生长和饲料效率等性能参数（Beker et al., 2004; Bist et al., 2023; Miles et al., 2004; Swelum et al., 2021）。氨是一种腐蚀性、水溶性物质，当溶解在眼睛和呼吸道粘膜的水分中时，可能导致结膜和呼吸道病变的形成（Beker et al., 2004; Swelum et al., 2021）。此外，暴露于高水平 NH3 的鸟类可能对疾病有更高的易感性（Anderson et al., 1964; Barbosa et al., 2024; Swelum et al., 2021）。一些作者报告称，当垫料中的氮和 NH3 含量降低时，接触性皮炎的发生率有所下降（Alabi et al., 2024; Lemme et al., 2019; Shao et al., 2018; Van Harn et al., 2019）。

在饲养期间，肉鸡饲养所在的垫料是肉鸡舍排放 NH3 的主要来源。肉鸡垫料含有鸟类排出的以尿酸和未消化蛋白质形式的氮。在有利条件下，这种氮转化为铵态氮，存在于电离铵（NH4+）和非电离 NH3 之间的平衡中。非电离的 NH3 部分可以从垫料中挥发，随后排放到环境中（Elliot & Collins, 1982; Groot Koerkamp, 1994; Oliveira et al., 2021; Swelum et al., 2021）。许多因素影响肉鸡饲养设施中 NH3 的形成和挥发，如基质的数量（垫料氮含量）、垫料温度和 pH 值、垫料水分含量以及垫料中的氧气水平（这反过来受垫料物理性质影响），肉鸡舍内的通风率和由此产生的近地面空气速度（Elliot & Collins, 1982; Groot Koerkamp, 1994; Hassouna et al., 2023; Kirchmann & Witter, 1989; Liang et al., 2014; Liu et al., 2009）。

为了限制 NH3 排放及其对健康和环境的不良影响，这种气体污染物在欧洲和区域层面受到监管。国家排放上限（NEC）指令（指令（EU）2016/2284）设定了国家排放上限，并迫使成员国在 2020 年至 2029 年间减少包括 NH3 和细 PM（PM2.5）在内的污染物排放。还有指令 2010/75/EU 要求超过 40,000 只禽类的家禽生产设施实施最佳可行技术（BAT）（Santonja et al., 2017）。在区域层面，弗拉芒的一个方法是氮的程序化方法（PAN）。这项政策对超过特定栖息地临界负荷且对氮沉降贡献高的农场施加限制（De Pue & Buysse, 2020）。PAN 列表包含农民可以实施以减少其农场 NH3 排放的策略。然而，目前肉鸡的 PAN 列表只包含两种减少 NH3 排放的策略：使用玉米青贮作为垫料材料以及减少鸟类的蛋白质摄入（ILVO, 2022）。

因此，需要开发和验证不同的 NH3 排放减少策略，以便农民可以实施以减少肉鸡饲养设施的 NH3 排放。重点不仅应放在清洁废气上，还应通过来源导向策略改善室内空气质量。这些策略专注于减少可用于 NH3 形成的基质数量，或最小化从垫料中产生和挥发的 NH3 数量。在这项研究中，测量了不同策略对 NH3 排放的有效性。第一类是营养策略。由于肉鸡排出的氮量与氮摄入量高度线性相关（Bregendahl et al., 2002），减少鸟类粗蛋白摄入是减少垫料中氮量的一种手段（Alfonso-Avila et al., 2022; Belloir et al., 2017; Cappelaere et al., 2021; de Rauglaudre et al., 2025; Lambert et al., 2023）。这可以通过减少日粮的粗蛋白含量或饲喂具有较低粗蛋白含量的额外阶段来实现，同时满足肉鸡的氨基酸需求。在北欧，通常在全价饲料压粒后向肉鸡添加全麦。通过随着鸟类年龄增加日粮中全麦的百分比，可以减少日粮粗蛋白含量，并实现多阶段饲喂。在日粮中包含纤维或大豆或豆粕的替代蛋白源可能导致垫料中 NH3 形成减少。在产蛋母鸡中，包含可发酵纤维使 NH3 排放减少了 50%。这种减少归因于微生物发酵导致挥发性脂肪酸的形成并降低粪便的 pH 值（Bregendahl & Roberts, 2006）。

第二类策略是管理层面的。不同的垫料材料具有可能影响 NH3 形成和挥发的独特物理和化学性质，如 pH 值、吸水能力、结块速率、阳离子交换能力和碳氮比（Al-Homidan et al., 2018; Elliot & Collins, 1982; Groot Koerkamp, 1994; Jeppsson, 1999; Kirchmann & Witter, 1989; Kne?evi? et al., 2021; Stra?ifták & Juhás, 2023; Witter & Kirchmann, 1989）。亚麻短麻是亚麻加工工业的副产品，是弗拉芒地区肉鸡越来越受欢迎的垫料材料。亚麻比刨花具有更高的吸水能力（Borhan et al., 2014），并且具有良好的氨吸附性能（Nimenya et al., 2000）。

第三类是通风策略的变化：调整循环风扇的容量，并使用室内空气的相对湿度和温度控制通风率。除了垫料材料和饲料成分外，肉鸡舍的通风条件在动物福利和 NH3 排放中可发挥重要作用。Groot Koerkamp 和 Groenestein（2008）研究了肉鸡垫料空气混合系统（BLAMS）对 NH3 排放的影响。与荷兰肉鸡的平均年排放量相比，发现 BLAMS 使 NH3 排放减少了 70%。尽管垫料翻动可能导致垫料中 NH3 释放激增，但 Pepper 和 Dunlop（2021）建议频繁翻动垫料有助于保持垫料干燥和松软，并在长期内减少 NH3 产生（前提是肉鸡舍内的相对湿度足够低且通风能有效去除垫料和肉鸡舍中的水分）。

本研究的目的是确定上述营养、管理和通风策略在半实用条件下对肉鸡 NH3 排放的影响。此外，还确定了其对垫料质量和成分、肉鸡性能以及脚部和关节病变的影响。

章节片段
鸡群、舍内条件与管理
试验在比利时 Geel 的实验家禽中心的肉鸡饲养设施进行。肉鸡舍由八个 compartment 组成，每个面积为 112.5 m2，高度为 4 m，最大容量为 2300 只肉鸡。肉鸡舍的示意图概述显示在图 1 中，compartment 的示意图概述显示在图 2 中。
肉鸡舍由一侧的预处理室组成，室外空气通过进风口进入。Ambient 为了更好地理解实验轮次期间的气候条件，测量了 THIatm、环境温度和相对湿度（图 5）。该图显示 THIatm 受环境温度强烈影响。正如预期的冬季那样，平均温度和 THIatm 低于夏季。相对湿度在晚春月份较低，在冬季月份最高。
气候控制处理期间 compartment 内的气候
在夏季轮次的末期，通风率是 NH3 排放。在 7 到 20 日龄之间测得的 NH3 排放呈指数增长，可能是由于在这个生长期间排泄物和湿气的积累，此时垫料质量仍然相当松软和通气。水是将尿酸和尿素转化为 NH3 所必需的，因此垫料水分含量的增加（在 37.4% 和 51.1% 之间）可能会增加垫料的 TAN 含量，并最终增加 NH3 排放（Liu et al., 2007; Miles, Rowe, & Cathcart, 2011）。

结论
当前研究的目标是评估不同缓解策略对氨排放、垫料质量、性能以及肉鸡某些福利参数的影响。可以得出结论：
•季节影响了 NH3 排放，夏季生产轮次的 NH3 排放高于冬季生产轮次。
•与刨花相比，亚麻垫料材料使累计 NH3 排放减少了 40%。
•日粮调整（减少粗蛋白含量，每日调整

CRediT 作者贡献声明
Madri Brink：调查，方法论，可视化，写作 – 初稿，写作 – 审阅与编辑。Peter Bleyen：资金获取，调查，方法论，写作 – 审阅与编辑。Eva Brusselman：资金获取，方法论，监督，写作 – 审阅与编辑。Kris De Baere：资金获取，调查，方法论，写作 – 审阅与编辑。Evelyne Delezie：资金获取，方法论，项目管理，监督，写作 – 审阅与编辑。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能被认为影响本论文中报告的工作。

致谢
作者感谢弗拉芒创新与企业（VLAIO）（项目编号 160778）和 ILVO 的财政支持。我们非常感谢 ILVO 和 Geel 实验家禽中心的工作人员和动物护理员提供的熟练技术支持和样品分析。作者还感谢 Arvesta BV 配制实验日粮。

Madri Brink|Peter Bleyen|Eva Brusselman|Kris De Baere|Evelyne Delezie|Arnout Declerck
ILVO，动物科学，Scheldeweg 68，Melle，东弗拉芒，9090，比利时