生物質(zhì)炭在畜禽生產(chǎn)中的應用

動(dòng)物營(yíng)養學(xué)報2014,26(5):1145-1150Chinese journal of Animal Nutritiondoi:10.3969/ ). Issn.1006267X,2014.05003生物質(zhì)炭在畜禽生產(chǎn)中的應用韓杰孟軍(1.沈陽(yáng)農業(yè)大學(xué)畜牧獸醫學(xué)院,沈陽(yáng)10161;2沈陽(yáng)農業(yè)大學(xué)遼寧省生物炭工程技術(shù)研究中心,沈陽(yáng)110161)摘要:生物質(zhì)炭是農林業(yè)廢棄的生物質(zhì)在缺氧條件下熱解形成的富碳產(chǎn)物。近年來(lái),隨著(zhù)全球對生物質(zhì)炭科學(xué)研究的加強,生物質(zhì)炭在畜禽生產(chǎn)中改善動(dòng)物腸道健康、促進(jìn)生長(cháng)性能、提高飼糧利用效率、減少糞尿污染環(huán)境等作用正在引起有關(guān)方面的廣泛關(guān)注。本文綜述了國內外學(xué)者在畜禽生產(chǎn)中應用生物質(zhì)炭的最新研究成果。關(guān)鍵詞:生物質(zhì)炭;農業(yè)廢棄物;畜禽;生長(cháng)中圖分類(lèi)號:S816文獻標識碼:A文章編號:1006-267X(2014)05-1450用農林廢棄物生產(chǎn)的生物質(zhì)炭具有微孔結構產(chǎn)生的作物和森林殘茬木材加工廢料、畜禽糞便豐富、比表面積大、高、吸附力和抗分解能力強等,工業(yè)和城鎮生活產(chǎn)生的有機固體廢棄物、工業(yè)等獨特的結構和理化性質(zhì)。生物質(zhì)炭的概念在20廢水和生活污泥等也可作為原料來(lái)源?？茖W(xué)研世紀末被提出后,將其應用于土壤改良和環(huán)境治究和生產(chǎn)實(shí)踐中一般以原料名稱(chēng)命名生物質(zhì)炭理等領(lǐng)域的研究迅速升溫。特別是近年來(lái),生物如秸稈炭、玉米芯炭、稻稈炭、竹炭、木炭等。質(zhì)炭潛在的應用價(jià)值和應用空間被進(jìn)一步拓展,1.2理化特性國內外學(xué)者發(fā)現在畜禽飼糧、墊料或堆肥糞便中生物質(zhì)炭主要由芳香烴和單質(zhì)碳或具有類(lèi)石直接添加生物質(zhì)炭能起到改善動(dòng)物腸道健康、促墨結構的碳組成,般含有60%以上碳元素,還含進(jìn)畜禽生長(cháng)、提高養分利用效率、降低飼糧毒性、有氫、氧、氮、磷、鉀、鈣、鈉、鎂等元素。其元素組調控反芻動(dòng)物瘤胃微生物發(fā)酵減少畜禽糞便污成與制炭過(guò)程中的炭化溫度密切相關(guān),具體表染環(huán)境等有益作用。此作用已經(jīng)引起政府2、科現為在一定范圍內炭化溫度越高,碳、磷含量越研組織3及企業(yè)等廣泛關(guān)注。本文綜述了國內高,氧氫含量越少。生物質(zhì)炭的礦物元素通常以外學(xué)者在畜禽生產(chǎn)中應用生物質(zhì)炭的最新研究成氧化物或碳酸鹽形式存在,水溶液呈堿性(pH>果,對當前生物質(zhì)炭的應用現狀提出建議,旨在為7),且堿性隨熱解溫度升高而增強"。生物質(zhì)炭生物質(zhì)炭更好地服務(wù)于畜禽養殖業(yè)提供參考的可溶性極低,熔沸點(diǎn)極高,具有高度羧酸酯化資料。芳香化結構和脂肪族鏈狀結構”,使生物質(zhì)炭表現出一定的親、疏水特性和很高的生物化學(xué)和熱生物質(zhì)炭的概念及理化特性穩定性,還使其具備了極強的吸附能力和抗氧1.1概念化能力。此外,生物質(zhì)炭化后能保持其原有的生物質(zhì)炭( biochar)也稱(chēng)生物炭、生物焦炭,是良好孔隙結構,使其具有較大的孔隙度和比表生物質(zhì)在無(wú)氧或近無(wú)氧狀態(tài)下高溫(<700℃)熱面積解炭化產(chǎn)生的一類(lèi)穩定的富碳物質(zhì),大多為粉13與活性炭黑炭的關(guān)系狀顆粒。制備生物質(zhì)炭的原料主要為農業(yè)活動(dòng)中中國煤化工黑炭同屬于生物質(zhì)CNMHG收稿日期:2013-11-29基金項目:農業(yè)部公益性行業(yè)(農業(yè))科研專(zhuān)項(201303095);遼寧省高校重大科技平臺建設計劃項目作者簡(jiǎn)介:韓杰(1978—),女,遼寧撫順人博士研究生,從事生物炭畜禽生產(chǎn)研究E—mail: hanjiell30@163com通訊作者:孟軍,教授,博士生導師, E-mail: mengjun1217@163,com1146動(dòng)物營(yíng)養學(xué)報26卷高溫熱解產(chǎn)物,具有相似的理化和生物學(xué)特性。等2發(fā)現飼糧添加1%木炭與木醋液混合物使來(lái)活性炭是生物質(zhì)炭或黑炭在化學(xué)制劑激活下產(chǎn)生航雞十二指腸、空腸、回腸絨毛頂端上皮細胞輪廓的,其比表面積(超過(guò)1000m/g)遠大于生物質(zhì)清晰度顯著(zhù)提高,細胞突起明顯,其效果比單獨添炭(30m3/g),售價(jià)為生物質(zhì)炭的5~10加%木炭或0.1%木醋液對來(lái)航雞腸功能的激活倍。黑炭涵蓋了生物質(zhì)略微炭化到燃燒后黑煙作用明顯。 Ruttanavut等研究表明,1%竹炭與顆粒的炭化物質(zhì),生物質(zhì)炭和活性炭均屬于廣義竹醋液混合物能顯著(zhù)提高日本合鴨腸絨毛高度概念上黑炭的一種類(lèi)型。但它們在應用范疇上面積、上皮細胞面積,促進(jìn)上皮細胞有絲分裂,使不盡相同。生物質(zhì)炭更多被定位于農業(yè)土壤、環(huán)腸絨毛頂端出現了很多隆起的細胞,提示竹炭與境生態(tài)等領(lǐng)域,強調保護環(huán)境和固碳減排。而黑竹醋液混合物能改善鴨的腸道功能。炭側重強調隨地質(zhì)年代變遷逐漸形成的自然產(chǎn)2.1.3降低飼糧毒素毒性物,主要用于工業(yè)和能源領(lǐng)域。國外很多試驗表明,生物質(zhì)炭能吸附飼糧中的黃曲霉毒素(AF),降低飼糧毒素對機體的損2生物質(zhì)炭在畜禽生產(chǎn)中的應用傷美國塔斯克基大學(xué)研究發(fā)現,飼糧添加0.1%21在家禽生產(chǎn)中的應用活性炭能抑制黃曲霉毒素Bl(AFB1)引起的肉仔目前,生物質(zhì)炭影響家禽生產(chǎn)的研究在國內雞ADG、ADF以及肝臟微粒體細胞色素含量的下還鮮見(jiàn)報道,國外研究主要表明生物質(zhì)炭可在飼降,還能阻止AFB引起的肉仔雞肝臟損傷。糧、墊料或糞便中添加,其能提高家禽生長(cháng)性能、 Edrington等“發(fā)現活性炭能緩解AF引起的肉仔改善飼糧利用效率和腸道健康、促進(jìn)養殖環(huán)境的雞ADG、血液尿素氮(UN)和無(wú)機磷含量的下降改善等。紅細胞容積率和肝臟重量的上升Kana等25研2.1提高生長(cháng)性能究表明,飼糧添加玉米芯炭或橄欖種子炭(0.2%、國外很多研究表明飼糧添加生物質(zhì)炭或其0.4%和06%)均能改善由AFB1(22.02pg/kg)引與木醋的混合物對提高肉雞、蛋雞和鴨的平均日起的肉仔雞ADF和腸比重下降。這提示生物質(zhì)增重(ADG)作用較大,而對平均日采食量(ADF)炭在緩解AF對肉仔雞毒性效應上起一定作用影響趨于不顯著(zhù)。 Gerlach等推薦家禽飼糧中21.4減少糞尿污染環(huán)境生物質(zhì)炭使用量以0.2%~0.6%為宜,產(chǎn)蛋家禽應家禽糞便在堆肥過(guò)程中,糞便中的氮會(huì )以氨每飼喂10~15d暫停2~3d。如果在家禽飼糧和氣(NH)形式揮發(fā)污染環(huán)境,同時(shí)還造成糞便中墊料中同時(shí)使用生物質(zhì)炭時(shí),應酌情減少墊料中氮、磷等損失。 Steiner等將家禽糞便同20%松的用量。Kana等研究發(fā)現,0.2%、0.4%和0.6%針炭混合堆肥42d,NH排放減少了4%,總氮損的玉米芯炭或橄欖種子炭均能提高肉雞末重失減少52%,這提示生物質(zhì)炭可以作為理想的富(FW),0.2%添加量的2種炭均使肉雞取得了最佳氮原料的堆肥劑。 Doydora等研究表明,酸化的生長(cháng)性能,添加量高于0.6%時(shí)對肉雞FW和的松針炭或花生殼炭能使施入土壤后的家禽糞便ADG有負面影響。 Samanya等在白來(lái)航雞飼中氮損失減少56%~60%。在肉仔雞墊料中添加糧中添加1%或3%的木炭與木醋液混合物(4:1)竹炭能有效降低墊料中NH2濃度、球蟲(chóng)卵數、水分取得了較高的ADG,但ADF和飼糧利用效率不和酸度值,從而改善家禽舍內環(huán)境2。受影響。 Ruttanavut等發(fā)現飼糧添加1%的竹2.1.5改善胴體品質(zhì)炭與竹醋液混合物能顯著(zhù)提高日本合鴨的ADG。Kana等試驗指出,玉米芯炭或橄欖種子炭2.1.2改善腸道健康對※,旰臟重腹脂率、腸長(cháng)度和重量國外學(xué)者發(fā)現生物質(zhì)炭對改善蛋雞、鴨和肉無(wú)中國煤化工炭能顯著(zhù)降低肉仔雞雞的腸絨毛高度、腸絨毛細胞形態(tài)、面積等作用顯肌CNMH客降低肉仔雞腸比重。著(zhù)。 Watarai等叫研究發(fā)現,飼糧添加活性炭能有Hsu2研究觀(guān)察到飼糧添加0.2%竹炭能顯著(zhù)提高效減少腸炎沙門(mén)氏菌(S, enteritidis)的數量并降低肉仔雞胸肌蛋白質(zhì)和腿肌粗灰分含量。這提示生其對腸道的危害。Hsu2觀(guān)察到飼糧添加0.2%竹物質(zhì)炭可用于改善肉仔雞的某些胴體品質(zhì)。炭能提高肉仔雞空腸和回腸絨毛高度。 Samanya5期韓杰等:生物質(zhì)炭在畜禽生產(chǎn)中的應用114722在家畜養殖中的應用用。泰國梅州大學(xué)研究表明,添加木炭與木醋液歐洲90%的生物質(zhì)炭都應用于家畜養殖中,混合物能緩解仔豬飼糧中生木豆種子粉對仔豬腸養殖戶(hù)普遍認為在使用生物質(zhì)炭1~4周內即可看道功能的有害影響,從而使仔豬恢復正常的生長(cháng)到明顯效果,包括減少家畜腹瀉率和死亡率增進(jìn)狀態(tài)家畜健康和活力,改善產(chǎn)奶家畜乳房狀況和乳品2.2.4調控瘤胃微生物發(fā)酵質(zhì)量,極大減少家畜蹄部疾病的發(fā)生2。而國內體內外試驗均表明,生物質(zhì)炭能有效減少反的研究主要將生物質(zhì)炭用于減少家畜堆肥糞便對芻動(dòng)物瘤胃微生物有害氣體的產(chǎn)生量。臺灣國立環(huán)境的污染宜蘭大學(xué)2011年研究發(fā)現,飼喂竹炭對安裝瘺管2.2.1提高生長(cháng)性能的羊瘤胃液pH和NH3產(chǎn)生量無(wú)顯著(zhù)影響,但可提國外研究發(fā)現生物質(zhì)炭在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的升瘤胃乙酸、丙酸、丁酸百分比,降低瘤胃表面張應用效果與其飼糧中非蛋白氮(NPN)種類(lèi)有關(guān)。力3。Leng等“研究表明,在體外培養的瘤胃液仔豬飼糧中應用適宜劑量的生物質(zhì)炭可以取得與中添加1%生物質(zhì)炭使甲烷(CH4)氣體通量減少抗生素相似的效果。12.0%;如NPN為硝酸鉀和尿素各50%時(shí),1%生Van等發(fā)現在含豆科植物的飼糧中添加物質(zhì)炭能使瘤胃CH4氣體通量減少40.5%而0.5g/kgBW竹炭不影響山羊的ADF,但使 ADG N PN全部為硝酸鉀時(shí),瘤胃液CH氣體通量可減顯著(zhù)提高20.45%。Leng等發(fā)現NPN為尿素少49.0%。(干物質(zhì)的1.83%)時(shí),添加生物質(zhì)炭使黃牛ADG2.2.5減少糞便對環(huán)境的污染增加25%,而NPN為硝酸鉀(干物質(zhì)的6.00%)時(shí)生物質(zhì)炭降低家畜糞便有害氣體排放的作用有降低黃牛ADG的趨勢。 Mekbungwan等{研已經(jīng)被國內外很多試驗所證實(shí)。黃向東研究發(fā)究表明,飼糧添加3%木炭與木醋液混合物:1)現在堆肥豬糞中添加3%、6%、9%竹炭及3%竹使仔豬的飼糧利用效率最佳。飼糧中添加0.3%或炭+0.2%竹醋液、3%竹炭+0.4%竹醋液和3%竹0.6%竹炭顯著(zhù)提髙了育肥豬的ADG和飼糧利用炭+0.6%竹醋液可使堆肥過(guò)程氮損失分別減少效率》。育肥豬飼糧中添加0.3%竹炭與添加28%61%、65%、66%、74%和50%,這提示氮損失0.3吭杭生素取得的ADG和飼糧利用效率相當,這隨竹炭添加量提高而減少,且添加適當比例的竹提示竹炭可以作為抗生素的替代物促進(jìn)動(dòng)物生炭和竹醋液對氮損失具有協(xié)同控制效果。李麗長(cháng)2。蔣竹英等3研究發(fā)現,飼糧添加2%竹炭劼發(fā)現堆肥豬糞中添加3%竹炭可使NH3產(chǎn)生對仔豬ADG、ADF和飼糧利用效率影響不顯著(zhù),量減少6.1%,氮損失率降低10%;一氧化二氮這提示2%竹炭可能對仔豬有毒害作用。(N2O)總排放量降低25.9%,有助于控制堆肥過(guò)2.22提高飼糧養分利用率程的溫室氣體排放。Chu等在育肥豬飼糧中添van等發(fā)現在山羊飼糧中添加竹炭(0、加06%竹炭能顯著(zhù)降低糞便中大腸桿菌、沙門(mén)氏0.5、1.0、1.5g/kgBW)對豆科灌木植物干物質(zhì)攝菌數量,以及NH3、CH4和硫化氫(H2S)等排放。入量,中性、酸性洗滌纖維的消化率無(wú)顯著(zhù)影響,飼糧添加0.3%竹炭能降低育肥豬糞便中大腸型細但能顯著(zhù)提高有機物和粗蛋白質(zhì)消化率;添加0.5菌和沙門(mén)氏菌數量,其增加糞便厭氧菌和乳酸菌和1g/kgBW的竹炭較對照組和1.5g/kgBW組的效果同添加0.3%抗生素效果相當。有較高的氮保留率。Leng等發(fā)現以尿素作為NN時(shí),飼糧添加生物質(zhì)炭能促進(jìn)飼糧干物質(zhì)的3小結利用率個(gè)業(yè)大同生物質(zhì)炭的原料來(lái)源2.2.3保持正常腸道組織形態(tài)中國煤化工生產(chǎn)工藝相對簡(jiǎn)單生物質(zhì)炭對仔豬的腸絨毛細胞形態(tài)、面積也容易CNMH助于我國龐大的農業(yè)有積極的影響。 Mekbungwan等試驗表明,飼廢棄資源的有效利用。因此,在強調環(huán)境和經(jīng)濟喂3%木炭與木醋液混合物(4:1)使仔豬十二指可持續發(fā)展的背景下,生物質(zhì)炭以其在畜禽養殖腸絨毛頂端細胞增大,輪廓清晰,向腸腔內隆起,中發(fā)揮的有益作用必將成為一種重要的飼料添加提示3%木炭與木醋液混合物對腸功能有激活作劑資源和一項畜禽糞便資源化處理技術(shù)。未來(lái)在動(dòng)物營(yíng)養學(xué)報26卷畜禽生產(chǎn)中應用生物質(zhì)炭還應加強以下幾個(gè)方面223-228的研究:1)由于生物質(zhì)炭在養殖生產(chǎn)中的作用與9] ALEXIS M A, RASSE D P, RUMPEL C, et al. fire其理化特性密不可分,因此應加強不同生物質(zhì)原impact on C and n losses and charcoal production in a料和生產(chǎn)工藝對生物質(zhì)炭理化特性的影響研究scrub oak ecosystem[J]. Biogeochemistry, 2007, 82逐漸建立原料、工藝條件與理化特性的關(guān)系模型。(2):201-2162)不同原料生產(chǎn)的生物質(zhì)炭在不同種類(lèi)畜禽生產(chǎn)[10」 BELL M J, Worrall F Charcoal addition to soilsin NE England a carbon sink with environmental co-中的應用效果差別較大,應探討不同原料生物質(zhì)efits?[J. Science of the Total Environment炭在畜禽飼糧、墊料和糞便中的有效添加量,并就2011,409(9):1704-1714畜禽種類(lèi)及應用途徑對生物質(zhì)炭原料配方和應用[11 CORNELISSEN G, KUKULSKA Z, KALAITZIDIS技術(shù)給出合理化建議。3)加強生物質(zhì)炭與其制備S, et al. Relations between environmental black carbon過(guò)程的副產(chǎn)物木醋的聯(lián)合應用效果研究。4)加強chemical sorbent characteristi生物質(zhì)炭在畜禽生產(chǎn)中的作用機制研究,為生物EI Science and Technology, 2004, 38質(zhì)炭在畜禽生產(chǎn)中的應用提供理論支持。5)生物(13):3632-3640質(zhì)炭在畜禽養殖中應用的安全性研究尚屬空白領(lǐng)12 GERLACH A, SCHMIDT H P. The use of biochar in域,應加強其潛在風(fēng)險性的硏究和探討cattle farming[ J/OL]. 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Recently, extensive concerns have been givenon the functions of improving the health of intestinal tract, promoting growth performance, improving efficacyof diet utilization, reducing pollution of feces in livestock production with the global strengthening research onbiochar. This paper reviewed the latest research findings on the application in livestock production. [ChineseJournal of Animal Nutrition, 2014, 26(5): 1145-1150Key words biochar; agricultural and forestry residues; livestock; growth中國煤化工CNMHGCorresponding author, prE-mail:mengjun1217(@163.com(編輯陳鑫)