李 超，顾晓龙，刘仕碧，廖明初

（1.四川省新兽药工程技术研究中心，四川 成都，611130；2.四川农业大学生命科学与理学院，四川 雅安，625014；3.重庆市长寿区畜牧兽医局，重庆 长寿，401220；4.重庆市长寿区凤城街道畜牧兽医站，重庆 长寿，401220）

近20年来我国的生猪存栏数和猪肉总产量稳居世界第一，成为当之无愧的世界养猪和猪肉生产大国,然而随着养猪生产规模的不断扩大，集约化程度的提高，养猪业给环境带来的污染问题也越来越突出。规模化猪场最主要的污染物是粪尿、污水及其所产生的恶臭。据统计，一头猪日排粪尿量为6 kg，年排泄量2.19 t，以全国养猪4.85亿头计，则年排粪量为10.62亿t[1]。“循环农业”是2006年，中央一号文件《中共中央国务院关于推进社会主义新农村建设的若干意见》中提出的解决农业污染及实现农业可持续发展的新的思路。循环经济发展的前提是“经济”，没有技术上的可行性，或在现有技术水平下循环利用资源的成本很高，则循环经济就没有经济上的可行性，无法持续发展。因此，需要大力支持和鼓励循环经济技术体系的创新和发展。转基因猪诞生至今20多年的时间里，转基因猪的研究经历了起步期、平台期、发展期的历程。近几年来，随着转基因技术的不断完善和分子生物学的迅猛发展，转基因猪的研究进展很快，为转基因猪在养猪业循环经济发展中的应用奠定了物质基础。

1 农业循环经济的理念

循环经济的思想萌芽最早可以追溯到国际环境保护思潮兴起的时代。国际上所谓的循环经济(circular Economy)，是对物质闭环流动型(closing materials cycle)经济的简称。它倡导在物质不断循环利用的基础上发展经济，建立资源-产品-资源再生的新经济模式。显然，循环经济的实施将使资源和能源得到最合理和持久的利用，并使经济活动对环境的不良影响降低到尽可能小的程度。

1.1 循环农业的概念

循环农业是一种以资源的高效利用和循环利用为核心，以减量化（reduce）、再利用(reuse)、资源化(recycle)的3R原则，以低消耗、低排放、高效率为基本特征，符合循环经济理念和可持续发展理念，满足建设节约型社会和环境友好型社会要求的现代农业增长方式。循环农业具有3个主要特征[2]：一是把农业经济活动纳入自然生态系统整体考虑，既强调资源分配效率，又强调资源利用效率和自然生态系统平衡；二是把农业资源环境的消耗严格限制在自然生态阈值范围以内，根据环境的自净能力和资源的再生能力从源头上防治污染和浪费；三是通过废弃物资源化利用、要素耦合等方式，延伸农业生态产业链，推进相关产业组合形成产业网络，优化农业系统结构，按照“资源一农产品一农业废弃物一再生资源”的反馈式流程组织农业生产，实现资源利用的最大化和环境污染的最小化。

1.2 循环农业理念是可持续发展战略的具体体现

可持续发展理论围绕2条主线展开：一条主线是人与自然关系的和谐；另一条主线是人与人关系的和谐。可持续发展是生态、经济、社会三位一体的发展，是生态可持续发展、经济可持续发展和社会可持续发展三者的协调发展。就生态可持续发展而言，要以保护自然为基础，要求与资源和环境的承载能力相适应，在发展的同时必须保护环境，包括控制环境污染和改善环境质量，保护生物多样性和地球生态的完整性，保证以持续的方式使用可再生资源，使人类的发展限制在地球承载能力之内。就经济可持续发展而言，要加快经济增长，不仅要重视数量增长，更追求改善质量、提高效益、节约能源、减少废物，改变传统的生产和消费模式，实现清洁生产和文明消费。就社会可持续发展而言，要以改善和提高人民生活质量为目的，要求改善人类生活质量，提高人类健康水平，创造一个保障人民享有平等、自由、教育、人权免受暴力的社会环境。其中，生态持续发展是基础，经济持续发展是条件，社会持续发展是目的，三者不可分割。人类所共同追求的，应是生态—经济—社会复合系统的持续、稳定、健康发展[3]。

随着可持续发展战略受到普遍认同，世界各国在不断探素和总结经验的基础上，提出以资源利用的最大化和污染排放的最小化为主。将生态设计、清洁生产、资源再利用和绿色消费等融为一体的循环经济发展模式。将循环经济理论应用到养猪业中，根据生态平衡原理，把养猪业与种植业相结合，猪粪便通过农田自然消化，实行养猪业和农作物轮作。形成了猪多一肥多一粮多的良性循环，可以保持本地区的生态平衡，控制污染[4]。面对养猪业的发展现状，在我国发展养猪业循环经济是从根本上解决环境污染问题以及实现养猪业可持续发展的必然选择。

2 养猪业现状

2.1 生猪养殖

我国生猪养殖主要集中于沿江沿海，分布于长江沿线、华北、沿海以及部分粮食生产区。其中，长江流域占42.61%、华北区22.5%、东南沿海16.84%（如图1）。2000—2009全国生猪出栏率及存栏分别增长24.08%及12.74%[5]（如图2）。

2.2 污染的排放

20年来，我国养猪业工艺没有改变对周围环境的污染可源自养猪过程、废弃物排放、堆放或贮存过程以及废弃物处理、运输和利用过程。猪场污水仍然是当今畜牧业造成环境污染的最突出问题，最受关注的污染物成分还是传统的有机物、氮和磷。

由于猪体内缺乏有效利用磷的植酸酶以及对饲料中的蛋白质的利用率有限，导致饲料中大部分的氮和磷由粪尿排出体外。畜禽养殖排放的NH-N是工业污水排放量的17.9倍，是生活污水排放量的4.3倍；化学耗氧量(chemical oxygen demand, CODcr)是工业污水的14.8倍，生活污水的4.2倍。根据调查监测数据统计结果，一些流域有机物污染负荷中，畜禽养殖业排放就占25%，而养猪业排放占畜禽养殖业的60%以上。以N的生态物流为例，1头猪从幼崽到体重达90～100 kg上市时为止，消耗8～9 kg N，其中被肌体吸收的N不超过3 kg，而5～6 kg N则被代谢掉。在被代谢的N中，33%在粪便中，67%在尿中[6]。随粪尿排到环境中的含N物质在自然界微生物的作用下可分解为NH3，胺和硝酸盐，致使水体、土壤、许多蔬菜(植物)中硝酸盐含量严重超标，并通过食物链对人体产生危害。硝酸盐的危害具有一定的隐蔽性和滞后性，因此往往被人们所忽视。废水N、P含量高，可对饮用水源和农业生态造成危害。因此，深度处理养猪废水刻不容缓。并且由于集约化养猪高密度饲养，猪舍内潮湿，粪尿及呼出的二氧化碳等散发出恶臭，其臭味成分多达168种，这些有害气体不但对猪的生长发育造成危害。而且排放到大气中会危害人类的健康，加剧空气污染，以致与地球温室效应都有密切关系[7]。

3 养猪业循环经济

张子仪先生2003年指出，许多以牺牲自然资源为代价的线性经济必须向以可持续发展(开源)与持续消费(节流)为指导思想的循环经济方向作战略转移[8]。养猪业循环经济的发展模式，是养猪业循环经济理念应用于具体实践并不断完善的结果。目前，在养猪业循环经济发展模式的分类研究上还没有特定的标准，也缺乏系统的类型划分。所以要结合当地的自然和经济条件，以循环经济的理念，优化养猪生产工艺，在确定生产工艺时，除考虑采用生态先进的养猪科学技术、降低人的劳动强度和提高劳动生产率外，还应体现3R原则。

3.1 减量化原则

减量化原则是本着从源头控制的思路，旨在减少进入生产和消费过程中物质和能源流量。在养猪业生产过程乃至生猪产品生命周期中减少资源、物质等的投入量并减少废弃物的产生量。它一方面要求节约资源，另一方面又要减少污染物的排放量。对废弃物的产生，是通过预防的方式而不是末端治理的方式来加以避免。

3.2 再利用原则

再利用原则属于过程性方法，目的是延长产品和服务的时间强度，也就是说，尽可能多次或多种方式地使用物品，避免物品过早地成为垃圾。在养猪业生产中，应努力深层次分析挖掘原来产品中未能利用的有机组成物质。利用各种科学技术手段，发展高附加值农产品或者开发系列新产品，延长养猪业产业链条。

3.3 资源化原则

资源化原则是针对输出端的方法，把废物再次变成资源以减少最终处理量，也就是通常所说的废品的回收利用和废物的综合利用。在养猪业活动的终端尽可能把废弃物再次变成资源,以确保养猪业的无害化生产。

将养猪业与种植业、渔业等紧密结合，运用生物工程技术对猪的粪尿等排泄物进行厌氧发酵，建立生态型生猪产业循环经济模式，它将资源的再利用和资源化有机地结合在了一起。通过这种模式将沼液、沼渣、沼气综合应用于农业种植、渔业和居民生活中，促进生态养猪业、生态种植业、生态渔业等产业同时发展。最典型的是以沼气为纽带的循环养殖模式[9]，如“猪一沼一果”、“猪一沼一茶”、“猪一沼一瓜”、“猪一沼一菜”、“猪一沼一粮”、“猪一沼一渔”等均取得了良好的经济效益和生态效益。

4 转基因猪在养猪业循环经济发展中的应用

4.1 提高生产性能

1985年，Hammer等将人的生长激素基因导入猪的受精卵获得成功，转基因猪与同窝非转基因猪比较，生长速度和饲料利用效率显著提高，胴体脂肪率也明显降低。1989，Pursel等把牛的生长激素基因转入猪，生产出2个猪的家系，其生长速度提高11%～14%，饲料转化率提高16%～18%。类胰岛素样生长因子1(IGF1)构建转基因猪也可以加快猪的生长速度。1989年，美国农业部的研究者把IGFI基因转入猪中，首次获得表达IGFI的转基因猪。1998年，终于培育出IGFI转基因猪群。结果表明，其脂肪减少10%，瘦肉增加6%～8%。另外在母猪产仔数候选基因方面，ESR和FSHβ亚基基因是控制猪生产性状的2个重要功能基因，其优势基因型母猪在总产仔数和产活仔数上都有显著提高[10-11]。

4.2 提高抗病能力

我国吉林大学已成功通过转基因克隆技术获得了带有抗猪瘟病毒基因的克隆猪。中国农业大学李宁教授课题组率先在世界上首次成功获得多个猪品种转人溶菌酶转基因克隆猪和转入溶菌酶基因再克隆猪，这对猪瘟病毒、仔猪腹泻病原菌等都具有杀伤作用，将显著提高仔猪抗病力和存活率，为培育高抗病力转基因猪新品种奠定了基础。溶菌酶是一种天然非特异性免疫物质，能溶解微生物的细胞壁而起到杀菌作用，还能调节消化道有益菌群的建立，以提高机体的免疫能力，培育出一种转溶菌酶的转基因猪，其乳腺能表达人重组溶菌酶，使母猪奶中含高抑菌活性的溶菌酶，既有营养功能，又有药用功能，是一种理想的仔猪疾病防治手段[12]。

4.3 培育“环保型”猪

植酸及其盐类广泛存在于植物组织和相应的粮食产品中，其中植酸磷含量占植物总磷的60%以上，但是植酸不能被猪消化，只能滞留在动物的粪便中，造成严重的磷污染。通过在猪饲料中加入植酸酶（phytase），可以帮助消化有机磷，降低猪粪中的磷含量，但成本很高。2001年，加拿大圭尔夫大学的Golovan等，培育出携带大肠杆菌植酸酶基因的“环保猪”。这种猪可以在唾液中分泌植酸酶，从而提高对饲料中磷的消化率，使断奶仔猪和育成猪粪中的磷含量比正常猪降低了56%和75%，并且比那些在饲料中添加植酸酶的猪排放出的磷含量还低。

通过转基因技术，在较短时期内培育出常规方法不能育成或难以育成的动物品种，从而加快动物改良进程，并且生产出的高生产性能，高抗病能力以及“环保型”猪在养殖过程中能够缩短饲养时间，增加成活率，减少磷污染。从而达到节约资源，减少污染物排放量的减量原则的要求。另外，利用转基因技术提高猪的不饱和脂肪酸的含量，生产出转基因猪做为器官移植供体，生物反应器，以及医学研究模型使其应用于人类医学，这也符合3R原则中的再利用和资源化原则。

5 展望

综上所述，养猪业走循环经济的发展模式，符合国内外养猪业的发展趋势，科技则是循环农业得以顺利发展的先导和支撑。随着转基因技术的发展与成熟，它必将为传统养猪业带来巨大的变革。2004年1月，转基因鱼新品种在美国上市；2006年8月，世界上第1例转基因动物乳腺生物反应器生产的药物在欧盟获准上市；2006年12月，美国FDA批准克隆牲畜的肉、奶等上市销售,而且并不需要标示；2009年，美国农业部宣布将批准转基因猪新品种在生产中推广。我国作为养猪大国，养猪业循环经济模式相对单一，我们应抓住机遇，协力通过转基因技术，培育拥有自主知识产权的优良新品种猪，促进畜牧业以及整个生物产业的发展；同时结合新兴科技逐步建立更加合理、科学、高效的发展模式，以资源利用最大化和污染排放最小化为主线，逐渐将清洁生产、资源综合利用、生态设计和可持续消费等融为一体的循环经济战略是实现养猪业可持续发展的重要手段。

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