凹土在乳牛生產(chǎn)中的應(yīng)用

林麗娟

福建省畜牧總站福州350003

凹土在乳牛生產(chǎn)中的應(yīng)用

林麗娟

福建省畜牧總站福州350003

凹凸棒石黏土是一種結(jié)構(gòu)性質(zhì)獨(dú)特的硅酸鹽黏土礦物質(zhì)，具有優(yōu)異的吸附、脫色、熱穩(wěn)定性、離子交換和抗鹽性等性能，可用作粘結(jié)劑或載體運(yùn)用于飼料工業(yè)中，同時(shí)也可作為營養(yǎng)物質(zhì)增強(qiáng)劑應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè)中，促進(jìn)動(dòng)物對日糧養(yǎng)分的吸收。文中介紹凹土的結(jié)構(gòu)及特性，綜述凹土作為添加劑在乳牛生產(chǎn)中的應(yīng)用。

凹凸棒石黏土反芻動(dòng)物生產(chǎn)

凹凸棒石黏土簡稱凹土（attapulgite），又名坡縷石（palygorskite），在礦物學(xué)上隸屬于海泡石族[1-2]。當(dāng)pH值大于8，一定量的介質(zhì)以及SiO2、Al2O3和MgO成一定比例時(shí)，可形成分子式為（Mg,Al,Fe）5Si8O20（OH）2（OH2）44H2O的天然非金屬黏土礦[3-4]。凹土具有較高的比表面積，具有優(yōu)異的吸附、脫色、熱穩(wěn)定性、離子交換和抗鹽性等性能，可用作粘結(jié)劑或載體運(yùn)用于飼料工業(yè)中，同時(shí)也可作為營養(yǎng)物質(zhì)增強(qiáng)劑應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè)中，促進(jìn)動(dòng)物對日糧養(yǎng)分的吸收，具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值[5]。

1 凹土的結(jié)構(gòu)及特性

凹土是一種層鏈狀硅酸鹽，由上下兩層Si-O四面體結(jié)構(gòu)夾著中間一層Mg-O八面體結(jié)構(gòu)組成的棒狀單晶體，許多單晶體聚集形成棒晶束，許多棒晶束堆砌形成聚集體[6-7]。凹凸棒石晶體呈棒狀和纖維狀，凹土呈致密塊狀和脈狀等。其形態(tài)變化與凹土形成原因有關(guān)，經(jīng)過沉積形成致密塊狀，通過熱液形成脈狀。其顏色有白、淺灰、淺綠和淺褐色，隨雜質(zhì)含量的變化而變化。凹土在含水情況下，具高可塑性；干燥后則收縮，很少出現(xiàn)裂紋。在水和鹽水中不易膨脹，但是在高溫時(shí)有相變等特征[5]。

1.1 吸附性凹土結(jié)構(gòu)特殊，吸附性較大。凹土的層鏈狀結(jié)構(gòu)使其具有較大的表面積，其中，外表面積可達(dá)23 m2/g，內(nèi)表面積可達(dá)300～400 m2/g[8]，而物體

的吸附能力和物體表面積成正相關(guān)，故其具有較高的表面吸附能力。當(dāng)凹土層鏈狀結(jié)構(gòu)中發(fā)生等價(jià)類質(zhì)（硅氧四面體內(nèi)的置換）和非等價(jià)類質(zhì)同象置換（Al3+或Fe3+對Mg2+的置換）及失去水分子時(shí)，可引起電荷不平衡，產(chǎn)生負(fù)電性吸附；當(dāng)凹土層鏈狀結(jié)構(gòu)中金屬陽離子（Mg2+）配位的水分子與吸附核形成氫鍵，或者Si-O斷裂后與被吸附的物質(zhì)形成共價(jià)鍵，可產(chǎn)生化學(xué)吸附，從而吸附有害物質(zhì)[9]。

1.2 離子交換性凹土由上下兩層Si-O-四面體結(jié)構(gòu)和中間一層Mg-O八面體結(jié)構(gòu)組成，其中的Si4+可少量被Fe3+、Al3+離子替代，Mg2+可少量被Fe2+、Fe3+、Al3+離子替代，導(dǎo)致凹土帶有少量的負(fù)電荷，此種電荷屬于結(jié)構(gòu)電荷。凹土的Si-O發(fā)生水解破鍵和Al-O發(fā)生水解破鍵作用產(chǎn)生電荷，此種電荷屬于表面電荷。凹土顆粒的凈電荷是結(jié)構(gòu)電荷與表面電荷的正、負(fù)電荷之代數(shù)和。當(dāng)pH值約為5.5，凹凸棒石的膠體顆粒的凈電荷為零。當(dāng)pH＜5.5時(shí)，凹土帶正電荷，凹土吸附陰離子；pH＞5.5時(shí)，黏土顆粒帶負(fù)電荷，凹土吸附陽離子，從而使離子得到交換[10]。溫度也會(huì)影響離子交換，當(dāng)溫度升高時(shí)，有利于溶液中陽離子的交換。

1.3 吸水性凹土具有很強(qiáng)的吸水性，可吸附自重100%的水，且在較低的水分壓下仍具較高吸水能力[11]。凹土呈纖維狀或棒狀，通過吸水形成懸浮膠體，膠體互相連接，不斷吸水變濃稠。當(dāng)凹土用其他陽離子或非離子表面活性劑分散時(shí)，也會(huì)表現(xiàn)出增稠和懸浮液特性。所以，動(dòng)物采食了凹土與飼料的混合料，有助于延長營養(yǎng)物質(zhì)在胃腸道中的滯留時(shí)間，提高養(yǎng)分消化率，有利于飼料利用率的提高[12]。

2 凹土在乳牛生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 改善乳牛生產(chǎn)性能凹土含反芻動(dòng)物必需的常量和微量元素，包括鈣、鎂、鉀、鈉、銅、錳、鐵、鋅、硒等[13]。凹土通過動(dòng)物消化道時(shí)可溶于胃酸，釋放出的鋅、鎂等金屬離子在消化道中擴(kuò)散吸收[14]。鋅作為動(dòng)物機(jī)體內(nèi)多種酶和蛋白質(zhì)的重要組成部分，具有催化和調(diào)節(jié)的功能，參與體內(nèi)多種代謝反應(yīng)，對動(dòng)物的生長發(fā)育以及免疫有重要的影響，其中有機(jī)鋅可以提高乳牛乳產(chǎn)量和乳品質(zhì)[15-17]。鎂是ATP酶的活化因子，也可催化或激活動(dòng)物體內(nèi)其他酶。不同鈣、鎂水平陰離子鹽酸化日糧對乳牛產(chǎn)乳量的影響不大，但可以緩解產(chǎn)后疾病的發(fā)生[18]。可見，凹土有助于改善動(dòng)物健康狀況。夏倫志[19]（1996）試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在乳牛日糧中添加100 g/d凹土使產(chǎn)乳量提高了8.9%，有益于改善牛群健康狀況。這可能是凹土吸附飼料，延長消化吸收時(shí)間，釋放自身的常量和微量元素，提高動(dòng)物對飼料的利用率，從而改善動(dòng)物生產(chǎn)性能。

2.2 有效吸附黃曲霉毒素乳牛采食被黃曲霉毒素B1污染后的飼料，體質(zhì)下降，產(chǎn)乳量降低。因?yàn)槿榕Ａ鑫改芙到舛舅氐木翰蛔?0%，大部分毒素隨血液被轉(zhuǎn)移到肝臟，生成黃曲霉毒素M1，直接進(jìn)入牛乳中，由食物鏈進(jìn)入人體，對人類健康造成巨大的威脅[20]。有研究發(fā)現(xiàn)，凹土對大腸桿菌毒素和黃曲霉毒素以及一些重金屬等有害物質(zhì)有明顯的吸附效果[21-24]。這可能是因?yàn)榘纪恋谋缺砻娲螅瑢Χ舅氐奈綇?qiáng)度大。所以，凹土作為乳牛毒素吸附劑的應(yīng)用有一定的可行性，具體添加量還需要?jiǎng)游镌囼?yàn)驗(yàn)證。

2.3 改善乳牛生長環(huán)境凹土除了吸附霉菌毒素，還可以吸附其他有害物質(zhì)：甲烷、氨、二氧化碳等氣體以及一些重金屬離子。這些有害物質(zhì)由畜禽墊草和糞尿產(chǎn)生，會(huì)影響畜禽的生長環(huán)境，間接影響動(dòng)物身體健康。劉飛等[25]發(fā)現(xiàn)硅烷偶聯(lián)劑改性后凹土對甲烷氣體的吸附效率較高，這可能是改性后凹土表面形成極性分子覆蓋層，提高了凹土對甲烷氣體的親和力。周濟(jì)元等[26]（2004）試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，40 g/m2凹土可使氣體中的氨濃度顯著下降。凹土的巨大表面比有利于吸附大量氨和水分，減緩有機(jī)物的分解速度，可以作為除味劑和干燥劑添加到乳牛墊料中，有利于改善乳牛的生長環(huán)境[27-29]。傅正強(qiáng)[30]發(fā)現(xiàn)凹土可通過離子交換作用、表面絡(luò)合作用和靜電作用吸附鎘離子，降低飼料中鎘離子的污染。劉云等[31]發(fā)現(xiàn)酸化凹土對鉻離子的吸附效果顯著，可達(dá)到電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 緩釋非蛋白氮非蛋白氮的主要原料為尿素，給乳牛飼喂尿素是節(jié)約飼料成本一個(gè)有效方法。但是尿素適口性差，釋放氨的速度快，易使乳牛中毒[32]。凹土可以有效的防止因尿素潮解、熱解造成氮素的損失。凹土可以使種尿素進(jìn)入乳牛消化道后形成膠體，減緩飼料的流動(dòng)性，使尿素緩慢釋放，提高氮的利用率。另外，凹土可以吸附消化道中多余的氨離子，在消化道氨離子濃度降低時(shí)，再將氨離子緩慢釋放，起到吸氨保氮的作用。

2.5 飼料粘結(jié)劑與飼料載體凹土比表面積大，與水反應(yīng)效率高，粘結(jié)性強(qiáng)，可用作顆粒飼料粘結(jié)劑。邱海劍等[33]（2009）報(bào)道，顆粒飼料中添加5%凹土有助于提高飼料的硬度，降低粒飼料含粉率和粉化率。此外，這種粘結(jié)性有利于凹土作為飼料載體的開發(fā)。凹土含有多種動(dòng)物必需的礦物元素，承載能力強(qiáng)，性

質(zhì)穩(wěn)定，且密度與微量元素密度相近，有助于與微量元素均勻。因此凹土可以替代玉米粉和麥麩等成為新型飼料載體，也一種是良好的礦物元素添加劑載體[34]。

3 應(yīng)用和展望

綜上所述，凹土在乳牛生產(chǎn)上的應(yīng)用有一定的研究基礎(chǔ)，但是研究的成果在乳牛生產(chǎn)中的具體應(yīng)用轉(zhuǎn)化還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，比如說凹土作為添加劑在乳牛飼料工業(yè)中的添加量還有待進(jìn)一步探討，否則不合適的添加量也會(huì)造成過度吸附，引起營養(yǎng)物質(zhì)的流失，對生產(chǎn)性能造成負(fù)面影響。

[1]陳天虎,彭書傳,魯安懷,等.蒙脫石向凹凸棒石轉(zhuǎn)化的直接證據(jù)[J].中國科學(xué)：地球科學(xué),2004,34(3)：248-255.

[2]鄭自立,宋綿新,易發(fā)成,等.中國坡縷石[M].北京：地質(zhì)出版社,1997.

[3]Haydn H.Traditional and new applications for kaolin,smectite,and palygorskite a general overview[J].Applied Clay Science,2000,17：207-221.

[4]Frost R L,Locos O,Ruan H,et al.Near-infrared and midinfrared spectroscopic study of sepiolites and palygorskites[J]. Vibrational Spectroscopy,2001,27(1)：1-13.

[5]周濟(jì)元,顧金龍,周茂,等.凹凸棒石粘土應(yīng)用現(xiàn)狀及高附加值產(chǎn)品開發(fā)[J].非金屬礦,2002,25(2)：5-7.

[6]Bradley.The structure scheme of attapulgite[J].American Mineral,1990,25：405-410.

[7]鄭自立,田煦,蔡克勤,等.中國坡縷石晶體化學(xué)研究[J].礦物學(xué)報(bào),1997,17(2)：107-114.

[8]陳天虎,王健,慶承松,等.熱處理對凹凸棒石結(jié)構(gòu)、形貌和表面性質(zhì)的影響[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2006,34(11)：1406-1410.

[9]馬玉恒,方衛(wèi)民,馬小杰.凹凸棒黏土研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2006,20(9)：43-46.

[10]陳天虎.凹凸棒石吸附性能應(yīng)用的制約因素[J].安徽地質(zhì),1999,9(3)：199-203.

[11]李虎杰,鄭自立.坡縷石黏土的吸附性能研究[J].礦產(chǎn)綜合利用,2002(5)：24-27.

[12]干方群,周健民,王火焰,等.粘土礦物對磷的吸附性能及其在水體凈化中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,26 (41)：447-453.

[13]羅有文,周巖民,王恬.凹凸棒石黏土的生物學(xué)功能及其在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用[J].硅酸鹽通報(bào),2006,25(6)：161-162.

[14]胡忠澤,金光明.凹土對肉雞日糧養(yǎng)分代謝的影響[J].獸藥與飼料添加劑,2000,5(1)：4-6.

[15]Shils M E,Shike M,Ross AC.Modern Nutrition in health anddisease[M].Philadelphia：LippincottWilliams& Wilkins,2004.

[16]Cope C M,Mackenzie A M,Wilde D,et al.Effects of level and form of dietary zinc ondairycowperformanceand health [J].Dairy Sci,2009,92：2128-2135.

[17]Keyvan Karkoodi,Mohammad Chamani,Mohammad Beheshti,et al.Effect of Organic Zinc,Manganese,Copper,and Selenium Chelates on Colostrum Productionand Reproductiveand Lameness Indices in Adequately Supplemented HolsteinCows[J].Biol Trace Elem Res,2012,146：42-46.

[18]楊蕾,韓坤,周月華,等.陰離子鹽酸化日糧鈣、鎂水平對圍產(chǎn)期乳牛血清離子平衡及生產(chǎn)性能的影響[J].黑龍江畜牧獸醫(yī),2010(2)：63-65.

[19]夏倫志.凹凸棒石粉在乳牛飼養(yǎng)上的應(yīng)用初探[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),1996,103(1)：108-110.

[20]蒿艷榮,蘇建家.黃曲霉毒素B1在體內(nèi)代謝研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué),2009,36(1)：146-149.

[21]Ramu J,Clark K,Woode J N,et al.Adsorption of cholera and heatlabile Escherichia coli enterotoxins by Various Adsorbents an in vitro study[J].Journal of Food Protection, 1997,60(4)：358-362.

[22]朱振海,鄭茂松,孫新友,等.凹土粘土凈化含強(qiáng)致癌物質(zhì)黃曲霉毒素B1油脂工藝技術(shù)研究[J].非金屬礦,1998,21 (6)：15-17.

[23]Masimango N,Remade J,Ramaut J.The role of adsorption in the elimination of aflatoxln B1 from contaminated media[J].Applied Microbiology and Biotechnology,1978,6(1)：101-105.

[24]蒿艷榮,蘇建家.黃曲霉毒素B1在體內(nèi)代謝研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代預(yù)防醫(yī)學(xué),2009,36(1)：146-149.

[25]劉飛,胡濤,任世英.改性凹土對垃圾填埋氣中甲烷氣體的吸附性能研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(6)：3499-3500,3763.

[26]周濟(jì)元,崔炳芳.國外凹凸棒石粘土的若干情況[J].資源調(diào)查與環(huán)境,2004,25(4)：248-259.

[27]金葉玲,姚虎卿,楊南如.凹凸棒石吸附干燥劑的吸水性能和結(jié)構(gòu)特征[J].南京化工大學(xué)學(xué)報(bào),1997,19(4)：91-95.

[28]王連軍,黃中華,孫秀云,等.改性凹凸棒土處理染化廢水研究[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào),1998,22(3)：240-243.

[29]范官厚.日糧中添加沸石對籠養(yǎng)蛋雞生產(chǎn)性能和營養(yǎng)物質(zhì)代謝的影響[J].飼料博覽,1990(14)：12-15.

[30]傅正強(qiáng).靖遠(yuǎn)凹凸棒石吸附水溶液中Cd(Ⅱ)性能的研究[D].蘭州：蘭州交通大學(xué),2013.

[31]劉云,陳捷,馬毅杰.酸化凹凸棒石黏土對廢水中Cr6+的吸附及其應(yīng)用研究[J].非金屬礦,2007,30(4)：62-64.

[32]王子安,王明偉,魯云風(fēng).2種棉副產(chǎn)品脫毒劑應(yīng)用豬生長育肥的研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(16)：4865-4871.

[33]邱海劍,張玉東,周巖民.凹凸棒石黏土和沸石對肉雞飼料制粒加工形狀的影響[J].非金屬礦,2009,32(1)：25-30.

[34]王興強(qiáng),姜瀅,曹梅,等.凹土的研究現(xiàn)狀及在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用前景[J].水產(chǎn)科技情報(bào),2006,33(4)：183-186.

Attapulgite application in cow dairy production

Lin Lijuan
(Fujian Provincial General Station of Animal Husbandry,Fuzhou 350003)

Attapulgite is a kind of unique structural properties of silicate clay minerals.Attapulgite has the properties of adsorption, decolorization,thermal stability,ion exchange and salt resistance,which can be used as a binder or carrier in the feed industry.Attapulgite can promote the absorption of nutrients in animal diets,which can be used as nutrient reinforcing agent in aquaculture.This paper introduced the structure and properties of attapulgite,which were reviewed as additives in the ruminant production.

Attapulgite Ruminants Production

A

1003-4331（2016）06-0031-03