Impacts environnementaux des rejets de phosphore chez le poulet

Impacts environnementaux des rejets de phosphore chez le poulet

Réduction de l’excrétion de phosphore soluble par l’addition de sulfate de fer et d’aluminium encapsulés chez le poulet afin de diminuer les risques d’eutrophisation associés à cette production

Floradin P.*, Guay F.*, Létourneau-Montminy M.P.*ƚ
*Département des sciences animales, Université Laval, Québec City, QC G1V-0A6, Canada. [email protected] ,

Résumé

Une étude a été conduite afin d’évaluer le potentiel de sulfate de fer (Fe) et d’aluminium (Al) encapsulés à insolubiliser le phosphore (P) dans l’intestin chez le poulet en croissance. Ces derniers ont été ajoutés à raison de quatre doses pour un total de 8 traitements alimentaires (ratio Fe ou Al : P ; 6:1, 10:1, 14:1, 18:1), introduit dans témoin négatif (C-) qui était également testé seul et comparé à un aliment commercial (C+) en termes d’excrétion de P soluble et de rétention de P et de calcium (Ca) chez les poulets. Les ratios molaires Fe ou Al : P ont été déterminés à partir de la concentration maximale en P soluble dans l’iléon et les caeca de poulets nourris avec un aliment commercial qui contenait 6 g de P total /kg. Chaque régime alimentaire a été attribué à 6 cages de 6 poulets de souche Cobb 500, élevés du jour 14 au jour 28. Les oiseaux ont été pesés aux jours 14 et 28 et les fientes ont été collectées totalement du jour 24 au jour 28. Les résultats montrent que les performances de croissance, l’excrétion et la rétention du P et du Ca n’étaient pas affectées par l’ajout de Fe ou d’Al dans la ration des poulets. L’ajout de sulfate de Fe diminuait l’excrétion du P soluble de façon linéaire (P < 0,001) et quadratique (P< 0.001) montrant que la dose 2 conduit à une diminution maximale de la solubilité du P (-23% par rapport C-) suivi des doses 3 et 4 (-9% par rapport à C-). Pour l’alun, l’effet était également linéaire (P<0,001) et quadratique (P=0,001) avec des diminutions de 18, 10, 18 et 13% avec l’augmentation de la dose par rapport au C-. En conclusion, l’ajout du sulfate de Fe et d’Al encapsulés peut réduire l’excrétion P soluble dans les fientes sans modifier les performances des poulets, indiquant le P est insolubilisé après les sites d’absorption.
Mots clés : Phosphore soluble ; fer ; aluminium ; poulet ; excrétion.

Abstract

An experiment was conducted to evaluate the potential of iron (Fe) and aluminium (Al) sulfate encapsulated to insolubilize phosphorus (P) in the gastrointestinal tract of broiler. These ingredients were added at 4 doses for a total of 8 treatments (ratio Fe or Al: P, 6: 1, 10: 1, 14: 1, 18: 1), introduced into a negative control (C-), which was also compared to a commercial feed (C +) in terms of water-soluble P (WSP) excretion and phosphorus (P) and calcium (Ca) retention. The molar ratio Fe or Al: P were determined from the maximum concentration WSP in the ileum and caeca of broilers fed with a commercial diet. Six males broiler of 14 d-old, were assigned to 1 of 10 diets with 6 cages per treatment. Birds were weighted at d 14 and 28 and total excreta were collected from d 24 to 28. Diet did not significantly affect growth performance. P and Ca ingested, retained, and excreted as well as retention efficiency were not modified by the addition of iron sulfate or alum. Iron sulfate addition showed a linear (P < 0.01) and quadratic (P < 0.01) response on the WSP excretion indicating that dose 10:1 resulted in the maximum WSP reduction (−24% relative to C-) followed by the doses 14:1 and 18:1 (-9 % relative to C-). Al supplemented diets also showed linear (P = 0, 001) and quadratic effect (P = 0.014) with WSP decreases of 18, 10, 18, and 13% with the increase of the dose compared with C-. In conclusion, WSP excretion is decreased as expected and this without modifying growth performances and P retention indicating that P is insolubilized after the main absorption sites.
Keys Words: Water Soluble-Phosphorus; Iron sulfate; Alum; Broiler; Excretion

 Introduction

La compétitivité des productions avicoles est aujourd’hui challengée par l’éradication des antibiotiques dans l’alimentation et le respect de l’environnement (Elwinger et al., 2016). Ce dernier objectif, particulièrement marqué dans les pays émergents, est notamment attribuable aux problèmes environnementaux associés aux rejets de phosphore (P) qui sont de plus en plus préoccupants. En effet, des rejets excessifs de P dans les effluents contribuent à la prolifération des cyanobactéries ou algues bleues vertes phénomène qui peut évoluer en eutrophisation des eaux de surface dans les zones à fortes concentrations d’élevages (Correll, 1998). L’incidence de ce phénomène est proportionnelle au pourcentage de P sous forme soluble dans les effluents (Sharpley, 1999).
Les poulets de chair utilisent peu le P phytique des grains sans une hydrolyse enzymatique. Ils excrètent ainsi près des 2/3 des apports alimentaires de P, dont 20 à 60% seraient sous forme soluble (Angel et al., 2005). Une des pratiques les plus utilisées pour réduire l’apport de P et en limiter les rejets est l’ajout d’une enzyme exogène dans l’aliment, la phytase. Cette dernière permet de libérer les groupements phosphates liés au P sous forme phytique présent dans les végétaux, qui sinon, ne peuvent être absorbés et sont excrétés dans les fèces (Selle et Ravindran, 2007). Malgré la généralisation de l’utilisation de phytase, près de 50% du P ingéré par les monogastriques est excrété dans les effluents (Bougouin et al., 2014). Certaines études ont, de plus, montré une augmentation de la proportion de P rejeté sous forme soluble dans les excréta chez le poulet lors d’addition de phytase particulièrement lorsque des marges de sécurité sont appliquées sur le P alimentaire lors de la formulation (Applegate et al., 2003; Angel et al., 2005; Leytem et al., 2008).
Le P soluble correspond notamment à des sels d’acides orthophosphates (H3PO4) et polyphosphates. Ces derniers peuvent s’ioniser facilement en H2PO4-, HPO42-, PO43-, dépendamment du pH du milieu, et ainsi interagir avec d’autres molécules comme les protéines et certains cations divalents pour former des complexes insolubles (Dao et al., 2001). C’est le cas particulier des cations di et trivalents de calcium (Ca2+), de Fe (Fe2+) et d’aluminium (Al3+) (Ondreicka et al., 1971). L’utilisation de sels métalliques, notamment les sulfates de Fe et d’Al, demeure une pratique généralisée pour le traitement des eaux usées urbaines et industrielles afin d’isoler le P dans la partie solide (Metcalf et Eddy, 2003). Les complexes insolubles entre les cations métalliques et le P se forment pour la plupart à des pH proches de la neutralité (pH<7), soit les conditions retrouvés dans la portion distale de l’intestin grêle des poulets (Maenz et al., 1999).
La supplémentation dans les régimes alimentaires avec les mêmes cations divalents pourrait être une alternative pour diminuer la part de P soluble des effluents. Étant donné que seul le P soluble dans le tube digestif peut être absorbé par les volailles, il est essentiel que la précipitation du P soit effectuée en aval des sites d’absorption pour ne pas modifier les performances. L’encapsulation du Fe et l’Al dans une matrice de lipides permettrait de libérer le Fe et Al après le site d’absorption du P dans la partie distale de l’intestin grêle pour éviter une insolubilisation avant ou au niveau des sites d’absorption (Schrooyen et al., 2001).
Le présent essai avait donc comme objectif de tester le potentiel de l’alun et du sulfate de Fe encapsulé ajoutés à l’aliment de poulet en croissance à réduire l’excrétion de P soluble dans les fientes sans modifier la rétention de P et les performances de croissance.

Matériels et méthodes

L’étude a été réalisée en deux étapes. Un essai préliminaire in vitro a évalué le potentiel du sulfate de Fe et de l’Al à insolubiliser le P dans des digesta prélevés chez le poulet en croissance. Suite aux résultats de cet essai, l’impact de ces ingrédients introduits à plusieurs doses dans l’aliment des poulets a été évalué sur la proportion de soluble des fientes et les performances des poulets.

Essai préliminaire

Cinquante poulets de 29 jours d’âge ont été choisis au hasard et abattus par dislocation cervicale selon la procédure en vigueur au Centre de Recherche en Sciences Animales de Deschambault (CRSAD). Les poulets étaient alimentés à volonté avant d’être abattus. Les aliments qu’ils consommaient contenaient 6 g de P total/kg. Les différents segments du tube digestif, soit le duodénum, le jéjunum proximal et distal (jéjunum divisé en 2), l’iléon proximal et distal (iléon divisé en 2) et les caeca, ont ensuite été isolés, sectionnés et leur contenu a été prélevé à l’aide d’un «flushing» à l’eau distillée. Les volumes de digesta collectés par poulet étaient d’environ 7 ml dans le duodénum, 25 ml dans chacune des portions de jéjunum, 25 ml dans l’iléon proximal et 35 ml dans la partie distale et enfin 35 ml dans les caeca. Les digesta ont été mélangés par section et le pH a été mesuré. Les volumes de digesta collectés ont été ensuite centrifugés et le surnageant, considéré comme la phase soluble, a été prélevé. Le reste a été lyophilisé pour des analyses ultérieures. La concentration en P total des digesta a été obtenue suite à une digestion acide avec HNO3 et HCl (50%) et mesuré par chromatographie ionique (Dionex ICS-3000). Le FeSO4 et l’Al2(SO4)3 ont été ajoutés dans le surnageant des digesta de l’iléon distal et ceaca compte tenu qu’ils constituent les principaux sites en amont des sites d’absorption visés pour l’insolubilisation le P.
Le pH initial et final suite à l’ajout des composés dans les solutions de digesta a été mesuré. Un temps de transit correspondant à ce qui est attendu in vivo a été utilisé comme durée de l’étude, soit 35 minutes (Shires et al., 1987; Van der Klis et al., 1990). Les échantillons ont été maintenus à 41 degrés Celsius et agités durant les tests toujours pour imiter le plus possible les conditions retrouvées in vivo. Les ratios Fe et Al par rapport au P qui ont été testés ont été estimés à partir de données de la littérature sur le traitement des eaux usées et en considérant la concentration en P de nos digesta.

Essai principal

Aliments expérimentaux

Dix régimes expérimentaux, à base de maïs et de tourteau de soja, ont été formulés de façon à satisfaire l’ensemble des besoins nutritionnels des poulets âgés de 14 à 28 jours, à l’exception de ceux de P et de Ca (Lesson et Summers, 2005; NRC, 1994; Tableau 2.1). Les régimes expérimentaux étaient un contrôle positif (C+) apportant tous les éléments nutritifs dont 0,45 % de P disponible et 0,80 % de Ca et un régime témoin négatif (C-) avec moins de P disponible (0,32 %) et de Ca (0,46%); 3 à 10). Deux sels métalliques, le sulfate de Fe et l’alun, ont été encapsulés dans une matrice de lipides et ajoutés à quatre doses de 16, 278, 390 et 501 mg/kg (ratio Fe ou Al : P ; 6:1, 10:1, 14:1, 18:1) dans le C- pour un total de 8 traitements alimentaires. Les doses de Fe et d’Al encapsulés apportaient respectivement 16, 26, 36 et 46 mg/kg de Fe et 7, 12, 17, 22 mg/kg d’Al dans les aliments. Les ratios molaires Fe ou Al : P ont été déterminées à partir de la concentration maximale en P soluble dans l’iléon et les caeca de poulets alimentés avec un aliment commerciaux contenant 6 g de P total /kg (Tableau 2.1). Des billes lipidiques ont été ajoutées dans le C+ et le C- pour assurer l’équivalence énergétique. Les aliments étaient présentés en farine et dépourvus d’antibiotiques et de phytase microbienne.

 Animaux et procédure expérimentale

Les oiseaux utilisés dans cette expérience ont été élevés conformément aux recommandations du Guide for the Care and Use of Agricultural Animals in Research and Teaching (FASS, 2010). Au total, 540 poulets de chair mâles (Cobb 500) âgés d’un jour ont été obtenus d’une écloserie commerciale, élevés dans des parcs et nourris avec un régime commercial jusqu’au jour 10. Au jour 10, trois cent soixante poulets, pesant en moyenne 352 ± 27 g, ont été placés dans des cages (24 x 30 x 16 pouces) avec des panneaux amovibles en dessous où ils se sont vus attribuer l’un des 10 traitements alimentaires distribués au hasard entre les 60 cages pour un total de 6 cages par traitement alimentaire. Chaque cage était équipée d’une mangeoire rectiligne et d’un abreuvoir à tétine avec bol. Suite à une période d’adaptation aux aliments et à la vie en cage d’une durée de 4 jours, les oiseaux ont reçu les aliments expérimentaux du jour 14 jusqu’au jour 28 jours. La température ambiante initiale a été fixée à environ 32 °C et progressivement réduite de 2 à 3 °C jusqu’à atteindre 21 °C à la fin de l’élevage. La lumière a été maintenue 20 h par jour pendant la première semaine et réduite jusqu’à 16 h à la fin de la deuxième semaine et maintenue jusqu’à la fin de l’expérience.
Le poids vif a été mesuré aux jours 14 et 28. Les refus d’aliments par cage ont été mesurés à 21, 24 et 28 jours. Un essai de collecte totale de fientes a été réalisé pour déterminer les coefficients de rétention de P et de Ca (%) et le P et Ca retenus (g/jour) entre les jours 24 et 27. Les excréta ont été collectées à 10 h tous les matins sur des plateaux métalliques placés en dessous des cages permettant la collecte totale des fientes et la prise alimentaire a été déterminée par cage.

 Analyses chimiques

Après la détermination de la teneur en matière sèche (étuve à 100°C pendant 16 heures ; AOAC International, 2005; method no: 930.15) et la lyophilisation (Lyophilisateur Pilotes Genesis, Virtis Wizard 2.0, Thermo scientific, US) des excréta, les échantillons d’aliments et d’excréta ont été réduits en cendres à 600°C pendant 12 h dans un four à moufle. Les cendres ont été digérées et solubilisées dans l’acide chlorhydrique (HCl, 3M) et l’acide nitrique (HNO3, 6M), la concentration en P total des échantillons a été déterminée selon la méthode colorimétrique métavanadate au spectrophotomètre (GENESYS 10S UV-Vis, Thermo scientifique, US). Le Ca, le Fe et l’Al ont été dosés par spectrométrie d’émission optique à plasma couplé par induction (ICP-OES) Agilent Technologies 700 Series ICP-OES (In-house WCM Assay method). La proportion de P soluble dans les excréta a été déterminée en agitant 1 g d’excréta sec dans 250 ml d’eau déminéralisée pendant deux heures et en filtrant à travers une membrane de 0.45 µm, puis en utilisant le réactif molybate-métavanadate pour précipiter et doser le P disponible dans la solution tel que décrit par (Vadas et Kleinman, 2006).

Calcul et analyse statistiques

Le gain moyen quotidien (GMQ) et la consommation moyenne journalière (CMJ) ont été calculés pendant toute la période expérimentale. Le GMQ a été obtenu en mesurant la différence entre les mesures finales et initiales et en divisant par le nombre de jours de la deuxième phase d’alimentation. L’indice de conversion alimentaire (IC) a été estimé pour chaque cage comme le rapport entre CMJ et GMQ. La cage était l’unité expérimentale.
Il y avait 6 répétitions par traitement, disposées selon un plan en bloc complet randomisé avec 6 blocs. Les contrastes polynomiaux orthogonaux ont été utilisés pour étudier: 1) la différence entre PC et NC, 2) les traitements NC et Fe avec effet linéaire (Lin), quadratique (Qua) et cubique (Cub) et 3) les traitements NC et Al avec linéaires (Lin), quadratique (Qua) et cubique (Cub) en utilisant la procédure MIXED de SAS (SAS Institute Inc., Cary, NC, 2009). Les différences ont été considérées comme significatives lorsque P <0,05, et les tendances ont été notées lorsque P <0,10.

Résultats

Essai préliminaire

Les résultats de l’étude in vitro montrent que le pH des digesta intestinal augmente du duodénum à l’iléon distal (6,1 à 7,0), pour ensuite légèrement diminuer dans les caeca (6,4). La concentration en P total a diminué du duodénum à l’iléon distal (- 80%; Tableau 2.2). Le P dans la phase soluble suivait quant à lui la même tendance avec une diminution de 84% entre le duodénum et l’iléon distal (0,1537 à 0,0245 g/kg). Parallèlement à l’augmentation du pH, la proportion de et la quantité de P insoluble augmentaient au fur et à mesure qu’on avance dans l’intestin grêle. Les concentrations en P insoluble évoluaient de 2% dans le duodénum à 22 % dans l’iléon terminal et 19% dans les caeca (Tableau 2.3).

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Table des matières

INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE I : Revue de littérature
1.1. Problématique des rejets de phosphore chez le poulet
1.1.1. Bref aperçu sur la production avicole québécoise
1.1.2. Impacts environnementaux des rejets de phosphore chez le poulet
1.1.3. Pression réglementaire
1.2. Vers la formulation de régimes durable d’un point de vue phosphore
1.2.1. Apports en accord avec les besoins en phosphore des poulets
1.2.2. Besoins en P chez les poulets de chair
1.2.3. Facteurs qui modulent l’utilisation de P par le poulet
1.3. Minimisation de l’excrétion de P sous forme soluble
1.3.1. Impact de l’amélioration de l’utilisation du P chez les poulets sur l’excrétion du P soluble
1.3.2. Insolubilisation du P par traitement des litières
1.3.3. Insolubilisation du P dans le tube digestif à l’aide de sels métalliques
1.4. Hypothèses de la recherche
1.5. Objectifs
1.5.1. Objectif général
1.5.2. Objectifs spécifiques
1.6. Références bibliographiques
CHAPITRE II  Réduction de l’excrétion de phosphore soluble par l’addition de sulfate de fer et d’aluminium encapsulés chez le poulet afin de diminuer les risques d’eutrophisation associés à cette production
Résumé
Abstract
2.1. Introduction
2.2. Matériels et méthodes
2.2.1. Essai préliminaire
2.2.2. Essai principal
2.3. Résultats
2.3.1. Essai préliminaire
2.3.2. Essai principal
2.4. Discussion
2.4.1. Essai préliminaire
2.4.2. Essai principal
2.5. Conclusions
2.6. Remerciements
2.7. Références bibliographiques
CHAPITRE III  Impact de de sulfate de fer micro-encapsulé sur les performances de croissance, la minéralisation osseuse et la digestibilité et l’excrétion de phosphore soluble dans l’eau chez le poulet en croissance
Résumé
Abstract
3.1. Introduction
3.2. Matériels et méthodes
3.2.1. Aliments expérimentaux
3.2.2. Animaux et conduite d’élevage
3.2.3. Collecte des échantillons
3.2.4. Analyses
3.2.5. Calculs et analyses statistiques
3.3. Résultats
3.3.1. Performances de croissance
3.3.2. Digestibilité et excrétion
3.3.3. Teneurs dans les tissus
3.3.4. Phosphore total et soluble dans le jéjunum, l’iléon, le cæcum et dans la litière
3.4. Discussion
3.5. Conclusion
3.6. Remerciements
3.7. Références
CHAPITRE IV  DISCUSSIONS GÉNÉRALES
CONCLUSIONS GÉNÉRALES
RÉFÉRENCES GÉNÉRALES
Annexe 1
Annexe 2

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