生態營養理論與無公害養殖

gaopf767 · 發表于 2007-10-13 14:22:24

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摘要本文從生態模擬角度，提出生態營養的概念和理論體系、技術框架，及其在無公害養殖中的應用。

關鍵詞生態營養；微生物；無公害養殖
動物營養經過三十多年的發展，促進了飼料工業和整個畜牧業的進步，初步滿足了人們的食用需要，但也暴露出許多問題，如營養利用與對環境的污染，藥物濫用引起的藥殘和抗藥性，畜產品品質下降等。本文論述營養學的現狀與發展方向，提出生態營養的概念，以促進無公害養殖的開展。

1 自然條件下動物營養在生態系統中的地位

自然條件下，野生、放牧或圈養動物借助其天賦的營養智慧和攝食行為，自由捕殺別種動物，采食植物相應的可食部分，包括可能有治療和保健功能的植物成分，接觸豐富多樣的環境和微生物，來滿足其生長繁衍的營養需要。由于季節、食物、空間、天敵、疾病、爭斗等生態因素的制約，動物保持著相應的較小的群落規模，動物營養作為食物鏈的一個環節，自然地融入生態網絡。這時，很少需要人為的工作，完全是生態規律起主導作用：自然的死淘率、繁殖率，天然的食物，糞便和臭氣很快分散開，并分解消失，動物的屠體、奶、蛋、皮毛、畜力被人類消費利用。沒有嚴重的污染、大規模的傳染病，也沒有藥物的使用與殘留。但生產效率很低，無法滿足人類生存和人口膨脹的食物需要。

2 集約化養殖的代謝營養和配合飼料

2.1 配合飼料的發展與成就

“天工，人其代之”。為了滿足人類對畜產品的需求，人們模擬自然的生態條件，大規模地集約化養殖家畜，并著力選育生產性能高的優良品種。由于飼料占整個養殖成本的大部分，因此對動物營養的研究成為畜牧業的重要課題。

通過對家畜和作為飼料主體的植物的總體及組織的化學分析，將營養物質劃分為蛋白質、碳水化合物、脂肪、礦物質和水等成分。并隨分析方法的進步，各類成分又有更細的劃分和評價，并認為通過動物的消化吸收，植物飼料的營養物質可以轉化為動物畜產品。因此，消化吸收是動物營養的核心。

動物消化道、消化器官的結構功能及各種消化酶得到很快研究，圍繞著營養物質的代謝生理與生化，建立了消化試驗、代謝試驗、平衡試驗、飼養試驗、屠宰試驗等方法。經過三十年細致繁復工作，制定了不同畜種、品種的各生理階段的群體平均營養需要，作為營養標準；測定了主要飼料原料的營養成分，采用了線性規劃和目標規劃等數學優化技術，精確地配合各種飼料原料，以滿足動物的營養標準，并達到最低成本。同時，飼料生產技術和設備也日益完善，這樣，精確的營養標準、現時的飼料原料成分分析、快速準確的電腦配方軟件和忠實于配方的生產技術，共同構筑了配合飼料，并引發了飼料工業的飛躍發展。

以山東省為例，1999年以來工業飼料產量達720萬噸，年產值50億，農民三分之一的收入來源于畜牧業，畜產品已基本上滿足了人們消費需求。飼料的利用率大大提高，生長速度加快，飼養周期縮短，動物的生產性能顯著提高。例如，20世紀60年代，肉豬增重1千克至少消耗4.5-5千克飼料，而今卻僅需2.5-3千克，達到90千克體重由原來的180日齡縮短到150-135日齡；肉雞料重比由4:1降到1.8-2:1；淡水魚增重1千克只需1千克飼料；高產乳牛群年平均泌乳量可達10噸以上；高產蛋雞群一個產蛋年平均產蛋250-270枚。

2.2 配合飼料的理論基礎

配合飼料的理論基礎是純粹的營養代謝生理和配方技術，也是對動物的營養的生態模擬。近三十年來，動物營養學與獸醫傳染病學截然分開并行發展。動物營養學認為飼料中的營養物質經過消化道的物理的、化學的、酶的和微生物的作用，分解成簡單的可吸收的氨基酸、單糖、脂肪酸、無機鹽等小分子，被消化道吸收并再合成動物體組織。因此，選用營養價值高且易消化吸收的較單一的飼料原料，對消化道微生物的存在和有益作用認識不足。由于令人恐怖的傳染病的影響，動物營養對微生物是排斥的，大量使用消毒劑，將抗生素和化學藥物添加到飼料中，形成了“高營養水平+高劑量藥物”飼養模式，造成常規飼料原料緊缺與天然非常規飼料浪費共存，藥物的濫用與耐藥菌、藥殘相隨的嚴峻局面。

實際上，大多數微生物是腸道正常菌落，是家畜長期進化的伙伴，有著共生互利的關系，參與家畜的免疫和營養物質的消化，是家畜健康、生長的必要保障。

研究表明，成年人體細胞約1013，而包括體表和體腔微生物，則細胞總數達1014，包括400多個種，即，人體細胞僅占“人體群落”的1/10。這9/10的微生物很微小，總重量約1.27千克，其中在消化道中1千克。如此多的微生物而且廣泛存在于體內和周圍環境，無時無處不在，有相當大的作用。一是微生態作用，二是營養作用。

對無菌動物、SPF雞、正常雞和病雞的消化道菌相分析，可以明顯看出微生物種類和數量的不同，及其引起的變化：10個腸炎沙門氏桿菌就可以使一只無菌小白鼠致死，而100萬個腸炎沙門氏桿菌卻不會引起正常小白鼠的異常變化。無菌動物和SPF雞的飼料營養水平要高出正常動物20-50%，而且氨基酸、維生素要超量添加。瘤胃微生物的復雜作用和對反芻動物營養的影響更是人所熟知。因此，維持動物消化道正常菌相是保證健康、提高生產性能的前提，也是節約飼養成本的關鍵。，

由于片面追求規模效益與產量，忽視了動物營養在生態系統中的應有地位，造成動物營養在食物鏈的局部膨脹、中斷，引發畜產公害。

2.3 配方飼料的局限與不利影響

常規飼料研究的重點已由蛋白質、碳水化合物、脂肪和礦物質轉向氨基酸、微量元素、維生素、酶和激素等。但仍舊未跳出常規配方營養的框架，未能以生態學觀點來對待本處于生態系統中的動物營養，這是其最大的局限。這對生態環境、人類社會和畜牧業本身都造成不利影響：

1）飼料原料單一，主要是玉米-豆粕型。一方面消化率有提高的余地，另一方面大量的非常規飼料未得到利用，造成資源的配置性浪費；

2）抗生素、化學藥物的濫用，導致耐藥性、藥殘，影響動物和人的健康和治療效果；

3）污染環境。如氮、磷、重金屬、臭氣、糞便、污水，造成對整個生態的非協調性破壞；

4）微生態的失衡導致巨額的治療費用。

3 生態營養的新概念

3.1 生態營養的概念

針對配方營養的缺陷和不良影響，專家從不同角度提出生態營養的新概念。

從營養與生態的角度，討論了傳統動物營養學靜態、機械、孤立割裂、單純的研究方法的弊端，盧德勛（1990）首先提出計量營養學（Quantitative Nutrition）、綠色營養技術（Green Nutritional Techniqus），指出要應用系統科學的思維原則和研究方法，以計算機為主要研究手段，在精確數量化的基礎上進行正確的飼養和營養決策，以實現營養調控，減少營養浪費。邢廷銑（1996）認為動物生態營養學是以生態學和生態經濟學理論為基礎，應用系統科學的研究方法，把環境?動物?產品作為一個整體，研究動物在生存條件構成的多維環境條件中，對各營養要素的動態需求，在精確量化的基礎上，用計算機模擬物質流、能量流和經濟流的動態轉化、平衡及調控模式，以求用盡可能少的飼料資源，在盡可能短的周期內，生產出盡可能多而優的畜產品，獲得盡可能大的經濟效益，達到或維持盡可能最佳的生態平衡。該理論強調改善養殖環境，通過精確的量化和模擬，提高系統的整體效率和生態效益，但量化的基礎是對消化道微生態的深入研究和調節。

從營養與環保的角度，在1997年家畜生態和環境衛生年會上，著名動物營養學家張子儀就打破動物營養框框，指出飼料行業繁榮背后的危機，針對有機砷、高銅等藥物使用和環境污染，提出“生態文明”的概念，從國情出發，提出農牧結合、三元種植、農戶養殖、綠色食品等宏觀對策。楊勝（1997）認為環境的污染約15%是由養豬業糞尿排放造成的，除了加強糞便污水及時處理和利用的治標外，治本之道仍需從抓其源頭做起，即開發環保飼料配方，控制臭氣對生產環境的污染，改善和控制氮、磷的環境污染，提高飼料消化率，減少養分損失，改善飼料衛生。傅月華（1997）、顏新春（2000）也提出類似的概念，另外強調了非淀粉多糖（NSP）的利用和重金屬的污染。李德發（2000）強調使用合成氨基酸降低飼料蛋白質，添加植酸酶降低飼料無機磷，以及使用益生素、酶制劑、微生物蛋白配制低污染日糧技術。除了應用植酸酶、纖維素酶外，環保飼料、低污染日糧仍是在傳統動物營養框架內調整，沒有深入探討微生態對營養利用的影響以及微生物技術的充分應用。

隨著微生態理論在畜牧業界的傳播和應用，動物營養學界進行了大量微生態產品的應用研究。蔡輝益（2000）分析了微生物在維生素合成、氮、糖類、脂類代謝中的作用，綜述了活菌制劑、微生物培養物、酸化劑、寡糖、中草藥在飼料工業中的應用。

綜上所述，筆者認為，生態營養（Eco－Nutrition）的概念是：在配方營養的基礎上，應用生態學原理，調整動物體內和環境中的微生物種類和數量，保持體內微生態平衡和機體健康，激發消化吸收能力，從而廣泛地、高效地利用一切可能的飼料原料（包括中草藥、低聚糖、短肽），減少抗生素和化學藥物使用，低成本地生產優質健康的畜產品，減免對環境的污染和對人類健康的危害。

它有如下要點：

1）存在即是合理。微生物是生態系統的重要組成部分，它無時不在，伴隨人和動物一生；它無處不在，存在于食物、環境和體內。沒有理由忽視它的存在，而應列入生產系統中考察和管理。微生物是自然存在的，相對于人有益與害，猶如雙刃利劍，在防與治的同時，更應注意利用。

2）微生物及其代謝產物（酶、維生素、氨基酸、抗生素、免疫物質）是營養學的核心內容，極大地影響動物的營養代謝。它可以利用更廣泛的原料作飼料，提高飼料報酬和利用率，減少營養性浪費與污染。是對配方營養的補充和拓展。

3）健康是營養利用與轉化的前提與保障，微生物的生態平衡作用有利于微環境的穩定和優化?？梢岳糜幸嫖⑸镏萍s有害病原菌，減免防病促進生長的藥物使用，避免藥物殘留和耐藥菌的增加。

4）植物作為生態系統成員，除了營養作用外，中草藥經適當組合與應用，也能抑制病原菌，促進健康與消化力。

5）高效的營養轉化和健康的體況，相應的動物福利和環境衛生，保障了人類食用安全和環境衛生。

6）生態營養分兩個層次，宏生態與微生態，兩者相輔相成。宏生態是指對宏量飼料原料，尤其非常規飼料的利用和常規飼料的節約，以減少資源浪費和對環境的污染；微生態是通過正常菌群及其代謝產物，調理消化道微生態環境，提高飼料消化吸收，改善畜禽健康狀況。

生態營養是畜牧獸醫行業的發展主流和重要研究與應用課題，也得到政府的政策與法規的支持和保護。加入WTO，我們面對更廣闊的國際市場，也要面對更苛刻的市場需求，這需求來自一絲不茍的“洋人”，也來自于體質和健康更需改善的國人。

農業部加強了批準文號和生產許可證管理，禁止“克倫特羅”、催眠藥、砷制劑使用，限制大批藥物用作飼料添加劑，將藥物相應從飼料中剝離出去。行政主管部門、企業和科研院校均在著力研究抗生素替代品，建立飼料安全體系和標準。

4 生態飼料的框架

4.1 大配方的變化：

粗蛋白的降低、粗纖維的分解利用、鈣磷的降低、廉價非常規飼料資源的大量使用。與之相配套的還有飼養環境、家畜品種品質、飼料原料的衛生，乃至有機食品生產規范等。

4.2 大配方的改變很大程度上取決于小配方的調整：

氨基酸的平衡可降低飼料粗蛋白水平，蛋、賴、精、蘇氨酸適量添加可降低粗蛋白1-3%，糞氮降低25-35%，尿氮降低41%，而增重、飼料報酬和胴體品質不受影響（鄭春田，2000）；蛋白酶、酶解的短肽可提高蛋白質的吸收效率；高產特定氨基酸的菌株用于體外發酵飼料，或隨飼料以活菌添加到消化道，彌補飼料氨基酸的欠缺。

纖維素酶、聚糖酶、糖苷酶的應用，使粗纖維不再是廢物或抗營養因子。飼料原料中粗纖維將象粗蛋白一樣被分析成更細致的成分，非淀粉多糖表示成纖維素、半纖維素、木素，標明其主要單糖組成和糖苷，以及分解所需的酶、產生多少能量和有益的低聚糖。如β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶等使大麥、豆粕的能值提高10%，為雜粕的使用提供了配方空間。另外粗纖維分解物的促微生物生長、促免疫、信號分子作用也具有誘人的應用前景（王克夷，1998）。粗纖維的利用需要在微生物酶學做大量艱巨的工作，也將是動物營養繼蛋白質研究之后的重大突破。

單項植酸酶將隨著成本降低而更廣泛使用，節約無機磷，減少排磷量是生態飼料的重要特點。植物原料中植酸酶也應充分利用，如飼料中麥麩添加到17.6%時，依靠麥麩的植酸酶分解植酸鹽釋放的無機磷已可基本滿足育肥豬對有效磷的需要了（楊勝，1997）。

由于酶制劑和益生素的不穩定性和高價位的限制，體外預消化工藝（章世元，2002）得到重視和研究。

除了螯合鹽外，微量元素可以玻璃緩釋技術消除結晶水、游離水的影響，使用更精確、安全、方便、無塵，減少重金屬的殘留和污染。

食鹽適當節制，飼料中添加0.2%的食鹽即可改善豬的采食，多加無益，多余排放不利于土壤和農作物。

除了營養的改善外，飼料的保健功能需要加強。中草藥由于不易產生耐藥性和殘留、作用平和、來源廣、成本低，食療兩用，需要深入的研究和廣泛應用，對于建立安全養殖體系有重要意義。

進一步研究微生物耐藥機制，研制高效低殘低耐藥性抗生素；研究抗生素與中草藥抑菌抗病機理，合理組合抗生素與中草藥，減少藥物使用量和殘留?？股刂饕糜谥委煟M量避免在飼料中用于促生長。堅決制止激素、催眠藥、重金屬等在飼料使用。

4.3 健康菌相作為飼料標準的重要組成部分：

在營養學的測定氨基酸代謝率試驗中，為人推崇的“真可代謝氨基酸”是一個值得推敲和重視的概念，為了避免盲腸微生物降解對雞氨基酸代謝率影響，營養學試驗通過手術作回腸瘺管取樣，或者干脆切除盲腸，以求精確。實際上，微生物遍布消化道，無法去除，而去盲腸雞、無菌雞或SPF雞所得出的代謝率根本不能反映正常雞的消化情況。正常微生物維持著消化道的微生態平衡，促進營養消化利用、抑制病原菌的繁殖和感染、刺激機體的免疫機能，是和營養利用密不可分的。尤其雞的盲腸是重要免疫器官，是消化道正常菌群的貯存、緩沖、接種區域，切除之將使消化道微生態變得敏感和不穩定。

微生態平衡不是抽象概念，隨著對消化道微生物的分離培養技術的進步及其生態關系的深入了解，可以量化各畜種不同生理階段在健康狀況下正常菌相作為標準，采用活菌制劑、低聚糖、營養調節來滿足。無論如何特殊的菌株，都不可能完美無缺，也都不可能不與微生態相聯系，因此微生態的研究有重要的應用價值，即使簡單的糞便涂片也能大致反映出微生態的狀況，提供調節微生態的線索。基因組計劃的進展促進了微生物分子生態學的發展。核酸探針、PCR、rRNA序列同源性分析、梯度凝膠電泳等技術發展起來，用于通過DNA、RNA快捷準確地分析、測定微生物群落及其變化，包括許多不易培養的微生物（趙立平，1999；朱偉云，1999；羅雯，2000）。

5 生態飼料

在生態營養理論指導下，研制生產的滿足生態營養要求的添加劑、預混料和配合飼料。有下列幾類：

5.1 酶制劑：包括蛋白酶、纖維素酶、植酸酶、聚糖酶及其復合酶制劑。

5.2 益生素：農業部規定的12種飼用微生物及其復合活菌制劑，包括其培養物。

5.3 寡糖：木寡糖、果寡糖、甘露寡糖、乳寡糖、α-葡萄寡糖等。

5.4 中草藥：單味、復方中草藥、中草藥提取物。

5.5 飼用抗生素：飼料添加專用的代謝快、殘留小、耐藥性差的高效抗生素。

5.6 免疫增強劑：源于植物、微生物的天然免疫增強劑。

5.7 更多種類的氨基酸、維生素、誘食劑、營養調節劑、色素、香味素。

5.8 上述添加劑適當地組合形成的復合預混料、配合飼料。

同時也存在道理相同、更為返樸歸真的有機飼料（Organic Feed），IFOAM基本標準是目前有機食品生產和工藝最具影響的方法。這些不是最終的條文，而是有助于整個世界有機農業發展的工作。當農產品要用有機食品的標志在市場上進行銷售時，生產者和制造者必須通過國際或國內組織根據此標準的認證。

IFOAM（國際有機農業運動聯合會，International Fedrational of Organic Agriculture Movements）的基本標準是一個有關有機農業和食品生產的總原則，對畜禽的來源、畜禽飼料原料、保證畜禽健康的措施標準、畜禽的生活條件、畜產品加工與貿易、向環境排污標準等都有嚴格細致的規定，崇尚純自然的生產方式，摒棄人為干擾和貪婪的掠奪式生產，這是最為符合生態規律的畜牧業生產方式，能維持動物、微生物與人的持續共存共榮。從某種意義上，我國更適合有機農業發展：勞動力充足，地大物博，有幾千年有機農業歷史和經驗。中國式的思維和生產習慣早在《周易》、《天工開物》、《本草綱目》中體現，最終能夠正確看待西方工業化，走出一條可持續發展的道路。

6 生態營養的目標??無公害養殖

6.1 避免有害物質的殘留，生產無公害畜產品，乃至有機食品，保障人類健康；

6.2 利用廣泛的飼料資源，提高飼料利用率和畜產品產量，降低飼料成本；

6.3 通過生態營養，走出抗生素??耐藥性的怪圈，建立無藥養殖體系，保持動物健康體況，降低治療成本；

6.4 減少環境污染，改善生產條件和生態平衡。