水產養殖動物的生態營養調控與環保飼料

superfisherliu

中國科學院海洋研究所海洋生物技術研發中心　李 勇　王 華　夏蘇東　王美琴

　　　　近10多年來，水產養殖在世界范圍內迅速發展，對人類健康長壽和改善發展中國家人民膳食結構做出了杰出貢獻，但同時對養殖水域及海岸帶生態環境的污染越來越嚴重，引起了各國關注與重視。集約化、工廠化水產養殖的自污染主要由餌料溶失、殘餌和排泄物的營養物質在水和底質中積累造成，導致自污染的主要根源在于營養和飼料。
　　　　隨著動物營養研究的進一步深入和人類環保意識的不斷加強，生態營養學（Eco-nutrition）在20世紀末應運而生。它是通過飼料營養素及加工工藝對水生態環境的適宜性特征、動物營養與水質變化規律、投飼策略等方面的研究與技術調控，來設計和配制環保型飼料，使之對水生動物更加適合。生態營養對集約化養殖的水生動物尤為重要，是實現水產動物養殖中營養適宜與環境穩定這一目標的實質性舉措，更是封閉循環水養殖凈化水質、最大限度減輕以生物濾器為主的水質凈化處理系統負荷的關鍵環節之一。
　　　　　　　　　　　　　養殖污染根源與生態營養調控
　　　　飼養魚蝦水體中的可溶性營養物有三個主要來源：鰓排泄、飼料溶失和糞便中溶出。歐洲網箱養殖鮭魚的80%攝入氮（N）中，僅有25%用于魚體生長，65%內源排泄、10%糞便排泄，即投入飼料僅有約20%被有效利用，其余部分都以污染物的形式排放在環境中了。隨著飼料質量的提高，其利用率增加到約25%[1]。美國池塘養殖斑點叉尾蛔魚飼料中約3.1%的有機物、28.5%的N 、7.0%的磷（P）被溶釋到水中。鮭鱒魚類的網箱養殖，飼料中75%的總磷（TP）和總氮（TN）排入水環境。在亞太地區，人們普遍以投喂鮮活雜魚在近海岸網箱養殖非鮭科魚類，餌料浪費和污染更加嚴重。東南亞在對蝦養殖中，僅有5.8%～21.7%的N和4%～6%的P以對蝦產品形式收獲，其余都排入海中或沉積在底池[2]。馬海清[3] 從1989年以來，用20個大網箱先后對15種國內外優質餌料進行對比試驗發現，按養蝦規程推薦投餌量的30%投喂仍有殘餌，殘餌和餌料溶釋成分的降解均需耗氧，并產生氨。孫耀、李健等[4]通過試驗模擬估算了35天內由配合飼料累計的新生餌料溶出營養物，要使該養殖水域達到TP為0.03mg/L、無機磷（IP）為0.015mg/L和TN 0.6mg/L的富營養閾值水平，在不換水和無浮游植物營養消耗的假定條件下，分別僅需要1.8、2.6和0.5d，說明新生殘餌溶出的N、P營養物質是養殖蝦塘鄰近淺海的主要污染源。
　　　　可見，投喂飼料中有約10%～20%未被攝食直接溶失到水中，攝入飼料中20%～25%的N和25%～40%的P（即投入飼料中約18%N和25%P）用于生長，75%～80%的N和60%～75%的P以糞便和代謝物形式排入水環境。養殖水體中排泄物和殘餌逐漸大量累積，使水環境中物理和化學指標及生物學因子發生改變，引起水體自凈能力下降，導致水體富營養化或水質惡化。
　　　　為了從根本上治理養殖業的環境污染問題，生產出滿足人們需要的綠色動物產品，近年來許多國家和地區在生態養殖和生態飼料研制方面進行了大量的研究工作，取得了初步成果。我國自1995年提出生態營養的概念以來，許多學者進行了研究和探索。目前還沒有一個完整而公認的生態營養學定義。筆者認為：生態營養學是一門新生的交叉邊緣學科，它是建立在動物營養學理論基礎上，運用生態學和系統論的觀點，通過現代營養學、生物技術產品、加工工藝、飼喂方案等措施，對動物與環境（包括消化道內環境）進行營養調控的一門科學。其目標是達到營養適宜、環境穩定、動物健康、產品優質四者間平衡而協調發展的目的—既可持續發展，又總體效益最高。
　　　　動物生態營養學是一門新生學科，它的研究角度和思路與傳統動物營養學有較大區別，特別適合于研究水產動物營養與環境的平衡與和諧,是營養調控和研制環保飼料的科學基礎。其主要區別和特點在于：(1)研究試驗盡量在實際養殖條件下進行（工廠化養殖更易做到），克服傳統魚蝦營養研究多借鑒調控的燒杯或小型水槽飼養，結果與實際養殖水生態條件下的結果數據有很大差異的局限性；(2)制定營養需要量或餌料質量指標，首要的是兼顧對生長和水環境二者的影響，而不是唯一的增重最快；(3)投喂管理的依據是受水溫、體重、密度、溶氧等因素影響的攝食需要，而不是人為確定的投飼量；(4)同時兼顧動物微生態平衡，即通過正常微生物群落及其代謝產物，調理消化道內環境，提高營養利用和健康狀況；(5)要考慮飼料成分間的互作效應、加工工藝改善等因素。最終達到顯著提高動物營養利用率，最大限度減輕環境污染和水質凈化處理系統的負荷，保持水生態平衡，控制病害發生，生產出低成本、高效益、低污染的無公害環保型飼料，獲得安全、優質、風味佳的水產動物食品。
　　　　生態營養和環保飼料的研究，已開始在世界范圍內興起。到目前為止，國內外有關畜禽生態營養研究已有一些可喜進展，但針對水產動物真正意義上的生態營養學研究甚少。
　　　　豬禽方面的研究表明，當日糧按“理想蛋白模式”配制，達到賴氨酸、蛋氨酸等的適宜和平衡時，可使日糧粗蛋白含量降低2%～5%，既不影響生產性能，又可使糞便排除的氮減少25%～50%。通過添加一定量的益生素，可降低氮排泄量2.9%～25%。通過添加植酸酶，可降低豬、雞日糧有效磷30%～50%，在仔豬日糧中添加50mg/kg酪蛋白銅（螯合鹽）的促生長效果和添加250mg/kg硫酸銅的效果基本一致[5]。
　　　　對大西洋鮭魚的試驗中，把日糧中的脂類或糖類含量從18%提高到30%，蛋白質的吸收率就可以從25%提高到50%[6]。Shozo等[7]在含魚粉的鱒魚飼料中加入檸檬酸，使磷的表觀消化率從65%提高到95%。并發現當喂以低磷日糧時，鱒魚尿液中很難檢測到磷，當攝入的磷超過需要量時，尿液磷含量迅速上升。
　　　　中國科學院海洋研究所在國內率先進行“水產動物生態營養學”研究。經過多年研究和試驗，獲得了一些研究成果：（1）創新提出和研究了大菱鲆的蛋白質生態營養需要量。從生長、水環境和蛋白質消化等方面綜合研究，結果表明，我國深井循環海水養殖大菱鲆幼魚環保膨化顆粒料中，蛋白質的生態營養需要量為50%。其增重率達到最高蛋白水平組的95.1%(P>0.05)，飼料系數相當(P>0.05)，水體氨氮降低31.5%(P<0.05)，糞氮排出量下降17.6%(P<0.05)[8]。（2）首次命名和定義了蛋白質生態營養調控之“菱形特征”—隨飼糧蛋白質水平增加，魚體增重與水體氨氮之間的增幅變化呈反向對應的菱形特征[9]。(3) 最新研究表明：在封閉循環水養殖條件下，飼料蛋白質營養水平與半滑舌鰨日投飼量成正相關關系；飽食度與增重、采食量成正相關關系，與飼料利用率有負相關趨勢，對水質氨氮含量影響不大。這些特征和規律的獲得，具有重要的實際應用價值，也為營養調控之采食模式和數學模型的構建提供了基礎依據。
　　　　從動物營養生理及代謝原理推斷，“菱形特征”也可適應于畜禽等陸生動物。“菱形特征”的創新提出，在動物生態營養學、海水養殖營養調控、環保飼料設計等方面具有十分重要的理論價值和實踐指導意義。
　　　　　　　　　　　　　水產養殖動物環保飼料的設制技術
　　　　設制水產養殖動物環保飼料的宗旨是，確立主要水質參數的生態營養調控技術，研究并量化工廠化養殖飼料投喂模式，配制出能獲得水產動物最佳生長率、最少餌料浪費、最大限度減少水質凈化系統負荷的高品質配合飼料。其關鍵技術環節如下。
　　　　依據動物生態營養學原理，以“菱形特征”為主要方法，將養殖動物的營養需要和排放與其生態環境保護緊密聯系起來，系統而充分地考慮飼料因素對環境和生態的污染，同時考慮環境和生態變化對飼料營養利用的影響，從而確定出一個配制環保飼料的營養需要量—生態營養需要量。
　　　　若能使某種類型全價配合餌料中的能量、蛋白質、氨基酸及其他營養物質達到完全平衡，就有可能獲得最佳的飼料利用率和生產性能，使各類營養素排泄減少到最低程度。
　　　　在營養物質平衡方面，營養學一直把能量與蛋白質的平衡放在首位。其實，能量與其他營養素都有一個平衡的問題。因為，一般動物對飼料的攝食量與飼料中有效能水平成正比，飼料利用率隨高能日糧的增加（降低）而提高（下降）。但日糧能量含量過高，除了影響其他營養素的吸收外，還將減少飼料攝入量，導致生產性能下降和殘餌增加。因此，一種好的飼料應該為獲得最佳飼料利用率而建立起能量與其他營養素之間的平衡。
　　　　隨著對動物營養中蛋白質和氨基酸研究的深入，動物日糧配制逐步由“粗蛋白”向“總氨基酸—可消化利用氨基酸—理想氨基酸模式—氨基酸+寡肽”過渡。在不影響動物生產性能前提下，滿足低蛋白日糧的氨基酸平衡，可節約蛋白質資源并降低N排泄。
　　　　維生素、微量元素、生物活性劑等微量營養物質在動物各種新陳代謝、酶促反應和生理生化反應中發揮著極其重要的作用，最終提高生產性能和飼料利用率。任何一種微量營養素缺乏或不平衡，都會導致營養缺乏癥和新陳代謝紊亂，使飼料利用率下降，增加營養排泄和自污染。
　　　　利用脂肪對蛋白質的節約作用，降低飼料中蛋白質含量，增加脂肪含量，減少N排泄。研究不斷證明，適當降低飼料中P水平，不影響動物健康和生產性能，可降低糞便中P含量。
　　　　酶制劑是現代生物技術開發的綠色飼料添加劑，如蛋白酶、植酸酶、聚糖酶等，促進營養物質消化吸收，提高飼料利用率，尤其在幼稚水產動物日糧中添加效果更佳。
　　　　添加益生素、益生源、合生素，調節腸道微生物群落，可提高飼料利用率，降低營養素排泄。還可使用其他提高飼料利用率的添加劑，如生物活性物質（包括中草藥）、螯合鹽、誘食劑、甜菜堿、肉堿、除臭劑等。
　　　　配制水產動物生態適宜性環保飼料中，加工工藝的重點應放在能最大限度減少餌料在水中溶失和沉底、防止飼料營養和添加物變性以及提高餌料消化率上。故要采用現代飼料加工技術和工藝，如普通制粒的革新、擠壓膨化、沉性與浮性膨化、最適粉碎粒度、最佳調制參數、后噴涂、微膠囊等工藝都是需要考慮的。
　　　　飼料生產中常強調，只有高質或優質的原料才能生產出高質或優質的飼料。但在當前的無公害綠色動物產品行動中，不能籠統地要求使用所謂高消化率、低纖維、無天然有毒物或抗營養因子的原料，而應該指出不能使用發霉變質、霉菌等毒素污染、水分超標、已過保質期、摻假等低劣質原料和國家違禁原料。開發利用非常規飼料，不與人爭糧，節約常規飼料，以減少資源浪費和對環境的污染，這是通過生態營養學研究及其調控生產無公害環保飼料的重要方面。

feilong007

關注生態的營養學，不能稱之為生態營養學

biofisher

文章不錯！今后的研究趨勢和發展方向！