科學調控動物營養，保護生態環境

艾麗曼

在整個地球的食物鏈中，各種生物都能按自己的生存方式攝取營養物質，以保障整個生態的平衡。而營養物質的流轉過程就是動態的營養過程，在這個營養過程中由于主體的不同，從而形成了微生物營養。植物營養和動物營養，當食物鏈中某種生物的營養過程的負擔過重就會打破整個生態平衡，對環境造成極大的破壞。

隨著動物遺傳育種學和動物營養學的發展，動物的生產水平和對營養物質利用率有了極大提高，這50％－75％取決于營養研究的發展。半個世紀以來，動物與營養研究結合，使動物生產得到突飛猛進的發展，動物生產性能總體提高了50％－200％。豬的生長速度和飼料利用率比50年以前提高了1倍以上。出欄時間縮短到6個月以下；奶牛產奶量比50年以前提高了6－8倍，最高達15倍以上；肉雞每增重1kg只需要1. 6－1.8kg飼料；肉牛每增重1kg已從過去的耗料8kg以上，下降到5－6kg左右。這樣就使動物在生態鏈的營養過程中負擔過重，而且近幾年片面追求動物的高產，忽視了對生態環境的污染，這樣就造成全球矚目的水體富營養化、酸雨的產生和全球溫室效應等現象。

一、動物營養中造成環境污染的原因

     動物營養過程是一個動態的、與動物本身、飼料原料及加工工藝和人息息相關的過程，因此，動物營養對環境的影響的大小也取決于動物本身、飼料和人。

1、動物因素

任何動物都不可能百分之百地利用所攝入的營養物質，且對營養物質的利用效率較低，這也是高等動物的生理特點和食物鏈所必需的。Kornegay等（1997）綜述了飼喂商品飼料豬的營養平均數據，下列養分的表現消化率分別為：氮30％－55％、鈣30％－50％、磷20％－50％、鉀5％－20％、鈉10％－25％、鎂15%一 30％、銅5％－30％、鋅 5％－ 30％、錳 5％－10％和鐵5％－30％。從上面表現消化率看出，營養物質的排出量則高達：氮45％－60％，鈣和磷50％－80％，鉀、鈉、鎂、銅、鋅、錳和鐵70％－95％。因而，動物排泄出的大量營養物質對環境造成污染，主要包括3個方面：土壤的營養累積、水體污染和有害氣體。

（1）土壤的營養累積

     飼料中的營養物質經動物消化吸收后，大量營養物質以糞尿的形式排出體外，由于糞尿中含有較高的氮、磷、鉀及其它營養物質，因此，它是一種優質的土壤肥料。隨著大型養殖場的數目和飼養密度急劇增加，結果造成在很小的土地面積上生產出大量的糞尿，從而造成各種營養物質的富集。Mueller等（1994）認為用豬的糞尿施肥3年后，與作物的正常需要量相比，土壤91cm深處的磷和鋅含量大約超出了4倍，鉀超出約1倍，而銅超出3倍。

（2）水體污染

     由于動物體內缺乏有效利用植酸磷的植酸酶和動物對蛋白質的利用不充分，這就造成動物的排泄物中富含磷和氮等營養物質。而糞尿中氮、磷和其它營養物質過多的排入土壤中，對包括地表水和地下水在內的整個水質均有不良影響。土壤中過量的氮經雨水的沖洗使地下水中硝酸鹽含量增加，并有可能通過徑流進入地表水；過量的磷會在土壤中大量聚集，當磷被土壤顆粒吸收而不滲入地下水后，它會隨著土壤顆粒一起進入溪流、湖泊和河流，并產生侵蝕作用，而且，磷是調節水生生物生長的最大限制性營養素，它刺激藻類和其它水生植物的生長，這些生物的分解腐敗引起水質的惡化，同時產生一些毒素和消耗大量的氧氣。另外，過量的鈣進入地下水和地表水中引起水的硬化。

（3）有害氣體

由于動物的排泄物中含有氮、硫、吲哚等物質，不但產生大量的臭味影響環境，而且糞尿發酵后產生氨氣、硫化氫等有毒有害氣體，造成環境的日益惡化。

2、飼料因素

     飼料是動物營養所研究的主體，而飼料原料的來源主要是植物，它們中所含的抗營養因子也是動物營養對生態環境污染的原因之一。在生物進化過程中，植物為了抵抗外來的侵害，從而本身就含有微量的阻礙動物消化的物質。飼料中常見的影響動物對飼料消化利用的抗營養因子有蛋白酶抑制劑、凝結素、單寧、脹氣因子、植酸、棉酚、非淀粉多糖等。

（1）蛋白酶抑制劑

     飼料中的蛋白酶抑制劑不但能抑制動物對蛋白質的消化利用，同時使動物分泌更多消化蛋白質的蛋白酶，這樣就使動物體內代謝加速、負擔加重，氮的排泄量就上升。

（2）植酸

     植酸是普遍存在于飼料中的抗營養因子，它不僅與磷形成動物難于消化的植酸磷，也可與蛋白質和各種礦物質形成絡合物，這樣就影響動物對飼料中磷、蛋白質和各種礦物質的利用，從而排出體外對生態環境造成影響。

     谷類籽實中植酸磷含量約占總磷的59％－79％，小麥麩中占76％，而細米糠中可高達86％，油餅類達58％－70％。由于動物體不能分泌水解植酸的植酸酶，只能依靠腸道中的微生物分泌的酶來水解。因此，動物對植酸磷的利用率很低。一些研究表明，豬、雞只能利用玉米中磷的10.2％，豆粕中磷的25％－35％。不能被利用的植酸磷從糞便中排出體外，從而也造成嚴重的環境污染。

     由于植酸的肌醇環上磷酸根帶負電荷，因此植酸具有極強的螯合能力。在微酸性至堿性這一較寬的pH范圍內，可與消化道內多種金屬陽離子，如鈣、鎂、鋅、鐵、錳、銅、鉻離于螯合形成不溶性復合鹽，不能被動物消化吸收。因此，植酸導致動物對鈣、鋅、鐵、錳、銅等礦物元素的利用率降低。同時，當pH值較低時，植酸與蛋白質分子結合形成蛋白質一金屬離子一植酸鹽復合物，這種結合降低了蛋白質的消化吸收。植酸也能與消化酶結合形成不溶性復合物，結果降低了多種消化酶的活性，包括蛋白質水解酶、淀粉水解酶和脂肪酶，使蛋白質、淀粉及脂肪消化與利用受到影響。

（3）非淀粉多糖

      在畜禽飼糧中使用的所有禾谷類原料都含有不同水平的非淀粉多糖，還存在于一些豆科植物中，包括扇豆和木薯中。非淀粉多糖可增加食糜粘性，阻礙內源消化酶對食糜消化和消化酶的擴散速度，導致養分吸收率降低。另外，非淀粉多糖可以通過改變水、蛋白質、電解質和脂類的內源分泌而改變消化道功能，使腸道機械混合內容物的能力減弱，脂肪乳化作用降低，腸道食糜中脂肪顆粒變大，消化率下降。

      總之，當飼料中含有較高水平抗營養因子時，會嚴重影響動物對營養物質的消化利用，這不僅造成營養物質的流失和浪費，而且會造成對生態環境嚴重的氮、磷和多種礦物元素的污染。

3、人為因素

     為了保證動物的身體健康、促進動物的生長速度和滿足人們的消費需求，營養學家在飼料中添加過量的營養物質是導致排出比例增加的直接原因。另外，飼料中添加的各種抗生素、違禁藥物、高銅、高鋅、砷等物質會在動物體內殘留或不能利用的經動物排出體外而對生態環境造成污染。

（1）營養物質過量

     在飼料的配制過程中，營養學家都會增加對某些營養物質的含量，以提供安全系數，用來彌補因飼料成分變異或不能確定所用原料養分利用率對飼養效果的影響。據Cromwell 1989）對幾所大學和飼料公司的磷推薦量進行的調查結果表明：大學推薦量的平均范圍是NRC（1988）的 110％－120％，而飼料公司磷的推薦量的平均范圍是NRC（1988）的120％－130％。這使得過量的營養物質排出體外對生態環境造成污染。

（2）高銅高鋅

      銅和鋅都是動物必需的營養元素，自從英國學者Braude首次發現飼料中高劑量銅對生長豬有促生長作用以來，大量的研究表明高銅對仔豬、中豬和大豬都有明顯的促生長作用，氧化鋅在乳仔豬料中添加，具有收斂和抑菌殺菌的作用，可減少斷奶仔豬拉稀現象，因此，飼料中添加高銅高鋅風靡一時，然而高劑量的銅和鋅會增加豬肉和肝臟中銅鋅的蓄積，同時顯著增加動物對銅和鋅的排泄量。所以，飼料中添加高銅高鋅，不但增加了動物的代謝負擔，降低了動物的福利，而且增加土壤中銅鋅的積累，加重了土壤和生態環境的負擔。

（3）胂制劑

     飼料中所使用的胂制劑一般為有機砷，它們具有廣譜殺菌作用，并對腸道寄生蟲有殺死和抑制作用，因此，對動物有很強的促生長作用。有機砷雖然不象無機砷有毒，但長期使用后向環境中排出量會增加，增加環境污染。

（4）抗生素和違禁藥物

抗生素作為動物防病治病藥物已使用了幾十年，其不僅可以防病治病，而且可以使腸道壁變薄，有利于養分的消化吸收，具有明顯的促生長作用。但是，由于使用抗生素會在動物產品中殘留和長期使用抗生素會對細菌產生抗藥性，因此，抗生素的殘留會使人類健康受到威脅，而抗生素的耐藥性會打破生物界的生態平衡，同時，抗生素可能還有少量的隨著糞便排出直接影響微生物的生存。這樣在飼料中添加抗生素不但污染生態環境，而且可能破壞生態平衡。

      違禁藥物對生產者來說會有巨大的利潤可圖，不法生產者在飼料中添加各種違禁藥物如“瘦肉精”“雌激素類”不但威脅人類健康，而且也影響生態環境。

二、動物營養調控方法

1、確定日糧中動物最佳吸收率的營養物質含量

     動物對營養物質的最佳吸收率并不是動物的最大生長率時，隨著營養物質供給量的增加，動物的生長速度趨于平衡，而動物對營養物質的利用率則降低，在吸收率最大時，動物的生長速度卻還沒有達到最佳。因此，營養學家設計配方時以達到最大生長速度的95％－98％日糧，這樣就可以使動物對營養物質的吸收率達到最大，以減輕排泄物對生態環境的影響。這種方法與Heady等（1954）和Gahl等（1995）的豬的生產效率服從營養物質回報遞減原理的觀點。Heady等（1954）報道，用這個原理配制豬的日糧與追求最大增重而配制的日糧相比，氮和磷的排泄量下降。

2、精確設計飼料配方，確保飼料營養平衡

      動物并不能利用原料或飼料中全部氨基酸，而氨基酸平衡可以減少氮的排泄量。利用理想蛋白模式，特別是以可消化氨基酸為基礎的理想蛋白模式來配制日糧，可使飼料中的可利用氨基酸的水平和動物對可利用氨基酸的需要量更加接近，提高氨基酸的利用率，減少某些過量氨基酸的代謝對動物造成的營養代謝負擔，更能降低氮的排泄量。

3、合理降低飼料中蛋白質的水平和添加合成氨基酸

     合理降低飼料中的營養水平可明顯增加動物對營養物質的利用，減少營養物質的排泄量。Caner等（1996）研究表明，飼喂蛋白質水平降低4％并添加了合成賴氨酸、蘇氨酸、色氨酸和蛋氨酸的玉米一豆粕型日糧，氮的排出量減少了30％－40％。Kerr等（1999）研究表明，添加合成氨基酸后，日糧中粗蛋白質每降低1％，總氮的排出量降低約8％。

4、階段性飼養

     動物對營養物質的需要量隨著年齡、生理狀況和環境等因素而改變。因此，在生產中應根據此區別采取特定的飼養方法。階段性飼養能最大限度地滿足動物不同條件下的實際營養需要，從而有利于提高飼料的利用率、減少營養物質尤其是氮、磷的流失。例如，在豬的飼養中，要將非必需氮的損失降到最低限度，氨基酸的添加量就必須不斷調整。而分階段飼養可達到以上目的，大約提高70％的飼料利用率并減少12％的氮和磷排泄量。階段性飼養對繁殖母豬氮排出量的減少也能起到作用。據報道，妊娠期和哺乳期飼喂不同飼料的母豬與使用同一種飼料相比，其氮的排出量分別減少了15％和21％。

5、開發使用高品質的飼料原料

     開發高品質的飼料原料是提高動物消化利用率，減少排泄物質對生態環境污染的最佳方法之一。現今有很多的研究報告認為，通過遺傳育種方法培育出的高賴氨酸、高有效磷玉米，其磷的相對生物學效價為45％－52％，而普通玉米為10％；賴氨酸和蛋氨酸等8種氨基酸的真消化率顯著高于普通玉米（Douglas等，2000）。

6、飼料加工工藝的改進

      飼料加工工藝的改進，如粉碎、混合、制粒以及膨化等有助于消除飼料中的抗營養因子、提高飼料中營養物質的消化率和利用率，降低動物對營養物質的排泄量，減少對環境的污染。對干粉碎粒度而言，可以改變飼料轉化效率5％－10％，但不同動物要求不一樣。制粒則可減少成品飼料的分級現象和分離程度，保證動物采食全價的平衡日糧，從而改善飼料利用效率；膨化可以改變蛋白質、碳水化合物、脂肪等的分子結構，不僅提高了動物對營養物質的消化率，而且降低了大豆等飼料原料的抗營養因子，可改善飼料的消化利用率。

7、降低微量元素的排泄量

      有機微量元素的效價通常高于無機微量元素，所以用有機微量元素替代無機微量元素，可減少微量元素在飼料中的添加量。最近的研究表明：用氨基酸螯合鋅取代無機鋅可取得良好的效果。同時，應充分考慮飼料原料中本身的微量元素含量，從而減少飼料中微量元素的添加量。另外，建立畜禽日糧微量元素地理信息數據庫，可以檢索出適用于不同地區的畜禽在不同的生長階段、任何生產水平條件下的微量元素需要量，特別是能給出在特定地理環境條件及飼養背景下與其相關的微量元素的協同拮抗關系相應的微量元素添加配方。這可改善動物體內的微量元素營養狀況，降低微量元素的排泄量，減少環境污染。

8、合理使用飼料添加劑

      國內外大量的研究表明，各種營養物質的代謝作用不僅與這些物質本身的特性有關，而且還受一些非營養性代謝調節劑影響，包括酶制劑、益生素、酸化劑、中草藥等。這些物質的合理使用，會改善動物機體代謝機能，提高養分的利用率，從而減少動物排泄物中營養物質對生態環境的污染。飼料中尤其植物性飼料中含有多種抗營養因子，如植酸、單寧、胰蛋白酶抑制因子、非淀粉多糖等，添加酶制劑可消除相應的抗營養因子，提高飼料利用率；大量的研究表明，日糧中添加植酸酶能提高氮，特別是磷的利用率，從而使磷的排出量降低25％－50％；非淀粉多糖酶的添加可促進動物對脂肪、淀粉、礦物質如鈣、磷、鋅和蛋白質的利用率，從而減少環境污染。石傳林（1998）在蛋雞飼糧中添加加酶益生素，使蛋雞產蛋率提高4.5％，飼料利用率則提高了8．8％，而于長江（1998）在仔豬飼糧中添加 0．5％檸檬酸，使仔豬增重提高 25％，飼料利用率則提高了10％；中草藥兼有營養與藥物兩種屬性，具有提供一定的營養成分、并能殺菌、調節機體代謝機能和免疫機能的作用，促進動物生長，提高飼料利用率。

三、結語

     畜牧生產對環境造成的危害已經引起了世界各國的共同關注。近年來，人們提出“生態營養”這一概念，在解決環境污染這個問題上堅持“預防為主，防重于治”的原則，力求應用生態學原理，利用營養調控的方法從根本上消除污染源。總之，在生產實踐中，我們要運用好營養杠桿，既要考慮到動物的營養需要，又要考慮到對環境的影響，從而達到既提高生產效益，又減少環境污染的目的。