科学调控动物营养，保护生态环境

艾丽曼

在整个地球的食物链中，各种生物都能按自己的生存方式摄取营养物质，以保障整个生态的平衡。而营养物质的流转过程就是动态的营养过程，在这个营养过程中由于主体的不同，从而形成了微生物营养。植物营养和动物营养，当食物链中某种生物的营养过程的负担过重就会打破整个生态平衡，对环境造成极大的破坏。

随着动物遗传育种学和动物营养学的发展，动物的生产水平和对营养物质利用率有了极大提高，这50％－75％取决于营养研究的发展。半个世纪以来，动物与营养研究结合，使动物生产得到突飞猛进的发展，动物生产性能总体提高了50％－200％。猪的生长速度和饲料利用率比50年以前提高了1倍以上。出栏时间缩短到6个月以下；奶牛产奶量比50年以前提高了6－8倍，最高达15倍以上；肉鸡每增重1kg只需要1. 6－1.8kg饲料；肉牛每增重1kg已从过去的耗料8kg以上，下降到5－6kg左右。这样就使动物在生态链的营养过程中负担过重，而且近几年片面追求动物的高产，忽视了对生态环境的污染，这样就造成全球瞩目的水体富营养化、酸雨的产生和全球温室效应等现象。

一、动物营养中造成环境污染的原因

     动物营养过程是一个动态的、与动物本身、饲料原料及加工工艺和人息息相关的过程，因此，动物营养对环境的影响的大小也取决于动物本身、饲料和人。

1、动物因素

任何动物都不可能百分之百地利用所摄入的营养物质，且对营养物质的利用效率较低，这也是高等动物的生理特点和食物链所必需的。Kornegay等（1997）综述了饲喂商品饲料猪的营养平均数据，下列养分的表现消化率分别为：氮30％－55％、钙30％－50％、磷20％－50％、钾5％－20％、钠10％－25％、镁15%一 30％、铜5％－30％、锌 5％－ 30％、锰 5％－10％和铁5％－30％。从上面表现消化率看出，营养物质的排出量则高达：氮45％－60％，钙和磷50％－80％，钾、钠、镁、铜、锌、锰和铁70％－95％。因而，动物排泄出的大量营养物质对环境造成污染，主要包括3个方面：土壤的营养累积、水体污染和有害气体。

（1）土壤的营养累积

     饲料中的营养物质经动物消化吸收后，大量营养物质以粪尿的形式排出体外，由于粪尿中含有较高的氮、磷、钾及其它营养物质，因此，它是一种优质的土壤肥料。随着大型养殖场的数目和饲养密度急剧增加，结果造成在很小的土地面积上生产出大量的粪尿，从而造成各种营养物质的富集。Mueller等（1994）认为用猪的粪尿施肥3年后，与作物的正常需要量相比，土壤91cm深处的磷和锌含量大约超出了4倍，钾超出约1倍，而铜超出3倍。

（2）水体污染

     由于动物体内缺乏有效利用植酸磷的植酸酶和动物对蛋白质的利用不充分，这就造成动物的排泄物中富含磷和氮等营养物质。而粪尿中氮、磷和其它营养物质过多的排入土壤中，对包括地表水和地下水在内的整个水质均有不良影响。土壤中过量的氮经雨水的冲洗使地下水中硝酸盐含量增加，并有可能通过径流进入地表水；过量的磷会在土壤中大量聚集，当磷被土壤颗粒吸收而不渗入地下水后，它会随着土壤颗粒一起进入溪流、湖泊和河流，并产生侵蚀作用，而且，磷是调节水生生物生长的最大限制性营养素，它刺激藻类和其它水生植物的生长，这些生物的分解腐败引起水质的恶化，同时产生一些毒素和消耗大量的氧气。另外，过量的钙进入地下水和地表水中引起水的硬化。

（3）有害气体

由于动物的排泄物中含有氮、硫、吲哚等物质，不但产生大量的臭味影响环境，而且粪尿发酵后产生氨气、硫化氢等有毒有害气体，造成环境的日益恶化。

2、饲料因素

     饲料是动物营养所研究的主体，而饲料原料的来源主要是植物，它们中所含的抗营养因子也是动物营养对生态环境污染的原因之一。在生物进化过程中，植物为了抵抗外来的侵害，从而本身就含有微量的阻碍动物消化的物质。饲料中常见的影响动物对饲料消化利用的抗营养因子有蛋白酶抑制剂、凝结素、单宁、胀气因子、植酸、棉酚、非淀粉多糖等。

（1）蛋白酶抑制剂

     饲料中的蛋白酶抑制剂不但能抑制动物对蛋白质的消化利用，同时使动物分泌更多消化蛋白质的蛋白酶，这样就使动物体内代谢加速、负担加重，氮的排泄量就上升。

（2）植酸

     植酸是普遍存在于饲料中的抗营养因子，它不仅与磷形成动物难于消化的植酸磷，也可与蛋白质和各种矿物质形成络合物，这样就影响动物对饲料中磷、蛋白质和各种矿物质的利用，从而排出体外对生态环境造成影响。

     谷类籽实中植酸磷含量约占总磷的59％－79％，小麦麸中占76％，而细米糠中可高达86％，油饼类达58％－70％。由于动物体不能分泌水解植酸的植酸酶，只能依靠肠道中的微生物分泌的酶来水解。因此，动物对植酸磷的利用率很低。一些研究表明，猪、鸡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从粪便中排出体外，从而也造成严重的环境污染。

     由于植酸的肌醇环上磷酸根带负电荷，因此植酸具有极强的螯合能力。在微酸性至碱性这一较宽的pH范围内，可与消化道内多种金属阳离子，如钙、镁、锌、铁、锰、铜、铬离于螯合形成不溶性复合盐，不能被动物消化吸收。因此，植酸导致动物对钙、锌、铁、锰、铜等矿物元素的利用率降低。同时，当pH值较低时，植酸与蛋白质分子结合形成蛋白质一金属离子一植酸盐复合物，这种结合降低了蛋白质的消化吸收。植酸也能与消化酶结合形成不溶性复合物，结果降低了多种消化酶的活性，包括蛋白质水解酶、淀粉水解酶和脂肪酶，使蛋白质、淀粉及脂肪消化与利用受到影响。

（3）非淀粉多糖

      在畜禽饲粮中使用的所有禾谷类原料都含有不同水平的非淀粉多糖，还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，阻碍内源消化酶对食糜消化和消化酶的扩散速度，导致养分吸收率降低。另外，非淀粉多糖可以通过改变水、蛋白质、电解质和脂类的内源分泌而改变消化道功能，使肠道机械混合内容物的能力减弱，脂肪乳化作用降低，肠道食糜中脂肪颗粒变大，消化率下降。

      总之，当饲料中含有较高水平抗营养因子时，会严重影响动物对营养物质的消化利用，这不仅造成营养物质的流失和浪费，而且会造成对生态环境严重的氮、磷和多种矿物元素的污染。

3、人为因素

     为了保证动物的身体健康、促进动物的生长速度和满足人们的消费需求，营养学家在饲料中添加过量的营养物质是导致排出比例增加的直接原因。另外，饲料中添加的各种抗生素、违禁药物、高铜、高锌、砷等物质会在动物体内残留或不能利用的经动物排出体外而对生态环境造成污染。

（1）营养物质过量

     在饲料的配制过程中，营养学家都会增加对某些营养物质的含量，以提供安全系数，用来弥补因饲料成分变异或不能确定所用原料养分利用率对饲养效果的影响。据Cromwell 1989）对几所大学和饲料公司的磷推荐量进行的调查结果表明：大学推荐量的平均范围是NRC（1988）的 110％－120％，而饲料公司磷的推荐量的平均范围是NRC（1988）的120％－130％。这使得过量的营养物质排出体外对生态环境造成污染。

（2）高铜高锌

      铜和锌都是动物必需的营养元素，自从英国学者Braude首次发现饲料中高剂量铜对生长猪有促生长作用以来，大量的研究表明高铜对仔猪、中猪和大猪都有明显的促生长作用，氧化锌在乳仔猪料中添加，具有收敛和抑菌杀菌的作用，可减少断奶仔猪拉稀现象，因此，饲料中添加高铜高锌风靡一时，然而高剂量的铜和锌会增加猪肉和肝脏中铜锌的蓄积，同时显著增加动物对铜和锌的排泄量。所以，饲料中添加高铜高锌，不但增加了动物的代谢负担，降低了动物的福利，而且增加土壤中铜锌的积累，加重了土壤和生态环境的负担。

（3）胂制剂

     饲料中所使用的胂制剂一般为有机砷，它们具有广谱杀菌作用，并对肠道寄生虫有杀死和抑制作用，因此，对动物有很强的促生长作用。有机砷虽然不象无机砷有毒，但长期使用后向环境中排出量会增加，增加环境污染。

（4）抗生素和违禁药物

抗生素作为动物防病治病药物已使用了几十年，其不仅可以防病治病，而且可以使肠道壁变薄，有利于养分的消化吸收，具有明显的促生长作用。但是，由于使用抗生素会在动物产品中残留和长期使用抗生素会对细菌产生抗药性，因此，抗生素的残留会使人类健康受到威胁，而抗生素的耐药性会打破生物界的生态平衡，同时，抗生素可能还有少量的随着粪便排出直接影响微生物的生存。这样在饲料中添加抗生素不但污染生态环境，而且可能破坏生态平衡。

      违禁药物对生产者来说会有巨大的利润可图，不法生产者在饲料中添加各种违禁药物如“瘦肉精”“雌激素类”不但威胁人类健康，而且也影响生态环境。

二、动物营养调控方法

1、确定日粮中动物最佳吸收率的营养物质含量

     动物对营养物质的最佳吸收率并不是动物的最大生长率时，随着营养物质供给量的增加，动物的生长速度趋于平衡，而动物对营养物质的利用率则降低，在吸收率最大时，动物的生长速度却还没有达到最佳。因此，营养学家设计配方时以达到最大生长速度的95％－98％日粮，这样就可以使动物对营养物质的吸收率达到最大，以减轻排泄物对生态环境的影响。这种方法与Heady等（1954）和Gahl等（1995）的猪的生产效率服从营养物质回报递减原理的观点。Heady等（1954）报道，用这个原理配制猪的日粮与追求最大增重而配制的日粮相比，氮和磷的排泄量下降。

2、精确设计饲料配方，确保饲料营养平衡

      动物并不能利用原料或饲料中全部氨基酸，而氨基酸平衡可以减少氮的排泄量。利用理想蛋白模式，特别是以可消化氨基酸为基础的理想蛋白模式来配制日粮，可使饲料中的可利用氨基酸的水平和动物对可利用氨基酸的需要量更加接近，提高氨基酸的利用率，减少某些过量氨基酸的代谢对动物造成的营养代谢负担，更能降低氮的排泄量。

3、合理降低饲料中蛋白质的水平和添加合成氨基酸

     合理降低饲料中的营养水平可明显增加动物对营养物质的利用，减少营养物质的排泄量。Caner等（1996）研究表明，饲喂蛋白质水平降低4％并添加了合成赖氨酸、苏氨酸、色氨酸和蛋氨酸的玉米一豆粕型日粮，氮的排出量减少了30％－40％。Kerr等（1999）研究表明，添加合成氨基酸后，日粮中粗蛋白质每降低1％，总氮的排出量降低约8％。

4、阶段性饲养

     动物对营养物质的需要量随着年龄、生理状况和环境等因素而改变。因此，在生产中应根据此区别采取特定的饲养方法。阶段性饲养能最大限度地满足动物不同条件下的实际营养需要，从而有利于提高饲料的利用率、减少营养物质尤其是氮、磷的流失。例如，在猪的饲养中，要将非必需氮的损失降到最低限度，氨基酸的添加量就必须不断调整。而分阶段饲养可达到以上目的，大约提高70％的饲料利用率并减少12％的氮和磷排泄量。阶段性饲养对繁殖母猪氮排出量的减少也能起到作用。据报道，妊娠期和哺乳期饲喂不同饲料的母猪与使用同一种饲料相比，其氮的排出量分别减少了15％和21％。

5、开发使用高品质的饲料原料

     开发高品质的饲料原料是提高动物消化利用率，减少排泄物质对生态环境污染的最佳方法之一。现今有很多的研究报告认为，通过遗传育种方法培育出的高赖氨酸、高有效磷玉米，其磷的相对生物学效价为45％－52％，而普通玉米为10％；赖氨酸和蛋氨酸等8种氨基酸的真消化率显著高于普通玉米（Douglas等，2000）。

6、饲料加工工艺的改进

      饲料加工工艺的改进，如粉碎、混合、制粒以及膨化等有助于消除饲料中的抗营养因子、提高饲料中营养物质的消化率和利用率，降低动物对营养物质的排泄量，减少对环境的污染。对干粉碎粒度而言，可以改变饲料转化效率5％－10％，但不同动物要求不一样。制粒则可减少成品饲料的分级现象和分离程度，保证动物采食全价的平衡日粮，从而改善饲料利用效率；膨化可以改变蛋白质、碳水化合物、脂肪等的分子结构，不仅提高了动物对营养物质的消化率，而且降低了大豆等饲料原料的抗营养因子，可改善饲料的消化利用率。

7、降低微量元素的排泄量

      有机微量元素的效价通常高于无机微量元素，所以用有机微量元素替代无机微量元素，可减少微量元素在饲料中的添加量。最近的研究表明：用氨基酸螯合锌取代无机锌可取得良好的效果。同时，应充分考虑饲料原料中本身的微量元素含量，从而减少饲料中微量元素的添加量。另外，建立畜禽日粮微量元素地理信息数据库，可以检索出适用于不同地区的畜禽在不同的生长阶段、任何生产水平条件下的微量元素需要量，特别是能给出在特定地理环境条件及饲养背景下与其相关的微量元素的协同拮抗关系相应的微量元素添加配方。这可改善动物体内的微量元素营养状况，降低微量元素的排泄量，减少环境污染。

8、合理使用饲料添加剂

      国内外大量的研究表明，各种营养物质的代谢作用不仅与这些物质本身的特性有关，而且还受一些非营养性代谢调节剂影响，包括酶制剂、益生素、酸化剂、中草药等。这些物质的合理使用，会改善动物机体代谢机能，提高养分的利用率，从而减少动物排泄物中营养物质对生态环境的污染。饲料中尤其植物性饲料中含有多种抗营养因子，如植酸、单宁、胰蛋白酶抑制因子、非淀粉多糖等，添加酶制剂可消除相应的抗营养因子，提高饲料利用率；大量的研究表明，日粮中添加植酸酶能提高氮，特别是磷的利用率，从而使磷的排出量降低25％－50％；非淀粉多糖酶的添加可促进动物对脂肪、淀粉、矿物质如钙、磷、锌和蛋白质的利用率，从而减少环境污染。石传林（1998）在蛋鸡饲粮中添加加酶益生素，使蛋鸡产蛋率提高4.5％，饲料利用率则提高了8．8％，而于长江（1998）在仔猪饲粮中添加 0．5％柠檬酸，使仔猪增重提高 25％，饲料利用率则提高了10％；中草药兼有营养与药物两种属性，具有提供一定的营养成分、并能杀菌、调节机体代谢机能和免疫机能的作用，促进动物生长，提高饲料利用率。

三、结语

     畜牧生产对环境造成的危害已经引起了世界各国的共同关注。近年来，人们提出“生态营养”这一概念，在解决环境污染这个问题上坚持“预防为主，防重于治”的原则，力求应用生态学原理，利用营养调控的方法从根本上消除污染源。总之，在生产实践中，我们要运用好营养杠杆，既要考虑到动物的营养需要，又要考虑到对环境的影响，从而达到既提高生产效益，又减少环境污染的目的。