安全畜牧生产的营养管理策略

  随着经济的不断发展，人们生活质量的逐步提高，不仅要求食物富含营养、卫生安全，而且要求有良好生活环境。目前，生产绿色食品和加强环境保护已成为人们关注的热点。畜牧业是人类赖以生存和发展的基础产业，生产绿色畜产品和减少畜牧业对环境的污染越来越引起世界各国的重视。解决畜产品的安全性和畜牧业生产对环境的污染问题已成为全球的共同呼声和重要课题，生产无公害的绿色畜禽产品已成为畜牧业可持速发展的基本要求。为使畜牧业成为绿色产业，许多国家和地区相继探讨并采取了一系列的营养管理策略，为现代畜牧业的可持速发展提供了技术途径。本文总结安全畜牧业生产中存在的问题，提出了解决问题的主要营养管理策略。
    1畜牧业生产中存在的问题
    自20世纪80年代国家推行“菜篮子工程”以来，畜牧业得到了迅猛发展，在满足人类动物食品的需求方面作出了巨大贡献，然而畜牧业仍然是低效产业，动物将饲料养分转化为畜产品的效率只有15%~20%，80%~85%的食入养分排入环境，对土壤、空气、水源造成了巨大污染（N、P的污染最为严重）。畜牧业已经成为一个不可忽视的污染源[1]。
    1．1畜牧业生产中的环境污染
    1．1．1.氮和磷的污染
    畜禽粪便中含有大量的氮和磷的化合物，尤其是在饲料的氨基酸不平衡、可利用养分低的情况下，含量更高。比如，肉仔鸡粪便中含食入氮的50%、食入磷的55%；生长猪排出食入氮、磷的80%~85%。这不仅造成营养物质的浪费，降低了饲养者的生产效益，而且也给环境造成很大危害。据测算，一个万头猪场，每年至少向猪场周围排污3万吨，其中含约107吨的氮和31吨的磷，这些氮和磷进入土壤后，会转化为硝酸盐和磷酸盐，含量过高会使土地失去生产价值，造成地表水和地下水的污染，使水中硝态氮、硬度和细菌总数超标。水体富营养化后，蚊蝇及其它昆虫大量孳生，藻类和其它水生植物大量繁殖，使水中溶解氧减少，鱼虾等水生动物因缺氧而死亡。
    1．1．2 恶臭对环境的污染
    畜牧业生产中的恶臭主要来自粪便、饲料发酵和家畜呼吸等,臭气的主要化合物有二氧化碳、氨、硫化氢、甲烷、吲哚、粪臭素（甲基吲哚）以及脂肪族的醛类、硫醇、胺类等。应当指出的是，牛羊等反刍动物不仅产生大量粪便，而且还产生大量的甲烷等气体污染大气。科学研究和生产实践均已证明，臭气中的氨气、硫化氢和甲烷等，浓度低时可降低畜禽的生产性能，浓度高时可使幼畜中毒死亡，使养殖工作人员健康受损，易患呼吸道疾病。如果粪便排出后不能及时处理会使臭味增加，危害人畜的健康。
    1．1．3 矿物元素的污染
    一味追求畜禽生长速度而在饲料中过量添加微量矿物元素，如高铜、高锌以及其它重金属元素如砷、铬、镉、铅等，是目前我国畜禽养殖业中普遍存在而又急需解决的问题。过量的矿物元素经畜体排泄后，污染表土层和地下水，从而对周围环境产生不利影响，不仅有碍畜牧业的可持续发展，最终还可能威胁到人类的自身发展。
    1．2畜产品食用安全问题
    随着消费者越来越注重健康与膳食的关系，畜牧业必须主动生产适应人们现代保健膳食所需要的畜产品，这对未来畜牧业的稳定发展至关重要。生产安全、健康、无污染食品成了大家的共识。但近年来，动物饲养过程中广泛使用肉骨粉、油脂等动物性饲料及抗生素、高铜、胂制剂等生长促进剂。由于对这些原料的处理和使用不当或长期使用和滥用，一系列与饲料有关的危害人畜健康和食品安全的事件相继发生。疯牛病的发生与蔓延、0157大肠杆菌以及霉菌毒素中毒、抗生素耐药性的产生与转移不但给有关国家和地区造成了严重的经济损失，而且已发展成为全球性关注的社会和政治问题[2]。
    1．2．1肉骨粉与疯牛病
    疯牛病全称为“牛海绵状脑病”，是发生在牛身上的进行性中枢神经系统病变，致病原因是牛采食了含“疯牛病因子”的肉骨粉，疯牛病因子既不是细菌，也不是病毒，而是一种异常蛋白质。常规的防制疾病的措施对疯牛病无效。当人类食用了含疯牛病因子的组织或被疯牛病因子污染的其他食物，通过消化道而感染。患者表现为脑组织受损，痴呆，引起并发症而死亡。
    1．2．2抗生素残留与耐药性传递问题
    抗生素等抗菌促生长药物因有促进动物生长、提高饲料效率、减少动物疾病和死亡等功能，作为饲料添加剂使用已有40多年的历史，极大地推动畜牧业的发展。但是，随着研究的深入，抗生素类药物在畜产品中残留对人类健康的影响越来越受到关注。某些药物对人体具有“三致”、毒性作用（如氯霉素、磺胺类等）和过敏反应（如青霉素类、四环素类、磺胺类等）。抗生素的安全性和耐药性也是近年来人们关注的焦点。抗生素添加剂的长期使用和滥用导致细菌产生耐药性，虽然耐药性因子的传递频率只有10-6，但由于细菌数量大、繁殖快，耐药性的扩散蔓延仍较普遍，而且一种细菌可以产生多种耐药性。抗生素被动物吸收后，可以分布全身，但肝、肾、脾等组织分布较多，也可通过泌乳和产蛋过程而残留在乳、蛋中，从而广泛地在畜产品中残留。抗生素的残留不仅影响畜产品的质量和风味，也被认为是动物细菌耐药性向人类传递的重要途径。目前，在实际生产中不按规定剂量、范围、配伍和停药期使用抗生素的现象仍然存在。一些具有明显副作用且已禁用的抗菌药如磺胺、痢特灵等在一定范围内仍继续使用。这些现状仍是当前畜牧业生产中的不安全因素。
    1．2．3矿物元素安全问题
    自Braude(1945)发现日粮中添加高剂量铜（125mg/kg~250mg/kg）可明显提高猪的生产性能[3]之后，高铜添加剂在生产上得到了广泛应用。不仅如此，养殖户为使猪只皮肤发红、粪便变黑，铜的添加量已经达到或超过猪的最小中毒剂量。大剂量使用铜不但导致环境污染，破坏土壤质地和微生物结构，影响作物产量和养分含量，而且直接影响动物健康和畜产品的食用安全。随着铜添加的提高，锌、铁等元素的添加量也相应增加。近年来，不少企业使用2000mg/kg~3000mg/kg氧化锌来预防仔猪腹泻。高锌、高铁的使用同样会产生类似高铜的环境污染和食后中毒后果。
    畜牧业生产中大量使用胂制剂作为动物生长促进剂也可导致环境砷污染，显著提高土壤含砷量。土壤含砷量高将提高作物含砷量。据刘更另（1994）报道，土壤含砷量每升高1mg/kg，甘薯块根中砷含量即上升0.28mg/kg[4]。按此计算，不到10年上述土壤所产甘薯的含砷量就会超过国家食品卫生标准。当食入含砷高的食品后，机体吸收的砷与巯基酶结合，使酶失活，导致细胞代谢紊乱，危害人类健康。砷对人的半数致死量为1mg~2.5mg，若每日摄入3mg无机砷经2周~3周即可导致成年人中毒。目前尚未见到因肉品中砷超标而导致人中毒的报道。
    1．2．4激素类生长促进剂的安全问题
    自1990年以来，国内外多次发生因采食含克伦特罗的肉食品而中毒的事件。克伦特罗是一种化学合成的β-兴奋剂，其作为饲料添加剂可提高动物瘦肉率，降低脂肪沉积，改善饲料利用率，因而俗称“瘦肉精”。该物质药性强，化学性质稳定，难分解，难熔化，在体内的蓄积性强。作为饲料添加剂，在动物组织和畜产品中易残留。由于其性质稳定，一般烹饪方法不能使其失活。因此，人食用了含克伦特罗残留的动物食品易出现中毒，表现为头晕、恶心、呕吐、血压升高、心跳加速、体温升高、寒颤等症状。我国从未批准在动物饲料中使用克伦特罗，但在前几年饲料和养殖企业使用克伦特罗的现象比较普遍，导致多起中毒事件。1999年国家明令禁止使用克伦特罗，但在2000年的普查中发现，仍有部分企业在违法使用。
    早年批准在肉牛和水生动物中使用的性激素类促生长剂（如睾酮、孕酮、雌二醇、玉米赤霉醇等）和甲状腺类激素（如T3、T4、碘化酪蛋白）因易在畜产品中残留而危害人类健康，已被各国禁用。在我国也列为违禁药物，但目前仍可能有少部分企业在违法使用。
    2减少畜牧业环境污染、确保畜产品食用安全的营养管理策略
    畜牧业污染主要来自畜禽粪尿和臭气排出以及畜产品中有毒有害物质的残留。它发生在畜牧业生产中，根源却在饲料。饲料是养殖业的基础，饲料安全是养殖业能否生产出绿色动物食品的决定性因素[5]。要从根本上减少畜牧生产对环境污染、保障畜产品食用安全，除了制定和完善有关法规外，饲料技术的进步是解决安全问题的核心。我国自1995年有关专家提出生态营养（Ecological nutrition）的概念以来，许多专家学者就如何准确评定畜禽对各种养分的需要量和各类（种）饲料在畜禽中的消化利用率，准确配制畜禽日粮，减少和降低氮、磷及各种有毒有害元素在畜禽粪尿中的排泄，研制开发低毒、低残留的饲料添加剂等方面进行了探索，从而从源头上控制畜牧业污染，为消费者提供既营养又安全的畜产品[6]
    2．1通过日粮调控，降低营养物质的排放
    研究表明，在精确估测特定畜禽在不同生理阶段、环境、日粮配制类型等条件下的营养需要量和对养分的消化利用率以及准确了解饲料原料组成与生物学特性基础上，通过日粮营养调控可以降低畜禽排泄物中的氮、磷、铜、锌、砷的含量，减轻畜牧业对生态环境造成的压力[7~11]。
    2．1．1降低氮的排放
    改善和控制畜禽粪尿排泄物中氮的污染，可在充分了解畜禽对饲料能量、蛋白质、必需氨基酸和非必需氨基酸的最适比例与需要水平以及对合成氨基酸的利用效率的情况下，采用生态营养饲料配方新技术。研究表明，按照理想蛋白氨基酸模式，以可消化氨基酸为基础，添加合成氨基酸，配制成符合畜禽营养需要的平衡日粮，可以在不影响畜禽生产性能的情况下，提高饲料利用率，使日粮中粗蛋白质水平降低2％～3％，氮排出量可减少20％～50％[8~12]。仔鸡饲喂氨基酸平衡日粮，蛋白质水平可降低2％～5％[12]。杨胜（1994）报导[11]，90kg体重的猪，饲喂低蛋白水平日粮并添加合成氨基酸，使氮的排出量减少22％或41％。袁建敏（1997）报导，补充赖氨酸使仔猪日粮粗蛋白减少2％，粪尿中氮减少25％[13]。Bridges等（1995）和Carter等（1996）证明[14，15]，给猪饲喂蛋白质水平低4%并添加了合成赖氨酸、苏氨酸、色氨酸和蛋氨酸的玉米-豆粕型日粮，氮的排出量减少了30%~40%。Kerr和Easter（1995）报道[16]，将仔猪、生长猪、肥育猪日粮蛋白质水平分别由19％、16％和14％降至15％、12％和11％，如果不补充合成氨基酸，试猪生产性能下降，但如果向日粮中补充能够满足试猪氨基酸需要的合成氨基酸，则试猪的生产性能未受影响；日粮粗蛋白质每降低1个百分点，总氮（粪氮和尿氮）排出量降低约8％，排尿量减少11％，还可降低尿氮含量、猪舍中氨气浓度及释放速度。这不仅可节省蛋白质资源，而且也是从根本上降低畜禽粪便氮污染的措施。
    日粮中添加酶制剂也可以提高饲料营养物质的利用率，降低氮的排出量。研究报道育成猪饲粮中添加0.2％β－葡聚糖酶，可改善试猪生长，提高饲料转化率（13％）和氮利用率（12％）[9]。用肉鸡的研究也表明，日粮中添加植酸酶，可将日粮粗蛋白质水平降低1个百分点，使氮的排泄量减少10％，而不会对生产性能、胴体品质和氨基酸利用率产生影响。目前，国内在这方面有一些研究，但缺乏系统性，有必要系统研究在我国饲料背景及饲养环境下，利用合成氨基酸、酶制剂等提高饲料利用率，降低营养物质排出量，节约蛋白质饲料的效果。
    2．1．2降低磷的排放
    畜禽常用植物性饲料中的磷有60%~80%是以植酸磷形式存在的，由于单胃动物（如猪禽）消化道中缺乏植酸酶，不能利用这些有机磷而将其排出体外，提高饲料中磷的利用率是减少畜牧业生产磷排放量的最有效方法。诸多研究表明，日粮中添加植酸酶，可以提高家禽和猪饲料中植酸磷的利用率，从而可以降低日粮中无机磷的添加量，可使磷的排泄量减少20％～50％[17~19]。Simons（1990）[17]通过肉用仔鸡的试验证明，日粮中添加植酸酶可使磷的利用率显著提高，特别是低磷饲料中能提高60%，磷的排泄量减少近40%。Cromwell等（1993）[20]在生长猪的豆粕和玉米－豆粕日粮中添加植酸酶进行试验表明，植酸酶水平为1000U/kg时，豆粕中磷的生物学效价从25%提高到57%，玉米－豆粕中从15%提高到43%，这一水平的植酸酶大约可将1/3的不可利用磷转变为可利用形式。Denbow(1995) [21]也对肉用仔鸡进行试验，结果表明，当饲料中植酸酶添加量从250U/kg上升到1000U/kg时，植酸磷中磷的释放量从31%上升到58%，植酸酶能代替日粮中的无机磷。Rodehutscord等（1996）[22]测定了植酸酶对几种植物饲料中磷消化率的影响，其中大麦、豆粕中磷的消化率分别为45%和31%，添加植酸酶后分别提高到66%和73%；小麦磷消化率变动在61%和71%之间。所有的试验都表明添加植酸酶能显著提高磷的利用率，降低粪便中总磷含量。
    荷兰、丹麦等欧洲国家以及美国的部分洲已经立法，规定在饲料中必须使用植酸酶。然而，我国关于植酸酶在畜禽中的应用尤其是在猪饲料中的应用研究较少。急待加强这方面的研究，以减少磷排放对环境的污染，节约磷源。
    2．1．3降低铜、锌和砷的排放
    研究与生产实践已经证实，可以通过改变微量元素添加形式，在不影响或提高生产性能基础上，降低微量元素在饲料中的添加量，减轻环境污染。近年来推出的氨基酸微量元素添加剂，在消化道内可以溶解，而且由于它是电中性的，可以防止金属元素被吸附在有碍元素吸收的不溶胶体上，因此，它具有容易吸收，效价高的特点。与无机盐相比，添加剂量少但可以达到相同的效果，且金属离子的排出量减少，因此是一种理想的微量元素添加形式。
    研究表明，较低剂量的赖氨酸铜（100mg/kg）和蛋氨酸锌（250mg/kg）可以起到相当或高于高剂量硫酸铜（250mg/kg）和氧化锌（2000mg/kg～3000mg/kg）的促生长作用[23]。据报道，用氨基酸螯合铁替代硫酸亚铁、蛋氨酸锌替代硫酸锌、氨基酸锰替代硫酸锰和蛋氨酸硒替代亚硒酸钠去喂畜禽，生物效价分别提高25%~85%、115%~150%、165%~180%和45%~90%[1]。从而大大减少矿物元素的用量。不过以往对微量元素螯合物的研究重点都集中在对畜禽生产性能以及螯合物本身的生物利用率方面，今后应对螯合物添加剂在畜禽中使用对动物和环境所造成的影响加以系统研究。
    2．2控制臭气排放
    畜禽排泄物的氮与臭味两者的污染，是密切相关联的，因为臭味化合物也主要来自饲料中的粗蛋白质。解决臭味应从根本上控制其源头?减少氮的排泄污染，这是解决臭气问题的重要手段之一。国外一些研究表明，利用合成氨基酸可降低饲粮粗蛋白质含量、降低氮的排泄量；在日粮中添加可发酵碳水化合物（如β－葡聚糖、纤维素）可降低氨的释放；一些低聚寡糖（如果寡糖）能改变胃肠道后段挥发性脂肪酸的产生，减少总需氧菌量（大肠杆菌）增加双歧杆菌，减少排泄物中臭味成分[24，25]。据报道，EM(Effective Microorganisms)菌剂能把促成恶臭的氨、硫化氢、甲基硫醇、三甲胺等当作食饵（基质）分解掉，从而有效地减少有害气体产生，使臭味减少90%以上。另外在饲料或畜舍垫料中添加各种除臭剂也可减轻畜禽排泄物的臭气污染。美国科研人员发现生长在美国西部、墨西哥北部的一种丝兰属植物可驱除畜禽肠道臭气，其提取物有特异的固氮能力，将氨和硫化氢固定并合成氨基酸。在每吨饲料中添加100g，即能减少粪尿中40%~50%的氨气量。一些试验表明沸石可以减少臭味和氮的挥发[26]。我国这方面研究较少，从长远发展看，为减少畜牧业生产对周围空气的污染，研究提出控制臭气的饲养技术势在必行。
    2．3开发应用环保型制剂，减少或消除抗生素等药物残留
    为从根本上解决抗生素引起的耐药性和在畜产品中的残留问题，国内外学者对有望成为抗生素替代品的益生素、寡聚糖、有机酸等抗菌促生长添加剂进行了大量研究，许多试验表明它们在提高饲料利用率、促进动物生长、改善生态环境和防治动物疾病等方面均有明显的效果[8~10]。
    益生素是活的微生物添加剂。它能在肠道中大量繁殖，通过产生抗菌物质，改善肠道微生态环境，调整肠道菌群格局，抑制不利微生物的繁殖。研究表明，断奶仔猪日粮中添加0.5％浓缩乳酸杆菌，平均日增重和饲料效率分别提高了2.7％和8.8％，干物质和氮的排出量分别降低了12.6％和4.2％。生长猪日粮中添加益生素显著提高了猪的日增重和饲料转化率，降低了粪中氨氮和挥发性脂肪酸的含量[27]。还有研究认为仔猪和雏鸡日粮中加入益生素可提高其成活率和生长速度，有效防止仔猪腹泻和仔鸡白痢[27~29]。
    寡聚糖能选择性促进有益菌的增殖，阻止病原菌定植，促进其随粪便的排泄，刺激动物免疫反应。诸多研究者对寡聚糖在畜禽中的应用效果进行了研究，研究结果表明，仔猪日粮中添加寡聚糖（如果寡糖、甘露寡糖等）可提高仔猪日增重和饲料转化率、降低粪臭味的产生[24，27]。据报道，一种名为奥奇素（Bio-Mos）的天然甘露寡糖产品，添加到饲料中喂鸡，能与大肠杆菌和沙门氏菌等结合，起到与抗生素一样的抵抗疾病的作用，使鸡死亡率下降2.5%，饲料转化率提高9%[1]。
    酸化剂作为饲料添加剂应用主要源于其酸化效应。其作用主要表现在降低饲料pH值，抑制病原菌和霉菌生长；降低日粮pH值，使胃内pH值下降，提高酶活性；降低肠道内容物pH值，抑制肠道病原菌生长[30]；促进矿物质的吸收[31]。国内外对酸化剂在畜禽日粮中的应用效果进行了大量研究，多数研究结果认为，酸化剂可促进畜禽生长，提高饲料转化率，减少腹泻和其它消化性疾病的发生率[27]。
    环保型制剂（如微生态制剂、寡糖等）可起到防病及促生长作用，因此在一定程度上可减少或停止抗生（菌）素的使用。开发利用环保型制剂为生产无毒、无害、无残留的绿色畜产品，增强畜产品市场竞争力，开辟潜在的饲料资源以及实现环境和资源的保护等创造了良好的生存空间。
    2．4通过日粮营养调控，改善畜产品品质，延长货架期
    研究表明，饲粮中添加高水平维生素E可减少脂类氧化速度和维持屠宰后细胞膜的完整性，而且对一种引起肉产生苍白、柔软、渗出性变化的磷酸脂酶A2产生抑制作用，使肉能比较长久地保持新鲜外观和颜色，降低滴水损失，从而延长货架期[9，32]。日粮中添加500mg/kg维生素E，可使氟烷基因阳性携带猪的猪肉滴水损失下降，并可提高肌肉系水力。维生素E作为天然抗氧化剂可减少脂质氧化，改善肉的颜色和持水力。也有研究认为日粮添加维生素E对肉的pH值无影响，但可通过降低肉中丙二醛含量而延长肉的货架期[9]。
    维生素C具有抗氧化、缓解屠宰应激等作用，能够减缓屠宰后肌肉pH值下降速度，减少PSE肉发生率。另外，维生素C能够提高维生素E的抗氧化活性。研究表明日粮中添加250mg/kg维生素C，可显著改善肉质，减少PSE肉[9，32]。
    饲料中添加有机矿物质（有机铬、有机镁、有机硒及有机铁、铜、锰、锌）等能缓解动物应激、增强机体抗氧化能力、减少脂质过氧化、改善肉品质。Mooney等（1995）报道，给生长肥育猪补铬不但可增加肌肉产量和肌肉率，而且可降低猪的屠宰应激[33]。有机铬可改变禽产品营养成分，降低胆固醇水平[32,34]。研究认为，屠宰前5d，猪饲粮中添加天冬氨酸镁（40g/d?头），可减少屠宰时儿茶酚胺分泌，从而减轻屠宰前应激，提高猪肉质量，减少PSE肉发生率。有机硒能防止PSE肉的形成及延长肉货架期。有研究报道，要获得良好的畜禽肉质，除在提供的微量元素（铁、铜、锰、锌）数量上有要求外，还建议这些元素应部分（20％以上）以螯合物形式提供[9]。
    我国在这一领域的研究刚刚起步。加大科研力度，研究提出改善肉质、延长货架期的饲养技术具有极其重要的现实意义和长远意义。
    3小结
    总之，如何有效地控制和减少畜牧业对环境的污染已经成为畜牧生产、环境保护、遗传育种和营养学家们共同关注的问题。从营养角度而言，准确测定畜禽对饲料养分的需要量和饲料中养分的有效含量；利用优质饲料原料按照理想蛋白质模式配制平衡的日粮，通过营养平衡配方技术、消除抗营养因子等生物技术新措施，来降低氮、磷和一些微量元素的排泄量；通过添加代谢调节剂来强化饲料养分的利用率，最大限度地减少需要量与供给量之间的差异；加强对生态营养和环保饲料的开发研究等，均能提高动物对氮、磷、微量元素等养分的利用，减少饲喂量、降低排出量。在具体应用时，应采用系统调控理论来进行优化，生产出优质、高效、低污染的绿色饲料，从根本上保证畜牧养殖业的可持续发展。环保性生产和高产出畜牧生产并不矛盾，只有充分利用现代畜牧科技和高效饲料（添加剂）才能将二者有机地结合起来[35]。但由于养分利用率的影响因素繁多，因此应用营养管理策略减少养分排出量、减少环境污染、确保畜产品食用安全的研究还任重道远。