反刍动物营养调控降低环境污染研究进展

尹雪姣，张英杰

（河北农业大学动物科技学院，保定 071000）

畜牧业是人类生存和发展的基础，随着人民生活水平的日益提高，对肉、蛋、奶等畜产品的需求量日益增加，畜牧业规模也逐渐扩大，随之引发了一系列的环境问题。抗生素残留、水体富营养化、全球温室效应等问题，对人类的生存环境构成了严重的危害，同时也制约了畜牧业的发展。如何根据动物的实际营养需要设计日粮配方以提高动物饲料转化率、减少有害物质在环境中的排放已成为当前该领域研究的热点，为此，作者查阅并分析了大量反刍动物营养调控方面的研究，以期为该领域的研究者提供参考。

1 饲料对环境造成的污染

1.1 饲料中无机氮、磷对环境的污染

动物蛋白质过量或氨基酸组成不平衡时，多余的磷以尿酸形式排出，多余的氮以尿素形式排出，排泄物中含有的氮、磷等物质，容易腐败并且携带致病微生物，造成污染，影响畜体和人类健康［1］。豆晓峰等［2］通过对规模化牛场环境污染的研究发现，牛场中排出的粪尿是造成环境污染的主要原因。动物排出的粪尿中含有大量氮和磷的化合物，排出后转化为硝酸盐和磷酸盐，造成水质和土地的污染。通过降低饲粮中的蛋白质水平，能够有效地减少粪尿中22%～41%氮、磷排出量。

1.2 饲料中金属元素对环境的污染

为了得到更好的饲喂效果，提高动物生产性能，生产者常在饲料中添加矿物质元素，就有可能导致饲料中重金属含量超标。王笑笑［3］通过对肉牛养殖中重金属类危害因素的分析研究表明，饲料中重金属含量超标的牛场产生的粪便，其土壤中的重金属含量会明显高于未添加外源添加剂的牛场。过量的重金属随着牛粪便排出体外，不仅对土壤造成污染，而且也会对水源产生严重的污染，重金属还会沉积在动物的肌肉组织中，最终危害到人类的健康。金秀娥等［4］的研究结果表明，饲料中矿物性添加剂，例如硫酸锌等，会造成镉污染。过量镉排入土壤后，极易被植物吸收，造成生态环境的破坏。

1.3 饲料中抗生素对环境的污染

动物饲料中过量的抗生素会随着动物粪便进入到土壤中，致使土壤中耐药性细菌增加，土壤肥力下降，耐药性基因被筛选保留，随着食物链，在人和动物之间广泛传播［5］。Rho Hyunjin 等［6］通过对韩国养殖场周边细菌耐药性进行检测，发现养殖场周围头孢唑林、四环素、庆大霉素等的耐药性为26.04%，均高于平均水平。

2 调控反刍动物日粮营养组成对环境污染影响的研究

2.1 日粮组成对减少无机氮、磷排放的影响

大量研究表明，通过控制日粮组成可以减少无机氮、磷的排放。樊艳华［7］通过日粮和瘤胃调控对绒山羊氮代谢、尿素氮循环及微生物蛋白合成影响的研究结果表明，给羊饲喂变动氮日粮与稳定氮日粮，氮摄入量没有显著差异，但前者粪尿氮排放量降低，氮的利用率提高，沉积氮更高。因此可以通过经常改变日粮配方中氮含量来增加氮的利用率，减少氮排放。Arriaga等［8］对商业化牛场泌乳奶牛氮磷营养代谢调控的研究结果表明，通过控制奶牛日粮粗蛋白质的采食量来调控日粮氮能在很大程度上降低氮的排放，且氮利用效率的提高有助于提高磷的利用率，通过优化氮和磷的利用率，能降低单位乳生产中氮和磷的浪费；他的另一项研究结果表明，将奶牛日粮中的粗蛋白质含量从17%降至14%，不但可明显减少动物氮的排泄，还能降低畜舍中氨气的浓度，但畜舍的N2O浓度不受蛋白质浓度的影响［9］。吴爽等［10］对奶牛氮代谢情况的研究结果表明，不同的日粮组合会对奶牛氮代谢产生影响，其中苜蓿、羊草、玉米青贮的组合能明显提高日粮氮的利用效率，减少氮排泄，降低奶牛瘤胃甲烷产量。Borucki等［11］通过对哺乳期奶牛的研究发现，可以通过控制哺乳期奶牛饲料中的阴阳离子差来减少奶牛粪便中磷的排放，以减少磷对环境带来的污染。当阴阳离子浓度在+14到+45毫当量每100克干物质时，能够明显减少粪便中的磷含量，并且不会对奶牛的泌乳性能产生影响。

添加剂能够改善粪、尿中氮磷的排放。Chacher等［12］通过每日给泌乳奶牛补充20 g N-氨甲酰谷氨酸的研究结果表明，优化氨基酸组成，可以提高蛋白质的利用效率，进而减少氮排放并提高泌乳性能。植酸磷在反刍动物瘤胃中不能很好地被消化利用，只有被分解为无机磷的形式才能被血液吸收，因此将植酸磷转化为无机磷能够减少磷的排放。在日粮中添加植酸酶制剂能够明显减少粪尿中植酸磷的含量，使饲粮中无机磷含量显著增加［13］。单宁一直被认为是抗营养因子，但最近的研究表明，在奶牛日粮中添加缩合单宁能够导致氮的排放途径发生变化，减少尿氮形式的排出，提高粪氮/尿氮比例，有利于减少尿氮对环境的污染［14］。

2.2 日粮中金属元素用量对环境污染的影响

随着畜牧业的快速发展，养殖场为了使动物更快速地生长和减少动物疾病的发生，在饲料中添加了大量的重金属元素。但是大部分重金属元素由于无法被动物消化，随着动物粪便排泄到体外，再加养殖场废弃物处理设备不完善，导致重金属元素在环境中蓄积。目前常用一些新型添加剂代替高浓度金属元素在日粮中的使用，以减少金属元素对环境的污染。贾久满等［15］将奶牛日粮中的高剂量无机微量元素用低剂量的氨基酸螯合微量元素代替，结果表明，试验组的锌、铁、锰、铜等微量元素排泄量分别减少了31.9%、45.5%、49.9%、63.2%，明显降低了微量元素的排放量。

有机铜的生物利用率高，对环境污染小，不易与钼硫等作用生成难溶的盐，安全性和生物学效价也高于无机铜［16］。王聪等［17］对不同铜源对西门塔尔牛影响的研究结果表明，有机铜对可消化氮的消化率明显高于包被铜和硫酸铜组，并且有机铜对日粮中有机物质、粗蛋白质、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和无氮浸出物的消化率明显高于包被铜和硫酸铜。Hackbart等［18］在泌乳奶牛中的研究结果表明，用同等数量的有机微量元素取代日粮中的无机微量元素，可明显增加泌乳奶牛的产奶量，但对干物质的采食量等均没有影响。

日粮纤维素的来源不同对动物微量元素代谢产生的影响也不同。孟梅娟等［19］的研究结果表明，在采食量相同的情况下，山羊采食含有大豆皮纤维的日粮，铁代谢率较高，铜保留率较高；日粮中含有梨渣可以显著提高山羊对锰的代谢率；锌的代谢率不受日粮不同纤维来源的影响。

目前使用有机金属元素代替无机微量元素以减少畜禽排泄物中重金属污染的研究很多，但是使用有机微量元素也有一些问题尚未得到解决。有机微量元素的生产受许多因素的制约，从而影响产品的质量。由于各有机微量元素化学特性的差异，生产有机微量元素需不同的生产工艺，有些有机微量元素中所含无机成分较多，不能达到很好的使用效果，因此对有机微量元素使用还需要进一步的研究［20］。

2.3 饲料中抗生素的使用对环境污染的影响

抗生素是在畜牧生产上被广泛用于治疗和预防动物疾病及促进动物生长的添加剂。在动物日粮中添加的大剂量抗生素不能被动物吸收，以原药的形式排出动物体外，给生态环境带来严重污染。可以通过开发绿色饲料代替抗生素，以减少抗生素的利用。

王喜明［21］通过在哺乳期犊牛日粮中添加不同水平的低聚糖和在断奶犊牛中添加益生素，研究了低聚糖木糖和益生素对不同阶段犊牛的生长性能和血液生化指标的影响，发现在每头哺乳期犊牛中添加5 g/d低聚木糖，能够提高犊牛平均日增重，减少腹泻率，在断奶期犊牛日粮中添加益生素能有助犊牛生长。在泌乳期杂交奶牛日粮中每天添加100 g益生素，能够使产奶量显著增加，并且能提高经济效益［22］。因此，可用益生素、低聚木糖等环保型添加剂替代抗生素，不仅可减少耐药型病菌的产生，还可减小对环境的破坏。

有许多研究发现，细菌素在某种程度上可以代替抗生素，对动物疾病起到治疗作用，同时细菌素能够调节动物肠道微生态平衡，治疗肠道疾病，提高动物免疫能力。Kim等［23］将细菌素应用于奶牛乳房炎上的研究表明，细菌素能够对奶牛乳房炎起到治疗作用，对金黄色葡萄球菌有很好的抑制作用，说明在动物饲养中可以利用细菌素代替抗生素起到治疗效果。

抗菌肽存在于昆虫、动物、植物等多种生物中，品种众多，有广谱抗菌作用，并且对真菌、病毒、癌细胞有一定的抑制作用，杀灭细菌的同时对高等动物正常细胞无害［24］。杨颜铱等［25］在川中黑山羊日粮中添加复合抗菌肽，研究结果表明，与对照组相比，添加复合抗菌肽的川中黑山羊体重、平均日增重、血清中免疫球蛋白、细胞因子、生长激素等明显增加，说明抗菌肽能够促进山羊生长，提高免疫力，可以代替抗生素在饲料中添加。

中草药制剂作为反刍动物饲料添加剂利用量也日趋增加。中草药制剂为绿色环保制剂，毒副作用小，动物排泄出去后对环境不会产生污染，在动物体内残留对人体无害甚至产生有益的影响。因此中草药制剂可以作为抗生素替代品在动物饲料中添加，以提高动物免疫力，改善畜产品品质。在早期哺乳犊牛日粮中添加中草药制剂，能明显促进犊牛生长，增强犊牛免疫力，显著预防犊牛腹泻［26］。在荷斯坦奶牛日粮中添加一定质量的中草药制剂，能够显著提高荷斯坦奶牛的抵抗力，增强荷斯坦奶牛对乳房炎的抗病力，显著降低奶牛乳房炎的发病率，维持机体正常新陈代谢，从而代替抗生素的作用［27］。

3 总结

作为畜牧生产者，最大限度地发挥畜禽生产性能是畜牧生产一直追求的目标。但随着畜牧业集约化发展，养殖业对环境产生污染问题日益严重，也越来越引起国内外重视。为了畜牧业的可持续发展，需要达到环境和生产的平衡，既能获得较好的经济效益，又不会对环境产生污染。解决环境问题的方法有很多，但是利用营养方式解决环境问题是其中最有效的方式，通过营养调控可以降低动物排泄量，提高日粮利用率，从根本上解决动物排泄物对环境的污染，为养殖业和人类社会的健康持续发展提供保障。

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