饲料中微量元素减排研究现状及进展

田晓晓，王　湧，曹冬梅，孙安权

（奥格生物技术（上海）有限公司，上海浦东 201210）

随着畜牧业的发展以及人们对微量元素功能研究的不断深入，微量元素超剂量添加已经成为一种普遍现象。1945年，Braude提出在日粮中添加高剂量的铜（125～250 mg/kg）可提高生长肥育猪的生长速度和饲料利用率；Poulsen（1995）报道，高剂量氧化锌（2500 mg/kg）可减少断奶仔猪腹泻的发病率，并具有促生长作用。目前，猪饲料中铜的添加量为250mg/kg，锌（氧化锌形式）添加量为2500～3000mg/kg。远远超过猪对铜、锌正常需要量的2.6～6mg/kg和40～80mg/kg。近几年来，农业部对全国饲料产品的抽查结果显示，饲料产品不合格主要表现之一就是铜、锌严重超标，且情况较为严重，两者均占不合格产品的30%以上。饲料中微量元素的添加除了剂量问题外，还存在质量问题，饲料中微量元素普遍以无机盐的形式添加。无机微量元素吸收效果差、利用率低、杂质多、安全性差，长期大剂量使用必对动物生产及环境保护带来一系列负面影响。

1　饲料中高剂量微量元素带来的负面影响

1.1饲料重金属含量超标在自然界中，锌、铜往往与铅、镉共生，微量元素无机盐多为冶炼或化工提炼金属的副产物，在加上生产过程中除杂不完全，很容易造成镉、铅等重金属超标。例如，我国关于饲料级硫酸锌中镉的规定是≤10 mg/kg，但是市场上饲料业使用的锌源多为提炼重金属铟的副产物，再加上锌镉为伴生矿，所以锌源中往往存在镉超标的问题。农业部饲料工业中心，连续两年半对承检的63个样品检测表明，镉含量≥20mg/kg的样品高达38%，严重超标 （100 mg/kg以上）达31.7%（何进和黄逸红，2006）。如果动物采食这种被重金属污染的饲料，重金属元素会在动物体内蓄积危害其健康。

1.2饲料品质下降无机微量元素在水中溶解度大，极易吸潮分解，不仅会导致饲料结块，同时分解出的金属离子和酸根离子会加速饲料中某些营养素（如维生素、油脂等）的氧化和破坏作用。王志刚（2000）研究发现，37℃高温预混料条件下贮藏45天，硫酸亚铁对维生素A的破坏率达到18.90%。其次，某单一微量元素的超剂量添加不仅容易造成动物中毒，也会影响其他微量元素的吸收。例如，在育肥猪饲料中添加高铜，以追求增长速度和饲料转换率等作用，结果导致贫血、黄疸、体脂氧化程度增加、皮肤不完全角质化等锌、猛、铁及其他微量元素的缺乏症，严重影响动物皮毛外观。Bradley等（1983）研究发现，日粮中添加240 mg/kg铜使试验猪肝脏铁浓度降低60%。长期添加高剂量微量元素还会造成动物的营养吸收功能下降，机体免疫力降低，结果表现为仔猪后期生长抑制、采食量下降、皮肤苍白、被毛粗乱卷曲等（袁栋和吴金龙，2015；何学谦，2010）。此外，饲料中高剂量的无机微量元素会导致饲料酸度下降，并且可破坏饲料中外源酸化剂，增加胃肠道疾病发生率（焦小丽和柳玉凤，2010），这对胃酸分泌不足的乳仔猪影响最严重。

1.3畜产品品质下降高剂量无机盐的使用，尤其是高铜，会造成大量的维生素E被氧化破坏，同时游离的金属离子易使油脂特别是不饱和脂肪酸氧化，导致饲料发生变质酸败 （周旭东，2013）。当饲喂过量的这种饲料时，不饱和脂肪酸氧化增强，蜡样质在脂肪组织中沉积加快，脂肪组织发生炎症反应导致脂肪变黄形成黄膘肉。此外，微量元素的超剂量添加增加了铜、锌等金属元素在畜产品中的沉积。鞠翠芳（2009）研究发现，用250 mg/kg高铜日粮饲喂断奶仔猪28 d，猪肝脏中铜的浓度高达408 mg/kg，远远超过人的食品安全标准。

1.4产生双重耐药菌最近研究发现，铜、锌等微量元素的高剂量添加可促进动物体内对金属元素和抗生素同时具有耐药性的双重耐药菌的产生，其发生率与饲料中硫酸铜及氧化锌的添加量成正相关，同时也会协同并维持细菌的抗生素耐性和产毒能力。并且这种细菌既可以通过接合、转化和转导的方式进行横向传播，也可以通过细菌本身的细胞分化进行纵向传播，传播速度极快（Agathe，2009）。由于畜禽粪便往往被用作有机肥，这些抗性细菌进入环境后其携带的抗性基因很有可能被传递到人体对人类的健康构成潜在威胁。

1.5造成环境的重金属污染无机微量元素在动物消化道内吸收利用率低，成年猪对锌的吸收能力为7%～15%，铜的吸收率只有5%～10%，不能被动物机体利用的绝大部分微量元素随粪便排出体外（Cang，2004），并且在土壤和水环境中蓄积，达到一定含量时对土壤环境、农作物及水产造成危害，最终威胁人类健康。当土壤中铜含量达100mg/kg时可破坏蛋白质结构，使微生物蛋白变性而死亡，造成土壤板结，土壤肥力下降。渔业水质要求锌含量为0.1 mg/L，4 mg/L时就会产生异味，并明显抑制水体生物氧化作用。有研究认为，如果猪粪中的铜和锌都留在土壤中，土壤中铜含量将在23年内超标 （80mg/kg），锌含量将在17年内超标（120 mg/kg），被污染的土壤将不能用于生产作物（刘建胜等，2007）。 Zhou 等（2005）研究发现，青菜和萝卜植株中锌和铜的含量会随着畜禽粪便中铜和锌含量的增加而增加。

综上所述，饲料中微量元素无机盐的长期高剂量添加不仅会严重影响饲料的品质及安全性，抑制动物的健康生长，而且对动物耐药性及生产性能会产生不利影响。不能被机体利用的微量元素一部分会沉积在动物体内引起动物中毒或产生高重金属畜产品，另一部分会随动物粪便排出体外污染土壤和水源环境，并且通过食物链的富集作用，最终威胁人类健康。因此，减少饲料中微量元素的使用量便是解决此问题的关键。

2　饲料中微量元素减排措施

2.1使用高效的有机微量元素添加剂产品有机微量元素是金属元素与蛋白质、小肽、氨基酸、有机酸、多糖衍生物等配位体通过共价键或离子键结合而形成的络合物或螯合物。从理论上讲，有机微量元素在络合或螯合状态下利用配位体进行转运，避免了金属离子在肠道吸收时的竞争拮抗，提高了吸收效率，低量高效。但是，并不是所有的有机微量元素都比无机微量元素好，如植酸盐、草酸盐等甚至有副作用。因此，要达到微量元素减排的效果需要选择优质的有机微量元素添加剂产品。

一般的有机微量元素为络合物，每个配位体只有一个配位原子与中心离子成键，稳定性较差，在胃肠道酸性环境下容易解离，影响微量元素的生物学利用率及功能。而螯合有机微量元素中，金属微量元素可以与两个或多个配位体通过较牢固的化学键形成杂环结构，牢牢固定住中心离子，整个分子结构呈中性。这种特殊的空间结构使得微量元素螯合物具有较强的稳定性，且在动物机体内不容易被解离，大大提高了微量元素的生物学利用率（冯定远，2014）。

小肽螯合有机微量元素是近年来在国内发展较快的微量饲料添加剂，以小肽作为微量元素的有机配位体，利用小肽在机体内特殊的吸收通道大大增加了微量元素在机体内的吸收位点，提高了微量元素的吸收速度与吸收效率，并且与氨基酸络合微量元素相比螯合率高，螯合强度大，在胃肠道酸性环境下解离率低，是目前比价理想的有机微量元素添加剂产品（洪东，2010）。但是，由于人们对螯合与络合的认知度有限，使得市场上关于络合与螯合的概念一直在混用，尤其是以单个氨基酸为配位体的微量元素络合物，常常被称作螯合物，其稳定性较差，在胃肠道酸性环境下，极易被解离。因此，只有高质量的微量元素螯合物才能大幅度降低饲料中微量元素的使用量，同时对动物的生产性能没有不利影响。徐稳等（2010）研究报道，与无机微量元素标准组相比，母猪日粮中使用蛋白铜可极显著提高仔猪的断奶重，不影响仔猪初生重和断奶成活率，减少70%微量元素的使用量。李少华等（2017）研究发现，以低剂量的小肽螯合铜和小肽螯合锌替代高剂量的硫酸盐源铜锌对生长育肥猪生产性能和健康状况无不良影响，但能显著降低粪便中铜锌的排放量。

2.2使用纳米微量元素纳米微量元素属于第四代微量元素添加剂产品，粒径为1～100 nm，除了自身的营养作用外，还能极大程度地提高动物对添加剂的吸收利用率，有助于改善和解决目前动物养殖中普遍存在的微量元素吸收利用率低、高污染、高浪费等问题（孔涛等，2014）。其中，纳米氧化锌是比较成熟的纳米级微量元素产品，由于其粒径小，比表面积大，具有普通氧化锌无法比拟的性能优势，吸收利用率更高，抑菌性更强 （游兆彤等，2012）。龙丽娜等（2016）研究发现，仔猪日粮中添加500mg/kg纳米氧化锌与3000 mg/kg普通氧化锌的促生长、抗腹泻效果相当，降低氧化锌使用量83%以上。田丽娜等（2009）研究发现，与80mg/kg硫酸锌相比，日粮中添加40 mg/kg的纳米氧化锌可显著提高肉仔鸡的抗氧化性能，从而减少氧化锌使用量50%。

2.3注重微量元素的平衡性各种微量元素在体内除了量的作用以外，还应注意彼此间的协同与拮抗作用。例如，适量的铜会加速铁的吸收和利用，适量的锰能促进铜的利用；但是过多的铜会抑制锌的作用，过量的锌则会阻碍铁对机体的正常功能。只有采用整体的观点全面研究它们之间的相互关系，才能科学地判断出动物对微量元素的真正需要量，而国内外对微量元素的研究多集中在单一微量元素营养上，缺乏整体性的研究。

近年来出现的“理想微量元素模型（ITEM）”是以安全、高效、稳定的小肽螯合有机微量元素为基础，以不同动物不同生长阶段对该类型有机微量元素的实际利用率为指导，充分考虑微量元素之间的互作效应，总结出的不同动物不同生长阶段对该类型有机微量元素最佳剂量及比例关系，从而有效地避免饲料配方中不同微量元素之间的拮抗作用，大大提高微量元素的生物学利用率。生产实践表明，ITEM体系的应用可减少50%～80%微量元素的使用量及重金属排放量。时洪勋（2013）研究发现，与NRC蛋鸡饲养标准相比，利用ITEM在保证蛋鸡生产性能的同时可大幅度降低日粮中微量元素的投放量与粪便中重金属排放量，与50%NRC微量元素组效果相当。孙安权等（2010）指出，ITEM理论体系可显著提高动物的生产性能，大幅度降低使用无机微量元素造成的环境污染。

2.4制定标准，降低添加剂量为了确保消费者的安全、动物健康和福利，减少环境污染，各国纷纷建议减少动物饲料中微量元素的含量，并制定了相关标准。例如，2017年，欧洲委员会投票通过5年内在所有欧盟国家分阶段逐步停止使用氧化锌作为兽医治疗手段的决定。我国农业部2625号公告建议猪生产中铜添加量为2.6～6 mg/kg，最高限量125mg/kg；锌的推荐剂量为40～80mg/kg，仔猪（≤25 kg）最高限量110 mg/kg；其中仔猪断奶后前2周特定阶段允许在110 mg/kg基础上使用氧化锌或碱式氧化锌至1600 mg/kg。这些政策法规对微量元素的使用起到了积极地规范和引导作用。

2.5政府加强监管及支持力度对微量元素的减排，重金的防治，政府发挥着监管、综合治理、产业促进等重要作用，相关政策措施对产业的发展具有深刻影响。2015年，新环保法对畜牧养殖业提出了更高的环保要求；同年，农业部《关于打好农业面源污染防治攻坚战的实施意见》，将推进养殖污染防治、实施耕地重金属污染治理列为打好农业面源污染防治攻坚战的重点任务；2016年，国务院公布了《土壤污染防治行动计划》（简称“土十条”），对农用地的土壤环境治理标准、控制农业污染等问题提出了更高的标准与要求，并将进一步加强建立健全法规标准体系。这些政策法规将迫使畜牧业在微量元素的使用上做出重大改革。

此外，政府部门应加强政策引导，鼓励支持微量元素减排项目的实施，对勇于创新的优秀企业进行资金补贴与成果宣传，这对微量元素市场及整个行业的健康发展具有重要意义。

3　小结

动物饲料中微量元素超剂量添加对畜禽健康、人类健康及环境保护已经成为一种公害，并且由高重金属畜禽粪便引发的土壤重金属污染问题具有隐蔽性、累积性及难治理性。通过技术的改革与创新，政策的引导与支持，目前在饲料微量元素减排方面已经显见成效，如微量元素小肽螯合物、纳米氧化锌及“理想微量元素模型”等技术的开发与应用。然而，如何使已有的微量元素减排技术得到更广泛的应用，及综合多种措施实现微量元素的全面减排等问题有待进一步研究。

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