微量元素在畜禽养殖业的应用及对环境的影响

范振港，肖定福

（湖南农业大学动物科学技术学院，长沙 410000）

微量元素指动物体内含量低于0.01%的元素，目前认为动物生长发育必须的微量元素有铜、铁、锰、锌、碘、硒、钴等15 种，饲粮中添加适量的微量元素能够补充畜禽营养需求的不足，有效提高畜禽的生产性能。在畜禽生产应用中，微量元素主要以无机和有机两种形式添加，且无机盐形式添加较为普遍。传统无机微量元素主要以无机盐氧化物形式添加在动物饲粮中，如硫酸铜、硫酸锌等，凭借其价铬低廉，经济效益明显而受到养殖企业青睐[1]。但由于动物机体对微量元素吸收利用低，微量元素过量添加也存在一些共性问题，如微量元素含杂质问题，因其原料来源不同，生产工艺不同，生产过程中不可避免存在其他相关金属元素，引起其他重金属元素超标；微量元素之间的颉颃协同作用，导致目标微量元素利用率低或对畜禽生产造成不利影响，如过量的锌添加会影响铜的吸收利用；无机微量元素具有较强吸潮性，饲料保存不当很容易降低饲料品质；硫酸盐形式添加使用后的残酸会影响畜禽生长发育等[2]。

因此，有机微量元素添加形式应运而生，有机微量元素添加剂一般有络合物和螯合物两种形式，其与无机添加剂形式相比具有稳定性好、生物学效价高、吸收率高、毒性低、抗干扰、抗应激、利于环保等优点。但同样存在一些共性问题，如：络合物形式稳定性差，影响微量元素生物学利用率及其功能；螯合物形式虽然稳定，但市场认知度有限，价格差异大，鱼龙混杂；吸收机制研究并非十分明确，有些有机形式如植酸盐、草酸盐会产生一定的副作用；缺乏统一的检测方法及添加剂量标准；价铬高，养殖企业出于经济效益考虑，仍多倾向于无机微量元素添加剂产品。

经调查，2011 年中国畜禽粪便产生量已达21.21 亿t，到2020 年和2030 年畜禽粪便排放量预计将分别达到28.75 亿t 和37.43 亿t[3]。当粪便产生量超过地区承载能力时，会对地区环境造成一定程度影响。微量元素过量排放，便会形成类似重金属的影响。研究发现，土壤中的重金属含量主要来自母质土壤，但是人为因素会使土壤重金属含量显著增强[4]。如不适当的堆肥形式向土壤供应了大量重金属元素[5]。且不管是单独使用猪粪还是与其他有机肥混用，都会提高土壤中有机质的积累，逐渐形成重金属污染[6]。通过对东北地区100 余种粪便及饲料进行检测发现，东北地区土壤重金属主要来源于动物粪便[7]。猪粪中铜、锌、砷等具有较高活性的元素在很大程度上会在土壤中富集，经食物链对人类健康产生影响[8]。因此，正确认识微量元素对动物生长发育的作用及规范行业微量元素添加标准势在必行。

1 铜在家畜饲粮中的应用及对环境影响

动物体内平均含铜2～3 mg·kg-1。《中华人民共和国农业部公告第2625 号》（以下简称《农业部第2625号公告》）规定，微量元素铜应以硫酸铜、碱式氯化铜两种形式添加在动物饲粮中。在仔猪体重≤25 kg时，铜元素添加量应≤125 mg·kg-1。以硫酸铜形式添加到饲粮中能显著提高仔猪体重、平均日增重和日采食量，同时可以显著提高血清生长激素和胰岛素水平，对仔猪的生长发育有显著促进作用[9]。

但当饲粮高剂量添加铜时，会对畜禽生长发育产生毒害作用。铜高剂量排放至土壤时，会破坏土壤的物理、化学和生物学功能，引起土壤的肥力降低，植物生长受阻，影响作物产量和养分含量，使植物细胞膜强度下降，渗入植物根部细胞内，并不断积累使根部受损，影响植物正常的生长发育[10]。有研究在对21 省市规模化猪场粪便和11 省市猪饲料重金属浓度数据统计分析后发现，饲料样本中铜含量超标数量占100%，超标倍数为13.2～49.0[11]。由此可见，目前饲粮高铜添加现象普遍存在，同时超标严重。在国内外，使用高铜作为畜禽促生长添加剂现象已经相当普遍，其添加形式主要为无机形式，如硫酸铜、氧化铜等。其原料主要来自于电路板工业所产生的废液，废液经浓缩结晶形成硫酸铜，由此产生诸多安全隐患。除杂不完全时会导致结晶中存在铅、铬等重金属杂质，对饲料品质造成影响，对动物生长发育形成潜在威胁[12]。因此，建议使用新的有机铜源，如赖氨酸铜、蛋氨酸铜、铜氨基酸螯合物、铜蛋白盐等产品，在保证畜禽正常生长的前提下，尽可能减少由无机形式造成的相关影响。

2 铁在家畜饲粮中的应用及对环境影响

动物体内含铁30～70 mg·kg-1，平均40 mg·kg-1。铁元素参与体内载体组成，参与体内物质代谢，对预防新生动物腹泻具有重要意义。铁可以参与动物体内过氧化氢酶（CAT）的代谢，CAT 能清除生物体内过量的过氧化氢，使细胞免于过氧化氢的侵害[13]。缺铁的典型症状是贫血。

动物一般在自然状态下可摄入足够量的铁，但在集约化养殖中时常表现为对铁的摄入不足。《农业部第2625 号公告》指出，铁元素应以硫酸亚铁、富马酸亚铁、柠檬酸亚铁、乳酸亚铁4 种形式在饲粮中添加，且仔猪不得超过205 mg·头-1·d-1。铁本身无毒，但摄入过量铁制剂后会导致铁中毒，促发产生大量的自由基，引起神经退行性病变等疾病[14]。铁在动物体内一般以粪便形式排出，少量可随尿排出，铁元素在土壤中含量丰富[15]。但当铁以Fe2+不断在水体累积后，会对农作物正常生长形成潜在的风险[16]。

3 锰在家畜饲粮中应用及对环境的影响

动物体内含锰低，为0.2～0.3 mg·kg-1，主要沉积在骨的无机物中，有机基质中含量较少。锰元素能促进动物性腺发育，提高内分泌功能。试验表明，锰元素以有机矿的形式添加在饲粮中，可以提高奶牛干乳期和泌乳期初乳免疫球蛋白含量，降低出生犊牛的死亡率[17]。

《农业部第2625 号公告》规定，锰在猪饲粮中应以硫酸锰、氧化锰、氯化锰3种形式添加，且猪饲粮中添加量应在2～20 mg·kg-1。锰元素添加过量引起动物生长受阻，贫血和胃肠道损伤。不同动物对锰耐受力不同，禽类对锰的耐受力最强，最高可达2 000 mg·kg-1，牛、羊可耐受1 000 mg·kg-1，猪对锰敏感，只能耐受400 mg·kg-1[18]。在高浓度锰培养液处理下，植物氧化系统会受到影响，产生多种毒害作用，体内营养元素代谢平衡失调，对生长造成影响[19]。研究发现，使用含过量锰元素的营养液培养油菜，发现油菜各部分锰含量增高，同时，油菜各部位生物量降低，如钙、铁含量下降，还使苗期油菜功能叶中过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性降低，从而使油菜品质下降[20]。铁锰氧化物形态一般是水体污染的主要形式[21]。高锰含量的水体色度较差、呈黑色，会加大其处理难度，造成水质污染[22]。目前养殖生产中，锰元素的原料来源是锰矿石在加工工程中产生的副产物，或地方小型锰矿开采而得，主要有硫酸锰、氯化锰、碳酸锰、氧化锰等形式，大多数植物饲料中锰元素含量一般可满足畜禽生产要求[23]。因此，在畜牧生产过程中，应注意锰元素添加的剂量，同时，建议使用蛋氨酸锰，即第三代微量元素添加形式，减少无机锰元素添加排放对环境造成的影响。

4 锌在家畜饲粮中的应用及对环境的影响

锌元素能够参与动物体内酶组成，维持激素的正常作用和生物膜的正常结构和功能，促进猪只生长，提高采食量，维持肠道健康，提高生产性能[24]。《农业部第2625 号公告》规定，在猪生产中锌元素应以硫酸锌（40～80 mg·kg-1）、氧化锌（43～80 mg·kg-1）、蛋氨酸锌络合物（42～80 mg·kg-1）3 种形式添加至饲粮中，但在仔猪断奶后前两周，允许在此基础上使用氧化锌或碱式氯化锌至1 600 mg·kg-1（以锌元素计）。

试验研究发现，降低生长猪饲粮中锌水平，对试验末期体重、平均日增重、料肉比、腹泻率、表观肠道消化率均无显著影响[25]。但是当饲料中锌超量供应时，会降低动物食欲，诱发铜缺乏症[26]。猪饲料锌超标是造成环境重金属锌污染的主要来源[27]。在对某地区19个规模化猪场的育肥猪、保育猪及断奶仔猪的饲料和粪便进行随机抽样后发现，饲料及粪便中锌含量均超出国家标准[28]。过量锌元素会使植物根系生长受阻，作物减产，降低小麦籽粒中钾、钙、镁、铁等其他营养元素的含量[29]。无机锌生产的原料是次氯化锌，主要由锌冶炼企业的烟道灰及锌镉渣经过高温煅烧加工而成。目前在动物饲粮中也以氧化锌、硫酸锌无机形式添加为主，饲粮锌水平容易受到饲粮配方的影响，如植酸酶含量较高的饲粮应注意提高锌的含量水平[30]。随着人们环保意识的提高及相关规定的制定，有机锌（如氨基酸螯合锌）的使用逐渐普遍，存在的共性问题是有机锌作用机理尚不明确，昂贵的价铬未受到养殖企业青睐，最适宜添加量没有明确的标准，但有机锌替代无机锌不可否认是未来养殖企业的发展趋势。

5 铬在家畜饲粮中的应用及对环境的影响

动物体内铬分布广，但是浓度较低，吸收率很低，Cr6+比Cr3+易吸收，铬主要生理作用是其具有类似胰岛素的生物活性，有助于动物体内代谢，减少动物应激影响。《农业部第2625号公告》规定，铬在动物饲粮中应以烟酸铬、吡啶甲酸铬两种形式添加，且添加剂量应在0～0.2 mg·kg-1。

当铬元素在饲粮中过量添加时，大部分随粪便排出体外，对土壤、水质造成污染。铬对土壤环境污染具有周期长、毒性大、不易降解的特点[31]。铬在土壤中主要以Cr3+和Cr6+存在，主要污染物为具有高氧化性的Cr6+[32]。铬是脂质过氧化的诱变剂，在铬胁迫下，植物叶片叶绿素含量降低，植物体内活性氧产生和清除系统受到破坏，生长发育受到明显抑制[33]。有学者对葎草雌雄叶片抗氧化酶活性进行研究，发现铬离子胁迫下会显著影响植物组织中超氧物歧化酶（SOD）、POD 正常含量变化范围[34]。高浓度铬使植物中丙二醇（MDA）含量增加，MDA 又与叶绿素含量呈负相关，因此导致叶片叶绿素含量降低，影响植物光合作用[35]。六价铬离子在0～5.0 mg·L-1低浓度时，可以提高叶片中叶绿素含量，但是在5.0～40.0 mg·L-1时，便会起到抑制作用，使叶绿素含量显著下降，影响植物正常的生理活动[36]。微量元素铬在畜禽生产应用中有无机和有机两种形式，其中无机铬包括氯化铬、氧化铬、硫酸铬等，但无机铬在动物肠道很难被吸收利用。有机铬包括砒啶羧酸铬、蛋氨酸铬、酵母铬等，目前应用最广的是吡啶羧酸铬，同时蛋氨酸铬安全范围大，也可作为饲料添加使用[37]。但是对于其他有机铬形式，存在以下共性问题：动物不同生长时期对铬不同形式需求不同，且不同剂型铬的适宜添加量没有明确标准；铬在动物机体内生理生化调节过程尚不明确，发挥生物学功能的机制有待进一步研究。因此对于铬在畜禽生产中的应用仍有许多问题亟待探讨解决。

6 砷在家畜饲粮中的应用及对环境的影响

一些砷化合物对动物生长发育具有明显促进作用，部分畜禽如鸡、山羊、仔猪缺砷会导致生长速度减慢，繁殖机能减退。《农业部公告第2625号公告》暂未对动物饲粮砷添加形式及添加量做出规定。砷元素经动物体内排出后主要以砷酸盐形式存在[38]。

砷元素基本无毒，但其氧化物及砷酸盐毒性较大[39]。砷和砷化合物对环境具有严重危害，威胁人体健康[40]。农作物尤其是水稻在被砷污染的土壤中极易吸收砷，砷含量过高时，导致植物根部细胞酶活性降低，影响水稻正常生长[41]。大鼠在饮用不同剂量的砷染毒水90 d 后，血液生化指标受到一定程度的影响，出现肝脏、肾脏和心脏不同程度的损伤，证明砷可引起不同程度的肝损伤、肝纤维化、肝硬化甚至肝癌[42]。若人体在砷的长期暴露下，细胞形态和生物学特性也会发生相应改变，该变化被定义为细胞的恶性转化，危害人体健康[43]。砷常见的无机化合物包括氧化物、硫化物及盐类化合物。有机化合物常见的形式有对氨基苯砷酸、对氨基苯砷酸钠等。无机砷化合物多数属于高毒类化合物，因此在实际生产应用中多以有机砷形式添加在饲粮中。但是有机砷化合物在使用时存在一些共性问题：砷化合物种类多，毒性强弱不一，使用残留程度不一；畜禽种类及生长阶段对砷化合物的耐受程度不同；有机砷对人体危害大，对生产操作人员健康有影响等[44]。因此在砷添加剂的使用过程中，应全面考虑其不同化合物毒性大小，同时严格控制其饲喂量；因毒性大，添加量少，所以在使用之前应充分进行预混合，与饲料搅拌均匀；及时制定砷的添加形式及添加剂量的相关标准。

微量元素排放在土壤后，会在植物根系富集，影响根系吸收钙、镁、钾等其他元素，形成类似重金属污染。同时，重金属在植物中具有迁移性，由根部逐渐向上可食用部分汇集，经食物链对人体健康造成潜在危害[45]。调查显示，目前中国南方省份的土壤重金属污染成都相对高于其他省份，育肥猪粪便中的重金属含量几乎占总粪便释放污染物的一半[46-47]。有关学者也在积极探索如何减少重金属造成的污染。研究发现，可以在重金属土地种植棉花，棉花在重金属污染的土壤下仍可正常生长，且相关生理指标正常[48]。另外，还可采用全价饲料发酵或者采用液体发酵饲料对畜禽进行饲喂，提高饲料利用率，缓解饲料微量元素对环境的污染。

7 小 结

目前养殖业微量元素添加暂时没有较为完善的标准，农业部虽对一些微量元素添加做出了相关规定，但仍存在相关企业私自添加、盲目添加的现象，由此引发的一系列问题对人类正常生活造成潜在影响。

因此，建议从以下几个方面着手解决问题：科研方面，开发高效有机微量元素添加剂产品，研制稳定性更好，利用率更高，使用更加方便，污染更小的微量元素添加形式；产品生产方面，降低微量元素生产成本，开发新的加工工艺，解决有机微量元素成本高的问题；原料来源方面，尽量采用原矿生产微量元素，避免过多使用重金属含量高的废弃物作为原料生产；相关部门应做好宣传工作，提高养殖企业对环境保护的认知度，提倡使用低毒高效的有机微量元素添加形式；建立规范的产品质量标准及检测方法，同时，加大对违规企业的整顿力度，使企业认识到违规添加微量元素对环境造成的影响；企业方面，从自身做起，树立行业标杆作用，遵守国家相关规定，坚持可持续发展战略，不可盲目追求经济效益，合理使用饲料配方。在各方面共同努力下，实现畜牧业经济的持续增长，环境的可持续发展，保证人类的健康生活。