水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的生態(tài)營養(yǎng)調(diào)控與環(huán)保飼料

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中國科學(xué)院海洋研究所海洋生物技術(shù)研發(fā)中心　李 勇　王 華　夏蘇東　王美琴

　　　　近10多年來，水產(chǎn)養(yǎng)殖在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展，對(duì)人類健康長壽和改善發(fā)展中國家人民膳食結(jié)構(gòu)做出了杰出貢獻(xiàn)，但同時(shí)對(duì)養(yǎng)殖水域及海岸帶生態(tài)環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，引起了各國關(guān)注與重視。集約化、工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的自污染主要由餌料溶失、殘餌和排泄物的營養(yǎng)物質(zhì)在水和底質(zhì)中積累造成，導(dǎo)致自污染的主要根源在于營養(yǎng)和飼料。
　　　　隨著動(dòng)物營養(yǎng)研究的進(jìn)一步深入和人類環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，生態(tài)營養(yǎng)學(xué)（Eco-nutrition）在20世紀(jì)末應(yīng)運(yùn)而生。它是通過飼料營養(yǎng)素及加工工藝對(duì)水生態(tài)環(huán)境的適宜性特征、動(dòng)物營養(yǎng)與水質(zhì)變化規(guī)律、投飼策略等方面的研究與技術(shù)調(diào)控，來設(shè)計(jì)和配制環(huán)保型飼料，使之對(duì)水生動(dòng)物更加適合。生態(tài)營養(yǎng)對(duì)集約化養(yǎng)殖的水生動(dòng)物尤為重要，是實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖中營養(yǎng)適宜與環(huán)境穩(wěn)定這一目標(biāo)的實(shí)質(zhì)性舉措，更是封閉循環(huán)水養(yǎng)殖凈化水質(zhì)、最大限度減輕以生物濾器為主的水質(zhì)凈化處理系統(tǒng)負(fù)荷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
　　　　　　　　　　　　　養(yǎng)殖污染根源與生態(tài)營養(yǎng)調(diào)控
　　　　飼養(yǎng)魚蝦水體中的可溶性營養(yǎng)物有三個(gè)主要來源：鰓排泄、飼料溶失和糞便中溶出。歐洲網(wǎng)箱養(yǎng)殖鮭魚的80%攝入氮（N）中，僅有25%用于魚體生長，65%內(nèi)源排泄、10%糞便排泄，即投入飼料僅有約20%被有效利用，其余部分都以污染物的形式排放在環(huán)境中了。隨著飼料質(zhì)量的提高，其利用率增加到約25%[1]。美國池塘養(yǎng)殖斑點(diǎn)叉尾蛔魚飼料中約3.1%的有機(jī)物、28.5%的N 、7.0%的磷（P）被溶釋到水中。鮭鱒魚類的網(wǎng)箱養(yǎng)殖，飼料中75%的總磷（TP）和總氮（TN）排入水環(huán)境。在亞太地區(qū)，人們普遍以投喂鮮活雜魚在近海岸網(wǎng)箱養(yǎng)殖非鮭科魚類，餌料浪費(fèi)和污染更加嚴(yán)重。東南亞在對(duì)蝦養(yǎng)殖中，僅有5.8%～21.7%的N和4%～6%的P以對(duì)蝦產(chǎn)品形式收獲，其余都排入海中或沉積在底池[2]。馬海清[3] 從1989年以來，用20個(gè)大網(wǎng)箱先后對(duì)15種國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)餌料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，按養(yǎng)蝦規(guī)程推薦投餌量的30%投喂仍有殘餌，殘餌和餌料溶釋成分的降解均需耗氧，并產(chǎn)生氨。孫耀、李健等[4]通過試驗(yàn)?zāi)M估算了35天內(nèi)由配合飼料累計(jì)的新生餌料溶出營養(yǎng)物，要使該養(yǎng)殖水域達(dá)到TP為0.03mg/L、無機(jī)磷（IP）為0.015mg/L和TN 0.6mg/L的富營養(yǎng)閾值水平，在不換水和無浮游植物營養(yǎng)消耗的假定條件下，分別僅需要1.8、2.6和0.5d，說明新生殘餌溶出的N、P營養(yǎng)物質(zhì)是養(yǎng)殖蝦塘鄰近淺海的主要污染源。
　　　　可見，投喂飼料中有約10%～20%未被攝食直接溶失到水中，攝入飼料中20%～25%的N和25%～40%的P（即投入飼料中約18%N和25%P）用于生長，75%～80%的N和60%～75%的P以糞便和代謝物形式排入水環(huán)境。養(yǎng)殖水體中排泄物和殘餌逐漸大量累積，使水環(huán)境中物理和化學(xué)指標(biāo)及生物學(xué)因子發(fā)生改變，引起水體自凈能力下降，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化或水質(zhì)惡化。
　　　　為了從根本上治理養(yǎng)殖業(yè)的環(huán)境污染問題，生產(chǎn)出滿足人們需要的綠色動(dòng)物產(chǎn)品，近年來許多國家和地區(qū)在生態(tài)養(yǎng)殖和生態(tài)飼料研制方面進(jìn)行了大量的研究工作，取得了初步成果。我國自1995年提出生態(tài)營養(yǎng)的概念以來，許多學(xué)者進(jìn)行了研究和探索。目前還沒有一個(gè)完整而公認(rèn)的生態(tài)營養(yǎng)學(xué)定義。筆者認(rèn)為：生態(tài)營養(yǎng)學(xué)是一門新生的交叉邊緣學(xué)科，它是建立在動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)理論基礎(chǔ)上，運(yùn)用生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)論的觀點(diǎn)，通過現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)、生物技術(shù)產(chǎn)品、加工工藝、飼喂方案等措施，對(duì)動(dòng)物與環(huán)境（包括消化道內(nèi)環(huán)境）進(jìn)行營養(yǎng)調(diào)控的一門科學(xué)。其目標(biāo)是達(dá)到營養(yǎng)適宜、環(huán)境穩(wěn)定、動(dòng)物健康、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)四者間平衡而協(xié)調(diào)發(fā)展的目的—既可持續(xù)發(fā)展，又總體效益最高。
　　　　動(dòng)物生態(tài)營養(yǎng)學(xué)是一門新生學(xué)科，它的研究角度和思路與傳統(tǒng)動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)有較大區(qū)別，特別適合于研究水產(chǎn)動(dòng)物營養(yǎng)與環(huán)境的平衡與和諧,是營養(yǎng)調(diào)控和研制環(huán)保飼料的科學(xué)基礎(chǔ)。其主要區(qū)別和特點(diǎn)在于：(1)研究試驗(yàn)盡量在實(shí)際養(yǎng)殖條件下進(jìn)行（工廠化養(yǎng)殖更易做到），克服傳統(tǒng)魚蝦營養(yǎng)研究多借鑒調(diào)控的燒杯或小型水槽飼養(yǎng)，結(jié)果與實(shí)際養(yǎng)殖水生態(tài)條件下的結(jié)果數(shù)據(jù)有很大差異的局限性；(2)制定營養(yǎng)需要量或餌料質(zhì)量指標(biāo)，首要的是兼顧對(duì)生長和水環(huán)境二者的影響，而不是唯一的增重最快；(3)投喂管理的依據(jù)是受水溫、體重、密度、溶氧等因素影響的攝食需要，而不是人為確定的投飼量；(4)同時(shí)兼顧動(dòng)物微生態(tài)平衡，即通過正常微生物群落及其代謝產(chǎn)物，調(diào)理消化道內(nèi)環(huán)境，提高營養(yǎng)利用和健康狀況；(5)要考慮飼料成分間的互作效應(yīng)、加工工藝改善等因素。最終達(dá)到顯著提高動(dòng)物營養(yǎng)利用率，最大限度減輕環(huán)境污染和水質(zhì)凈化處理系統(tǒng)的負(fù)荷，保持水生態(tài)平衡，控制病害發(fā)生，生產(chǎn)出低成本、高效益、低污染的無公害環(huán)保型飼料，獲得安全、優(yōu)質(zhì)、風(fēng)味佳的水產(chǎn)動(dòng)物食品。
　　　　生態(tài)營養(yǎng)和環(huán)保飼料的研究，已開始在世界范圍內(nèi)興起。到目前為止，國內(nèi)外有關(guān)畜禽生態(tài)營養(yǎng)研究已有一些可喜進(jìn)展，但針對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物真正意義上的生態(tài)營養(yǎng)學(xué)研究甚少。
　　　　豬禽方面的研究表明，當(dāng)日糧按“理想蛋白模式”配制，達(dá)到賴氨酸、蛋氨酸等的適宜和平衡時(shí)，可使日糧粗蛋白含量降低2%～5%，既不影響生產(chǎn)性能，又可使糞便排除的氮減少25%～50%。通過添加一定量的益生素，可降低氮排泄量2.9%～25%。通過添加植酸酶，可降低豬、雞日糧有效磷30%～50%，在仔豬日糧中添加50mg/kg酪蛋白銅（螯合鹽）的促生長效果和添加250mg/kg硫酸銅的效果基本一致[5]。
　　　　對(duì)大西洋鮭魚的試驗(yàn)中，把日糧中的脂類或糖類含量從18%提高到30%，蛋白質(zhì)的吸收率就可以從25%提高到50%[6]。Shozo等[7]在含魚粉的鱒魚飼料中加入檸檬酸，使磷的表觀消化率從65%提高到95%。并發(fā)現(xiàn)當(dāng)喂以低磷日糧時(shí)，鱒魚尿液中很難檢測(cè)到磷，當(dāng)攝入的磷超過需要量時(shí)，尿液磷含量迅速上升。
　　　　中國科學(xué)院海洋研究所在國內(nèi)率先進(jìn)行“水產(chǎn)動(dòng)物生態(tài)營養(yǎng)學(xué)”研究。經(jīng)過多年研究和試驗(yàn)，獲得了一些研究成果：（1）創(chuàng)新提出和研究了大菱鲆的蛋白質(zhì)生態(tài)營養(yǎng)需要量。從生長、水環(huán)境和蛋白質(zhì)消化等方面綜合研究，結(jié)果表明，我國深井循環(huán)海水養(yǎng)殖大菱鲆幼魚環(huán)保膨化顆粒料中，蛋白質(zhì)的生態(tài)營養(yǎng)需要量為50%。其增重率達(dá)到最高蛋白水平組的95.1%(P>0.05)，飼料系數(shù)相當(dāng)(P>0.05)，水體氨氮降低31.5%(P<0.05)，糞氮排出量下降17.6%(P<0.05)[8]。（2）首次命名和定義了蛋白質(zhì)生態(tài)營養(yǎng)調(diào)控之“菱形特征”—隨飼糧蛋白質(zhì)水平增加，魚體增重與水體氨氮之間的增幅變化呈反向?qū)?yīng)的菱形特征[9]。(3) 最新研究表明：在封閉循環(huán)水養(yǎng)殖條件下，飼料蛋白質(zhì)營養(yǎng)水平與半滑舌鰨日投飼量成正相關(guān)關(guān)系；飽食度與增重、采食量成正相關(guān)關(guān)系，與飼料利用率有負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，對(duì)水質(zhì)氨氮含量影響不大。這些特征和規(guī)律的獲得，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，也為營養(yǎng)調(diào)控之采食模式和數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建提供了基礎(chǔ)依據(jù)。
　　　　從動(dòng)物營養(yǎng)生理及代謝原理推斷，“菱形特征”也可適應(yīng)于畜禽等陸生動(dòng)物?！傲庑翁卣鳌钡膭?chuàng)新提出，在動(dòng)物生態(tài)營養(yǎng)學(xué)、海水養(yǎng)殖營養(yǎng)調(diào)控、環(huán)保飼料設(shè)計(jì)等方面具有十分重要的理論價(jià)值和實(shí)踐指導(dǎo)意義。
　　　　　　　　　　　　　水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物環(huán)保飼料的設(shè)制技術(shù)
　　　　設(shè)制水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物環(huán)保飼料的宗旨是，確立主要水質(zhì)參數(shù)的生態(tài)營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)，研究并量化工廠化養(yǎng)殖飼料投喂模式，配制出能獲得水產(chǎn)動(dòng)物最佳生長率、最少餌料浪費(fèi)、最大限度減少水質(zhì)凈化系統(tǒng)負(fù)荷的高品質(zhì)配合飼料。其關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)如下。
　　　　依據(jù)動(dòng)物生態(tài)營養(yǎng)學(xué)原理，以“菱形特征”為主要方法，將養(yǎng)殖動(dòng)物的營養(yǎng)需要和排放與其生態(tài)環(huán)境保護(hù)緊密聯(lián)系起來，系統(tǒng)而充分地考慮飼料因素對(duì)環(huán)境和生態(tài)的污染，同時(shí)考慮環(huán)境和生態(tài)變化對(duì)飼料營養(yǎng)利用的影響，從而確定出一個(gè)配制環(huán)保飼料的營養(yǎng)需要量—生態(tài)營養(yǎng)需要量。
　　　　若能使某種類型全價(jià)配合餌料中的能量、蛋白質(zhì)、氨基酸及其他營養(yǎng)物質(zhì)達(dá)到完全平衡，就有可能獲得最佳的飼料利用率和生產(chǎn)性能，使各類營養(yǎng)素排泄減少到最低程度。
　　　　在營養(yǎng)物質(zhì)平衡方面，營養(yǎng)學(xué)一直把能量與蛋白質(zhì)的平衡放在首位。其實(shí)，能量與其他營養(yǎng)素都有一個(gè)平衡的問題。因?yàn)?，一般?dòng)物對(duì)飼料的攝食量與飼料中有效能水平成正比，飼料利用率隨高能日糧的增加（降低）而提高（下降）。但日糧能量含量過高，除了影響其他營養(yǎng)素的吸收外，還將減少飼料攝入量，導(dǎo)致生產(chǎn)性能下降和殘餌增加。因此，一種好的飼料應(yīng)該為獲得最佳飼料利用率而建立起能量與其他營養(yǎng)素之間的平衡。
　　　　隨著對(duì)動(dòng)物營養(yǎng)中蛋白質(zhì)和氨基酸研究的深入，動(dòng)物日糧配制逐步由“粗蛋白”向“總氨基酸—可消化利用氨基酸—理想氨基酸模式—氨基酸+寡肽”過渡。在不影響動(dòng)物生產(chǎn)性能前提下，滿足低蛋白日糧的氨基酸平衡，可節(jié)約蛋白質(zhì)資源并降低N排泄。
　　　　維生素、微量元素、生物活性劑等微量營養(yǎng)物質(zhì)在動(dòng)物各種新陳代謝、酶促反應(yīng)和生理生化反應(yīng)中發(fā)揮著極其重要的作用，最終提高生產(chǎn)性能和飼料利用率。任何一種微量營養(yǎng)素缺乏或不平衡，都會(huì)導(dǎo)致營養(yǎng)缺乏癥和新陳代謝紊亂，使飼料利用率下降，增加營養(yǎng)排泄和自污染。
　　　　利用脂肪對(duì)蛋白質(zhì)的節(jié)約作用，降低飼料中蛋白質(zhì)含量，增加脂肪含量，減少N排泄。研究不斷證明，適當(dāng)降低飼料中P水平，不影響動(dòng)物健康和生產(chǎn)性能，可降低糞便中P含量。
　　　　酶制劑是現(xiàn)代生物技術(shù)開發(fā)的綠色飼料添加劑，如蛋白酶、植酸酶、聚糖酶等，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收，提高飼料利用率，尤其在幼稚水產(chǎn)動(dòng)物日糧中添加效果更佳。
　　　　添加益生素、益生源、合生素，調(diào)節(jié)腸道微生物群落，可提高飼料利用率，降低營養(yǎng)素排泄。還可使用其他提高飼料利用率的添加劑，如生物活性物質(zhì)（包括中草藥）、螯合鹽、誘食劑、甜菜堿、肉堿、除臭劑等。
　　　　配制水產(chǎn)動(dòng)物生態(tài)適宜性環(huán)保飼料中，加工工藝的重點(diǎn)應(yīng)放在能最大限度減少餌料在水中溶失和沉底、防止飼料營養(yǎng)和添加物變性以及提高餌料消化率上。故要采用現(xiàn)代飼料加工技術(shù)和工藝，如普通制粒的革新、擠壓膨化、沉性與浮性膨化、最適粉碎粒度、最佳調(diào)制參數(shù)、后噴涂、微膠囊等工藝都是需要考慮的。
　　　　飼料生產(chǎn)中常強(qiáng)調(diào)，只有高質(zhì)或優(yōu)質(zhì)的原料才能生產(chǎn)出高質(zhì)或優(yōu)質(zhì)的飼料。但在當(dāng)前的無公害綠色動(dòng)物產(chǎn)品行動(dòng)中，不能籠統(tǒng)地要求使用所謂高消化率、低纖維、無天然有毒物或抗?fàn)I養(yǎng)因子的原料，而應(yīng)該指出不能使用發(fā)霉變質(zhì)、霉菌等毒素污染、水分超標(biāo)、已過保質(zhì)期、摻假等低劣質(zhì)原料和國家違禁原料。開發(fā)利用非常規(guī)飼料，不與人爭(zhēng)糧，節(jié)約常規(guī)飼料，以減少資源浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的污染，這是通過生態(tài)營養(yǎng)學(xué)研究及其調(diào)控生產(chǎn)無公害環(huán)保飼料的重要方面。

feilong007

關(guān)注生態(tài)的營養(yǎng)學(xué)，不能稱之為生態(tài)營養(yǎng)學(xué)

biofisher

文章不錯(cuò)！今后的研究趨勢(shì)和發(fā)展方向！