微量元素銅、鋅和鎘對(duì)畜禽的作用及其對(duì)環(huán)境的影響

江西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院 劉英俊 蘭方菲 吳紅翔 黃愛(ài)民 舒鄧群＊

江西科技師范學(xué)院 朱曉華

為了促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)，提高飼料利用率，改善家畜肉質(zhì)和體型，在動(dòng)物飼料中通常添加各種微量元素，其中，銅是動(dòng)物體內(nèi)必需的微量元素之一，在機(jī)體新陳代謝、生長(zhǎng)發(fā)育、維持生產(chǎn)性能等方面均具有重要作用；高鋅可促進(jìn)斷奶仔豬采食，提高生長(zhǎng)速度和改善飼料轉(zhuǎn)化率；鎘存在于飼料原料中，進(jìn)食少量的鎘即能對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能產(chǎn)生不良影響，甚至導(dǎo)致動(dòng)物中毒。本文就微量元素銅、鋅和鎘對(duì)家畜的作用及其對(duì)環(huán)境的危害，為其合理使用和防治環(huán)境污染提供參考依據(jù)。

1 微量元素銅對(duì)畜禽的作用及其對(duì)環(huán)境的影響

銅是動(dòng)物體內(nèi)的必需微量元素之一，在機(jī)體新陳代謝、生長(zhǎng)發(fā)育、維持生產(chǎn)性能等方面均具有重要作用。研究表明，高銅飼料作為一種高效、廉價(jià)的促生長(zhǎng)添加劑在養(yǎng)豬生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用 （鄒曜宇，2010）。

1.1 微量元素銅對(duì)畜禽的作用 銅在動(dòng)物生產(chǎn)中的功效不僅在于其營(yíng)養(yǎng)作用，而是其高劑量時(shí)的促生長(zhǎng)作用。梅紹鋒等（2009）在基礎(chǔ)日糧中分別添加2500 mg/kg鋅 （氧化鋅）和250 mg/kg銅（硫酸銅），研究其對(duì)斷奶仔豬生產(chǎn)性能、消化生理和盲腸微生物數(shù)量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，日糧添加高鋅和高銅使仔豬全期（1～4周）平均日增重分別提高19.92%（P＜0.05）和 23.24%（P＜0.01）。高鋅和高銅均能提高仔豬胃蛋白酶和胰淀粉酶活性，改善回腸、空腸和十二指腸絨毛高度及腸段絨毛高度與隱窩深度之比，其中回腸絨毛高度/隱窩深度顯著增加 （P＜0.05），且高銅組空腸絨毛高度/隱窩深度顯著高于對(duì)照組（P＜0.05）和高鋅組（P＜0.05），此外，高鋅和高銅有降低盲腸大腸桿菌、乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)量的趨勢(shì)，但差異不顯著（P＞0.05）。綜合看來(lái)，高銅和高鋅能改善斷奶仔豬生產(chǎn)性能，提高養(yǎng)分消化率及消化酶活性，且高銅促生長(zhǎng)效果優(yōu)于高鋅。

1.2 微量元素銅對(duì)環(huán)境的影響

1.2.1 對(duì)土壤的影響 農(nóng)業(yè)部1224號(hào)文件中推薦在配合飼料或全混合日糧中豬銅的添加量為3～6 mg/kg；家禽為 0.4～10.0 mg/kg，而在我國(guó)飼料中添加高銅或高鋅較為普遍，隨著飼料中銅、鋅添加量的增加，其排泄量直線上升，尤其是銅排泄量，當(dāng)日糧銅水平由20 mg/kg增加到100 mg/kg時(shí)，其排出量提高3.8倍，當(dāng)日糧銅水平增加到250 mg/kg，排出量提高 7.9 倍（何萬(wàn)領(lǐng)等，2005）。而這些超量的微量元素隨著糞污排入到環(huán)境土壤中，最終給土壤帶來(lái)嚴(yán)重危害。

土壤中的含銅量一般為1～20 mg/kg，當(dāng)土壤中的含銅量高于此數(shù)值時(shí)就會(huì)對(duì)土壤造成影響，土壤微生物是土壤的重要組成部分，當(dāng)銅含量達(dá)100 mg/kg時(shí)可破壞微生物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，使微生物因蛋白變性而死亡，造成土壤板結(jié)，土壤肥力下降（馮國(guó)明，2010）。土壤酶是土壤生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其活性是土壤具有生物活性的一種表征（黃永杰等，2009）。賈彥博等（2009）通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究了土壤銅污染對(duì)土壤微生物基礎(chǔ)呼吸及土壤脲酶、脫氫酶、酸性磷酸酶的影響，結(jié)果表明，在低水平銅（≤100 mg/kg）添加量下土壤微生物基礎(chǔ)呼吸呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，而隨著土壤銅添加水平的進(jìn)一步提高（＞100 mg/kg），微生物基礎(chǔ)呼吸作用迅速增強(qiáng)；土壤脲酶則隨著銅含量的增加呈現(xiàn)出不斷下降趨勢(shì)，土壤磷酸酶活性則表現(xiàn)為在低水平添加量下上升，而隨著添加水平的進(jìn)一步提高迅速降低。

1.2.2 對(duì)水體的影響 在我國(guó)，生豬、家禽糞水年排放總量約達(dá)60億t，大量的需氧腐敗有機(jī)物如不經(jīng)處理流入水體，會(huì)使水里氧含量下降，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中大量使用的促生長(zhǎng)劑-金屬化合物及病菌等，進(jìn)入水源會(huì)對(duì)人畜造成危害。畜禽場(chǎng)污水進(jìn)入水體，其中銅對(duì)水生生物毒性很大，在水中濃度為0.5 mg/kg時(shí)，能使35%～100%的原生淡水植物死亡。對(duì)魚類，銅96 h的半致死量為0.1 mg/kg（辜玉紅等，2005）。高劑量的銅可造成魚類胚胎孵化率降低和畸形率增加，對(duì)于仔魚、稚魚和幼魚也有較大毒性作用，嚴(yán)重者可致死（蔡文超等，2009）。

2 微量元素鋅對(duì)畜禽的作用及其對(duì)環(huán)境的影響

2.1 微量元素鋅對(duì)畜禽的作用 景翠等（2011）研究表明，甘氨酸鋅可以促進(jìn)仔豬銅、鋅吸收，提高生長(zhǎng)速度和飼料轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)斷奶仔豬采食；另外，甘氨酸鋅還可提高血清銅、鋅水平和血液白細(xì)胞、淋巴細(xì)胞數(shù)量及血清球蛋白和抗體水平，并能提高仔豬超氧化物歧化酶和乳酸脫氫酶活性和機(jī)體抗氧化能力。吳玉臣等（2008）研究表明，氨基酸螯合鋅可顯著提高斷奶仔豬血清中總蛋白、白蛋白、球蛋白和免疫球蛋白IgA、IgM、IgG的含量；顯著提高血清中抗體水平和淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化率 （P＜0.05），改善仔豬的細(xì)胞免疫和體液免疫功能。李萬(wàn)軍和張德威（2011）發(fā)現(xiàn)，添加蛋氨酸螯合鋅能提高肉雞生產(chǎn)性能，降低腿病發(fā)生率及死亡率。

2.2 微量元素鋅對(duì)環(huán)境的影響

2.2.1 對(duì)土壤的影響 生產(chǎn)實(shí)踐中斷奶仔豬日糧中添加的鋅高達(dá)2500～3000 mg/kg，其中90%～95%從糞便中排出。辜玉紅等（2005）研究豬日糧中添加不同劑量鋅對(duì)環(huán)境污染程度，結(jié)果表明，高劑量鋅（3000 mg/kg）通過(guò)豬體內(nèi)消化吸收后，風(fēng)干糞樣中鋅可高達(dá)16832.26 mg/kg，極顯著高于低劑量及正常需要組。如此高劑量的糞鋅排泄入環(huán)境中，將對(duì)環(huán)境造成極大的污染，將使土壤鋅積累而導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受阻。有研究表明，分別采用飼喂含鋅微量元素添加劑飼糧的豬排出的豬糞 （試驗(yàn)豬糞）和飼喂未添加鋅飼料的豬排出的豬糞（普通豬糞）作小麥-水稻盆栽試驗(yàn)，供試土壤為酸性黃壤、中性沖積土、石灰性紫色土；結(jié)果表明，試驗(yàn)組三種土壤均是隨著豬糞施用量的增大，土壤全鋅殘留量和有效鋅含量愈高，若每年以小麥-水稻輪作方式種植，長(zhǎng)期施用高鋅豬糞（以施用量最低10 g/盆計(jì)），根據(jù)土壤pH的不同，則12～28年土壤中鋅含量可能超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并且pH愈低，情況愈嚴(yán)重（楊定清和傅紹清，2000）。

2.2.2 對(duì)水體的影響 隨著現(xiàn)代養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，若含高濃度鋅的糞便一旦污染水源，水中鋅過(guò)高時(shí)，可影響水的味道，嚴(yán)重污染時(shí)，造成草木不生，魚蝦大量死亡。鋅對(duì)魚類和水生生物的毒性很大，故漁業(yè)水質(zhì)要求鋅含量在0.1 mg/L以下，水中鋅濃度為10 mg/L時(shí)可使水變渾濁，4 mg/L時(shí)就會(huì)產(chǎn)生異味，并明顯抑制水體生物氧化作用（馮國(guó)明，2010）。 徐關(guān)文（1982）研究表明，魚類胚胎發(fā)育狀況隨鋅濃度的增加和接觸時(shí)間的延長(zhǎng)，致毒作用愈為明顯；鰱魚、墉魚和草魚出苗時(shí)對(duì)鋅的最大耐受濃度為1.6～2.5 mg/L，孵出5 d死亡濃度為0.6～1.0 mg/L。孵出10 d時(shí)，有毒性影響濃度為0.4～0.6 mg/L，無(wú)明顯影響的濃度在0.25 mg/L以下。鋅對(duì)胚胎與胚后發(fā)育的毒性反應(yīng)，主要表現(xiàn)為胚胎的急性中毒死亡以及致畸作用，另外，還觀察到較高的鋅濃度對(duì)卵膜有明顯的收斂作用，說(shuō)明鋅對(duì)水生生物有劇毒作用。

3 微量元素鎘對(duì)畜禽的作用及其對(duì)環(huán)境的影響

鎘是環(huán)境中毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一，進(jìn)食少量的鎘即能對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能產(chǎn)生不良影響，并可導(dǎo)致動(dòng)物發(fā)生中毒（鐘寧和姜潔凌，2005）。

3.1 微量元素鎘對(duì)畜禽的作用 鎘中毒后，主要是對(duì)動(dòng)物機(jī)體的腎臟、肝臟、骨骼、生殖系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、胃腸系統(tǒng)造成損傷（余萍，2010）。近年來(lái)有關(guān)鎘的大量研究表明，鎘對(duì)畜禽等動(dòng)物的生殖系統(tǒng)和功能可產(chǎn)生較強(qiáng)的毒副作用，能引起雄性動(dòng)物睪丸和附睪在組織、形體甚至細(xì)胞上發(fā)生明顯的改變，主要表現(xiàn)為精子數(shù)量減少、活性下降、畸形率上升以及干擾其他微量元素的吸收等。楊淑華等（2010）研究鎘對(duì)雌性海蘭白雞卵巢發(fā)育及性激素水平的影響，結(jié)果表明，鎘影響雞的生長(zhǎng)性能，抑制卵巢發(fā)育，降低血清E2、P4含量，且呈明顯的時(shí)間-劑量效應(yīng)關(guān)系。此外，有研究表明，鎘在雛雞體內(nèi)各組織器官的分布隨飼料中鎘含量的增加而增加（邵明東等，2010）。

3.2 微量元素鎘對(duì)環(huán)境的影響

3.2.1 微量元素鎘對(duì)土壤的影響 畜禽糞便直接排放于地表，或直接用于施肥，容易造成土壤孔隙阻塞，土壤透氣、透水性下降，引起土壤板結(jié)，其中，豬糞作用尤其明顯（蘭宗寶等，2009）。土壤中鎘的存在形態(tài)有很多，大致可分為水溶性鎘和非水溶性鎘兩大類，離子態(tài)和絡(luò)合態(tài)的水溶性鎘，如CdCl2、Cd（WO3）2等能被作物吸收，對(duì)生物危害大；而非水溶性鎘CdS、CdCO3等不易遷移，且不易被作物吸收，但隨環(huán)境條件的改變二者可互相轉(zhuǎn)化（魯如坤，2000）。研究表明，鎘在pH較高，尤其是含有較多CaCO3的堿性土壤中活性低，不易移動(dòng)，而在酸性條件下則易遷移，毒性增強(qiáng)（張興梅等，2010）。張昀等（2010）采用室內(nèi)模擬培養(yǎng)的方法，對(duì)鎘污染土壤脲酶動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，脲酶活性隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而降低，并在第6天達(dá)到最大抑制程度；同一培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)，隨著鎘濃度的增加，土壤脲酶活性呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

3.2.2 對(duì)水體的影響 畜牧場(chǎng)污水來(lái)自于圈舍、飼養(yǎng)設(shè)備的清洗及生活污水等。污水未經(jīng)處理排入江河湖庫(kù)，對(duì)水生生物產(chǎn)生了重大的危害作用，其中，鎘對(duì)魚類的危害最為嚴(yán)重。馬廣智等（1995）研究指出，鎘能使鯉魚血清中促性腺激素水平降低，生長(zhǎng)激素水平升高。陳劍興等（2004）在研究鎘對(duì)鯽特異性免疫力的影響時(shí)指出，鎘對(duì)鯽反向間接血凝抑制抗體效價(jià)始終存在著抑制作用并且有劑量-效應(yīng)關(guān)系和時(shí)間-效應(yīng)關(guān)系。

水產(chǎn)配合飼料及其原料中的鎘主要以蛋白結(jié)合態(tài)存在，以烏賊內(nèi)臟粉為鎘源調(diào)制的不同鎘含量飼料，研究其對(duì)魚、蝦、蟹的影響，結(jié)果證實(shí)，以Cd-MT為主體的有機(jī)結(jié)合態(tài)鎘對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的毒理效應(yīng)和代謝作用與離子態(tài)鎘（Cd2+）存在著明顯的差異，其在水產(chǎn)動(dòng)物肌肉中的再累積不明顯，未發(fā)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)殖動(dòng)物的毒害作用和鎘的累積放大現(xiàn)象（林建云等，2008）。

4 改善措施

綜上所述，微量元素銅、鋅和鎘對(duì)環(huán)境的影響巨大，其在環(huán)境中的殘留放大作用會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不可逆的危害。因此，為保障人類的健康及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)盡量避免高劑量的添加微量元素，尋求更科學(xué)的、生態(tài)的方法來(lái)提高生產(chǎn)。

近年來(lái)，新的有機(jī)微量元素銅源，如賴氨酸銅、蛋氨酸銅、銅氨基酸螯合物、銅蛋白鹽等產(chǎn)品已逐漸引入現(xiàn)代畜牧生產(chǎn)中。使用有機(jī)銅，可使糞中可溶性銅含量減少，降低銅對(duì)水源的可能污染，從而減輕了畜牧業(yè)對(duì)水體、環(huán)境和水生動(dòng)物生存的威脅。由于有機(jī)銅以螯合銅的形式存在，減少了其對(duì)鐵和鋅的拮抗作用以及對(duì)飼料中維生素和脂肪酸過(guò)氧化的破壞作用，從而可降低在飼料中的添加量（陳志敏等，2008）。飼料中的鎘主要來(lái)源于飼料原料（如魚粉、礦物質(zhì)添加劑等）以及加工過(guò)程，目前，開發(fā)重金屬吸附劑是減輕飼料鎘危害的重要途徑（劉淑蘭等，2011）。

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