飼料原料來源及其對動物生產(chǎn)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的影響

程佳敏

（黃岡師范學(xué)院，湖北黃岡 438000）

畜牧業(yè)生產(chǎn)在全球范圍內(nèi)以多種方式進(jìn)行，為人們的生活和其他產(chǎn)業(yè)提供各種各樣動物蛋白及其副產(chǎn)物。目前，畜牧業(yè)已經(jīng)成為發(fā)展中國家增長最快的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)之一，因為發(fā)展中國家的人口增長率、城市化進(jìn)程和收入水平都得到了極大程度的提高，這種客觀的外界環(huán)境無疑促進(jìn)了人們對畜產(chǎn)品的大量需求。一方面，發(fā)展中國家對畜產(chǎn)品需求量的增長為當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的高速發(fā)展提供了契機(jī)；另一方面，發(fā)展中國家的大部分需求往往需要由當(dāng)?shù)厣a(chǎn)來滿足，這種情況很可能會一直延續(xù)。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的擴(kuò)大需要使經(jīng)濟(jì)收入低的人群從中獲益，并減輕其對環(huán)境的影響。從現(xiàn)實情況來看，盡管畜牧業(yè)是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，但畜牧業(yè)帶來的一系列問題無法回避，如糞污、廢氣、廢棄物、水體富營養(yǎng)化等。其中，畜牧業(yè)排放溫室氣體造成全球氣候變暖的問題逐漸受到人們的廣泛關(guān)注（覃春富等，2011）。在全球范圍內(nèi)，每年大約有8000萬t甲烷是通過腸道發(fā)酵生產(chǎn)的，其中反芻動物貢獻(xiàn)了很大一部分。飼養(yǎng)反芻動物中的甲烷是由產(chǎn)甲烷菌在瘤胃和消化道后端對飼料發(fā)酵產(chǎn)生的，占飼料總能量的2%～12%（安娟和趙曉川，2006）。因此，降低反芻動物甲烷排放的相關(guān)策略一直具有獲得經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的潛力（Patra，2011）。

1 全球動物生產(chǎn)系統(tǒng)

各個國家的養(yǎng)殖生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)強(qiáng)度、生產(chǎn)目的存在很大的差異，他們根據(jù)農(nóng)業(yè)生態(tài)和產(chǎn)品需求對動物生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了分類。在這些系統(tǒng)中，畜禽養(yǎng)殖與農(nóng)作物生產(chǎn)交織在一起，如亞洲的水稻 /水?；蚬任?/肉牛（Steinfeld等，2006）。動物糞便往往是維持土壤肥力的必要條件，過去幾十年，許多發(fā)展中國家出現(xiàn)了大型集約化畜牧生產(chǎn)，特別是以豬和家禽為生產(chǎn)單位，以應(yīng)付對畜牧產(chǎn)品迅速增長的需求（史光華等，2004）。此外，每個系統(tǒng)融入市場經(jīng)濟(jì)的程度因許多因素而異，其中最重要的因素也許是地理位置，因為地理位置對市場一體化的影響是雙重的：一方面是對農(nóng)業(yè)生態(tài)的影響，另一方面是對基礎(chǔ)設(shè)施的影響。一些地區(qū)的市場一體化程度可能更高，因為降雨和土壤條件有利于種植，而其他城市可能缺乏其中一項或兩項優(yōu)勢，動物生產(chǎn)系統(tǒng)可分為以下幾類。

1.1 自給動物生產(chǎn)系統(tǒng) 對于以維持生計為主的家庭農(nóng)場來說，土地和勞動力是主要的生產(chǎn)因素。資本投資限于非貨幣性的設(shè)備、土地改良和飼養(yǎng)的畜禽動物，其生產(chǎn)的提高主要取決于天氣和由家庭控制生產(chǎn)要素的數(shù)量和質(zhì)量，如充分利用剩余勞動力、利用動物糞便提高土壤肥力、更好的畜禽管理方法（候扶江等，2009）。小農(nóng)養(yǎng)殖生產(chǎn)的進(jìn)展很可能是緩慢的，但通過農(nóng)業(yè)系統(tǒng)研究、教育和推廣方案可以得到改善。由于當(dāng)?shù)氐姆寝r(nóng)就業(yè)機(jī)會很少，貨幣循環(huán)在以維持生計為主的家庭經(jīng)濟(jì)中起的作用很小。對于以生存為導(dǎo)向的農(nóng)場來說，產(chǎn)出和消費(fèi)是相同的，因此，這些家庭基本上（但并非全部）對價格和市場信號沒有很敏感的反應(yīng)。生活在這些條件下的家庭很少以生產(chǎn)最大化為目標(biāo)，因為這將意味著專業(yè)化及其伴隨的風(fēng)險，以維持生計為主的農(nóng)民不愿意從傳統(tǒng)的做法轉(zhuǎn)向新技術(shù)。

1.2 半自給動物生產(chǎn)系統(tǒng) 半自給自足的家庭生產(chǎn)了消費(fèi)需求的60%～80%農(nóng)產(chǎn)品，此外，它還將生產(chǎn)蔬菜、茶等經(jīng)濟(jì)作物以及飼養(yǎng)的畜禽一并出售（李麗華和唐增，2013）。因此，半自給生產(chǎn)者將面臨與價格波動和自然環(huán)境變化有關(guān)的風(fēng)險。因此，貨幣循環(huán)在半自給自足的生產(chǎn)單位中起著重要作用。與以生存為導(dǎo)向的養(yǎng)殖戶相比，這類養(yǎng)殖戶往往對市場和價格信號更敏感。在市場上銷售的畜產(chǎn)品份額越高，貨幣循環(huán)在半自給生產(chǎn)體系中的重要性就越大，市場和價格信號的影響最終將取決于市場一體化的程度（楊朝英，2009）。從自給自足向更加商業(yè)化生產(chǎn)過渡的第一步可能是需要獲得現(xiàn)金流來滿足日常的生活或生產(chǎn)，只要這種需求是以銷售為唯一目的，那么價格和市場供應(yīng)之間就會存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。換句話說，市場價格越高，需要出售的數(shù)量就越少，反之亦然（楊朝英，2009）。

隨著過渡進(jìn)程的繼續(xù)，市場供應(yīng)的反應(yīng)變得積極，因為生產(chǎn)者認(rèn)識到增加現(xiàn)金收入使他們能購買其他消費(fèi)品，從而改善其生活或生產(chǎn)。如果這些商品能定期在當(dāng)?shù)厥袌鲑I到，收入增長可能會成為一個重要的家庭目標(biāo)。更高的收入也使家庭能購買更多的外部生產(chǎn)要素（化肥、種子或養(yǎng)殖動物），從而進(jìn)一步提高產(chǎn)量。因此，從純粹的半溫飽、溫飽生活狀態(tài)過渡到更多的商業(yè)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將對農(nóng)村家庭的消費(fèi)和生產(chǎn)產(chǎn)生兩個相互關(guān)聯(lián)的影響，即直接購買消費(fèi)品和服務(wù)以及通過增加使用外部投入而使收入進(jìn)一步增長（高帆和張文景，2013）。對于生活在這些制度下的家庭來說，規(guī)避風(fēng)險仍然是家庭決策的一個重要決定因素。這些生產(chǎn)者面臨著與價格波動相關(guān)的風(fēng)險，也面臨著氣候變化帶來的風(fēng)險。有時這些因素會相互抵消，如產(chǎn)量低導(dǎo)致市場產(chǎn)品短缺，使市場價格上漲，反之亦然。

1.3 集約化動物生產(chǎn)系統(tǒng) 在這些系統(tǒng)中，生產(chǎn)單位往往對價格和市場信號反應(yīng)靈敏，會根據(jù)價格和市場信號來決定企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃。對于生活在這種條件下的家庭來說，資源配置將在很大程度上由利潤決定，而不是生存動機(jī)。然而，盡管風(fēng)險規(guī)避在決策中所起的作用較小，但如果市場不可靠或機(jī)構(gòu)支持（信貸、價格穩(wěn)定、動保服務(wù)）不足，家庭往往不會完全進(jìn)行商業(yè)生產(chǎn)。商業(yè)系統(tǒng)的存在既與需求因素有關(guān)，也與供應(yīng)因素有關(guān)，如人口密度和購買力高的地區(qū)，特別是東亞、歐洲和北美沿海地區(qū)，這些地區(qū)海洋港口條件便利，顯示出工業(yè)系統(tǒng)的高度集中，并進(jìn)口了許多必要的飼料原料（Steinfeld等，2006）。相比之下，美國中西部、巴西和阿根廷的內(nèi)陸地區(qū)有充足的飼料原料，這些地區(qū)的養(yǎng)殖系統(tǒng)主要依賴于當(dāng)?shù)剡^剩的飼料資源。

2 動物蛋白產(chǎn)品的需求

畜牧業(yè)面臨著越來越大的壓力，必須滿足對高價值動物蛋白日益增長的需求，隨著人口增長、城鎮(zhèn)化及收入增加，預(yù)計到2030年，動物蛋白年產(chǎn)量將從1997～1999年的2.18億t增加到3.76億t。收入水平與動物蛋白消費(fèi)之間存在很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，由于養(yǎng)殖水平的提高，動物蛋白（肉、蛋、奶）產(chǎn)量增加，價格下降，發(fā)展中國家的國內(nèi)生產(chǎn)總值水平比工業(yè)化國家在大約20或30年前低很多，但肉類消費(fèi)量卻在增加。城市化是影響全球畜產(chǎn)品需求的主要驅(qū)動力。城市化促進(jìn)了包括冷鏈在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施的改善，與農(nóng)村居民飲食不太多樣化相比，城市居民飲食結(jié)構(gòu)多樣，富含動物蛋白和脂肪，肉類、蛋類、牛奶等乳制品的消費(fèi)量較高。

在巴西和中國等國家，動物產(chǎn)品消費(fèi)有顯著增長，盡管這一水平仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于北美和大多數(shù)其他工業(yè)化國家的消費(fèi)水平。與全球平均水平相比，美國肉類消費(fèi)量最高，消耗肉類最少的國家是非洲和南亞，這些國家的人均肉類消費(fèi)量為3～5 kg/年（Sppedy，2003）。隨著人們對飲食豐富和多樣化的需求，畜牧業(yè)提供的高價值蛋白質(zhì)改善了世界絕大多數(shù)國家的營養(yǎng)。畜禽產(chǎn)品不僅提供高價值的蛋白質(zhì)，也是重要的微量元素，特別是鐵和鋅等礦物質(zhì)和維生素（如維生素A）的重要來源。

3 動物生產(chǎn)與溫室氣體

畜產(chǎn)品日益增長的需求可能對環(huán)境產(chǎn)生不利影響。如大規(guī)模養(yǎng)殖場的糞污處理是一個很大的問題，將帶來一系列環(huán)境和公共衛(wèi)生風(fēng)險。畜牧生產(chǎn)對環(huán)境的影響僅限于過度放牧、沙漠化和垃圾處理不當(dāng)造成的環(huán)境污染等局部性問題（Moran和 Wall，2011）。在發(fā)展中國家，畜牧業(yè)不僅為人提供動物蛋白，而且還提供廣泛的非食物福利，包括收入、就業(yè)、對農(nóng)村和社會發(fā)展的許多貢獻(xiàn)。目前人們應(yīng)對全球氣候變化的關(guān)注點(diǎn)集中在主要的排放源上，核查所有重要的排放源，這在很大程度上是因為發(fā)達(dá)國家已承諾實現(xiàn)減排目標(biāo)，這些目標(biāo)必須在其管轄范圍內(nèi)由污染行業(yè)共同承擔(dān)。畜牧業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)估計占全球人為溫室氣體排放的18%，主要來源和類型是動物產(chǎn)生的甲烷（25%）、土地利用及其變化產(chǎn)生的二氧化碳（32%）和糞肥產(chǎn)生的一氧化二氮（31%）。

4 減少養(yǎng)殖排放的溫室氣體

眾所周知，畜禽養(yǎng)殖對溫室氣體的排放約占人為溫室氣體排放的18%（Steinfeld等，2006）。在家畜中，反芻動物（肉牛、水牛、綿羊、山羊和駱駝）的瘤胃和后腸產(chǎn)生了大量甲烷，瘤胃飼料的發(fā)酵是腸內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生甲烷的最大來源。反芻動物產(chǎn)甲烷是一個復(fù)雜的過程，涉及到一組微生物菌群，統(tǒng)稱為產(chǎn)甲烷菌群。在這個過程中，瘤胃微生物將攝入的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為微生物生長所需的能量，并轉(zhuǎn)化為發(fā)酵的最終產(chǎn)物，包括揮發(fā)性脂肪酸、醇類、氫氣和二氧化碳（Patra，2011）。瘤胃產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸主要有乙酸、丙酸和丁酸，一般占揮發(fā)性脂肪酸總量的95%以上，其中在己糖轉(zhuǎn)化為乙酸或丁酸的過程中，多余的能量被丁酸利用，但主要被轉(zhuǎn)化為甲烷（Moss等，2000）。產(chǎn)甲烷的古生菌能吸收一些最終產(chǎn)物，并與氫氣反應(yīng)生成甲烷和水。在瘤胃中積累的甲烷和其他揮發(fā)性氣體最終通過口腔排到大氣中。反芻動物的甲烷排放占飼料總能量損失的2%～12%，這取決于飼料類型（Johnson和 Johnson，1995）。

4.1 飼養(yǎng)管理 日糧營養(yǎng)水平升高會降低甲烷排放量作為能量攝入的比例或以動物產(chǎn)品（肉或奶）為單位轉(zhuǎn)化（Matin等，2010）。用大多數(shù)高能量精料中含有的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物（淀粉和糖）取代日糧中的結(jié)構(gòu)性碳水化合物（纖維素、半纖維素）可增加飼料攝入量，提高瘤胃發(fā)酵速度，加速飼料在胃腸道的周轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致瘤胃理化條件和微生物種群大量改變。隨著淀粉發(fā)酵微生物的繁殖，揮發(fā)性脂肪酸由乙酸向丙酸轉(zhuǎn)變，降低甲烷產(chǎn)量，因為瘤胃氫源的相對比例下降，氫鍵的相對比例增加。飼喂含45%淀粉飼料的公牛甲烷排放量較低，可以更好地解釋為瘤胃pH較低以及原生動物數(shù)量的減少（Matin等，2010）。低瘤胃pH還可能抑制產(chǎn)甲烷菌和纖維素分解菌的生長和活性（Hegarty，1999）。

在高濃縮飼料（70%）中，用大麥代替甜菜粕可以減少34%的甲烷排放（Lovett等，2005）。Beauchemin等（2008）評估了飼喂含有玉米（慢速降解淀粉）或大麥（快速降解淀粉）奶牛的甲烷排放發(fā)現(xiàn)，原料來源對甲烷排放的影響受生產(chǎn)階段的限制。

4.2 植物次生化合物 植物次生化合物（濃縮單寧和皂苷）是反芻動物飼料的重要添加劑，尤其是作為甲烷減排策略。單寧在產(chǎn)甲烷過程中有兩種作用方式：一種是直接作用于瘤胃產(chǎn)甲烷菌，另一種是由于飼料降解較低而間接抑制產(chǎn)生氫氣（Wanapat等，2013）。Chanthakhoun等（2011）報道，濃縮單寧通過對產(chǎn)甲烷菌的直接毒性作用，可以減少13%～16%的甲烷生成量。在適當(dāng)?shù)膭┝肯?，皂苷或含皂苷的植物具有抑制原生動物種群、增加細(xì)菌和真菌種群、增加丙酸鹽產(chǎn)量、提高微生物蛋白合成、減少瘤胃產(chǎn)甲烷的作用（Wanapat等，2013）。

4.3 有機(jī)酸 有機(jī)酸（蘋果酸、富馬酸和丙烯酸酯）是反芻動物日糧中常用于提高瘤胃發(fā)酵效率的有機(jī)酸。與體外評估添加有機(jī)酸對瘤胃產(chǎn)甲烷影響結(jié)果相比，體內(nèi)試驗結(jié)果仍然是不確定且高度可變的。如在奶牛日糧中添加有機(jī)酸沒有發(fā)現(xiàn)任何變化，而在肉牛身上盡管添加有機(jī)酸降低了采食量，但甲烷排放量可降低16%（Foley等，2009；Beauchemin等，2008）。

4.4 抗生素 反芻動物通常使用等離子抗生素來提高肉和奶的生產(chǎn)效率（Morgavi等，2010）。離子團(tuán)不會改變產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量和多樣性，但它們會改變革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的數(shù)量，同時伴隨著發(fā)酵過程中產(chǎn)生乙酸到丙酸的變化，這種發(fā)酵降低了產(chǎn)甲烷菌生產(chǎn)甲烷所需氫氣的有效性，它們還可能減少瘤胃原生動物的數(shù)量。日糧中含有的莫能菌素劑量＜20 mg/kg可能并不總是對甲烷的產(chǎn)生有抑制作用（Beauchemin等，2008）。

4.5 免疫和生物控制 Wright等（2004）針對3種選定甲烷菌的疫苗使澳大利亞綿羊的甲烷產(chǎn)量下降了近8%。然而，用不同種類的甲烷菌制備的疫苗或在其他區(qū)域測試的疫苗并沒有引起積極反應(yīng)。在不同條件下飼養(yǎng)的動物體內(nèi)存在高度多樣化的產(chǎn)甲烷菌群落，而另一種產(chǎn)甲烷菌取代了目標(biāo)物種留下的標(biāo)記位點(diǎn)，這可能是免疫接種失敗的原因（Wright等，2007）。Cook等（2008）使用產(chǎn)蛋雞產(chǎn)生的抗體對動物消化道中存在的3種常見甲烷菌進(jìn)行被動免疫，在體外可以暫時降低甲烷產(chǎn)量，但24 h孵育結(jié)束時效果消失。到目前為止，免疫接種在減少反芻動物甲烷排放方面還沒有給出一個明確、積極的答案，這凸顯了這種方法的困難。

4.6 脂肪 脂肪是一種能量補(bǔ)充原料，可以在不影響其他瘤胃參數(shù)的情況下抑制瘤胃甲烷生成（Wanapat等，2013）。脂肪的作用機(jī)制可能有5個方面，通過補(bǔ)充脂肪減少甲烷；降低纖維消化產(chǎn)生長鏈脂肪酸；降低干物質(zhì)攝入量；抑制甲烷菌，通過生物氫化作用抑制瘤胃原生動物，并在一定程度上抑制瘤胃活動。在動物可以每天補(bǔ)充粗飼料的情況下，脂肪對減少甲烷排放提供了一種實用的方法，但過多的油脂不利于纖維消化和動物生產(chǎn)。Kongmun等（2010）在體外瘤胃液體發(fā)酵中添加大蒜素可以改善揮發(fā)性脂肪酸的組成，減少甲烷損失，減少原生動物數(shù)量。

5 結(jié)論

畜牧業(yè)生產(chǎn)對糧食安全、人類脫離貧困和饑餓、維持社會穩(wěn)定至關(guān)重要。隨著人口的不斷增加，人們也面臨著自然資源退化和災(zāi)難性氣候變化在內(nèi)的環(huán)境危機(jī)。減少反芻動物甲烷排放的管理策略不僅可以提高飼料利用率、提高飼養(yǎng)效率和動物生產(chǎn)力，而且減少甲烷排放還會降低反芻動物對全球溫室效應(yīng)的影響。