微量元素在畜禽養(yǎng)殖業(yè)的應(yīng)用及對(duì)環(huán)境的影響

范振港，肖定福

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410000）

微量元素指動(dòng)物體內(nèi)含量低于0.01%的元素，目前認(rèn)為動(dòng)物生長發(fā)育必須的微量元素有銅、鐵、錳、鋅、碘、硒、鈷等15 種，飼糧中添加適量的微量元素能夠補(bǔ)充畜禽營養(yǎng)需求的不足，有效提高畜禽的生產(chǎn)性能。在畜禽生產(chǎn)應(yīng)用中，微量元素主要以無機(jī)和有機(jī)兩種形式添加，且無機(jī)鹽形式添加較為普遍。傳統(tǒng)無機(jī)微量元素主要以無機(jī)鹽氧化物形式添加在動(dòng)物飼糧中，如硫酸銅、硫酸鋅等，憑借其價(jià)鉻低廉，經(jīng)濟(jì)效益明顯而受到養(yǎng)殖企業(yè)青睞[1]。但由于動(dòng)物機(jī)體對(duì)微量元素吸收利用低，微量元素過量添加也存在一些共性問題，如微量元素含雜質(zhì)問題，因其原料來源不同，生產(chǎn)工藝不同，生產(chǎn)過程中不可避免存在其他相關(guān)金屬元素，引起其他重金屬元素超標(biāo)；微量元素之間的頡頏協(xié)同作用，導(dǎo)致目標(biāo)微量元素利用率低或?qū)π笄萆a(chǎn)造成不利影響，如過量的鋅添加會(huì)影響銅的吸收利用；無機(jī)微量元素具有較強(qiáng)吸潮性，飼料保存不當(dāng)很容易降低飼料品質(zhì)；硫酸鹽形式添加使用后的殘酸會(huì)影響畜禽生長發(fā)育等[2]。

因此，有機(jī)微量元素添加形式應(yīng)運(yùn)而生，有機(jī)微量元素添加劑一般有絡(luò)合物和螯合物兩種形式，其與無機(jī)添加劑形式相比具有穩(wěn)定性好、生物學(xué)效價(jià)高、吸收率高、毒性低、抗干擾、抗應(yīng)激、利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但同樣存在一些共性問題，如：絡(luò)合物形式穩(wěn)定性差，影響微量元素生物學(xué)利用率及其功能；螯合物形式雖然穩(wěn)定，但市場認(rèn)知度有限，價(jià)格差異大，魚龍混雜；吸收機(jī)制研究并非十分明確，有些有機(jī)形式如植酸鹽、草酸鹽會(huì)產(chǎn)生一定的副作用；缺乏統(tǒng)一的檢測方法及添加劑量標(biāo)準(zhǔn)；價(jià)鉻高，養(yǎng)殖企業(yè)出于經(jīng)濟(jì)效益考慮，仍多傾向于無機(jī)微量元素添加劑產(chǎn)品。

經(jīng)調(diào)查，2011 年中國畜禽糞便產(chǎn)生量已達(dá)21.21 億t，到2020 年和2030 年畜禽糞便排放量預(yù)計(jì)將分別達(dá)到28.75 億t 和37.43 億t[3]。當(dāng)糞便產(chǎn)生量超過地區(qū)承載能力時(shí)，會(huì)對(duì)地區(qū)環(huán)境造成一定程度影響。微量元素過量排放，便會(huì)形成類似重金屬的影響。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中的重金屬含量主要來自母質(zhì)土壤，但是人為因素會(huì)使土壤重金屬含量顯著增強(qiáng)[4]。如不適當(dāng)?shù)亩逊市问较蛲寥拦?yīng)了大量重金屬元素[5]。且不管是單獨(dú)使用豬糞還是與其他有機(jī)肥混用，都會(huì)提高土壤中有機(jī)質(zhì)的積累，逐漸形成重金屬污染[6]。通過對(duì)東北地區(qū)100 余種糞便及飼料進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，東北地區(qū)土壤重金屬主要來源于動(dòng)物糞便[7]。豬糞中銅、鋅、砷等具有較高活性的元素在很大程度上會(huì)在土壤中富集，經(jīng)食物鏈對(duì)人類健康產(chǎn)生影響[8]。因此，正確認(rèn)識(shí)微量元素對(duì)動(dòng)物生長發(fā)育的作用及規(guī)范行業(yè)微量元素添加標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。

1 銅在家畜飼糧中的應(yīng)用及對(duì)環(huán)境影響

動(dòng)物體內(nèi)平均含銅2～3 mg·kg-1?！吨腥A人民共和國農(nóng)業(yè)部公告第2625 號(hào)》（以下簡稱《農(nóng)業(yè)部第2625號(hào)公告》）規(guī)定，微量元素銅應(yīng)以硫酸銅、堿式氯化銅兩種形式添加在動(dòng)物飼糧中。在仔豬體重≤25 kg時(shí)，銅元素添加量應(yīng)≤125 mg·kg-1。以硫酸銅形式添加到飼糧中能顯著提高仔豬體重、平均日增重和日采食量，同時(shí)可以顯著提高血清生長激素和胰島素水平，對(duì)仔豬的生長發(fā)育有顯著促進(jìn)作用[9]。

但當(dāng)飼糧高劑量添加銅時(shí)，會(huì)對(duì)畜禽生長發(fā)育產(chǎn)生毒害作用。銅高劑量排放至土壤時(shí)，會(huì)破壞土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)功能，引起土壤的肥力降低，植物生長受阻，影響作物產(chǎn)量和養(yǎng)分含量，使植物細(xì)胞膜強(qiáng)度下降，滲入植物根部細(xì)胞內(nèi)，并不斷積累使根部受損，影響植物正常的生長發(fā)育[10]。有研究在對(duì)21 省市規(guī)?；i場糞便和11 省市豬飼料重金屬濃度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)，飼料樣本中銅含量超標(biāo)數(shù)量占100%，超標(biāo)倍數(shù)為13.2～49.0[11]。由此可見，目前飼糧高銅添加現(xiàn)象普遍存在，同時(shí)超標(biāo)嚴(yán)重。在國內(nèi)外，使用高銅作為畜禽促生長添加劑現(xiàn)象已經(jīng)相當(dāng)普遍，其添加形式主要為無機(jī)形式，如硫酸銅、氧化銅等。其原料主要來自于電路板工業(yè)所產(chǎn)生的廢液，廢液經(jīng)濃縮結(jié)晶形成硫酸銅，由此產(chǎn)生諸多安全隱患。除雜不完全時(shí)會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶中存在鉛、鉻等重金屬雜質(zhì)，對(duì)飼料品質(zhì)造成影響，對(duì)動(dòng)物生長發(fā)育形成潛在威脅[12]。因此，建議使用新的有機(jī)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，在保證畜禽正常生長的前提下，盡可能減少由無機(jī)形式造成的相關(guān)影響。

2 鐵在家畜飼糧中的應(yīng)用及對(duì)環(huán)境影響

動(dòng)物體內(nèi)含鐵30～70 mg·kg-1，平均40 mg·kg-1。鐵元素參與體內(nèi)載體組成，參與體內(nèi)物質(zhì)代謝，對(duì)預(yù)防新生動(dòng)物腹瀉具有重要意義。鐵可以參與動(dòng)物體內(nèi)過氧化氫酶（CAT）的代謝，CAT 能清除生物體內(nèi)過量的過氧化氫，使細(xì)胞免于過氧化氫的侵害[13]。缺鐵的典型癥狀是貧血。

動(dòng)物一般在自然狀態(tài)下可攝入足夠量的鐵，但在集約化養(yǎng)殖中時(shí)常表現(xiàn)為對(duì)鐵的攝入不足?！掇r(nóng)業(yè)部第2625 號(hào)公告》指出，鐵元素應(yīng)以硫酸亞鐵、富馬酸亞鐵、檸檬酸亞鐵、乳酸亞鐵4 種形式在飼糧中添加，且仔豬不得超過205 mg·頭-1·d-1。鐵本身無毒，但攝入過量鐵制劑后會(huì)導(dǎo)致鐵中毒，促發(fā)產(chǎn)生大量的自由基，引起神經(jīng)退行性病變等疾病[14]。鐵在動(dòng)物體內(nèi)一般以糞便形式排出，少量可隨尿排出，鐵元素在土壤中含量豐富[15]。但當(dāng)鐵以Fe2+不斷在水體累積后，會(huì)對(duì)農(nóng)作物正常生長形成潛在的風(fēng)險(xiǎn)[16]。

3 錳在家畜飼糧中應(yīng)用及對(duì)環(huán)境的影響

動(dòng)物體內(nèi)含錳低，為0.2～0.3 mg·kg-1，主要沉積在骨的無機(jī)物中，有機(jī)基質(zhì)中含量較少。錳元素能促進(jìn)動(dòng)物性腺發(fā)育，提高內(nèi)分泌功能。試驗(yàn)表明，錳元素以有機(jī)礦的形式添加在飼糧中，可以提高奶牛干乳期和泌乳期初乳免疫球蛋白含量，降低出生犢牛的死亡率[17]。

《農(nóng)業(yè)部第2625 號(hào)公告》規(guī)定，錳在豬飼糧中應(yīng)以硫酸錳、氧化錳、氯化錳3種形式添加，且豬飼糧中添加量應(yīng)在2～20 mg·kg-1。錳元素添加過量引起動(dòng)物生長受阻，貧血和胃腸道損傷。不同動(dòng)物對(duì)錳耐受力不同，禽類對(duì)錳的耐受力最強(qiáng)，最高可達(dá)2 000 mg·kg-1，牛、羊可耐受1 000 mg·kg-1，豬對(duì)錳敏感，只能耐受400 mg·kg-1[18]。在高濃度錳培養(yǎng)液處理下，植物氧化系統(tǒng)會(huì)受到影響，產(chǎn)生多種毒害作用，體內(nèi)營養(yǎng)元素代謝平衡失調(diào)，對(duì)生長造成影響[19]。研究發(fā)現(xiàn)，使用含過量錳元素的營養(yǎng)液培養(yǎng)油菜，發(fā)現(xiàn)油菜各部分錳含量增高，同時(shí)，油菜各部位生物量降低，如鈣、鐵含量下降，還使苗期油菜功能葉中過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）活性降低，從而使油菜品質(zhì)下降[20]。鐵錳氧化物形態(tài)一般是水體污染的主要形式[21]。高錳含量的水體色度較差、呈黑色，會(huì)加大其處理難度，造成水質(zhì)污染[22]。目前養(yǎng)殖生產(chǎn)中，錳元素的原料來源是錳礦石在加工工程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，或地方小型錳礦開采而得，主要有硫酸錳、氯化錳、碳酸錳、氧化錳等形式，大多數(shù)植物飼料中錳元素含量一般可滿足畜禽生產(chǎn)要求[23]。因此，在畜牧生產(chǎn)過程中，應(yīng)注意錳元素添加的劑量，同時(shí)，建議使用蛋氨酸錳，即第三代微量元素添加形式，減少無機(jī)錳元素添加排放對(duì)環(huán)境造成的影響。

4 鋅在家畜飼糧中的應(yīng)用及對(duì)環(huán)境的影響

鋅元素能夠參與動(dòng)物體內(nèi)酶組成，維持激素的正常作用和生物膜的正常結(jié)構(gòu)和功能，促進(jìn)豬只生長，提高采食量，維持腸道健康，提高生產(chǎn)性能[24]?！掇r(nóng)業(yè)部第2625 號(hào)公告》規(guī)定，在豬生產(chǎn)中鋅元素應(yīng)以硫酸鋅（40～80 mg·kg-1）、氧化鋅（43～80 mg·kg-1）、蛋氨酸鋅絡(luò)合物（42～80 mg·kg-1）3 種形式添加至飼糧中，但在仔豬斷奶后前兩周，允許在此基礎(chǔ)上使用氧化鋅或堿式氯化鋅至1 600 mg·kg-1（以鋅元素計(jì)）。

試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，降低生長豬飼糧中鋅水平，對(duì)試驗(yàn)?zāi)┢隗w重、平均日增重、料肉比、腹瀉率、表觀腸道消化率均無顯著影響[25]。但是當(dāng)飼料中鋅超量供應(yīng)時(shí)，會(huì)降低動(dòng)物食欲，誘發(fā)銅缺乏癥[26]。豬飼料鋅超標(biāo)是造成環(huán)境重金屬鋅污染的主要來源[27]。在對(duì)某地區(qū)19個(gè)規(guī)?；i場的育肥豬、保育豬及斷奶仔豬的飼料和糞便進(jìn)行隨機(jī)抽樣后發(fā)現(xiàn)，飼料及糞便中鋅含量均超出國家標(biāo)準(zhǔn)[28]。過量鋅元素會(huì)使植物根系生長受阻，作物減產(chǎn)，降低小麥籽粒中鉀、鈣、鎂、鐵等其他營養(yǎng)元素的含量[29]。無機(jī)鋅生產(chǎn)的原料是次氯化鋅，主要由鋅冶煉企業(yè)的煙道灰及鋅鎘渣經(jīng)過高溫煅燒加工而成。目前在動(dòng)物飼糧中也以氧化鋅、硫酸鋅無機(jī)形式添加為主，飼糧鋅水平容易受到飼糧配方的影響，如植酸酶含量較高的飼糧應(yīng)注意提高鋅的含量水平[30]。隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高及相關(guān)規(guī)定的制定，有機(jī)鋅（如氨基酸螯合鋅）的使用逐漸普遍，存在的共性問題是有機(jī)鋅作用機(jī)理尚不明確，昂貴的價(jià)鉻未受到養(yǎng)殖企業(yè)青睞，最適宜添加量沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，但有機(jī)鋅替代無機(jī)鋅不可否認(rèn)是未來養(yǎng)殖企業(yè)的發(fā)展趨勢。

5 鉻在家畜飼糧中的應(yīng)用及對(duì)環(huán)境的影響

動(dòng)物體內(nèi)鉻分布廣，但是濃度較低，吸收率很低，Cr6+比Cr3+易吸收，鉻主要生理作用是其具有類似胰島素的生物活性，有助于動(dòng)物體內(nèi)代謝，減少動(dòng)物應(yīng)激影響?！掇r(nóng)業(yè)部第2625號(hào)公告》規(guī)定，鉻在動(dòng)物飼糧中應(yīng)以煙酸鉻、吡啶甲酸鉻兩種形式添加，且添加劑量應(yīng)在0～0.2 mg·kg-1。

當(dāng)鉻元素在飼糧中過量添加時(shí)，大部分隨糞便排出體外，對(duì)土壤、水質(zhì)造成污染。鉻對(duì)土壤環(huán)境污染具有周期長、毒性大、不易降解的特點(diǎn)[31]。鉻在土壤中主要以Cr3+和Cr6+存在，主要污染物為具有高氧化性的Cr6+[32]。鉻是脂質(zhì)過氧化的誘變劑，在鉻脅迫下，植物葉片葉綠素含量降低，植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除系統(tǒng)受到破壞，生長發(fā)育受到明顯抑制[33]。有學(xué)者對(duì)葎草雌雄葉片抗氧化酶活性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鉻離子脅迫下會(huì)顯著影響植物組織中超氧物歧化酶（SOD）、POD 正常含量變化范圍[34]。高濃度鉻使植物中丙二醇（MDA）含量增加，MDA 又與葉綠素含量呈負(fù)相關(guān)，因此導(dǎo)致葉片葉綠素含量降低，影響植物光合作用[35]。六價(jià)鉻離子在0～5.0 mg·L-1低濃度時(shí)，可以提高葉片中葉綠素含量，但是在5.0～40.0 mg·L-1時(shí)，便會(huì)起到抑制作用，使葉綠素含量顯著下降，影響植物正常的生理活動(dòng)[36]。微量元素鉻在畜禽生產(chǎn)應(yīng)用中有無機(jī)和有機(jī)兩種形式，其中無機(jī)鉻包括氯化鉻、氧化鉻、硫酸鉻等，但無機(jī)鉻在動(dòng)物腸道很難被吸收利用。有機(jī)鉻包括砒啶羧酸鉻、蛋氨酸鉻、酵母鉻等，目前應(yīng)用最廣的是吡啶羧酸鉻，同時(shí)蛋氨酸鉻安全范圍大，也可作為飼料添加使用[37]。但是對(duì)于其他有機(jī)鉻形式，存在以下共性問題：動(dòng)物不同生長時(shí)期對(duì)鉻不同形式需求不同，且不同劑型鉻的適宜添加量沒有明確標(biāo)準(zhǔn)；鉻在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)生理生化調(diào)節(jié)過程尚不明確，發(fā)揮生物學(xué)功能的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。因此對(duì)于鉻在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用仍有許多問題亟待探討解決。

6 砷在家畜飼糧中的應(yīng)用及對(duì)環(huán)境的影響

一些砷化合物對(duì)動(dòng)物生長發(fā)育具有明顯促進(jìn)作用，部分畜禽如雞、山羊、仔豬缺砷會(huì)導(dǎo)致生長速度減慢，繁殖機(jī)能減退。《農(nóng)業(yè)部公告第2625號(hào)公告》暫未對(duì)動(dòng)物飼糧砷添加形式及添加量做出規(guī)定。砷元素經(jīng)動(dòng)物體內(nèi)排出后主要以砷酸鹽形式存在[38]。

砷元素基本無毒，但其氧化物及砷酸鹽毒性較大[39]。砷和砷化合物對(duì)環(huán)境具有嚴(yán)重危害，威脅人體健康[40]。農(nóng)作物尤其是水稻在被砷污染的土壤中極易吸收砷，砷含量過高時(shí)，導(dǎo)致植物根部細(xì)胞酶活性降低，影響水稻正常生長[41]。大鼠在飲用不同劑量的砷染毒水90 d 后，血液生化指標(biāo)受到一定程度的影響，出現(xiàn)肝臟、腎臟和心臟不同程度的損傷，證明砷可引起不同程度的肝損傷、肝纖維化、肝硬化甚至肝癌[42]。若人體在砷的長期暴露下，細(xì)胞形態(tài)和生物學(xué)特性也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，該變化被定義為細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化，危害人體健康[43]。砷常見的無機(jī)化合物包括氧化物、硫化物及鹽類化合物。有機(jī)化合物常見的形式有對(duì)氨基苯砷酸、對(duì)氨基苯砷酸鈉等。無機(jī)砷化合物多數(shù)屬于高毒類化合物，因此在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中多以有機(jī)砷形式添加在飼糧中。但是有機(jī)砷化合物在使用時(shí)存在一些共性問題：砷化合物種類多，毒性強(qiáng)弱不一，使用殘留程度不一；畜禽種類及生長階段對(duì)砷化合物的耐受程度不同；有機(jī)砷對(duì)人體危害大，對(duì)生產(chǎn)操作人員健康有影響等[44]。因此在砷添加劑的使用過程中，應(yīng)全面考慮其不同化合物毒性大小，同時(shí)嚴(yán)格控制其飼喂量；因毒性大，添加量少，所以在使用之前應(yīng)充分進(jìn)行預(yù)混合，與飼料攪拌均勻；及時(shí)制定砷的添加形式及添加劑量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

微量元素排放在土壤后，會(huì)在植物根系富集，影響根系吸收鈣、鎂、鉀等其他元素，形成類似重金屬污染。同時(shí)，重金屬在植物中具有遷移性，由根部逐漸向上可食用部分匯集，經(jīng)食物鏈對(duì)人體健康造成潛在危害[45]。調(diào)查顯示，目前中國南方省份的土壤重金屬污染成都相對(duì)高于其他省份，育肥豬糞便中的重金屬含量幾乎占總糞便釋放污染物的一半[46-47]。有關(guān)學(xué)者也在積極探索如何減少重金屬造成的污染。研究發(fā)現(xiàn)，可以在重金屬土地種植棉花，棉花在重金屬污染的土壤下仍可正常生長，且相關(guān)生理指標(biāo)正常[48]。另外，還可采用全價(jià)飼料發(fā)酵或者采用液體發(fā)酵飼料對(duì)畜禽進(jìn)行飼喂，提高飼料利用率，緩解飼料微量元素對(duì)環(huán)境的污染。

7 小 結(jié)

目前養(yǎng)殖業(yè)微量元素添加暫時(shí)沒有較為完善的標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)業(yè)部雖對(duì)一些微量元素添加做出了相關(guān)規(guī)定，但仍存在相關(guān)企業(yè)私自添加、盲目添加的現(xiàn)象，由此引發(fā)的一系列問題對(duì)人類正常生活造成潛在影響。

因此，建議從以下幾個(gè)方面著手解決問題：科研方面，開發(fā)高效有機(jī)微量元素添加劑產(chǎn)品，研制穩(wěn)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；產(chǎn)品生產(chǎn)方面，降低微量元素生產(chǎn)成本，開發(fā)新的加工工藝，解決有機(jī)微量元素成本高的問題；原料來源方面，盡量采用原礦生產(chǎn)微量元素，避免過多使用重金屬含量高的廢棄物作為原料生產(chǎn)；相關(guān)部門應(yīng)做好宣傳工作，提高養(yǎng)殖企業(yè)對(duì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)知度，提倡使用低毒高效的有機(jī)微量元素添加形式；建立規(guī)范的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢測方法，同時(shí)，加大對(duì)違規(guī)企業(yè)的整頓力度，使企業(yè)認(rèn)識(shí)到違規(guī)添加微量元素對(duì)環(huán)境造成的影響；企業(yè)方面，從自身做起，樹立行業(yè)標(biāo)桿作用，遵守國家相關(guān)規(guī)定，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，不可盲目追求經(jīng)濟(jì)效益，合理使用飼料配方。在各方面共同努力下，實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，保證人類的健康生活。