猪日粮中铜、铁、锰、锌减量使用技术研究进展

方热军 谢 亮 薛俊敬 周丽媛

(湖南农业大学动物科学与技术学院湖南畜禽安全生产协同创新中心，湖南长沙410128)

我国是养猪大国，2017 年全国肉猪出栏已达70 202.1万头，年底存栏达44 158.9万头[1]。微量元素是指占动物体重0.01%以下的元素，包括铜、铁、锰、锌、硒、碘等，它们参与生长、生产和繁殖，是保持动物健康和免疫力必不可少的因素[2]。其中，铜、铁、锰、锌在微量元素中占有重要的地位。铜是猪的必需微量元素之一，多种酶的辅助因子和组成成分，主要参与电子传递、氧化应激反应、运输和降解、歧化超氧化物等多项生化功能[3]；铁参与体内物质和能量代谢，是体内很多氧化还原反应过程中的重要电子传递体[4]；锰在碳水化合物、脂类、蛋白质和胆固醇代谢中是酶活化因子的组成部分，对生殖机能、大脑代谢、骨的形成有重要影响[5]；锌是多种酶组成成分和激活剂，对动物生长、发育、繁殖和代谢活性具有生理作用[6]。

目前，猪微量元素添加量多参考美国的NRC 标准，但NRC 标准中微量元素需要量大部分来自20 世纪50～70年代的研究结果，陈旧的标准难以满足现在的养猪生产实际情况[7]。自试验发现在饲料中添加高锌、高铜具有一定的抗腹泻、促生长的作用后[8-9]，国内饲料公司均在代乳料中添加远远超过断奶仔猪正常需求量的铜和锌。在饲料中过量添加微量元素，不仅会增加饲料成本，对动物、环境等各方面都有严重的负面影响。所以，本文旨在对猪日粮中铜、铁、锰、锌使用的现状、过量添加的负面影响及减量使用的技术措施进行综述。

1 铜、铁、锰、锌使用的现状

在世界各国，有根据大量饲养实验结果和动物生产实践的经验总结，对猪所需要的各种营养物质的定额作出的饲养标准，在畜牧生产中起着重要的指导作用。现有猪的铜、铁、锰、锌添加标准见表1。

表1 部分国家猪的铜、铁、锰、锌需要量标准

各国营养标准虽然划分阶段不同，干物质基础不同，但是微量元素需要量相差不大，表明猪的铜、铁、锰、锌需要量具有广泛适用性。我国农业部的2625号公告规定，在仔猪断奶后前两周特定阶段，允许在此基础上使用氧化锌或碱式氯化锌至1 600 mg/kg（以锌元素计）；《饲料添加剂安全使用规范》规定仔猪(≤30 kg)在日粮中铜的最高限量200 mg/kg。但是国外对微量元素的使用限定量远远低于我国的使用限定量。欧盟规定代乳料中铜允许量170 mg/kg，锌为200 mg/kg；加拿大、美国饲料协会也规定饲粮中铜和锌最大限量分别为125 mg/kg 和500 mg/kg[10]。因此，我国在限制使用微量元素的规定上还有很大的进步空间。

2 过量添加的负面影响

2.1 饲料品质下降

无机矿物质添加剂一般为硫酸盐和氧化物，水溶性高，易氧化，易导致饲料中维生素或脂肪等物质的降解和破坏，形成有害的自由基和过氧化物，从而降低饲料的适口性[11]。程忠刚等[12]表明，在含有微量元素铁、锌、锰的情况下，维生素预混料在贮藏3个月后维生素K 损失80%以上，叶酸损失40%以上，维生素B6损失20%以上。此外，无机微量元素中重金属、二噁英、多氯联苯、氧化剂及其它杂质残留，会对饲料中维生素、油脂、非营养性添加剂等造成破坏，降低饲料品质[13]。

2.2 猪生产性能下降

饲料中含有大量的铜易导致黄膘，因高铜本身的催化氧化作用可使饲料中的油脂氧化加快，增加维生素E的需要量，当饲料中不饱和脂肪酸含量过高和维生素E含量不足时，腊样质在脂肪组织中沉积而形成黄膘肉[14]。Schwarz等[15]研究发现，锰过量可降低猪的日采食量（ADG），引起动物生长受阻，造成脂质氧化，破坏机体新陈代谢的稳定。Pu等[16]研究发现，猪长期采食过量的微量元素，会对猪肝脏的结构和代谢功能造成损害。长期添加高剂量微量元素还会造成动物的慢性中毒，结果表现为仔猪后期生长抑制、采食量下降、皮肤苍白、被毛粗乱卷曲等，降低畜产品的可食性[17-18]。

2.3 环境污染

无机微量元素消化利用率低，一般在15.85%～44.20%之间，不能被吸收的微量元排泄到环境中从而造成污染[19]。薄录吉等[20]系统收集了我国21 个省市规模化养猪场粪便和11个省市猪饲料重金属浓度数据，分析了其污染特征，结果表明我国猪粪重金属含量严重超标。用这些猪粪施肥后，土壤中某些重金属含量会超过国家土壤质量二级标准(GB 15618—2008)。谢光辉等[21]对我国畜禽粪便资源量的数据进行分析，估算2010 年中国各种畜禽粪便的鲜重产量有22.28 亿吨。如此大的粪便产生量，如果长期粪便金属超标，对环境具有极大的破坏作用。郭小权等[22]试验表明，高锌日粮能显著增加断奶仔猪粪便中锌的含量，易造成环境污染。Yazdankhah 等[23]研究发现，高剂量的铜、锌可促进微生物产生耐药性，加剧抗生素抗性基因的污染。

综上所述，猪日粮中长期超量添加微量元素会降低饲料的品质及安全性，损害动物健康，而且会促进微生物产生耐药性。不能被机体吸收的微量元素一部分会沉积在动物体内引起动物中毒或产生高重金属畜产品，另一部分则会随动物粪便排出体外污染环境，并且通过食物链的富集作用，最终威胁人类健康。因此，减少猪日粮中微量元素使用量的问题势在必行。

3 猪日粮铜、铁、锰、锌减量技术

目前，微量元素营养主要分为三个阶段。一代微量元素：无机微量元素，如硫酸亚铁、碳酸铜和氧化锌等；二代微量元素：有机酸盐，如富马酸亚铁、柠檬酸锌等；三代微量元素：以氨基酸、多糖及其衍生物、肽及蛋白质为配位体形成的微量元素螯合物或络合物，如蛋氨酸螯合锌、赖氨酸螯合铁等[24]。

3.1 使用有机微量元素的优势

有机微量元素是金属元素与蛋白质、小肽、氨基酸、有机酸、多糖衍生物等配位体通过共价键或离子键结合而形成的络合物或螯合物，在生产中常指大于一代微量元素的添加剂。从机理上说，有机微量元素在络合或螯合状态下利用配位体进行转运，避免了金属离子在肠道吸收时的竞争颉颃，提高了吸收效率，低量高效。所以，与无机微量元素相比，有机形式的微量元素具有更高的生物利用率。同时，大量研究也表明，有机微量元素在猪上具有稳定性好、生物效价高、易消化吸收、适口性好、毒性低、抗干扰性强，还可以提高抗病及抗应激能力、增强免疫力、抗氧化力、提高繁殖性能及减少环境污染等特点[25-28]。

3.2 将饲料原料中微量元素含量计算进配方

配方师在设计配方时常常未考虑饲料原料中微量元素的含量。从表2（中国饲料成分及营养价值表，2014）可见，玉米中的铜、铁、锰、锌含量均低于豆粕，饲料原料中微量元素含量的基本规律是铁最高，锌或锰次之，铜最低。

以一个典型的生长猪饲料配方为例，来自天然的饲料原料中铜、铁、锰、锌的含量见表3。

日粮中天然的饲料原料含有丰富的微量元素，以此配方为例，可以看出配方中饲料原料的铜、铁都可以满足NRC营养需要（表3），不需要额外补充矿物质添加剂。但生产中常常不把饲料原料中微量元素的量计算进配方，只是把它当作保险系数。如果配方中把饲料原料的量计算进去，可以节省大量的矿物质添加剂。但是我国幅员辽阔，自然条件差异巨大，土壤类型复杂，饲料原料中微量元素的变异幅度相差悬殊[29]。因此，完善各地区的原料相关数据具有重要意义。

表2 我国常见饲料原料中铜、铁、锰、锌的含量(mg/kg)

表3 典型生长猪配方中铜、铁、锰、锌来源分析(mg/kg)

3.3 添加植酸酶

饲料原料中的微量元素很多以植酸盐的形式存在，吸收利用率低，在做配方时常常忽略。使用植酸酶可以释放出微量元素，这也是现在饲料中经常使用的添加剂[30]。Kim 等[31]表明，过量(＞1 500 FTU/kg) 添加植酸酶分解植酸，可显著改善仔猪体内铁营养状况、提高饲料转化率和生长速度。Jondreville 等[32]通过搭建模型表明，1 000 U 的植酸酶等于在饲料中加入(17.8±3.0) mg/kg的硫酸锌。由此可见，过量添加植酸酶相当于添加铁、锌的量。

3.4 降低添加剂量

3.4.1 断奶仔猪

许多研究表明，饲料中添加少量的有机微量元素即可满足猪在生产上的需求。Veum等[33]在断奶仔猪饲料中分别添加50 mg/kg 和100 mg/kg 铜蛋白，对照组添加硫酸铜（以铜计250 mg/kg）饲养14 d，结果表明：在日粮中添加50 mg/kg 和100 mg/kg 铜蛋白可以提高断奶仔猪ADG和ADFI，并且减少77%和61%粪便中铜的量。Yu等[34]发现，在断奶仔猪饲料中30 mg/kg的氨基酸铁生物利用率显著高于120 mg/kg的硫酸亚铁。魏茂莲[35]研究发现以硫酸锰的利用率为100%，则甘氨酸锰和复合氨基酸锰相对于硫酸锰的生物学利用率分别为113.24%和104.64%。夏添[36]发现600 mg/kg纳米氧化锌在提高断奶仔猪生长和降低仔猪腹泻上可达到2 000 mg/kg 氧化锌的效果。Creech 等[37]研究报道，与对照组相比（以硫酸盐形式添加铜、锌、铁、锰25、150、180、60 mg/kg），有机组（以蛋白盐形式添加铜、锌、铁、锰5、25、25、10 mg/kg）的ADG、ADFI和料肉比（F∶G）没有显著差异，但能显著降低仔猪的粪便矿物质排泄量。

3.4.2 生长育肥猪

Gowanlock 等[38]通过试验发现，在典型的玉米-豆粕型日粮中添加50%的NRC(2012)推荐的微量元素水平就能满足生长猪的生产需求。Burkett 等[39]通过试验表明，使用有机微量元素将剂量减少至无机微量元素的一半，对18～118 kg猪的生长性能没有显著影响，并且粪便中矿物元素含量显著下降。文超越等[40]研究发现，育肥猪日粮中铁、锰、锌、镁和铜元素的量可减少NRC(2012)推荐量的30%，且不会影响育肥猪后期的生长性能和肉品质。何海健[41]认为，在猪60～90 kg 阶段补充必需微量元素可以不添加矿物质添加剂，不会影响猪的生产性能。

3.5 微量元素的合理搭配

无机微量元素在彼此间存在着一定的协同与颉颃作用。例如，锰含量高时可抑制铁的作用；铁过高会降低铜的吸收率；锌能干扰铜的吸收和铁的代谢[42]。各元素间必须保持适当的比例才能提高动物对微量元素的吸收利用率，进而提高饲料转化率、生产力和经济效益。方热军等[43]提出了矿物元素理想模式这一概念，所谓矿物元素理想模式是指日粮中矿物质微量元素在组成(包括元素的机构形式)和比例上与动物所需矿物质微量元素的量保持一致，动物对该种日粮中矿物质微量元素的利用率应为100%。然而国内外对微量元素的研究多集中在单一微量元素营养上，缺乏整体性的研究。

4 小结

在动物饲料中过量添加微量元素会影响饲料品质，损害畜禽健康，威胁人类健康和造成环境污染，影响可持续发展。目前，通过大量的研究和技术的更新，在猪日粮中减少微量元素的剂量被证明是可行的。使用生物利用率更高、更环保的有机微量元素；完善各地区的饲料原料数据，在配方中将饲料原料的微量元素量计算进去；添加植酸酶；制定更符合现阶段规模化的猪营养需求都是有利于问题解决的办法。然而，有机微量元素的精确使用量，各个地区的饲料原料微量元素含量，对微量元素平衡性的研究，对猪营养需求标准进一步的精准研究，都是有待解决的问题。