摘要 本文从生态模拟角度，提出生态营养的概念和理论体系、技术框架，及其在无公害养殖中的应用。
关键词 生态营养；微生物；无公害养殖
动物营养经过三十多年的发展，促进了饲料工业和整个畜牧业的进步，初步满足了人们的食用需要，但也暴露出许多问题，如营养利用与对环境的污染，药物滥用引起的药残和抗药性，畜产品品质下降等。本文论述营养学的现状与发展方向，提出生态营养的概念，以促进无公害养殖的开展。
1 自然条件下动物营养在生态系统中的地位
自然条件下，野生、放牧或圈养动物借助其天赋的营养智慧和摄食行为，自由捕杀别种动物，采食植物相应的可食部分，包括可能有治疗和保健功能的植物成分，接触丰富多样的环境和微生物，来满足其生长繁衍的营养需要。由于季节、食物、空间、天敌、疾病、争斗等生态因素的制约，动物保持着相应的较小的群落规模，动物营养作为食物链的一个环节，自然地融入生态网络。这时，很少需要人为的工作，完全是生态规律起主导作用：自然的死淘率、繁殖率，天然的食物，粪便和臭气很快分散开，并分解消失，动物的屠体、奶、蛋、皮毛、畜力被人类消费利用。没有严重的污染、大规模的传染病，也没有药物的使用与残留。但生产效率很低，无法满足人类生存和人口膨胀的食物需要。
2 集约化养殖的代谢营养和配合饲料
2.1 配合饲料的发展与成就
“天工，人其代之”。为了满足人类对畜产品的需求，人们模拟自然的生态条件，大规模地集约化养殖家畜，并着力选育生产性能高的优良品种。由于饲料占整个养殖成本的大部分，因此对动物营养的研究成为畜牧业的重要课题。
通过对家畜和作为饲料主体的植物的总体及组织的化学分析，将营养物质划分为蛋白质、碳水化合物、脂肪、矿物质和水等成分。并随分析方法的进步，各类成分又有更细的划分和评价，并认为通过动物的消化吸收，植物饲料的营养物质可以转化为动物畜产品。因此，消化吸收是动物营养的核心。
动物消化道、消化器官的结构功能及各种消化酶得到很快研究，围绕着营养物质的代谢生理与生化，建立了消化试验、代谢试验、平衡试验、饲养试验、屠宰试验等方法。经过三十年细致繁复工作，制定了不同畜种、品种的各生理阶段的群体平均营养需要，作为营养标准；测定了主要饲料原料的营养成分，采用了线性规划和目标规划等数学优化技术，精确地配合各种饲料原料，以满足动物的营养标准，并达到最低成本。同时，饲料生产技术和设备也日益完善，这样，精确的营养标准、现时的饲料原料成分分析、快速准确的电脑配方软件和忠实于配方的生产技术，共同构筑了配合饲料，并引发了饲料工业的飞跃发展。
以山东省为例，1999年以来工业饲料产量达720万吨，年产值50亿，农民三分之一的收入来源于畜牧业，畜产品已基本上满足了人们消费需求。饲料的利用率大大提高，生长速度加快，饲养周期缩短，动物的生产性能显著提高。例如，20世纪60年代，肉猪增重1千克至少消耗4.5-5千克饲料，而今却仅需2.5-3千克，达到90千克体重由原来的180日龄缩短到150-135日龄；肉鸡料重比由4:1降到1.8-2:1；淡水鱼增重1千克只需1千克饲料；高产乳牛群年平均泌乳量可达10吨以上；高产蛋鸡群一个产蛋年平均产蛋250-270枚。
2.2 配合饲料的理论基础
配合饲料的理论基础是纯粹的营养代谢生理和配方技术，也是对动物的营养的生态模拟。近三十年来，动物营养学与兽医传染病学截然分开并行发展。动物营养学认为饲料中的营养物质经过消化道的物理的、化学的、酶的和微生物的作用，分解成简单的可吸收的氨基酸、单糖、脂肪酸、无机盐等小分子，被消化道吸收并再合成动物体组织。因此，选用营养价值高且易消化吸收的较单一的饲料原料，对消化道微生物的存在和有益作用认识不足。由于令人恐怖的传染病的影响，动物营养对微生物是排斥的，大量使用消毒剂，将抗生素和化学药物添加到饲料中，形成了“高营养水平+高剂量药物”饲养模式，造成常规饲料原料紧缺与天然非常规饲料浪费共存，药物的滥用与耐药菌、药残相随的严峻局面。
实际上，大多数微生物是肠道正常菌落，是家畜长期进化的伙伴，有着共生互利的关系，参与家畜的免疫和营养物质的消化，是家畜健康、生长的必要保障。
研究表明，成年人体细胞约1013，而包括体表和体腔微生物，则细胞总数达1014，包括400多个种，即，人体细胞仅占“人体群落”的1/10。这9/10的微生物很微小，总重量约1.27千克，其中在消化道中1千克。如此多的微生物而且广泛存在于体内和周围环境，无时无处不在，有相当大的作用。一是微生态作用，二是营养作用。
对无菌动物、SPF鸡、正常鸡和病鸡的消化道菌相分析，可以明显看出微生物种类和数量的不同，及其引起的变化：10个肠炎沙门氏杆菌就可以使一只无菌小白鼠致死，而100万个肠炎沙门氏杆菌却不会引起正常小白鼠的异常变化。无菌动物和SPF鸡的饲料营养水平要高出正常动物20-50%，而且氨基酸、维生素要超量添加。瘤胃微生物的复杂作用和对反刍动物营养的影响更是人所熟知。因此，维持动物消化道正常菌相是保证健康、提高生产性能的前提，也是节约饲养成本的关键。，
由于片面追求规模效益与产量，忽视了动物营养在生态系统中的应有地位，造成动物营养在食物链的局部膨胀、中断，引发畜产公害。
2.3 配方饲料的局限与不利影响
常规饲料研究的重点已由蛋白质、碳水化合物、脂肪和矿物质转向氨基酸、微量元素、维生素、酶和激素等。但仍旧未跳出常规配方营养的框架，未能以生态学观点来对待本处于生态系统中的动物营养，这是其最大的局限。这对生态环境、人类社会和畜牧业本身都造成不利影响：
1）饲料原料单一，主要是玉米-豆粕型。一方面消化率有提高的余地，另一方面大量的非常规饲料未得到利用，造成资源的配置性浪费；
2）抗生素、化学药物的滥用，导致耐药性、药残，影响动物和人的健康和治疗效果；
3）污染环境。如氮、磷、重金属、臭气、粪便、污水，造成对整个生态的非协调性破坏；
4）微生态的失衡导致巨额的治疗费用。
3 生态营养的新概念
3.1 生态营养的概念
针对配方营养的缺陷和不良影响，专家从不同角度提出生态营养的新概念。
从营养与生态的角度，讨论了传统动物营养学静态、机械、孤立割裂、单纯的研究方法的弊端，卢德勋（1990）首先提出计量营养学（Quantitative Nutrition）、绿色营养技术（Green Nutritional Techniqus），指出要应用系统科学的思维原则和研究方法，以计算机为主要研究手段，在精确数量化的基础上进行正确的饲养和营养决策，以实现营养调控，减少营养浪费。邢廷铣（1996）认为动物生态营养学是以生态学和生态经济学理论为基础，应用系统科学的研究方法，把环境?动物?产品作为一个整体，研究动物在生存条件构成的多维环境条件中，对各营养要素的动态需求，在精确量化的基础上，用计算机模拟物质流、能量流和经济流的动态转化、平衡及调控模式，以求用尽可能少的饲料资源，在尽可能短的周期内，生产出尽可能多而优的畜产品，获得尽可能大的经济效益，达到或维持尽可能最佳的生态平衡。该理论强调改善养殖环境，通过精确的量化和模拟，提高系统的整体效率和生态效益，但量化的基础是对消化道微生态的深入研究和调节。
从营养与环保的角度，在1997年家畜生态和环境卫生年会上，著名动物营养学家张子仪就打破动物营养框框，指出饲料行业繁荣背后的危机，针对有机砷、高铜等药物使用和环境污染，提出“生态文明”的概念，从国情出发，提出农牧结合、三元种植、农户养殖、绿色食品等宏观对策。杨胜（1997）认为环境的污染约15%是由养猪业粪尿排放造成的，除了加强粪便污水及时处理和利用的治标外，治本之道仍需从抓其源头做起，即开发环保饲料配方，控制臭气对生产环境的污染，改善和控制氮、磷的环境污染，提高饲料消化率，减少养分损失，改善饲料卫生。傅月华（1997）、颜新春（2000）也提出类似的概念，另外强调了非淀粉多糖（NSP）的利用和重金属的污染。李德发（2000）强调使用合成氨基酸降低饲料蛋白质，添加植酸酶降低饲料无机磷，以及使用益生素、酶制剂、微生物蛋白配制低污染日粮技术。除了应用植酸酶、纤维素酶外，环保饲料、低污染日粮仍是在传统动物营养框架内调整，没有深入探讨微生态对营养利用的影响以及微生物技术的充分应用。
随着微生态理论在畜牧业界的传播和应用，动物营养学界进行了大量微生态产品的应用研究。蔡辉益（2000）分析了微生物在维生素合成、氮、糖类、脂类代谢中的作用，综述了活菌制剂、微生物培养物、酸化剂、寡糖、中草药在饲料工业中的应用。
综上所述，笔者认为，生态营养（Eco－Nutrition）的概念是：在配方营养的基础上，应用生态学原理，调整动物体内和环境中的微生物种类和数量，保持体内微生态平衡和机体健康，激发消化吸收能力，从而广泛地、高效地利用一切可能的饲料原料（包括中草药、低聚糖、短肽），减少抗生素和化学药物使用，低成本地生产优质健康的畜产品，减免对环境的污染和对人类健康的危害。
它有如下要点：
1）存在即是合理。微生物是生态系统的重要组成部分，它无时不在，伴随人和动物一生；它无处不在，存在于食物、环境和体内。没有理由忽视它的存在，而应列入生产系统中考察和管理。微生物是自然存在的，相对于人有益与害，犹如双刃利剑，在防与治的同时，更应注意利用。
2）微生物及其代谢产物（酶、维生素、氨基酸、抗生素、免疫物质）是营养学的核心内容，极大地影响动物的营养代谢。它可以利用更广泛的原料作饲料，提高饲料报酬和利用率，减少营养性浪费与污染。是对配方营养的补充和拓展。
3）健康是营养利用与转化的前提与保障，微生物的生态平衡作用有利于微环境的稳定和优化。可以利用有益微生物制约有害病原菌，减免防病促进生长的药物使用，避免药物残留和耐药菌的增加。
4）植物作为生态系统成员，除了营养作用外，中草药经适当组合与应用，也能抑制病原菌，促进健康与消化力。
5）高效的营养转化和健康的体况，相应的动物福利和环境卫生，保障了人类食用安全和环境卫生。
6）生态营养分两个层次，宏生态与微生态，两者相辅相成。宏生态是指对宏量饲料原料，尤其非常规饲料的利用和常规饲料的节约，以减少资源浪费和对环境的污染；微生态是通过正常菌群及其代谢产物，调理消化道微生态环境，提高饲料消化吸收，改善畜禽健康状况。
生态营养是畜牧兽医行业的发展主流和重要研究与应用课题，也得到政府的政策与法规的支持和保护。加入WTO，我们面对更广阔的国际市场，也要面对更苛刻的市场需求，这需求来自一丝不苟的“洋人”，也来自于体质和健康更需改善的国人。
农业部加强了批准文号和生产许可证管理，禁止“克伦特罗”、催眠药、砷制剂使用，限制大批药物用作饲料添加剂，将药物相应从饲料中剥离出去。行政主管部门、企业和科研院校均在着力研究抗生素替代品，建立饲料安全体系和标准。
4 生态饲料的框架
4.1 大配方的变化：
粗蛋白的降低、粗纤维的分解利用、钙磷的降低、廉价非常规饲料资源的大量使用。与之相配套的还有饲养环境、家畜品种品质、饲料原料的卫生，乃至有机食品生产规范等。
4.2 大配方的改变很大程度上取决于小配方的调整：
氨基酸的平衡可降低饲料粗蛋白水平，蛋、赖、精、苏氨酸适量添加可降低粗蛋白1-3%，粪氮降低25-35%，尿氮降低41%，而增重、饲料报酬和胴体品质不受影响（郑春田，2000）；蛋白酶、酶解的短肽可提高蛋白质的吸收效率；高产特定氨基酸的菌株用于体外发酵饲料，或随饲料以活菌添加到消化道，弥补饲料氨基酸的欠缺。
纤维素酶、聚糖酶、糖苷酶的应用，使粗纤维不再是废物或抗营养因子。饲料原料中粗纤维将象粗蛋白一样被分析成更细致的成分，非淀粉多糖表示成纤维素、半纤维素、木素，标明其主要单糖组成和糖苷，以及分解所需的酶、产生多少能量和有益的低聚糖。如β-葡聚糖酶、甘露聚糖酶等使大麦、豆粕的能值提高10%，为杂粕的使用提供了配方空间。另外粗纤维分解物的促微生物生长、促免疫、信号分子作用也具有诱人的应用前景（王克夷，1998）。粗纤维的利用需要在微生物酶学做大量艰巨的工作，也将是动物营养继蛋白质研究之后的重大突破。
单项植酸酶将随着成本降低而更广泛使用，节约无机磷，减少排磷量是生态饲料的重要特点。植物原料中植酸酶也应充分利用，如饲料中麦麸添加到17.6%时，依靠麦麸的植酸酶分解植酸盐释放的无机磷已可基本满足育肥猪对有效磷的需要了（杨胜，1997）。
由于酶制剂和益生素的不稳定性和高价位的限制，体外预消化工艺（章世元，2002）得到重视和研究。
除了螯合盐外，微量元素可以玻璃缓释技术消除结晶水、游离水的影响，使用更精确、安全、方便、无尘，减少重金属的残留和污染。
食盐适当节制，饲料中添加0.2%的食盐即可改善猪的采食，多加无益，多余排放不利于土壤和农作物。
除了营养的改善外，饲料的保健功能需要加强。中草药由于不易产生耐药性和残留、作用平和、来源广、成本低，食疗两用，需要深入的研究和广泛应用，对于建立安全养殖体系有重要意义。
进一步研究微生物耐药机制，研制高效低残低耐药性抗生素；研究抗生素与中草药抑菌抗病机理，合理组合抗生素与中草药，减少药物使用量和残留。抗生素主要用于治疗，尽量避免在饲料中用于促生长。坚决制止激素、催眠药、重金属等在饲料使用。
4.3 健康菌相作为饲料标准的重要组成部分：
在营养学的测定氨基酸代谢率试验中，为人推崇的“真可代谢氨基酸”是一个值得推敲和重视的概念，为了避免盲肠微生物降解对鸡氨基酸代谢率影响，营养学试验通过手术作回肠瘘管取样，或者干脆切除盲肠，以求精确。实际上，微生物遍布消化道，无法去除，而去盲肠鸡、无菌鸡或SPF鸡所得出的代谢率根本不能反映正常鸡的消化情况。正常微生物维持着消化道的微生态平衡，促进营养消化利用、抑制病原菌的繁殖和感染、刺激机体的免疫机能，是和营养利用密不可分的。尤其鸡的盲肠是重要免疫器官，是消化道正常菌群的贮存、缓冲、接种区域，切除之将使消化道微生态变得敏感和不稳定。
微生态平衡不是抽象概念，随着对消化道微生物的分离培养技术的进步及其生态关系的深入了解，可以量化各畜种不同生理阶段在健康状况下正常菌相作为标准（如表1），采用活菌制剂、低聚糖、营养调节来满足。无论如何特殊的菌株，都不可能完美无缺，也都不可能不与微生态相联系，因此微生态的研究有重要的应用价值，即使简单的粪便涂片也能大致反映出微生态的状况，提供调节微生态的线索。基因组计划的进展促进了微生物分子生态学的发展。核酸探针、PCR、rRNA序列同源性分析、梯度凝胶电泳等技术发展起来，用于通过DNA、RNA快捷准确地分析、测定微生物群落及其变化，包括许多不易培养的微生物（赵立平，1999；朱伟云，1999；罗雯，2000）。
5 生态饲料
在生态营养理论指导下，研制生产的满足生态营养要求的添加剂、预混料和配合饲料。有下列几类：
5.1 酶制剂：包括蛋白酶、纤维素酶、植酸酶、聚糖酶及其复合酶制剂。
5.2 益生素：农业部规定的12种饲用微生物及其复合活菌制剂，包括其培养物。
5.3 寡糖：木寡糖、果寡糖、甘露寡糖、乳寡糖、α-葡萄寡糖等。
5.4 中草药：单味、复方中草药、中草药提取物。
5.5 饲用抗生素：饲料添加专用的代谢快、残留小、耐药性差的高效抗生素。
5.6 免疫增强剂：源于植物、微生物的天然免疫增强剂。
5.7 更多种类的氨基酸、维生素、诱食剂、营养调节剂、色素、香味素。
5.8 上述添加剂适当地组合形成的复合预混料、配合饲料。
同时也存在道理相同、更为返朴归真的有机饲料（Organic
Feed），IFOAM基本标准是目前有机食品生产和工艺最具影响的方法。这些不是最终的条文，而是有助于整个世界有机农业发展的工作。当农产品要用有机食品的标志在市场上进行销售时，生产者和制造者必须通过国际或国内组织根据此标准的认证。
IFOAM（国际有机农业运动联合会，International Fedrational of Organic Agriculture
Movements）的基本标准是一个有关有机农业和食品生产的总原则，对畜禽的来源、畜禽饲料原料、保证畜禽健康的措施标准、畜禽的生活条件、畜产品加工与贸易、向环境排污标准等都有严格细致的规定，崇尚纯自然的生产方式，摒弃人为干扰和贪婪的掠夺式生产，这是最为符合生态规律的畜牧业生产方式，能维持动物、微生物与人的持续共存共荣。从某种意义上，我国更适合有机农业发展：劳动力充足，地大物博，有几千年有机农业历史和经验。中国式的思维和生产习惯早在《周易》、《天工开物》、《本草纲目》中体现，最终能够正确看待西方工业化，走出一条可持续发展的道路。
6 生态营养的目标??无公害养殖
6.1 避免有害物质的残留，生产无公害畜产品，乃至有机食品，保障人类健康；
6.2 利用广泛的饲料资源，提高饲料利用率和畜产品产量，降低饲料成本；
6.3 通过生态营养，走出抗生素??耐药性的怪圈，建立无药养殖体系，保持动物健康体况，降低治疗成本；
6.4 减少环境污染，改善生产条件和生态平衡。
