家畜需要更绿色的饲料

鸡、 牛、 猪等家畜为人类提供日常所需的蛋、 奶、 肉等食物。 然而, 家畜养殖对环境影响很大, 并且随着全球人口持续增长, 动物蛋白需求不断攀升, 给土地、 水和能源等自然资源带来了前所未有的压力。

传统饲料主要以大豆、 玉米和小麦为原料, 而这些作物的种植过程需要消耗大量自然资源。 全球生产的近 80% 的大豆被用于饲养牲畜, 这种巨大需求直接导致了大面积的森林砍伐。 为开辟大豆种植园而砍伐树木不仅会释放储存在土壤和植物中的碳, 还会削弱地球吸收二氧化碳（一种温室气体）的能力, 进而加剧气候变化。 此外, 种植饲料作物需要施用大量化肥, 下雨时过剩的化肥会流入河流和海洋, 对鱼类及其他野生动物造成危害。 这些做法正不断破坏生物多样性、 侵蚀生态系统, 因此我们需要更环保的家畜饲养方式。 但出路究竟在哪里？

前沿技术:替代蛋白饲料

替代蛋白饲料或许能提供答案——既能满足动物营养需求, 又可大幅减少资源消耗与环境负担。 这类新型饲料以昆虫、 藻类、 单细胞蛋白及食品废弃物等可持续资源为原料, 不仅营养丰富, 其生产所需的土地、 水和能源也远低于传统饲料。 更可贵的是, 它们往往能将原本被废弃的材料转化为高价值资源。

以藻类为例:这种生长在水中的单细胞植物状生物富含蛋白质、 脂肪等多种营养素。 在养殖箱或池塘中, 微藻能快速吸收二氧化碳并增殖, 是理想的动物饲料来源 [1]。 此外, 细菌、 酵母菌和真菌等微生物也能作为单细胞蛋白的来源。 与藻类一样, 这些微生物可在生物反应器等受控环境中培养, 通过精确调控温度与营养供给, 仅需极少的土地和水即可实现规模化生产。 某些系统甚至利用甲烷或二氧化碳等废气作为培养基, 将污染物转化为高价值蛋白, 这对于难以种植传统饲料作物的地区尤为适用 （想了解更多将废气转化为有用产品的信息, 请参阅本系列中的这篇文章）。

新型饲料技术

替代蛋白饲料已在全球各地的农场中测试和使用 （图 1）。 虽然目前全球产量仍远低于大豆和玉米, 但不断增长的兴趣与投资正推动这一技术领域快速发展 [2, 3]。

例如, 黑水虻幼虫被用于处理餐厅或农场的果蔬残渣等食品废弃物 [4]。 这些富含蛋白质和脂肪的昆虫成为鸡、 猪和鱼类的健康饲料, 既提供了优质营养, 又使本将填埋的食品废弃物得到循环利用。 全球每年有数百万吨未食用的食物被丢弃, 包括果皮、 菜叶和剩饭等。 当这些有机废物在填埋场分解时, 会释放强效温室气体甲烷, 加剧气候变化。 研究人员正在探索将果皮、 橙渣和菜叶等废弃物直接转化为动物饲料的方法 [5]。

藻类饲料正逐渐成为水产养殖中替代传统鱼食的高蛋白选择。 藻类能在水中快速生长, 并通过光合作用吸收二氧化碳, 将其转化为生长所需的能量和养分。 这一特性使藻类养殖不仅能减少大气中的二氧化碳含量, 助力应对气候变化, 还为鱼类和贝类养殖提供了环保选择。 某些藻类还含有促进鱼类健康生长的必需脂肪。 如今, 藻类饲料也逐渐成为其他家畜的营养辅食。

由细菌和酵母菌等微生物制成的单细胞蛋白也被用作动物饲料。 这些微生物可在培养箱的受控环境中轻松培育, 其产生的蛋白可加工成类似豆粕的粉末状饲料。 这在因干旱、 土壤贫瘠或耕地匮乏而难以种植玉米、 大豆等传统饲料作物的地区尤为适用。 通过使用微生物替代作物, 这些地区的养殖户仍能为动物提供维持健康所需的蛋白质。

替代蛋白饲料可根据不同的养殖类型进行定制。 水产养殖户可选择藻类饲料, 而家禽养殖户则可采用昆虫饲料。 这种灵活性让养殖户能够根据自身养殖需求选择最佳方案, 在节省成本的同时减少对环境的影响。

重大挑战与更大机遇

替代蛋白饲料有望推动养殖业实现可持续发展, 但要达成这一愿景仍需克服一些关键挑战。 首要难题是如何实现规模化生产以满足全球农场需求。 以黑水虻幼虫为例, 小规模养殖虽已成熟, 但要满足数百万头牲畜的饲料需求, 必须建立全新的养殖体系及配套的大规模生产设施。 同样, 藻类和单细胞蛋白的大规模培育也面临成本高昂、 技术复杂等难题, 特别是在清洁水源和可再生能源匮乏的地区。

科研人员正深入研究替代饲料对动物的影响, 以确保其安全性、 营养适配性及在不同养殖系统中的适用性。 具体工作包括监测动物的生长表现、 健康状况, 以及验证饲料营养成分是否满足动物需求。 进一步的研究将有助于针对不同物种 （如鸡、 鱼、 牛等） 和不同环境条件 （如气候炎热或寒冷的地区, 或水资源及空间有限的农场） 优化饲料配方。

改变养殖户的旧观念同样重要。 他们早已习惯使用大豆、 玉米等传统饲料作物, 难免认为新型饲料存在风险。 科学家和企业正在努力证明, 替代饲料不仅更环保, 而且安全可靠, 有益动物健康且价格合理。 为确保这些饲料对动物和人类都安全无害, 建立明确的行业标准和监管规范是关键。

尽管存在这些挑战, 替代蛋白饲料仍展现出令人振奋的前景。 这些创新方案可减少对传统饲料作物的依赖, 有助于保护森林资源、 节约用水并减少温室气体排放。 它们还催生出全新的养殖模式, 如利用食品废弃物养殖昆虫或在培养箱中培育单细胞蛋白。 这些创新不仅可创造就业机会, 造福当地社区, 更能推动养殖业向更高效、 更环保的方向转型。 借助多方协作与持续创新, 替代蛋白饲料有望在保障全球粮食供给的同时, 成为守护地球生态的重要力量。

术语表

森林砍伐 (Deforestation) : ↑ 大规模砍伐森林 （通常为了腾出农业或建筑用地）, 这种行为会释放二氧化碳并破坏野生动物栖息地, 对环境造成严重危害。

替代蛋白饲料 (Alternative Protein Feeds) : ↑ 以昆虫、 藻类或食品废弃物等可持续来源制成的新型动物饲料, 可减少自然资源消耗并降低对环境的影响。

单细胞蛋白 (Single-Cell Proteins) : ↑ 源自细菌或藻类等微生物的蛋白, 可作为家畜饲料的原料。

可持续 (Sustainable) : ↑ 以保护地球并确保资源能惠及子孙后代的方式利用资源。

生物反应器 (Bioreactors) : ↑ 特制箱体或机器, 通过控制微生物、 藻类等生物的生长环境来生产蛋白或燃料等有用物质。

水产养殖 (Aquaculture) : ↑ 在养殖箱或池塘等受控环境中培育鱼类、 贝类等水生生物的农业生产方式。

利益冲突声明

作者声明本研究不涉及任何潜在商业或财务关系。

致谢

由 SJD Consulting, LLC. 科学撰稿人/编辑、 毕业于美国马萨诸塞大学陈氏医学院晨兴生物医学研究生院的 Susan Debad 博士参与撰写和编辑。 图表制作方为 Somersaultl8:24。

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