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研究人员发现可用工业微生物制造“绿色”饲料
日期:2018-07-31 作者:编译:龚晶 来源:农科智库 点击:
     如今,牛、猪、鸡的农业饲料栽培会对环境和气候造成巨大影响,包括森林砍伐、温室气体排放、生物多样性减少和氮素污染。如果在工业设施而非耕地里进行饲料栽培,或许可以帮助我们减轻农业食品供应链所产生的严重影响。由大规模工业设施制成的富含蛋白质的微生物,越来越有可能代替农作物为主的传统饲料。最近,一项发表于《环境科学与技术》(Environmental Science & Technology)期刊的新研究首次估测了在全球范围内给猪、牛、鸡喂食微生物蛋白质所带来的经济和环境潜力。研究人员发现,只需将2%的家畜饲料替换成富含蛋白质的微生物,就可以让农业温室气体排放、全球耕地面积损失和全球氮素损失分别减少5%以上。
    该研究的作者本杰明·里昂·博得斯基(Benjamin Leon Bodirsky)来自莱布尼茨学会(Leibniz Association)成员之一波茨坦气候影响研究所(PotsdamInstitute for Climate Impact Research, PIK),他表示:“在全球范围内,用耕地栽培的蛋白质饲料中有大约一半都是被鸡、猪和牛食用掉的。”但如果不对农产品系统做大幅改变,人们偏好肉类食品的饮食习惯会使得对粮食和动物饲料的需求增加,进而持续导致森林砍伐、生物多样性减少、营养盐污染以及影响气候的温室气体排放。“然而,目前出现的一种新技术或许能避免这些对环境造成的负面影响:在工业设施内可以用能量、氮素和碳培养微生物,来生产蛋白粉,代替大豆充当动物的饲料。在实验室而非耕地中培养饲料蛋白质,或许可以减轻饲料生产所带来的一些环境和气候方面的影响。根据我们的研究预计,由于微生物蛋白可以带来经济回报,即使没有获得政策支持,这种技术也依然会诞生。”
饲料上的小变化会产生巨大的环境影响
    该研究通过计算机模拟,评估了截至本世纪中叶的微生物蛋白生产的经济潜力和环境影响。模拟结果显示,全球有1.75亿至3.07亿吨微生物蛋白可以替代大豆等传统浓缩饲料。因此,通过改变2%左右的家畜饲料,就可以让耕地面积扩大所造成的森林砍伐、农业温室气体排放和氮素损失减轻5%以上,具体分别为:全球耕地面积损失减少6%,农业温室气体排放减少7%,全球氮素损失减少8%。
澳大利亚昆士兰大学(University of Queensland, UQ)的伊尔杰·皮卡尔(Ilje Pikaar)解释道,“实际上,培育细菌、酵母、真菌或藻类等微生物,能够代替大豆、谷物等富含蛋白质的作物。这种方法最初是为冷战期间的太空旅行而开发,人们在实验室内利用能量、碳肥和氮肥,来生产富含蛋白质的微生物。”为了开展新研究,研究人员考虑了五种培育微生物的方法:通过使用天然气或氢气,饲料生产可完全脱离栽培耕地进行。这种不需要土地的生产方法可以避免任何由农业生产而导致的污染,但仍然需要大量能量。其他的方法利用光合作用,通过将最初农业形态下的糖、沼气或合成气升级成高价值的蛋白质,但给环境带来的益处较低;另外一些方法甚至会加剧氮素污染和温室气体排放。
    仅仅依靠微生物蛋白不足以让农业发展变得可持续
    来自PIK的作者伊莎贝拉·文德尔(Isabelle Weindl)强调,“使用微生物蛋白饲料不会影响家畜的生产力,相反,这样做可能对动物的生长表现或产奶量产生积极效果。”但即使这种技术能够带来经济回报,在我们采用该技术时,仍然可能面临一些限制因素,例如农场管理中的习惯因素、对于新技术的风险规避或缺乏市场准入。“在农业领域,饲料定价通常会包含对环境的破坏,从这个角度而言,微生物蛋白饲料可能会更加具有经济竞争力,”文德尔表示。
    来自PIK的共同作者亚历山大·波普(Alexander Popp)谈到,“我们的研究发现清楚地表明,生产微生物蛋白还不足以促成我们农业领域的可持续改革。”为了减少食品供应链对环境造成的影响,就需要对农产品系统进行大幅的结构改变,还需要让人们的膳食结构更加偏向蔬菜。“为了我们的环境、气候和健康着想,我们其实可以考虑减少甚至去除食品供应链中的家畜部分。在科技进一步发展后,微生物蛋白或许也能成为人类饮食结构中能够直接食用的一个部分,人们可以食用这些航天食品,为身体补充营养。”
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