在全球範圍內，對 產品的需求正在上升。同時，我們面臨安裝，相關壓力包括有限的自然資源，負面的環境外部因素，氣候破壞和人口增長。政府和其他利益相關者正在尋求戰略提高糧食生產效率和糧食系統的適應能力，水產養殖（養殖海產品）長期以來，人們普遍認為這在改善全球糧食安全方面具有重要作用衡量動物生產效率的方法。使用最廣泛的度量稱為“ 飼料換肉率”（ FCR），即動物一生中投放的飼料重量除以體重增加。
通過這種措施，飼餵水產養殖和養雞在將飼料轉化為動物生物質，與豬和牛相比，兩者效率更高。 飼料換肉率不考慮飼料含量，動物可食用部分或營養成分的差異最終產品。鑑於這些限制，我們在文獻中搜索了替代效率測量並確定“營養保留”，可用於比較蛋白質和卡路里飼料（投入物）和動物的可食用部分（產出物）。
蛋白質和卡路里保留尚未計算出的大多數水產養殖物種。專注於商業養殖，我們收集了有關飼料組成，飼料轉化率，可食部分（即產量）和可食營養成分9種水生和3種陸生養殖動物的肉。我們估計19％的蛋白質和最終，人類食物供應中會提供10％的水生動物飼料中的卡路里，物種之間的差異很大。
比較研究中的所有陸生和水生動物，使用這些措施，雞是最有效的，其次是大西洋鮭魚。儘管飼料換肉率較低水產養殖，用於水產養殖生產的蛋白質和熱量保留量可與牲畜媲美生產。這部分是由於養殖的魚和蝦需要更高水平的蛋白質和與雞，豬和牛相比，飼料中的卡路里含量更。解決全球糧食安全的戰略應該考慮這些替代效率措施。
1.簡介
全球糧食系統是推動人類繞過多個星球邊界的主要力量，包括淡水資源，土地利用變化，生物多樣性喪失，氣候變遷和水質惡化[1，2]。
這在一定程度上，是因為越來越富裕不斷增長的全球人口，正在消耗更多肉類和奶製品[3-6]。 食用動物產品提供了熱量的集中來源，蛋白質和一些微量營養素。 但是，有據可查的陸上動物的養殖效率低下。
生產方面。約佔全球農作物的36％熱量（3.41×1015大卡）被餵給牲畜，並且這些中只有12％進入人類食物供應[7]。
水產養殖或養殖的海鮮是增長最快的食用動物部門，現在貢獻更大對人類食物供應（按重量）的影響要比野生海鮮（不針對野生魚類的調整）被人食用）或牛肉[8，9]。 （我們用術語海鮮，指在海洋和淡水環境中，被捕撈或養殖的水生動物，供人類食用。）來自養殖和野生來源的海鮮提供全球動物蛋白的17％，並佔一些發展中國家的動物蛋白供應量的一半國家[8]。水產養殖在術語上是異質的養殖種類和生產方法。飼料水產養殖，包括集約化和半集約化系統，涉及相對較高的養殖密度，農用飼料或商業複合飼料配方滿足營養要求。未進食水產養殖包括濾食軟體動物貝類（例如牡蠣，蛤，貽貝）和水生植物（例如微藻，海藻）。在全球範圍內，水產養殖產量繼續擴大和集約化。約70％全球水產養殖對商業飼料的需求（不包括水生植物）依賴商業複合飼料，增長速度快於整個行業。
很大一部分水產養殖飼料都含有野生魚製成的成分[10]。至減輕野生漁業枯竭的壓力，越來越依賴替代飼料原料包括農作物成分（例如大豆，油菜籽，小麥，花生和玉米）和陸生動物副產品代替魚粉和魚油[11]
yproduct替代魚粉和魚油[11]。動物轉化成飼料的效率肉和其他食品，例如雞蛋或牛奶，因種類和生產方法而異。普通的效率的衡量標準是飼料轉化率（飼料換肉率），以採食量與體重之比計算獲得。
使用商業飼料和集約化生產方法飼養的動物的典型飼料換肉率（即不放牧等大量生產）如下：肉牛：6.0–10.0，肉豬：2.7–5.0，肉雞：1.7–2.0，以及養殖魚蝦：1.0–2.4（圖1）[12–16]。水生動物的飼料換肉率低於（更優於）飼料換肉率大型陸生動物，部分是因為它們會消耗減少運動，保持直立和調節自己的精力由於浮力和大多數是變溫動物[17，18]。擴大水產養殖場，被廣泛視為滿足不斷增長的需求的機會，用於取代養殖的動物產品，特別是與豬和牛[19，20]。 飼料換肉率是對效率，但是，因為它僅佔飼料投入的重量而不是飼料的營養含量飼料，不可食用的動物部分，或最終產品的營養質量。使用飼料換肉率依賴於一個隱含的假設，即各種物種在這些領域都相似，因此飼料換肉率可能是有缺陷的跨物種比較工具
我們回顧了文獻，確定了13種不同的方法來測量水生動物的生產效率超過飼料換肉率（補充表S1，可在stacks.iop.org/ERL/13/024017/mmedia上找到）。 基於在我們看來，比飼料換肉率更精確的衡量標準是動物將飼料中的營養成分轉化為人類食物供應所需的營養成分的效率，“營養保留”措施的具體示例是有時稱為“蛋白質/卡路里效率比”或“蛋白質/熱量保留”。 這些已經計算主要畜產品[7，21]和兩個水產養殖種類（例如，參見[22，23]），但更多需要工作。 Ytrestøyl等人計算了蛋白質和挪威養殖鮭魚的卡路里效率[22]
Smil [23]（也在[20，24]中引用）提供了蛋白質和養殖鯉魚的卡路里效率，但是，Smil確實
不提供方法或參考源數據不可能獨立地重現計算結果或在有新數據時更新估算值。
鑑於有限資源的緊迫挑戰，全球對動物產品的需求不斷上升，至關重要的是要知道哪種水產養殖種類最有效保留飼料中的蛋白質和卡路里，以及如何保持水種與牲畜相比。 我們的研究填補了這一關鍵研究差距。
2.方法
在本研究中，我們計算了商業化生產的幾種養殖的水生和陸生動物開發方程式並收集必要的數據用於填寫每個變量。 我們包括了九個主要水產養殖種類：鯉魚（Cyprinus carpio），草魚（Ctenopharyngodon idella），鉗魚（Ictalurus punctatus），鯰魚（Pangasius pangasius），大西洋鮭（Salmo salar），虹鱒（Oncorhynchus mykiss），草蝦（Penaeus斑節對蝦），白蝦（凡納濱對蝦），吳郭魚（Oreochromis niloticus和其他麗魚科魚）; 和三個牲畜組（飼養牛，豬和養肉的雞）。 水產養殖種類這項研究中的一半以上（57％）
2012年全球水產養殖產量[10，25]，牲畜是為美國和全球範圍內的肉[9，26]。
我們從飼料換肉率的眾多來源收集了數據，飼料組成，產量/食用份量和營養食用肉的輪廓（表1），並使用這些數據我們使用公式計算蛋白質和卡路里保留1和2。（有關其他信息，請參見補充材料有關物種選擇，數據提取的詳細信息，以及保留方程的開發。）我們開發的方程可與“營養素”相媲美。表S1中的“保留”度量值，但沒有特定的方程式描述該措施的論文中提供了[22]或其他計算牲畜蛋白質和熱量保留的研究。我們專注於收集反映集約化/商業化生產的數據，以及在可能的情況下將重點放在最富裕的國家。
例如，我們搜索了提要內容信息用於完整的市售飼料，而不是用於粗飼料或半精飼料的補充飼料生產設置。平均保留值和標準差使用Excel（MicrosoftCorp.，華盛頓州雷德蒙市）和Crystal Ball（Oracle Corp.，加利福尼亞州紅木海岸）。對於每種物種，兩種類型的運行模擬：蛋白質保留和卡路里保留。將為每個變量收集的保留方程式和值輸入軟體。使用自定義擬合分佈對每個保留/物種組合進行了蒙特卡洛模擬設置，意味著這些值不適合具體的概率分佈。每個蒙特卡洛模擬進行了5000次試驗；每個試驗隨機抽樣輸入的值。計算保留均值和以這種方式的標準偏差，允許包含多個值並提供了可能的保留範圍，基於我們收集的所有數據的值。
3.結果
基於每種水生植物的全球產量物種（即加權平均值），我們估計這九種水產養殖飼料中每100克蛋白質物種/物種組，人類可用19 g食物供應（保留率19％），每100大卡在水產養殖飼料中，有10大卡進入人類食物供應（保留率10％）（圖2）。 蛋白質和卡路里水生和陸生物種的保留值為類似。 蛋白質保留率範圍為14％–九種水生物種的28％，和13％–37％家畜。 熱量保留率範圍為6％–水生物種為25％，牲畜為7％–27％。雞的蛋白質和卡路里表現最佳保留，其次是大西洋鮭。
驅動蛋白質保留的因素是飼料換肉率，飼料中蛋白質的濃度和可食用部分。食用蛋白質水平幾乎沒有變化水生和陸生物種中的肉。水產的飼料換肉率與雞相似，但低於豬和牛，但需要更高水平的蛋白質與牲畜相比，他們的飼料。例如，大西洋相對較高的平均蛋白質保留鮭魚（28％）是由於飼料換肉率低（1.2–1.5）和高可食用部分（0.58–0.88）；這些因素抵消了大西洋鮭魚飼料中的蛋白質含量很高（35.5％–44％）。雞肉的平均蛋白質保留率最高（37％），由於飼料換肉率（1.9）低，飼料蛋白低含量（18％–23％）和高食用部分（0.70–.78）（表格1）。
為了保持熱量，在食用肉中的卡路里（與上述蛋白質中的蛋白質變化相比）且變化較小，飼料中蛋白質的卡路里含量與上述類似，雞肉和大西洋鮭魚也有最高的平均卡路里保留率：分別為27％和25％。豬的飼料換肉率（3.9）效率低於雞肉和水生動物，但可食用的卡路里較高
肉（每100克211-304大卡）和高可食用部分（0.68-0.76）可提高豬的卡路里保留率（16％）。
草蝦和吳郭魚的平均值最低水產養殖的熱量保留分別為6％和7％。這些值是由低卡路里含量驅動的可食用的肉和少量可食用的食物。
4.討論與結論
比較飼料換肉率和飼料換肉率時，僅依靠飼料換肉率評估效率的局限性顯而易見。保留值（圖1和圖2）。 如果飼料換肉率很好保留在產出，卡路里和熱量中的營養素的預測因子水生物種的蛋白質保留率將相似高於或高於雞肉。 相反，當使用上述推導的蛋白質和卡路里保留措施時，水生物種的價值除外
大西洋鮭魚的數量，與保留值更相似用於豬和牛。 因此，水生生物如果根據這些替代措施進行評估，與牲畜相比，效率效益幾乎沒有或沒有，而與之相比則相反比較飼料換肉率
動物生產涉及複雜的生物因生產者而異的社會和經濟體系，地區，以及特定品種或亞種內動物。 在當前的研究中不可能通過地理或氣候來識別差異。這項研究的目的是使用現有的商業手段確定可能優勢的蛋白質和卡路里效率範圍養殖方式。 某些標準偏差較大物種可能由於數據差異和/或某些物種的更多數據可用性而反映出更高的不確定性。
我們的水產養殖結果與之前大西洋鮭估計（27％蛋白質和24％卡路里保留在Ytresoylet al [22]中，且低於蛋白質鯉魚的保留估計值（Smil中為30％[23]；我們計算出鯉魚為15％，草魚為18％）。重要的是，我們發現大西洋鮭魚表現出色比沒有更好，因此沒有代表性其他水生物種
我們改為計算牲畜的保留值使用現有來源的價值來確保標準化方法被用於水產養殖陸生物種。 Cassidy等人和Shepon等人的工作使用了飼料的總體使用量和產量數據，因此，採取繁殖動物和早期死亡考慮到[7，21]。這些數據不一致可用於水產養殖，因此我們的結果基於估計的投入直接餵給產肉動物產生一單位可食用的肉，而沒有造成動物繁殖，飼料浪費或死亡。
因此，我們的結果可能會高估保留率。毫不奇怪，根據所使用的數據，我們的牲畜保留結果通常比以前高研究（表2）。本研究中使用的數據產肉動物比其他動物更健壯由於包含多種來源，因此以前的研究許多變量的數據集和蒙特卡洛的使用每個保留/物種組合的模擬根據收集到的所有數據提供可能的值。
我們蛋白質和卡路里保留的另一個原因結果可能會高估水產養殖的保留家畜是由於我們排除了飼料和營養生命早期階段的成分數據。詳細沒有提供有關整個生命週期中的飼料含量的信息可用於研究中的所有物種。生命的最後階段（即成年）涉及大部分飼料消耗和體重增加。最早使用的飼料蛋白質含量較高（對於水生和陸生動物而言確實如此），但所用的飼料量較少。
未來的研究可以通過在多個生命週期中使用食物信息。
充足的蛋白質和卡路里以及微量營養素的攝入對於避免營養不良至關重要。人類促進水產養殖擴展，作為提供高效動物蛋白的解決方案的一部分，但就水產養殖而言，食用養殖水生動物的影響對飲食中蛋白質有更高要求與陸生動物（包括人類）相比蛋白質和卡路里的保留相對較低必須考慮。美聯儲水產養殖需要更多高營養的飼料比畜牧業（即更高的蛋白質和卡路里），導致在此期間，大部分蛋白質（81％）和卡路里（90％）丟失生產。動物產品對卡路里的貢獻與人的食物供應相比，蛋白質和一些微量營養素，但要了解保留動物飼料中的卡路里很重要，因為動物生產過程中的大量減少由此對卡路里的總體供應產生影響。此外，提要要求之間的關係和最終產品的負擔能力。
飼料成本占水產養殖生產成本50％以上 [29]，對密集型飼養，某些品種的價格可能會影響養殖意願，即使飼料換肉率較低，也可以養殖。沒有飼料的天然水產養殖，包括水生植物和某些貝類，是擴展的關鍵機會生產高營養的人類食品。
養殖業，包括水產養殖依靠越來越多的穀物，穀類，油粕，和其他主食作物作為飼料投入生產 [11，30]。用於種植飼料作物的耕地可以與其他土地用途（例如種植）直接競爭供人類食用的農作物，可以更有效地，傳輸卡路里和蛋白質[2，31，32]。雖然糧食安全倡導者可能希望為了將土地利用轉向食用作物，農民做出作物種植決策的財務計算方法，是與複雜的社會，政治和經濟力量聯繫在一起可能很難改變。重要的是要請注意，動物的飲食可能包括人類不易消化的食物、不可食用的飼料或副產品（例如酒糟，血粉），具體取決於種類和生產方法，從而減少養殖業與人類。正在努力發展和擴大規模以昆蟲為動物飼料生產（以及供人類使用）食用），但昆蟲目前不是主要的飼料成分。
未來的研究應探討潛在的影響和對日益增長的需求的權衡取捨蛋白質和卡路里含量較高的水產養殖飼料，與澱粉含量較高的牲畜飼料相比例如，澱粉含量高的農作物每公頃的產量比蛋白質含量高的農作物高部分，用於豆類固氮的能源成本[33]; 2010-2014年每公頃平均單產分別是：玉米5.27，小麥3.15，大豆2.50和花生1.66 [34]。
大豆和花生是重要的水產養殖飼料中蛋白質的來源和需求這些成分正在增長[11]。因此，全球土地飼料生產的需求可能會擴大快於當前趨勢所表明的需求氮肥的生長速度可能會更慢。其他話題進一步調查包括蛋白質和卡路里保留非集約化生產環境，水產養殖生產者可採用的策略來改善蛋白質和卡路里的保留，以及海洋中的保留體內的omega-3脂肪酸和微量營養素（例如鐵）養殖的海鮮。目前在減少飼料換肉率方面的努力水產養殖和畜牧生產注重遺傳通過育種和基因工程得到改善，開發營養豐富的飼料以及補充，標識和實施改善飼養管理方法，包括理想的環境條件以加快動物的生長，以及克服成本和其他障礙，增加生產者獲得所有這些發展的機會。此外對於飼料換肉率，研究人員應探索這些影響蛋白質和卡路里保留的變化。例如，提供更高蛋白質的飼料可能會導致飼料換肉率效率更高，但蛋白質效率更低保留。
我們的結果顯示，在衡量養殖動物品種的效率飼料換肉率與蛋白質和卡路里保留的關係。 我們的確是不主張保留措施應替代飼料換肉率作為飼料效率的主要指標。相反，最好的前進方向是使用多種措施來比較各種食品的效率生產，包括動植物。 討論區可持續糧食系統的信息應由飼料換肉率和營養素等因素的綜合保留，以及環境足跡措施包括資源使用（例如土地，水，肥料），溫室氣體排放和負外部性包括生物多樣性喪失和水污染。 至促進研究人員採用保留措施和其他利益相關者，我們提供我們的數據源和方程，可以完善並應用於其他種類，環境和養分
越來越多的證據支持飲食，轉向更有效的動物蛋白和植物蛋白食物[2、4、6、7、21]。 為了告知政策變更和其他干預措施，有必要更好地了解全球食品中營養的流動和損失體制，特別是對帶飼料的水產養殖業，以及對資源利用和全球糧食安全的影響。 我們的結果表明，水產養殖中蛋白質和卡路里的保留量因物種而異，低於雞，並且與豬和牛的產量相似，儘管產量飼料換肉率較低。 這項研究表明了使用多個評估動物生產效率措施。
致謝
約翰•霍普金斯中心為宜居未來提供對J P F，NAM，DCL和MCM的支持（CLF）和GRACE Communications的禮物基礎。 作者感謝Brent Kim，Roni Neff，Shawn McKenzie，Jim Yager和Leo Horrigan在CLF
提供有關手稿的有用反饋。
關鍵詞：水產養殖，農業，糧食安全，動物生產效率
原文出處：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aaa273/pdf
