摘要：本文论述了畜牧生产，特别是集约化养猪业在繁荣发展的同时，对环境带来的负面影响，其中磷的排放是尤为令人关注的。就磷的过量排放本文提出了相应的几项措施，并着重指出了植酸酶在解决磷污染中的综合效应。
关键词：环境，粪磷含量，营养调控 ，植酸酶
养殖业的繁荣促进饲料工业的发展，但当饲料在转化为畜产品的同时，也产生了大量的畜禽粪便、污水、恶臭等污物，造成了严重的环境污染。，当今世界集约化的动物生产体系对环境造成的污染是农业所面临的主要问题，磷污染是其中一个主要方面。
1、畜牧生产中的磷污染及其对环境的影响
根据Sweeten(1991)推测，美国每年生产15.5亿吨干猪粪其中含磷460，000吨。另据国内人士估计，一个万头猪场以中猪计算，则每年至少向猪场周围排污3万吨，其中粪约1.26万吨，尿约1.74万吨。由于粪磷污染湖泊河流，磷成了一个令人十分关注的问题。过量的粪磷流入土壤后，它就和土壤颗粒紧紧结合在一起，不会从土壤滤出。相反，它会被土壤颗粒吸收，从而腐蚀土壤。富含磷的表层土被腐蚀掉后流入河流湖泊，将会引起藻类的大量增殖和其他严重的水体加富。因为磷是水生植物最主要的限制性养分，磷供给量的增加会促进水生植物的生长繁殖。
畜牧生产造成的环境污染问题已引起全球的关注。在荷兰、丹麦和英国等一些畜牧业发达的国家，进行了比较深入的研究，并已制定法规，限制经由猪粪尿排出的磷和氮的数量，以控制这些成分在土壤和水中的积累（Jongbloed和Lenis，1992）。
2、造成磷污染的原因及途径
研究表明猪排出的磷大约90%存在于粪中，10%存在于尿中（Pierce等，1994）。粪中磷来源于未消化的磷，内源磷和微生物群体。因为排出的磷大多存在于粪中，所以养殖业所产生的粪便是磷污染的罪魁祸首 (见表1，按生产1 kg猪肉需4 kg饲料计算)（冯定远，2001）。
表1 养猪生产中氮和磷排出体外造成的污染综合猪场(1头母猪和20头初生至90kg出售的猪)
磷
母猪饲料（kg）8
断奶猪饲料（kg）7
育肥猪饲料（kg）21
合计（kg）36
沉积体内（kg）10
排出环境（kg）26
排出环境的比例（％）72
造成上述状况的原因有以下几种：
2.1磷的过量添加
近年来，在饲料中过量使用磷及其他营养成分已很普遍。一项调查表明，饲料生产场所用的磷量一般比猪维持正常生长所实际需要量高20-30%。这主要因为饲料场通常是按照国家研究理事会（NRC,1998）颁布的安全量作为需要量的标准。而且，饲养于大环境下的猪采食量要比一般商品猪的采食量要高，所以排出到环境中磷的比例更大。
2.2饲料养分利用率低
由于饲料中存在抗营养因子，营养物质的吸收利用受到阻碍。如油料种子粗粉和谷物籽实、豆类等的磷主要以植酸磷的形式存在，植酸和植酸盐难被单胃动物利用而随粪便排出，污染环境，而且植酸盐中的磷通过螯合作用降低动物对Zn、Mn、Ca、Cu、Fe、Mg等微量元素的利用，以及通过与蛋白质结合，形成复合体而降低畜禽对蛋白质的利用率。
2.2.1植酸的分布及特性：
饲料中植酸磷的含量主要取决于它的来源，和谷类副产品的植酸磷含量比豆类种子高；块根块茎类含有很少植酸磷；植物叶片含有微量或不含植酸磷。谷物中的植酸磷并不是均匀地分布于籽实中，而是与籽实的特殊形态构成有关。在小麦和水稻籽实胚乳中几乎不含植酸磷，在籽实的糊粉层和糠麸中含有大量植酸磷。植酸的含量还取决于植物的成熟期、加工程度、品种、气候、水源、土壤、地理位置和生长期。
植酸是一种强酸，为黄色液体。它是由一分子肌醇与六分子磷酸结合而成，称为肌醇六磷酸酯，分子式为C6H12O6,分子量为660.8，有六个带负电荷的磷酸根基团，具有很强的螯合能力。植酸能被植酸酶水解为正磷酸盐和肌醇或肌醇衍生物，每个植酸分子被完全水解时释放六个磷离子，即每克植酸分子释放出281毫克磷。
2.2.2 植酸的消化率和生物利用率
畜禽要利用植酸磷，首先必须在消化道内使植酸水解成含磷的无机物。畜禽对植酸磷的利用取决于畜禽种类、年龄、小肠中植酸酶含量和其它因素。在哺乳动物小肠中只发现极少的植酸酶，而反刍动物对植酸磷的高消化率主要归功于瘤胃微生物产生的植酸酶。
Nelson(1976)首次证明了家禽对植酸磷的利用率很低，但是后来的研究表明家禽可以利用部分植酸磷，利用能力为0％到50％以上（Edwards，1983）。这些不同的研究结果可能是因为植酸水解的复杂性造成的。
植酸的水解主要取决于植酸酶。它可逐步从植酸分子中分离无机正磷酸根，这种反应可在消化道内发生也可在饲料被采食前发生。在消化道作用的植酸酶有4个可能来源：（1）小肠内分泌（2）肠道微生物产生（3）饲料中的内源性植酸酶（4）外源微生物产生的植酸酶。关于家禽小肠内植酸酶的存在说法不一。Bitar和Reinhold(1972)报导家禽小肠粘液中含有植酸酶；Davies和Motzok(1972)报导鸡小肠粘液可水解植酸钠盐；而其他研究却不能确定家禽小肠内植酸酶的存在（Moore和Veum1983）。是否是小肠粘液植酸酶或其它磷酸酶对植酸的水解起了作用，还无明确答案。最近的小鸡试验Maenz（1995）表明小肠膜有植酸酶活性，而且这与异性磷酸酶无关，同时报导在最佳pH，至少两种不同的酶与小肠植酸酶活动有关。尽管家禽小肠分泌液中存在内源性植酸酶的证据不充分，但可以肯定小肠内源性植酸酶含量极低，至少在幼年畜禽。影响植酸磷利用的因素很多，单胃动物对植酸磷的水解和吸收是十分复杂的过程，它受许多因素如日粮钙、无机磷（有效磷）含量、维生素D3添加量、家禽年龄和品种、日粮成分和饲料加工工艺的影响。
三、降低磷污染的途径及方法
养猪生产集约化程度的提高，越来越面临环境污染的压力。过去的饲养方式和饲粮配制，所追求的目标是使生产性能达到最高水平，而没有特别考虑营养物质的过剩问题。猪饲料中氮和磷的含量很高，但只有一小部分磷和氮沉积在动物体内(Lynch，1993)，大部分饲料排到环境中。在荷兰、丹麦和英国等一些畜牧业发达的国家，已采取措施来治理猪场污水，但是污水处理不仅是一种治标不治本的被动措施，而且大大增加了养猪生产的成本。解决养猪生产中的污染问题的根本出路在于采取有效的营养措施，系统的营养学调空是解决环境问题的合理而有效途径。科学的日粮配制技术和生物技术在饲料中的应用为解决这一难题在一定程度上提供了新的手段。近年来，动物营养学研究的一个重点是开发低污染日粮(生态型日粮)。解决养猪生产中的粪尿污染的营养措施有四个方面：①降低日粮中营养物质(主要是氮和磷)的浓度；②提高日粮中营养物质的消化利用效率；③减少或禁止使用有害添加物；④阶段性饲养。
下面就减少磷的排放对应的处理办法如下：（1）设计日粮配方时，如果不考虑磷的生物学效价，会提高日粮成本，对动物的生产性能造成不良影响，引起动物排出大量的磷。当必须供给后备母猪过量的磷时，较可行的办法是实行公母分开饲养，分别设计阉猪和母猪各自的配方。（2）降低植酸水平的育种选择
Moore（1998）等报道使用Lp-玉米和植酸酶，羊茅试验区磷的排出量分别下降22%和26%，Sims等（1999）也有类似的研究结果。用猪所做的试验表明Lp-玉米的磷生物学效价在50%(Pierce,1999)到64%(Spencer等,1998)之间。而普通玉米磷生物学效价都是10%。（3）饲用酶制剂。植酸酶是一类磷酸酶（肌醇六磷酸磷酸水解酶），它能够把正磷酸从植酸盐的肌醇链上水解掉它，具有系统地把正磷酸根从肌醇1、2、3、4、5、6六磷酸盐中移去，降解肌糖磷酸盐的功能。它有两种形式3-植酸酶、6-植酸酶。在动物饲料中应用最广的是由Aspergillus ficuum生产的3-植酸酶，许多动物试验表明，它能提高磷和钙的消化率（Cormwell等，1993；Lei等，1993；Yong等，1993）。大量研究表明，富含植酸的饲粮中补充植酸酶可降低粪磷浓度13~33%（Nunes，1998）；富含植酸的油菜籽、玉米、大麦饲粮中补充A. funigatus和A. niger植酸酶，生长猪粪磷含量分别显著降低33%、17%（Nunes，1998）。Gundel(1998)在15?20kg仔猪的玉米淀粉(67％)一豆粕饲粮和玉米(97％)一豆粕饲粮中添加植酸酶的研究表明，磷排泄量分别降低23％和17％。Helander(1997)在含磷分别为7.6g/kg、6.1g/kg、4.5g/kg大麦饲粮中添加500FTU/kg植酸酶也研究表明，低磷饲粮中添加植酸酶在保证猪的正常生产的同时显著降低粪磷的排放。
由于试验条件的差异，添加植酸酶减少粪磷的结果不一致。添加500FTU／Kg植酸酶时，可使生长猪粪磷排量减少约32％(Kessler，1992)、21.5％(Harper，1997)、27.0％(Eeckhout，1992)不等。Liu(1997)研究表明，仔猪玉米?豆粕饲粮中补充植酸酶进行干喂减少粪磷排放37~40%，湿喂(2分饲粮1分水，在30℃混合2小时)减少粪磷排放48~49％。添加200g/T植酸酶可使粪磷含量下降40.5~51.2%（徐建雄等，1998）。
断奶仔猪饲粮中添加植酸酶可降低饲粮蛋白质水平，从而增加饲粮粗纤维含量，减少仔猪腹泻，降低仔猪死亡率，极显著降低粪磷含量，减少粪磷排放，增加植酸酶添加量时可进一步降低粪磷排泄量(Yi，1996)，减少N、P对环境的污染(Kovcin，1996；Schulze，1992)。因此，选择适宜的蛋白水平，补充赖氨酸和植酸酶将增进N、P的利用率，可避免过多的N、P排出(Burgstaller，1995；Lenis，1999；Schenkel，1996)。因此，在饲料配方中可考虑使用含自然植酸酶高的植物饲料原料，提高磷的利用率，减少粪磷对环境的污染。
四、结论
在政府有关法规的约束下，几个欧洲国家的磷污染已经降低。由于担心产生过多的养分污染，美国许多州暂时停止了对猪场和鸡场的扩展。降低动物排泄物中磷含量有许多方法，仅凭降低磷的供给量至标准安全系数以下，就可以使磷的排出减少10~20％。使用低植酸磷的谷物和油菜籽粕也能降低磷的排除量。配合植酸酶，低磷玉米可以发挥其最大的优点，磷排出量降低50％，而且，对动物的性能和骨骼的完整性无有害影响。
大量资料显示，微生物植酸酶能有效地释放与植酸结合的磷，提高磷的生物学利用率。在总磷量降低的日粮中使用植酸酶，可使磷的排除量降低30％。植酸酶的使用具有很大潜力，如果生产的每个阶段都使用植酸酶，那么美国每年由猪所排出的磷将减少230，000吨。而且使用植酸酶，家禽所排出的磷也会减少125，000吨。显然，将来猪场、鸡场的扩建依赖于对环境负责的日粮配合，植酸酶是营养学家迎接这种挑战的有力武器。
