畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼肥重金屬污染現(xiàn)狀及其修復(fù)技術(shù)研究

曹春信　劉新華　吳瑛莉

摘 要：綜述了當(dāng)前規(guī)?；B(yǎng)殖帶來的沼肥重金屬污染現(xiàn)狀，探討了土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)，旨在為沼肥的安全利用提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)；沼肥；重金屬；修復(fù)技術(shù)；研究

中圖分類號(hào)：S141 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2013.05.017

1 畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沼肥重金屬污染現(xiàn)狀

沼肥（包括沼液和沼渣）是有機(jī)物厭氧發(fā)酵后的殘余物，是一種優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥。但近年來，隨著沼肥的廣泛應(yīng)用，沼肥污染問題也越來越引起人們的重視。生豬、奶牛養(yǎng)殖是我國農(nóng)業(yè)中的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，規(guī)?；B(yǎng)殖也在不斷擴(kuò)大，已成為我國未來養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，但養(yǎng)殖業(yè)業(yè)主在追求效益最大化的同時(shí)，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。許多地方在規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖過程中，為加快畜禽生長速度、提高飼料利用率和防止畜禽疾病，在飼料添加劑中大量使用銅、鋅、鐵、砷等中微量元素[1-2]。許多研究表明，飼料中添加銅對(duì)豬各階段有明顯的促生長作用[3-5]。目前，在我國及其他國家的生豬養(yǎng)殖中，使用高劑量銅作為豬的促生長飼料添加劑已相當(dāng)普遍，但重金屬元素在動(dòng)物體內(nèi)的生物效價(jià)很低，大部分隨畜禽糞便排出體外，故畜禽糞便中往往含有高量的重金屬，從而增加了農(nóng)用畜禽糞便污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)[6]。而規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)的糞污經(jīng)過處理后最終都會(huì)以沼肥、有機(jī)肥等形式進(jìn)入土壤中，造成土壤污染和植株中毒。

當(dāng)前，國內(nèi)外對(duì)沼肥重金屬污染問題的研究多集中在沼肥中重金屬元素分布情況、沼肥對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響、沼肥對(duì)土壤的影響等[7-8]。鐘攀等[9]分析了沼氣肥中重金屬含量，發(fā)現(xiàn)沼液毒性重金屬的平均含量為全As>Cr>Cd>Pb>Hg，而沼渣則為全Cr>As>Pb>Cd>Hg。李健等[10]研究發(fā)現(xiàn)，配合飼料飼養(yǎng)法沼渣中As、Cd的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)定的含量，Hg的含量也已接近極限值；而青飼料飼養(yǎng)法沼渣中主要重金屬含量除Pb以外，其他重金屬含量基本沒有超過允許的范圍。段蘭等[11]對(duì)遼寧省昌圖縣的飼料、豬糞、沼肥以及連續(xù)施用沼肥6年的土壤進(jìn)行取樣測(cè)定，分析了沼肥從源頭到土壤施用過程中重金屬與抗生素類獸藥的含量變化。結(jié)果表明，施用沼肥的土壤重金屬類殘留現(xiàn)象總體不明顯，但Cu、Zn含量明顯增高。高紅莉等[12]研究指出，施用沼肥可以改善土壤環(huán)境，提高土壤肥力，明顯提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，對(duì)土壤重金屬元素含量沒有顯著影響，但是青菜鎘、鉛含量超出國家標(biāo)準(zhǔn)，因此應(yīng)謹(jǐn)慎施用。隨著人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題的日益關(guān)注，沼肥中的重金屬特別是毒性重金屬的含量將成為評(píng)價(jià)其質(zhì)量安全的重要指標(biāo)。

2 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)

重金屬污染物進(jìn)入土壤后，不易隨水遷移，不能被生物所分解，因而在防治上存在一定的困難。對(duì)于沼肥造成的土壤重金屬污染，目前生產(chǎn)上常用的改良修復(fù)技術(shù)主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)等。即可通過土壤管理、重金屬鈍化、微生物降解等技術(shù)集成，降低土壤重金屬對(duì)作物的生物有效性，減少作物的吸收，也可通過秸稈綜合利用技術(shù)、高富集植物填閑種植等，降低土壤重金屬的含量。

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)是通過各種物理過程將重金屬污染物從土壤中去除或分離的技術(shù)。目前，土壤重金屬污染物理修復(fù)主要包括電動(dòng)修復(fù)、電熱修復(fù)、土壤淋洗3種修復(fù)技術(shù)[13]。在這3種物理修復(fù)技術(shù)中，應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的是土壤淋洗法，該法是利用淋洗液把土壤固相中的重金屬轉(zhuǎn)移到土壤液相中，再用絡(luò)合或沉淀的方法，使重金屬富集并進(jìn)一步回收處理的土壤修復(fù)方法。淋洗液主要有硝酸、硫酸、鹽酸、草酸、檸檬酸、EDTA和DTPA等[14]。有研究指出當(dāng)硫酸單獨(dú)使用時(shí)，銅和鉛的去除效果不理想[15]，而使用的鹽酸/硫酸（1∶1）對(duì)污泥進(jìn)行處理，重金屬銅、鉛、鋅等去除率都達(dá)到60%以上，有的重金屬去除率甚至可達(dá)100%。有機(jī)絡(luò)合劑EDTA和DTPA等也能有效去除重金屬，如EDTA能與許多重金屬元素形成穩(wěn)定的化合物，使用0.1 mol·L-1EDTA去除Pb，發(fā)現(xiàn)EDTA對(duì)Pb的提取率可達(dá)60% [16]。

2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)就是向土壤投入改良劑，如有機(jī)肥、作物秸稈、蛭石、石灰等，通過對(duì)重金屬離子的吸附、氧化還原、沉淀等作用，以降低重金屬對(duì)植物的危害和在植物體內(nèi)的富集。有機(jī)肥可通過改變重金屬的存在狀態(tài)，或改變吸附體的表面性質(zhì)，進(jìn)而影響重金屬的吸附。張敬鎖等[17]研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)有很大的比表面積，對(duì)Cd2+有強(qiáng)烈的吸附作用，更主要的是有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的腐殖酸可與土壤中的Cd2+形成鰲合物沉淀。石灰主要是通過提高土壤pH值，促進(jìn)土壤中重金屬元素形成氫氧化物或碳酸鹽結(jié)合態(tài)鹽類沉淀。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

2.3.1 植物修復(fù)技術(shù) 植物修復(fù)技術(shù)是指通過植物系統(tǒng)及其根系移去、揮發(fā)或穩(wěn)定土壤環(huán)境中的重金屬污染物，或降低污染物中的重金屬毒性，以期達(dá)到清除污染、修復(fù)或治理土壤目的的一種技術(shù)。植物修復(fù)經(jīng)濟(jì)有效、成本低，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小，產(chǎn)生的富集重金屬的植物可統(tǒng)一處理，甚至可以從這些植物體內(nèi)回收重金屬，可以長期、大面積的田間應(yīng)用，還可綠化環(huán)境[18-19]。但在一些區(qū)域，簡單地使用植物修復(fù)法難以起到預(yù)期效果，必須與物理化學(xué)法等結(jié)合起來使用[20]。目前，全世界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超富集植物500多種：Cd超富集植物有商陸、龍葵等[21-22]；Cu超富集植物有燕麥鴨跖草、海州香薷等[23]；Pb超富集植物有裂葉荊芥、麻瘋樹等[24-25]；As超富集植物有大葉井口邊草、蜈蚣草等[26-27]；Hg超富集植物有大米草[28]。以及Cd/Zn多重金屬富集植物有伴礦景天[29]，Pb/Cu/Zn/Cd多重金屬富集植物有朝天委陵菜[30]。

2.3.2 微生物修復(fù)技術(shù) 微生物修復(fù)是利用微生物如藍(lán)細(xì)菌、菌根真菌以及某些藻類產(chǎn)生的多糖、糖蛋白等物質(zhì)對(duì)重金屬的吸收、沉積、氧化和還原等作用，減少植物攝取，從而降低重金屬的毒性[31-33]。目前，微生物強(qiáng)化植物修復(fù)方面的研究多集中于菌根真菌，它在修復(fù)遭受重金屬污染的土壤方面發(fā)揮著重要的作用[34]。通過篩選重金屬抗性菌株、增強(qiáng)植物抗重金屬能力來實(shí)現(xiàn)植物修復(fù)重金屬污染土壤是非常有效的手段[35]。許友澤等[36]采用微生物淋溶法去除重金屬，在最佳工藝條件下，污泥中Cd、Mn、Cu、Pb、Zn的浸出率分別高達(dá)88.0%，88.0%，69.0%，67.0%和83.0%。謝朝陽等[37]研究發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌的參與下，土壤膠體和粘土礦物對(duì)重金屬離子的吸附能力有一定程度的增加。

2.4 植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)修復(fù)技術(shù)

植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)能通過調(diào)節(jié)植物的生長狀況來增強(qiáng)植物抗重金屬脅迫的能力。在重金屬脅迫下，利用水楊酸進(jìn)行處理能促進(jìn)植株生長，降低質(zhì)膜透性，減少丙二醛的積累，從而增強(qiáng)植物抗重金屬脅迫的能力[38]。趙鸝等[39]也研究發(fā)現(xiàn)，施加外源脫落酸能有效緩解汞脅迫下水稻種子的萌發(fā)活力，增強(qiáng)植株的抗逆性。

3 結(jié) 論

綜上所述，當(dāng)前許多地方在規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖過程中，為了追求效益，往往在飼料添加劑中大量使用銅、鋅、砷等中微量元素，而這些重金屬元素大部分隨畜禽糞便排出體外，從而增加了農(nóng)用畜禽糞便污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)當(dāng)前規(guī)模化養(yǎng)殖帶來的沼肥污染現(xiàn)狀，本研究探討了幾種緩解重金屬污染的技術(shù)，有些技術(shù)已經(jīng)比較成熟，有些仍存在疑問，還需進(jìn)一步完善。隨著研究的深入，將會(huì)有更完善更成熟的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)中。

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