畜禽糞便中重金屬污染現(xiàn)狀及控制

王 湧，曹冬梅，孫安權(quán)

奧格生物技術(shù)（上海）有限公司，上海　201210

畜禽糞便中重金屬污染現(xiàn)狀及控制

王 湧，曹冬梅，孫安權(quán)

奧格生物技術(shù)（上海）有限公司，上海201210

畜禽糞便一直被當(dāng)作有機(jī)肥廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但因微量元素添加劑在畜禽飼料中的濫用，導(dǎo)致畜禽糞便中重金屬污染情況較為普遍，農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染問(wèn)題長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)未引起社會(huì)充分重視，該文對(duì)畜禽糞便重金屬污染現(xiàn)狀及其應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了綜述，旨在為畜禽糞便重金屬污染控制研究提供參考。

微量元素；畜禽糞便；重金屬污染；食品安全

近年來(lái)，畜禽養(yǎng)殖呈現(xiàn)區(qū)域化、規(guī)?；内厔?shì)，畜禽糞便的集中污染問(wèn)題日益突出，飼料中普遍采用的高銅、高鋅等重金屬作為添加劑，致使飼料中重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)畜禽吸收能力，重金屬具有毒性、持久性和生物不可降解性。畜禽糞便中重金屬含量普遍偏高，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品中極易出現(xiàn)重金屬富集現(xiàn)象，關(guān)于糞便中重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)濃度及其控制方法等需要引起學(xué)界和大眾的足夠重視。

1　畜禽糞便重金屬污染現(xiàn)狀

2014年4月17日，國(guó)家環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布了《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，公報(bào)顯示全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀。全國(guó)土壤總的污染物超標(biāo)率為16.1%，以無(wú)機(jī)型為主，無(wú)機(jī)污染物超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)占全部超標(biāo)點(diǎn)位的82.8%。

無(wú)機(jī)污染物主要是鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種重金屬元素（在這里砷由于性質(zhì)類似其他7種重金屬也作為重金屬對(duì)待）。其中一個(gè)重要的污染源來(lái)自畜禽糞便，據(jù)統(tǒng)計(jì)，1988年中國(guó)畜禽糞便產(chǎn)生量為18.8億t，是當(dāng)年工業(yè)固廢量的3.4倍；1995年達(dá)24.9億t，約為當(dāng)年工業(yè)固廢量的3.9倍；2000年達(dá)36.4億 t，相當(dāng)于同期工業(yè)固廢量的3.8倍。畜禽糞便的總體土地負(fù)荷警戒值已達(dá)0.49（＜0.49為宜），位居全國(guó)重點(diǎn)污染排放領(lǐng)域之首。

微量元素添加劑是畜牧業(yè)重金屬污染的主要來(lái)源。在集約化畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中，飼料中均添加有多種微量元素添加劑，如Cu、Zn、Mn、Cr等。有些飼料生產(chǎn)企業(yè)片面地強(qiáng)調(diào)其促生長(zhǎng)作用，違規(guī)加大添加量，而這些無(wú)機(jī)元素在畜禽體內(nèi)的消化吸收利用率極低，在排出的糞便中含量很高。據(jù)報(bào)道，我國(guó)目前每年使用的微量元素添加劑為30萬(wàn)～38萬(wàn)t，但由于生物效價(jià)低，大約有95%以上未被動(dòng)物利用的礦物質(zhì)隨糞尿排出體外，造成土壤的重金屬污染。有機(jī)肥料中關(guān)于重金屬的危害及限量標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題已經(jīng)被越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者所重視。各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，最為嚴(yán)格的是德國(guó)的堆肥標(biāo)準(zhǔn)。

諸春強(qiáng)對(duì)采自江蘇地區(qū)的72份畜禽糞便的Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明：豬糞中Cu、Zn含量均很高，平均值高達(dá)571.3 mg/kg 和578.3 mg/kg。參照德國(guó)腐熟堆肥中部分重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)，豬糞中Cu、Zn、Cd、Ni的超標(biāo)率分別為76.9%、69.2%、57.7%、38.5%。

王飛等對(duì)華北農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地商品有機(jī)肥的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，其中重金屬Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、As、Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值分別為0.21、45.42、69.22、87.40、274.58、16.50、3.21、 0.33 mg/kg。按照2012年農(nóng)業(yè)部發(fā)布的中國(guó)有機(jī)肥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，Pb的超標(biāo)率高達(dá)80.56%，其他不超標(biāo)；按照德國(guó)腐熟堆肥標(biāo)準(zhǔn)，大部分重金屬超標(biāo)，Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Hg的 超標(biāo)率分別為8.33%、13.89%、16.67%、19.44%、2.78%、11.11%。

表2展示了我國(guó)部分地區(qū)畜禽糞便的污染情況，結(jié)果顯示，豬、禽糞便是重金屬的重災(zāi)區(qū)，最容易超標(biāo)的重金屬是Cu、Zn。豬糞的重金屬污染程度高于禽，反芻動(dòng)物糞便重金屬污染情況不突出。

表1　不同國(guó)家部分重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)

2　畜禽糞便重金屬污染的危害

目前畜禽糞便主要作為糧食、蔬菜的有機(jī)肥料。連續(xù)施用重金屬超標(biāo)的畜禽糞便會(huì)導(dǎo)致土壤及蔬菜重金屬含量增加。蔬菜是最易“吸收”重金屬元素的農(nóng)作物。眾多研究表明，糞肥能使青菜中的重金屬含量增加。李秀蘭等2003年至2004年對(duì)上海寶山區(qū)蔬菜采樣分析表明，上海市蔬菜已經(jīng)受到重金屬污染，尤其以鉛和鎘最為嚴(yán)重，分別超標(biāo)81.97%和54.1%。Zhou等人發(fā)現(xiàn)施用糞便后隨著土壤中Cu、Zn 含量的增加，蘿卜和白菜中重金屬含量也隨著增加，部分處理蘿卜地上部的Zn含量超過(guò)了我國(guó)食品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的20 mg/kg，達(dá)到了28.7 mg/kg。長(zhǎng)期施用這些畜禽糞便為原料的有機(jī)肥可能會(huì)給環(huán)境帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)土壤、地下水與地表水質(zhì)量的影響，以及對(duì)農(nóng)作物的風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)農(nóng)業(yè)的影響不容忽視。

表2　我國(guó)部分地區(qū)規(guī)模化養(yǎng)殖畜禽糞便中主要重金屬含量

3　畜禽糞便中重金屬的污染控制策略

3.1堆肥，發(fā)酵

通過(guò)對(duì)畜禽糞便進(jìn)行堆肥和沼氣發(fā)酵可促進(jìn)重金屬鈍化，其主要原理是利用發(fā)酵過(guò)程中畜禽糞便中的有機(jī)物形態(tài)變化而絡(luò)合固定重金屬，使其活性被鈍化，降低重金屬的生物有效性，鄭國(guó)砥等研究表明，經(jīng)堆肥處理后，降低了畜禽糞便中重金屬對(duì)土壤環(huán)境及農(nóng)產(chǎn)品污染的風(fēng)險(xiǎn)。王玉軍等研究表明雞糞中重金屬經(jīng)堆肥處理后Cu的有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)含量提升了10.9%。Marcato用化學(xué)方法對(duì)鮮豬糞和沼肥中Cu、Zn的生物有效性研究對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)發(fā)酵的沼肥中重金屬的流動(dòng)性比鮮糞中低。

3.2鈍化劑

主要包括物理鈍化劑、化學(xué)鈍化劑和生物鈍化劑等。物理鈍化劑利用吸附能力大的硅酸鹽物質(zhì)，如活性炭、沸石、海泡石和膨潤(rùn)土等，對(duì)畜禽糞便堆肥過(guò)程中的重金屬進(jìn)行物理吸附，具有較易獲得、原理簡(jiǎn)單和操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，其不足之處在于堆肥產(chǎn)品與吸附劑較難分離，對(duì)重金屬鈍化效果不高。在堆肥過(guò)程中添加化學(xué)鈍化劑對(duì)重金屬鈍化效果要好一些，但易對(duì)環(huán)境造成二次污染，不同鈍化劑對(duì)不同重金屬的鈍化效果不同，且不同鈍化劑優(yōu)化組合對(duì)重金屬形態(tài)也具有很大影響，在生產(chǎn)實(shí)踐中大面積應(yīng)用面臨較大的困難。

4　源頭控制畜禽糞便重金屬污染

畜禽糞便經(jīng)處理后，只能在一定程度上減輕重金屬對(duì)土壤的毒害，重金屬及其化合物仍然不能被生物降解。雖然可通過(guò)形成不溶性或穩(wěn)定化合物與沉積物暫時(shí)從自然循環(huán)中除去，但仍存在潛在污染。土壤污染一旦發(fā)生，治理成本較高，周期很長(zhǎng)。根據(jù)歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)，土壤保護(hù)成本、土地可持續(xù)管理成本與場(chǎng)地修復(fù)成本基本上是1∶10∶100的關(guān)系。這是對(duì)于一般性污染成本模型，而對(duì)于重金屬污染，治理成本估計(jì)達(dá)到預(yù)防成本的5萬(wàn)～6萬(wàn)倍，對(duì)于土壤中重金屬的污染，預(yù)防優(yōu)于治理。

表3　仔豬料中使用有機(jī)替代無(wú)機(jī)微量元素對(duì)糞便微量元素排放量的影響　干物質(zhì)/（mg/kg）

5　有機(jī)微量元素添加劑對(duì)畜禽糞便污染的減排效果

奧格生物技術(shù)（上海）有限公司作為一家飼料微量元素添加劑的專業(yè)公司，早在公司成立之初，就致力于通過(guò)自身的技術(shù)減少畜牧業(yè)的重金屬污染。經(jīng)過(guò)逾10年的發(fā)展，奧格生物做到了，并且成效顯著。奧格生物技術(shù)（上海）有限公司利用小肽螯合技術(shù)與微量元素理想模型，從提高微量元素利用率入手，減少了50%以上微量元素的使用量，進(jìn)而降低畜禽糞便中重金屬元素的排放量，最終降低畜牧業(yè)對(duì)土壤的重金屬污染。

奧格生物的有機(jī)微量元素奧普明是引進(jìn)美國(guó)最新螯合技術(shù)、在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的小肽螯合微量元素，配位體為小肽。小肽（尤其是二肽、三肽）螯合微量元素具有吸收快、耗能低，且與游離氨基酸的吸收無(wú)競(jìng)爭(zhēng)等特點(diǎn)。同時(shí)，為了避免飼料中不同微量元素之間的拮抗互作，奧格公司根據(jù)實(shí)際研究結(jié)果總結(jié)了不同種類有機(jī)微量元素之間的最佳劑量及比例關(guān)系，最先提出并實(shí)踐了理想微量元素模型。

奧普明在顯著提高動(dòng)物生產(chǎn)性能的同時(shí)，減少微量元素的投放量與排出量，最終降低了畜牧業(yè)的重金屬污染。目前，公司已經(jīng)與飼料企業(yè)、預(yù)混料企業(yè)、養(yǎng)殖企業(yè)等數(shù)百家客戶建立了良好的合作關(guān)系，每年可節(jié)約無(wú)機(jī)銅和鋅分別大于340 t和420 t，產(chǎn)生社會(huì)效益數(shù)十億元，如果奧格生物重金屬減排的技術(shù)推廣到全國(guó)，則每年可減少至少15萬(wàn)t微量元素的使用量，從而大幅度地降低畜禽糞便中重金屬對(duì)土壤的污染，進(jìn)而減少農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染。

略，如需要可向作者索取。

2016-04-14）

2015年上?？萍寂d農(nóng)項(xiàng)目。