畜禽糞便中重金屬來(lái)源及對(duì)土壤污染分析

何其輝+梁玉峰

（湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081）

摘 要：畜禽糞便在中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一直得到廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)代集約化養(yǎng)殖導(dǎo)致畜禽糞便產(chǎn)量大幅增加，成為土壤最主要的污染源之一。本文綜述了畜禽糞便中重金屬的主要來(lái)源以及對(duì)土壤重金屬的污染狀況。總結(jié)了近20a施用畜禽糞肥農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地重金屬的累積規(guī)律，為畜禽糞肥合理使用提供科學(xué)依據(jù)方法。

關(guān)鍵詞：畜禽糞便； 重金屬； 土壤

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230214

畜禽糞便作為傳統(tǒng)有機(jī)肥料，可獲取途徑廣、施用方便，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被大力推廣使用，成為新一代農(nóng)作物生產(chǎn)的重要有機(jī)肥料來(lái)源。畜禽有機(jī)肥可改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤養(yǎng)分，提高土壤肥力[1]。因此，現(xiàn)代有機(jī)農(nóng)業(yè)、綠色食品生產(chǎn)都非常重視畜禽糞便等有機(jī)肥的施用[2]。

在規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖過(guò)程中，重金屬微量元素添加劑被大量使用以防止動(dòng)物疾病，促進(jìn)畜禽生長(zhǎng)[14]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)畜禽飼料添加劑每年的重金屬添加量為10～15萬(wàn)t，能被畜禽吸收的重金屬不足5萬(wàn)t，未能完全吸收的重金屬只有通過(guò)糞便的形式直接排出體外[17]。因此，調(diào)查分析畜禽糞便重金屬來(lái)源，深入研究畜禽糞便對(duì)土壤重金屬污染具有重要意義。

1 畜禽糞便中重金屬的來(lái)源及污染狀況

1.1 飼料重金屬的來(lái)源

1.1.1 生產(chǎn)活動(dòng)造成的農(nóng)作物污染

農(nóng)田施肥、農(nóng)藥施用以及污水灌溉等如果管理不當(dāng)，均可造成重金屬直接污染農(nóng)作物，或通過(guò)土壤積累，隨之被作物吸收[16]。對(duì)于廣泛存在于農(nóng)村的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)污染，制定對(duì)于養(yǎng)殖場(chǎng)自制畜禽營(yíng)養(yǎng)飼料重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

1.1.2 工業(yè)區(qū)造成的原料污染

礦區(qū)是我國(guó)飼料原料重要產(chǎn)地，飼料原料污染是畜禽養(yǎng)殖重金屬污染的源頭。由于采礦及冶煉污染防治措施不當(dāng)，會(huì)向環(huán)境中排出含有重金屬的氣體、液體以及固體污染物。例如Zn、Cd是2種常伴成礦元素，在Zn礦開(kāi)采中，產(chǎn)生的廢棄物里會(huì)含有大量Cd元素。Zn礦含Cd約0.1%～0.5%，高時(shí)可達(dá)2.0%～5.0%。Cd在土壤中的環(huán)境容量比Pb、Cu、As等要小得多，只要土壤中Cd含量增加，就會(huì)使農(nóng)作物中Cd含量富集指數(shù)增大。

1.1.3 加工造成的飼料污染

飼料以及飼料添加劑是畜禽糞便中各類重金屬最主要來(lái)源[15]。減少飼料中重金屬含量，就能有效控制畜禽糞便造成的環(huán)境重金屬污染。配合飼料生產(chǎn)時(shí)，為了改善飼料適口性、防霉、提高飼料質(zhì)量等，往往添加一些酸性物質(zhì)[16]。酸性物質(zhì)會(huì)使機(jī)器表面鍍鋅、鍍鎘溶出，造成飼料重金屬Zn、Cd污染，含量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物急性中毒。

據(jù)研究人員研究結(jié)果表明，中國(guó)大部分省份商品豬飼料重金屬含量已經(jīng)超出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。造成這種現(xiàn)狀的原因，可能是在畜禽養(yǎng)殖中沒(méi)有依據(jù)科學(xué)指導(dǎo)，憑飼養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)添加飼料添加劑?？梢詮母黝愌芯恐锌闯?，當(dāng)前我國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的重金屬元素添加應(yīng)用較為普遍，存在管理不規(guī)范的問(wèn)題。

1.2 畜禽糞肥中重金屬污染狀況

目前我國(guó)尚未制定畜禽糞便中重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示，大部分研究對(duì)畜禽糞便中重金屬含量評(píng)價(jià)參照有機(jī)肥料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY 525-2012）、有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)混肥料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 18877-2009）、農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 4284-1984）和德國(guó)腐熟堆肥中部分重金屬含量標(biāo)準(zhǔn)[11]。

據(jù)單英杰等[2]研究發(fā)現(xiàn)，規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的豬糞、雞糞、牛糞和鴨糞Cd平均含量在0.02～4.87mg/kg之間，均高于相應(yīng)農(nóng)戶家庭，其中牛糞中Cd含量明顯低于其他畜禽糞便。據(jù)譚曉冬和董文光[18]研究，北京市有機(jī)肥商品存在Cd超標(biāo)問(wèn)題。梁金鳳等[5]調(diào)查表明，北京市商品有機(jī)肥和傳統(tǒng)有機(jī)肥中重金屬元素Cd、As、Pb和Hg超標(biāo)問(wèn)題較為嚴(yán)重。周焱、董占榮等[6-7]研究發(fā)現(xiàn)，杭州市畜禽有機(jī)肥料存在Cd超標(biāo)問(wèn)題。據(jù)劉榮樂(lè)等[12]我國(guó)雞糞中 Zn、Cu、Cr、Cd、Ni的超標(biāo)率為21.3%～66.0%，豬糞超標(biāo)率為10.3%～69.0%，牛糞超標(biāo)率為2.4%～38.1%等。

2 畜禽糞便重金屬對(duì)土壤的污染

2.1 畜禽糞便重金屬進(jìn)入土壤的途徑

畜禽糞便從古至今就是中國(guó)農(nóng)業(yè)上重要的肥料資源，被廣為使用。畜禽糞便利用方式的差異會(huì)導(dǎo)致重金屬直接或間接進(jìn)入土壤。例如畜禽糞便中Cd直接進(jìn)入土壤的利用方式：堆漚肥處理作為農(nóng)家肥料、直接排放到田間地頭、作為沼氣池填料處理[13]，這些方法將畜禽糞便做簡(jiǎn)單粗處理直接投入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但畜禽糞便有機(jī)污染依舊存在，以及畜禽糞便重金屬直接進(jìn)入土壤二次污染；投放魚(yú)池作為魚(yú)飼料、曬干作為家用燃料、微生物發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥料，此類處理會(huì)減少畜禽糞便對(duì)土壤的直接污染，但其加工產(chǎn)物沒(méi)能去除重金屬污染，再次投入田間會(huì)產(chǎn)生間接污染。

2.2 畜禽糞便對(duì)土壤重金屬形態(tài)及有效性的影響

與重金屬無(wú)機(jī)鹽不同，畜禽糞便中的重金屬存在于有機(jī)物中，隨有機(jī)物在土壤中的逐步分解，其中的重金屬在土壤中的行為、與有機(jī)物結(jié)合的形態(tài)及生物有效性與重金屬無(wú)機(jī)鹽有明顯區(qū)別[8]。據(jù)董同喜等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在水稻土上未培養(yǎng)的雞糞和豬糞中Cd的生物有效性低于等量Cd無(wú)機(jī)鹽，而培養(yǎng)6個(gè)月的雞糞和豬糞中Cd的生物有效性高于等量Cd無(wú)機(jī)鹽，施用后4～6 個(gè)月時(shí)雞糞中Cd的生物有效性最高，施用后6個(gè)月時(shí)豬糞中Cd的生物有效性最高。水稻土施入畜禽糞便有機(jī)肥后30～60d內(nèi)，畜禽糞便有機(jī)肥處理土壤溶液中重金屬含量顯著低于等量重金屬無(wú)機(jī)鹽處理處理溶液，重金屬無(wú)機(jī)鹽處理土壤溶液中Cu、Zn、Cd、Pb的含量分別是雞糞處理的2.4 倍、3.1倍、3.9倍和327.3倍，分別是豬糞處理的2.0倍、2.2倍、15.6 倍和4.0 倍。60d后畜禽糞便有機(jī)肥處理和對(duì)應(yīng)等量重金屬無(wú)機(jī)鹽處理土壤溶液中Cu、Zn、Cd、Pb的含量變的無(wú)差異。

2.3 畜禽糞便引起的土壤重金屬污染狀況

研究表明，畜禽糞肥的施用是我國(guó)農(nóng)田土壤中重金屬重要來(lái)源之一（Luo et al.，2009）。目前有機(jī)肥被大規(guī)模施用，未經(jīng)處理、處理但不徹底的重度污染畜禽糞便仍將導(dǎo)致土壤二次污染，有機(jī)物污染、重金屬污染都直接影響土壤健康狀況。據(jù)同延安等[3]研究結(jié)果得知，有機(jī)肥及其根茬腐解，降低土壤pH值，促進(jìn)土壤全Zn、Fe、Mn的分解與礦化，使其轉(zhuǎn)化為有效成分。

長(zhǎng)期施用有機(jī)肥促使土壤中Zn、Fe、Cu元素有效態(tài)含量以及總量呈明顯上升趨勢(shì)，對(duì)微量元素平衡有顯著影響。韓曉日等[4]在棕壤上進(jìn)行的長(zhǎng)期定位試驗(yàn)表明，連續(xù)施用有機(jī)肥既能補(bǔ)充 Zn 又能提高土壤pH、增加有機(jī)質(zhì)含量；隨著土壤pH和有機(jī)質(zhì)值增加土壤有效 Mn 明顯減少；不同施肥處理土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量的變化對(duì)土壤有效Cu沒(méi)有明顯作用；土壤pH對(duì)有效鐵的影響與對(duì)有效錳影響相似，但土壤有效鐵含量與有機(jī)質(zhì)含量呈正相關(guān)。葉必雄等[10]的研究表明雞糞農(nóng)用區(qū)土壤單項(xiàng)污染指數(shù)中Cd的污染情況較重，均值達(dá)到了警戒級(jí)，其中很多樣品點(diǎn)達(dá)到中污染。

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