豬糞便重金屬污染的防控措施分析

陳 輝

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)動(dòng)物遺傳育種與繁殖教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部豬遺傳育種重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070）

在當(dāng)前我國(guó)生豬養(yǎng)殖規(guī)?；⒓s化的進(jìn)程不斷加快的背景下，我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)在取得了可喜可賀的成績(jī)的同時(shí)，也暴露了我國(guó)養(yǎng)豬業(yè)現(xiàn)存的諸多嚴(yán)重問(wèn)題，如豬糞便重金屬所造成的環(huán)保污染問(wèn)題已被全世界廣泛關(guān)注[1]，這一問(wèn)題的存在嚴(yán)重阻礙著我國(guó)生豬養(yǎng)殖朝著健康、綠色高效的方向發(fā)展。筆者在有關(guān)文章中簡(jiǎn)要分析了豬糞便重金屬污染所帶來(lái)的危害，因而提出有效的豬糞便重金屬污染防控的措施具有很大的積極意義，基于此，筆者梳理了近年前人對(duì)豬糞便重金屬污染的防控的相關(guān)研究，分析了豬糞便重金屬污染防控的措施，如前人的研究表明通過(guò)鈍化劑處理[2]、好氧堆肥[3]、生物炭吸附[4]、接種蚯蚓[5]以及日糧營(yíng)養(yǎng)調(diào)控[6]等措施可以有效地防控重金屬污染。文章就近年重金屬污染防控措施展開綜述，旨在為當(dāng)前嚴(yán)峻的重金屬污染防控提供可行的科學(xué)參考，為實(shí)現(xiàn)生豬生態(tài)綠色養(yǎng)殖奠定基礎(chǔ)。

1 豬糞便重金屬污染的防控措施

由于豬糞便重金屬污染形勢(shì)嚴(yán)峻，且存在諸多負(fù)面作用，因此迫切需要科學(xué)合理可行的措施對(duì)其進(jìn)行防控，筆者梳理了近年學(xué)者相關(guān)的研究，分析了鈍化劑處理、好氧堆肥處理、生物炭吸附、接種蚯蚓以及日糧營(yíng)養(yǎng)調(diào)控等措施在豬糞便重金屬污染防控中的應(yīng)用，以期為今后有效防控豬糞便重金屬污染提供參考。

1.1 鈍化劑處理

通過(guò)使用鈍化劑處理可以有效降低重金屬的生物有效性，從而降低其對(duì)環(huán)境的危害，最終對(duì)其進(jìn)行有效防控[1]。何雯菁[7]探討了蛋殼作為豬糞便重金屬鈍化劑的可行性，結(jié)果顯示當(dāng)添加2.5%處理的蛋殼后可有效去除豬糞便中的重金屬，其去除效率可達(dá)90%；在堆肥處理中發(fā)現(xiàn)添加5%的蛋殼可有效降低糞便中Cr、Cu、Zn 以及As 等重金屬可利用率較高的形態(tài)比例，表明蛋殼可較好地鈍化豬糞便中的重金屬。相似的研究表明，豬糞和玉米秸稈發(fā)酵后，添加7.5%磷礦粉（鈍化劑）可有效降低沼渣中重金屬銅和鋅的含量，而添加7.5%海泡石可更有效地降低有效態(tài)銅的含量以及沼渣中銅的生物可利用指數(shù)[8]，這提示對(duì)于不同重金屬需要選用不同的鈍化劑，方能更高效防控豬糞便重金屬污染。在比較不同鈍化劑對(duì)重金屬鈍化效果的研究方面，劉小嶼等[9]以辣椒為研究植物，研究了不同鈍化劑對(duì)豬糞有機(jī)肥中銅和鋅的鈍化效果，結(jié)果表明添加1.25%生物炭鈍化劑對(duì)辣椒果實(shí)中銅和鋅的鈍化效果最好，該處理組銅和鋅的下降量與其余組相比最高，分別降低了25.91%和30.72%，其中添加1.25%化學(xué)吸附處理組和1%微生物菌劑處理組均可有效降低辣椒果實(shí)中銅和鋅的積累量，有效鈍化銅和鋅，這表明鈍化劑處理后可有效降低銅鋅等重金屬的含量。蔡海生等[10]研究了不同鈍化劑對(duì)豬糞便中Cu、Zn、As 以及Hg 等重金屬的鈍化效果，以酒渣、膨潤(rùn)土等原料按一定比例設(shè)計(jì)了5 個(gè)不同的復(fù)合鈍化劑，將其添加至豬糞渣中，結(jié)果顯示處理后所設(shè)5 個(gè)鈍化劑均能有效鈍化上述重金屬；侯月卿等[11]研究表明木屑炭對(duì)豬糞中Cd的鈍化效率為94.67%、嘉博文生物腐植酸對(duì)豬糞中Zn 的鈍化效率為64.94%，研究認(rèn)為木屑炭和嘉博文生物腐植酸是豬糞堆肥鈍化重金屬的良好材料。上述研究顯示，通過(guò)對(duì)豬糞進(jìn)行鈍化劑處理，可有效降低重金屬的生物可利用性，從而降低豬糞便中重金屬的污染。

1.2 好氧堆肥處理

糞便堆肥處理對(duì)豬糞便重金屬污染防治也具有積極作用，研究顯示堆肥是豬糞便資源化處理的主要方式，可有效降低糞便重金屬的生物有效性，從而有效防控豬糞便重金屬污染[1]。侯月卿等[12]研究了不同工藝處理（強(qiáng)制通風(fēng)和厭氧干發(fā)酵）對(duì)豬糞便重金屬形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)制通風(fēng)（好氧發(fā)酵）處理后的豬糞中Cu、Pb 和Zn 的鈍化效果優(yōu)于自然發(fā)酵以及厭氧發(fā)酵，且強(qiáng)制通風(fēng)有利于降低重金屬的活性形態(tài)的百分比，這表明強(qiáng)制通風(fēng)發(fā)酵有利于豬糞重金屬的無(wú)害化處理。蔣強(qiáng)勇[13]的研究證實(shí)豬糞經(jīng)堆肥處理后可有效降低豬糞中Cu、Zn、As 和Cd 等重金屬的生物有效性，對(duì)降低豬糞便中重金屬污染具有積極意義。堆肥前后添加鈍化劑，可通過(guò)降低重金屬水溶態(tài)含量，而有利于降低豬糞便重金屬污染，鄭國(guó)砥等[14]研究了好氧高溫堆肥處理對(duì)豬糞便中重金屬形態(tài)的影響，研究結(jié)果表明，豬糞經(jīng)高溫好氧堆肥處理后，豬糞中重金屬Cu、Zn、Cr、As 等可交換態(tài)含量顯著降低，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)好氧堆肥處理后，豬糞便中上述重金屬可交換態(tài)分配系數(shù)降低，表明高溫好氧堆肥處理豬糞后對(duì)降低重金屬的生物有效性具有促進(jìn)作用；類似的研究顯示，豬糞堆肥處理可有效促進(jìn)Zn 和Cu 向低活性態(tài)方向轉(zhuǎn)變，從而降低其生物有效性[15]。譚文津等[16]研究表明，豬糞高溫好氧堆肥過(guò)程中添加20%風(fēng)化煤或粉化煤均可使堆肥豬糞中Cu 和As 的水溶態(tài)含量和可交換態(tài)含量，這提示高溫好氧堆肥處理（添加鈍化劑）對(duì)于豬糞中Cu 和As 具有較好的清除效率；張樹清等[17]得到了類似的結(jié)論，該研究探討了高溫堆肥對(duì)豬糞重金屬Cu、Zn、Cr以及As 鈍化效果影響，結(jié)果顯示，高溫堆肥處理豬糞后（添加10%風(fēng)化煤）可有效降低重金屬的水溶態(tài)含量。上述研究顯示，對(duì)豬糞進(jìn)行好氧堆肥處理可通過(guò)降低重金屬的生物有效性而降低其給環(huán)境等方面帶來(lái)的負(fù)面影響，同時(shí)在好氧堆肥處理過(guò)程中添加鈍化劑具有更好的協(xié)同作用。

1.3 生物炭吸附

眾多研究顯示，豬糞便中添加生物炭可有效降低糞便中重金屬生物有效性，從而有效降低重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)。王義祥等[15]研究了豬糞堆肥過(guò)程中生物炭對(duì)重金屬Cu 和Zn 的鈍化作用，在豬糞和菌渣中添加花生殼生物炭（3%～9%）進(jìn)行堆肥處理，結(jié)果顯示，添加6%花生生物炭后可有效鈍化堆肥過(guò)程中的Cu 和Zn，鈍化效率分別為18.84%和11.55%，研究認(rèn)為堆肥過(guò)程中添加6%花生生物炭對(duì)Cu 和Zn 的生物有效性具有有效的降低作用，且此添加水平優(yōu)于未添加組以及其余水平組。刁立鵬等[4]研究顯示，豬糞堆肥過(guò)程中添加3%生物炭可有效鈍化堆肥后的重金屬Cu和Zn，對(duì)弱酸提取態(tài)的Cu 和Zn 的鈍化效率分別為27.23%和73.46%。由于生物炭對(duì)重金屬具有一定的鈍化效果，為提高生物炭的鈍化效果，近年大量學(xué)者開展了改良生物炭材料的開發(fā)應(yīng)用研究，李冉等[18]比較了不同改性方式（NaOH 和FeCl3改性處理）對(duì)豬糞便中重金屬鈍化效果的差異，結(jié)果顯示，添加生物炭組對(duì)重金屬的鈍化均高于未添加組，且FeCl3改性處理后的生物炭對(duì)Cu、Zn 和Pb 的鈍化效率高于其余組，分別為78.7%、43.53%以及66.45%，研究顯示堆肥過(guò)程中使用FeCl3改性處理后的生物炭更有利于重金屬的鈍化。陸嫚嫚[19]研究了負(fù)載MnOx稻稈生物炭（改性生物炭，50%MRBC）對(duì)豬糞有機(jī)肥中重金屬的去除效果，結(jié)果顯示，使用生物炭后（添加1%、2.5%和5%）對(duì)Cu 和Zn 均具有一定的去除效率，且隨著添加比例的增加而增加，5%添加組Cu 和Zn 的含量的降低率分別為42.1%和31.8%，同時(shí)可促進(jìn)Cu 向有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)變。生物炭還可協(xié)同其他處理方式處理豬糞便，從而更有效地降低豬糞便重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)。李冉等[20]另一項(xiàng)研究探討了生物炭聯(lián)合微生物對(duì)豬糞堆肥過(guò)程中Pb 和Cd 的鈍化作用，結(jié)果顯示，24%花生殼生物炭聯(lián)合1%菌劑為最佳鈍化Pb 的組合，該組合下Pb 的鈍化效率為74.6%，堆肥后可交換態(tài)分配率降低16.32%；而24% 木屑炭和1.5% 菌劑為最佳鈍化Cd 的組合，鈍化效率為58.13%，堆肥后可交換態(tài)分配率降低7.96%，這提示生物炭和微生物菌劑聯(lián)合使用可取得較好的金屬鈍化效果。綜合研究表明，在豬糞堆肥過(guò)程中添加生物炭可有效降低重金屬的生物有效性，同時(shí)還可協(xié)同添加其他物質(zhì)聯(lián)合使用可更有效地鈍化重金屬，進(jìn)而有效降低豬糞便重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 接種蚯蚓

蚯蚓對(duì)重金屬具有良好的富集作用，因而有望成為豬糞便重金屬污染防控的一種重要的措施。在重金屬的富集方面，黃煒等[21]探討了赤子愛(ài)勝蚓對(duì)豬糞便重金屬富集的作用，在豬糞中接種赤子愛(ài)勝蚓，處理4 周后檢測(cè)重金屬含量，結(jié)果顯示豬糞中Cu、Zn、Cr 以及Pb 等重金屬總量均出現(xiàn)不同程度的下降，且豬糞中Zn、Cr 以及Cd 的殘?jiān)鼞B(tài)比例分別下降了15%、27%和27%，這表明蚯蚓可有效富集豬糞便中的重金屬，對(duì)重金屬的去除和轉(zhuǎn)移具有積極作用。張泳楨[22]的研究顯示蚯蚓對(duì)Cu、Zn、Pb 以及Cr等均具有一定的富集作用，富集效果為Cr ＞Cu ＞Pb ＞Zn。鄭西朋等[5]探討聯(lián)合使用蚯蚓接種、超聲波破解以及好氧堆肥技術(shù)對(duì)污泥中重金屬的影響，發(fā)現(xiàn)蚯蚓處理后重金屬的生物有效性明顯降低，Zn 等非穩(wěn)定態(tài)比例在堆肥結(jié)束時(shí)均得到了不同程度的下降，這提示蚯蚓處理對(duì)豬糞重金屬無(wú)害化處理具有積極意義。蚯蚓還可聯(lián)合植物共同處理豬糞便中的Cu 和Zn 污染，李玉紅等[23]聯(lián)合使用蚯蚓（赤子愛(ài)勝蚓）和植物對(duì)豬糞進(jìn)行處理，結(jié)果顯示蚯蚓處理3 周后，蚯蚓體內(nèi)Zn 和Cu 含量達(dá)到峰值，富集系數(shù)分析表明蚯蚓對(duì)Zn 和Cu 的富集系數(shù)分別為1.43 和0.61，聯(lián)合使用后豬糞便中Zn 和Cu 的濃度分別下降了79% ～80%、61% ～64%， 研究認(rèn)為聯(lián)合使用可通過(guò)動(dòng)物-植物的生物循環(huán)，從而有效降低豬糞便重金屬進(jìn)入環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，聯(lián)合使用是一種較為理想的豬糞便重金屬污染的處理措施。由此表明，通過(guò)對(duì)豬糞便接種蚯蚓可有效地處理豬糞便中的重金屬污染。

1.5 日糧營(yíng)養(yǎng)調(diào)控

諸多研究均提示豬糞便中重金屬污染的主要原因是日糧中微量重金屬元素的過(guò)量添加，且糞便重金屬含量與日糧中微量重金屬元素的添加量具有顯著正相關(guān)關(guān)系[24-26]，因而通過(guò)調(diào)控日糧配方（降低微量重金屬元素的添加量）對(duì)豬糞便重金屬污染的防控具有積極意義。任善茂等[27]研究了蘇姜育肥豬日糧中Cu 和Zn的適宜添加水平，結(jié)果顯示，當(dāng)Cu、Zn 添加水平由高劑量降低至中低劑量時(shí)極顯著提高了育肥豬對(duì)日糧Cu和Zn 的表觀消化率(P ＜0.01)，且不影響育肥豬的生產(chǎn)性能，研究建議蘇姜育肥豬日糧中添加中劑量（Cu：25 mg/kg；Zn：40 mg/kg）并添加植酸酶可有效提高日糧Cu 和Zn 等重金屬的利用率。廖奇等[28]探討了環(huán)保型母豬料應(yīng)用的可行性，比較了全有機(jī)礦物元素（試驗(yàn)組）和無(wú)機(jī)礦物元素全價(jià)料（對(duì)照組）對(duì)母豬的飼用效果，結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組母豬糞便中總重金屬元素降低了17.43%，其余Pb、As、Cu 以及Zn 等重金屬均得到不同程度的下降，這提示母豬日糧使用全有機(jī)礦物元素可有效降低糞便重金屬的排放。相似的，馬蓮香等[6]研究表明育肥豬日糧中添加低劑量有機(jī)微量元素可有效降低豬糞便中重金屬Fe、Cu、Zn 的排放量（P ＜0.05），同時(shí)不影響其生產(chǎn)性能，有助于改善其抗氧化性。除使用有機(jī)微量元素促進(jìn)減排外，還可改變豬日糧的類型而降低豬糞便重金屬的排放，郭添福等[29]研究了全小麥型日糧替代全玉米日糧的可行性，比較了兩者對(duì)豬糞重金屬殘留的影響，結(jié)果顯示，小麥組中Pb 和Cr 的含量高于玉米型日糧，小麥組中Hg 未檢出，除Cu 外其余指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)，研究認(rèn)為小麥型日糧可取代傳統(tǒng)玉米型日糧。李紅英[29]設(shè)計(jì)了生長(zhǎng)豬低蛋白日糧（粗蛋白含量降低2%，日糧補(bǔ)充單體氨基酸）以及有機(jī)微量元素日糧（替代50%的無(wú)機(jī)微量元素）以探討其減排效果，結(jié)果顯示兩種日糧均不影響豬的生長(zhǎng)性能和血液生化指標(biāo)，低蛋白日糧可有效降低糞中氮磷的含量；而有機(jī)微量元素組則可以有效降低豬糞中Cu、Zn 和Fe 的含量。上述研究表明，通過(guò)合理設(shè)計(jì)豬的日糧，可有效提高豬對(duì)重金屬的利用率，從而有效降低豬糞便中重金屬的排放。

2 小結(jié)與展望

綜合全文，鑒于我國(guó)生豬養(yǎng)殖當(dāng)前存在的重金屬污染的背景，許多研究者對(duì)于此現(xiàn)狀提出了針對(duì)性的措施，如鈍化劑處理、好氧堆肥處理、生物炭吸附處理、蚯蚓接種以及日糧營(yíng)養(yǎng)調(diào)控等科學(xué)可行的措施，在一定程度上緩解了生豬養(yǎng)殖過(guò)程中豬糞便重金屬污染的窘境。但當(dāng)前我國(guó)生豬養(yǎng)殖所面臨的重金屬污染形勢(shì)仍然嚴(yán)峻，這提示需要我們進(jìn)一步強(qiáng)化豬糞便重金屬污染的防控研究，利用當(dāng)前生化、物理、動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)技術(shù)（科學(xué)設(shè)計(jì)日糧）等技術(shù)對(duì)豬糞便進(jìn)行科學(xué)處理，同時(shí)可協(xié)同使用上述措施，以期更高效地防控豬糞便重金屬污染?？偠灾覈?guó)在豬糞便重金屬污染防控領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展，相信隨著防控研究的不斷深入，將可對(duì)我國(guó)豬糞便重金屬污染進(jìn)行有效防控，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)生豬養(yǎng)殖綠色、高效、健康發(fā)展。