畜禽糞便中重金屬污染現狀及控制

王 湧，曹冬梅，孫安權

奧格生物技術（上海）有限公司，上海　201210

畜禽糞便中重金屬污染現狀及控制

王 湧，曹冬梅，孫安權

奧格生物技術（上海）有限公司，上海201210

畜禽糞便一直被當作有機肥廣泛應用于農業生產，但因微量元素添加劑在畜禽飼料中的濫用，導致畜禽糞便中重金屬污染情況較為普遍，農產品重金屬污染問題長時間以來未引起社會充分重視，該文對畜禽糞便重金屬污染現狀及其應對措施進行了綜述，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，畜禽養殖呈現區域化、規模化的趨勢，畜禽糞便的集中污染問題日益突出，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遠超過畜禽吸收能力，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，導致農產品中極易出現重金屬富集現象，關于糞便中重金屬的限量標準濃度及其控制方法等需要引起學界和大眾的足夠重視。

1　畜禽糞便重金屬污染現狀

2014年4月17日，國家環境保護部和國土資源部聯合發布了《全國土壤污染狀況調查公報》，公報顯示全國土壤環境狀況總體不容樂觀。全國土壤總的污染物超標率為16.1%，以無機型為主，無機污染物超標點位數占全部超標點位的82.8%。

無機污染物主要是鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種重金屬元素（在這里砷由于性質類似其他7種重金屬也作為重金屬對待）。其中一個重要的污染源來自畜禽糞便，據統計，1988年中國畜禽糞便產生量為18.8億t，是當年工業固廢量的3.4倍；1995年達24.9億t，約為當年工業固廢量的3.9倍；2000年達36.4億 t，相當于同期工業固廢量的3.8倍。畜禽糞便的總體土地負荷警戒值已達0.49（＜0.49為宜），位居全國重點污染排放領域之首。

微量元素添加劑是畜牧業重金屬污染的主要來源。在集約化畜禽養殖過程中，飼料中均添加有多種微量元素添加劑，如Cu、Zn、Mn、Cr等。有些飼料生產企業片面地強調其促生長作用，違規加大添加量，而這些無機元素在畜禽體內的消化吸收利用率極低，在排出的糞便中含量很高。據報道，我國目前每年使用的微量元素添加劑為30萬～38萬t，但由于生物效價低，大約有95%以上未被動物利用的礦物質隨糞尿排出體外，造成土壤的重金屬污染。有機肥料中關于重金屬的危害及限量標準等問題已經被越來越多的國內外學者所重視。各國的標準也不盡相同，最為嚴格的是德國的堆肥標準。

諸春強對采自江蘇地區的72份畜禽糞便的Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni含量進行檢測，結果表明：豬糞中Cu、Zn含量均很高，平均值高達571.3 mg/kg 和578.3 mg/kg。參照德國腐熟堆肥中部分重金屬的限量標準，豬糞中Cu、Zn、Cd、Ni的超標率分別為76.9%、69.2%、57.7%、38.5%。

王飛等對華北農產品產地商品有機肥的調查研究發現，其中重金屬Cd、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、As、Hg質量分數的平均值分別為0.21、45.42、69.22、87.40、274.58、16.50、3.21、 0.33 mg/kg。按照2012年農業部發布的中國有機肥行業標準，Pb的超標率高達80.56%，其他不超標；按照德國腐熟堆肥標準，大部分重金屬超標，Cr、Cu、Pb、Zn、Ni、Hg的 超標率分別為8.33%、13.89%、16.67%、19.44%、2.78%、11.11%。

表2展示了我國部分地區畜禽糞便的污染情況，結果顯示，豬、禽糞便是重金屬的重災區，最容易超標的重金屬是Cu、Zn。豬糞的重金屬污染程度高于禽，反芻動物糞便重金屬污染情況不突出。

表1　不同國家部分重金屬限量標準

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、蔬菜的有機肥料。連續施用重金屬超標的畜禽糞便會導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年對上海寶山區蔬菜采樣分析表明，上海市蔬菜已經受到重金屬污染，尤其以鉛和鎘最為嚴重，分別超標81.97%和54.1%。Zhou等人發現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含量超過了我國食品標準規定的20 mg/kg，達到了28.7 mg/kg。長期施用這些畜禽糞便為原料的有機肥可能會給環境帶來風險，對土壤、地下水與地表水質量的影響，以及對農作物的風險和生態農業的影響不容忽視。

表2　我國部分地區規模化養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，發酵

通過對畜禽糞便進行堆肥和沼氣發酵可促進重金屬鈍化，其主要原理是利用發酵過程中畜禽糞便中的有機物形態變化而絡合固定重金屬，使其活性被鈍化，降低重金屬的生物有效性，鄭國砥等研究表明，經堆肥處理后，降低了畜禽糞便中重金屬對土壤環境及農產品污染的風險。王玉軍等研究表明雞糞中重金屬經堆肥處理后Cu的有機結合態和殘渣態含量提升了10.9%。Marcato用化學方法對鮮豬糞和沼肥中Cu、Zn的生物有效性研究對比發現，經發酵的沼肥中重金屬的流動性比鮮糞中低。

3.2鈍化劑

主要包括物理鈍化劑、化學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，如活性炭、沸石、海泡石和膨潤土等，對畜禽糞便堆肥過程中的重金屬進行物理吸附，具有較易獲得、原理簡單和操作簡便的優點，其不足之處在于堆肥產品與吸附劑較難分離，對重金屬鈍化效果不高。在堆肥過程中添加化學鈍化劑對重金屬鈍化效果要好一些，但易對環境造成二次污染，不同鈍化劑對不同重金屬的鈍化效果不同，且不同鈍化劑優化組合對重金屬形態也具有很大影響，在生產實踐中大面積應用面臨較大的困難。

4　源頭控制畜禽糞便重金屬污染

畜禽糞便經處理后，只能在一定程度上減輕重金屬對土壤的毒害，重金屬及其化合物仍然不能被生物降解。雖然可通過形成不溶性或穩定化合物與沉積物暫時從自然循環中除去，但仍存在潛在污染。土壤污染一旦發生，治理成本較高，周期很長。根據歐美等發達國家經驗，土壤保護成本、土地可持續管理成本與場地修復成本基本上是1∶10∶100的關系。這是對于一般性污染成本模型，而對于重金屬污染，治理成本估計達到預防成本的5萬～6萬倍，對于土壤中重金屬的污染，預防優于治理。

表3　仔豬料中使用有機替代無機微量元素對糞便微量元素排放量的影響　干物質/（mg/kg）

5　有機微量元素添加劑對畜禽糞便污染的減排效果

奧格生物技術（上海）有限公司作為一家飼料微量元素添加劑的專業公司，早在公司成立之初，就致力于通過自身的技術減少畜牧業的重金屬污染。經過逾10年的發展，奧格生物做到了，并且成效顯著。奧格生物技術（上海）有限公司利用小肽螯合技術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，進而降低畜禽糞便中重金屬元素的排放量，最終降低畜牧業對土壤的重金屬污染。

奧格生物的有機微量元素奧普明是引進美國最新螯合技術、在國內生產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競爭等特點。同時，為了避免飼料中不同微量元素之間的拮抗互作，奧格公司根據實際研究結果總結了不同種類有機微量元素之間的最佳劑量及比例關系，最先提出并實踐了理想微量元素模型。

奧普明在顯著提高動物生產性能的同時，減少微量元素的投放量與排出量，最終降低了畜牧業的重金屬污染。目前，公司已經與飼料企業、預混料企業、養殖企業等數百家客戶建立了良好的合作關系，每年可節約無機銅和鋅分別大于340 t和420 t，產生社會效益數十億元，如果奧格生物重金屬減排的技術推廣到全國，則每年可減少至少15萬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土壤的污染，進而減少農產品重金屬污染。

略，如需要可向作者索取。

2016-04-14）

2015年上海科技興農項目。