畜禽糞便中重金屬來源及對土壤污染分析

何其輝+梁玉峰

（湖南師范大學資源與環境科學學院，湖南 長沙 410081）

摘 要：畜禽糞便在中國農業生產中一直得到廣泛應用，但現代集約化養殖導致畜禽糞便產量大幅增加，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源以及對土壤重金屬的污染狀況。總結了近20a施用畜禽糞肥農業生產用地重金屬的累積規律，為畜禽糞肥合理使用提供科學依據方法。

關鍵詞：畜禽糞便； 重金屬； 土壤

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230214

畜禽糞便作為傳統有機肥料，可獲取途徑廣、施用方便，在農業生產中被大力推廣使用，成為新一代農作物生產的重要有機肥料來源。畜禽有機肥可改善土壤結構，增加土壤養分，提高土壤肥力[1]。因此，現代有機農業、綠色食品生產都非常重視畜禽糞便等有機肥的施用[2]。

在規模化畜禽養殖過程中，重金屬微量元素添加劑被大量使用以防止動物疾病，促進畜禽生長[14]。據統計，我國畜禽飼料添加劑每年的重金屬添加量為10～15萬t，能被畜禽吸收的重金屬不足5萬t，未能完全吸收的重金屬只有通過糞便的形式直接排出體外[17]。因此，調查分析畜禽糞便重金屬來源，深入研究畜禽糞便對土壤重金屬污染具有重要意義。

1 畜禽糞便中重金屬的來源及污染狀況

1.1 飼料重金屬的來源

1.1.1 生產活動造成的農作物污染

農田施肥、農藥施用以及污水灌溉等如果管理不當，均可造成重金屬直接污染農作物，或通過土壤積累，隨之被作物吸收[16]。對于廣泛存在于農村的農業生產活動污染，制定對于養殖場自制畜禽營養飼料重金屬含量標準如表1所示。

1.1.2 工業區造成的原料污染

礦區是我國飼料原料重要產地，飼料原料污染是畜禽養殖重金屬污染的源頭。由于采礦及冶煉污染防治措施不當，會向環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礦開采中，產生的廢棄物里會含有大量Cd元素。Zn礦含Cd約0.1%～0.5%，高時可達2.0%～5.0%。Cd在土壤中的環境容量比Pb、Cu、As等要小得多，只要土壤中Cd含量增加，就會使農作物中Cd含量富集指數增大。

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境重金屬污染。配合飼料生產時，為了改善飼料適口性、防霉、提高飼料質量等，往往添加一些酸性物質[16]。酸性物質會使機器表面鍍鋅、鍍鎘溶出，造成飼料重金屬Zn、Cd污染，含量過多會導致動物急性中毒。

據研究人員研究結果表明，中國大部分省份商品豬飼料重金屬含量已經超出了國家標準。造成這種現狀的原因，可能是在畜禽養殖中沒有依據科學指導，憑飼養經驗添加飼料添加劑。可以從各類研究中看出，當前我國畜禽養殖業的重金屬元素添加應用較為普遍，存在管理不規范的問題。

1.2 畜禽糞肥中重金屬污染狀況

目前我國尚未制定畜禽糞便中重金屬的限量標準，如表2所示，大部分研究對畜禽糞便中重金屬含量評價參照有機肥料行業標準（NY 525-2012）、有機-無機復混肥料國家標準（GB 18877-2009）、農用污泥中污染物控制標準（GB 4284-1984）和德國腐熟堆肥中部分重金屬含量標準[11]。

據單英杰等[2]研究發現，規模化養殖場產生的豬糞、雞糞、牛糞和鴨糞Cd平均含量在0.02～4.87mg/kg之間，均高于相應農戶家庭，其中牛糞中Cd含量明顯低于其他畜禽糞便。據譚曉冬和董文光[18]研究，北京市有機肥商品存在Cd超標問題。梁金鳳等[5]調查表明，北京市商品有機肥和傳統有機肥中重金屬元素Cd、As、Pb和Hg超標問題較為嚴重。周焱、董占榮等[6-7]研究發現，杭州市畜禽有機肥料存在Cd超標問題。據劉榮樂等[12]我國雞糞中 Zn、Cu、Cr、Cd、Ni的超標率為21.3%～66.0%，豬糞超標率為10.3%～69.0%，牛糞超標率為2.4%～38.1%等。

2 畜禽糞便重金屬對土壤的污染

2.1 畜禽糞便重金屬進入土壤的途徑

畜禽糞便從古至今就是中國農業上重要的肥料資源，被廣為使用。畜禽糞便利用方式的差異會導致重金屬直接或間接進入土壤。例如畜禽糞便中Cd直接進入土壤的利用方式：堆漚肥處理作為農家肥料、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單粗處理直接投入農業生產，但畜禽糞便有機污染依舊存在，以及畜禽糞便重金屬直接進入土壤二次污染；投放魚池作為魚飼料、曬干作為家用燃料、微生物發酵生產有機肥料，此類處理會減少畜禽糞便對土壤的直接污染，但其加工產物沒能去除重金屬污染，再次投入田間會產生間接污染。

2.2 畜禽糞便對土壤重金屬形態及有效性的影響

與重金屬無機鹽不同，畜禽糞便中的重金屬存在于有機物中，隨有機物在土壤中的逐步分解，其中的重金屬在土壤中的行為、與有機物結合的形態及生物有效性與重金屬無機鹽有明顯區別[8]。據董同喜等[9]研究發現，在水稻土上未培養的雞糞和豬糞中Cd的生物有效性低于等量Cd無機鹽，而培養6個月的雞糞和豬糞中Cd的生物有效性高于等量Cd無機鹽，施用后4～6 個月時雞糞中Cd的生物有效性最高，施用后6個月時豬糞中Cd的生物有效性最高。水稻土施入畜禽糞便有機肥后30～60d內，畜禽糞便有機肥處理土壤溶液中重金屬含量顯著低于等量重金屬無機鹽處理處理溶液，重金屬無機鹽處理土壤溶液中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后畜禽糞便有機肥處理和對應等量重金屬無機鹽處理土壤溶液中Cu、Zn、Cd、Pb的含量變的無差異。

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農田土壤中重金屬重要來源之一（Luo et al.，2009）。目前有機肥被大規模施用，未經處理、處理但不徹底的重度污染畜禽糞便仍將導致土壤二次污染，有機物污染、重金屬污染都直接影響土壤健康狀況。據同延安等[3]研究結果得知，有機肥及其根茬腐解，降低土壤pH值，促進土壤全Zn、Fe、Mn的分解與礦化，使其轉化為有效成分。

長期施用有機肥促使土壤中Zn、Fe、Cu元素有效態含量以及總量呈明顯上升趨勢，對微量元素平衡有顯著影響。韓曉日等[4]在棕壤上進行的長期定位試驗表明，連續施用有機肥既能補充 Zn 又能提高土壤pH、增加有機質含量；隨著土壤pH和有機質值增加土壤有效 Mn 明顯減少；不同施肥處理土壤pH和有機質含量的變化對土壤有效Cu沒有明顯作用；土壤pH對有效鐵的影響與對有效錳影響相似，但土壤有效鐵含量與有機質含量呈正相關。葉必雄等[10]的研究表明雞糞農用區土壤單項污染指數中Cd的污染情況較重，均值達到了警戒級，其中很多樣品點達到中污染。

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