動(dòng)物糞便中重金屬對(duì)土壤影響探討

潘春方，任延銘，關(guān)洪英，孫 丹，閆麗紅

（黑龍江省獸藥飼料監(jiān)察所，哈爾濱 150069）

隨著畜牧業(yè)生產(chǎn)的集約化、規(guī)模化，養(yǎng)殖場(chǎng)戶的飼養(yǎng)規(guī)模越來越大，隨之而來的動(dòng)物的糞便產(chǎn)量也大幅增加。大量動(dòng)物糞便如果處理不當(dāng)就會(huì)給環(huán)境帶來巨大的危害，污染土壤、水源、空氣。幾千年來，中國就有將動(dòng)物糞便用作肥料的傳統(tǒng)，將動(dòng)物糞便作為土壤改良劑和營養(yǎng)來源還田[1]。動(dòng)物糞便作為肥料使用，不但增加了土壤養(yǎng)分，大幅減少了化肥使用量，而且能減輕動(dòng)物糞便給環(huán)境帶來的壓力。雖然動(dòng)物糞便還田有諸多好處，但是有一些問題需要引起人們的注意，如大量施用動(dòng)物糞便可引起土壤中磷酸鹽和硝酸鹽含量的升高，可增加重金屬在土壤中的蓄積量并通過食物鏈最終進(jìn)入到動(dòng)物機(jī)體和人體。對(duì)于動(dòng)物糞便成分的研究以及單位面積土地上動(dòng)物糞便的最佳施用量評(píng)估等已經(jīng)成為眾多學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。

1 動(dòng)物糞便中金屬污染情況

伴隨著現(xiàn)代畜牧業(yè)的發(fā)展，飼料添加劑在畜牧業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。各種金屬元素添加劑在發(fā)揮其促進(jìn)生長、提高飼料利用率、抑制有害菌等作用的同時(shí)，因其在動(dòng)物體內(nèi)消化吸收率不高而隨代謝產(chǎn)物被派出畜禽體外，導(dǎo)致了糞便中重金屬元素含量較高。Cang等對(duì)雞、豬、奶牛、鴨、鵝和鴿子糞便中的重金屬污染情況進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示鋅（Zn）含量（以干物質(zhì)計(jì)）分別為 417.0、505.9、185.52、440.62、77.42和192.44 mg·kg-1；銅（Cu）含量（以干物質(zhì)計(jì)）分別為89.14、399.0、45.99、46.95、14.71 和 22.59 mg·kg-1；鉛（Pb）含量（以干物質(zhì)計(jì)）分別為11.08、12.80、9.74、4.51、18.20和14.39 mg·kg-1；鎘（Cd）含量（以干物質(zhì)計(jì)）分別為1.84、0.80、0.70、0.29、1.40和0.36 mg·kg-1[2]。Li等研究結(jié)果顯示，Cd豬的糞便中（以干物質(zhì)計(jì)）含量范圍為0～129.76 mg·kg-1，在雞、奶牛和羊糞便中（以干物質(zhì)計(jì)）含量分別為12.05、15.38和1.42 mg·kg-1，并且還發(fā)現(xiàn)4種動(dòng)物糞便中的鎘的含量與飼喂日糧中的Cd含量呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系[3]。Jackson等研究指出，砷在豬、蛋雞和奶牛的糞便中分別為 1.68、1.46 和 0.44 mg·kg-1[4]。Wang等研究指出，Cu和Zn在豬糞便肥料中的濃度最高，其次是家禽和奶牛糞便肥料。1990—2008年，Cu、Zn、As、鉻（Cr）、Cd在豬糞便肥料中含量分別增加771%、410%、420%、220%和63%，在牛糞便肥料中含量分別增加212%、95%、200%、791%和-63%，在家禽糞便肥料中含量分別增加181%、197%、1 500%、261和196%[5]。大部分的增長發(fā)生在2002—2008年，而糞便肥料中Pb和汞（Hg）在1990—2008年呈不斷下降趨勢(shì)。

綜合以上學(xué)者們研究的數(shù)據(jù)，可以看出目前動(dòng)物糞便中主要的金屬污染物為Cu、Zn、As、Cr、Cd、Pb和Hg等[6]。這些金屬污染物可分為兩大類，一類是對(duì)動(dòng)物有益的必要營養(yǎng)元素，如Cu、Zn，可以促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體的最佳化生長速率和提高機(jī)體的抗菌性能，另一類是動(dòng)物生產(chǎn)非必需的元素，如As、Cr、Cd、Pb和Hg[7]。營養(yǎng)元素在動(dòng)物糞便中的含量與飼喂的日糧中該類元素添加量呈正相關(guān)，非營養(yǎng)元素因不具有任何有益作用養(yǎng)殖者不會(huì)主動(dòng)在飼料中添加，動(dòng)物糞便中這類元素的來源主要與飼料原料中殘留的含量有關(guān)。

2 動(dòng)物糞便中金屬元素對(duì)土壤的影響

在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式和現(xiàn)代新興的無公害、綠色、有機(jī)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)方式的雙重影響下，動(dòng)物糞便作為糞肥被越來越多地還田，同時(shí)近幾年國家實(shí)施的畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治管理政策，鼓勵(lì)和支持糞肥還田、制取沼氣、制造有機(jī)肥，進(jìn)一步促進(jìn)動(dòng)物糞便作為肥料的使用，而大量使用動(dòng)物糞肥會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生一定影響。

2.1 動(dòng)物糞便產(chǎn)生堆積對(duì)土壤的影響

動(dòng)物糞便在動(dòng)物畜舍產(chǎn)生后首先在養(yǎng)殖場(chǎng)區(qū)內(nèi)或周邊堆積存放，周邊土壤中的金屬元素的含量隨著動(dòng)物糞便堆積量增大和堆積時(shí)間的延長而增加，導(dǎo)致土壤中金屬元素嚴(yán)重富集。祁玉峰等研究顯示，一個(gè)萬頭豬場(chǎng)，連續(xù)使用高Cu日糧，每年可向豬場(chǎng)周邊土壤排放Cu約2 t[8]。在一些地區(qū)，動(dòng)物糞便中所含的重金屬已經(jīng)成為農(nóng)田重金屬的重要來源。隨著環(huán)境條件的變化，重金屬形態(tài)可能發(fā)生變化，從而從土壤中遷移到水源中進(jìn)而對(duì)人體健康產(chǎn)生一定的威脅。

2.2 動(dòng)物糞便還田后對(duì)土壤的影響

動(dòng)物糞便作用有機(jī)肥料還田后，其中含的重金屬對(duì)土壤中重金屬的總體水平產(chǎn)生重要影響，導(dǎo)致中土壤重金屬含量的增加，加劇土壤中重金屬的富集。向磊等研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物糞便已成為進(jìn)入土壤中的As的主要來源[9]。劉赫等研究發(fā)現(xiàn)，長期施用重金屬含量高的畜禽糞便，將造成重金屬等有害物質(zhì)在土壤中累計(jì)，且尤以Cu、Zn的含量上升顯著[10]。持續(xù)的長期施用動(dòng)物糞便可導(dǎo)致土壤中的金屬積累，超過某些作物的毒害水平，致使重金屬在食物鏈中積累，導(dǎo)致人類健康和環(huán)境問題[11]。

3 對(duì)動(dòng)物糞便資源化利用的一點(diǎn)建議

動(dòng)物糞便雖然存在著污染空氣、污染水源、污染土壤等諸多不利因素，但是其中也富含有氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，對(duì)于減少化肥的使用，預(yù)防土壤變性具有積極的作用，如何科學(xué)合理的利用動(dòng)物糞便是需要長期深入研究的問題。

3.1 合理使用飼料添加劑，提高動(dòng)物糞便利用價(jià)值

飼料添加劑的不當(dāng)使用是導(dǎo)致動(dòng)物糞便中金屬元素含量過高的主要因素。加強(qiáng)動(dòng)物營養(yǎng)研究，合理調(diào)整日糧配方，科學(xué)使用飼料添加劑，從源頭上控制動(dòng)物機(jī)體對(duì)金屬元素的攝入量，既能保證動(dòng)物生產(chǎn)的正常需求，又避免過量攝入，從而減低動(dòng)物糞便中金屬元素的含量，提高動(dòng)物糞便資源化利用的價(jià)值。

3.2 測(cè)土施肥，適量施用動(dòng)物糞肥

劉樂榮等研究證實(shí)，商品有機(jī)肥中重金屬含量與所使用的有機(jī)物料中重金屬含量成顯著正相關(guān)，說明將動(dòng)物糞便加工成有機(jī)肥對(duì)重金屬含量的影響不大[12]。姚麗賢等對(duì)菜心、小白菜、油麥菜、茼蒿、莧菜和通菜盆栽試驗(yàn)施用含As的雞、豬糞試驗(yàn)結(jié)果表明，畜禽糞便重金屬含量對(duì)植物重金屬含量也因?yàn)橹参锓N類不同而異，施入含As的雞、豬糞只提高通菜的As含量，并且還降低了其他蔬菜的As含量[13]。施用動(dòng)物糞便制作的有機(jī)肥前最好先進(jìn)行土壤中重金屬含量和有機(jī)肥中重金屬含量的測(cè)定，再根據(jù)土壤的耐受和擬種植農(nóng)作物的品種確定動(dòng)物糞肥的施用量，以確保動(dòng)物糞肥中的重金屬不會(huì)對(duì)土壤和農(nóng)作物產(chǎn)生不利影響。

3.3 加強(qiáng)科研，促進(jìn)動(dòng)物糞便的綜合利用

對(duì)于動(dòng)物糞便的利用也用從綜合利用循環(huán)利用的角度進(jìn)行考慮和研究，對(duì)現(xiàn)有的能源模式、能源-環(huán)保模式、環(huán)保模式、生態(tài)工程模式等畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)常見糞污處理方式深入開發(fā)和研究，因地制宜、因場(chǎng)制宜地采取動(dòng)物糞便和資源化利用方式，確保動(dòng)物糞便的有效合理利用[14]。

4 小結(jié)

飼養(yǎng)動(dòng)物歷史悠久，動(dòng)物糞便一直被視為肥料而利用。近年來，隨著養(yǎng)殖規(guī)模的增大和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，動(dòng)物糞便帶來的環(huán)保問題備受人們關(guān)注。如何科學(xué)合理地利用動(dòng)物糞便，解決養(yǎng)殖規(guī)模擴(kuò)大給人們帶來豐富畜禽產(chǎn)品與環(huán)境污染問題日益突出之間的矛盾將是一個(gè)長期而有意義的研究課題，相信在眾多學(xué)者的共同努力下一定能夠解決這一問題，達(dá)到人與自然環(huán)境的平衡。