豬飼料中重金屬遷移路徑及其潛在安全風(fēng)險(xiǎn)分析

姜偉，金彩虹，吳樹康，喬成桓，孫吉翠，楊守軍

（1.龍口市動物疫病預(yù)防控制中心，山東 龍口 265701；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東 煙臺 264670）

隨著我國養(yǎng)豬業(yè)的迅速發(fā)展和集約化程度的不斷提高，部分微量重金屬元素作為飼料添加劑被廣泛用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)，用于預(yù)防動物疾病和促進(jìn)動物生長。研究表明，飼料中添加高濃度的銅（Cu）能夠提高豬的采食量和體重、促進(jìn)豬體內(nèi)酶的合成及調(diào)節(jié)激素水平，還有利于防止銅缺乏導(dǎo)致的關(guān)節(jié)受損、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)異常等現(xiàn)象［1－3］；砷（As）的添加能夠抑制豬腸道有害微生物和寄生蟲、加速蛋白質(zhì)包括血紅蛋白的合成、促進(jìn)腸道對養(yǎng)分的吸收、使毛細(xì)血管舒張并改善皮膚營養(yǎng)［4］；鋅（Zn）對于維持豬免疫器官的結(jié)構(gòu)和功能具有重要作用［5－7］；鉻（Cr）能夠通過調(diào)節(jié)激素水平提高豬日增重和日采食量，還有利于提高豬肉品質(zhì)［8，9］。然而，某些養(yǎng)豬場飼料中重金屬的添加量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出動物的需要量，豬采食后，少部分重金屬被吸收并蓄積在動物組織內(nèi)，不易分解且易引起動物急性或慢性中毒，大部分重金屬隨動物糞便排出體外，以糞肥形式用于農(nóng)田，最終通過食物鏈富集對人體健康產(chǎn)生危害。

綜上分析認(rèn)為，飼料中添加重金屬盡管有利于豬體生長并提高肉用價值，但同時存在潛在環(huán)境污染和糧食安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。目前相關(guān)研究大多集中于重金屬元素對動物促生長機(jī)理以及重金屬元素在動物器官、糞便和土壤中殘留對動物本身和環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)評估，但對飼料中重金屬元素從動物飼喂到農(nóng)田生產(chǎn)系統(tǒng)中的遷移路徑研究缺乏詳細(xì)系統(tǒng)的闡述。本研究依據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對飼料中重金屬元素在動物體內(nèi)、糞便收運(yùn)貯、糞便還田、作物吸收、土壤吸附、食物鏈富集等遷移路徑各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行量化分析，以期為飼料重金屬的合理添加量及畜產(chǎn)品、土壤生態(tài)環(huán)境和糧食安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 豬全價配合飼料中重金屬含量現(xiàn)狀分析

《GB 13078—2017飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》和《NY／T 65—2004豬飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》對豬全價配合飼料中重金屬的含量給出了限量值，要求Pb、Cu、As、Cr、Cd含量分別不高于5、6、2、5、0.5 mg／kg。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道我國某些規(guī)模化養(yǎng)殖場豬飼料中添加了過量重金屬［10－27］。由表1可見，飼料中Pb、Cd元素含量范圍分別為0.00～153.22 mg／kg和0.00～174.33 mg／kg，最高值均出現(xiàn)在山東省；Cu、As元素含量范圍分別為0.00～914.20 mg／kg和0.00～47.30 mg／kg，最高值均出現(xiàn)在浙江省；Cr元素含量范圍為0.00～199.90 mg／kg，最高值出現(xiàn)在江蘇省。從平均值來看，華東地區(qū)飼料中Pb、Cr元素含量均未超標(biāo)，Cu、As、Cd元素含量分別是標(biāo)準(zhǔn)限定值的28.9、3.6倍和3.6倍。

表1 華東地區(qū)豬飼料中重金屬含量

2 豬飼料中重金屬遷移路徑

當(dāng)重金屬隨飼料進(jìn)入豬體后，隨血液循環(huán)輸送到全身各組織，或以原有形式沉積下來，或形成其他化合物對豬體產(chǎn)生危害［1，4，27，28］。由于豬對重金屬的吸收率較低，大部分重金屬隨糞便排出體外［1，29－31］。豬糞便經(jīng)收集、處理后輸送至農(nóng)田，過程環(huán)節(jié)因糞便收運(yùn)貯而造成損失。農(nóng)田施用糞便后，重金屬還存在土壤吸附、作物吸收、土壤淋失等過程。

2.1 重金屬在豬體內(nèi)殘留分析

重金屬主要?dú)埩羝鞴侔∪狻⒏巍⒛I，分別占豬體重的70.0%、2.5%和1.4%。由表2可見，Cd元素在豬體內(nèi)殘留比例最高，分別是Pb、Cr、As和Cu元素殘留率的9.30、4.27、88.30倍和58.87倍。

表2 豬體內(nèi)重金屬殘留量及殘留比例

2.2 豬糞堆肥過程中重金屬含量變化

研究表明，豬糞中含有大量重金屬，其中少量能夠?yàn)樽魑锷L提供營養(yǎng)元素，大部分重金屬對土壤和作物具有毒害作用［10，15，21，41，42］。畜禽糞便還田前多數(shù)通過堆肥方式進(jìn)行無害化處理，但在堆肥過程中由于水分蒸發(fā)、濾液外滲等導(dǎo)致重金屬含量發(fā)生變化。由表3得知，As在堆肥過程中殘留比例最高，分別比Pb、Cu、Cr和Cd高出6.92%、4.38%、3.12%和2.09%。

表3 豬糞堆肥過程中重金屬殘留量及殘留比例

2.3 豬糞肥還田后重金屬在土壤中的殘留分析

焦璐琛等［49］研究表明，施用腐熟豬糞后土壤中Pb、Cu和Cd含量分別比對照土壤升高0.73%、33.70%和52.69%；朱鳳連［50］在同一農(nóng)田連續(xù)施用3次豬糞后發(fā)現(xiàn)，耕層土壤中Pb、Cu、Cr和Cd含量分別比對照土壤提高0.61%、30.85%、3.48%和23.04%。這說明糞肥還田后土壤存在重金屬吸附現(xiàn)象［51，52］。表4數(shù)據(jù)表明，糞肥施入后土壤中Pb、Cu、As、Cr、Cd均出現(xiàn)殘留，其中Cu的殘留比率最高，分別比Pb、As、Cr和Cd提 高49.78%、18.46%、100.10% 和38.35%。

表4 豬糞肥施用后土壤重金屬殘留量和殘留比率

2.4 豬糞肥還田后作物吸收重金屬的比率

朱鳳連［50］、黃翔［58］和武立葉［59］等的研究表明，農(nóng)田施用糞肥或糞肥沼液后，農(nóng)作物不同部位或器官會有不同程度的重金屬殘留。由表5看出，作物對As的吸收比率最低，分別為Pb、Cu、Cr和Cd吸收比率的16.01%、67.55%、11.23%和47.89% 。

2.5 豬飼料中重金屬在遷移路徑中的分配

豬飼料中重金屬的遷移路徑包括豬體殘留、豬糞收運(yùn)貯和堆肥過程中的損失、土壤殘留、作物吸收以及土壤淋失等其他途徑。根據(jù)表2～表5數(shù)據(jù)可得出豬飼料中重金屬在遷移路徑中各階段的分配比率。由表6看出，源自飼料中的重金屬Pb、Cu在遷移路徑中以土壤殘留為主，As、Cr、Cd以土壤淋失等其他途徑為主。在重金屬遷移路徑中以豬體殘留比率為最低，其次為堆肥過程損失和作物吸收。

表5 豬糞施用后作物有效重金屬吸收比率

表6 豬飼料中重金屬在遷移路徑中的分配比率 （%）

3 飼料重金屬潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)

3.1 對豬生長和健康的危害

豬采食含有過量重金屬的飼料會影響其生長和健康狀況。部分飼料中Cu含量超過375 mg／kg（表1），會導(dǎo)致Cu的促生長作用消失，Cu與鐵（Fe）和Zn發(fā)生拮抗作用造成豬腹瀉和皮膚病增加［67］。在多個省份均出現(xiàn)豬飼料中Pb含量超過16.83 mg／kg，這可能引起仔豬鉛中毒，甚至死亡［68］。部分地區(qū)豬飼料中As含量超過34 mg／kg，這會導(dǎo)致砷中毒，抑制多種與氧化代謝有關(guān)的含巰基酶活性并引發(fā)胃腸炎和神經(jīng)功能紊亂等疾病［69，70］。豬飼料Cd、Cr含量均出現(xiàn)超過10 mg／kg的現(xiàn)象，豬食用后會對腎臟系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，降低豬對日糧的利用率，還可能造成新生仔豬死亡率上升［71，72］。

3.2 對畜產(chǎn)品安全和食品安全的危害

重金屬在豬體內(nèi)殘留不僅會影響畜產(chǎn)品安全，還會影響食品安全。按照《GB—14935食品中鉛限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》《GB—15199食品中銅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》《GB—4810食品中砷限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》《GB—14961食品中鉻限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》和《GB—15201食品中鎘限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，豬體內(nèi)Pb、Cu、As和Cr含量（表2）均未超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。豬體內(nèi)Cd含量（0.94 mg／kg）超過標(biāo)準(zhǔn)的9.4倍，若人體每月攝入量25μg／kg體重，可能導(dǎo)致鎘在人體中積累甚至引起機(jī)體細(xì)胞產(chǎn)生毒性和癌變［73］。盡管豬肉中砷含量（0.043 mg／kg）遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求的0.5 mg／kg，但同樣應(yīng)當(dāng)注意防止砷在人體內(nèi)富集而造成危害［74］。

3.3 對農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)《GB—15618土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》的要求，豬糞肥施用后土壤中重金屬含量遠(yuǎn)低于此標(biāo)準(zhǔn)。高麗雙等［75］研究表明，當(dāng)土壤Cu、Cr含量為29.20 mg／kg和16.88 mg／kg時，土壤呼吸強(qiáng)度減弱，土壤微生物活性受到抑制。本研究表明，豬糞肥施用后土壤中Cu、Cr和Cd含量分別達(dá)到28.43、21.99 mg／kg和0.27 mg／kg，可能對土壤微生物區(qū)系和多樣性造成不良影響，進(jìn)而延緩?fù)寥婪柿Φ男纬珊桶l(fā)展及植物營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化過程［76，77］。

4 結(jié)論

土壤是飼料中Pb、Cu、As、Cd等重金屬元素在遷移路徑中的主要去處，土壤淋失是Cr的主要去向。總體來看，盡管目前養(yǎng)殖場所采用的飼料中部分重金屬含量超標(biāo)，但在生豬養(yǎng)殖和糞便利用過程中不會對畜產(chǎn)品、人體健康、土壤環(huán)境及作物的生長產(chǎn)生危害。