動物糞便中重金屬對土壤影響探討

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)殖場戶的飼養(yǎng)規(guī)模越來越大，隨之而來的動物的糞便產(chǎn)量也大幅增加。大量動物糞便如果處理不當就會給環(huán)境帶來巨大的危害，污染土壤、水源、空氣。幾千年來，中國就有將動物糞便用作肥料的傳統(tǒng)，將動物糞便作為土壤改良劑和營養(yǎng)來源還田[1]。動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，而且能減輕動物糞便給環(huán)境帶來的壓力。雖然動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入到動物機體和人體。對于動物糞便成分的研究以及單位面積土地上動物糞便的最佳施用量評估等已經(jīng)成為眾多學者關(guān)注的重點和研究熱點。

1 動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)揮其促進生長、提高飼料利用率、抑制有害菌等作用的同時，因其在動物體內(nèi)消化吸收率不高而隨代謝產(chǎn)物被派出畜禽體外，導致了糞便中重金屬元素含量較高。Cang等對雞、豬、奶牛、鴨、鵝和鴿子糞便中的重金屬污染情況進行了研究，結(jié)果顯示鋅（Zn）含量（以干物質(zhì)計）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）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）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）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）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）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。

綜合以上學者們研究的數(shù)據(jù)，可以看出目前動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，一類是對動物有益的必要營養(yǎng)元素，如Cu、Zn，可以促進動物機體的最佳化生長速率和提高機體的抗菌性能，另一類是動物生產(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)殖者不會主動在飼料中添加，動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 動物糞便中金屬元素對土壤的影響

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、有機農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)方式的雙重影響下，動物糞便作為糞肥被越來越多地還田，同時近幾年國家實施的畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治管理政策，鼓勵和支持糞肥還田、制取沼氣、制造有機肥，進一步促進動物糞便作為肥料的使用，而大量使用動物糞肥會對土壤產(chǎn)生一定影響。

2.1 動物糞便產(chǎn)生堆積對土壤的影響

動物糞便在動物畜舍產(chǎn)生后首先在養(yǎng)殖場區(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物糞便堆積量增大和堆積時間的延長而增加，導致土壤中金屬元素嚴重富集。祁玉峰等研究顯示，一個萬頭豬場，連續(xù)使用高Cu日糧，每年可向豬場周邊土壤排放Cu約2 t[8]。在一些地區(qū)，動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而對人體健康產(chǎn)生一定的威脅。

2.2 動物糞便還田后對土壤的影響

動物糞便作用有機肥料還田后，其中含的重金屬對土壤中重金屬的總體水平產(chǎn)生重要影響，導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)，動物糞便已成為進入土壤中的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，且尤以Cu、Zn的含量上升顯著[10]。持續(xù)的長期施用動物糞便可導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，導致人類健康和環(huán)境問題[11]。

3 對動物糞便資源化利用的一點建議

動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，對于減少化肥的使用，預防土壤變性具有積極的作用，如何科學合理的利用動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，提高動物糞便利用價值

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

3.2 測土施肥，適量施用動物糞肥

劉樂榮等研究證實，商品有機肥中重金屬含量與所使用的有機物料中重金屬含量成顯著正相關(guān)，說明將動物糞便加工成有機肥對重金屬含量的影響不大[12]。姚麗賢等對菜心、小白菜、油麥菜、茼蒿、莧菜和通菜盆栽試驗施用含As的雞、豬糞試驗結(jié)果表明，畜禽糞便重金屬含量對植物重金屬含量也因為植物種類不同而異，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]。施用動物糞便制作的有機肥前最好先進行土壤中重金屬含量和有機肥中重金屬含量的測定，再根據(jù)土壤的耐受和擬種植農(nóng)作物的品種確定動物糞肥的施用量，以確保動物糞肥中的重金屬不會對土壤和農(nóng)作物產(chǎn)生不利影響。

3.3 加強科研，促進動物糞便的綜合利用

對于動物糞便的利用也用從綜合利用循環(huán)利用的角度進行考慮和研究，對現(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)殖場常見糞污處理方式深入開發(fā)和研究，因地制宜、因場制宜地采取動物糞便和資源化利用方式，確保動物糞便的有效合理利用[14]。

4 小結(jié)

飼養(yǎng)動物歷史悠久，動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)保意識的增強，動物糞便帶來的環(huán)保問題備受人們關(guān)注。如何科學合理地利用動物糞便，解決養(yǎng)殖規(guī)模擴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長期而有意義的研究課題，相信在眾多學者的共同努力下一定能夠解決這一問題，達到人與自然環(huán)境的平衡。