畜禽粪便中重金属来源及对土壤污染分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇畜禽粪便中重金属来源及对土壤污染分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

（湖南师范大学资源与环境科学学院，湖南 长沙 410081）

摘 要：畜禽粪便在中国农业生产中一直得到广泛应用，但现代集约化养殖导致畜禽粪便产量大幅增加，成为土壤最主要的污染源之一。本文综述了畜禽粪便中重金属的主要来源以及对土壤重金属的污染状况。总结了近20a施用畜禽粪肥农业生产用地重金属的累积规律，为畜禽粪肥合理使用提供科学依据方法。

关键词：畜禽粪便； 重金属； 土壤

中图分类号：X53 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20170230214

畜禽粪便作为传统有机肥料，可获取途径广、施用方便，在农业生产中被大力推广使用，成为新一代农作物生产的重要有机肥料来源。畜禽有机肥可改善土壤结构，增加土壤养分，提高土壤肥力[1]。因此，现代有机农业、绿色食品生产都非常重视畜禽粪便等有机肥的施用[2]。

在规模化畜禽养殖过程中，重金属微量元素添加剂被大量使用以防止动物疾病，促进畜禽生长[14]。据统计，我国畜禽饲料添加剂每年的重金属添加量为10～15万t，能被畜禽吸收的重金属不足5万t，未能完全吸收的重金属只有通过粪便的形式直接排出体外[17]。因此，调查分析畜禽粪便重金属来源，深入研究畜禽粪便对土壤重金属污染具有重要意义。

1 畜禽粪便中重金属的来源及污染状况

1.1 饲料重金属的来源

1.1.1 生产活动造成的农作物污染

农田施肥、农药施用以及污水灌溉等如果管理不当，均可造成重金属直接污染农作物，或通过土壤积累，随之被作物吸收[16]。对于广泛存在于农村的农业生产活动污染，制定对于养殖场自制畜禽营养饲料重金属含量标准如表1所示。

1.1.2 工业区造成的原料污染

矿区是我国饲料原料重要产地，饲料原料污染是畜禽养殖重金属污染的源头。由于采矿及冶炼污染防治措施不当，会向环境中排出含有重金属的气体、液体以及固体污染物。例如Zn、Cd是2种常伴成矿元素，在Zn矿开采中，产生的废弃物里会含有大量Cd元素。Zn矿含Cd约0.1%～0.5%，高时可达2.0%～5.0%。Cd在土壤中的环境容量比Pb、Cu、As等要小得多，只要土壤中Cd含量增加，就会使农作物中Cd含量富集指数增大。

1.1.3 加工造成的饲料污染

饲料以及饲料添加剂是畜禽粪便中各类重金属最主要来源[15]。减少饲料中重金属含量，就能有效控制畜禽粪便造成的环境重金属污染。配合饲料生产时，为了改善饲料适口性、防霉、提高饲料质量等，往往添加一些酸性物质[16]。酸性物质会使机器表面镀锌、镀镉溶出，造成饲料重金属Zn、Cd污染，含量过多会导致动物急性中毒。

研究人员研究结果表明，中国大部分省份商品猪饲料重金属含量已经超出了国家标准。造成这种现状的原因，可能是在畜禽养殖中没有依据科学指导，凭饲养经验添加饲料添加剂。可以从各类研究中看出，当前我国畜禽养殖业的重金属元素添加应用较为普遍，存在管理不规范的问题。

1.2 畜禽粪肥中重金属污染状况

目前我国尚未制定畜禽粪便中重金属的限量标准，如表2所示，大部分研究对畜禽粪便中重金属含量评价参照有机肥料行业标准（NY 525-2012）、有机-无机复混肥料国家标准（GB 18877-2009）、农用污泥中污染物控制标准（GB 4284-1984）和德国腐熟堆肥中部分重金属含量标准[11]。

据单英杰等[2]研究发现，规模化养殖场产生的猪粪、鸡粪、牛粪和鸭粪Cd平均含量在0.02～4.87mg/kg之间，均高于相应农户家庭，其中牛粪中Cd含量明显低于其他畜禽粪便。据谭晓冬和董文光[18]研究，北京市有机肥商品存在Cd超标问题。梁金凤等[5]调查表明，北京市商品有机肥和传统有机肥中重金属元素Cd、As、Pb和Hg超标问题较为严重。周焱、董占荣等[6-7]研究发现，杭州市畜禽有机肥料存在Cd超标问题。据刘荣乐等[12]我国鸡粪中 Zn、Cu、Cr、Cd、Ni的超标率为21.3%～66.0%，猪粪超标率为10.3%～69.0%，牛粪超标率为2.4%～38.1%等。

2 畜禽粪便重金属对土壤的污染

2.1 畜禽粪便重金属进入土壤的途径

畜禽粪便从古至今就是中国农业上重要的肥料资源，被广为使用。畜禽粪便利用方式的差异会导致重金属直接或间接进入土壤。例如畜禽粪便中Cd直接进入土壤的利用方式：堆沤肥处理作为农家肥料、直接排放到田间地头、作为沼气池填料处理[13]，这些方法将畜禽粪便做简单粗处理直接投入农业生产，但畜禽粪便有机污染依旧存在，以及畜禽粪便重金属直接进入土壤二次污染；投放鱼池作为鱼饲料、晒干作为家用燃料、微生物发酵生产有机肥料，此类处理会减少畜禽粪便对土壤的直接污染，但其加工产物没能去除重金属污染，再次投入田间会产生间接污染。

2.2 畜禽粪便对土壤重金属形态及有效性的影响

与重金属无机盐不同，畜禽粪便中的重金属存在于有机物中，随有机物在土壤中的逐步分解，其中的重金属在土壤中的行为、与有机物结合的形态及生物有效性与重金属无机盐有明显区别[8]。据董同喜等[9]研究发现，在水稻土上未培养的鸡粪和猪粪中Cd的生物有效性低于等量Cd无机盐，而培养6个月的鸡粪和猪粪中Cd的生物有效性高于等量Cd无机盐，施用后4～6 个月时鸡粪中Cd的生物有效性最高，施用后6个月时猪粪中Cd的生物有效性最高。水稻土施入畜禽粪便有机肥后30～60d内，畜禽粪便有机肥处理土壤溶液中重金属含量显著低于等量重金属无机盐处理处理溶液，重金属无机盐处理土壤溶液中Cu、Zn、Cd、Pb的含量分别是鸡粪处理的2.4 倍、3.1倍、3.9倍和327.3倍，分别是猪粪处理的2.0倍、2.2倍、15.6 倍和4.0 倍。60d后畜禽粪便有机肥处理和对应等量重金属无机盐处理土壤溶液中Cu、Zn、Cd、Pb的含量变的无差异。

2.3 畜禽粪便引起的土壤重金属污染状况

研究表明，畜禽粪肥的施用是我国农田土壤中重金属重要来源之一（Luo et al.，2009）。目前有C肥被大规模施用，未经处理、处理但不彻底的重度污染畜禽粪便仍将导致土壤二次污染，有机物污染、重金属污染都直接影响土壤健康状况。据同延安等[3]研究结果得知，有机肥及其根茬腐解，降低土壤pH值，促进土壤全Zn、Fe、Mn的分解与矿化，使其转化为有效成分。

长期施用有机肥促使土壤中Zn、Fe、Cu元素有效态含量以及总量呈明显上升趋势，对微量元素平衡有显著影响。韩晓日等[4]在棕壤上进行的长期定位试验表明，连续施用有机肥既能补充 Zn 又能提高土壤pH、增加有机质含量；随着土壤pH和有机质值增加土壤有效 Mn 明显减少；不同施肥处理土壤pH和有机质含量的变化对土壤有效Cu没有明显作用；土壤pH对有效铁的影响与对有效锰影响相似，但土壤有效铁含量与有机质含量呈正相关。叶必雄等[10]的研究表明鸡粪农用区土壤单项污染指数中Cd的污染情况较重，均值达到了警戒级，其中很多样品点达到中污染。

参考文献

[1]苏帆，尹梅，付利波，等.畜禽粪肥和化肥对结球西生菜生产的影响[J].中国生态农业学报，2009，17（4）： 630-636.

[2]单英杰，章明奎.不同来源畜禽粪便的养分和污染物组成[J].中国生态农业学报，2012，20（1）：80-86.

[3]潘寻，韩哲，贲伟伟.山东省规模化猪场猪粪及配合饲料中重金属含量研究[J].农业环境科学学报，2013，32（1）：160-165.

[4]甘国娟，刘伟，邱亚群，等.湘中某冶炼区农田土壤重金属污染及生态风险评价[J].环境化学，2013，32（1）：132-138.

[5]韩晓日，郭鹏程，陈恩凤，等.长期施肥对土壤固定态铵含量及其有效性影响[J].植物营养与肥料学报，1998（1）：29-36.

[6]谭晓冬，董文光.商品有机肥中重金属含量状况调查[J].农业环境与发展，2006（1）：50-51.

[7]梁金凤.绿肥：像菜像草又像花[N].河南科技报，2015-03-17B02.

[8]周焱，陆若辉，董越勇，等.浙江省复混肥料、有机-无机复混肥料和有机肥料品质的研究[J].植物营养与肥料学报，2007（1）：148-154.

[9]董占荣，陈一定，林咸永，等.杭州市郊规模化养殖场猪粪的重金属含量及其形态[J].浙江农业学报，2008（1）：35-39.

[10]张云青，张涛，李洋，等.畜禽粪便有机肥中重金属在不同农田土壤中生物有效性动态变化[J].农业环境科学学报，2015（1）：87-96.

[11]董同喜，张涛，李洋，等.畜禽粪便有机肥中重金属在水稻土中生物有效性动态变化[J/OL].环境科学学报，2016（2）.

[12]王玉军，窦森，李业东，等.鸡粪堆肥处理对重金属形态的影响[J].环境科学，2009（3）：913-917.

[13]叶必雄，刘圆，虞江萍，等.畜禽粪便农用区土壤―小麦系统中重金属污染及迁移[J].地理研究，2013（4）：645-652.

[14]姜娜.不同畜禽粪便配比在烤烟上的施用效应及对重金属吸收的影响[D].福建农林大学，2011.

[15]刘荣乐，李书田，王秀斌，等.我国商品有机肥料和有机废弃物中重金属的含量状况与分析[J].农业环境科学学报，2005（2）：392-397.

[16]梁华东，何迅，巩细民.中国畜禽粪便污染问题、无害化处理及开发生产有机肥料技术与政策[C].中国农学会、中国农业生态环境保护协会，2014（6）.

[17]索超，李艳霞，张增强，等.北京集约化养殖畜禽饲料Zn含量及粪便Zn残留特征研究[J].农业环境科学学报，2009（10）：2173-2179.

[18]谭晓冬，董文光.商品有机肥中重金属含量状况调查[J].农业环境与发展，2006（1）：50-51.